• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.94-94
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• 2022

본류와 지류가 만나는 하천 합류부에서 발생하는 복잡한 흐름 구조는 하상변동에 영향을 주며, 본류와 다른 특성을 보이는 지류의 유입은 수질과 수생태계에도 영향을 준다. 합류부는 하천 변화의 다양성을 보이기 때문에 하천 관리 측면에서 중요한 구간으로, 흐름 및 혼합 특성 이해가 중요하다. 합류부에서의 흐름 및 혼합은 본류와 지류의 유량비, 밀도차, 단차, 합류각, 하도형상 등의 영향으로 그 양상이 달라지며, 흐름장 및 두 수체에 의한 이송물질의 혼합이 이루어졌다고 간주하는 혼합거리는 지류가 본류에 미치는 영향 범위 분석을 위한 중요한 매개변수이다. 본 연구에서는 합류부 흐름에 미치는 주요 인자 중 유량비와 밀도차가 합류부 흐름 및 혼합에 미치는 영향을 수치해석을 통해 분석하고, 조건의 변화에 따른 혼합거리를 예측해 보고자 한다. 본 연구의 대상 지역인 낙동강-황강 합류부는 다기능보와 댐의 운영에 따라 유입 유량 및 유량비가 조절되며, 여름철에는 황강의 수온이 낙동강보다 평균 4℃ 이상 낮으며, 9℃(지류 20℃; 본류 29℃) 이상의 수온차가 발생하기도 한다. 이 경우 밀도비는 0.998로 밀도류가 발생할 수 있는데, 밀도류가 발생할 경우 수표면과 저층이 분리되어 흐르기 때문에 동일 유량 조건에서도 혼합 양상은 달라진다. 밀도류가 발생하기 위해서는 수표면과 저층이 분리되는 성층이 발달해야 하는데, 이는 유속 또는 유량의 범위에 따라 성층의 발달 여부가 달라질 수 있다. 이러한 현장 조건을 반영한 수치해석을 통해 다양한 유량 조건(유량비)에서 밀도의 차이(수온차)가 합류부의 흐름 및 혼합에 미치는 영향을 분석해 보고자 하며, 합류부에서 밀도차에 의한 흐름의 변화 조건을 무차원수(Richardson number, Densimetric Froude number 등)를 통해 정량화해보고자 한다. 이는 지류가 본류에 미치는 영향의 정도와 범위를 파악함으로써 하천 관리를 위한 관측망 및 현장 조사의 범위 선정의 기초자료 마련뿐 아니라 본류의 수온 변화가 발생할 수 있는 범위의 파악을 통해 수생태계에 미치는 영향 파악을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권1호
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• pp.57-70
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• 2020

본 연구는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 섬진강유역과 영산강유역을 대상으로 유역간 물이동 모델링을 수행하였다. 먼저, 영산강과 섬진강유역에 대해 SWAT 모형을 구축하였고 저수지 운영 매개변수 WURESN(Water Use Reservoir Withdrawn)과 Inlet 기능을 이용하여 섬진강유역의 주암댐에서 영산강유역의 광주천으로의 물이동 모델링을 수행하였다. 섬진강유역의 주암댐과 영산강유역의 마륵 수위관측소의 2005년~2017년까지의 댐 방류량, 저수량 그리고 도수유량 자료를 이용하여 SWAT모형의 검보정을 하였다. 주암댐 검보정결과의 평균 RMSE, NSE, R²는 각각 2.22 mm/day, 0.62, 0.86로 나타났고 마륵 관측소는 각각 1.38 mm/day, 0.69, 0.84로 나타났다. 유역간 물이동에 의한 하류의 영향을 평가하기 위해, 영산강유역내 다기능보 2개(승촌보, 죽산보)와 섬진강유역의 곡성과 구례 수위관측소를 선택하여 검보정을 진행하였다. 승촌보, 죽산보, 곡성 및 구례 관측소의 검보정 결과에 대한 평균 RMSE, NSE, R²는 각각 1.49~2.49 mm/day, 0.45~0.76, 0.81~0.90로 분석되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.821-834
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• 2015

본 연구에서는 세굴방지를 위하여 설치된 바닥보호공의 영향을 고려한 흐름특성 및 하상변동에 관한 연구를 수행하였다. 대상지역은 낙동강유역의 합천창녕보가 포함된 현풍 수위관측소에서부터 마수원 수위관측소까지의 구간이며, CCHE2D 모형을 적용하기 위하여 2010년 태풍 '곤파스'사상을 대상으로 검 보정하였다. 바닥보호공에 대한 영향을 분석하기 위하여 빈도별 호우사상(50년, 100년, 200년)에 대해 세 가지의 모의조건(Case 1, 2, 3)을 구성하였으며, Case 1은 보가 설치되기 이전의 조건, Case 2는 보가 설치된 이후의 조건, Case 3는 바닥보호공을 고려한 조건이다. 보의 설치로 인하여(Case 2) 고정보 및 전도게이트형 가동보 구간에는 퇴적량이 증가하였고, 리프트게이트형 가동보 구간은 높은 수위차로 인하여 보를 건설하기 이전(Case 1)보다 더 많은 세굴이 발생하였다. Case 3은 바닥보호공의 영향으로 보 직하구간(30m)에서 세굴이 발생하지 않았다. 그러나 바닥보호공이 설치되지 않은 보 하류구간(60m 이상)에서는 보가 설치되기 이전 조건(Case 1)보다 더 많은 세굴이 발생하였다. 이와 같은 결과를 통하여 본 연구결과는 실제 보에 대한 하상변동 예측과 보의 관리 및 운영에 대한 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.164-164
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• 2011

우리나라는 하상의 평균경사가 급하고 하상계수가 크게 나타나며, 소하천에서의 돌발홍수가 빈발하게 일어나 국내 실정에 적합한 하천 해석 기술을 이용한 바람직한 하천 거동해석이 매우 중요하다고 할 수 있다. 홍수 시 하천의 만곡부나 협착부에서의 흐름은 기본적으로 2차원 흐름으로 서 이 경우 하천 흐름의 수위와 유속 분포는 1차원 하천 모형으로 모의할 수 없다. 특히 우리나라와 같이 하천에 하구둑, 보, 기타 하천 구조물이 많은 경우에는 2차원적인 흐름 해석은 경우에 따라 필수적이다. 본 연구에서는 개발모형인 RAM2 모형을 4대강 살리기 사업이 진행되고 있는 실제유역인 낙동강유역에 적용하여 모형의 적용성을 검증을 위해 그 결과를 실측치와 기존의 법용 프로그램인 RMA-2 모형과 비교하여 모형의 적용성을 입증하였다. 또한 보와 교각과 같은 수공구조물의 설치에 따른 하천흐름의 양상을 파악하기 위하여 RAM2 모형을 달성보 구간에 적용하여 보의 설치 전 후에 대하여 모의를 실시함으로써 모형의 적용성을 입증하였다. 본 연구에 적용된 달성보 구간은 낙동강 살리기 22공구 사업구간으로 중심부에 다기능보가 위치하고 있다. 하천 준설 후, 대상구간 내 보를 설치함으로 인하여 보설치 전 후의 대상구간의 상 하류 하도의 홍수위와 유속분포 등 하천흐름의 양상을 검토하였다. 4대강 살리기 사업에 따라 실제하천의 준설 후 구간내의 전체하도 및 주요 시설물 주위의 하천 흐름을 정확하게 재현하기 위하여 요소망을 조밀하게 구성하고, 안정적인 해를 구하기 위하여 사각형과 삼각형의 복합망으로 낙동강하천정비계획의 측량자료와 GIS프로그램과 SMS를 이용하여 수치모형을 위한 2차원 유한요소망을 구성하였다. 본 연구에서는 보설치 전 후의 대상구간의 상 하류의 홍수위 영향과 유속분포 등 하천흐름의 양상을 연구하기 위하여 대상구간에 대하여 100년 빈도, 500년 빈도의 홍수사상에 대하여 모의를 실시하고 결과를 분석하였다. 하천에서의 흐름, 유사, 오염물 해석을 위한 2차원 유한요소모형은 수자원의 지속적 확보기술의 초석이 될 뿐만 아니라, 필요에 따라서는 하천생태계 보존 및 관리를 위해서도 적용될 수 있어, 수생태계 개선과 친수환경 조성에 크게 기여할 수 있겠다. 또한 하천에서의 흐름, 유사, 오염물 해석을 위한 2차원 유한요소모형을 활용하여 적절한 하천개발 및 관리가 이루어질 경우, 하천의 홍수, 갈수, 환경오염에 따른 사회적인 손실을 방지할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권4호
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• pp.335-346
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• 2018

최근 ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) 등 첨단장비를 활용한 유량 및 하상측정, 각종 하천기본계획 수립 시 확보되는 횡단측정 자료, 식생 및 서식처 등 하천환경과 생태자료, 드론 등을 활용한 영상자료 등 방대한 하천 정보가 확보되고 있으며, 다기능보 등 다양한 하천구조물 및 친수구역이 증가하는 등 이전과 비교하여 괄목할만한 수준으로 정보의 양이 증가하고 있다. 이에 따라 다양한 하천정보를 체계적으로 저장, 관리, 공유하기 위하여 표준화된 데이터 모델의 수립이 필요하다. 하천 정보의 경우 하천 시설물, 하천 단면측량 자료, 하천 시계열 측정 자료 등이 특정 하천을 중심으로 관리되는 반면, 기존 데이터 모델 연구에서는 특정 주제도에 기반하여 하천 정보가 레이어 형식으로 제공되어 상호 연계되지 않아 하천 정보의 효율적 관리측면에서 적합하지 않았다. 또한 신규 정보를 추가 시 기존 데이터 모델의 과다한 수정이 필요하고, 기존의 데이터 모델의 경우 표준화되지 않아 활용성이 매우 낮고, 유역중심으로 구성되어 특정 조건에 해당되는 하천 정보 검색이 어려운 단점이 존재하였다. 본 연구에서는 기존의 주제도 및 레이어 형식으로 구성되어 있던 데이터 모델 형식에서 벗어나 하천흐름선을 기준으로 데이터모델을 구축하는 방안을 제시하였으며, 하천흐름선과 하천 시설물, 단면 측량 자료, 계측 자료를 순차적으로 수용하고, 최근 신규로 생성되고 있는 다차원 하천 정보의 추가 시 기존 데이터 모델의 형식을 수정하지 않고 유연하게 대응할 수 있는 관계형 데이터 모델을 구상하였다. 또한, 하천과 유역의 논리적 저장방안 고려하여 한 개의 하천을 다수의 세그먼트로 구분하여 코드(Reach Code)를 부여하는 방안을 제시하였으며, 구상한 데이터모델을 통하여 국가하천과 지방하천 등 유역의 다양성을 포함하는 한강권역의 섬강유역을 시범하천으로 구축하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권5호
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• pp.349-360
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• 2019

본 연구의 목적은 낙동강유역($23,609.3km^2$) 내 댐-보 연계운영 평가를 위해 SWAT (Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 댐보 운영 시나리오에 따른 하천 유량 수질 거동을 평가하는 것이다. 댐-보 방류시나리오는 댐-보 동시방류(시나리오 1), 보 동시방류(시나리오 2), 상류 보에서부터 1개월 간격의 순차방류(시나리오 3)로 모의되었다. 평가에 앞서 SWAT은 11년(2005-2015) 동안 5개의 다목적댐(안동댐, 임하댐, 합천댐, 남감댐, 밀양댐)과 7개의 다기능보(상주보, 구미보, 칠곡보, 강정보, 달성보, 합천보, 함안보) 및 6개의 수질관측지점(안동4, 상주2, 왜관, 합천, 남강, 물금)에 대하여 검보정 되었다. 유입량 및 저수량 검 보정결과 $R^2$는 0.68~0.90, NSE는 0.56~0.79, RMSE는 0.94~1.74 mm/day 였으며, PBIAS는 -7.52~18.08%로 분석되었고,. 수질 $R^2$는 SS는 0.64~0.79, T-N는 0.51~0.74, T-P는 0.53~0.72의 상관성을 나타었다. 댐-보 연계운영 평가를 위해 환경부에서 제시한 연계운영 시나리오 중 3개의 시나리오를 선택하여 모의하였으며, 시나리오에 따른 수문 수질 거동을 분석하였다. 분석결과 시나리오 2 에 비해 시나리오 1과 3은 연계운영 종료 이후 3개월 이전에는 수질 (T-N, T-P)개선 효과가 나타났지만, 3개월 이후로는 시나리오 2에 비해 수질이 나빠진 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권12호
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• pp.1081-1095
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• 2020

본 연구는 SWAT (Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 섬진강유역 주암댐에서 영산강유역(3,371.4 km2)으로의 유역간 물이동량조절에 따른 영산강의 하천유량 및 수질변동을 분석하였다. 이를 위해, SWAT의 Inlet 기능을 이용한 물이동과 영산강유역 하수처리장들의 방류량 자료를 고려한 SWAT을 구축하여, 마륵(MR) 수위관측소와 다기능보 2개(승촌보;SCW, 죽산보;JSW) 그리고 3개의 수질관측소(광주;GJ2, 나주;NJ, 함평;HP)를 대상으로 총 14년(2005~2018) 동안의 유량과 수질을 검보정하였다. 3개 지점 하천유량의 검보정 결과, R2, NSE, RMSE, PBIAS는 각각 0.69 ~ 0.81, 0.61 ~ 0.70, 1.34 ~ 2.60 mm/day, -8.3% ~ +7.6%였으며, 수질은 SS, T-N 및 T-P 각각 R2가 각각 0.69 ~ 0.81, 0.61 ~ 0.70, 0.54 ~ 0.63의 범위를 보였다. 물이동량을 고려한 영산강유역의 하천유량은 평균 12.0 m3/sec로 나타났으며, SS, T-N 및 T-P의 평균 농도는 각각 110.5 mg/L, 4.4 mg/L, 0.18 mg/L 이었다. 물이동량의 변화에 따른 영산강의 유량과 수질의 변화를 보기 위하여, 물이동량의 증가(110%, 130%, 150%)와 감소(90%, 70%, 50%)를 적용하였다. 대표적으로 증가시나리오 130%의 경우, 하천유량과 SS의 농도는 각각 12.94 m3/sec (+7.8%), 111.26 mg/L (+0.7%) 증가, T-N과 T-P 농도는 각각 4.17 mg/L (-5.2%), 0.165 mg/L (-8.3%)로 감소하였다. 반면 감소시나리오 70%를 적용하였을 때, 하천유량과 SS의 농도는 각각 11.07 m3/sec (-7.8%), 109.74 mg/L (-0.7%)로 감소, T-N과 T-P 농도는 각각 4.68 mg/L (+6.4%), 0.199 mg/L (+10.6%) 증가하였다.