• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.536-536
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• 2012

댐은 하천의 흐름을 막아 그 저수를 생활 및 공업용수, 농업용수, 발전, 홍수조절, 특정용도로 이용하기 위한 구조물을 일컫는다. 여러 가지 용도로 만든 댐의 저수지에는 상류에서 들어오는 유사가 저수지 바닥에 가라앉아 쌓이게 되는데 이를 저수지 퇴사(reservoir sedimentation)라 하며, 이는 저수지 유효 용량을 감소시키고 홍수시 유입 하천의 홍수위를 상승 및 저수지 수질을 악화시키는 등의 문제를 일으킨다. 저수지를 관리함에 있어 저수지로 유입되어 바닥에 가라앉는 퇴사량을 분석하고 저수용량과 수면적의 감소율을 예측하는 것은 효율적인 저수지 장기운영에서 매우 중요한 사항이다. 본 연구에서 향후 저수지로 유입되는 일유출량의 예측을 위해 과거 1987~2011년(25년)의 충주 댐 일유입량($m^3/s$) 자료를 단순반복시켜 향후 50년 동안의 일유량($m^3/s$)을 산정하였고, 일단위 모의가 가능한 유역단위의 분포형 장기 강우-유출모형인 SWAT를 이용하여 산정된 일유량($m^3/s$) 자료를 비교 평가하여 모형의 검증을 실시하였다. 유량-유사량 관계곡선을 이용하여 분석 대상 기간 동안의 총유사량을 구할 수 있으며, 한강유역조사(2002)에서 유도한 충주댐 상류 정선지점의 유량-유사량 관계식으로부터 향후 50년의 일유량($m^3/s$) 자료를 이용하여 총유사량를 산정하였다. 또한, 경험적 면적감소법을 이용하여 임의의 기간에 대한 실측치와 모의치 각각에 대한 퇴사분포 및 퇴사량을 산정 및 평가하였다. 이를 통해 효율적인 용수관리를 위한 저수지 퇴사관리 방안의 시기별 도출이 가능하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.622-627
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• 2007

최근 하천의 모습은 이수 및 치수를 위해 설치된 수공구조물과 각종 오염원으로 인한 수질악화, 산업화 및 도시화에 따른 물순환시스템의 변화로 하천의 물순환 시스템이 바뀌게 되고 하천을 찾는 시민들의 환경의식 미성숙으로 인한 직간접적인 하천오염 활동이 이루어지고 있다. 하천에 대한 이러한 변화는 수질, 수량 및 하천의 구조적 측면에서 하천 생태계에 많은 영향을 끼치고 있다. 따라서 하천의 정상적인 기능을 회복시켜 하천 생태계 보전과 환경적으로 안정된 하천 조성이 이루어지도록 하기 위해서는 하천을 보다 자연스럽고 지속적으로 관리하기 위한 효율적인 환경유량의 관리가 필요하다. 하천의 전체적인 생태시스템을 고려한 환경유량의 관리를 위해서는 기존 환경유량의 개념, 산정방법 등 현황을 분석하고 하천 생태계에 영향을 미치는 인자들에 대한 관리방안을 마련하는 것이 중요하다. 본 연구의 목표는 하천생태계에 대한 영향인자의 장단점을 분석하고 이들이 어느 정도의 영향을 미치고 있는지를 정량적으로 파악함으로써 사회적으로 요구되는 환경유량을 산정할 때 어류 및 식생 등 하천의 생태계와 하천의 수량 및 수질, 하천의 수리구조물 등 하천의 구조적인 변화를 고려할 수 있는 방안을 마련하는 것이다. 이를 위하여 우선적으로 국외 선진국에서 활용되고 있는 다학제간 전문가 그룹(Multi-disciplinary Expert Team, MET)을 통해 하천 생태시스템을 분석하고 환경유량 산정 모형을 활용하여 저수지 댐과 연계 운영함으로써 어류 및 식생 등 생태서식처와 사회환경 개선에 필요한 유량을 유지할 수 있는 방안을 적용하고자 한다. 본 연구에서는 대상유역인 금강유역에 대해 환경유량을 산정하기 위한 개념모형을 구축하였다. 개념모형은 대청댐 건설 이전, 대청댐 건설이후${\sim}$용담댐 건설 이전, 대청댐과 용담댐 건설 이후 등 3개의 시나리오를 통해 하도 및 수변공간과 유량변화에 따른 유황분석 등을 통해 손실된 생태시스템을 정량화하여 궁극적으로는 복원을 위한 대응방안을 마련하도록 할 수 있도록 구축되었다. 또한 댐으로 인한 하류지역의 영향범위 및 하천생태계에 미친 영향을 감소하기 위하여 적절한 환경유량을 산정하기 위한 것이다. 구축된 개념모형을 바탕으로, 금강유역에 대한 기초적인 수문, 하천특성, 현장조사 등을 실시하였다. 향후에는 본 연구결과를 기초로 하여 환경유량을 산정하기 위한 모형을 개발하고 산정된 환경유량을 확보 및 관리하기 위한 방안과 친환경적인 댐 운영방안을 마련하게 될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.298-298
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• 2019

과거에 경험하지 못한 집중호우가 빈번하게 발생하고 규모가 큰 태풍의 내습이 발생하고 있다. 2018년 7월23일 발생한 라오스 댐붕괴 발생으로 인해 6,600명의 이재민이 발생하였으며, 2008년 중국 쓰촨성 지진에 의해 댐 수백개가 균열이 발생하는 위험한 상황에 이르는 등 댐 붕괴에 따른 대규모 재난의 위험상황은 항시 존재하고 있다. 는 상황에서 댐의 붕괴에 대한 많은 연구가 진행되었다. 이러한 댐 붕괴 상황에 대한 대비책으로 저수지 댐의 안전관리 및 재해예방에 관한 법률 제3조와 자연재해 대책법 제37조에 총저수용량 30만톤 이상의 저수지에 대해 비상대처계획 수립을 하도록 되어 있다. 최근 경주와 포항에서 발생한 규모 5.4이상의 지진이 발생하여 지진에 의한 재난의 위험이 가중되고 있는 상황에서 지진에 의한 댐붕괴에 대한 적절한 시나리오와 분석이 필요하다. 지금까지의 지진붕괴에 의한 EAP의 작성은 단순히 만수위 상태에서 댐의 붕괴시간이 급격히 붕괴되어 범람되는 분석을 하였다. 그러나 지진에 의한 댐의 붕괴에 이르는 지진의 규모는 댐 주변의 건축물, 교량, 심지어 대피소도 붕괴 및 범람에 안전할 수 없는 상황에 이르게 될 것이다. 그러나 현재의 EAP는 단순 범람만을 통해 위험도를 나타내는 것으로 작성되어 있어 이에 대한 수정이 필요하다. 본 연구에서는 지진에 의한 댐 붕괴 EAP 작성시 고려되어야 할 건물의 노후도, 교량, 공공시설물 등이 붕괴될 위험을 판단하고 이에 따른 범람도면의 작성과 시나리오가 작성되어야 한다. 이를 위한 행정안전부에서 제시된 지진 시 댐 붕괴 조건에서 고려되어야 할 시나리오의 구성요소에 대해 검토하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.4
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• pp.293-301
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• 2020

This study determined appropriate threshold level (cumulative period and percentage) of precipitation for drought management in dam basin. The 5 dam basins were selected, the daily dam storage level and daily precipitation data were collected. MAP (Mean Areal Precipitation was calculated by using Thiessen polygon method, and MAP were converted to accumulated values for 6 cumulative periods (30-, 60-, 90-, 180-, 270-, and 360-day). The correlation coefficient and ratio of variation coefficient between storage level and MAP for 6 cumulative periods were used to determine the appropriate cumulative period. Correlation of cumulative precipitation below 90-day was low, and that of 270-day was high. Correlation was high when the past precipitation during the flood period was included within the cumulative period. The ratio of variation coefficient was higher for the shorter cumulative period and lower for the longer in all dam, and that of 270-day precipitation was closed to 1.0 in every month. ROC (Receiver Operating Characteristics) analysis with TLWSA (Threshold Line of Water Supply Adjustment) was used to determine the percentage of precipitation shortages. It is showed that the percentage of 270-day cumulative precipitation on Boryung dam and other 4-dam were less than 90% and 80% as threshold level respectively, when the storage was below the attention level. The relationship between storage and percentage of dam outflow and precipitation were analyzed to evaluate the impact of artificial dam operations on drought analysis, and the magnitude of dam outflow caused uncertainty in the analysis between precipitation and storage data. It is concluded that threshold level should be considered for dam drought analysis using based on precipitation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.44-44
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• 2018

조류(녹조)발생과 대응 연차보고서(2016)에 따르면, 낙동강 유역의 녹조현상은 2013년부터 해마다 발생했으며 국가적으로 가장 극심한 가뭄을 겪은 2015년의 경우 최장 161일 동안 지속되었음을 보고하였다. 이러한 녹조대응을 위해 환경부 국토부 등 관계기관은 댐 보 연계운영협의회 등을 통해 2016년 8월부터 낙동강 일부 댐 및 보에 대해 부분 방류를 실시하였다. 댐-보 연계운영에 따른 수문 수질 거동 분석은 국가 유역관리 측면에서 우선적으로 대비해야 할 중요한 문제이나, 댐보 연계의 효율적인 운영을 위한 정확한 분석과 평가에 대한 연구가 체계적으로 이뤄지고 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 낙동강유역($2,369km^2$)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 지표수와 지하수의 상호작용에 의한 물수지 분석을 수행하고, 수질(SS, T-N, T-P)을 모의하였다. SWAT 모형 구축을 위해 낙동강유역을 표준유역 단위로 구분하고, 기상자료, 다목적댐(안동댐, 임하댐, 합천댐, 남감댐, 밀양댐)과 다기능보(상주보, 구미보, 칠곡보, 강정보, 달성보, 합천보, 함안보) 운영자료, 국가지하수정보센터에서 관측 및 관리하고 있는 지하수위 관측자료, 국가수질측정망 하천수 수질 측정자료를 수집하였다. SWAT 모형의 신뢰성있는 수문 및 수질 보정을 위해 낙동강유역 내 위치하는 다목적댐 및 다기능보의 실측 방류량을 이용하여 댐 운영모의를 고려하였고, 지하수위, 토양수분 및 수질자료를 이용하여 모형의 시공간적 보정(2005~2009)과 검증(2010~2017)을 실시하였다. 댐-보 연계운영 평가를 위해 환경부에서 제시한 4개의 연계운영 시나리오 중 3개의 시나리오((1) 댐+보 동시방류+제약수위 유지, (2) 보 동시방류+제약수위 유지, (3) 보 순차방류+제약수위 유지)를 선택하여 모의하였으며, 시나리오에 따른 수문 수질 거동을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.117-117
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• 2017

울산시는 반구대 암각화 보존과 시민들을 위한 청정원수 공급과의 갈등을 지난 20년간 논의해 왔다. 이는 반구대 암각화 보존을 위하여 사연댐 수위를 낮추어 관리하여 발생하는 12.0만$m^3$의 용수부족량분과 장래 용수부족량분 30.0만$m^3$에 대하여 낙동강원수를 사용하여야 하는데 사연댐에 비해 수질이 나쁜 낙동강 원수사용의 비율이 높아지면 정수비용 증가로 인한 시민의 부담이 증가한다는 울산시의 입장과 반구대 암각화 보존을 위하여 사연댐의 수위를 낮추어 관리해야 한다는 문화재청의 입장으로 마찰을 빚어왔다. 이에 울산시의 신규 수자원 개발의 필요성이 대두되었고 그 방안으로 지하댐건설이 하나의 대안으로 제시되었다. 이에 본 연구에서는 울산시 울주군 사연리 주변에 지하댐이 건설된다면 그 주변 지하수위 변화에 대하여 지하수 모델(Visual-MODFLOW)를 사용하여 분석하였다. 먼저 울산시 울주군 사연리 인근에 지하댐을 건설한다면 일 30.0만$m^3$의 취수가 가능한지에 대한 여부를 분석하였으며, 가능하다면 용수취수로 인한 주변부 지하수위 하강이 어떻게 발생하는지에 대하여 분석하였다. 그 결과 일 30.0만$m^3$의 용수취수가 가능한 것으로 분석되었으며, 그로 인한 지하수위 하강은 취수정이 설치된 지점에서는 최대 1.8m의 지하수위 하강이 발생하며, 그 영향반경은 약 50.0m인 것으로 분석되었다. 또한 지하수위 하강이 약 0.3m ~ 1.8m까지 발생하는데 그 반경은 최대 약 700.0m 인 것으로 분석되었다. 본 연구 결과를 바탕으로 울산시 신규 수자원 개발을 위하여 지하댐을 건설이 가능할 것으로 판단되며 만약 울산시 신규 수자원으로 지하댐을 건설한다면 추가 정밀조사를 통하여 정확한 지하수위 변동 특성을 분석해야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.251-251
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• 2021

최근 기후변화로 인한 집중호우의 영향으로 홍수 시 댐으로의 유입량이 설계 당시보다 증가하여 댐의 안전성 확보가 필요하다(감사원, 2003). 이에 건설교통부(2003)는 기후변화와 댐 노후화에 대비하여 치수능력증대사업을 추진하여 댐의 홍수배제능력을 확보하였고, 환경부(2020)에서는 40년 이상 경과된 댐을 대상으로 스마트 안전관리체계 구축을 통한 선제적 보수보강, 성능개선 및 자산관리로 댐의 장수명화를 목적으로 댐의 국가안전대진단을 추진하고 있다. 이에 본 연구에서는 댐 시설(여수로)의 노후도 평가 시 활용 될 수 있는 여수로 표면손상 원인규명에 대하여 3차원 수치모형(FLOW-3D 및 COMSOL Multiphysics)을 통해 검토하고자 한다. 연구대상 댐은 𐩒𐩒댐으로 지형 및 여수로를 구축하였으며, 계획방류량(200년 빈도) 및 최대방류량(PMF) 조건에서 모의를 수행하였다. 수치모의 계산의 정확도 검토를 위하여 Baffle의 설치를 통하여 시간에 따른 유량의 변화를 설계 값과 비교하였고 오차가 1.0% 이내를 만족하는 것을 확인하였다. 여수로 표면손상의 다양한 원인 중 기존연구(USBR, 2019)를 통하여 공동침식(Cavitation Erosion) 및 수력잭킹(Hydraulic Jacking)에 초점을 두었으며 방류조건 별 공동지수(Cavitation Index)산정을 통하여 공동침식 위험 구간을 확인하였다. 이음부의 균열 및 공동으로 인한 표층부 콘크리트의 탈락현상을 가속화시키는 수력잭킹 검토를 위하여 국부모형을 구축하였고 음압력(Negative Pressure), 정체압력(Stagnation Pressure), 양압력(Uplift Pressure)의 분포를 확인하였다. 최종적으로 COMSOL Multiphysics를 통하여 압력분포에 따른 구조해석을 수행하여 폰 미세스(Von Mises) 등가응력 및 변위를 검토하여 콘크리트의 탈락가능성을 확인하였다. 본 연구는 여수로 공동부 및 균열부에서의 손상메커니즘을 확인할 수 있는 기초적인 연구이지만 향후에는 다양한 지형조건 및 흐름조건에서의 압력분포 분석 및 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure Interaction, FSI)모의를 수행한다면 구조물 노후도 및 잔존수명 평가에 필요한 손상한계함수 도출이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.106-106
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• 2022

댐 유역의 수문자료는 댐의 효율적인 운영, 중장기 댐 운영 계획, 수자원 관리, 댐 저수량 예보 등을 위해 사용되며, 최근 기후변화로 인해 정밀한 댐 운영에 필요한 유량자료의 필요성은 더욱 커지고 있다. 일반적으로 댐의 주요 수문자료에는 유입량의 요소, 저수량 요소, 유출량의 요소로 구분된다. 현재까지 강수량, 저수위, 방류량 자료는 지속적인 계측 및 품질관리 기술의 발전으로 인해 신뢰도가 점차 향상되고 있으나, 반면 증발량과 침투량 자료는 여전히 정확한 계측에 많은 어려움이 있다. 따라서 우리나라의 댐 유입량은 직접측정의 현실적 제약사항으로 인해, 방류량과 저수위 변화에 따른 저류량의 차를 이용하여 간접적으로 측정하고 있어, 증발량 및 지하수 유출량 등과 같은 복잡한 자연현상을 고려하지 못한 채 저수지 수위의 변화에 따른 민감도가 크게 발생하는 문제로 이어지게 된다. 본 연구에서는 소양강댐 유역의 증발을 고려하는 개선된 물수지 방정식을 제안하였다. 그 결과, 기존의 댐 유입량 자료에서 발생하는 문제점은 증발을 고려한 물수지법 적용을 통해 어느 정도 개선이 가능하다. 즉, 기존의 댐 유입량 산정 시 고려하지 않는 다양한 유출 요인에 대한 과도한 누락은 음유입량 발생문제를 야기하며, 실제 복잡한 자연현상을 설명하기 위해서는 추가적인 유출 요소(증발량)를 물수지 방정식에 포함할 필요가 있다. 이처럼 개선된 물수지법을 적용할 경우, 직접적인 가용수자원을 구성하는 직접 유출량과 간접 유출량이 전체 유입량에 기여하는 정도를 파악할 수 있다. 다만, 여기에서의 증발량은 유역 내 실측자료가 아님과 동시에 수면 증발량을 고려하지 못한 한계가 있으며, 향후 연구에서는 보다 정확도 높은 수문자료의 생산 및 확보를 위한 지속적인 노력이 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.225-225
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• 2011

국내 기후 특성상 하절기에 집중되는 강우로 인해 댐의 건설이 홍수조절, 용수확보 및 전력생산 등의 목적에 있어서 불가피하다. 이와 같은 저수지와 하류하천은 댐 수문 개폐에 따른 흐름변화로 인하여 수체의 거동 및 수질 변화가 발생하며, 일반적인 하천과는 다른 특성을 지니게 된다. 또한 수심이 깊은 저수지의 경우에는 흐름 방향과 더불어 수심 방향의 특성도 중요하며, 수리 및 수질 모형의 연계를 통한 3차원적인 해석을 필요로 한다. 본 연구 대상인 도암댐은 송천유역에 위치하며, 1989년에 유역변경을 통한 발전용 댐으로 건설되었으나 방류수에 영향을 받는 남대천의 수질이 악화되면서 운영이 중단되었고, 이후 댐 방류수는 그대로 송천으로 흘러 보냄으로써 송천 하류부의 수질에 악영향을 미치고 있는 실정이다. 따라서 하천과 하천 사이 호소가 포함된 유역 단위를 통합적으로 관리할 수 있는 시스템 구축이 필요하다. 본 연구에서는 도암댐 유역의 통합탁수관리시스템을 구축하기 위하여 유역모형과 호소모형을 연계하였으며, 호소내 흐름은 수평방향 뿐만 아니라 수심방향을 통합적으로 해석하기 위해 수리모형과 수질모형을 연계하였다. 또한 호소에 적합한 모형을 선정하고, 호소를 포함한 유역의 영향을 파악해보기 위해 소유역 단위의 모의를 하고자 하였다. 크게 상류유역과 호소 구간으로 나누어 상류유역은 유역모형인 SWAT을 이용하고, 이 결과를 호소 부분의 유입 경계조건으로 적용하여 호소의 수리 및 수질모형인 EFDC-WASP의 연계를 통해 통합수질관리시스템을 구축하였고, 현장 조사결과를 이용하여 시스템의 적합성에 대해 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.238-238
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• 2022

합천댐의 건설 이후, 댐직하류 구간에서는 10년 동안의 방류량 감소와 기후변화로 인한 강우패턴의 변화로 하도식생의 활착이 발생하여 식생이 증식하고 밀도가 점차 증가하고 있다. 식생밀도의 증가는 흐름에 대한 항력을 증가시켜 유속을 감소시키고 수심을 증가시킨다. 이는 통수능 저하를 초래하며, 홍수 시 수위증가에 따른 홍수범람의 위험성 증가시킨다. 따라서 식생영향에 대한 심화적인 이해를 제고하여 적절한 식생관리대책을 구축할 필요가 있다. 본 연구에서는 이러한 필요성에 맞추어 식생대 영향에 따른 흐름의 변화를 예측모의하여 흐름과 식생대의 상호작용에 대한 분석을 수행하였다. 이를 위해 2차원 흐름모형인 Nays2D를 이용하여 합천댐 직하류 구간을 대상으로 식생밀도의 변화에 따른 흐름의 변화를 부등류를 기반으로 모의하였다. 상류단의 경계조건은 162.99 m³/s(실운영 방류량), 995 m³/s(2년빈도 댐 조절 방류량), 2670 m³/s(100년빈도 댐 조절 방류량)로 3개의 유량으로 구분하여 모의하였다. 식생의 특성은 현장조사를 통해 밀도를 산정하여 수치모의에 적용하였다. 식생밀도는 4가지로 구분하여 모의시나리오를 구축하였으며 현장조사를 통해 산정된 2021년도 식생밀도를 기준으로 식생밀도를 증감하여 수치모의를 수행하였다. 수치모의 조건은 2021년 식생현황, 식생개선, 식생존치, 전벌채로서 식생개선의 경우, 2021년 식생밀도의 0.5배로, 식생존치의 경우, 식생밀도를 2배로 적용하였다. 전벌채는 식생이 없는 것으로 가정하였다. 수치모의 결과, 식생개선이 2021년 식생현황과 식생존치보다 상대적으로 수심이 낮게 나타났다. 식생을 전벌채한 경우, 식생이 존재하는 조건보다 수심이 낮고 유속이 빠르게 나타났으며 특히, 만곡부의 외측에서는 2차류의 발달로 흐름이 집중되었다. 이를 통해 식생개선의 경우, 식생현황과 식생존치보다 홍수범람의 가능성이 적을 것으로 판단되며 전벌채의 경우, 만곡부 외측에서 2차류 발달에 의한 세굴을 야기하여 제방의 안정성에 영향을 줄 것으로 예측된다. 본 연구는 댐 직하류에 식생대 밀도변화가 흐름변화에 미치는 영향을 분석한 수치모의 사례로서 이는 추후 식생을 고려하는 하천관리방안을 수립 시, 식생관리방법에 대한 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.