• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.696-696
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• 2012

호안은 유수의 침입으로부터 제방 및 하안의 침식 피해를 방지하기 위해 제방에 설치되는 구조물이다. 침식에 의한 제방 및 호안의 대표적인 붕괴특성 중에는 만곡부, 하천 급경사, 지형의 간섭효과 등이 있다. 특히, 만곡부는 원심력, 2차류 등에 의한 수위상승 및 유속증가로 제체에 응력 집중이 발생되어 안정성 저하를 유발할 수 있다. 또한, 만곡부의 흐름 방향전환 현상은 하도내 통수능 저하를 발생시켜 홍수피해를 가중시킬 수 있다. 따라서 하천특성상 만곡부에 의해 발생할 수 있는 홍수피해 요소를 저감시킬 수 있도록 적합한 피해저감대책을 마련할 필요가 있다. 제방의 보강대책으로서 활용되고 있는 호안은 역학적인 측면에서 외력과 저항력의 크기에 따라 안정성이 평가되어야 하며 지역여건 등에 따른 만곡부의 수위상승 및 제방 침식 등을 고려한 설계가 수행되어야 한다. 국내 실무에서 적용되고 있는 호안설계방법은 하천설계기준 해설(2009)을 참고하고 있는데, 흐름현상 및 만곡부 특성 등에 대하여 경험과 이론의 양면을 고려한 설계를 수행하도록 제안하고 있다. 이는 호안 안정성에 대한 역학적 검토 방법의 한계로 비합리적 설계가 될 우려가 있다. 따라서 만곡부에 의한 유속 및 소류력 등 흐름특성을 고려한 정량적인 평가기법이 요구되는 상황이다. 본 연구에서는 수리실험을 통해 만곡에 의한 흐름영향과 수리학적 거동 및 설계요소를 파악하고자 만곡부에 사석호안공을 설치하여 흐름전환 및 유속변화에 따른 사석호안공의 이탈현상을 재현하였다. 실험수로는 곡률반경( )이 4.5 m인 만곡부가 3개소 발생하는 폭 2.3 m, 길이 25 m의 다중 사행수로 형태이다. 실험수로 우안의 1V:2H 경사면에 10, 20, 30, 40, 50 mm 사석을 크기별로 설치하여 만곡에 의한 유속변화 등 흐름현상과 호안공 이탈을 관찰하였다. 수리실험은 고정상으로 수행되었으며 정상류 흐름조건에서 공급유량별 하류단 수위 조절을 통해 만곡부내 호안 공 이탈을 발생시키는 설계인자를 도출하고자 유속과 수심을 측정하였다. 실험결과를 바탕으로 사석호안공 설계시 1차원 접근유속에 만곡 영향을 고려하여 대표유속으로 적용하는 방법의 특성을 파악하고, 사석호안공의 이탈유속과 만곡에 의한 흐름특성간의 상관관계를 분석하여 제원결정기법을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.606-606
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• 2012

최근 지구 환경변화에 따른 기후변화의 영향으로 이상홍수 발생의 위험성이 증가하고, 상습적으로 홍수피해가 반복되고 있다. 홍수피해의 원인 중 하나인 하천제방의 붕괴는 월류, 침식, 제체불안정, 구조물에 의한 파괴 등으로 구분되고 이 중 월류 및 침식은 제방 파괴의 주된 원인으로 최근 통계자료에 보고되고 있다. 제방붕괴의 주된 원인 중 하나인 침식파괴로부터 제방을 보호하기 위해 제내지 사면에 호안공을 설치하며, 하천설계기준 해설(2009)에서는 제방 또는 하안을 유수에 의한 파괴와 침식으로부터 직접 보호하기 위해 제방 앞비탈에 설치하는 구조물로 정의하고 있다. 특히 사행하천의 만곡부에서는 제방파괴의 위험성이 높을 뿐만 아니라 국부적으로 집중되는 유속분포는 제방의 안정성을 위협한다. 또한 원심력, 2차류(secondary flow) 등에 의한 수위상승 등에 의해 제방이 파괴되고 월류되어 홍수피해가 발생할 가능성이 큰 취약지점이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 만곡부 흐름 특성을 분석하고 수리실험을 통해 측정된 유속 및 수위분포 결과와 비교하여 분석하였다. 또한 수리실험에서 도출된 호안 붕괴 시의 흐름을 구현하여 호안 붕괴 시 국부유속 및 전단응력을 계산하고 만곡부 호안의 안정성을 위한 설계인자를 분석하였다. 연구결과로 제시된 만곡부 안정성을 위한 설계인자는 국외 호안공 설계식과 비교하여 국부유속 및 전단응력의 설계인자의 적합성을 검토하고 국내 만곡부 호안의 안정성 설계기법개발에 도움이 될 수 있는 설계인자를 제시하고자 한다.

• 한국항해항만학회지
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• 제29권8호
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• pp.693-699
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• 2005

항만의 계획 및 개발단계에서 중요한 요소 중 하나는 항로의 설계이다. 항로를 설계할 때 가능한 한 만곡부를 피해야 하지만, 그렇지 못할 경우에는 변침과정에서 추가적으로 발생하는 항과면적의 증가를 고려하여 항로의 폭을 확장하고 항로를 배치하는 것이 선박의 안전한 통항에 필수적이다. 본 연구에서는 가변범퍼영역모델을 이용하여 만곡부의 항로의 폭과 항로의 배치를 결정하는 기법을 다룬다. 모델실험결과 만곡부 중심교각이 30도 미만인 경우 만곡부의 항로의 폭을 직선구간에서의 항로의 폭과 동일하게 설계할 수 있지만, 만곡부 중심교각이 60도인 경우에는 만곡부의 항로의 폭을 대상선박의 길이와 만곡부의 중심교각에 따라 확장해야 할 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.351-351
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• 2016

본 연구는 최근 기후변화로 인해 유출량이 많이 증가하고 있으며, 또한 하도의 제내측에 많은 피해가 발생하고 있다. 우리나라의 하도는 산지위치하고 있으며, 만곡의 형상을 많이 지니고 있다. 또한 유출량의 증가로 하도 만곡부에 하상의 퇴적으로 인해 월류 및 제방이 파괴 되는 현상도 발생되고 있다. 만곡부의 흐름은 만곡도의 수공구조물을 설치하므로 유수의 흐름에 민감하게 변화하여 흐름변화를 예측하기 어렵다. 그래서 자연하고 만곡부에 하상의 변화에 따른 수리학적 문제와 제내측의 안정성을 확보하기 위해 만곡지점에 수제를 설치하여 하도의 흐름과 하상의 안정성에 필요하다고 사료되어 연구를 하였다. 본 연구는 만곡지점에 수리실험 모형을 설치하여 결과를 도출하는 방법도 있으나, 축소모형은 하도의 특성을 반영하기 결과도축에 제약이 있어 금회 연구는 수치모형은 2차원 수치모형인 RMA-2를 사용하여 하도의 특성을 파악하고자 한다. 먼저 만곡형상이 뚜렷한 지점을 파악하고 하천설계기준의 수제를 설치하여 흐름의 변화 및 유속변화를 분석하고 만곡부에서 기준수제의 길이를 여러 CASE로 변화를 주어 수리학적 특성을 분석하고자 하며, 이에 따른 수제부에서 발생하는 퇴적구간과 범위, 최대유속지점과 세굴지점에 대한 연구를 진행하여 하도 만곡부에 수제를 설치하여 합리적인 결과를 제시 할 수 있으며, 설계실무와 하천방재 관련 문제에서도 반영하여 이용 될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.393-393
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• 2016

자갈하천 만곡부에서 하상의 세굴심을 파악하는 것은 하천의 수공구조물 안전설계를 위해 고려할 중요한 요소이다. 모래하천에서 만곡부의 국부세굴에 대한 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 자갈하천 만곡부의 세굴심에 대한 연구는 부족한 실정이다. 만곡부 세굴심은 하천경사, 하상재료, 유로형태 등에 따라서 다르다. 따라서 하천 만곡부의 세굴심을 산정하기 위한 공식들은 지배적인 독립변수로 사용되고 있는 유량, 유속 또는 Froude수, 수심, 하상재료의 직경 등에 따라 분류할 수 있다. 세굴심과 단위폭당 유량의 관계는 Lacey (1930), Abbott (1963), Blench (1969), Neill (1973)의 공식이 있다. 만곡부에 접근하는 상류부에서 Froude 수와 만곡부의 세굴심의 관계는 Liu et. al (1961), Zeller (1981), Mussetter (1994)의 공식이 있다. 또한 만곡부의 수심-세굴심 또는 하상재료의 직경과 세굴심의 관계를 나타내는 공식이 USBR, USACE, FHA 등에서 사용되고 있다. 하상재료와 세굴의 관계공식은 하천 만곡부에서 세굴심은 하상재료에 따라 발생될 수 있는 최대 크기가 정해져 있다고 본 것이다. 하상재료는 하천의 유사이송능력과 유역의 유사공급능력을 반영하기 때문에 하천의 수리특성을 나타낼 수 있는 변수이나 하상재료의 평균입경 특성에 영향을 미치는 수리학적인 요인들이 너무 많고 간접적이라는 한계가 있다. 자갈하상 하천에서 Mussetter, Liu, Abbott 공식은 세굴발생에 대한 한계조건을 반영하지 못하고 대부분 세굴심을 과대 추정한다. 자갈하천에서 Zeller 및 Lacey 공식과 USACE 방법에 의한 세굴심은 적용성이 있다고 볼 수 있는 유량조건이 있다. 이같이 대부분 세굴심 공식이 모래하천에서 개발되었기 때문에 자갈하천의 만곡부 세굴심을 산정하기 위해서는 하상재료의 특성이 반영되어야 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.86-86
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• 2019

일반적으로 하천에 설치하는 각종 이수 및 치수 시설물들은 각각의 고유기능을 충분히 발휘하도록 계획하고 설치하고 있으나, 이러한 하천 시설물 중에는 하천의 자연 환경에 부정적인 영향을 일으킬 수 있는 환경과 조화롭지 못한 시설물이 있기도 하다. 하도 만곡부에 설치하는 전통적인 수제, 즉 하안부에서 수로 중심방향으로 돌출하는 형식의 횡수제, 역시 외곽부 하안의 침식을 방지하기 위해 설치하는 시설물이지만 하천의 자연환경 측면에서는 바람직하지 못 한 현상을 일으키기도 한다. 본 연구에서 소개하는 잠형의 방틀공 수제는 하안부에 돌출하여 설치하는 기존 수제와 달리 만곡부 외측 하안에 근접하여 유수 방향으로 하상에 고정시키고 홍수 시에는 잠길 수 있는 높이로 방틀공을 설치하여 하천수의 흐름을 제어하는 시설물이다. 이와 같은 시설물은 만곡부에서 발생하는 2차류 흐름을 방지하고 유수의 수충력을 흡수 혹은 반사시킴으로써 하안부를 세굴로부터 보호할 뿐만 아니라 심각한 하상 세굴과 퇴적을 완화하는 하도의 안정 기능도 발휘하게 된다. 치수의 기능 외에도 하천 환경 측면에서는 수제의 안쪽에 형성되는 못 (pool)에 다양한 생물이 서식하는 서식기능을 담당하기도 한다. 본 고에서는 현재까지 국내에 설치한 사례가 없는 잠형 방틀형 수제의 효과를 검증하기 위해 강원도 양양 남대천에 구축하는 Test bed를 소개하고자 한다. 산지하천의 만곡부 하안부를 세굴로부터 보호하기 위해 설치하는 잠형 수제에 대한 Test bed 구축 배경과 설치 과정 등을 소개하여 이와 관련한 하천 기술자들에게 새로운 패러다임의 수제 설계가 이루어질 수 있는 계기를 제공하고자 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권12호
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• pp.1165-1176
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• 2014

홍수 시 하천 만곡부에서 유수의 원심력에 의한 횡단 수면경사가 발생한다. 하천 경사와 유량이 증가하면 그 수면경사는 더욱 커진다. 경사가 급한 산지하천 만곡부는 제방의 여유고보다 수면상승이 큰 경우가 빈번하게 발생하기 때문에 홍수피해가 크다. 따라서 편수위에 따른 수면 상승효과는 산지하천 만곡부의 설계를 위해 고려되어야 한다. 본 연구에서는 산지하천 만곡부의 편수위를 산정할 수 있는 기법을 제안하고, 편수인자들의 곱으로 편수위계수를 정의하였다. 양양남대천 만곡부에서 측정한 편수위와 $90^{\circ}$ 만곡 자갈하상에 대한 수리실험에서 측정한 편수위 자료를 이용하여 편수인자별 영향인자 값을 제시하였다. 내린천 만곡부에서 측정한 편수위를 이용하여 편수위 산정기법의 적용성을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.248-252
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• 2010

홍수기 호우로 인한 피해는 대부분 하천구역에서 발생되며, 이러한 피해는 인간에게 직 간접적으로 영향을 미치게 된다. 자연 상태의 하천형상은 대부분 호우로 인한 홍수로 인해 자연스럽게 만들어지게 되며, 대부분 사행하천의 형태를 띠게 된다. 사행하천에서의 흐름의 기하학적 특성은 성장이나 사멸, 또는 두 가지 모두의 형태를 보인다. 사행하천에서의 흐름 및 유속 분포는 하천제방 보호, 주운, 취수, 그리고 유사 이동 및 퇴적 패턴과 관련하여 실용적인 관점에서 연구하여야 하는 하천수리학에서는 매우 중요한 주제이다. 그리고 사행하천은 특히 만곡부가 교호적으로 나타나는 곳에서의 흐름구조가 매우 복잡하다. 이러한 사행하천에서는 회전방향이 교호적으로 바뀌는 나선형의 흐름(2차류)이 3차원적으로 발생하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 사행하천이 많은 국내 하천특성을 고려하여, 하천 만곡부에서의 흐름특성을 분석하고자 하였으며 2차원 CCHE2D 와 3차원 FLOW3D 모형을 적용하였으며 가상 하도에 대하여 수리모형 실험의 실측치와 비교하여 모형의 정확성과 안정성을 검증하였다. 그리고 남강댐 하류에 대하여 만곡부의 흐름특성(유속 분포 및 최대유속경로, 수위분포, 2차류 거동, 편수위, 전단응력 분포 등)을 분석함으로써, 하천 만곡부에서의 수리적 특성을 보다 정확하게 제시하고자 한다. 모의 분석결과 동일 하도에 대하여 유량을 변동시킬 경우, 유량이 증가할수록 만곡부에서의 수리영향이 더욱 뚜렷해짐을 알 수 있었고 2차원 모형보다 3차원모형의 결과의 정확도가 더 높은 것으로 분석되었다. 곡률반경이 1,300~1,600 정도인 실제하천에 적용한 결과, 수위의 경우 2차원 결과가 3차원 결과보다 최대 3%정도 수위가 높은 것으로 나타났으며, 또한, 상관계수가 평균 0.91의 값을 보이고 있어 2차원모형과 3차원모형의 결과가 비교적 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 흐름 분석을 통해서 만곡부에서의 최대유속은 최정점(apex)에서 보다는 오히려 최정점 이전 하도의 내측에서 발생하였으며, 정점에서의 종단유속은 감소하지만 횡단유속은 오히려 크게 증가하는 경향을 보이고 있었다. 따라서 하천설계시 사행하천의 제방 안정성 확보를 위하여 종단유속 뿐만 아니라 횡단유속 또한 고려할 필요가 있음을 확인하였다. 또한 남강댐 하류 만곡부에서의 내측 및 외측의 수위를 분석한 결과, 제방 외측의 수위가 평균수위에 비해 최대 약 37cm정도 증가하는 것으로 분석되었다. 따라서 만곡부에 대한 하천제방설계시 좌, 우안의 여유고를 일률적으로 적용하기 보다는 만곡에 따른 흐름특성을 분석하여 설계에 적용하여야 안정성 및 경제성을 동시에 확보할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1679-1683
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• 2007

최근 우리나라에서 하천 및 유역 환경의 급격한 변화로 인하여 하천 형태가 많이 변하고 있는 추세이다. 특히 사행하는 모래 하천에서 만곡부 사주의 형태 변화가 커지고 있다. 이 연구에서는 이와 같은 모래 하천의 만곡부에서 사주의 변화 특성을 평가하고 그 원인을 파악하기 위하여 이동상 수리모형 실험을 실시하였다. 실험에서 하천 및 유역의 여러 상황 변화를 감안하여 유량, 유사 공급량, 공급 시간, 하천 변형 등 다양한 조건을 상정하였다. 연구 대상하천은 낙동강 본류이며, 중점 수리모형 실험대상 구간은 우리나라의 전통민속마을인 안동 하회마을을 태극형으로 감싸면서 사행하는 만곡부이다. 이동상 실험규모는 수평축적 1/110, 수직축적 1/50로 왜곡도가 2.2로써 비교적 대규모이다. 모형 하상재료는 입경 0.29 mm의 석탄분(anthracite)을 채택하였으며, 현장에서 하상재료조사와 상사해석을 통해 결정하였다. 실험 결과, 유량과 유사 공급량 변화에 따른 사주 변화가 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다. 특히 유사 공급이 이루어지지 않을 때 국지적 퇴적양상을 보였다. 이는 사주 내 식생활착으로 이어지는 계기가 될 수 있음을 확인할 수 있었다. 그리고 설계홍수량 규모에서 구하도와 과거 사주가 재현되었는데, 이는 지역주민을 통해 입증되었다. 또한 천연기념물인 만송정 주변의 모래둔덕의 형성과정이 입증되었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제9권1호
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• pp.57-63
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• 2003

해상교통시스템은 선박, 조선자, 선박과 조선자를 둘러싼 환경으로 구성되어 있다. 항행환경은 조선환경, 교통환경, 정보사회환경으로 분류하며, 항로설계는 조선환경의 일부를 설정하는 것이다. 본 연구는 항만설비 중 항로설계기준의 적정성을 확인하기 위하여 조선자의 입장에서 직선항로와 항로만곡부에서의 조선부담감을 정량적으로 평가한 것이다. 환경스트레스모델을 이용하여 대상항로에서 항로폭, 선박전장, 선속 등의 요소를 고려하여 선박조종 난이도를 평가하고, 그 상관관계를 구하였으며 조선부담의 경감방안을 제시하였다.