• 대한토목학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.1377-1387
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• 2013

현재 국내 저수지의 대부분(99.1 %)은 흙댐으로 이러한 형식은 건설비용이 저렴하고 다른 시공보다 시공성이 용이하여 많은 저수지 건설에 채택되었다. 그러나 흙댐은 월류 침투 현상에 취약하여 설계 홍수량을 초과한 홍수 발생 시 붕괴가능성이 높은 단점이 있다. 본 연구에서는 수리실험을 통해 이러한 흙댐 제체에 월류 붕괴가 발생할 경우에 대하여 제체 사면에 설치한 L형 T형 $L^*$형의 보강재 형태에 따른 붕괴 양상 변화를 분석하고, 무보강 제체에 비하여 보강재 설치 제체에서 붕괴지연으로 인한 피해감소 효과를 분석하였다. 그 결과 붕괴부에서 발생하는 흐름이 보강재와 충돌하여 분산됨으로 인해 에너지 감세효과를 갖게 되어 토사의 침식속도가 감소하고 이에 따른 붕괴발달 속도가 지연되는 현상이 관찰되었다. 이러한 연구결과에 따라 보강재의 붕괴지연효과를 무보강 제체와 비교할 경우, 붕괴 발생에서 붕괴종료까지 약 1.73~2.29 배의 시간지연이 발생하였으며 첨두 유출량의 감소효과가 나타났다. 저수지 제체 붕괴는 붕괴부의 급속한 발달로 인해 이를 긴급히 보수하는 시간이 부족하여 큰 피해로 이어지게 된다. 사면에 보강재를 설치한 경우 제체 붕괴 지연효과로 인하여 긴급보수시간 및 인명구조시간의 확보가 가능하며, 첨두유출량 감소로 댐 하류부의 피해를 감소시키는 효과가 있어 저수지 붕괴에 대한 비상대처계획 수립시 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.54-54
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• 2020

본 연구에서는 제방의 세굴이나 붕괴를 방지하기 위해 바이오폴리머(Biopolymer) 기반 신소재를 활용한 흙 제방의 보강공법을 제시하였다. 바이오폴리머 기반 제방의 보강공법은 흙과 바이오폴리머를 소량만 섞어도 흙의 강도 증진시킴과 동시에 빗물에 대한 내침식성과 식생의 생장을 촉진하는 생태성도 뛰어나기 때문에 제방 사면을 보호할 수 있는 친환경적이고 효율적인 공법이다. 이에 안동하천연구센터는 실증실험을 통한 신소재 제방 보강공법의 안정성 검증을 목표로 2 건의 월류붕괴 실험을 수행하였다. 첫 번째는 흙 제방 조건(Case 1)이며, 두 번째는 바이오폴리머 혼합 토양을 사면에 도포한 후 식생이 활착된 조건(Case 2)이다. 제방 붕괴에 따른 수로 내 수위변화를 측정하기 위해 압력식 수위계를 설치하였으며, 영상분석을 위한 다수의 카메라 및 드론을 활용하여 실험의 전 과정을 실시간 촬영하였다. 또한, 제내지 측 사면을 대상으로 월류에 따른 붕괴 지연효과를 정량적으로 제시하기 위해 이미지 픽셀 변화 측정 기법을 통한 시간에 따른 표면 손실률을 산정하였다. 흙 제방과 신소재 처리 제방의 시간에 따른 표면손실률을 비교한 결과, Case 2의 사면손실률이 Case 1에 비해 약 1.5~2.3 배 지연되는 것을 확인하였다. 하지만 단일 조건만으로 실험군과 비교군의 붕괴지연 결과가 제방 성능을 평가함에 있어서 일반화될 수 없으므로 이러한 정량적 평가는 다소 한계가 있다. 향후 이러한 부족한 부분을 해결하기 위한 노력과 다양한 조건의 추가실험을 통한 계측 데이터 및 붕괴지연시간의 평균값을 도출하여 신소재 제방의 안정성을 평가하기 위한 타당한 결과를 도출할 예정이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.220-220
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• 2021

2020년 장마는 6월 중순부터 8월 중순까지 전국적으로 평균 687 mm의 강수가 내려, 1973년 이후 역대 2위 강수량을 기록하였으며, 연이은 태풍으로 큰 인명 및 재산 피해가 발생하였다. 특히, 섬진강 및 한탄천 등에서 계획홍수위를 초과하는 홍수로 인해 상당수의 제방이 월류로 인해 붕괴된 것으로 나타났다. 따라서, 향후 기후변화에 따른 연평균 강수량이 증가할 것으로 전망되는 가운데 집중호우로 인한 제방 붕괴 피해를 최소화하기 위한 고도화된 기술 개발을 통한 선제적 재발 방지대책이 필요한 시점이다. 한국건설기술연구원은 바이오폴리머라는 새로운 친환경 신소재를 이용하여 제방의 안정성 평가 기술 개발 연구를 수행하고 있다. 이에 안동하천연구센터에서는 실규모에 준하는 제방모형(높이 3 m, 사면경사 1:2, 길이 10 m 이상)을 제작하고, 제방 표면에 바이오폴리머 신소재를 처리하여 전방 월류 흐름 유도에 따른 실규모 제방붕괴실험을 수행하였다. 또한, 신소재 보강 및 무보강 조건에 따른 영상분석 기반 붕괴지연효과를 정량적으로 분석하여 신소재의 성능을 평가하였다. 하지만, 기존에 수행된 실험은 댐 붕괴 흐름과 같이 홍수파가 발생하여 제내지로 퍼져 나가는 형태로 진행되어, 보강공법의 검증에 있어 실제 하천에서 발생하는 횡월류 흐름을 재현하지 못한다는 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 횡월류 흐름(0.6 m³/s 이상)을 발생시켜 수리실험에 따른 축척효과(scale effect)를 최소화하고, 현장에 대한 충분한 자연성을 재현하는 것을 목표로 하여 실험을 수행하였다. 실험 조건은 1) 신소재가 처리된 식생 제방, 2) 신소재가 처리되지 않은 식생 제방으로 각각의 조건에 따른 횡월류 흐름 및 제방 붕괴를 유도하여 영상분석 기법(이미지 픽셀분석 및 3D 포인트 클라우드 모델링)을 통한 침식 저항에 관한 분석결과를 제시하였다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.31-38
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• 2018

국내 중소규모 저수지의 99.1%는 흙댐으로, 건설비용이 저렴하여 용이한 시공성을 갖고 있다. 그러나 흙댐은 월류에 취약하기 때문에, 홍수 시 급격한 붕괴 가능성이 있다. 이러한 붕괴가 발생할 경우 급격한 홍수량 증가로 이어지기 때문에, 하류 치수 안전성이 위협 받을 가능성이 크다. 이에 본 연구에서는 흙댐 사면에 포설한 사석의 붕괴 지연효과를 실험을 통해 검토하였다. 실험은 사각단면의 직선형 개수로에서 수행하였으며, 보호공 사석의 크기를 3가지로 결정하였다. 선행 연구들과 차이점은 부정류로 실험을 수행한 것이며, 대상은 일반적인 형태의 가물막이로 결정하였다. 실험결과 차원해석 및 선행연구를 이용하여 서석보호공이 포설된 흙댐 붕괴 시간에 대한 새로운 공식을 제시하였다. 또한 사석 보호공이 설치된 경우 실험을 통해 붕괴 지연효과에 대해 검토한 결과 포설된 사석의 2배 이상의 효과가 있는 것으로 확인되었다. 본 연구 결과는 EAP (Emergency Aciton Plan) 수립 및 제방 설계와 같은 하천 계획에 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.1-11
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• 2024

국내 저수지의 대부분 흙댐으로 되어있다. 흙댐은 건설비용이 저렴하고, 용이한 시공성을 가지고 있기 때문이다. 그러나 흙댐은 침투나 월류에 매우 취약하기 때문에, 과도한 홍수량이 발생하였을 경우 급격한 붕괴 가능성이 매우 높다. 급격한 붕괴는 급격한 홍수량 증가로 이어져, 하류 하천 또는 민가에 매우 큰 피해를 발생시킬 가능성이 있다. 이에 본 연구에서는 흙댐 사면에 포설한 사석의 흙댐 붕괴 지연효과에 대해 실험연구를 수행하였다. 붕괴시간이 지연되면, 대피시간을 확보하여 인명 피해를 크게 줄일 수 있기 때문에 재난 대응 관점에서 큰 의미가 있다고 판단된다. 수리실험은 직선형 개수로에서 수행하였으며, 보호공 사석의 크기를 2가지로 결정하였다. 기존 선행 실험과는 달리 실험을 부정류로 수행하였으며 이를 통해 댐 내부의 수위 상승 변화 효과를 반영하였다. 대상댐은 도수터널에 설치된 가물막이 댐으로 결정하였다. 실험결과 수행한 실험조건에서 사석보호공이 있는 경우 사면의 붕괴를 방지할 수 있었고, 사석보호공이 없는 경우 사석의 입경 증가에 따라 붕괴 시간 지연 효과가 있는 것으로 나타났다. 이는 첨두 유출량 감소로 댐 하류부의 피해를 감소시키는 효과가 있을 것으로 판단된다. 또한 저수지 붕괴에 대한 비상대처계획(EAP) 수립 시 주요 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.50-50
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• 2019

최근 국지성 호우 및 하천 제방의 노후화로 인한 제방 붕괴 피해가 빈번히 발생하면서 제방의 안정성 및 표면 보강을 위한 다양한 연구가 시도되고 있다. 본 연구에서는 제방 붕괴에 따른 피해 최소화 및 대책을 수립하기 위한 방법으로 시멘트와 같은 지구온난화를 야기시키는 물질이 아닌 친환경 신소재 바이오폴리머를 흙과 혼합한 재료를 활용하여 제방의 내구성을 강화하기 위한 연구가 수행되고 있다. 이에 안동하천실증연구센터에서는 현장토를 사용하여 높이 1 m, 폭 3 m, 사면경사 1 : 2, 총 길이 5 m 의 중규모 제방모형을 제작하였으며, 공동연구기관인 카이스트에서 개발된 바이오폴리머와 흙을 적정 비율로 혼합한 바이오-소일을 제방 전면에 일정 두께로 피복하여 월류 발생에 따른 제방 안정성 평가 실험을 수행하였다. 1차 실험은 흙 제방 조건이며, 2 3차 실험은 제방 표면에 5 cm 두께로 신소재가 피복된 조건으로 안정된 결과 도출을 위해 반복 실험을 수행하였다. 제방 천단면 및 사면에서의 유속분포를 측정하기 위해 드론 및 비디오카메라를 활용한 LSPIV 기법을 적용하여 실험조건에 따른 표면유속과 월류 흐름이 제방 붕괴에 미치는 영향에 대해 비교분석하였다. 또한 그래픽 소프트웨어를 이용한 픽셀기반 영상분석 기법을 적용하여 시간에 따른 제방사면의 붕괴면적을 산정하여 신소재 피복에 따른 붕괴 지연효과 분석을 통한 신소재 활용 제방의 현장 적용가능성 및 안정성을 평가하였다. 본 연구결과, 흙 제방의 경우 월류 흐름 발생 직후 침식현상이 전개되어 유속분포가 집중되고 있었으며, 이후 발생하는 강한 수직흐름으로 인해 입자추적을 통한 분석이 더 이상 불가능하였다. 신소재 제방의 경우 월류 흐름 발생 직후 침식은 발생하지 않았으며 일정시간동안 유속분포가 유지되었다. 지속적인 월류 흐름으로 인해 제방 끝단에서 침식이 발생하였으며 이때 최대 유속은 3.3 m/s 로 나타났다. 또한 픽셀기반 분석을 통해 30초 단위로 표면손실률을 산정한 결과, 신소재 활용 제방(2, 3차)의 경우 같은 실험조건에도 불구하고 최종 붕괴시간은 약 3배의 차이를 보였으며, 양생 과정에서의 크랙 발생을 최소화한다면 월류 발생 시 상당한 붕괴지연효과가 있는 것으로 판단된다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제35권2호
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• pp.76-81
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• 1992

원제와 무기증량제의 혼합분말을 유용성 점결제 stearly alcohol 혹은 ethyl cellulose로 조립한 KC-7079, isoprothiolane, perfluidone 및 tricyazole 입제를 $25^{\circ}C$ 항온조건하에서 물이 담긴 비이커에 침적하고 일정시간 간격으로 수중 유효성분농도를 분석하여 입제의 용출속도를 측정하였다. 입제의 수중용출속도는 점결제 첨가량에 따른 입제의 수중붕괴성, 사용한 점결제의 종류 및 원제의 물에 대한 용해도에 따라 크게 영향을 받았다. Stearyl alcohol 첨가입제의 수중붕괴성은 제제방법에 따라 달라져서 수중에서 붕괴되지 않고 원형을 유지하기 위한 점결제 첨가량은 sodium dodecylbenzene sulfonate 수용액(0.5%)으로 반죽하여 조립할 때는 8%, methanol로 반죽하여 조립할 때는 3% 이상 요구되었다. Stearyl alcohol을 점결제로 사용한 KC-7079 입제는 점결제 첨가량이 증가할수록 수중붕괴성이 감소하여 유효성분의 초기 용출속도가 크게 감소하였으며, 붕괴하지 않는 입제는 점결제 첨가비가 증가하여도 용출속도가 거의 변하지 않았다. Ethyl cellulose가 0.5% 이상 첨가된 입제는 수중에서 붕괴하지 않았으며, 점결제 첨가비가 증가할수록 유효성분의 용출지연효과가 증가하였다. 또한 용출지연효과는 원제함량이 작은 입제에서 현저하였다. Stearyl alcohol 첨가제제는 KC-7079와 perfluidone의 용출을 지연시킨 반면 ethyl cellulose 첨가제제는 모든 원제에 대하여 용출을 지연시킬 수 있었다. 또한 이들 유용성 점결제로 조립한 입제는 원제의 수용해도가 작을수록 용출지연효과가 뚜렷하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.1-8
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• 2018

최근 전 세계적으로 이상기후에 따른 국지성 폭우로 인한 홍수 발생과 하천제방의 노후화로 인하여 제방이 소실되고 저지대에서의 엄청난 재산 피해 및 인명 피해가 발생되고 있다. 특히 월류에 의한 제방붕괴는 약 40%에 달하는 것으로 보고되고 있다. 본 연구는 월류에 의한 제방붕괴의 원인 및 메커니즘을 파악하기 위해 수리모형실험을 수행하였고 제방의 내구성 향상을 위한 친환경 신소재인 바이오폴리머를 이용하여 월류에 따른 제방사면의 안정성 및 붕괴지연효과 등을 평가하였다. 영상계측장치를 이용한 실험분석 결과, 제방사면에 신소재 적용 시 총 제방붕괴시간은 흙 제방과 비교했을 때 약 2.25배의 차이를 보였고 신소재가 적용되지 않은 흙 제방의 경우 초기 붕괴발달속도가 약 1.43배 빠르게 나타났으며 시간이 지날수록 제체가 급격하게 붕괴되는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 신소재 적용 제방의 붕괴메커니즘은 흙 제방에 비해 확연히 다르게 나타났으며 월류 흐름에 저항하여 사면침식속도를 경감시킴으로써 급격한 제체붕괴 예방이 가능한 것으로 평가되었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권4호
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• pp.258-266
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• 2019

이 연구는 자연에 기반을 둔 하천기술을 제방에 적용하여 그 효과를 평가하기 위해 수행되었다. 친환경 신소재 바이오폴리머를 제체 표면에 적용하여 내구성과 친환경성을 증진시킴과 동시에 월류에 대응하기 위한 제방의 보강 대책을 수립하고자 하였다. 안동하천연구센터에 현장토를 사용하여 높이 1 m, 마루 폭 3 m, 사면경사 1:2, 총 길이 5 m의 중규모 제방모형을 제작하였으며, 바이오폴리머와 흙을 적정 비율로 혼합한 바이오-소일 (bio-soil)을 제방 전면에 5 cm 두께로 도포하여 월류 발생에 대한 제방의 안정성 평가 실험을 수행하였다. 영상분석 프로그램을 이용한 픽셀기반 분석 기법을 적용하여 시간에 따른 제방사면의 붕괴면적을 산정하였으며 그 결과, 신소재 적용 제방의 경우 완전붕괴가 발생하는 시간은 일반 흙 제방에 비해 12배 이상 증가해서 붕괴지연효과가 상당히 높은 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.96-96
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• 2016

최근 들어 지구온난화 등의 환경적 요인과 지역별 온도차 등으로 인해 국지성 호우가 빈발하고 있다. 많은 양의 폭우가 좁은 지역에 집중적으로 비를 뿌리는 국지성 호우는 저지대 침수와 범람, 산사태, 축대 붕괴 등의 위험성 등을 증가시키며, 특히 도시지역은 개발로 인한 지표면의 포장 등 자연공간이 감소하여 개발 전 지표면의 유역 내 저류 및 지연효과가 현저히 감소하고 있다. 시가지의 확대와 도로포장 등 유역 내 불투수층의 증가로 홍수유출량과 첨두유출량이 점차 증가하고 있고 이러한 국지성 호우에 의한 피해는 점점 다양해지고 대형화 되고 있으며, 버스정류장 한 두개 정도의 거리에서도 호우형태가 크게 달라지고 있다. 하지만 영동지방의 경우 1개의 관측소가 $834.4km^2$, 낙동강 유역의 경우 $126.8km^2$로 간헐적으로 분포되어 있다. 많은 양의 폭우가 좁은 지역에 집중적으로 비를 뿌리는 국지성 호우를 관측하기 위해서는 고밀도의 면적강우량 산정이 필요하다. 본 연구에서는 차량용 강우센서를 이용하여 W-S-R 관계식을 개발하였으며, 대상지역인 삼척시내를 대상으로 면적강우량을 산정 하였으며, 실제 관측 면적강우량과의 비교를 통해 차량용 강우 센서를 이용하여 생산된 면적강우량의 효용성을 검토하였다.