• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.345-345
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• 2011

최근 각종 하천 개발 사업이 활발히 진행되면서 하천환경변화에 따라 발생 가능한 다양한 현상 예측 및 그에 대한 대책수립이 요구되는 실정이다. 특히 하도안정 및 평면적 유로를 유지하기 위해서는 수제와 같은 수공 구조물이 효과적인 것으로 알려져 있다. 그러나 국내에서는 제한적인 연구와 소수의 수제 설치만 진행되었을 뿐 실용화를 위한 기술 개발 연구는 미흡한 실정이다. 단일 수제의 기하학적 특성에 의한 세굴 및 퇴적 등 하상의 변화에 관한 연구는 다수 진행되었으나 연속 수제에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이동상 수리실험을 통하여 단일수제와 연속수제 설치에 따른 세굴깊이와 길이, 폭 등 하상변화의 기하학적 형상을 지배하는 월류비와 후루이드 수 등 수제설계 지배인자에 대한 특성을 검토하였다. 단일수제와 연속수제에 대하여 월류조건과 비월류조건의 경우로 분류하여 후루이드 수의 영향을 검토하였다. 실험분석 결과 후루이드 수와 월류비가 수제 설치에 따른 세굴 깊이, 세굴 길이 및 세굴 폭의 지배인자임을 확인하였다. 후루이드 수가 증가할수록 세굴깊이와 길이, 폭은 증가하는 것으로 나타났으나 월류비가 증가할수록 세굴깊이와 길이, 폭은 감소하는 것으로 나타났다. 연속수제의 경우 첫 번째 수제 주변의 하상변화는 단일수제와 그 규모가 유사한 것으로 나타났으나 두 번째 또는 세 번째 수제부터의 하상변화 규모는 첫 번째 수제에 비해 작아지는 것으로 나타났다. 또한 세번째 수제 이후 모든 수제에서의 하상변화 규모는 거의 일정한 것으로 확인되었다. 본 연구에서 제시한 하상변화 지배인자와 단일수제, 연속수제 별 세굴공의 기하학적 특성과의 관계는 하상의 안정성 확보를 위한 수제 설계를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.1128-1132
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• 2005

세굴을 일으키는 주요 원인은 와류의 작용에 의해서라고 알려져 있다. 와류를 일으키는 인자에는 흐름조건, 흐름의 변화, 하상재료, 그리고 교각의 형상 등이 있다. 그러나 세굴현상은 이들 인자 외에도 다른 원인들과 함께 복합적인 형태로 나타나기 때문에 수리 및 수치모형실험으로는 정확한 세굴을 규명하기 힘들다. 최근 국내에서는 보다 정확한 세굴을 관찰하기 위해 실시간 세굴모니터링이 이루어지고 있다. 이에 맞추어 실시간 세굴모니터링을 위해 초음파 세굴심 측정 센서가 개발되었는데, 이 센서는 수공구조물에 설치할 수 있어 평수 시뿐만 아니라 홍수 시에도 세굴의 변화를 관찰할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 이 센서에 사용된 초음파는 반사면에 따라 반사파의 특성이 달라지는 성질을 갖고 있다. 본 연구에서는 이러한 초음파의 성질에 착안하여 초음파 세굴심센서를 이용한 하상재료 판단에 대한 실내실험을 실시하였다. 주로 하상에서 접할 수 있는 입자를 선정하여 실험을 실시하고 실험으로부터 획득된 초음파의 반사파자료를 이용하여 각 시료를 분류할 수 있는 정량적 근거를 제시하였다. 그리고 이 자료의 현장적용성을 검토하기 위하여 현장의 자료와 비교 및 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.698-702
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• 2009

본 연구는 강원도 영서지방의 지방하천을 중심으로 수리특성 및 교각제원 등을 조사하여 기존 세굴심 산정식의 산정 값과 모형실험 산정 값을 비교 검토 하였으며, 또한 교각의 세굴에 영향을 주는 인자에 대하여 통계학적 방법인 민감도 분석을 하였다. 이에 따른 분석결과 기존 세굴심 산정식의 경우 전체 적으로 교각 크기가 커지면서 산정 값과 모형실험 산정 값간의 편차가 $1.09%{\sim}63.98%$ 를 보이고 있어, 강원도 하천의 경우 기존 세굴심 산정식을 적용하여 산정하기에는 적합하지 않은 것으로 판단되었으며, 기존 세굴심 산정식 중 교각크기만으로 형성된 산정식의 경우 세굴심산정이 간편하기는 하나, 수리특성을 충분히 반영하지 못한 산정식의 경우 민감도가 크게 떨어지는 것을 확인 할 수 있었다. 모형실험 산정 값과 세굴심에 대한 민감도 분석결과, 교각크기 64%, 수심 36% 순으로 세굴심 발생에 유의적인 영향을 미쳤으며, 모형실험의 세굴심 값을 토대로 회귀분석을 통하여 강원도 하천에 적합한 세굴심 산정식을 제안 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.400-400
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• 2016

자연하천에서 다양한 목적으로 설치된 수공구조물을 볼 수 있으며 대표적으로 교량의 교각을 들 수 있다. 교각 주위에서 발생하는 국부세굴은 교량붕괴의 가장 큰 원인이므로 이에 대한 연구는 필수적이다. 수리실험 또는 수치모형을 이용하여 교각주변의 국부세굴에 관한 많은 연구들이 수행되었지만 세굴인자의 특성 및 메커니즘에 대한 연구는 여전히 부족하다. 본 연구에서는 LES(large-eddy simulation)에 유사이송 및 하상변동 모형과 결합하여 2개의 원형교각 주변의 흐름 및 세굴을 수치모의 하였다. LES와 유사이송 및 하상변동 모형의 결합은 난류의 영향을 직접 모형에 고려할 수 있기 때문에 교각 주변에서 발생하는 말굽형 와 구조와 같은 복잡한 흐름에 의한 영향이 반영된다. 계산영역은 흐름방향으로 10 m, 횡 방향으로 2.4 m로 하였고, 지름(D) 0.16 m를 가지는 원형교각을 유입부로부터 2.4 m 떨어진 위치에 배치하였다. 이때 두 개 교각사이의 각은 $0^{\circ}{\sim90^{\circ}$이고 원형교각 사이의 거리는 5D로 하였다. 수치모의에 사용된 조건은 이전의 수리실험(Khosronejad et al., 2012)을 참고하여 접근평균유속은 0.25 m/s, 수심은 0.15m를 사용하였다. 수치모의는 원형교각 주변의 최대세굴심이 평형상태에 이를 때 까지 수행하였다. 접근각도 변화에 따른 원형교각 주변의 세굴과정 및 특성을 분석하였으며 최대 세굴심 결과를 Hannah(1978)의 수리실험결과와 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1701-1705
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• 2007

국부세굴은 수공구조물 주변에서의 국부적인 흐름변화가 그 원인이라 할 수 있으며 이러한 변화는 교각 또는 교대의 하상재료를 굴착하여 이동시키는 침식작용의 결과이다. 이러한 교량의 교각 또는 교대, 그리고 교각을 지지하는 구조물에서 발생하는 국부세굴은 교량의 수명과 안정성에 좋지 않은 영향을 미쳐 재산상의 피해를 줄뿐만 아니라 교량 붕괴 사태 등으로 인한 대형 인명사고를 초래하는 원인이 될 수도 있다. 따라서 국부세굴의 경향을 예측하고 분석하는 것은 교량 구조물이나 수중 구조물의 설계에 있어서 매우 중요한 과업이다. 이러한 국부세굴을 예측하고 분석하는데 있어서 국내에서는 일정한 흐름조건에 대한 최종세굴심을 예측하는데 초점이 맞추어져 있다. 하지만 국부세굴은 하상재료에 따라 세굴이 진행되는 속도가 다르며 세굴의 진행은 시간 의존적인데 반해 국내에서의 국부세굴의 예측과 분석은 최종세굴심 산정에 초점이 맞추어져 있다. 이에 본 연구에서는 보다 실질적이고 경제적인 국부세굴 경향을 예측할 수 있도록 다양한 하상재료에 대한 시간에 따른 세굴 변화의 특성을 파악하고 분석하였다. 이를 위해 하상재료에 따라 수리실험을 실시하였고, 이를 통해 하상재료에 따른 세굴심의 시간적 변화 곡선을 구하였다. 이렇게 구한 하상재료에 따른 세굴심의 시간적 변화 곡선을 통해 하상재료별 평형세굴심 산정하였고, 산정한 평형세굴심과 기존 세굴심 산정공식을 이용하여 입자별 세굴심을 산정하여 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.37-37
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• 2011

태풍 루사나 매미에 의한 피해사례를 보면 하천 횡단 구조물 본체가 파괴되는 피해 뿐 만 아니라, 구조물과 제방과의 연결부가 세굴되어 붕괴되는 사례가 많이 발생하였다. 하천설계기준(2009)에는 이러한 보와 제방의 연결부 부분을 연결호안이라 하여 관련 기준을 제시하고 있으나, 설치구간의 길이를 정할 때 하천의 규모나 하도의 특성을 고려하지 못하고 일률적으로 결정하도록 하고 있다. 이에 건설기술연구원에서는 상류 Froude 수와 보 높이를 변수로 하는 연결호안 설치 길이에 대한 실험식(2006)을 제시하였다. 하지만 보 접속부 세굴에 영향을 주는 인자는 상류의 Froude 수와 보의 높이 뿐만 아니라, 상 하류 수위차, 보의 형상, 제방의 재료적 특성 등 많은 요인들이 존재한다. 이 중 본 연구에서는 상 하류 수위차와 보 접속부 세굴 범위의 관계를 파악하고자 한다. 보 접속부 세굴에 대한 수치모의에 앞서 Gill(1972)와 Dongol(1990)이 수행하였던 교대세굴 자료를 바탕으로 Flow-3D의 세굴에의 적합성 및 적용성을 검토하였다(그림 2참고). 검토 결과 수치모의의 입력 변수를 조정함으로써 실험값과 가깝게 나타나는 것을 확인하였다. 이렇게 조정된 변수를 이용하여, 보 접속부 세굴에 대한 수치모의는 상 하류의 수위차에 대해 다양한 검토를 하기 위해 상류의 수위를 1.0m로 고정한 채하류부의 수위를 0.2~0.8m까지 0.1m간격으로 변화시켰으며, 유사의 대표 입경은 0.63mm로 주문진 표준사를 가정하였다. 모의 시간은 평형세굴심이 발생할 때까지 수행하였고, 난류모델로는 LES(Large Eddy Simulation)를 채택하였다. 모의 결과 상 하류 수위차가 증가할수록 보 하류부 세굴 길이($L_d$)가 증가 하였으며, 세굴의 폭($B_d$) 역시 증가하였다. 그림 3은 수치모의 결과로 세굴이 발생된 제방의 모습을 도시한 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.113-113
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• 2017

중소하천에서 홍수 시 보 주변 흐름은 잠수월류(submerged overflow)의 형태이고, 이러한 조건 하의 보 파괴원인 중 가장 큰 부분은 제방과의 연결부에서 발생하는 세굴로 인한 것이다. 그러나 하천설계기준(2009)에서는 보 연결부 보호공에 대해 수리학적 특성과 유사적 특성을 고려한 적절한 세굴 범위를 제시하지 못하고 있는 실정이다. 또한 기존의 연구들은 주로 고정상 실험결과를 이용하여 세굴범위를 제시하고 있으며, 제체의 재료적 특성을 고려한 연구가 상대적으로 미약한 실정이다. 이에 본 연구에서는 제체의 재료적 특성(점성을 가진 유사 특성)을 고려하여 잠수월류 시 보 하류부 제방의 세굴길이를 도출하였다. 본 연구방법으로 이론적 접근에서 보 연결부 세굴을 유발하는 주요인자들을 활용하여 관계식을 제안하였고, 수리실험을 통해 제안된 식의 검증을 수행하였다. 수리실험은 균일 사다리꼴 단면의 직선 수로($7.0m(L){\times}2.0m(B){\times}0.5m(H)$)에서 이동상 제방구간(2.0m)과 고정상 제방구간을 나누어 실험의 효율성을 높이고자 하였으며, 이동상 제방 전용 다짐판 및 다짐 봉 등 자체적으로 제작된 실험 장비들이 이용되었다. 실험결과와 제시된 이론적 접근의 비교를 통해 제시된 이론식이 제체의 다짐도의 영향이 고려가 되지 않았음을 가정하였으며, Lee et al.(2001)의 연구를 참고하여 제체에 대한 다짐의 영향을 고려한 후 두 값들이 선형적인 비례 관계가 나타남을 확인하였다. 최종적으로 이러한 관계를 모두 고려한 잠수월류 시 보 하류부 세굴길이에 대한 예측식을 제안하였다. 본 예측식은 하천 계획 및 설계시 호안의 범위를 산정하는데 참고자료로 유용할 것으로 판단된다. 향후에는 완전월류(perfect overflow)에서 보 연결부 세굴에 대한 연구를 수행하여, 월류 형태 별 제방 세굴길이에 대한 연구를 완성하고자 한다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.44 no.3
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• pp.337-348
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• 2024

Artificial reef often experiences a functional loss due to scour, even though serveral surveys of a seabed were performed prior to installation. Particularly in the east and west coasts in Korea, where the artificial reefs are installed, there are clear differences in the geotechnical characteristics of the seabed. Therefore, in this study, both field surveys and laboratory experiments were conducted to investigate the scouring characteristics of artificial reefs installed on the east and west coasts of Korea. The laboratory experiments were performed with different velocities and soil types. The field survey results of artificial reef revealed that artificial reef-installed seabeds in the east and west coasts are more vulnerable to scour than settlement. Particularly in the west coast, the loss ratio caused by scour was found to exceed 50 % in most cases. The experimental results showed that scouring occurred faster and more severely on the west coast seabed, which has a smaller particle size compared to the east coast. Additionally when the scour depth exceeded approximately 10 % of the height of the artificial reef, the artificial reef tilted forward and further scouring was induced.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1711-1715
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• 2007

하천에서는 나라마다 하천마다 구간마다 독특한 하도특성을 지니고 있다. 우리나라는 전 국토의 70 %가 산지로 이루어져 있으며, 이로 인하여 특이한 하도형태의 모습을 보이는 구간이 산재하고 있다. 그 대표적인 모습이 충적하도와 침식하도가 연속해 발생하는 과정에서 나타나는 것이 하천 협착부 구간이다. 이러한 하천협착부 주변지역은 전형적인 수해상습 구간이 되는 경우가 많다. 이러한 상황임에도 불구하고 현재까지 우리 나라에서는 이러한 협착부 구간에서 하도특성을 반영한 연구 및 설계 사례가 전무한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 낙동강 선산지역의 하천 협착부에서의 하도 수리학적 의미와 하도형태에 대하여 조사하고 분석하였다. 연구 결과, 모래하천인 조사구간의 저수로 하상에서 아주 미세한 유사분급 현상은 확인할 수 있었지만, 명쾌한 자연 영력에 의한 유사분급 현상이라 판단하기에는 어려운 부분이 있었다. 이는 완만한 하상경사, 균일성에 가까운 하상재료의 공급에 기인한다고 추정할 수 있었다. 그러나 이와 같은 자연적인 현상보다는 골재채취 등의 원인에 따른 유사분급이 확연하다고 추정되었다. 그리고 협착부의 배수구역에서 과거 활발했던 이동상 단단면 하도형태가 유심부의 이동과 더불어 최근 급격하게 복단면화가 진행되고 있음을 확인하였다. 이와 더불어 저수로의 하폭이 크게 줄어드는 현상을 확인할 수 있었다. 이와 같은 현상은 궁극적으로 이상홍수 발생시의 복단면 가중 또는 홍수단면적 축소, 저수로에서의 호안 또는 제방 아래부분의 국소세굴이 야기될 수 있음을 시사한다.원주교각에 대한 국부세굴 특성을 검토하였다. 또한 원주형의 교각에서는 단일원주보다는 원주군으로 설치되는 경우가 대부분이며 이때 교각의 직경(D)에 대한 교각 사이 간격$(L_d)$의 비$(L_d/D)$에 따른 전면교각에서의 수류변화의 영향이 후면교각에 작용하여 상호 복합적인 흐름 및 세굴특성을 나타내므로 이와 같은 복렬형 원주군의 세굴특성을 파상형 원주교각에 적용하여 국부세굴의 크기 변화를 해석하였다. 따라서, 교각주위에서의 수류특성 및 세굴의 변동은 원주군 및 교각파상의 크기와 간격 등과 같은 구조물의 배열조건과 Froude 수, 수심 등의 수리학적 조건에 따라 달라지므로 이의 조건을 체계적으로 변화시켜 가면서 교각주위에서의 국부세굴 및 세굴 감소특성을 검토하였다. 실험결과 오목 및 볼록 파상형 원주 주위에서의 세굴크기는 원형원주와 비교하여 전체적으로 감소하는 것으로 확인되었으며 특히 오목형 $B/\acute{h}=3$에서는 세굴경감효과가 탁월하여 70%이상 감소하는 것으로 확인되었으나 볼록형 $B/\acute{h}=5$에서는 세굴촉진특성이 나타나고 있는 것으로 나타났다. 따라서, 파상형 원주에서는 하강류나 와류를 파상형의 내부로 유도하여 세굴의 크기를 조절할 수 있는 최적의 파상이 존재하고 있는 것으로 예측되었다.원 분야 소프트웨어의 개발에 기본 토대를 제공할 것으로 판단된다.았다. 또한 저자들의 임상병리학적 연구결과가 다른 문헌에서 보고된 소아 신증후군의 연구결과와 큰 차이

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1561-1565
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• 2006

수제는 주로 호안 또는 하안 전면부에 설치하는 구조물로써 기존의 수제 설치는 하안 및 제방의 보호, 유로제어 및 주운 등의 목적에 의해 이루어졌다. 최근 들어서는 수제하류부의 흐름분리로 인해 발생되는 재순환 영역(recirculation zone)과 국부세굴에 의해 발생하는 세굴공이 수중생물의 다양한 서식처 및 홍수 시어류의 피난처로 활용될 수 있다는 점 등의 환경기능이 부각되면서 수제에 대한 설치목적이 다양화 되었다. 월류수제는 흐름이 수제 투과정도를 나타내는 투과율과 함께 다뤄지기는 기존의 실험연구에서는 수위가 수제의 머리부를 초과함에 따라 월류되는 흐름은 과도한 난류의 발생 등 투과수제에 비해 수제부근에 더 많은 영향을 미친다고 하였다. 이러한 과도한 난류의 발생은 수제를 월류하는 흐름은 상류에서는 가속되다가 수제 하류부로 흘러내리면서 다시 감속되어 교란되기 때문이다. 이러한 월류수제의 흐름특성은 수제 주변 국부세굴에 영향을 미친다. 특히 우리나라 하천은 홍수시 수위의 변화가 매우 크기 때문에 일반적인 불투과 수제라 하더라도 대부분의 수제가 월류수제처럼 거동한다. 따라서 수위가 증가함에 따라 월류가 발생하는 수제의 경우 비월류 구조물과는 세굴심의 변화가 다르게 발생할 수 있다. 본 연구에서는 월류수제 주변에서 발생되는 국부세굴이 수중생물의 다양한 서식처 및 피난처로 활용될 수 있다는 관점에서 세굴영역(세굴부피)과 세굴심의 관계에 대한 수리모형실험을 수행하고 분석하였다. 월류수제의 세굴실험은 축척의 영향을 최소화하기 위해 $7m(W){\times}40m(L){\times}1.5m(H)$ 규격의 대형 수로에서 수행하였으며 세굴변화에 미치는 시간축척의 영향을 파악하기 위해 $70{\sim}90$ 시간 동안 실험을 수행하였다. 세굴의 측정은 투명한 아크릴로 제작된 수제 내부에 CC카메라를 수제 전 후면 및 측면에 설치하여 월류수제의 세굴 발생을 실시간으로 측정하며 동시에 수제의 각 면에 각각 3개의 압력센서를 설치하여 압력분포를 측정함으로써, 월류수제 주변의 압력변화에 따른 세굴심의 실시간 변화를 비교할 수 있도록 하였다.