• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1244-1248
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• 2005

최근 몇 년 사이에 자연친화적인 하천복원의 관심이 고조되면서 자연형 하천공법의 적용 초기단계를 걷고 있는 우리나라에서는 생태계 복원과 더불어 인명과 재산을 보호할 수 있는 안전한 자연형 하천 공법의 개발을 위해 수리적 안전성을 지속적으로 관찰하고 분석할 필요가 있다. 그러나 아직까지 우리나라에서는 수리적 및 치수 방재적 측면에서 자연형 하천공법의 안전성에 대한 표준화되고 일관된 분석체계가 아직 구성되지 못하여 자연형 하천정비 공법의 실무적용에 많은 어려움을 겪고 있다. 더구나 소하천 유역은 지역적 특성이 두드러지고 계절에 따른 유량변화가 심하여 하천의 수리적 안전에 대한 분석체계가 적절하게 갖추어지고 있지 못하는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 자연형 하천공법에 따른 소하천의 수리적 안전성과 하천정비 전$\cdot$후의 치수기능의 변화를 Hec-Ras(river analysis system)를 이용하여 적용대상 유역의 수리$\cdot$수문학적. 기하학적, 기상학적 자료들 기본으로 대상유역에 모의해 보았으며 그 결과로부터 자연형 하천정비 전$\cdot$후의 수리적 안전성을 해석하고 하천의 치수기능에 대한 자료를 얻고자 하였다. Hec-Ras를 이용한 연구의 결과 값들은 국내에서의 자연형 하천공법 적용에 따른 하천의 수리적 안전성을 판단하는 표준화된 분석체계를 마련하는데 기초 자료를 제공할 것이며 자연형 하천정비의 기준과 적용을 확립하는데 중요한 의미를 가질 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.457-463
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• 2009

식생만으로 제방을 보호하는 식생호안이 충분한 수리적 안정성을 확보할 수 있으면 생태적 건전성을 확보할 수 있음은 물론 호안을 건설하는 비용을 절감할 수 있을 것이다. 본 연구는 이러한 필요성에 따라 식생의 뿌리가 호안의 수리적 안정에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 하천의 수변부에 서식하는 초본식생에 대하여 식생이 외력에 저항하는 저항특성을 파악하고자 인발시험을 실시하였다. 식생의 뿌리는 외력으로 작용하는 하천수의 흐름에 대해 저항하고, 하천사면의 토양을 조정시켜 사면을 안정화시키는 역할을 하고 있다. 현장인발시험은 광주광역시 황룡강 및 광주천 일대의 4개 지역에서 총 6종 27개 개체에 대해 수행하였으며, 휴대용 Pushpull-Gauge를 이용하여 식생의 뿌리가 뽑힐 때까지의 최대인발력을 측정하였다. 측정된 최대인발력에서 토양의 무게를 제거한 뿌리만의 순수인발력을 산출하였으며, 이를 이용하여 인발강도를 계산하였다. 인발강도에 영향을 미치는 요소로서 식생뿌리체적을 선정하여 체적과 인발강도의 관계를 분석하였다. 분석결과 뿌리의 체적이 증가할수록 인발강도가 비례적으로 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1892-1896
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• 2010

최근 들어 치수 기능만을 위한 공학적 효율 위주의 하천관리 정책에서 벗어나 하천의 환경적 기능의 개선을 위한 생태하천으로의 복원사업이 이루어지고 있다. 치수적 안정성 확보를 위해 기 설치된 콘크리트 호안을 철거하는 대신에 복토후 식생매트리스 공법을 통한 자연친화적인 하천공법이 널리 사용되고 있다. 홍수로 부터 제방을 보호하기 위하여 일반적으로 제방 사면에 호안을 설치한다. 설계 홍수량의 규모가 작거나, 상대적으로 규모가 작은 하천에는 호안이 설치되어 있지 않는 경우도 있지만, 국내는 하천계획의 수립시 호안을 설치하는 것이 일반적이다. 그러나 이와 같은 자연친화적인 하천공법의 적절한 수리학적 기준이 제시되지 않아 홍수기 유실로 인한 경제적 손실이 자주 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 직선수로에 친환경적인 호안을 설치하여 실험을 통하여 하천의 안정성을 살펴보았다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.397-404
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• 2008

본 연구는 인천국제공항철도 신설 공사구간 중 서울지하철 2호선 하부에서 TRcM 공법으로 통과하는 구간의 수리 및 굴착 안정성에 대해 검토한 내용이다. 본 검토 대상 구간에서는 터널 굴착과정에서 하루 최대 86.4 ton의 예상치 못한 과다 용출수가 발생하였으며, 과다 용출수의 발생에 대한 원인 분석을 위해 관측정에서 계측된 지하수위 저하거동과 가장 적합한 수리해석 파라미터를 찾기 위한 수리 역해석을 실시하였다. 본 수리 역해석에서는 TRcM 구간에 접한 홍익대학교 정거장 굴착시의 측정된 자료중 TRcM 구간 굴착전까지의 지하수위 계측결과를 사용하였다. 암종별 수리전도계수와 서울지하철 2호선의 배수경계조건, 과업구간의 강우강도 등을 변화시켜가며 수리 역해석을 수행하였다. 그 결과 계측된 자료와 유사한 최종 지하수위 및 지하수위 저하 경향을 보이는 수리해석 조건을 얻을 수 있었다. 다음, 지반의 굴착에 의한 역학적 영향을 분석하기 위해 지하수를 고려하지 않은 역학적 해석을 수행하였다. 순수 역학적 해석 결과, 지표침하 0.85 mm, TRcM 구간 천단침하 1.32 mm 발생하는 것으로 나타났으며, 복합거동 해석결과 지표침하 1.2 mm, TRcM 구간 최대 천단침하 1.72 mm으로 나타나 지하수위 저하에 의해 추가 변위가 발생하나 침하량이 크지 않아 안정성에는 영향이 없는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.79-79
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• 2018

하천시설물 설계, 시공 및 관리에 재료에 따른 호안이나 제방의 보호능력이 저하되어 설계 시 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있으며, 하천환경의 변화를 야기시킬 수 있다. 제방 표면재료는 제외 비탈면의 침식 방지를 목적으로 사용되는 재료로 주로 호안블록. 식생 매트, 사석, 돌망태, 식생등이 주로 사용되며 국내에서는 2000년대 이전에는 자연 흙사면의 식생, 돌망태, 단순 돌기형 콘크리트 블록 등이 주로 사용되었으며 2000년대 이후에는 하천환경을 고려하여 식생의 생장이 가능한 친환경 호안 블록 및 식생 매트의 적용이 일반적인 실정이다. 제방의 수리적 설계를 위해서는 표면 재료의 수리 특성, 즉, 조도계수 및 한계 유속, 한계 소류력이 제시되어야 하는데 이는 실험을 통해서 결정되어야 한다. 때문에 본 연구에서는 자연형 하상재료를 이용하여 바이오 폴리머 첨가시 증가하는 방어능력에 대한 향상도를 평가하는 실험적 평가 방법을 제안하기위해 홍수시 수리조건을 반영하여 상류에서부터 사류까지 다양한 유속범위에 따른 세굴 및 침식에 대한 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 실험연구를 통해 연구에 사용된 재료 외 추가적인 재료에 대해서도 평가방법이 적용될 수 있도록 제방 재료의 안정성 평가시스템을 개발하였고, 안정성 평가를 위한 실험진행은 기 개발된 바닥응력을 직접측정하는 장치와 PIV시스템을 이용하여 수리특성을 측정하였다.(Park J.H. et al. 2016, Flow Measurment and instrumentation.) 이러한 측정 장치를 이용하여 바이오폴리머의 첨가에 유무에 따라 세굴에 대한 방어능력의 향상정도를 측정하고자 세굴 및 침식에 대한 평가 방법을 제시하고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2019

수리모형실험은 수로 내에서 장시간 파랑을 발생시킬 경우, 수로 내에 반사 파랑의 성분이 누적될 수 있어 상당한 계측 오차를 발생시킬 우려가 있어 수리모형실험 결과의 검증이 필요하다. 일반적으로 수리모형실험 결과의 검증을 위해서는 동일 실험을 무수히 반복하여 불확실성을 제거하거나 다양한 수리실험실에서 수리모형실험을 수행하고 결과를 분석하여 불확실성을 제거할 수 있다. 그러나 이는 엄청난 시간과 노력은 물론 막대한 실험비용이 소요되기 때문에 경제적으로 효용성이 매우 낮아 현실적으로 수행이 어렵다. 이에 비해 수치모형실험은 상대적으로 저렴한 비용으로 수행할 수 있으며, 다수의 실험을 수행하지 않아도 불확실성을 제거할 수 있어 수리모형실험의 검증에 효율적이다. 일반적으로 난류 거동을 동반하는 복잡한 구조물 주변의 흐름 해석에는 3차원 CFD 모형이 필요하다. 특히, 병렬연산이 가능한 CFD 모형을 활용하면 수리모형실험에서도 재현이 쉽지 않은 다양한 조건에 따른 복잡한 흐름을 해석할 수 있어 효용성이 점점 증가하고 있다. 그러나 복잡한 구조물이 존재하게 되면 구조물에 재현에 막대한 격자구조가 필요하여 현실적으로 적용이 쉽지 않다. 이에 대한 대안으로 복잡한 구조물을 비교적 큰 격자에서 재현할 수 있는 가상경계법을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가상경계법은 Navier-Stokes 방정식에서 유체 내에 존재하는 고체를 모멘텀 이론으로 대체하여 고려하는 기법으로 수치모델링 수행 시 매질을 유체만으로 구성할 수 있어 안정적으로 적용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 과업에서는 다양한 분야에서 널리 활용되고 있는 3차원 CFD 모형인 OpenFOAM®기반으로 파랑해석에 필요한 경계조건을 계산할 수 있는 olaFlow를 활용하여 복잡한 구조물을 지나는 파랑해석을 수행하기 위해 가상경계법을 olaFlow에 도입한 수치 알고리즘을 개발하였다. 개발한 수치알고리즘을 활용하여 복잡한 구조를 수치모델에서 재현하였으며, 수치모델에 적용된 수치 알고리즘의 안정성에 대해 고찰하였다.

• 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 2011년도 학술발표회
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• pp.178-178
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• 2011

현재 환경적인 면과 실용적인 면을 고려한 한강 르네상스 사업중 한강공원 특화사업을 시행하고 있다. 하지만 이러한 환경적인 면과 실용적인 면을 고려할 시 문제점이 될 수 있는 것은 결국 치수성의 문제을 생각하여야 하므로 본 연구는 한강공원 특화사업으로 인하여 발생할 수 있는 치수 문제를 사전에 예방하고자 한강공원특화사업의 RAMS모형을 이용하여 200년 빈도 유량에 대한 2차원 수치모의 및 수리모형실험을 하여 한강공원 특화사업으로 인해 발생할 수 있는 수리학적 흐름 특성 변화를 분석하여 홍수에 대한 안정성을 검토하였으며, 자연형 호안공법을 비교하여 각 권역에 맞는 호안공법을 선정하고자 하였다. 수치모의를 통한 분석결과 뚝섬권역의 수위분포는 잠실대교 하류 부근에서 0.02m 정도의 편수위가 발생하였고, 유속분포는 약2m/s~2.5m/s이며, 현단면과 계획단면 비교시 수위, 유속의 변화는 거의 없는 것으로 나타났으며, 수치모의와 수리실험결과로 인하여 수리적 안전성을 확보하고 친환경, 경제성 등의 검토로 보수가 용이하고 배수성이 양호한 사석공법과 세굴방지 효과가 우수하며, 자연경관이 뛰어난 자연석공법이 적합하다고 판단된다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제19권2호
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• pp.179-182
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• 2007

본 연구에서는 연안침식방지와 친수공간을 제공하기 위한 목적으로 새로 개발된 환경친화형 친수호안블록의 성능을 검증하기 위하여 반사율과 안정성을 대상으로 수리모형실험을 실시하였다. 실험 결과 블록의 현장적용 가능성이 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1423-1427
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• 2008

자연과 함께하는 하천복원기술개발에 관한 연구의 일환으로 호안평가기법을 개발하였는데 평가항목은 수리안정성, 생태성 및 어메니티로 구성되어 있다. 개발된 방법과 외국의 호안평가방법을 비교하기위하여 일본과 미국의 방법을 선택하였다. 세가지 방법들의 세부적인 평가항목들의 유사성은 많지 않았으며, 그 이유는 평가의 관점이 각각 상이하기 때문이다. 미국의 방법은 어메니티는 거의 고려하지 않았으며 일본의 방법은 호안구조물의 파괴에 초점을 맞춘 방법이다. 세가지방법의 평가항목을 수리적 안정성, 생태성 및 어메니티의 대항목을 분류하고 각 항목마다 몇 개의 소항목으로 구성하고 각 소항목마다 1점에서 5점까지 점수를 부여하였다. 점수가 낮을 수록 좋은 평가가 되도록 배정하였다. 광주천의 한지점의 조사결과를 각각의 방법에 맞춰 점수를 계산한 결과 연구팀의 방법은 2.19점, 미국방법은 2.71점, 일본의 방법은 2.11점으로 평가되었다. 평가항목의 중복성이 많지 않았지만 평가결과는 점수의 차이가 크지 않음을 알 수 있었다. 각 방법의 소항목들을 자세히 검토하여 연구팀의 평가방법을 보완하는 연구가 필요할 것이며 평가방법이 확립되면 기존호안을 평가하여 호안공사 우선순위를 정하는데 유용하게 이용될 수 있을 것이다.