• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.843-847
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• 2009

본 연구는 가상하도에서의 합리적인 수제공 설계 근거를 확립하기 위하여, 가상하도에서 수제설치 간격에 따른 수제군 주변의 유속 및 벡터 등을 비교 검토하였다. 수제는 하천에서의 흐름을 하도 중앙으로 집중시켜 일정수심을 확보하는 역할을 하며, 하안 및 제방의 보호 및 유로제어를 목적으로 설치되고 있다. 근래 하천정비사업에는 견고한 재료로 하안을 피복하는 호안기법을 사용함으로써 자연스러운 침식퇴적작용을 억제하고 하안을 고착화, 단순화 시켜왔다. 또한, 최근 자연생태계 복원에 대한 관심이 점차 증가함에 따라 하천정비사업에서도 자연친화적인 기법적용에 대한 관심이 커지고 있다. 그렇지만 아직도 수제 서리에 있어서 하천의 흐름특성을 제대로 반영하지 못함으로써 수제를 올바르게 이용하지 못하는 예가 많이 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 가상하도에서 수제설치 간격에 따른 수제군 주변의 흐름특성을 수제공의 수리학적 원리를 통해 수제설치간격에 따른 수제군 주변의 흐름특성을 비교 분석하겠다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.324-324
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• 2023

수제는 비용 대비 높은 효율을 가지는 수공 구조물로 하천과 해안에 많이 이용된다. 수제는 하천에서 식생물의 서식처, 유량 확보, 하천시설 보호 등의 목적으로 설치되며 해안에서는 해안선보호, 수심 확보 등의 다양한 목적으로 설치된다. 수제는 일반적으로 넓은 영역을 제어할 수 있도록 여러개의 군수제 형태로 설치한다. 수제설치 시 기존 하도나 수로의 흐름에 교란이 일어나는데 본류부에서는 하폭이 좁아져 수제선단부에 의한 영향으로 높은 유속이 발생되며 수제역내에서는 재순환흐름과 함께 다양한 형태의 유속분포가 형성된다. 이러한 수제에 의한 흐름은 수제 선단부의 영향으로 발생하는 흐름분리선(Separation Layer)을 기준으로 흐름중심선(Talweg Line)과 흐름분리영역(Separation area)을 만들어내며 수제역내의 재순환영역에서 완화된 유속은 제방을 침식으로부터 보호하며 식생물의 서식처를 제공한다. 기존의 연구는 대부분 단일수제에 대한 연구가 수행되었으며 연속된 군수제에 대한 연구는 다소 제한된 조건에서 수행되었다. 이에 본 연구에서는 연속된 수제가 설치된 경우 수리실험을 통해 수제주변의 흐름 변화 특성을 분석하였다. 수리실험은 30.0m(L')×1.52m(B')×1.10m(H')의 직선 개수로에 050m(l)×0.10m(b)×0.25m(h)의 수제를 수로측면을 따라 연속적으로 배열하여 설치하였다. 실험은 수심, 유량, 수제설치간격을 변화시키면서 수행했으며 마그네틱유속계를 사용해서 수제의 영향을 받지 않으며 벽면의 영향이 가장 적은 수로상류의 중앙지점에서 접근유속을 측정했다. 표면유속을 취득하기 위해 일반디지털카메라로 FHD(1920×1080) 해상도를 가진 영상을 각각의 조건마다 10~20분 촬영했다. 촬영된 영상을 연속된 정지영상으로 변환하고 영상해석 프로그램을 이용하여 표면유속을 도출했다. 표면영상유속계를 활용하여 도출한 결과로 각각 조건에 따라 발생하는 최대유속과 최대역방향유속, 와도(vorticity), 흐름중심선과 단면유속분포의 변화와 발생 위치를 분석했다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.932-936
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• 2004

수제는 하천에서의 흐름 방향과 유속을 제어하여 하안 또는 제방을 유수에 의한 침식작용으로부터 보호하기 위해 호안 또는 하안 전면부에 설치하는 구조물이다. 수제를 설치하는 목적은 하안 및 제방의 보호, 유로의 제어, 그리고 수환경의 개선 등을 들 수 있다. 국내에는 해방 이후 수제의 시공 사례가 거의 없었으나, 최근 들어 자연형 하천파 하천생태계 복원에 대한 관심이 점증하면서 수제에 대한 관심이 커지고 있다. 그러나 현재 국내에는 수제설계에 대한 실증적인 지침이 미비하고 국외의 기준을 검증 없이 소개하는 수준이어서 현장의 설계단계에서 수제공의 채택을 망설이게 하는 원인이 되고 있다. 이 연구에서는 국내${\cdot}$외 수제의 현황과 기술 동향을 파악하여 수제의 기하학적 특성인 수제길이, 수제길이, 그리고 설치각도의 3가지 설계인자를 조합하여 실험을 실시하였다. LSPIV 기법을 적용하여 측정한 유속자료를 분석한 결과 수제역 내 평균유속이 유입부 유속에 비해 $40\%$ 이하로 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 유속성분을 통하여 수제역 내 와도 및 사분면 검토를 실시한 결과 수제역 내에서는 비교적 안정적인 수치를 보이고 있어 호안침식방지에 유리한 것으로 보인다. 수제의 길이가 하폭의 $15\%$ 이하인 경우 상향 또는 하향수제가, $20\%$ 이상인 경우 직각수제가 유리한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.213-213
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• 2021

한국농어촌공사 농어촌연구원은 하천 및 해안분야의 다양한 수리모형실험을 수행할 수 있는 대형 수리모형실험 시설을 2018년에 구축완료하였다. 국내 최대 규모의 실험장뿐만 아니라 첨단 광학용 계측장비(PIV 및 LDV 시스템)를 연계한 전용실험수로, 대형유사실험수로 등 7종의 기능별 실험수로를 갖추고 있어 다양한 수리현상 분석을 수행할 수 있다. 최근에는 산사태의 주요 원인중 하나인 토석류 실험, 방조제 주변의 침·퇴적 실험 등을 수행하였으며, 본 연구에서는 3D 지형스캐너를 활용한 방조제 주변의 지형변동 수리모형실험에 대하여 소개를 하고자 한다. 방조제는 조수가 육지쪽으로 밀려들어와 내부개발지역이나 농지 등을 해수로부터 보호하기 위해 설치되는 외곽시설이다. 이러한 방조제 전면의 빠른 유속에 의한 침식은 배후지의 안전에 상당히 큰 문제를 야기시킨다. 방조제의 침식을 방지하기 위하여 방조제 전면에 수제공을 설치하여 수제공과 수제공 사이의 느려진 유속에 의해 방조제 전면에 토사를 퇴적시키는 방법이 있다. 본 연구에서는 방조제 전면에 수제공의 길이를 달리 설치하여 수제공 주변의 침·퇴적현상을 이동상 실험을 수행하여 분석하였다. 일반적으로 토사의 침·퇴적고를 계측하는 방법으로 일정한 격자망을 구성하여 각 지점별로 실험 전·후의 토사의 표고차를 수작업으로 계측한다. 이 경우는 실험자가 직접 측정하는 계측오차가 발생하게 되고 측정할 수 있는 지점의 수가 한계가 있어 전체적인 토사의 변화양상을 분석하기엔 어려움이 있다. 이를 해결하기 위하여 본 연구에서는 농어촌연구원이 보유하고 있는 3D 지형스캐너를 활용하여 토사의 표고차를 측정하였다. 실험에 사용한 3D 지형스캐너의 최대 측정거리는 스캐너가 설치된 중심점으로부터 반경 80m에 해당하며, 해상도는 1.6mm~50mm의 범위로 수작업으로 격자망을 구성하여 측정하는 것보다 상당히 높은 수준의 결과를 취득할 수 있으며 계측시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 펄스레이저에 의한 지형스캔 방식은 수면과 같이 레이저가 투과할 수 없는 경우에는 계측이 불가능하며, 어두운 계열의 색을 스캔하는 경우 결과 분석에 주의할 필요가 있다. 본 연구에서는 이동상 재료로 안트라사이트(검은색)를 포설하였고, 검은색 계열의 실험사에도 3D 지형스캐너가 우수한 결과를 제공하는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권3호
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• pp.241-252
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• 2016

본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 수제의 설치간격과 길이변화에 따라 흐름특성과 하도의 변화 특성을 파악하였다. 최상류에 설치된 수제는 흐름의 영향을 직접 받으며, 단독 수제와 같은 특성이 있다. 또한 시간이 증가할수록 국부세굴은 흐름과 수제의 외측 가장자리가 만나는 지점에서 발생하며, 수제 상류로 이동한다. 하상토 퇴적은 통수초기에 수제 후면에서 발생하지만 시간이 지날수록 하류 전체에 걸쳐 나타난다. 최상류단 수제에서 무차원 수제 간격(L/b)이 클수록 세굴공 깊이는 작으나, 동적평형상태에 도달하였을 경우에 세굴공 깊이는 일정하게 유지되었다. L/b이 클수록 무차원 세굴심($y_s/H$)은 증가하지만, L/b이 10이상인 경우에는 독립성이 강해지면서 하류에 위치한 수제는 단독 수제와 같은 특성을 보였다. 그러나 L/b이 4이하인 경우에는 하류에 설치된 수제의 간섭을 받아 하류에 설치된 수제 상류에서 퇴적이 발생하였다. 따라서, 무차원 수제 간격이 4~10인 경우에 군수제의 역할이 감소되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.697-709
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• 1999

금강에 위치한 부여취수장 부근에서의 유사이송을 모의하기 위해서 2차원 유한요소모형(RMA)이 적용되었다. 다양한 유량조건하에서 하상변동에 관한 모의수행결과는 과거 이 지역에서의 실측된 값과 잘 일치하였다. 본 연구에서 하도부의 개선과 취수구 부근의 하상저하를 위한 대안으로서 수제공 설치와 밤섬제거가 고려되었다. 수제공의 설치에 다라 좌안쪽으로 주흐름이 변환되었으며, 전 영역에 걸쳐서 비슷한 폭을 가진 하도가 형성되었다. 12,030{{{{ { m}^{3 } }}}}/sec 유량조건을 적용하였을 때, 주수로부의 하상고는 약 5∼20{{{{ { cm}_{ } }}}} 저하하였으며, 밤섬제거에 대한 효과는 유사이송에 그다지 큰 영향을 미치지 못하였다. 취수구 상류부에서의 지속적인 하상저하를 위해서 수제공의 설치는 유사유입을 저감시키는데 효과적인 것으로 판단되었다.

• 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.

• 물과 미래
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• 제55권3호
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• pp.70-77
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• 2022