• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.72-72
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• 2017

하천의 유량 측정 자료는 수자원 개발 및 하천 방재의 중요한 기초 자료로 이용되며 정확한 유량 측정자료를 얻기 위해 많은 수자원 전문가들이 노력하고 있다. 그 결과 국내 하천 유량측정 기술들이 선진화되고 있으며 유량 측정 성과의 양적 측면에서의 개선이 이루어졌다. 하지만 유량 측정 결과에 대한 질적 평가 즉, 측정 불확도 평가에 대한 기준이 미흡하기 때문에 유량 측정 성과의 신뢰도 개선을 위한 연구가 필요한 실정이다. 일반적인 홍수 시 하천 유량측정 방법으로 가장 많이 사용하고 있는 부자법의 경우 유량 측정 불확도 평가방법이 ISO 748:2007 지침에 제시되어 있다. 구체적으로 ISO 748:2007 지침에서는 측선 수에 대한 불확도, 하폭 측정의 불확도, 수심 측정의 불확도 그리고 부자 유속계수, 유하경로 이탈, 유하시간 측정 등으로 발생하는 평균유속 측정 불확도를 고려하여 부자를 이용한 유량 측정 불확도를 평가한다. 하지만, 부자유속계수의 불확도, 유하경로 이탈에 따른 불확도, 유하시간 측정의 불확도를 평가할 수 있는 방법이나 정량적인 불확도에 대한 기준이 포함되어 있지 않아 실무에서는 이와 같은 불확도 인자들의 표준불확도를 무시하고 유량 측정 불확도를 제시하고 있어 실제 발생할 수 있는 유량 측정 불확도 보다 작게 제시하고 있는 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 부자를 이용한 유량 측정 시 평균유속 불확도에 영향을 미치는 요인들 중 기여도가 크다고 판단되는 부자 유속계수에 대한 표준불확도를 실규모 실험을 통해 산정하였으며, 이 결과는 향후 부자를 이용한 유량 측정 불확도 평가를 위한 기준 마련에 도움이 될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.14-14
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• 2021

개수로에서는 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 관수로에 비해 상대적으로 매우 작고, 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측면에서만 작용하게 된다. 이러한 평균 전단응력 개념은 흐름에 의해 경계면 구성재료가 이동하는 이동상 수리학에서 유사이송 능력을 해석하는 기준이 되며, 경계면의 전단응력은 힘으로 표시하여 통상 소류력이라 한다. 이러한 복잡한 유체거동은 하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 국내 하천의 경우 한계유속과 한계소류력에 의해 하천설계에 적용되고 있다. 한계 유속의 경우 간단한 수식에 의해 산정될 수 있지만 실제 하천의 보호능력을 대표하기는 힘들기 때문에 한계소류력이 동시에 고려되어야 한다. 한계소류력은 개수로 흐름에서 복잡하게 발생하는 이차류나, 난류 특성에 의해 산정하거나 예측하기는 매우 어렵다. 한계 소류력 뿐만 아니라 하천을 구성하는 재질의 조도계수 역시 균일하지 못하고 매우 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 양상을 나타내는 수리학적 요소에 대해 표준화된 실험수로에서 실험을 통해 평가하고, 체계화된 설계 지침이 되고자 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로와 경사의 영향에서 자유롭게 평가를 진행하고자 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하였다. 본 연구에 사용된 장치는 난류유속 u', v'을 이용하여 Reynolds stress산정하여 Total shear stress를 추정하는 기법을 사용하여 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.270-270
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• 2019

미생물의 부산물인 바이오 폴리머와 혼합된 토양의 수리안정성이 증가하는 효과를 시험하기 위하여 안동 하천실증연구센터 실규모 수로에 물관리연구사업의 "친환경 신소재를 이용한 고강도 제방 기술 개발" 연구과제에서 개발 중인 바이오 폴리머와 혼합된 토양을 도포하여 시험구를 만들고 수리안정성에 관한 실험을 수행하였다. 실험에서는 바이오 폴리머와 마사토를 혼합하여 사용하였으며, 바이오 폴리머와 혼합된 토양은 도포 두께, 식생 유무 등에 따라 구분하였다. 실험은 물의 소류력과 토양손실과의 관계를 통하여 수리안정성을 평가하는 ASTM 시험법을 준용하여 진행하였고, 실험 결과를 통하여 새로 개발된 바이오 폴리머가 토양의 수리안정성을 증가 시키는 것을 확인 할 수 있었다. 특히 바이오 폴리머가 도포된 토양에 식생이 활착되었을 경우 강한 소류력이 발생하는 흐름에서도 토양 손실이 매우 적게 발생하였으며, 이를 통하여 개발된 바이오 폴리머의 성능을 일부 확인 할 수 있었다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.13 no.12
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• pp.6151-6158
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• 2012

By the activation of environment-friendly river works, application of vegetation mats is increasing, however, evaluation techniques for hydraulic stability of vegetation mats are not presented. This study is conducted to develop the objective test method for vegetation mats. Two kind of vegetation mats are tested by the real scale experiments, and hydraulic quantities are measured and analyzed to evaluate acting shear stresses. Roughness and shear stress are evaluated by 1 D non-uniform model. After each tests, changes in mat surfaces and sub-soil are evaluated, and from these evaluation, 3 types of mat surface damages and 2 types of sub-soil damages are presented. In the study, the case in which some damages in mat surface don't cause loss of sub-soil, is presented to be in the stable condition. Appling this stable condition and acting shear stresses, permissible shear stresses of vegetation mats are evaluated, and the results show that the reinforced mat with wire netting has more permissible shear stress.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.3
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• pp.181-190
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• 2021

In this study, a large-scale levee breach experiment from lateral overflow was conducted to verify the effect of the new reinforcement method applied to the levee's surface. The new method could prevent levee failure and minimize damage caused by overflow in rivers. The levee was designed at the height of 2.5 m, a length of 12 m, and a slope of 1:2. A new material mixed with biopolymer powder, water, weathered granite, and loess in an appropriate ratio was sprayed on the levee body's surface at a thickness of about 5 cm, and vegetation recruitment was also monitored. At the Andong River Experiment Center, a flow (4 ㎥/s) was introduced from the upstream of the A3 channel to induce the lateral overflow. The change of lateral overflow was measured using an acoustic doppler current profiler in the upstream and downstream. Additionally, cameras and drones were used to analyze the process of the levee breach. Also, a new method using 3D point cloud for calculating the surface loss rate of the levee over time was suggested to evaluate the performance of the levee reinforcement method. It was compared to existing method based on image analysis and the result was reasonable. The proposed 3D point cloud methodology could be a solution for evaluating the performance of levee reinforcement methods.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.9 no.4
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• pp.228-236
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• 2022

Riverbank revetments are installed to increase the stability, while preventing scouring, and utilize the rivers; their construction is prioritized to secure dimensional safety that can withstand flooding. Existing revetment technologies employ use of rocks, gabions, and concrete. However, stone and gabions are easily erosion and destroyed by extensive flooding. Though the materials used in concrete technology possess strength and stability, the strong base adversely affects the aquatic ecosystem as components leach and remain in water for a long time. This serves as an environmental and ecological issue as vegetation does not grow on the concrete surface. This study introduces multi-layer porous riverbank revetment technology using biopolymer materials extracted from castor oil. Results obtained from this study suggest that this technology provides greater dimensional stability as compared to existing technologies. Moreover. it does not release toxic substances into the rivers. Multiple experiments conducted to review the application of this technology to diverse river environments confirm that stability is achieved at a flow velocity of 8.0 m/s and maximum tractive force of 67.25 kg_f/m² (659.05 N/m²).

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.6
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• pp.1753-1764
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• 2014

Numerical flow simulation models in the riverine environments have been widely utilized for analyzing flow dynamics in various degrees in researches and practical applications. However, most of the simulated results have been validated based on the data from indoor experimental models or very limited in-situ measurements. Therefore, it has been required to more accurately validate the performance of the numerical models in terms of the detailed field observations. In particular, it was also hard to validate the performances of the existing numerical models in the real meandered river channels that encompass more sophisticated flow and geometric structures. Recently, advancements of the modern flow measuring instrumentations such as acoustic Doppler current profilers (ADCPs) enabled us to efficiently acquire the detailed flow field in the broad range of river channels, thus that it became to be possible to accurately validate any numerical models with the field observations. In this study, based on the detailed flow measurements in a actual meandered river channel using ADCP, we validated FaSTMECH model in iRIC in terms of water surface elevation, which is relatively new but began to get highlighted in the research areas. As the validation site, a meandering channel in River Experiment Center of KICT was chosen, which has 6.5 m of width, 0.38m of flow depth, 1.54 m3/s of flow discharge, 0.61 m/s of mean flow velocity, and 1.2 of sinuosity. As results, whereas the FaSTMECH precisely simulated water surface elevation, simulated velocity field in the bend did not match well with ADCP dataset.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.36 no.6
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• pp.1023-1035
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• 2016

Suspended sediment concentration (SSC) is a crucial riverine parameter in terms that it can be utilized for analyzing sediment transport, stability assessment of river and structure and so on. However, in case of domestic, sediment discharge data are not enough because of using conventional sediment samplers. This study aimed at developing a practical technique for estimating suspended sediment concentration in high spatial and temporal resolution by building relationship between acoustic backscatter (or SNR) from H-ADCP with actually observed data using LISST-100X. In this regard, a dedicated correction algorithm was proposed particularly for the adapted H-ADCP (SonTek SL-3000). Then, a SNR-SSC relation was built based upon a real-scale field experiment, where both H-ADCP and LISST-100X were concurrently operated to observe SNR and SSC, respectively. The coefficient of determination for the developed regression equation of SNR-SSC relation was around 0.85~0.88, thereby the relation could be evaluated to be highly correlated. The result of this study might be potentially applied for real-time and simultaneous observation of SSC when H-ADCP could be applied.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.279-279
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• 2019

본 연구는 안동 하천실증연구센터에서 수행된 RIED 실험의 일환으로 실험수로내 식재된 버드나무 식생패치의 밀도에 따른 표면흐름의 특성을 검토하는 실험이다. 실험의 목적은 식생의 침수수위에 따른 식생주변 및 하도의 흐름특성을 검토하는 것으로 침수 수위조건은 유량공급조건의 변화를 통해 재현하였다. 본 연구에 사용된 LSPIV 기법은 하도내 입자투여를 통해 영상을 이용하여 입자간 이동속도를 분석하여 흐름장을 분석하는 것으로 본 연구에서 사용된 입자는 강랭이를 사용하였으며, 영상촬영은 크레인을 이용하여 캠코더를 이용하여 수로 상부에서 흐름영상을 취득하였다. 실험수로는 저면폭 3m, 만제폭 11m 사면경사 1:2의 구조로 이루어진 사다리꼴 형태의 직선수로로 이루어져 있다. 식생패치는 동일수로내 상부기준 32m 간격으로 설치되어 있으며 패치의 크기는 $4{\times}1.5m$의 크기로 이루어져 있다. 그림 1은 상공에서 촬영된 영상을 나타낸 그림으로 실험수로 및 LSPIV 분석을 위해 투하된 입자를 나타내는 그림이다. PIV 분석프로그램을 이용하여 분석된 식생대 및 하도영역에서의 유속장은 그림 2와 같다. 영상분석은 30초영상(900 frame)을 이용하여 분석하였다. 실험결과 식생패치 설치지점에서는 주흐름이 발생하는 우안측에서 높은 유속이 발생하고 약간의 편향된 흐름이 나타나는 것으로 확인되었다. 식생후면에서는 식생으로 인한 흐름의 차단 및 스크린효과로 인해 유속의 저감되는 것을 확인할 수 있다. 밀도에 따른 패치 후면부에서는 높은 밀도를 갖는 첫 번째 패치에서 유속의 저감효과가 높게 나타났으나 유량조건에 차이가 발생하는 것으로 나타났는데 이는 수위상승으로 인한 식생의 침수면적과 관계가 있는 것으로 판단된다.