• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.869-873
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• 2009

도시지역에서 하천제방의 붕괴로 인해 제내지 범람 홍수파가 발생하였을 경우에 적지 않은 인명 및 재산 피해가 발생할 수 있다. 피해를 줄이기 위해서는 제내지 범람 홍수파의 거동특성을 명확히 밝혀낸 후, 제방 붕괴에 의한 홍수범람에 대한 대피 체계를 설립하는 것이 바람직하다. 본 연구는 범람 홍수파가 발생하였을 경우에 제내지에서의 범람 홍수파의 영향을 3차원 수치모형인 Flow-3D를 이용하여 모의하였다. 또한 비교 검토를 위하여 구조물이 없는 평탄지형에 대해서도 수치모의를 수행하였다. 높이 0.6m의 제방이 붕괴되어 붕괴 폭 변화와 제내지의 구조물의 유무에 따른 제내지 범람 홍수파의 속도 및 수심의 변화를 분석 하였다. 모의 결과 제방 붕괴 시 붕괴 폭의 변화에 따른 홍수파 전파속도는 별 차이가 없는 걸로 나타났다. 수심의 변화는 제방붕괴지점으로부터 멀어질수록 낮아졌고, 수심 변화폭도 일정하게 유지되었다. 또한 구조물이 있는 경우가 그렇지 않는 경우에 비해 제방 붕괴부 주위에서의 수심은 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 비롯한 수치모의결과를 적절하게 활용하게 되면 제방붕괴에 의한 홍수범람에 대한 대피체계(EAP)를 수립하는데 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.16 no.3
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• pp.15-21
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• 2000

액상화되기 쉬운 모래지반 위에 축조된 제방의 지진시 거동을 조사하고 액상화 경감을 위한 대책공법의 효과를 비교하기 위하여 12가지 경우에 대해 진돈대 시험을 수행하였다. 본 시험에는 널말뚝, 자갈배수재, 모래다짐 말뚝과 강관말뚝 등의 대책공법이 적용되었다. 진동대 시험에 사용된 투명토조의 길이는 194cm이고 폭은 44cm 그리고 높이는 60cm이다. 기초지반은 포화된 모래이며 수중침강법을 적용하여 상대밀도 약 30%로 조성되었다. 이 포화된 느슨한 모래지만 위에 15cm 높이의 제방이 경사 1:1.5로 축조되었다. 진동대 시험시 제방과 기초지반의 거동을 측정하기 위해서 간극수압계 12개, 가속도계 4개 및 LVDT 2개가 시험모델에 설치되었다. 진동대의 크기는 2m$\times$2m이며, 진동시의 입력가속도는 0.1g에서 시작하여 최고 0.4g까지 증가시켰다. 본 모델에 적용된 공법 모두가 일반적인 진동법위에서 액상화 발생을 억제시키는데 유용한 것으로 증명이 되었으며, 그 중에서 모래다짐말뚝이 액상화로 인한 피해를 감소시키는데 가장 효과적인 것으로 나타났다. 또한 각각의 대책공법에 대한 최적 배치안의 본 연구에서 제시되었다.

• Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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• v.6 no.4
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• pp.213-217
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• 1999

The river bank is one of the most important structure of fluvial hydraulic structure. Because the breaking of river bank is the cause of calamity, the durability and stability of river bank an very important factors. The breaking of river bank is the cause of the overflow of flood and the leakage of river bank. In this study, we investigated the leakage of river bank using the resistivity probing and estimated the volume of leakage using the weighted residual method The study basin of this study is the upstream of Sumji river basin and the factor of river bank is length 300 m and berm 2.0 m and width 4.5 m and height 4 m. We evaluated the leakage of river basin using using the resistivity probing and estimated the leakage volume using the weighted residual method. The result of this study, the leakage of river bank generated at the point of 39~45 m 80~90 m. 218~222 m. 214~250 m and the type of leakage is the rectangle and the polygon. And the leakage volume of this points evaluated 2.7$\times$$10^{-3}$ $\textrm{m}^3$/sec.

• Proceedings of the Korea Contents Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.429-430
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• 2012

3차원 유한요소 지하수 모형인 FEMWATER를 이용하여 실험실내에 축조된 모형 제방의 정상상태 침투흐름을 분석하였다. 수치 모형의 비교와 검증을 위해 실험실내에 모형 제방을 축조하였다. 홍수위 증가에 따른 비정상 상태의 침투수위 변화를 모의하였으며, 제외지 수위는 0.15 m, 0.20 m, 0.25 m, 0.30 m의 4가지 수심(각각 Case1~4) 조건으로 하였다. FEMWATER 모형의 매개변수는 투수계수, 수리전도도가 있으며, 각 매개변수에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 수치모델링은 수리모형실험과 실험조건을 동일하게 하였으며, 수리모형실험에서 사용한 제방재료의 투수계수를 사용하였으며 제방의 투수계수는 1.35 m/day이다. 수치모형에 사용한 3차원 ?자의 층별 최대 높이는 0.05 m로 제한하였으며 3차원 유한요소망은 삼각형 요소를 사용하였다. 수치해석 결과는 수리모형실험 결과와 비교적 같은 양상을 보였으며, 침윤선의 상태를 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1639-1643
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• 2008

국내에서의 범람홍수 및 범람으로 인한 제방붕괴 특성은 그 해석상의 어려움으로 인해 주로 과거 범람상황 및 지형도를 통한 경험적 추정 등에 의존해 오고 있는 실정으로 정교한 물리학적 이론에 근거하지 못하였으므로 범람홍수량, 제방의 붕괴폭 등을 정확하게 예측하기에는 미흡한 점이 많았다. 도시하천과 같이 제방 인접한 곳에 주거, 산업시설 등이 밀집하고 있는 지역에서의 제방붕괴로 인한 홍수류의 범람은 막대한 인명 및 재산피해를 발생시키는 큰 재해가 될 수 있다. 본 연구를 통해서 홍수시 제방월류로 인한 제방붕괴 양상을 예측하고 이를 통해 범람유량의 정확한 예측을 통하여 도시하천 제방 계획시 홍수피해와 투자액을 감안한 경제적인 하천 제방단면 결정을 위한 기본자료로 활용될 수 있고, 도시 중요시설물의 입지 선정시 홍수피해에 대한 판단자료로 이용될 수 있을 것이다. 본 연구에서 개발된 모형을 이용하여 Teton 댐, Mantaro landslide 댐, Spirit Lake 장애물 댐 등에 적용하여 개발된 모형의 정확성을 입증하였다. 적용결과 개발된 모형은 기존의 모형과 같은 결과를 나타내어 국내 계산환경에 적용가능함을 보여 앞으로 이용가능성이 큰것을 알 수 있었다. 적용결과 파이핑의 발생위치의 영향은 대체로 파이핑의 위치가 제체의 윗부분에 위치할수록 최대 유출량은 커지는 것으로 나타났으나 Lawn Lake 댐의 경우에는 사면의 식생의 영향으로 다른 결과를 나타내었다. 점착력은 경우에는 점착력이 클수록 유출량의 크기는 감소하는 것으로 나타났으며 마찰각은 최대 붕괴폭의 크기 및 발생시간, 댐의 높이와 폭, 저수용량 등과 유출량이 연관있어 좀 더 많은 계산결과를 이용하여 심도있는 고찰이 요구되었다. 입자의 중간크기, 공극률, 균일성의 경우 적용된 댐들 모두 유사한 결과를 나타내었고 변수들이 커질수록 유출량도 증가하였다. 댐 사면 경사의 경우에는 상,하류 사면 모두 경사가 완만할수록 유출량이 감소하였다. 위의 결과를 통해 개발된 제방붕괴 해석모형은 좀 더 많은 연구와 적용을 통해 개선과 검증이 이루어진다면 국내 제방붕괴해석에 필요한 해석모형이 될 수 있다고 판단되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.43-43
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• 2011

본 연구에서는 한강제방 취약구간인 성산대교와 잠실철교 부근 지역에 대한 홍수범람을 수치모의 하였다. 사용된 수치모형은 스위스의 Beffa에 의해 개발된 FLUMEN(FLUvial Modeling ENgine)으로서 스위스, 독일, 오스트리아 등에서 홍수범람해석에 사용된 바 있는 모형이다. 제방 취약지역은 한강 하천정비기본계획(2002)과 대학과 연계한 하천관리에 관한 연구용역(2단계 4차년)에 제시된 HEC-RAS 부등류 해석에 의해 계산된 홍수위와 기존 제방의 높이를 비교하여 산정하였다. 범람모의를 위해 HEC-RAS 부정류 해석을 통해 경계조건을 산정하고, FLUMEN을 이용하여 한강제방의 취약지역에 대한 범람모의와 파제 시나리오를 작성하여 파제에 따른 범람모의를 실시하고 적용성을 검토하였다. 제방 취약지역에서 월류로 인한 범람이 발생하였고, 이로 인해 일부 주거지역이 침수되었다. 가상 파제시나리오를 통한 수치모의 결과에서 여의도에서 $2.179km^2$의 넓은 지역에 침수현상이 계산되었으며, 최대 침수심은 5.054m로 성산대교 남단의 가상 파제 시나리오에서 계산되었다. 수치모의 결과 FLUMEN은 한강유역의 범람모의에 적합하다고 판단되며, 본 연구는 홍수 방어대책을 수립함에 있어 홍수 취약지역의 선정과 수공구조물의 설치 방향을 결정하는데 기초자료로 활용이 기대 된다. 정확도를 높이려면 보다 정밀한 제내지, 제외지의 측량자료의 적용, 내수 침수모형과의 연계, 조밀한 불규칙 삼각망의 작성이 필요하며, 국내실정에 맞는 정확한 적용기준마련과 유역의 수리학적 특성이 고려된 홍수해석 모형의 개발이 필요하고 보다 정확한 조도계수의 산정을 위한 지속적인 연구가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.734-738
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• 2010

현재 우리나라는 이상기후 현상이 발생하여 계획홍수위를 초과하는 극한홍수에 의한 피해가 심각해지고 있는 실정이다. 또한 도심지역에서 제방이 붕괴된다면 범람홍수파에 의해 적지 않은 인명 및 재산피해가 발생할 수 있다. 이와 같은 피해를 줄이려면 제방붕괴시 범람홍수파의 수리학적 거동특성을 명확히 규명하고 이에 따른 대피체계가 수립되어야한다. 이에 본 연구는 기존의 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 통한 범람홍수파 특성연구에 조도계수 및 GMO(General Moving Object)를 추가하여 점진적인 제방붕괴로 인한 제내지에서 범람홍수파의 수리학적 거통 특성을 모의하였다. 높이 0.6m의 제방붕괴 단면이 시간에 따라 일정하게 넓어지면서 제내지로 홍수파가 유입되어 들어오도록 모의하였다. 수치모의 된 결과를 선행연구의 수리실험결과와 비교 검증을 수행하였다. 또한 수치모형 값에 조도계수를 입력하여 기존연구와 비교분석하였다. GMO를 이용하여 붕괴속도($v_0$)에 변화를 준 경우, 유속($v_{max}$) 및 수위($h_{max}$)변화에 큰 차이를 보이지 않았고, 초기 월류수심($h_0$) 변화에 따른 범람홍수파의 영향을 분석한 결과 붕괴속도 보다 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구결과의 활용방안으로 제방붕괴시 홍수범람에 의한 비상대처계획(EAP) 수립에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.372-372
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• 2022

스마트시티 하천관리를 위해 선행된 연구에서는 도시하천관련 데이터를 수집-정제-제공하는 도시하천 통합데이터 플랫폼을 개발하였다. 이에 하천 분석을 위한 유역 유출, 하천 흐름 그리고 도시유출 등의 모듈과 하천 환경, 친수, 종합 평가 모델을 연계하여 도시하천관리 연계플랫폼으로 연구개발을 진행하였다. 본 연구에서는 스마트시티 하천관리를 위한 시나리오 기반 제방 파제 시뮬레이션 분석 결과 가시화 모듈에 관한 연구를 진행한다. 부산 EDC 지역을 대상으로 DEM, 항공영상, 위성영상, 하천 지리 정보, 하천 단면도 등의 데이터를 결합하여 하천 및 유역 전산 3D 형상 모델링을 진행한다. 또한 하천 내부 유량 및 파제 제체 모델링, 유동장 격자 모델링을 통해 제방 붕괴 범람 시뮬레이션 대상 지역을 구현한다. 해당 EDC 지역 구현 모델에 연속방정식, 운동량방정식, 수송방정식 등 지배방정식과 삼상 유동 기법 등 수치 해석 기법을 활용하여 제방 파제 시뮬레이션을 수행한다. 시뮬레이션의 침수범위 및 침수심 분포 결과는 위경도를 포함한 ASCII Grid로 반환되며 GeoServer를 통한 좌표계 설정 및 도시하천 연계플랫폼에서 가시화하는 연구를 진행하였다. 제방 파제 시나리오는 제방 높이 2m, 제방 폭 7.5m, 파제 길이 20m로 설정하여 4개의 붕괴 위치를 지정하였고, 지정된 위치에 대한 제방 파제 3D 시뮬레이션을 통해 도출된 Case 별 2D/3D 영상과 침수심 공간 분포에 대한 Raster Graphics를 전처리하여 시나리오별 침수범위-침수심을 도시하천 연계플랫폼 상에서 가시화하는 연구를 진행하였다. 도시하천 연계플랫폼의 시나리오 기반 제방 파제 시뮬레이션 모듈을 통하여 스마트시티의 제방 파제 피해 양상 및 대책 마련 의사결정 보조로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.