• 한국수자원학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.661-669
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• 1997

본 연구에서는 홍수시 비점착성 제체 위를 월류하는 흐름에 의한 유체-고체 혼합류의 속도 분포와 판박형 세굴을 다루고 있다. 속도 분포는 입지-관성 법칙을 기초로 한 응력-변형률 관계식으로부터 구할 수 있었으며, 세굴 깊이는 Coulomb의 동역학적 법칙을 이용하여 구할 수 있었다. 상기 이론으로부터 구한 이론치를 검토하기 위해 실험을 실시하였으며, 실험치와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다. 본 연구에서 얻어진 속도 분포의 이론식은 유체-고체 혼합류의 여러 유속 분포에 모두 적용 가능한 것으로서, 토석류에 관한 기존 이론을 상당히 개선시킬 수 있는 식으로 평가되었다. 설계 목적을 위해서, 만약 홍수량과 입자의 성질 및 제체의 규격이 주어진다면, 속도 분포와 세굴 깊이, 월류 수심 및 토사 유출량을 구할 수 있는 식 및 도표를 제시하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권2호
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• pp.120-127
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• 2019

본 연구에서는 광섬유 온도 분포 센싱을 통한 제체의 침투 및 붕괴와 같은 물리적 변화 현상을 모니터링하기 위해 중규모 제방 수리실험을 수행하였다. 본 실험의 중규모 실험 제방은 바이오폴리머 흙을 제방 전면에 도포하여 강도를 증진시킨 것으로 월류에 의한 침투 및 붕괴 현상이 일반 제방과는 다르게 나타날 수 있으며, 이러한 현상은 광섬유 온도 분포 센싱을 통해 획득한 온도 변화 정보를 통해 분석할 수 있었다. 제체의 위치별 시간에 따른 온도 변화 자료를 통해 제체 내부의 물리적 변화 및 침투가 발생하는 위치와 시간을 판단할 수 있었다. 본 실험에서는 급격한 온도 변화 시점이 제외지 사면보다 제내지 사면에서 먼저 발생하였으며, 이는 실험에서 제내지 사면이 붕괴된 후에 제외지 사면이 붕괴된 순서와 일치하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.11-21
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• 2015

2002년 피해조사 결과에 따르면, 하천제방 관련 홍수피해는 월류, 침식, 제체불안정(파이핑, 부적절한 축제재료선정, 다짐불량 등), 구조물에 의한 파괴 등으로, 월류에 의한 제방붕괴는 39.5 %로서 주요 요인인 것으로 평가되었다. 한편, 제방붕괴각(${\theta}$), 제방붕괴율(k) 등 관련 월류제방 붕괴특성은 침수모델링 해석 시 침수속도 및 면적 등에 영향을 미치나 국내 관련 연구 실적이 미진한 실정에 있다. 본 논문에서는 프루드(Froude) 상사(${\lambda}_{Fr}=1$)를 가정한 제방고(0.20 m, 0.25 m, 0.30 m, 0.40 m)에 따른 제방붕괴모형실험을 수행하여 제방고 변화(H)에 따른 제방붕괴 메카니즘, 붕괴연장, 제방붕괴각(${\theta}$), 제방붕괴율(k) 등을 제시하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권4호
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• pp.258-266
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• 2019

이 연구는 자연에 기반을 둔 하천기술을 제방에 적용하여 그 효과를 평가하기 위해 수행되었다. 친환경 신소재 바이오폴리머를 제체 표면에 적용하여 내구성과 친환경성을 증진시킴과 동시에 월류에 대응하기 위한 제방의 보강 대책을 수립하고자 하였다. 안동하천연구센터에 현장토를 사용하여 높이 1 m, 마루 폭 3 m, 사면경사 1:2, 총 길이 5 m의 중규모 제방모형을 제작하였으며, 바이오폴리머와 흙을 적정 비율로 혼합한 바이오-소일 (bio-soil)을 제방 전면에 5 cm 두께로 도포하여 월류 발생에 대한 제방의 안정성 평가 실험을 수행하였다. 영상분석 프로그램을 이용한 픽셀기반 분석 기법을 적용하여 시간에 따른 제방사면의 붕괴면적을 산정하였으며 그 결과, 신소재 적용 제방의 경우 완전붕괴가 발생하는 시간은 일반 흙 제방에 비해 12배 이상 증가해서 붕괴지연효과가 상당히 높은 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.884-888
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• 2010

하천제방은 홍수의 위험 방지에 중요한 역할을 하며 하천의 범람으로부터 제내지의 인명, 가옥, 재산, 각종 시설물 등을 보호하기 위하여 설치되는 시설물로서 침수피해 방지와 같은 중요 기능을 가지고 있다. 이러한 하천제방의 적정규모를 결정하기 위해서는 대상지역의 수리 수문학적 특성, 지형조건에 관한 조사 및 연구 이외에 경제적인 검토가 수반되어야 하며, 제대로 검토되지 않을 경우 제방이 누수 또는 침하, 붕괴되어 범람방지 기능을 상실하는 현상이 일어나게 된다. 국내 하천유역에서도 과거 전국에 걸쳐 제방 붕괴현상이 일어나 많은 범람침수 피해가 발생하였다. 본 연구에서는 제방붕괴의 일반적인 원인으로 지적되고 있는 월류, 제체의 불안정, 과도한 변위, 급격한 수위의 감소 등으로 발생할 수 있는 현상 및 문제점들을 검토하였다. 이로부터 기하학적 인자, 수리학적 인자, 수공구조물 인자, 정성적 인자 등 4가지 분류로 구분하였으며, 총 12가지 세부인자를 제시하였다. 제시된 인자를 토대로 시험 대상유역인 감천과 남강에 적용하여 인자별 영향을 산정하였으며, 이로부터 위험도를 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1870-1874
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• 2009

96년, '98년, '99년 3차례에 걸쳐 임진강 유역과 경기북부 지역의 집중호우로 이 지역의 막대한 인명피해 및 재산피해가 발생하여 이에 대한 대책으로 한탄강홍수조절용 댐을 계획하였다. 한탄강 홍수조절댐은 초기방류를 목적으로 상용여수로를 월류부를 통한 방류가 아닌 댐 제체에 방류관(EL.55.0m)을 설치하여 방류하므로 댐지점에 퇴사되는 토사를 효율적으로 배제시켜주어야 한다. 또한 댐 상 하류의 생태단절을 감소시키기 위하여 댐체 저부에 생태통로가 계획, 홍수시 이를 통하여 배사가 원활하도록 배사관을 겸용하도록 하였다. 본 연구에서는 수리모형실험을 통하여 배사관으로 퇴사되는 토사가 원활하게 배출이 되는지를 검토하였으며, 배사실험을 위한 상류부 경계조건으로는 HEC-6모형 이용 댐상류 12km지점에서 댐지점까지의 퇴사량 및 댐지점 2km상류지역은SED-2D모형을 통하여 퇴사량을 산정하여 이를 비교하여 댐 직상류의 퇴사고와 퇴사량을 결정하여 적용하였다. 실험사례는 연평균 유하량, 200년 빈도 홍수량, 댐수위 EL.55.0m이하 방류시로 하였으며, 이에 따른 배사효과를 분석 배사관 설계의 적정성을 확보하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.201-201
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• 2021

국내 하천은 크게 소하천, 지방하천, 국가하천으로 구분하며, 유역 내 규모가 작은 하천에서 큰 하천으로 점차적으로 합쳐지는 것이 일반적인 하천 형태이다. 특히, 본류와 지류가 만나는 합류부에서는 단순 하도에서의 흐름과 다른 흐름이 나타날 수 있다. 이러한 차이로 인해 하천설계기준(국토교통부, 2018)에 일반적으로 하천에서 지류와 본류의 합류부를 설계할 때, 지류와 본류의 흐름방향에 대한 각도를 예각으로 하는 등의 합류부에 대한 설계기준이 있으나 국내지형은 산지가 다수 분포되어 있어 불가피하게 급경사의 지류가 존재하는 경우가 발생한다. 김상호 등(2014)은 남한강 지류 합류부의 주요 영향인자를 고려한 수치해석을 통해 홍수위의 변화를 사전에 예측하였고, 김지성, 김원(2020)은 합류부에서 발생하는 배수영향에 대해 유량산정 방법을 제안하였다. 복잡한 흐름에 대해서는 1차원 수치해석으로는 충분히 수위, 유량, 유속 등 흐름특성 파악에는 한계가 있으므로 본 연구에서는 홍수피해지도 작성 등에 사용되는 2차원 수치해석 모형인 FLUMEN을 활용하여 합류부의 흐름특성을 분석하였다. 연구대상지역은 급경사로 합류되는 지류인 동두천과 본류인 신천으로 합류부에 발생하는 수위, 유량, 유속 등 동수역학적 특성 변화에 따른 월류 여부와 제체에 발생하는 압력분포를 분석하였다. 분석결과는 하천의 합류부에서의 치수시설 유지관리 및 향후 급경사 지류를 포함하고 있는 하천의 설계에 주요 참고자료로 활용될 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.292-292
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• 2020

방조제는 국토 확장, 수자원 확보 및 배수 개선에 사용되는 구조물로, 재난 발생 시 자산, 국가산업 및 환경에 큰 영향을 끼칠 위험이 있다. 따라서, 파도월류, 지진, 투수, 액상화와 같은 다양한 피해 원인에 대비하여 구조적 사용성과 안정성을 확보하기 위해 신중한 검토 및 분석이 수행된다. 그러나 변화하는 환경조건에서 방조제는 다양한 외력의 변동성과 불확실성에 노출되며, 설계 시 고려된 손상 요인이 개별적으로 발생하기보다는 여러 요인이 복합적으로 반응하고 그 영향이 전달되어 피해의 발생과 전파 과정이 복잡한 양상을 나타낸다. 따라서 방조제에 대한 사고 예방 및 안정적인 유지관리를 위해서는 발생 가능한 위험을 종합적으로 고려한 위험도 평가가 중요하게 요구된다. 본 연구에서는 방조제 손상 원인 중 큰 비중을 차지하는 제체 내부 침식 위험에 대하여 위험인자 간 상호작용을 고려할 수 있는 확률통계학적 접근으로 Bayesian network 기법을 도입하였다. 위험인자에 대한 파괴 메커니즘을 조사하여 분류 후, 설계값과 측정자료를 기반으로 위험변수의 통계적 특성을 반영하기 위해 Monte Carlo 시뮬레이션을 수행하여 파괴 매커니즘의 위험도를 계산하였다. 위험도는 연간기대피해액으로 제공되었으며, 이는 방조제 손상으로 인한 피해에 대비하여 예방할 수 있는 솔루션을 제공할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권3호
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• pp.181-190
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• 2021

본 연구에서는 하천에서의 월류 발생에 따른 제방의 붕괴를 방지하거나 피해를 최소화하기 위한 신소재 보강공법을 제체 표면에 적용하여 그 효과를 검증하기 위한 실규모 횡월류 붕괴 실험을 수행하였다. 본 실험을 위해 제방 모형은 높이 2.5 m, 길이 12 m, 사면경사 1:2로 구성하였다. 또한 제방의 경우 습식 공법을 이용하여 바이오폴리머 분말, 물, 화강풍화토, 황토를 적정 비율로 혼합한 신소재를 제체 표면에 약 5 cm 두께로 분사한 뒤 식생활착 모니터링을 거쳐 최종 실험모형을 완성하였다. 안동하천연구센터 A3 수로 상류에서 4 ㎥/s 의 유량을 유입시켜 횡월류 흐름을 유도하였으며, 음향 도플러 유속계를 이용하여 상·하류의 유량 및 횡월류량의 변동을 측정하였다. 또한, 제방보강공법의 성능을 평가하기 위해 이미지 픽셀 기법 및 3차원 포인트 클라우드 모델링 기법을 활용한 시간에 따른 제방의 표면손실률을 산정함으로써 영상분석 기반의 새로운 평가 도구를 제시하였다. 본 연구결과를 적절하게 활용하게 되면 제방보강공법의 성능을 평가하는데 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.480-480
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• 2018

전 세계적으로 자연 친화, 하천생태계 보전, 친수하천 등을 조성하기 위한 대대적인 하천 정비사업이 활발히 진행 중에 있다. 최근 홍수로 인한 제방 붕괴에 대응하기 위한 제방의 안정화 및 개선을 위한 방법으로 기존의 시멘트와 같은 혼합물질을 사용하지 않고 환경 친화적이고 지속 가능한 대안에 대한 수요가 증가되고 있는 추세이며 현재 노후화 된 불안정 제방에 대한 보강대책을 수립해나가는 과정으로써 친환경 신소재를 활용하여 제방을 보호하는 연구가 수행되고 있다. 제방사면에 적용되는 신소재는 바이오폴리머를 활용한 재료로써 공동연구기관 카이스트에서 개발된 환경 친화적인 물질로 미생물에 의해 유도된 고인장 및 인체 무해성 등의 특성을 갖고 있으며 경제적 타당성인 측면에서 시멘트와 비교 분석 되어야 하고 실제 현장에서의 적용 가능성, 신뢰성 및 내구성 검토 등 성능을 보장하기 위한 지속적인 연구가 필요한 상황이다. 이에 본 안동하천실험센터에서는 중규모 제방을 직접 제작하여 수리모형실험을 통한 친환경 신소재 활용 제방의 안정성 및 성능 평가를 실시하였다. 수리실험 조건은 카이스트에서 제시된 레시피를 기반으로 먼저 분말형태의 바이이폴리머를 물과 희석하여 만들어진 바이오폴리머 용액을 흙과 혼합한 뒤 제방표면에 직접 미장작업을 수행하여 실험조건에 따라 일정한 두께(1cm, 3cm, 5cm)로 피복하였다. 이후 월류 붕괴 실험이 가능한 3 - 5일 정도의 양생기간을 거쳐 실험을 진행하였다. 실험결과는 다수의 고프로(GoPro) 및 비디오 카메라 등 다양한 영상장치를 이용하여 픽셀기반의 영상분석기법을 활용한 시간 흐름에 따른 제방 사면에서의 붕괴규모를 산정하여 신소재의 피복 두께에 따른 제체의 붕괴 거동 및 안정성을 평가하였으며, 또한 제방 파괴부에서의 흐름 상황 및 유속이 붕괴 발달에 미치는 영향을 분석하기 위하여 PIV 분석을 실시하였다. 이번 연구의 최종목표는 지속적인 예비실험을 수행하여 월류 및 침투, 파이핑 등 파괴 인자 별 신소재의 성능 개선 및 개발된 새로운 공법에 대한 효과 검토를 통한 최적안을 도출함으로써 향후 실규모 실험실증을 통한 신소재 시공 및 공법에 대한 현장적용 가능성 검증을 거쳐 최종적으로 신소재 제방 공법 설계 기술, 신소재 및 공법 표준안, 제방공법 안정성 평가 가이드라인 등을 제시하고자 하며, 이러한 실험데이터를 축적함으로써 실제 제방 붕괴 시 비상대처계획 수립에 필요한 기초자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.