• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.35 no.2
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• pp.195-201
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• 2002

In this study, an equation is proposed to estimate the limit velocity for lateral stable bed in a curved channel stream. The stable bed on lateral direction is satisfied when there is no more deformation occurs on the transverse bed slope and non-scouring condition in a bend. A theoretical equation for limit velocity is derived using a transverse bed slope model. So, the limit velocity has its theoretical background in the equilibrium of two forces, lateral shear force at the bed due to longitudinal flow and the corresponding lateral bed shear force. To verify the equation, data from four natural river channels were used. There is good agreement between the calculated values using this equation and the measured values. The corrections in equation was found to be correlated with the averaged particle Froude number.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.64-64
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• 2016

하천은 인간에게 용수의 이용 및 하천호안의 휴식처로써의 이용을 통해 직접적인 영향을 주고, 하천구조물의 심미적 영향, 랜드마크로써의 역할을 통해 간접적인 영향을 준다. 또한, 하천은 하천생태계에 서식하는 동 식물에게 영향을 준다. 그러나 하천유사로 인해 통수능이 감소하고, 하천구조물 주변에 침식을 야기할 뿐만 아니라, 댐과 저수지에 유사의 퇴적으로 저수용량의 감소시킨다. 그러므로 이를 예측하는 것은 경제적, 환경적으로 중요하다. 하상변동의 모의를 위해 기존의 2차원 모형은 만곡흐름에서 유동의 helical flow를 고려하지 않아 예측이 부정확하였다. 본 연구에서는 천수방정식을 이용한 하상변동 수치모의에 helical flow의 영향을 고려하였다. 하천과 같은 천수영역에서의 흐름 및 하상변동을 해석하기 위하여 수심평균 된 Navier-Stokes equations인 천수방정식을 이용하였다. 지배방정식은 곡선 좌표계에서 유한체적법으로 차분하였고, 비엇갈림격자를 사용하였다. 지배방정식의 닫힘 문제를 해결하기위해 0-방정식 난류모형을 사용하였고, "time marching" 기법의 적용을 위해 계산단계분할 방법을 이용하였다. 비엇갈림격자의 사용으로 인해 검사체적의 면에서의 유속이 필요하여 pressure-velocity coupling을 사용하여 유속의 진동을 줄였다. 또한, 만곡부의 helical flow를 모의하기위해 helical flow intensity model을 도입하였다. 앞에서 계산한 흐름을 바탕으로 유사량 산정공식과 Exner 방정식을 이용하여 하상변동을 모의하였다. 흐름의 검증, helical flow의 영향에 대한 확인, 하상변동의 적용을 위해 선행연구의 실험이 사용되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1985-1990
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• 2008

1970년대 이후의 고도경제성장기에 치수대책과 동시에 건설골재로서 하상이 굴착된 하천이 많으며, 국가하천 지정구간외에서는 평균하상고가 1.0m 이상 저하한 하천구간도 많다. 또한 국가하천은 상류의 사방공사나 댐건설에 의한 영향이 복합적으로 하도에 나타나고 있어 하상굴착이 하도특성에 어떤 영향을 미치는가를 실증적(實證的)으로 검증하는 것은 어려운 과제이다. 하천에서의 골재채취는 제방부의 침식에 의한 호안파괴, 하상저하에 따른 교량이나 취수보 등 구조물의 기초 노출이 치수적인 문제를 야기할 뿐만 아니라, 단시간내에 하도의 지형구조를 급격하게 변화시켜 여울 소의 하상구조 교란이나 수중 및 하천변의 서식처 파괴 등으로 하천의 물리적 환경에 큰 영향을 미침으로써 생태계를 교란하거나 파괴하는 결과를 초래하게 된다. 본 연구에서는 골재채취로 인하여 교란된 하천의 복원 및 적응관리 계획수립의 전단계에 필요한 교란평가기법을 개발하기 위하여 황강, 남강 및 감천을 대상으로 하여 대조구간과 교란구간을 선정하고 조사 분석하였다. 하천골재 채취가 없거나 경미한 대조구간에서는 홍수량이 변하지 않으면 terrace 모양의 하안부 재료가 하상재료와 거의 같기 때문에 홍수가 있으면 침식된 원래의 하폭으로 회복되는 방향으로 변하지는 않는 경향이 나타났다. 반면에 골재채취가 많은 경우 큰 홍수시의 저수로부의 수심을 증가시키기 때문에 수충부 등의 최심하상고가 크게 되는 경향이 있었으며, 고수부는 침수되는 빈도와 수심이 감소하기 때문에 토사의 퇴적속도(고수부의 상승속도)의 감소, 퇴적물의 세립화 경향이 나타나서 모래, 실트가 퇴적하지 않는 고수부상에 모래, 실트가 퇴적되는 경우가 있고, 반대로 고수부의 퇴적속도가 상승하는 경우도 있었다. 골재채취로 횡단방향의 평탄화가 초래되어 여울 소의 하상구조가 교란됨과 동시에 구간별로 종단경사가 완만해지며, 대부분 교량부에 하상유지공을 설치해야 할 정도로 하상경사가 급변하는 구간이 다수 조사되었다. 또한 선행연구에서 개발된 하상서식환경, 하상재료, 유속/수심상황, 유사퇴적, 하도흐름상태, 하도개수, 여울출현 빈도, 하안 안정성, 식생피복 및 하반림 등 10개의 교란평가항목을 적용하여 대조구간과 비교 평가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.225-225
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• 2023

하상 측정은 하천 유지관리, 수공구조물 설계 및 보수, 수생태 조사의 필수적인 자료이다. 최근 4대강 대규모 사업 이후 자연적 안정화로 인해 침식 및 재퇴적이 진행되어 정밀 하상 모니터링이 요구되고 있다. 통상적인 하상 조사 기법은 레벨측량 및 RTK-GPS 등을 활용하여 점단위로 직접 계측하는 기법과 수심이 깊을 경우 ADCP와 같은 음향측심기법을 통해 하상변동을 계측하고 있다. 하지만 점단위 직접 측정은 사구와 사련과 같은 하상 구조 교란 및 계측 시 위험을 동반하고 수심자료의 측정오차가 크게 발생하는 한계점이 존재한다. 또한 초음파 방식의 경우 막음길이와 바닥면 노이즈 등의 한계점으로 50 cm 미만의 저수심부 하상 측정이 불가능한 실정이다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 최근 드론의 보급으로 수심라이다(Bathymetry LiDAR), SFM, 드론 탑재 초분광 영상을 활용한 초분광수심법과 같은 저고도, 고해상도의 비접촉식 면단위 하상 측정 기법이 대안으로 각광받고 있고 최근 관심은 해당 최신 기술의 성능 점검 및 적용성 평가에 있다. 따라서 본 연구에서는 초분광수심법 중 보편적으로 적용할 수 있는 최적밴드비분석(OBRA)의 성능 점검과 실무 적용성을 국내 하천을 대상으로 검토하였다. 해당 기술의 실무 적용성 평가항목 중 수심 적용 범위가 경제적이고 효율적인 성능 평가의 주된 항목이다. 선행 연구에 따르면 감천을 대상으로 저수심부의 성능 평가를 진행한 결과 상세한 하상계측이 가능하다고 제시하였다. 따라서 본 연구는 낙동강-황강 합류부를 대상으로 전형적인 평수기 탁도 조건에서 초분광수심법을 적용할 경우 최대측정가능수심의 범위를 결정하는 방법 및 결과를 제시하려고 한다. 또한 현장실험 당시 합천댐 방류로 인하여 황강의 탁도가 높아진 상태에 기인하여 고탁도 조건에서 초분광수심법의 적용성 평가도 추가 검토하였다. 해당 연구는 수심과 밴드비의 비선형성을 통해 최적 밴드비 분석의 결과로 도출될 수 있는 상관계수와 평균 제곱근 오차(RMSE)의 동향을 보아 다양한 시나리오의 배제수심을 통해 최대측정가능수심을 산정하였으며 그 이상의 범위는 수심맵 산정에서 제외하였다. 그 결과로 낙동강 본류에서 2.5 m 이하, 황강 지류에서 1.25 m 이하의 최대측정가능수심이 나타났고 해당 범위 이하에서는 상세한 하상이 나타났다. 또한 고탁도 조건인 황강에서는 낙동강에 비해 절반 수준의 최대측정가능수심 범위가 나타나 탁도 조건에 따른 초분광수심법의 한계가 있는 것을 확인하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.2
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• pp.151-163
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• 2012

The distribution of gravel-bed materials in mountainous river is formed by the process of deposition and transportation of sediment responding to stream power of the latest flood that is over the certain scale. The particle size of bed material was surveyed in the longitudinal points of river and detail points of a specific meandering section and used to estimate the critical velocity and stream power. Yang's critical unit stream power and Bagnold's critical stream power for gravel-bed materials increased with the distance from downstream to upstream. Dimensionless shear stress based on the designed flood discharge in Shields diagram was evaluated that the gravel-bed materials in most survey points may be transported as form of bedload. The mean diameter in the meandering section was the biggest size in first water impingement point of inflow water from upstream and the second big size in second water impingement point by reflection flow. The mean diameters were relatively the small sizes in points right after water impingement. The range of mean critical velocity was 0.77~2.60 m/s and critical unit stream power was big greatly in first water impingement point. The distribution of critical stream power, range of 7~171 $W/m^2$, was shown that variation in longitudinal section was more obvious than that of cross section and estimated that critical stream power may be affected greatly in first and second water impingement point.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.897-908
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• 2008

황강에는 1989년 합천다목적댐과 본댐 하류 6.5km 지점에 조정지댐이 건설되었는데 조정지댐의 건설 목적은 본댐에서 피크 발전에 의해 방류되는 유량을 하류로 조절방류하기 위한것이다. 황강은 두댐의 건설후 하천폭, 하상재료, 식생 및 하천구간내 사주의 형성 등 많은 하천 지형학적 변화가 있었다. 이러한 변화는 댐 건설후 흐름 및 유사이송의 변화에 기인한다. 2002년 합천댐 저수지 퇴사량 조사에 의하면 합천댐은 연간 약 600천$m^3$의 유사를 차단한 것으로 파악되었다. 조정지댐은 연최대피크 방류량을 654.7$m^3/s$에서 126.3$m^3/s$로 감소시켰는데 이는 댐건설전의 19.3%에 해당하는 양이다. 댐건설로 인한 하류 하천의 지형적인 변화를 파악하기 위하여 합천조정지댐 하류로부터 낙동강 합류점까지 45 km에 대하여 조사하였다. 1982, 1993 및 2004년의 항공사진을 분석한 결과 비식생하도폭(non-vegetated active channel width)은 평균 152m 감소되었는데 이는 1982년의 약 53%에 해당한다. 비식생하도의 면적 역시 평균 6.6$km^2$가 감소하였다. 평균 중앙하상재료(D50)의 크기는 1983년 1.07mm에서 2003년 5.72mm로 증가한 반면 평균 하상구배는 1983년 0.000943에서 2003년 0.000847로 감소하였다. 총 하상 세굴깊이는 조정지댐 하류 20km 구간에서 평균 약 2.6m였다. 1차원 유사모형인 GSTAR-1D를 이용하여 예측된 최심하상고는 2013-2015년 사이 (댐건설후 약 25년 후)에 안정된 상태에 도달하는 것으로 나타났다. 합천 조정지댐이 본 댐에서의 피크 방류량을 상당히 감소시키고 있지만 홍수기에 조정지댐 수문의 급격하고 주기적인 개폐로 인하여 하류에 흐름의 펄스를 발생시키고 있다. 이러한 펄스가 하류 하천 지형변화에 미치는 영향을 파악하기 위하여 유사모형과 해석적인 방법을 개발 적용하여 구한 값과 비교 검토 하였다. 결과에 따르면, 일 흐름의 펄스(daily pulse)와 홍수피크(flood peak)는 각각의 평균값이 흐를 때와 비교하여 하천지형변화에 훨씬 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 일 흐름 펄스와 홍수피크는 각각의 평균값의 21%와 15%의 토사 이송량 (tons/day) 증가를 보여주었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.12
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• pp.1213-1225
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• 2014

The development of bars and sediment sorting processes in the braided channels with the mixed grain sizes are investigated experimentally in this study. The sediment in the steep slope channels discharges with highly fluctuation. However, it discharges with relatively periodic cycles in the mild slope channels. The characteristics and amplitudes of the dominant bars are examined by double fourier analysis. The dimensionless sediment particle size decreases as the longitudinal bed elevation increases. However, the size increases as the longitudinal bed elevation decreases. As the dimensionless critical tractive force in the surface layer ratio to the force in the subsurface layer increases, the surface geometric mean size of sediments and the dimensionless sediment particle size decrease. This means that coarse matrix is formed with the dimensionless tractive force by the sediment selective sorting.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.393-393
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• 2016

자갈하천 만곡부에서 하상의 세굴심을 파악하는 것은 하천의 수공구조물 안전설계를 위해 고려할 중요한 요소이다. 모래하천에서 만곡부의 국부세굴에 대한 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 자갈하천 만곡부의 세굴심에 대한 연구는 부족한 실정이다. 만곡부 세굴심은 하천경사, 하상재료, 유로형태 등에 따라서 다르다. 따라서 하천 만곡부의 세굴심을 산정하기 위한 공식들은 지배적인 독립변수로 사용되고 있는 유량, 유속 또는 Froude수, 수심, 하상재료의 직경 등에 따라 분류할 수 있다. 세굴심과 단위폭당 유량의 관계는 Lacey (1930), Abbott (1963), Blench (1969), Neill (1973)의 공식이 있다. 만곡부에 접근하는 상류부에서 Froude 수와 만곡부의 세굴심의 관계는 Liu et. al (1961), Zeller (1981), Mussetter (1994)의 공식이 있다. 또한 만곡부의 수심-세굴심 또는 하상재료의 직경과 세굴심의 관계를 나타내는 공식이 USBR, USACE, FHA 등에서 사용되고 있다. 하상재료와 세굴의 관계공식은 하천 만곡부에서 세굴심은 하상재료에 따라 발생될 수 있는 최대 크기가 정해져 있다고 본 것이다. 하상재료는 하천의 유사이송능력과 유역의 유사공급능력을 반영하기 때문에 하천의 수리특성을 나타낼 수 있는 변수이나 하상재료의 평균입경 특성에 영향을 미치는 수리학적인 요인들이 너무 많고 간접적이라는 한계가 있다. 자갈하상 하천에서 Mussetter, Liu, Abbott 공식은 세굴발생에 대한 한계조건을 반영하지 못하고 대부분 세굴심을 과대 추정한다. 자갈하천에서 Zeller 및 Lacey 공식과 USACE 방법에 의한 세굴심은 적용성이 있다고 볼 수 있는 유량조건이 있다. 이같이 대부분 세굴심 공식이 모래하천에서 개발되었기 때문에 자갈하천의 만곡부 세굴심을 산정하기 위해서는 하상재료의 특성이 반영되어야 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.281-281
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• 2017

하천에서 하도불안정(stream instability)으로 인하여 하상의 형태가 변화하고 하상파(sand wave)가 발생한다. 사련(ripple), 사구(dune) 등과 같은 하상파는 흐름저항을 유발하여 홍수시 수위를 증가시킨다. 수리실험 및 수치모형을 이용하여 사련 및 사구의 발달과정 그리고 이를 지나는 난류흐름에 대한 연구가 국외에서는 이루어지고 있지만 국내의 경우 거의 찾아보기 힘들다. 수치모형을 활용한 연구는 주로 횡방향으로 하상파가 일정하다는 가정하에 연직 2차원 수치모형을 적용하였으나 최근 컴퓨터 기술 및 수치기법의 고도화로 3차원 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 또는 LES(Large eddy simulation)를 이용한 수치모형이 개발되고 있다. 본 연구에서는 LES에 유사이송 및 하상변동 모형과 결합하여 사구발달에 대한 수치모의를 수행하였다. LES와 유사이송 및 하상변동 모형의 결합은 순간유속성분을 하상변동모형에 직접 적용되기 때문에 난류영향을 고려할 수 있는 것이 장점이다. 특히 사구의 발달에 따라 복잡한 흐름이 발생하며 3차원 와구조가 발생하므로 난류특성의 고려는 필수적이다. 수치모의는 Delft Hydraulics (Bakker et al., 1986)에서 수행한 수리실험 T39를 활용하였다. 수리실험은 길이 100 m, 폭 0.5 m 개수로에서 수행되었으며 평균유속은 0.611 m/s, 수심은 0.436 m이다. 하상파 실험에 사용된 유사입경은 0.78 mm 균일사를 사용하였다. 수치모의 조건은 수리실험과 동일하게 하였으나 계산시간의 효율을 고려하여 흐름방향의 계산영역은 4.0 m로 하고 주기경계조건(periodic boundary condition)을 부여하여 계산을 수행하였다. 수치모의 계산은 사구의 길이 및 파고가 평형상태에 이를 때까지 수행되었다. 수치모의 통해 사구발달에 따른 흐름 및 하상변동 특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.510-510
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• 2012

최근 4대강 살리기 등 하천 개발 사업으로 인한 하천환경의 변화로 하도 내 유사의 세굴 및 퇴적 문제가 제기되고 있으며 이에 대한 대책수립이 요구되고 있는 실정이다. 국외의 경우 이미 수제와 같은 수공구조물의 설계 가이드와 유로 확보 및 하도 안정화를 위한 목적의 수제가 실제 하천에 적용된 사례를 확인할 수 있으며 경험적 공식 등을 통해 이미 실용화 단계에 있다. 그러나 국내의 경우 소수의 수제 설치 등 제한적인 연구만이 진행되고 있을 뿐 하도 안정화를 위한 적절한 기술 개발이 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 하도안정화를 위한 구조적 대책의 일환으로 이동상 수리모형 실험을 통해 단일 및 연속수제를 이용함에 있어 수제 설치에 따른 하상변화의 특성을 지배하는 매개변수(수심, 후루이드 수, 유속 등)를 검토하였다. 연구 결과 후루이드 수와 수심 뿐만 아니라 평균 유속 와 한계유속 $V_r$을 무차원화한 $V/V_{cr}$ 값이 하상 변동 양상에 지배적인 영향을 미친다는 사실을 확인하였다. 수제주변의 정량적 세굴 및 퇴적 깊이와 범위는 물론 수제가 수제부 하류에 미치는 하상 변화의 영향 범위를 지배하는 인자들의 상관관계를 유도하였다. 본 연구에서 확인한 수제 설치 시 하상변동 특성을 지배하는 주요인자들과 이들의 상관관계는 하상의 안정성 확보 및 수제 설계 가이드라인 수립을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.