• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.709-713
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• 2010

최근 4대강 하천정비 사업과 용지 개발로 인해 하천으로 유입되는 유사량 및 하천 유사농도의 증대가 예상되면서 유사이송에 대한 관심은 수자원분야에서 날로 커지고 있다. 하천에서의 유사 이송과 하상변화를 예측하기 위해 수행되는 수치모의에서는 유사량 산정공식에 따라 동일한 수리 조건에서도 유사량 값이 각각 다르게 산정될 뿐만 아니라 하상변동 값도 적용 공식에 따라 다르게 산정된다. 하지만 국내에서는 이와 같은 문제에도 불구하고 유사량 공식에 대한 하상변동의 민감도 분석 또는 검증 과정 없이 수치모의를 수행하거나 수치모형에서 채택하고 있는 단일 유사량 공식을 그대로 적용하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 다양한 유사량 공식 적용이 가능한 준정상류 모형인 HEC-6 프로그램을 활용하였으며 대상하천으로는 상류의 급경사와 집중호우로 인해 다량의 유사가 침식되고 퇴적되는 문제가 발생하고 있는 낙동강 하류 80km구간으로 선정하였다. 낙동강 유역의 실제수문사상을 적용하여 하상변동 수치모의를 수행하였으며 그 결과를 유사량 공식별로 비교하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권4호
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• pp.347-359
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• 2016

본 연구에서는 기후변화에 의한 유량의 변화에 따른 시나리오를 구성하고 장기간, 장구간에 걸친 하상변동 양상을 예측하였다. 준2차원 수치모형인 GSTARS를 이용하여 남한강의 하상변동 모의에 적합한 민감도 분석을 수행하였다. 홍수위에 대한 하상변동 모의결과와 실측치에 대한 결정계수, 평균제곱근 오차, 모형효율성계수를 비교한 결과, 모의에 적합한 결과를 나타내어 GSTARS 모형의 적용성을 확인하였다. 수류튜브를 활용하여 개수에 따른 영향을 분석한 결과, 수류튜브 3개일 때 하상변동이 적절하게 나타났으며 너무 많은 수류튜브는 깊이만 깊어지는 결과를 나타냈다. 유사량 공식으로는 Ackers and White공식, Yang 공식이 적용성이 좋았다. 유량의 변화에 관계없이 하도가 좁아지는 방향으로 변화할 것이며 기후변화로 인해 유량이 늘어날수록 하도가 깊어질 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.5-5
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• 2021

최근 기후변화로 인해 예측이 어려운 국지성 호우가 빈번하게 발생하고 있다. 국지성 호우는 대량의 홍수를 일으키고 산사태와 유송잡물을 동반한 흐름을 야기할 수 있으며 이로 말미암아 인근의 초목과 식생들로부터 유목(driftwood)이 발생하기도 한다. 유목이 흐름과 함께 떠내려 오게 되면 그로 인한 운동에너지가 크게 발생하게 되며, 수공구조물과 주택가옥 등에 충돌시, 순수한 수류의 충돌보다 훨씬 큰 손상을 주기도 한다. 또한 유목이 수공구조물 인근 하상에 군집하면 통수능을 저하시키기도 하며 식생효과와 마찬가지로 유목주변으로 유속이 증가하면서 세굴현상이 발생하게 되는데, 이는 하상저하를 일으키며 수공구조물의 안정성에 지속적으로 피해를 줄 수 있다. 특히 군집된 유목들이 교각에 충격을 주면 흐름방향으로 교각에 작용하는 외력을 증가시키게 되고 군집된 유목들이 다른 유목들을 연쇄적으로 포착하는 동시에 흐름을 지속적으로 방해하여 수위상승을 야기하게 된다. 이는 유목주변으로 세굴을 발생시켜 교량의 붕괴를 촉진시킬 수 있다. 일본의 경우에는 대부분의 하천유역의 경사가 매우 급하기 때문에 홍수발생시 산사태와 유송잡물들이 빈번하게 발생하고 있다. 그에 따라 대량의 유목들이 하천으로 유입되어 하천의 수공구조물과 주거지역에 심각한 피해를 주는 경우도 많다. 따라서 유목의 거동과 군집현상을 이해하여 사전에 유목거동의 예측과 유목과 하상변동의 상호작용 분석을 통해 유목에 의한 수리구조물 피해를 예측하는 연구들이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구는 유목의 거동과 군집양상을 예측분석하기 위해 유목과 흐름의 이동상 실내실험과 수치해석을 수행하여 유목유입량에 따른 하상변동과 유목의 하상퇴적양상 및 다양한 거동을 관측분석 하였다. 특히, 유목간의 상호충돌과 측벽충돌을 고려하는 수치모듈을 유목동역학모형에 적용하여 수치해석을 수행하였다. 이를 통해 이동상 하상에서의 유목의 군집과정을 분석하고 수치해석의 한계와 개선사항들을 논의하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.111-111
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• 2017

본 연구에서는 2차원 하상변동 모형을 이용하여 sine 곡선형 개수로에서 하상재료의 분포가 침식-퇴적 양상에 미치는 영향을 분석하였다. 흐름 해석을 위하여 유한차분법을 이용하여 천수방정식을 해석하였다. 총유사량을 산정하기 위하여 Engelund-Hansen 공식을 이용하였으며, 하상변동을 모의하기 위하여 Exner 방정식을 해석하였다. 또한 모형을 sine 곡선형 수로의 실내실험에 적용하여 검증하였다. 하천의 지형형태학적 발달 과정을 체계적으로 분석하기 위하여, 이상화된 sine 곡선형 수로에 사행도, 폭-파장비, 폭-수심비 등의 인자를 고정시키고, 하상재료의 입경을 종속변수로 설정하여 수치실험을 수행하였다. 하상재료의 입경을 변화시켜 가며 흐름과 하상변동 결과를 비교하고 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권5호
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• pp.157-163
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• 1993

미공병단에서 개발된 하상변동계산모형인 HEC-6를 대청댐 하류의 금강에 적용하여 대청댐 축조에 따른 하류 하상의 변화를 살펴보았다. 대청댐은 금강의 중류에 위치하고 있으며, 댐 하류는 하상이 대부분 세사(細砂)와 중사(中砂)로 이루어져 있는 전형적인 충적하천으로 댐축조에 따른 하상변동이 예상되는 구간이다. 분석결과 댐 직하류 15km 구간은 대청댐 축조에 의해 하상이 2~3m 정도 현저하게 저하되었으며, 이 구간의 현재의 하상은 자갈과 호박돌 등에 의한 장갑화 현상에 의해 더 이상의 심각한 하상저하는 없을 것으로 예상된다. 또한, 연구대상구간내에는 대규모 골재채취로 인하여 국부적으로는 2m 이상이나 하상이 저하된 곳도 있다. 반대로, 대상구간의 하류부인 규암 수위표 상류 20km 인근의 하상은 0.5~1m 정도 상승하였다. 이 구간의 하상변동을 모의하기 위해 HEC-6 모형을 적용한 결과, 이 모형이 장기간의 하상변동을 비교적 적합하게 모의할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 추후 40년간의 하상변화를 모의한 결과, 이 구간은 장래에는 하상변동이 별로 없는 안정된 상태를 보이고 있다. 다만 중상류 일부 구간은 1~2m 내외의 하상저하, 하류구간은 0.5m 정도의 국지적 하상상승이 발생할 것으로 예상된다.

• 한국지리정보학회지
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• 제14권4호
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• pp.77-91
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• 2011

본 연구에서는 안성천 유역의 중소하천에 Rosgen(1994)의 하천분류체계를 적용하여 하천을 분류하고, 분류된 하천 유형별로 2차원 수리해석 모형을 이용하여 수리특성 및 하상변동을 모의하였다. 하천분류체계를 안성천 유역의 진위천과 오산천에 적용한 결과 크게 C 유형과 E 유형으로 분류되었다. 분류된 유형의 2차원 수리모형 적용에 따른 수리특성 및 하상변동 분석을 위해 C 유형의 구간 중 진위천과 통삼천의 만곡구간, 공세천, E 유형중 수원천을 연구대상지역으로 선정하였다. 하천분류체계에 의해 선정한 연구대상지역에 대하여 CCHE2D 모형을 이용한 빈도별 홍수량에 따른 하상변동 수치모의를 수행하였다. 모형의 경계입력자료는 WMS HEC-1의 유출량 결과 자료를 이용하여 50, 80, 100년 빈도별 홍수량에 대하여 모의하였다. 모의 결과 비교적 하폭/수심비가 큰 C 유형의 경우 하천의 물리적 특성의 변화에 따른 하상변동의 침식 및 퇴적의 경향이 잘 나타난 것으로 분석 되었고, C 유형에 비해 작은 E 유형의 경우 변화에 따른 하상변동의 경향을 파악 할 수 없었다. 본 연구의 결과는 하천의 물리적 변화에 따른 흐름 및 하상변동을 예측하는 방법에 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제7권4호
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• pp.353-365
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• 2020

본 연구에서는 낙동강을 대상으로 HEC-RAS를 이용하여 보 개방에 따른 하상변동 특성을 분석하였다. 연구 대상 지역은 낙동강 구담교 하류부터 하구둑까지 292.37 km 구간이다. 하상변동 모의를 위하여 1차원 수치해석모델인 HEC-RAS 프로그램을 사용하였으며 2017년도부터 2019년도까지 2가지의 시나리오로 모의를 수행하였다. 시나리오 1은 수문 전면 개방의 조건으로 구축하였으며 시나리오 2는 수문이 설치된 조건으로 모의를 수행하였다. 모의결과, 시나리오 1의 조건에서 합천창녕보 - 창녕함안보 대부분의 구간 (약 40 km)에서 퇴적이 발생한 것을 확인하였다. 또한 낙동강 본류 내의 유사를 포함한 흐름이 보 구조물로 인해 단절되지 않고 연속적으로 하상을 변동시키는 것으로 예측되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.535-535
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• 2012

하천 환경의 변화는 자연적으로 일어나기도 하지만, 우리나라 경우 대부분 하천 정비, 골재 채취, 수중보와 하구둑 등 하천시설물의 건설, 그리고 댐 및 교량건설 등 인위적인 요인에 의한 변화가 지배적이다 이렇게 환경이 변화하면 하천의 평형 상태는 파괴되며 하천의 평형 상태를 복원하는 과정에서 하천의 침식 또는 퇴적이 일어나며 이러한 과정의 총체적인 결과로서 하상변동이 일어나게 된다. 하상변동은 단기적인 면에서는 하천에서의 취수, 배수, 주운동 하천관리에 직접적인 영향을 주며, 장기적인 면에서는 하천시설물의 안정, 홍수위 및 지하수위 변화, 홍수터와 같은 하천부지의 변화 등 하천 및 유역 관리에 광범위한 영향을 주고 있다 하천의 유황 및 하상재료의 인위적인 변화에 의한 장기적인 하상변동 효과를 예측하고 분석하는 것은 하천계획 및 관리 면에서 매우 중요하다. 또한 하천 정비사업 등에 의한 영향을 제대로 평가하기 위해서는 비교적 단기간의 홍수 또는 호우 사상에 대한 단기적인 하상변동 효과를 정확하게 예측하는 것은 필수적이다. 외국에서는 하상변동 예측의 필요성을 일찍이 인식하여 다수의 하상변동 예측모형이 개발되어 하천 실무에 사용되고 있으며, 국내에서도 하천 흐름의 등수 역학적 해석을 위해 여러 가지 수치 기법들에 대한 연구가 진행되고 발전되어져 왔다. 현재 국내에서는 측량 자료이용과 모형적용의 용이성을 이유로 1차원 점변 부정류 해석프로그램인 HEC-RAS 모형을 많이 사용하고 있으며 대부분의 하천 정비 기본계획 수립에 있어서도 1차원 해석 모형을 적용하고 있는 실정이다. 국내에 서 수행된 하상변동 예측에 관한 연구들은 대부분 1차원 모형이므로 하천의 사행의 진행이나 유사의 횡방향 분포 등은 고려할 수 없다. 또한 하상변동 계산 시 이동상 부분의 전체가 균일하게 상승 또는 하향하는 것으로 가정하기 때문에 흐름이 급변하는 데 적용하는 것은 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 4대강살리기 사업이 진행중인 낙동강유역 구미보지점을 대상으로 2차원 흐름 및 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을 적용하여 50년, 100년, 200년 빈도별로 모의를 실시, 보설치 전 후의 하상변동을 비교 분석 하였다. 모의 결과 보설치 후의 경우 보 상류단은 전반적으로 퇴적의 양상을 보였으며, 보 하류단의 만곡부의 경우 홍수량이 증가함에 따라 유속 및 소류력이 비슷한 패턴으로 증가하여 침식이 관찰되었다. 특히 보 직하류의 경우 수문을 기준으로 다량의 침식이 있음을 보였으며, 침식이 계속 진행된다면 보유실과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있기 때문에 침식을 방지 할 수 있는 다양한 장치가 마련되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권6호
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• pp.543-557
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• 2010

본 논문에서는 2차원 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을이용하여 유사량 공식과 유사이송형태별 이류-확산 방정식의 선택이 하상변동 수치모의결과 값에 미치는 영향을 분석하고 실제 현장자료와 비교하였다. 또한 이러한 분석을 기초로 낙동강하구둑 상류 접근수로에서의 최적의 유사량 공식과 유사 이송형태별 이류-확산 방정식을 제안하였다. 낙동강하구둑 상류 접근수로에 대해 Ackers and White와 Engelund and Hansen의 유사량 공식과 소류사와 부유사 유사 이송형태에 따른 이류-확산 방정식을 각각 다르게 적용하여 모의한 결과, Engelund and Hansen 공식을 적용한 경우에는 Ackers and White 공식을 적용한 경우와 비교했을 때, 평수 및 홍수 조건에서 모두 하상변동량이 거의 없는 것으로 나타났다. 또한 Ackers and White 공식으로 2002년에 발생한 실제 수문사상을 적용하여 하상변동 모의한 결과, 소류사 이송형태의 이류-확산 방정식을 적용한 모의결과가 부유사 이송형태를 적용했을 경우 보다 실제 하상변동에 더 근접한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.63-63
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• 2016

자연 하천은 연속적인 곡선 흐름을 가지고 있으며, 하천의 흐름을 해석하는 것은 복잡하고 어려운 일이다. 게다가 자연하천에서는 유사이송에 의해 하상변동이 발생하며 이를 정확하게 예측하는 것은 공학적 문제 해결에 중요한 역할을 한다. 곡선 흐름에서의 하상변동양상은 원심력에 의한 이차류로 인하여 유사가 하천의 내측으로 이동하게 되고, 하천의 외측에는 침식, 내측에는 퇴적이 된다. 이와 같은 현상은 원심력뿐만이 아니라 하천의 곡선에 의해 발생하게 되는 박리 또한 중요한 원인으로 이야기 되고 있으며, 선행 연구자들에 의해서 박리의 영향이 작지 않음을 알 수 있다. 자연하천에서의 정확한 하상변동을 예측하기 위해서는 원심력에 의한 이차류와 박리의 현상을 정확히 모의할 수 있어야하며, 이를 위해 3차원 모형이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 3차원 unsteady RANS 모형을 이용하여 곡선수로에서 박리가 발생하는 현상을 모의하고자 한다. 곡선수로를 모의하기 위해서 곡선좌표계를 사용하였으며, 난류모형으로는 standard $k-{\varepsilon}$과 $k-{\omega}$ SST을 사용하였다. 또한 fractional step method를 이용하여 유속과 압력 커플링을 하였다. 그 결과 곡선수로의 흐름모의에서 레이놀즈 수가 큰 경우 박리가 발생하는 것을 확인하였으며, 두 난류모형 모두 곡선 흐름에서의 박리 현상을 모의할 수 있었다.