• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.275-279
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• 2011

본 연구는 낙동강 본류의 하도준설로 인하여 본류에 유입하는 지류하천의 하상고와 본류와의 하상고간의 높이차가 크게 발생됨에 따른 지류하상 안정화 기법을 금호강을 대상으로 검토하였다. 지류하천의 하상고와 본류와의 높이차가 크게 발생됨에 의해 하천을 직강화하여 첩수로를 만들게 되고 하상 경사는 커지게 된다. 이 경우 유량과 하상 재료의 변화는 없으므로 Lane 식에서 우변 하상 경사의 증가는 좌변의 증가를 가져오며 따라서 유사량의 증가를 가져온다. 즉 하천이 급해지면서 유사량이 증가한다. 이에 따라 직강 구간에서 하상의 세굴을 가져오게 된다. 실제로, 하천 개수 사업에서 직강화는 하상의 세굴과 저하보다는 통상 하폭의 확대를 가져온다. 지류 입장에서는 본류 수면이 일종의 기준면이 되므로 기준면의 저하를 의미하며, 이는 지류 에너지 경사의 증가를 의미한다. 이 경우 Lane 관계식에서 하상 경사의 증가는 좌변의 증가를 가져오며, 하상 재료가 일정한 상태에서 이는 유사량의 증가를 가져온다. 즉 지류의 하상 경사와 유사량 증가는 하상의 침식을 의미하며, 이러한 침식은 상류로 진행된다. 이를 두부 침식이라 한다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 본류하도 준설에 따른 지류하상의 하상변동과 지류유입 토사량에 대해서 검토하겠다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1853-1857
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• 2008

본 연구는 국내하천을 대상으로 하천의 단면 형상 및 수위, 유량자료를 실측하여 유량 변화에 따른 조도 계수를 산정하고, 하상 재료와 하천 규모에 따른 조도계수를 비교 분석하였다. 실측 자료는 다양한 유량 변화 자료를 얻을 수 있는 2007년 6월에서 9월 사이에 이루어졌으며, 대상 하천의 조도계수는 미국 지질조사국의 NCALC 모형을 이용하여 산정하였다. 조사 지점은 하상재료가 거석으로 이루어진 섬진강(곡성), 호박돌로 이루어진 평창강(방림), 달천(괴산), 홍천강(서면), 금강(현도1, 현도2)과 자갈 모래로 구성된 금강(이원) 지점, 모래하천인 내성천(평은) 그리고 도시하천인 탄천(복정)으로 총 9개 지점에서 이루어졌다. 조사 결과 모든 하천의 조도계수는 유량 증가에 따라 감소하면서 일정한 값으로 수렴하는 경향을 보였으며, 하상 입경과 규모에 따라 서로 다른 범위의 조도계수를 나타냈다. 가장 큰 조도계수의 범위를 보이는 곳은 하상재료가 큰 섬진강(곡성)과 홍천강(서면), 달천(괴산) 지점이었으며, 모래하천인 내성천(평은)과 도시하천인 탄천(복정)은 가장 작은 조도계수의 범위를 보였다. 또한, 하상 재료 특정입도($d_{16}$, $d_{50}$, $d_{84}$, $d_w$)가 흐름저항에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Limerinos에 의해 제안된 상대조도를 분석한 결과, 하상재료의 특성이 상이하게 다른 섬진강(곡성)과 내성천(평은), 탄천(복정)을 제외하고 하상재료와 상대조도 사이에서의 관계식을 산정할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.583-587
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• 2006

국부세굴의 발생은 일반적으로 흐름조건, 구조물 조건과 하상재료 세 가지의 주 원인으로 구분할 수 있다. 흐름조건의 경우 구조물 영향으로 발생되는 3차원적인 와류가 주요원인이며 하상재료의 경우 여러 요인이 있겠지만 비중이 같은 입자라 가정할 경우 입자의 크기를 주요 변수로 정할 수 있다. 교각 국부세굴에 관한 연구는 1960년대 이후 연구자들에 의해 매우 다양하게 수행되어 졌으며 많은 산정공식도 제시되었다. 하지만 기존 연구는 최대세굴심 조건으로 다양한 하상재료와 시간에 대한 세굴변동(홍수사상 등)에 대한 영향을 고려하는데 어려움이 있다. 특히 국내의 경우 다양한 하상재료와 홍수빈도를 고려할 때 이에 대한 세굴적용은 매우 중요한 인자라 할 수 있다. 따라서 교각세굴에 대한 궁극적인 목적은 다양한 하상재료와 홍수빈도를 고려할 수 있는 세굴평가를 제안하는데 있다. 이를 위해 본 연구에서는 우선적인 연구로 입자의 다양성과 이미지 기법을 이용한 실시간 측정을 통해 보완하여 입자에 따른 시간적 변화를 분석하였다. 현재 4가지의 하상재료의 입경차이에 따른 국부세굴의 시간적 변화와 초기세굴 발생의 수리적 조건을 파악하고 기존연구와 비교분석하였으며, 이를 기초자료로 세굴심$(S,\;S_{max})$, 교량주변 전단력$({\tau}_p,\;{\tau}_{pc})$, 접근수로부 전단력$({\tau}_a)$와 입자한계전단력$({\tau}_c)$에 대한 시간분석 (time effect)을 통해 다양한 하상재료와 홍수빈도를 해석을 위한 초기분석을 수행하는데 목적이 있다. 수리모형실험에 사용된 가변경사수로의 제원은 $0.6m(W){\times}20m(L){\times}2m(H)$이며 모형구조물은 투명한 아크릴로 제작하였다. 실험방법은 교각 내부에 CC카메라를 전 후면 및 상측면에 설치하여 세굴 발생을 실시간으로 촬영한 후 이미지 분석을 통해 분석하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.9
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• pp.743-756
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• 2015

It is necessary to evaluate the effect of dredging and weir operation on the flow and long-term bed change for river management. Especially, large scale river treatment project, with dredging or weir installation and operation, can increase the instability of riverbed in tributaries as well as mainstream. This study focuses on the effect of weir installation and dredging on the long-term bed change in Nakdong river (Gangjeong- Goryeong Weir~Dalseong Weir) and its tributary (Geumho river). HEC-6 model has been used to analyze the amount of long-term bed change and sediment transport resulted from the river treatment including dredging or weir installation. From the result, it was concluded that a large scale river treatment can accelerate and increase the long-term bed change both in mainstream and tributary.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.728-728
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• 2012

본 연구에서는 자연하상 복원을 위한 하상복원공법을 개발하여 시험구간에 적용하였다. 공법적용 대상 지역은 안양시역내의 안양천 일정구간으로 화창교로부터 상류방향으로 약 500m 거리에 웅덩이 수제공법이 적용되어 있으며, 그로부터 다시 상류방향으로 130m 떨어진 거리에 낮은 바닥막이 공법이 적용되어 있다. 낮은 바닥막이 공법의 경우 완만한 곡류사주의 직상류 부로서 강한 수류와 함께 빠른 유속이 형성될 경우 하상의 세굴이 예상되어 이를 방지하기 위해 저수로의 유하방향으로 완만한 호형으로 설치하였으며, 웅덩이형수제 공법은 완만한 곡류로 좌안 수충부가 형성되어 있어 물의 흐름방향과 유속을 제어하여 흐름에 의한 호안침식을 방지하기 위해 현 위치를 선정 및 적용하였다. 첫 번째, 경관모니터링 결과 낮은 바닥막이 공법과 웅덩이 수제 공법을 적용한 구간에서 대규모 홍수 이후에도 저수로 호안과 하상의 안정성이 유지되었으며, 이는 공법 설치 전 후 하상 경관의 변화가 거의 없어 수리적 안정성 유지를 하고 있다고 볼 수 있다. 또한 웅덩이 수제 공법 설치 후, 미소서식처가 형성되면서 포식자인 왜가리, 백로류를 지속적으로 관찰할 수 있어 어류서식처로서의 기능이 강화되었음을 간접적으로 확인하였다. 두 번째, 생태계 모니터링 결과 저서성 무척추동물의 경우 한국오수생물지수(KSI)는 낮은 바닥막이 공법을 적용하여 하상구조가 변화된 조사 지점 st.1의 환경상태가 "양호"에서 "최적"으로 변화하였기 때문에 공법 적용이 서식처 건강성 증진에 도움을 준 것으로 판단된다. 세 번째, 수질 모니터링 결과 용존산소의 경우 상부지점보다 하부지점이 낮게 나타나는 결과를 보여주었다. 낮은 바닥막이 공법에 의한 용존산소 상승효과보다는 다양한 서식처의 제공이라는 측면이 보다 중요한 효과를 나타낸다. 결과적으로, 공법의 실용화를 위한 적용 공법에 대한 생태계 모니터링 및 평가를 통하여 하천에서의 다양한 서식처(Habitat) 창출을 통해 수생 생물의 다양성을 증진시키고, 하천 하상공법에 대한 생태계의 조사 및 평가기법을 확보하여 연구성과를 다른 하천으로의 확대 적용 할 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.128-128
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• 2017

준설(Dredging)은 수중에서의 토사굴착이며, 하천유로의 확장, 항만의 수심증가, 매립이나 축제용의 토사채취 등의 목적으로 행해진다. 하천의 준설은 하천의 흐름 특성 및 제반 여건 변화를 가져오기도 한다. 준설 직후 낮아진 하상으로 수위가 낮아지는 경우가 있는 반면, 수위 저하를 동반하지 않는 경우 준설 부근에서 퇴적이 발생하며 이는 하천의 수위 상승으로 이어 질 수 있다. 또한 퇴적으로 인하여, 최심 하상고가 높아지면 상승정도에 따라 준설 시기를 결정해야 한다. 따라서 본 연구는 SCHISM(Semi-implicit Cross-scale Hydroscience Integrated System Model)모형을 이용하여 이상화 수로에서 준설로 인한 하상변동 후 기존 단면으로 복구되기까지 소요되는 시간과 그에 따른 하천의 수리특성 영향을 검토하였다. SCHISM 수치모형은 Virginia Institute of Marine Science의 Dr. Zhang 교수가 개발한 3차원 수치모의 프로그램으로 현재 중국에서 황허강(Yellow River)의 하상변동 관련 연구를 수행하는데 많이 사용되고 있다. 하천 지형은 이상화 수로로 하천설계기준(2009)을 참고하여 제방 경사는 1:3이며, 수로 제원은 4대강 살리기 사업을 통하여 준설이 실시된 국가하천 자료를 참고하였다. 격자간격은 10 m인 사각격자 이며 모의 시간은 하상변동을 일으키는 유량 개념인 유효유량을 적용하여 60일로 설정하였다. 수치모의를 통하여, 최심 하상고 변화 및 하상변동량을 확인하여 침식 및 퇴적 구간을 구분하였고, 시간에 따른 기준 단면으로의 복구 정도를 유량과 유사량을 변경하면서 민감도 분석을 수행하였다. 향후 본 연구는 하천 준설 계획 시 참고자료로 활용이 가능할 것이며, 준설로 인한 하천수리특성 변화 및 준설시기 결정의 선행연구로써 의미가 있다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.318-318
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• 2023

수자원개발과 관리 측면에서 하천에서 흐르는 유량을 정확히 산정하는 것은 이수와 치수 두 측면에서 모두 매우 중요한 문제이다. 과거의 유량측정성과를 이용하여 수위-유량 관계 곡선식을 구하면, 현재 관측된 수위만으로도 유량을 간단히 산정할 수 있기 때문에 유량 산정에서 있어서, 수위-유량 관계 곡선식을 사용하는 것이 일반적이며, 따라서 수위-유량 관계식의 신뢰도에 의해 유량 산정의 정확성이 좌우되는 것이 사실이다. 과거 일반적인 단일 수위-유량 곡선의 적용으로는 유량추정에 높은 불확실성이 존재할 수 있음이 확인되어, 하천의 단면변화, 식생변화, 유사이동, 비정상류 등 영향인자를 파악하고 수위-유량 관계의 동적 변화를 추정하는 기술의 고도화가 다양하게 시도되고 있다. 기존 연구에서는 하천의 수위에 따른 단면 변화율 차이 등을 가정하고 수위구간을 구분 다른 수위-유량 관계식으로 추정하는 방안이 제안되거나, 부정류, 하상경사, 그리고 조도계수 변화에 따른 수위-유량 관계 변화 가정하고 특정 조건에 따라서 수위-유량 관계가 변화하는 특성이 연구되었다. 하지만, 검토한 바에 따르면 기존 연구에서는 대부분 수위 관측 지점에 한하여 단면 및 하상특성 등의 영향을 고려하였으며, 수km 떨어진 원거리 하류 범위에서의 하상 등 동적 변화로 인한 상류 지점의 수위-유량 관계의 영향에 대해서는 정량적 분석이 미진한 것으로 파악되었다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 조건에 따른 복잡한 동적 수위-유량 관계를 분석하기 위한 기계학습 기반 데이터 분석기술의 활용 방안을 검토하고, 시범적으로 금강 세종보가 가동중이였던 2017년 관측된 보상류 5km 지점의 수위와 유량 데이터 분석에 적용하였다. 분석 결과 하류 5km 범위에서의 하상변화는 즉각적으로 상류의 수위-유량 관계를 변화시키는 것으로 확인되었다. 이러한 결과로부터 하류에서의 준설, 퇴적, 교량 및 보건설, 가동보 운영 등이 있을 경우 수km 떨어진 상류에서 수위-유량 관계는 크게 변화함을 예상할 수 있으며, 따라서 유량산정의 신뢰도 제고를 위해서는 본 연구에서 제안된 방안과 같이 동적 수위-유량 관계를 추정하는 기술이 점차 확대 적용되어야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1684-1688
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• 2007

하천의 수위를 유지하거나 농업용수를 취수할 목적으로 하도 내에 조성되는 보는 현재 국내에 약 18,000개 정도가 있다. 그러나 최근 도시 인구집중화에 따른 농경지의 도시화, 토지이용의 변화, 취수 시설물의 통합, 시설의 노후화 등으로 많은 수의 보가 제 기능을 상실하고 있다. 이러한 보는 하천생태통로의 차단, 미생물 어류의 이동 단절, 수질의 악화 초래, 수변 생물서식처의 변화를 가져오고 있다. 기능이 상실된 보 가운데 곡릉천 곡릉2보를 철거함에 따른 상하류 하상변동을 해석하고자 미공병단의 HEC-6 모형을 이용하여 수치해석을 하였다. HEC-6 모형의 수치해석을 위해 곡릉천의 단면, 유사량, 입도분포, 수위-유량 곡선을 이용하였고, 보 철거 후 시간에 따른 유사이동량의 변화를 파악하고 보 상류의 하상세굴과 보 하류의 퇴적현상을 관찰하였다. 또한 보 철거 후 장기하상변동을 모의한 결과 곡릉천에서의 곡릉2보를 철거함으로 인한 평형하상으로 도달되는 시간은 20년 정도 소요되는 것으로 예측되었다. 이러한 기능이 상실된 보를 철거함으로 인해 하류에 미치는 물리적 영향의 분석은 하천 생태 복원을 위한 기초 자료로서 이용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.110-110
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• 2017

하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 하상재료는 매우 중요하다. 예를 들어, 재료에따른 호안이나 하안의 보호능력이 떨어지거나 수리적 특성에 의해 쉽게 파손될 수 있으며, 구성물질에 의해 하천환경의 변화를 야기시킬 수 있다. 때문에 본 연구에서는 비독성 자연형 하상재료를 이용하여 홍수시 수리조건을 반영하여 상류에서부터 사류까지 다양한 Froude 수에 따른 저항력에 대한 실험을 진행하였다. 본 연구의 실험진행은 기 개발된 바닥응력을 직접측정하는 장치와 PIV시스템을 이용하여 수리특성을 측정하였다.(Park J.H. et al. 2016, Flow Measurment and instrumentation.) 또한 각각의 조건에 따른 수리학적 특성의 변화를 비교하였다. 하상 재료는 콘크리트를 배제한 자연형 제방이나 하상에 사용되는 재료를 이용하여 비교하였으며 Foude 수는 일반적인 흐름의 상류에서 홍수 시, 고유량에서 발생하는 사류까지 다양한 범위에서 실험을 진행하였으며, 이러한 재료와 Froude 수에 따른 토양 유실에 대한 실험을 진행하였다. 토양 유실율의 측정 장비로는 초음파 변위계를 이용하여 실험 전, 후의 세굴심 변화를 이용하여 토양의 세굴면적을 수치화 시킨 수치로 적용하여 토양 유실율을 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.260-260
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• 2021

본 연구의 목적은 다양한 크기의 사립자들로 구성된 비균질 하상으로부터 부유된 유사의 연직방향 농도분포에 난류 감소효과가 미치는 영향을 살펴보는 것이다. 여기서 난류감소효과란 유사의 존재로 인해서 난류의 구조가 변화하는 것을 의미한다. 연구를 수행하기 위하여 난류감소 효과를 고려할 수 있는 비점착성 사립자의 유사이동 모형을 개발하였다. 유사이동 모형에서는 사립자 크기범위를 여러개의 계급구간으로 분할하여 하상재료의 입도분포를 고려할 수 있으며, 하상재료의 구성에 따른 부유사의 농도분포를 계산한다. 개발된 모형의 검증은 실험실 실험자료와의 비교를 통해 수행하였다. 유사이동 모형에서 난류감소 효과를 고려하지 않을 경우 농도와 유속의 연직분포가 과대산정 되는 것이 여러 연구에서 확인된 바 있다. 이에 본 연구에서는 한방향으로의 정류상태 흐름 조건과 다양한 크기가 혼재되어 존재하는 유사 조건을 가정하여 난류구조의 변화와 부유사 농도의 연직분포 변화를 살펴보았다. 연구결과로부터 난류감소 효과를 고려하지 않는 경우에는 부유사의 농도가 과다하게 산정되는 것으로 나타났으며, 불균질한 하상재료로 구성된 하천에서 부유사의 연직방향 유사농도를 정확하게 계산하기 위해서는 난류감소 효과에 대한 고려가 필요하다는 결론이 도출되었다.