• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.31-31
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• 2016

국내 해안선을 따라 발생되는 침식 및 퇴적현상으로 인하여 해안구조물의 안정성과 같은 안전 문제가 발생되고 있다. 이러한 자연현상을 대비하여 연안지역 특성에 맞는 침식 저감 대책 마련에 대한 연구가 되고 있다. 침식현상은 다양한 외력조건과 지리적 특성을 함께 고려해야 한다. 고립파로 인한 침식 발생 현상에 대한 국외 연구들이 다수 수행되어 왔으며, 국내에는 이와 관련된 연구가 상대적으로 부족하다. 고립파는 파고의 특성에 따라 파형이 결정되는 특징을 가지고 있어, 침식현상과 지진해일의 실험적 연구에 있어 입사파로 주로 활용되고 있다. 기존의 방법과 동일하게 sluice gate를 순간적으로 개방하여 고립파를 재현하는 방식으로 파랑을 재현하였다. 본 연구에서는 폭 0.80 m, 높이 0.75 m, 수로연장 12.00 m의 강화유리로 설계된 직사각형 단면 수로에서 실험을 수행하였다. 측면에 두 대의 카메라(Model No. : Sony, HDR-XR550)를 고정설치하여 경사면 하상변화를 촬영하였고, 영상분석을 통하여 하상변동을 측정하였다. 유사특성에 따른 하상변동을 연구하기 위하여 경사면에 포설된 유사로는 주문진 표준사($d_{50}=0.6268mm$, $c_u=1.68$)와 안트라사이트($d_{50}=1.547mm$, $c_u=1.387$)를 동일한 실험조건에서 함께 사용하였다. 경사면에서 고립파의 처오름, 처내림을 추적하여 그 경향을 분석하였다. 하상의 침식 및 퇴적구간 길이, 침식, 퇴적의 높이 및 깊이와 같은 형상분석을 통한 영향인자를 함께 무차원화 하여 실험결과를 제시하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 Sluice gate를 이용한 고립파 수리실험으로 경사면 하상의 침식 및 퇴적 현상에 관한 기초적인 실험자료로 활용될 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제9권2호
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• pp.73-82
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• 1989

충적하천(沖積河川)에서 홍수파(洪水波)가 발생할 때 하천은 그 홍수파를 안전하게 소통시키기 위하여 주어진 흐름에 적응(適應)하는 하상변동(河床變動) 구조(構造)를 가지고 있다. 이러한 하상변동(河床變動)의 예측모형(豫測模型)을 개발하기 위하여, 홍수파를 해석하고 그에 따른 하상변동과정(河床變動過程) 대한 수치모형을 홍수추적 및 유사추척을 통하여 구성하였다. 본 하상변동모형으로 홍수파해석, 하상고(河床高)의 변동 및 하상구성토사(河床構成土砂)의 입도분포변화(粒度分布變化)등을 예측할 수 있도록 하였으며, 한강하류부(漢江下流部) 팔당댐으로부터 인도교 수위표지점에 이르는 구간에 본 모형을 적용하여 그 적용성을 확인하였다. 본(本) 모형(模型)의 적용결과 유사운송(流砂運送)이 홍수파의 형상에 미치는 영향은 미소(微小)하였으며, 이는 부정류(不定流)의 흐름변동에 비하여 동일 시간동안의 하상변동량(河床變動量)이 상대적으로 작기 때문이다. 또한 비교적 비슷한 홍수파가 인접하여 발생하는 경우, 하상변동과 유사교환하상층(流砂交換河床層)의 입도분포변화(粒度分布變化)는 전반부 홍수파가 지배적이고 후반부 홍수파의 영향은 상대적으로 작았으며, 하천이 동적평형상태(動的平衡狀態)를 유지하기 위한 거동(擧動)을 하는 것으로 나타났다. 한강하류부 팔당댐으로부터 인도교 지점에 이르는 하상은 세굴(洗掘) 및 조립화현상(粗粒化現像)이 지배적이었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권3호
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• pp.291-300
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• 2012

댐 붕괴 직후에 댐 붕괴 근역에서의 댐 붕괴파 및 댐 붕괴파로 인한 하상변동을 추적하기 위하여 RANS를 지배방정식으로 하는 FLOW-3D를 이용한 3차원 수치모의를 수행하였다. 특히 이동상에서의 하상변동과 그 하상변동으로 인한 홍수파의 변동을 고정상에서의 해석결과와 비교하였다. 그 해석 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, L자형 실험수로에서의 홍수파 해석 및 이동상 실험수로에서의 홍수파와 하상변동 해석 결과는 해당 수리실험을 만족스럽게 재현하고 있다. 둘째, 부유사의 농도는 홍수파의 전면에서 가장 높은 값을 보이며, 하상침식은 흐름이 급변하는 댐 직하류 지점에서 가장 크게 발생한다. 수로의 상류에서 발생하는 부유사로 인해 하류에서는 침식과 퇴적이 번갈아서 발생한다. 홍수파가 도달하는 초기에는 L자형 만곡부의 내측에서 침식이 우세하게 발생하나, 시간이 지나며 침식은 점차 만곡부의 외측으로 이동하는 양상을 보인다. 셋째, L자형 이동상에서의 홍수파는 하상의 침식 및 퇴적으로 인해 고정상에서의 홍수파에 비해 그 전파가 지체되며 홍수위가 크게 상승한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.165-169
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• 2012

하천에서의 골재 채취는 일시적으로 홍수위를 낮추는 순기능도 있지만 하천형태학적으로 좋지 않은 영향을 줄 수도 있다. 하천에서 골재 채취로 인한 준설웅덩이의 회복에 필요한 시간 혹은 과정은 공학적으로 매우 중요하다. 본 연구에서는 시간에 따른 준설 웅덩이의 발달 과정을 모의할 수 있는 수치모형을 제시하였다. 제시된 수치모형은 준정류 가정에 기초하는데, 이는 흐름은 정상류이고 하도가 변하는 특성시간이 흐름에 비해 길다고 가정하는 것이다. 총유사량 공식으로 Engelund and Hansen (1967) 공식과 Ackers and White (1973) 공식을 이용하여 수치실험을 실시하였다. Engelund and Hansen 공식을 사용하였을 때, Parker (2004)에 제시된 준설 웅덩이의 되메움 과정을 정량적으로 유사하게 모의하는 것으로 나타났다. 제시된 모형의 적용성을 검토하기 위하여 선행 실내실험에 적용하였다. 전반적으로 준정류모형이 준설 웅덩이의 되메움과 전파과정을 잘 모의하는 것으로 확인되었다. 그러나 수치모형이 두부침식 현상을 잘 재현하지 못하여 재퇴적 이후의 하상파를 과소 산정하는 것으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제17권4호
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• pp.615-621
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• 2007

하상토의 부존량을 경제적으로 파악하는데 효과적일 것으로 예상되는 굴절법탄성파탐사를 상이한 토질의 2개소에 적용하였다. 대상지역은 용인시 월촌교 인근 제방 및 예천군 담암제이며 총 10측선의 굴절법탄성파탐사가 수행되었다. 아울러 역산된 탄성파단면상에서 지층을 구분하기 위해 2개의 시추조사가 병행되었다. 취득된 탐사자료를 역산하여 지층을 구분하고 고도 측량자료와 각 지점별 토사층 심도를 내삽한 결과 각각 $24,000m^3$ 및 $56,000m^3$로 하상토의 부존량 추정이 가능하였다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2006년도 공동학술대회 논문집
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• pp.233-237
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• 2006

본 연구는 지표 및 시추공을 동시에 이용하는 3차원 탄성파 지대공 토모그래피 사례연구로서 계곡 하상부의 주요 구조선의 존재 및 그 연장 등 정밀한 3차원적 정보를 파악하고자 시도한 사례연구이다. 현장자료는 댐 제체의 하상부($200m{\times}200m$)로서 영역 내 총 12개 시추공을 이용하여 공대공(Hole to Hole) 및 지대공(Reverse VSP) 배열에 의한 탄성파 자료의 조합으로서 자료를 취득하였다. 역산 알고리즘은 입방체 내 암영대의 존재를 최소화할 수 있는 프레넬 볼륨에 기반한 3차원 탄성파 주시토모그래피 기법을 적용하였다. 역산과정을 거쳐 도출한 하상부 3차원 탄성파 속도 입방체는 지표지질 및 시추조사에서 확인된 단층의 존재를 명확히 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.664-668
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• 2008

본 연구에서는 비정상상태 자유수면 모의를 위해 2차원 유한체적법을 이용한 수치모형을 개발하였으며, 이론적인 해석해 및 수리실험을 통한 실측자료를 이용하여 검증하였다. 개발된 모형은 지배방정식으로 비선형 및 보존형 2차원 천수방정식(shallow water equation)을 이용하였으며, 동적메모리 할당 기능이 포함된 Fortran-90으로 코딩되었다. 또한 구조화된 격자 및 비구조화 격자 시스템에도 적용될 수 있도록 모형을 구성하였으며, 불규칙한 하상지형에 의해 수치진동을 감소시키기 위해 본 모형에 well-balanced HLLC 기법을 적용하였다. 모형의 적용성을 검증하기 위하여 1차원의 경우 젖은/마른 하상 조건하에서의 댐 붕괴파 문제와 하상이 변화하는 지형 구간을 통과할 때 발생되는 천이류에 대한 문제 그리고 시간에 따라 변화하는 수위와 지형 조건에서의 wetting & drying에 대한 문제에 적용하였으며, 2차원의 경우 전통적인 댐 붕괴파 문제 및 구조물에 미치는 댐 붕괴파의 영향에 대한 수리모형실험을 통한 실측자료를 이용하여 검증하였다. 검증결과 본 모형을 통해 계산된 수치해는 이론적인 해석해와 실측자료에 거의 정확히 일치하였으며, 향후 실제 하천 자료를 이용하여 모형의 현장 적용성을 검증할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.996-1000
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• 2005

본 연구에서는 마포대교 확장 공사의 인해 일부 교각의 우물통 기초 주변 하상변화와 세굴 현상을 파악하기 위한 심도추정 방법으로 현재 다양하게 토목분야에서 적용되고 있는 치하투과레이더 탐사기법을 사용하였다. 교각 우물통 주변의 안정적인 GPR 탐사를 수행하기 위한 보조장비를 고안하여 마포대교 P6의 우물통 주변을 2004년 6월(1차)과 2004년 10월(2차)에 걸쳐 탐사를 실시하였으며, 탐사 기간 중 약 12,000 cms의 유출량이 발생하여 국부세굴과 하상 변화 가능성을 충분히 검토 할 수 있을 것으로 판단되었다. 수집된 자료를 통해 양질의 자료 획득을 위해서 자료의 보정 과정을 마친 후 각각의 구간에 대해서 1, 2차 탐사된 두 개의 자료를 비교 분석하였다. 전구간의 반사파를 이용하여 기존의 연구결과에서 얻어진 반사파의 양상(Beres and Haeni, 1991)과 비교한 결과 하상 표면은 미사 혹은 실트로 구성되어 있고 주요한 하상 하부 매질은 전석(boulder), 호박돌 등으로 이루어져 있었다. 그리고 1차 및 2차 탐사 자료와 DATAPCS의 세굴센서가 설치된 측점을 기준으로 심도 및 위치 보정을 한 결과 큰 오차는 발생하지 않았으며, 400 MHz 안테나를 활용하여 최대수심 약 10 m 이상 하상을 탐사할 수 있었다. 수심이 깊은 구간은 하상과 가까운 위치에서 탐사를 실시하여 양질의 하상 변화 양상을 파악할 수 있어 하상 재료의 정성적인 평가를 높일 수 있도록 하였다. 마포대교의 탐사 대상 교각 우물통 주변은 계획홍수량의 1/3 수준으로 비교적 적은 홍수량이 발생한 2004년의 호우사상으로 인해 일부구간이 약 $10\~20\;cm$ 정도의 퇴적과 세굴 영향이 나타난 것을 제외하고는 유의할 만한 세굴과 하상 변화가 발생하지 않고 매우 안정적인 상태를 보이고 있으며 되메움이나 두드러진 퇴적층의 양상 또한 확인할 수 없었다. 대상구간에 설치한 유속계 최대유속이 2.0 m/s 이상 발생하였지만 우물통 주변의 자갈 및 호박돌 등과 같은 평균입경이 큰 유사의 이동에 절대적인 한계유속을 초과하지 못한 것으로 판단된다. GPR 탐사의 적용 한계성을 극복한 본 연구는 홍수 전$\cdot$후의 하상변화 및 최대세굴심, 되메움 깊이 및 범위 등의 세굴현상을 현장탐사를 바탕으로 현재 다양하게 적용하고 있는 세굴 실험식과 비교 분석함으로써 우물통 주변의 효율적인 세굴 보호 대책을 강구하는 목적으로 그 활용성을 증대할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2001년도 학술발표회 논문집(II)
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• pp.1212-1217
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• 2001