• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.175-175
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• 2011

하천을 횡단하는 구조물은 흐름을 지체시켜 상 하류에 급격한 수위차를 발생시키며, 이에 동반되는 국부유속의 증가는 제방 및 하상을 세굴시킨다. 제방 및 하상 세굴은 하천횡단구조물의 구조적 안정성에 영향을 주어 불안정한 상태에 이르게 할 수 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 하상유지시설 및 제방 보호공 등의 대책을 하천설계기준에 제시하고 있다. 하천설계기준에는 하천횡단구조물 보호시설의 종류, 설치길이 등이 명시되어 있으나, 보호공 제원 선정에 대한 구체적인 설계공식을 제시하지 않아 보완이 필요한 상황이다. 보호공 제원 선정 설계기준은 설계유속을 1차원 단면평균 유속으로 활용하는 국외의 설계공식을 활용할 수 있다. 그러나, 하천횡단구조물 주변의 흐름은 매우 복잡하므로 국외 설계공식을 그대로 적용하기에 앞서서 이에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 하천횡단구조물 주변의 흐름을 2차원 수치모형으로 재현하고 그 결과를 1차원 수치모의 결과 및 수리실험 관측결과와 비교하였다. 실험수로에 각기 다른 제원의 보호공을 설치하고 관측한 임계상태의 수리상황을 1, 2차원 수치모형으로 재현하였다. 각각의 모형에서 도출된 수리상황 결과를 비교 분석하여 보호공 제원 결정 공식을 검토하였다. 또한, 실제 하천구간에 임의의 보와 수제를 설치하고, 계획홍수량에서의 흐름특성을 비교하였다. 1, 2차원 모형에 의하여 도출된 관계를 분석함으로써, 하천횡단구조물 설계시 적용할 수 있는 보호공 제원 결정 설계공식을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.259-259
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• 2015

현재 우리나라의 건설공사 설계기준은 총 50종(설계기준 21종, 시공기준 29종)으로 관리부서가 통합되어 있지 않아 여러 가지 문제점이 발생하고 있다. 그 문제점으로 설계기준 간에 내용이 중복 또는 상이하여 사용상의 불편함이 있다. 현재 사용자가 직접 설계서를 작성 시 산재된 관련 기준을 일일이 확인하여야 하는 번거로움이 발생하고 있다. 또한, 건설기준 정비체계가 미흡하며 국외의 설계기준을 실 검증과정 없이 도입하여 우리나라 특성에 맞는 건설공사 설계기준이 반영되지 못하는 경우가 생기고 있다. 본 연구에서는 하천 댐 설계기준 및 하천 표준시방서를 관련 있는 타 분야 설계기준 및 시방서(설계기준 5종, 시방서 7종)와 상충 및 중복되는 항목을 조사, 비교하였다. 그리고 조사, 비교된 내용들을 수정 및 보완하여 '건설공사 설계 시공기준 표준화' 기획단계시 기준간의 통일성, 편의성을 고려하여 구성된 코드체계기준 중 수자원분야 표준코드체계 기준에 적용하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.345-349
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• 2016

보본체와 물받이공을 보호하는 바닥보호공(bed protection)은 굴요성 구조(flexible structure)인 돌망태, 블록공, 사석 등으로 설치되어야 하며, 일반적으로 경제성과 시공성이 우수한 사석(riprap)이 많이 이용된다. 이때 사석의 안정성 확보를 위한 설계기준으로 국내의 경우 포설길이에 대해서만 제시하고 있으나, 외국의 경우 수심, 유속 등의 값을 기초로 사석의 크기, 포설두께, 포설길이를 산정할 수 있도록 상세하게 제시하고 있다. 이와 같은 실정으로 국내 하천 실무자들이 바닥보호공을 설계 할 때 하천설계기준을 바탕으로 블라이 공식 또는 국립건설시험소 공식을 적용하여 사석의 포설길이는 산정하지만 사석의 크기, 중량 등의 제원들은 외국 설계기준을 차용하여 산정하거나 생략하는 경우도 있다. 따라서 하천설계기준의 보완 및 최근 국내 주요하천에서 발생하는 바닥보호공 유실, 침하 등의 문제를 해결하기 위한 연구가 필요하다. 본 연구는 전산유체동역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모형인 FLOW-3D 모형을 이용하여, 바닥보호공 주변 흐름에 대한 수치모의를 수행하였다. 이때 난류 모형은 LES (Large Eddy Simulation) 모형을 적용하였으며, 바닥보호공에 작용하는 비교적 작은 척도의 와(vortex)를 해상할 수 있도록 조밀한 격자를 부여하였다. 초기 수치모형 결과의 적정성은 수리실험 결과와 비교하여 판단하였으며, 수리실험을 잘 재현해내는 격자, 매개변수 등을 적용하여 보의 하류 수위 변화에 따른 유속, 난류강도 등에 대한 분석을 수행하였다. 본 연구 결과는 바닥보호공 설계를 위한 기초자료로 활용될 수 있으며, 향후 수리실험과 병행하여 국내 실정에 맞는 설계식 개발에 대한 연구가 필요한 것으로 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.428-428
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• 2016

하천에서의 취수나 수위 또는 하상의 유지를 위해 설치되는 하천횡단구조물 주변에는 3차원의 복잡한 흐름이 발생하여 국부적으로 유속이 증가하므로 연결부의 호안의 설계는 일반호안과는 다른 기준으로 설계해야 한다. 또한 연결호안의 유실은 하천횡단구조물 본체의 안전성에도 영향을 준다는데 더 중요성이 크다. 그러나 현재 연결호안에 대한 설계기준이 명확하지 않아 연결호안의 적용길이와 호안의 규모를 정확히 결정하기 어렵다. 본 연구에서는 연결호안의 설치구간을 결정하기 위해 사용되는 흐름 안정화 길이(Stability length)를 3차원 수치모의를 통해 결정하는 방법에 대해 제안하였다. 호안 주변 유속의 변화를 분석하여 하천횡단구조물로 부터의 흐름안정화 길이를 산정하였으며 기 수행된 실험의 결과와 비교를 통해 검증하였다. 본 연구의 결과를 통해 하천횡단 구조물에 의한 연결호안의 영향범위를 보다 정확하게 결정하여 과대 또는 과소 설계될 우려를 감소시킬 수 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.429-429
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• 2016

하천에 포함되는 각종 시설물을 설계하는데 있어 기준이 되는 하천설계기준에는 대부분 하천의 대표유속을 통해 시설물의 규모와 형태를 결정하는 공식이 제시되어 있다. 이러한 대표유속의 경우 대부분 평균유속을 사용하고 있으며 하천의 형태와 시설 등에 의한 영향으로 국부적으로 유속이 증가하는 경우 유속보정계수를 이용하여 평균유속을 보정하여 사용한다. 이러한 유속보정계수는 만곡, 세굴, 저수로 간섭, 근고공 및 수제공 등에 적용되며 본 연구에서는 하천의 곡률에 의한 유속보정계수를 수치모의를 통해 검증하고자 한다. 하도 중심의 곡률반경의 변화에 따른 평균 유속과 국부유속의 차이를 계산하고 기 제시된 보정계수 산정식과 비교하여 산정식의 활용성에 대한 검증을 수행하였다. 본 연구를 통해 유속보정계수의 중요성과 활용성을 제고하고 하천시설물의 설계 시에 평균유속이 아닌 보정된 대표유속을 활용한다면 하천시설물에 대한 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.506-511
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• 2004

본 연구에서는 제방의 침식에 대한 안정성 평가를 위하여 일본의 하천제방설계지침에서 사용하고 있는 설계기법을 도입하여 적용하였다. 일본은 호안 설계에 있어서 성능 규정에 의한 내력 및 외력을 산정하여 호안공의 안정성을 정량적으로 판단하고 있다. 국내 하천설계기준에서는 침식에 대해 호안을 설치토록 하고 있으나 확실한 안전성 평가기법은 제시되어 있지 않은 실정으로 호안공은 유속이 3m/s이상에서 설치하도록 제시하고 있어 호안공별 설계기준이 경험에 의존하게 된다. 이에 대해 정량적인 설계가 필요하며 적용성 검토를 위하여 2002년 대풍 '루사'와 2003년 태풍 '매미'에 의해 침식피해가 발생한 지점에 대해서 현장조사를 수행하고, 이를 정량적으로 해석함으로써 침식에 대한 설계기법에 대한 검토를 수행하였다. 본 연구에서는 제방 비탈면이 식생으로 보호된 경우와 호안공(호안블럭, 돌망태 등)이 설치된 경우에 대해서 안정성을 해석하였으며, 내${\cdot}$외력 산정에 의한 안정성 평가의 적용성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1143-1147
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• 2005

인간생활을 하면서 하천을 건너다니기 위해 많은 교량을 설치하여 이용하고 있으며, 현재도 어느 지역 언 하천에선가 교량을 건설 중에 있다. 이러한 교량을 설치할 때 교량의 교각을 설치하는 위치는 경제성이나 구조의 설계 안전성에 의해 노선을 결정하고 설치하고 있다. 물론 하천설계기준이나 도로설계요령에 의하면 설치기준이나 세굴 등에 대한 고려사항을 제시하고 있고 이를 맞추기 위해 노력하고 있다. 그러나 이러한 설계기준에서의 제안은 대부분 일반 직선하천에서 구해진 공식이나 경험에 의해 나타내어진 값이다. 따라서 수리현상이 불규칙적이고 복잡한 합류부에 적용하기에는 다소 역부족이다. 본 실험 연구에서는 합류부를 지닌 하천에서의 교각 설치 위치에 따른 세굴의 영향 및 합류각도에 따른 영향을 분석하기 위해 수리실험을 통해 결과를 도출하고자 하였으며, 그 결과 합류되는 각도에 따라 교각의 최대세굴심이 큰 차이를 나타내고 있으나, 합류부를 지닌 수로에서의 세굴심은 유속이 가장 빠른 곳에서 최대세굴심이 나타나지 않으며 유속보다 접근각도 및 흐름에 의한 하향류에 의해 영향을 받기 때문에 기존의 공식에 의해 계산할 수 없으며 실험을 통한 계산을 하거나 가급적 하천의 중앙부에 설치하는 것을 피해야 할 것으로 판단된다.

• 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 2010년도 학술발표회
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• pp.1415-1419
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• 2010

하천의 제방은 홍수 시, 유수를 원활하게 소통시키고, 제내지를 보호하기 위해 하천을 따라 축조한 시설이다. 이러한 제방의 설계에는 제방의 재료에 대한 기준뿐만 아니라 수리/수문학적 요소, 지반공학적 요소, 구조적 요소들이 요구된다. 본 연구에서는 제방의 설계 요소 가운데 수리/수문학적 요소의 하나인 월류에 대한 기준을 검토하였다. 우리나라는 제방의 설계 시, 월류에 대한 안전성 확보를 위해 여유고를 설정하고 있는데, 여유고의 기준은 계획홍수량의 규모에 따라 결정되어 있다. 반면에 미국은 제방 월류에 대한 안전성 평가 지표로서 여유고와 위험도 개념의 조건부 비 초과 확률(conditional nonexceedance probability; CNP)을 사용하고 있다. 조건부 비 초과 확률이란, 주어진 홍수의 정도 아래에서 목표 수위(target stage)가 초과되지 않을 확률이다. 본 연구에서는 국내에서 기 수립된 실제 하천의 제방고와 조건부 비 초과 확률, 여유고가 고려된 미국의 기준을 적용하여 도출된 제방 소요 높이에 근거하여 국내 기준의 적절성을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1565-1569
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• 2009

과거의 치수기능 위주의 하천정비에서 벗어나 최근에는 자연 친화적인 하천 복원에 대한 관심의 증가로 많은 지자체에서는 자연형 하천정비사업을 시행하고 있다. 이러한 자연형 하천정비 사업으로 인하여 하천의 조도계수가 변화하지만 하천설계기준에서 제안하여 현재 사용되고 있는 조도계수의 경우 그 범위와 구분이 명확하지 않아서 자연형 하천정비사업 후에도 조도계수 변화에 대한 고려 없이 홍수위 및 홍수범람지역을 산정하고 있다. 따라서 본 연구에서는 1차원 홍수범람 모형인 HEC-GeoRAS를 이용하여 홍제천 유역을 대상으로 극한홍수시 조도계수 변화에 따른 홍수범람지역 변화를 분석하였다. 조도계수는 하천설계기준에서 제안한 인공하천의 조도계수 값 중 최소 값인 0.014부터 자연하천에서의 최대 값인 0.05까지 변화시켜 그에 따른 홍수범람지역의 면적을 산정하였다. 분석결과 조도계수가 증가함에 따라서 침수면적이 증가되었으며 조도계수 0.02$\sim$0.03구간에서 침수면적의 증가율이 9.69%로 가장 크게 나타났다. 또한 홍제천의 자연형 하천 정비사업 후 극한홍수시 침수면적이 약 11.91% 증가하였다. 따라서 자연형 하천정비 사업시 반드시 조도계수 변화를 고려하여 홍수위 및 침수면적을 산정하여야 할 것이며 홍수위 및 침수면적 증가에 따른 영향을 고려하여 설계에 반영해야 할 것으로 판단된다.