• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.239-239
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• 2018

위성 및 드론을 이용한 원격탐사 기술이 발전하고 다양한 산출물이 나타남에 따라 수자원 및 하천관리 분야에서 원격탐사기술 활용의 폭이 넓어지고 있다. 원격탐사 영상에서 획득할 수 있는 기본적인 가시영상 이외에도 적외영상, 초분광영상, 수위정보, 레이더 반사도 등을 활용하여 하천정보를 추정하려는 시도가 이루어져왔다. 본 연구에서는 원격탐사 영상에서 획득한 하폭을 기반으로 수리학적 하천유량산정을 기법을 적용하기 위해 등류 및 부등류 해석이 가능한 알고리즘과 프로그램을 개발하였다. 등류해석을 위해 GUI 기반 프로그램을 개발하였으며, 특정 하폭에서의 하천유량을 신속하게 계산할 수 있도록 단면 특성분석 모듈과 운동파 방정식 기반의 Manning 유속공식이 적용되도록 구성하였다. 또한, 부등류해석을 위해 스크립트기반의 프로그램을 개발하였다. 부등류 해석 프로그램에는 하천유량을 경계조건으로 수위를 계산하는 일반적인 부등류 수면곡선식의 해석절차를 하폭기반 원격하천 유량 산정 목적에 맞게 재구성하여 원격탐사기술로 획득한 하폭을 경계조건으로 하천 유량을 시산하는 알고리즘을 구현하였다. 본 프로그램을 활용하여 한국건설기술연구원 하천실험센터에서 드론을 이용한 등류/부등류 실험결과를 해석하였으며, 등류 흐름조건에서는 두 가지 해석방법 각각 14.3%, 14.7%의 유사한 평균상대오차를 나타내었고 부등류 흐름조건에서는 등류해석은 62.6%, 부등류해석은 15.8%의 평균상대오차를 나타내었다. 실규모하천에서의 원격하천유량 산정을 위해서는 등류기반 해석방법에 비해 비균일 하천단면에서의 부등류 현상을 모의할 수 있는 하폭기반 부등류 수면곡선의 시산 알고리즘이 유리한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.347-347
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• 2020

하천수의 통합적인 물관리를 위해서는 농업용수의 목적으로 취수되는 하천수량과 같은 기초자료의 확보가 필수적이다. 취입보를 통해 취수되는 하천수량은 취수문에 근접한 농업용수로에서 유량을 계측할 수 있는데, 계측지점의 특성에 맞는 최적의 계측방법 선정 및 검증이 필요하다. 대부분의 농업용수로는 단면이 일정하여 수위-유량 관계 곡선식, 초음파 측정법, 수면경사법, 구조물법 등 대부분의 계측방법 적용이 가능한데, 본 연구에서는 전자파 표면 유속계를 이용해 산정한 유량자료와 실측 유량자료와의 적합성을 비교하여 전자파로 측정한 유량자료의 정확도를 확인하였다. 전자파 표면 유속계는 도플러 효과를 이용해 표면 유속을 산정하는 방식으로, 주로 홍수기와 같이 고유량 상황에서 사용되고 있고, 저유량이나 바람이 센 상황에서는 표면유속이 단면 전체의 평균유속을 대변하기 어려워 연중 지속적인 활용도가 낮은 상황이다. 농업용수로는 다양한 규모로 설계되어 있어 저유량에서부터 고유량까지 넓은 범위의 계측방안이 필요한데, 전자파 표면 유속계를 이용한 계측으로는 연속적인 자료 확보에 한계가 있다. 본 연구에서는 일정한 단면에서 전자파 표면 유속계와 실측 유속과의 비교를 통해 적정 수준의 정확도를 가질 수 있는 전자파 표면 유속계 측정범위를 특정하고, 저유량 구간에서 취약한 표면 유속 측정 자료를 보정할 수 있는 개선 방법을 적용하여 농업용수를 취수하는 지점에서 전자파 표면 유속계의 연중 상시 계측 가능 방안에 대한 연구를 수행하였다. 전자파 표면 유속계의 측정 범위 특정과 저유량 계측 개선 방안 등을 통해 추후 농업용수로의 하천수 취수량 계측 방법 선정에 도움이 될 것으로 기대한다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제5권3호
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• pp.73-82
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• 2005

본 연구에서는 도시하천의 통수능 확보를 위한 방안이 제시되었다 하천 좌우안을 따라 형성된 도로 하부를 통수능으로 사용하기 위해, 2차원 분석에 의해 통수단면의 제원에 따른 흐름특성을 검토하여 적합한 통수단면의 제원을 제시하였다. 주수로와 추가되는 통수단면간의 흐름 분석을 위해 2차원 수치 모형인 SMS를 이용하였고, SMS의 모형의 매개변수를 검정하기 위해 1차원 수치 모형인 HEC-RAS의 결과를 이용하였다. 제시된 통수능 확보 방안은 청계천 복원사업에 적용하였다. 50, 80, 200년 빈도 홍수에 대한 통수단면의 내수배제 능력을 검토하였으며, 적합한 통수단면의 제원을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.587-587
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• 2012

현재 대부분 하천관리의 흐름해석에서 주가 되었던 1차원 분석은 하천 단면에 따른 횡적인 수면차, 유속분포를 분석할 수 없다는 단점을 가지고 있으며, 특히 유량 및 유속이 급속도로 늘어나는 홍수시에는 그 오차가 더욱 커질 수 있다. 반면에 2차원 모형의 흐름해석은 사행하천의 흐름 특성과 만곡부에서의 종 횡방향 수면경사 및 양안의 수면차와 합류지점의 횡방향 흐름 등의 영향을 고려할 수 있으며 1차원 해석과는 달리 전 단면에 걸쳐 유속 및 수위 분포를 나타낼 수 있어 실제흐름에 가까운 수리량을 얻을 수 있다. 본 연구를 위해 적용된 해석모형인 SMS는 미국 Brigham Young 대학의 환경모형연구실과 미공병단(USACE)의 수로실험국(WES) 등에서 개발한 프로그램으로서 RMA2, RMA4, SED2D 모형 등으로 구성되어 있다. 각각의 모형은 수리 동역학적 해석, 오염물 이송확산 해석, 유사의 이송 및 퇴적 해석이 가능하며 이 중 RMA2를 이용한 2차원 흐름해석을 통하여 보다 적합한 하천관리에 이용가능하도록 하고자 한다. 연구대상 지역은 제주도 한천 하류부로서 제주도 하천 특성상 평상시 건천의 상태를 이루고 있으나 태풍 및 집중호우시 홍수유출이 발생하여 수위가 급격하게 상승하는 양상을 보인다. 대표적인 예로 태풍 '나리'시 최대 일강우량 420mm로 인한 인근 지역에 0.5 ~ 1.5m의 침수흔적을 보이고 있다. 본 연구에서는 2011년 최고수위를 기록한 태풍 '무이파'를 대상으로 하였으며 대상지역의 Kalesto를 이용한 수위-유속 자료를 이용하여 산출된 유량을 경계조건으로 사용하였고 격자망 형성을 위한 지형 데이터는 지형도 및 측량자료를 이용하여 구축하였다. 사용된 대표적인 매개변수는 하상의 조도계수를 나타내는 Manning의 n값과 유체의 밀도, 속도구배, 구조 등 여러 가지의 유체조건에 따라 변하는 성질인 와점성계수(eddy viscosity)로 요약할 수 있으며 Manning의 n값은 하천설계기준에 따른 하천기본계획의 조도계수를 사용하였고 와점성계수는 적합한 흐름 분포를 결정하기 위해 흐름이 안정될 때까지 변화시켜 해석을 시행하였다. 해석결과 만곡부에서는 급한 흐름을 보이고 있으며 최대하폭 구간에서는 완만한 흐름이 나타나 사행하천의 흐름특성과 횡적인 하천단면에 따른 변화, 하상고 차이로 인한 유속분포를 확인할 수 있으며 이는 보다 유용한 하천관리에 이용가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권12호
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• pp.1097-1107
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• 2020

본 연구에서는 하도단면의 기하학적 특성과 그에 관한 특성값들의 종방향 변화를 통해 하천지형의 시·공간적 변화양상을 파악하기 위한 방법론을 제안하고자 한다. 이를 위해 낙동강 구미보 ~ 칠곡보 구간에 대한 음향측심기를 이용한 상세 수심측량을 통해 하상에 대한 3차원 공간정보를 취득하였다. 취득된 자료를 이용하여 기준단면에 대한 기하학적 정보를 추출하였다. 추출된 하천단면의 기하특성치들을 비교함으로써 특정 하도구간에서의 지형 특징을 파악할 수 있었다. 과거 측량성과와의 비교를 통해 단면변화량과 체적하상변동량을 정량적으로 파악할 수 있었다. 향후 본 연구에서 제안한 방법의 다양한 하천구간에서 대한 적용을 통해 하천지형변화에 대한 정량적 평가방법을 제시할 것으로 기대하는 바이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1084-1088
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• 2010

일반적으로 자연하천에서는 횡방향 흐름저항 요소가 매우 다를 수 있다. 이러한 하천은 흐름저항 요인에 따라 몇 개의 소단면으로 구분될 수 있으며, 1차원 해석을 위해서는 단면 전체를 대표하는 복합 조도계수(composite roughness coefficient)를 사용함으로써 수위 또는 평균유속의 계산이 가능해 진다. 복합 조도계수는 각 소단면의 면적(A), 윤변(P), 또는 동수반경(R)을 적절히 조합하여 각 소단면의 조도계수에 가중치를 부여하면서 계산되는데, 각 산정식들의 개발과정에 도입된 가정 조건에 따라 상이한 가중치를 부여하게 되며, 일부 산정식들에서는 횡방향으로 동일한 재료로 구성된 조건에서도 복합 조도계수 산정 결과는 하상재료에 의한 조도계수와 다른 값을 산정하게 된다. 본 연구에서는 13개의 기존 복합 조도계수 산정식을 이론적으로 검토하였고, 소규모 실내 수리실험자료로부터 실측 복합 조도계수와 계산된 값을 비교 분석하였으며, 소단면 분할방법에 의한 기존 산정식의 적용성을 분석하였다. 분석결과, 윤변을 가중치로 사용하는 경우는 실측 복합 조도계수 그리고 각 산정식에 의한 계산 복합 조도계수의 차이가 비교적 작게 나타났으나 각 산정식의 가정조건에 유의하여야 하는 것으로 나타났다. 한편 단면적 또는 윤변과 동수반경을 조합하여 가중치로 사용하는 경우는 방법별로 큰 차이를 보이는 것으로 분석되었고, 그 원인은 단면분할 방법에 기인하므로 이러한 방법을 적용할 경우에는 소단면 분할방법에 특히 주의하여야 함을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.258-258
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• 2019

계산 격자에 기반하여 천수 흐름을 모의할 때, 그 격자에 담긴 물의 양을 정확하게 파악할 필요가 있다. 예를 들어, 초기조건으로 수위가 부여된다면 계산격자의 기하 특성에 맞추어 흐름 변수인 수심이나 흐름 단면적으로 바꾸어야하기 때문이다. 필요에 따라서는 모의 결과를 수위로 보이거나 격자 속 수심을 계산에 사용할 수도 있으므로 그 역변환도 고려되어야 한다. 2차원의 삼각형 계산격자에 대해서는 물의 부피와 수위 관계(volume/free-surface relationship)가 이미 정확(exact)하게 구명되어 있다(Hwang, 2017, J. KWRA). 그런데 1차원 문제의 횡단면에서 흐름 단면적과 수위의 관계(area/free-surface relationship)는 수위로부터 면적 환산에 대해서는 정확하나 그 역변환은 그렇지 않다. 매 시간 단계에서 갱신된 흐름 단면적으로부터 수위를 환산하기 위해 미리 작성된 면적-수위 자료를 이용한 선형 보간이 적용된다(Goodell, 2011, The RAS Solution). 이때, 환산 정확도는 자료의 해상도에 의존된다. 다행히 하천 횡단면 대부분을 채워 흐르는 홍수모의에서는 이 문제가 그리 심각하지는 않다. 심지어 수위가 복단면 저수로 턱에 걸쳐있어 흐름단면적이 급변하는 경우에도 환산 수위의 정확도는 크게 훼손되지 않는다. 그러나 미미한 환산 오차일지라도 그로 인해 수위가 저수로 턱을 넘거나 그보다 작을 수 있다. 이 경우, 홍수터의 잠김여부에 따라 수면폭(top width)이 실제 계산 결과에 비해 크게 달라질 수밖에 없다. 수면폭 오차는 그것을 이용하여 결정되는 수리 수심(hydraulic depth)이나 평균 하상고(mean bed level)의 산정에도 전파된다. 이 연구에서는 하천 횡단면에서 수위와 흐름 단면적 사이의 환산 정확도를 크게 높일 수 있는 기법을 제시하였다. 먼저 하천 횡단면에서 주어진 수위에 대해 흐름 단면적을 산정할 수 있는 알고리듬을 보였다. 또한, 횡단면에서 수위와 흐름 단면적의 관계가 단조 증가 함수(monotonically increasing function)임에 착안하여 그 역변환에 대해 해 찾기(root finding) 방법의 하나인 Brent 기법을 적용하였다. 이 기법은 주어진 구간에서 도함수가 알려져 있지 않은 경우에 대해서도 효과적으로 해를 찾을 수 있는 것으로 알려져 있다(Press et al., 2002, Numerical Recipes in C, 2nd Ed.). 내성천 하류 수계의 333개 단면에서 수면폭에 대한 상대 오차를 살펴보면, 선형 보간에 의한 기존 방법으로는 면적-수위 자료의 수가 1,000개가 되어도 그 최대치가 1% 이내에 들지 않은 반면, 이 연구에서 제시한 기법으로 면적-수위 자료 없이도 1% 이내로 줄어드는 것을 확인하였다. 다만, 반복 계산에 의한 계산 시간의 증대를 피할 수 없다. 미리 작성된 면적-수위 자료를 이용하면 계산 비용을 줄일 수 있으며, 약 35개의 구간으로 나누었을 때 비용 대비오차가 적절하였다. 이 연구는 한국건설기술연구원(주요사업 과제번호: 20190116-001)의 지원에 의한 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1614-1618
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• 2008

일반적으로 우리나라 수해는 미개수 하천 지역의 외수침수와 더불어 홍수유출 단면 부족 및 내수배제 불량 등이 주요 원인이지만 하천 내 주요 수공구조물인 교량이나 보 등에 의한 홍수위 상승으로 발생한다. 특히, 교량은 도로의 교통기능에 중점을 둔 설계와 시공으로 수리학적으로 매우 불리한 위치에 건설되기도 하며 기존 교량폭의 확장이나 인접한 위치에 다른 교량들을 추가로 건설하여 하천의 한정된 통수단면적이 점차적으로 감소하는 등 하천관리에 많은 어려움이 가중되고 있다. 따라서 본 연구에서는 FLUMEN 모형을 이용하여 교량이 홍수위 상승 및 홍수범람에 미치는 영향과 이에 따른 제외지 침수면적의 변화를 파악하였다. 감천과 직지사천이 합류되는 구간을 대상으로 지형자료는 총 7곳의 교량을 고려하여 구축한 후 교량 유 무에 따른 조건별 부정류 모의를 실시하였다. 모형의 적용 결과 교량 건설에 따른 하폭 감소율은 김천철교 지점에서 10.92%로 가장 컸으며, 수위는 김천대교 지점에서 0.15m로 가장 크게 상승하였다. 또한 경부고속국도 주변의 수위는 경부고속철도 교량의 신설로 인해 140%까지 증가하는 것으로 나타났다. 홍수범람 모의 결과 교량 건설 전과 후에 제방 월류에 의한 침수가 발생하였고 교량 건설 후 범람면적과 침수심이 증가하였으며, 홍수범람의 주원인은 하천의 통수단면적이 작기 때문으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.327-327
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• 2011

본 연구에서는 영국 환경청의 지원 하에 HR Wallingford에서 2003년에 개발한 Conveyance Estimation System(CES)을 이용하여 하천 조도계수를 산정해보고자 하였다. CES프로그램은 하천지형 정보인 단면 형상, 하상경사, 하상재료, 식생 상태 등의 정보를 바탕으로 임의 단면내 각 저항요인에 따라 프로그램에서 제시하고 있는 조도계수를 적용함으로써 수위변화에 따른 단면적, 유량, 통수능, 동수반경 등의 계산 결과를 제공한다. 이러한 계산 결과들을 Manning식에 대입함으로 써 유량 변화에 따른 조도계수를 산정할 수 있다. 섬진강 곡성 지점에 CES프로그램을 적용하여 계산된 조도계수를 실측 조도계수, 하천정비기본 계획에 제시된 조도계수와 비교하였다. 산정된 조도계수는 모두 유량 증가에 따라 감소하는 경향을 보이며, 약 $1,000m^3/s$이상의 고유량에서 실측자료를 이용하여 산정된 조도계수와 유사한 값에서 수렴하는 결과를 나타내고 있다. 섬진강 곡성지점 외에 추가 지점을 분석한 결과에서도 실측 조도계수와 CES를 이용한 조도계수가 큰 차이를 보이지 않았다. 따라서 CES프로그램을 이용하면 하천의 지형 정보만을 가지고도 조도계수, 수위-유량 관계식 등의 추정이 가능하기 때문에 실무적으로 유용하게 사용될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.183-187
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• 2011

본 연구에서는 3차원 수리해석과 함께 유사의 이송, 침식, 퇴적 현상을 연동하여 모의할 수 있는 유한차분 수치모형인 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)를 이용하여 주운하천 구간으로 유입되는 다입경 혼합유사의 입경별 시 공간적 퇴적분포 특성을 고찰하고, 하상변동 예측에 있어서 유사의 밀도와 모델의 유한차분 격자 구조에 의한 불확실성 해석을 수행하였다. 유입 유사의 입경별 공간적 퇴적특성은 하천 하류부와 단면 확대부에서 발생하는 3차원적 수리현상과 매우 밀접한 상관성을 보였으며, 굴포천과 합류하는 주운수로 유입부에서는 대부분 입경이 큰 비점착성 유사($63{\mu}m$ 이상)인 사질(sand)입자들이 주로 퇴적되는 것으로 나타났으며, 주운하천 합류부로부터 하류구간까지는 $4\sim63{\mu}m$ 입자의 실트질(silt) 유사가 대부분 이송되어 퇴적되는 것으로 분석되었다. 점착성 유사인 $4{\mu}m$ 이하의 점토(clay)는 단면이 확대되어 유속이 매우 느린 구간이나 사수역을 중심으로 퇴적되는 것으로 나타났다. 단면 횡방향 분포특성은 굴포천과 주운하천이 합류하는 합류부 구간의 주흐름 방향 남쪽에서 흐름의 정체구간이 발생되어 퇴적이 발생하고, 단면 급확대부 양안에서 사수역이 형성되므로 퇴적이 지배적으로 발생되었다. 하상변동 예측의 불확실성 해석을 위해 유사 밀도값에 대한 민감도 분석결과, 하상변동량은 유사밀도($1.3ton/m^3\sim2.65ton/m^3$)가 감소됨에 따라 약 2배까지 증가하는 것으로 분석되어 민감도가 매우 크게 나타났다. 또한 수치격자 구조의 민감도 분석결과, 수층을 3개 층으로 분석한 결과가 단일층 분석결과보다 최대 6배의 하상변동량이 많게 산정되었다. 이는 수심방향의 유속과 부유사 농도의 불균등 분포특성이 실제 자연현상에 더 가깝게 모의되기 때문으로 판단되었다.