• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.258-258
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• 2021

본 연구에서는 다양한 크기로 구성되어 있는 부유사의 연직방향 농도 분포와 흐름 특성을 동시에 모의할 수 있는 1차원 유사이동 모형을 제시하였다. 하상재료와 부유사의 입도분포를 고려하기 위해 유사입자의 크기범위를 여러 계급구간으로 분할하였으며, 각 계급구간에서 입경별 한계소류력은 Shields의 무차원 관계식을 바탕으로 산정하였다. 수치모형의 검증은 실험실 실험자료와의 비교를 통해 수행하였다. 수집한 실험실 실험자료에서는 연직방향으로의 유속분포와 농도의 분포, 부유사의 입도분포가 모두 제공된다. 수치모의 결과로부터 부유사 계산 과정에서 대표입경을 가정하여 적용하는 경우에 비해 여러 계급구간을 분할하는 경우 수치모의 결과의 정확도가 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 모의 결과는 이전의 연구사례에서 확인된 바 있다. 또한 하상으로부터의 거리가 멀어질수록 부유사의 입도분포가 양으로 왜곡되는 현상 또한 계산결과에서 확인되었다.

• 한국습지학회지
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• 제22권3호
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• pp.194-199
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• 2020

현재 전 세계적으로 과거와는 달리 기후양상으로 인한 물 부족문제와 함께 홍수로 인한 재해의 위험을 동시에 관리해야 하는 어려움에 직면한 상황이다. 수자원의 관리와 물 산업 육성을 통한 물 강국 실현을 목적으로 4대강 사업이 시행되었으며 유례없는 공사 규모에 비하여 상대적으로 단기간의 공사기간을 두고 진행되었다. 이에 4대강 사업 이후 하천환경이 어떻게 달라지는가에 대한 예측 및 분석이 미흡한 상태이다. 현재 4대강 사업 공사구간 일부에서는 대규모 준설과 홍수 시보로 인한 사류화의 영향으로 인해 침식 및 퇴적이 반복되어 발생하며 지류부의 두부침식이 발생한다. 이러한 문제점 해결을 위해 하상유지공이 설치되었으나 오히려 하천 양안을 침식시키는 결과를 초래하였으며 침식과 과도한 퇴적 등 하상을 안정하게 유지시킬 수 있는 새로운 접근방법 및 기법의 개발이 요구된다. 수제는 하천에서 흐름을 하도 중앙으로 집중시켜 주운을 위한 일정수심을 확보하는 역할을 하며 흐름방향과 유속을 제어함으로써 흐름에 의한 제방 침식작용을 방지하는 호안 역할을 한다. 또한, 수제는 하안 및 제방의 보호 기능 외에 국부적인 침식과 퇴적을 유도함으로써 자연스러운 형태의 하안을 형성하여 다양한 생태환경을 제공한다. 따라서 본 연구에서는 이동한계유속과 한계소류력을 활용하여 현재 사용되고 있는 수제형상결정 방법을 검토한 후 실제 국내하천에 적용 가능한 수리학적 인자를 고려한 새로운 한계유속(${\bar{U}}_d$) 및 새로운 저항계수 식을 개발하여 수제 설치 시 적용 가능한 방안을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1750-1754
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• 2010

구조물 주변의 국부세굴에 대한 예측은 현장관측 및 수리실험 결과를 이용한 다양한 경험식과 수리모형 실험, 수치 모의 등을 통하여 이루어진다. 본 연구에서는 최근 국내에서 많이 사용되고 있는 3차원 수치모형인 FLOW-3D의 세굴분석 능력 검토를 제고하기 위하여 민감도 분석을 실시하였다. FLOW 3D의 입력 매개변수는 평균입경(Average particle diameter), 유사 비중(Density of the sediment particle), 한계 무차원 소류력(Critical Shields number), 세굴 조절개수(Scour erosion adjustment), 한계 유사비(Critical sediment fraction), 점착성 유사비(Cohesive sediment fraction), 유사 항력(sediment drag force), 안식각(Angle of repose)이 있다. 이 중에서 평균입경, 안식각, 세굴조절개수, 한계 유사 fraction 등의 매개변수에 대해 초기값을 중심으로 일정 비율로 구분하여 민감도 분석을 실시하였다. 주요 매개변수의 민감도 분석 결과는 수리실험 결과치와 비교 검토 후에 민감도의 변화 범위와 선행하여 조정할 수 있는 매개변수를 제시할 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 수공구조물 주변의 국부 세굴에 관한 해석시 FLOW-3D를 이용한 분석에서 보다 신뢰도 높은 결과 산출이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.2122-2126
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• 2009

최근 나날이 강도를 더해가는 이상기후로 인하여 집중 호우의 빈발과 홍수피해가 급증함으로써 하천생태계의 서식처가 파괴되고 저서성 대형무척추동물과 같은 생태구성원의 일시적인 소멸에 의해 하천생태계의 유지가 어려워지고 있다. 본 연구에서는 흐름의 소류력에 따른 저서성 대형무척추동물 군집의 피해 및 회복 양상을 규명하기 위한 수리실험을 계획하였다. 실험수로는 400(W)${\times}$400(H)${\times}$12000(L)mm의 직사각형 단면이며, 철제틀과 투명유리로 되어있다. 실험수로는 유기물질을 제거한 cobble과 pebble로 하상을 구성하였으며, 다양한 유속의 변화에 따른 하상구성 파괴를 막기 위해 투명 플라스틱망을 이용하였다. 또한 빛에 의한 이상행동을 고려하여 직접적인 햇볕을 차단하고 자연하천과 유사한 실험 조건을 위해 인근 안성천의 원수를 이용하였다. 실험 대상종은 붙는 무리의 대표적인 동물인 두점하루살이와, 헤엄치는 무리의 두갈래하루살이를 이용하였고, 서식무리별 선호유속 및 한계유속과 피해유속을 규명하고자 계획하였다. 이와 같은 실험수로 조성의 실험 기법은 향후 인공하천 및 복원하천 조성 시 서식처 개선에 대한 생태학적 복원자료로 활용할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.217-217
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• 2020

인간 물이용 중심의 하천 관리로 하천에 인위적으로 설치되는 횡단구조물은 물의 흐름을 막아 수질환경을 악화시킬 뿐 아니라 하천의 연속성을 단절하여 생물의 이동을 차단하여 생태계에 악영향을 미친다. 이러한 인위적인 구조물로서 약 34000여개의 농업용 보와 약 16000여개로 추정되는 낙차공이 다수 존재하고 있다. 이러한 구조물은 유수에 의하여 하상으로 전달되는 유수에너지를 저감하기 위하여 다양한 형태의 하상보호공을 설치하여 하천횡단구조물을 보호하도록 되어있다. 그러나 하상보호공에 사용되는 기술 중 사석 및 돌망태와 같은 기술은 시공비용이 적고 빠른 시간에 시공 할 수 있지만 급격한 홍수에 쉽게 파괴 및 유실이 되는 단점이 있으며, 콘크리트 소재 공법은 세굴방지에 좋은 효과를 발휘하는 장점을 지니지만, 시간이 지남에 따라 마모/변형되거나 포락/유실되어 하상을 지속적으로 보호하지 못하게 되며 과도한 세굴은 구조물의 안전성에도 영향을 미친다고 할 수 있다. 최근 기후변화로 인하여 돌발호우 및 강우량의 증가로 돌변하는 하천환경에 대한 적용기술은 미비한 실정이기 때문에, 많은 연구자들은 이에 대한 해결책을 찾기 위하여 자연친화적 생태복원 기술을 개발하고 있다. 본 연구에서는 바이오폴리머를 다층다공성 하상보호기술에 대하여 에너지 저감 효율, 고유속에서 한계 소류력, 소재 이탈 실험을 최대유량 10 ㎥/s, 유속 8m/s를 재현할 수 있는 실규모 하천실험장에서 진행하여 과학적인 안전성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.79-79
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• 2018

하천시설물 설계, 시공 및 관리에 재료에 따른 호안이나 제방의 보호능력이 저하되어 설계 시 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있으며, 하천환경의 변화를 야기시킬 수 있다. 제방 표면재료는 제외 비탈면의 침식 방지를 목적으로 사용되는 재료로 주로 호안블록. 식생 매트, 사석, 돌망태, 식생등이 주로 사용되며 국내에서는 2000년대 이전에는 자연 흙사면의 식생, 돌망태, 단순 돌기형 콘크리트 블록 등이 주로 사용되었으며 2000년대 이후에는 하천환경을 고려하여 식생의 생장이 가능한 친환경 호안 블록 및 식생 매트의 적용이 일반적인 실정이다. 제방의 수리적 설계를 위해서는 표면 재료의 수리 특성, 즉, 조도계수 및 한계 유속, 한계 소류력이 제시되어야 하는데 이는 실험을 통해서 결정되어야 한다. 때문에 본 연구에서는 자연형 하상재료를 이용하여 바이오 폴리머 첨가시 증가하는 방어능력에 대한 향상도를 평가하는 실험적 평가 방법을 제안하기위해 홍수시 수리조건을 반영하여 상류에서부터 사류까지 다양한 유속범위에 따른 세굴 및 침식에 대한 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 실험연구를 통해 연구에 사용된 재료 외 추가적인 재료에 대해서도 평가방법이 적용될 수 있도록 제방 재료의 안정성 평가시스템을 개발하였고, 안정성 평가를 위한 실험진행은 기 개발된 바닥응력을 직접측정하는 장치와 PIV시스템을 이용하여 수리특성을 측정하였다.(Park J.H. et al. 2016, Flow Measurment and instrumentation.) 이러한 측정 장치를 이용하여 바이오폴리머의 첨가에 유무에 따라 세굴에 대한 방어능력의 향상정도를 측정하고자 세굴 및 침식에 대한 평가 방법을 제시하고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.85-85
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• 2019

하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 이러한 영향은 하천환경의 변화를 야기시킬 수 있다. 제방 표면 재료는 제외 비탈면의 침식 방지를 목적으로 사용되는 재료로 주로 호안블록. 식생 매트, 사석, 돌망태, 식생등이 주로 사용되고 있다. 국내에서는 2000년대 이전에는 자연 흙사면의 식생, 돌망태, 단순 돌기형 콘크리트 블록 등이 주로 사용되었으며 2000년대 이후에는 하천환경을 고려하여 식생의 생장이 가능한 친환경 호안 블록 및 식생 매트의 적용이 일반적으로 시공되고 있다. 제방의 수리적 설계를 위해서는 재료 표면의 수리 특성, 즉, 조도계수 및 한계 유속, 한계 소류력이 제시되어야 하는데 이는 실험을 통해서 결정되어야 한다. 때문에 본 연구에서는 자연형 하상재료를 이용하여 바이오 폴리머 첨가시 증가하는 방어능력에 대한 향상도를 평가하는 실험적 평가 방법을 제안하기위해 홍수시 수리조건을 반영하여 상류에서부터 사류까지 다양한 유속범위에 따른 세굴 및 침식에 대한 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로에서 실험연구를 통해 제방재료의 안정성 평가방법을 개발하였고, 안정성 평가를 위한 실험진행은 기 개발된 바닥응력을 직접측정하는 장치와 PIV시스템을 이용하여 수리특성을 측정하였다.(Park J.H. et al. 2016, Flow Measurment and instrumentation.) 기존 문헌에서 제시되었던 측정 장치를 이용하여 바이오폴리머의 첨가에 유무에 따라 세굴에 대한 방어능력의 향상정도를 측정하고자 세굴 및 침식에 대한 평가 방법을 제시하고 있다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.41-52
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• 2017

본 연구에서는 월류에 의한 붕괴 메커니즘의 규명을 위해 모형제방(제방고 0.4~0.8m)과 실물제방(제방고 1.0m)을 대상으로 월류 붕괴실험을 수행하였다. 월류에 의한 제방붕괴는 1단계에서는 월류에 의해 비탈표면에서 세굴이 발생되었으며, 월류의 유속은 완만히 증가되었다. 2단계에서는 붕괴단면이 커지고 유속도 급격히 증가되었다. 3단계에서는 월류에 의해 제방 단면이 완전히 붕괴되고 붕괴면적이 넓어져 유속이 상대적으로 감소되었다. 월류에 의한 제방의 붕괴각(${\theta}$)은 큰 자중, 감소된 전단저항력 및 월류의 흐름에 의한 추가 소류력으로 인해 랭킨토압의 사면붕괴각보다 크게 나타났다. 제방고(H)가 증가될수록 월류에 의한 제방의 월류 유속(${\upsilon}$)이 증가되었으며, 이로 인해 소류력이 추가로 작용되어 제방의 붕괴각(${\theta}$)과 붕괴면적(A)이 함께 증가되었다. 모형실험과 실물실험에 사용된 모래 시료가 동일한 입경크기로 한계세굴유속이 같아 월류 유속변화에 의해 세굴 특성이 지배되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.703-708
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• 2009

자연하천은 자연적 인위적인 환경의 변화에 대해서 하천 고유의 특성을 조절하는 능력을 가지고 있으며, 하상은 하천의 변화에 끊임없이 반응하며 그 응답의 특성에 의해 복잡한 형태의 안정화를 구현하고 있다. 하지만 하천 내에 하폭 급변구간 같은 특이하도 구간이 산재하게 되면 하폭 급변구간의 직 상류 구간에서는 배수영향으로 인해 홍수위가 증가하게 되며, 직 하류 구간에서는 소류력의 증가로 하상 및 하안 침식을 야기 시키고 있는 실정이다. 또한, 하류의 일정구간에서는 유사의 국지적인 퇴적이 발생하여 하천범람의 원인으로 작용하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 하폭 급변구간 직 상 하류 및 하류구간에서 발생하는 하상변동 특성을 규명하고자 하도특성 조사 방법에 따라 하폭 급변구간에서의 하도특성을 조사 분석하였으며, 이를 2차원 수치모형인 SMS 모형을 이용하여 분석 및 검증 하고자 한다. 감천 및 낙동강선산지구의 하폭 급변구간을 대상유역으로 선정하였으며, 하상재료의 이동성에 대한 평가 지표로 입증된 무차원소류력(${\tau}{\ast}$)의 분석결과 감천 및 낙동강선산지구의 직 상류 및 직 하류 구간에서는 하상의 세굴현상, 하류 구간에서는 유사의 국지적인 퇴적현상이 일어나는 것으로 분석 되었다. 또한, 2차원 수치모형인 SMS 모형 모의결과 전체 구간에 대해서 세굴 지향적으로 모의 되었으며, 하폭 급변부 하류 구간에 퇴적이 발생하는 것으로 모의되었다. 하지만 하폭 급변구간 상류에서의 국지적인 유사 퇴적양상은 수치모의 결과 확인 할 수 없었다. 이는 수치모형의 한계로 판단된다. 하도특성 및 수치모의 결과 하폭 급변구간 하류에서 유사의 국지적인 퇴적이 발생하는 것으로 분석되었다. 이는 실제 하천에서의 하폭 급변부 하류구간에서의 하상미지형 변화에 의한 국지적 유사퇴적 현상을 입증된 거라 할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.141-141
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• 2011

생태적 기능이 담보되는 하안의 조성 및 복원은 필연적으로 하안공간에서 물리적 구조변화를 야기한다. 이러한 하안공간의 물리적 구조변화는 장기적으로 구간에서의 생태적 기능뿐만 아니라 단기적으로 하천의 수리특성변화를 야기한다. 이러한 수리특성변화는 복원구간에서의 생태적 기능에 직접적인 영향을 준다. 하천복잡도에 따른 수리특성의 변화는 자연형 하천복원에 영향을 주는 변수이므로 이들 변화를 예측할 수 있는 하천복잡도 시나리오의 수립은 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 2차원 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을 이용하여 하천유형에 따른 수리특성을 분석하고자 하였다. 하천복잡도 시나리오는 Rosgen (1994)에 의해 제안된 하천분류방법과 유량크기별 모의 시나리오를 작성하여 모델에 적용하였다. 연구대상지역은 안성천유역의 오산천과 진위천으로 하천분류결과 크게 C유형과 E 유형으로 분류되었다. 분류된 유형의 수리특성 분석을 위해 C 유형의 구간중 진위천 본류구간과 통삼천의 만곡구간을 선정하여 모형을 구동하였다. 모형의 입력자료인 유한요소망은 하천정비기본계획의 부도를 이용하여 생성하였으며 모델의 경계입력자료는 WMS HEC-1의 유출량 결과 자료를 사용하였다. 빈도별 강우량 자료를 Huff의 4분위 법을 적용하여 24시간으로 분포화하여 빈도별, 구간별 유출량 자료를 구축하여 모의 하였다. 선정한 하천유형구간에 대하여 유량크기별 수위, 유속, 한계유속, 소류력에 대한 흐름특성분석을 실시하였으며, 조도계수의 변화에 따른 흐름특성 변화를 분석하였다.