• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.461-461
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• 2016

이상기후로 인하여 제방붕괴에 대한 위험성이 높아지고 있고, 이로 인해 발생하는 제내지 내 붕괴 홍수파에 대한 연구가 증가하고 있다. 특히 홍수파 선단의 이동 속도 추정은 제내지의 위험성을 예측하고, EAP 등을 수립하는데 매우 중요한 자료가 될 수 있다. 제내지에서의 선단 홍수파에 대한 예측을 하기 위해서는 해당 지역의 하천특성, 수리특성 및 제방 등 수공구조물 특성뿐만 아니라, 제내지의 지형 및 토지이용 현황 등을 조사하여 수리실험이나 수치모의를 수행해야 하는 것이 일반적이다. 수치해석의 경우 수리실험에 비하여 경제성 및 효율성 측면에서 뛰어날 수 있으나, 제방 붕괴과정 및 메커니즘을 반영하기가 불가능하다. 이에 반해 수리모형실험의 경우 제방붕괴 양상 및 그 과정의 재현이 가능하기 때문에, 제내지에서의 선단홍수파 전파에 관한 보다 정확한 양상을 파악할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 실험은 실제 크기의 하천이 아닌 축소모형 또는 개수로에서 수행되었기 때문에, 초기 홍수파의 전파가 축척효과(Scale effect)의 영향을 받을 가능성이 매우 크다. 특히 선단 홍수파의 경우 파가 진행되면서 수심이 낮아지고, 유속이 느려지기 때문에 그 영향은 점차 증대된다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 이러한 초기 선단 홍수파의 표면장력 영향을 고려한 보정 계수 산정에 대한 연구를 수리실험을 통해 수행하였다. 연구는 크게 4가지 과정으로 구성되었다. 첫째는 농도-표면장력의 관계 규명이며, 둘째는 표면장력-홍수파 전파 속도 관계 규명이다. 셋째는 표면장력과 Weber Number(We)의 관계를 도출하는 것이며, 마지막은 We를 이용하여 한계조건을 제시하는 것이다. 실험은 계면활성제의 농도를 변화시켜가며, 얇은 유리관(D=1.0 mm)에서 물의 상승 높이 및 접촉각을 측정하여 농도와 표면장력의 관계를 측정하였으며, 이러한 결과를 바탕으로 물의 표면장력을 변화시켜 가며 $0.5(B){\times}0.3(L){\times}0.2(H)m$의 Head-tank에 설치된 수문을 빠르게 개방하여, 홍수파가 퍼지는 양상을 관측하였다. 홍수파의 이동 속도는 진행시간에 따라서 퍼짐 넓이를 측정하여 제곱근을 취하는 방식으로 평균속도를 산정하였다. 이러한 관계를 이용하여 표면장력이 없을 경우의 이동속도 및 ??를 도출하였다. 본 연구를 통해 홍수파 전파 특성에 대한 수리실험 자료를 바탕으로 Weber 수를 도출하여 표면장력의 영향을 받는지 여부를 판단할 수 있으며, 표면장력의 영향을 받을 경우, 제시된 결과를 이용하여 홍수파 선단의 속도를 보정할 수 있다. 본 연구 결과는 토대로 축소모형으로 수행되는 홍수파 전파에 대한 수리실험결과의 보정 기초자료로 매우 유용할 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.39-44
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• 2016

최근의 이상기후로 인하여 수공구조물의 안전성이 재고되고 있으며, 이에 따라 수공구조물의 붕괴에 대한 연구가 증가하고 있다. 특히 제방 등 수공구조물의 월류로 인한 붕괴로 발생하는 홍수파 선단의 초기 이동속도는 제내지의 위험성을 예측하고, EAP(Emergency Action Plan) 등을 수립하는 기초자료가 된다. 이러한 선단홍수파의 정확한 예측을 위해 수리실험이 다수 수행되고 있으나, 많은 연구에서 초기의 홍수파 선단에서 발생하는 표면장력에 의한 축척효과(Scale effect)를 고려하지 않고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 계면활성제(surfactant)와 영상 분석 장비를 이용한 표면장력 도출 수리실험 및 급 개폐가 가능한 수조를 이용한 홍수파 전파 실험을 통하여, 계면활성제 농도와 표면장력 관계, 표면장력과 홍수파 전파속도 관계, 표면장력과 Weber Number 관계를 도출하여, 초기 홍수파 선단에서 발생하는 표면장력에 의한 축척효과 보정계수 및 축척효과를 받지 않는 한계조건(critical condition)을 제시하였다. 연구결과 Weber Number가 약 12.2 이하일 경우 보정 계수가 필요한 것으로 나타났으며, 그 이상인 경우 축척효과를 무시할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.148-148
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• 2012

제방의 붕괴는 전체 수공구조물 중 70%를 차지하고 있으며, 그 중 월류에 의한 피해가 40%로 가장 많은 비율을 차지하고 있다. 제방을 월류하여 제내지로 유입되는 붕괴유량은 높은 속도로 제내지로 전파된다. 제방붕괴로 인한 피해를 줄이기 위해서는 이러한 붕괴파의 거동에 대한 연구가 필요하다. 기존의 연구들에서는 제방의 붕괴를 수문의 개방으로 가정하여 제내지 유입을 재현하였다. 본 연구에서는 제방의 규격은 높이 3 m, 정부폭 3 m, 사면경사가 1:2인 제방에 대해서 1/10 축척으로 수리모형실험을 실시하였으며 제방의 붕괴부를 모래를 축조하여 이동상으로 제작하였고 이동상 제방의 길이는 4 m이다. 제방에 월류를 유도하여 붕괴를 유발하였으며 홍수파가 제내지로 유입되는 속도 및 경향을 기록하였다. 제내지는 길이 6 m, 폭 6 m로 수평하게 제작하였다(그림 1 참조). Froude 수 변화에 따라 제내지로 유입되는 범람홍수파의 전파 경향을 분석하였으며 그 결과 Froude 수가 클수록 선단 홍수파의 방향이 하류방향으로 전파되는 경향을 나타냈다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.899-903
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• 2007

본 연구에서는 제방붕괴에 의한 제내지 홍수파 거동 해석의 일환으로 제방붕괴시 제방의 붕괴깊이에 따른 제내지에서의 홍수파의 거동 양상을 수리실험을 통하여 고찰하였다. 다양한 제방붕괴폭과 초기하도수위 및 제방붕괴고 조건에 대해 범람홍수파의 전파속도와 제내지에서의 최대수심의 변화를 실험을 통하여 관찰하였다. 범람홍수파 선단(wave-front)의 이동속도는 동일한 하도수위조건에서는 붕괴고가 높을수록 감소하는 것으로 나타나 제방붕괴시 월류수심 $H_w$가 범람홍수파 전파속도에 영향을 준다는 것을 알 수 있었다. 모든 실험조건에서 최대수심은 일정한 경향을 띠고 있음을 알 수 있었다. 제방인근 지점에서 최대수심이 가장 크게 나타났고, 붕괴부로부터 일정 지점이 지나면 수위가 급격히 감소하여 거리에 관계없이 일정한 최대수심을 유지하는 것을 알 수 있었다. 동일 수위조건이라면 제방붕괴고가 낮을수록 제내지로 유입되는 유량이 증가하여 초기에 제방붕괴부 주위에서 수심이 높아지는 것으로 분석할 수 있다. 실험결과를 이용하여 범람홍수파의 전파속도와 최대수심을 산정하는 식을 무차원변수를 이용하여 제시하였다.

• 물과 미래
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• 제23권4호
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• pp.467-476
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• 1990

급격한 댐 파괴로 인한 홍수파가 마른하도 상에 전파되어 나가는 현상을 정파와 부파의 선단부의 이동을 추적하는 Hartree이동기법에 의하여 해석하였다. 본 연구에서 개발한 모형을 WES의 실험조건에 적용한 결과, 댐 상하류부 수개 지점에서의 수문곡선의 형상과 특성선의 전파양상에 있어 실측치와 계산치가 잘 일치되고 있었다. 본 연구에서의 해석기법은 마른 하도상에 전파되는 각종 홍수파 해석에 효과적으로 응용될 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.537-544
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• 2017

본 연구에서는 평탄지형의 제내지에서 제방붕괴속도에 따른 범람홍수파 선단의 전파 특성을 규명하기 위하여 제내지와 하도로 이루어진 실험수조에서 실험을 수행하여 전파 거리를 산정하였다. 실험에 의해 측정된 전파거리를 시간에 대한 상관식으로 나타내기 위하여 댐붕괴에 의한 수로에서의 홍수파의 1차원 흐름 해석해인 Ritter의 해에 3차원 거동특성을 반영할 수 있는 상수 k와 m을 도입한 일반식에 실험결과를 적용하여 실험식을 도출하였다. 기존 연구에서 하도내의 초기수위가 범람홍수파의 전파속도에 지배적인 영향을 준다는 사실은 알려져 있으나, 본 실험연구를 통해 제방붕괴속도도 범람홍수파의 전파속도에 영향을 주며, k와 m이 상수가 아닌 제방붕괴속도와 선형관계를 갖는 변수임을 밝혔다. 실험결과를 이용하여 범람홍수파 선단의 전파거리를 산정할 수 실험식을 제시했으며, 범람홍수파의 전파속도 산정시 하도내의 초기수위뿐만 아니라 제방붕괴속도도 고려해야 함을 본 연구를 통해 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 대규모 제내지 범람실험을 수행하여 범람양상을 관찰하고 수리학적 관점에서 해석하였으며, 실험결과를 토대로 제방붕괴속도에 대한 홍수파 전파속도의 상관관계도 제시하였다. 본 연구결과는 홍수위험지도 작성이나 긴급대피계획 수립시 기본적인 판단 자료로 사용할 수 있으며, 2차원 범람 수치모형 검증시 유용한 자료로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권10호
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• pp.833-840
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• 2007

본 연구에서는 장애물이 없는 평탄지형의 제내지에서 제방붕괴에 의한 범람홍수파 선단의 전파 특성을 규명하기 위하여 제내지와 하도로 이루어진 실험수조에서 실험을 수행하여 전파 거리를 산정하였다. 실험에 의해 측정된 전파 거리를 시간에 대한 상관식으로 나타내기 위하여 댐붕괴에 의한 수로에서의 홍수파의 1차원 흐름 해석해인 Hitler의 해를 검토하고, 제내지 범람홍수파의 특성을 표현할 수 있도록 확장하여 실험식의 일반형을 제시하였다. 범람홍수파의 전파속도는 댐붕괴에 의한 흐름과 마찬가지로 초기수위가 지배적인 영향을 준다는 사실을 실험을 통해 밝혔으며, 실험결과를 무차원 시간 T와 무차원 전파거리 L로 나타내어 실험식을 도출하였다. 무차원 전파거리 L을 산정하기 위한 상수로서 k와 m이 도입되었는데, Hitter의 해에서는 k가 2이고, m이 0인 반면에 본 실험에서는 k와 m이 무차원 시간 T의 구간에 따라 달라지는 상수임을 알 수 있었다. 이는 전파속도가 제내지에서의 범람홍수심에 영향을 받기 때문이며, 전파거리와 최대수심의 포락선의 기울기가 변하는 L값이 일치한다는 사실로 확인할 수 있었다.

• 한국습지학회지
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• 제14권3호
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• pp.353-363
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• 2012

4대강살리기사업을 통해 건설된 수리구조물의 효과적 운영과 홍수기 피해저감을 위해서는 적절한 의사결정 지원시스템의 구축이 필수적이다. 본 연구에서는 기존 일차원모의를 통한 하천관리의 한계를 보완하기 위하여 수문관측자료 또는 1차원모의 결과를 이용한 2, 3차원 모형 연계모의가 가능한 시스템을 개발하였다. 기존의 1차원 수리, 수문 모형으로 제공받던 선단위 지점단위 정보 뿐 아니라 추가적으로 공간 격자단위 정보를 제공받을 수 있는 다차원 모의를 수행함으로써 하천에서의 물리적 현상을 적절히 고려한 공간적 수리특성을 반영한 하천관리가 가능할 것이다. 급격한 지형변화 및 수리구조물에 의한 홍수에 대비하고 각 격자별 유량의 전달에 의한 홍수파의 전파양상에 대한 공간단위 정보를 토대로 합리적인 하천관리를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.863-868
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• 2009

최근에 이상기후로 인해 예측하기 힘든 기상현상들이 돌발적이고 대규모의(또는 설계빈도를 초과하는) 집중호우를 야기하여 댐과 같은 수공구조물의 안전을 위협하고 있다. 그러므로 이러한 대규모의 집중호우로 발생되는 댐의 붕괴에 대한 대책을 수립하는 것이 매우 중요하다. 특히 댐의 붕괴가 도시의 침수로 이어지는 경우는 더욱 많은 인명과 재산피해를 발생시키므로 도시지역을 흐르는 범람홍수파의 특성에 대한 규명은 매우 중요하다. 본 연구에서는 홍수범람파의 특성을 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 이용하여 모의하였다. 저류 수심 0.4m, 두께 0.8m의 댐이 붕괴하여 붕괴폭이 1m가 된다고 가정하였고, 도시지역은 댐으로부터 5m 거리에 위치한다고 가정하였다. 대상 도시지역은 $0.3m{\times}0.3m{\times}0.6m$($L{\times}W{\times}H$)인 정사각형 블록들을 $5{\times}5$ 정방향으로 배치하였고, 수리실험 결과와 비교 검증하였다. 그리고 범람홍수파가 흐름방향과 일치하게 접근해오는 경우와 도시지역으로의 접근각도에 따른 범람홍수파의 변화를 보기위해 흐름방향에 대하여 각각 $10^{\circ}$, $22.5^{\circ}$, $45^{\circ}$ 회전시킨 경우에 대해 수치모의를 수행하였다. 그리고 각 경우의 침수영향들을 비교하여 그 차이점을 분석하였다. 모의 결과 범람홍수파의 접근각도가 흐름방향에 대해 커질수록 도시선단에서 도수는 적게 일어났고 유속도 감소하였으며, 수심은 증가하였다. 본 연구의 결과를 토대로 범람홍수파가 흐름방향과 일치하게 접근해 올 때가 가장 위험한 case 라는 것을 알 수 있다. 이 결과는 추후 유체-구조물간의 연성해석을 통하여 범람 홍수파의 흐름이 건물에 주는 영향까지 파악한다면 예방대책 수립의 보다 더 정확한 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.