• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.161-170
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• 2022

하천에 설치된 교량의 유지관리는 시설물 안전점검과 그 결과에 따른 보수·보강의 절차를 거쳐 이루어진다. 그 동안 교량 상부구조의 안전점검은 접근성이 용이하여 많은 연구들이 이루어져 왔으나, 하천에 설치된 교각 기초부의 세굴여부에 대하여는 직접조사가 곤란하여 이론에 근거한 관리에 머물러 왔다. 본 연구에서는 이러한 하천에 설치된 교량 기초의 세굴을 음향측심기 및 VRS 등을 활용하여 하상 지반고의 형상을 3D 형태로 구현하였다. 이로써 교량 설치 당시의 하상 지반고와 비교·분석 등을 통해 세굴양상에 대한 예측이 가능하게 되었다. 이 결과들을 바탕으로 해당 교각 기초의 국부세굴 여부 파악 및 장기하상저하 예측을 위한 초기치 자료로 활용한다면 기초세굴로 인한 교량붕괴를 예방할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제9권1호
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• pp.107-113
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• 2009

본 연구에서는 행정중심복합도시 예정 및 주변지역의 금강과 미호천 일부 구간을 대상으로 하상변동의 실태분석과 수위유지 시설 설치에 따른 장기 예측을 실시하였다. 1988년, 2002년 및 2007년의 횡단자료를 이용하여 대상구간의 종방향 하상변동 실태를 분석한 결과 금강과 미호천 구간 모두 2007년 최심하상고는 1988년에 비해 심한 저하가 발생된 반면 2002년에 비해서는 미소한 변화가 발생되었다. 수위유지시설 설치에 따른 하상변동 장기 예측을 수행하기 위하여 본 연구에서는 1차원 모형인 HEC-RAS 4.0 모형을 적용하였다. 고정상 모형의 수행을 통하여 수면고를 보정(calibration)하였으며, 1988년과 2002년 횡단자료를 사용하여 이동상 모형에서의 검정(verification)을 실시하였다. 2007년을 기준으로 하여 2017년까지 향후 10년간 수위유지시설의 설치 높이에 따른 시나리오별 하상변동을 예측한 결과 미호천 대상구간은 그 영향이 미미하였으나 금강 대상구간은 수위유지시설의 높이가 높을수록 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 수위유지시설의 설치 높이가 7 m일 경우 금강 대상구간은 설치하지 않을 경우보다 미호천합류점 상류부근에서 1.59 m의 퇴적이 발생할 것으로 모의되었으며, 수위유지시설 하류부근에서 1.98 m의 침식이 발생할 것으로 모의되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.43-50
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• 2002

본 연구에서는 지반말뚝, 말뚝-말뚝캡, 그리고 말뚝-유체간의 상호작용 해석을 수행하여 교각세굴을 고려한 말뚝기초의 거동을 해석하였다. 지반-말뚝의 상호작용은 비선형 하중전이곡선(p-y, t-z, 그리고 q-z 곡선)을, 말뚝-말뚝캡의 상호작용에서는 군말뚝의 배열과 말뚝-말뚝캡 사이의 구속조건을 고려하였다. 말뚝유체의 상호작용은 세굴에 의한 지반의 강성 저하를 고려하여 지반-말뚝의 상호작용에 포함하여 해석하였다. 그 결과 세굴심이 깊어질수록 말뚝에 발생하는 최대 휨모멘트의 값이 증가함을 알 수 있었으며, 이를 바탕으로 세굴에 따른 군말뚝의 안정성 평가에서는 지반-말뚝 및 말뚝-말뚝캡의 상호작용을 고려한 해석을 수행하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권6B호
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• pp.589-598
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• 2010

하천단면의 형상이 복잡하고 교량이나 보등과 같은 수리구조물이 짧은 구간에 연속해서 설치되어 있는 경우, 흐름특성이나 하상변동 양상에 대한 분석이 매우 중요하다. 울산광역시를 관통하는 태화강의 삼호교 부근 약 250 m 구간에는 3개의 교량이 설치되어 있고, 상 하류에 각 1개씩의 지천이 유입되고 있어 홍수시 수위변화와 세굴 등에 의한 단면 변화가 크게 나타난다. 그럼에도 불구하고 태화강이 삼호교(구)를 기준으로 국가하천과 지방하천으로 나뉘는 구간이라는 이유로 상 하류 구간을 1차원 모형을 통해 따로 구분하여 분석하고 있다. 본 연구에서는 1차원 HEC-RAS 모형과 2차원 SMS 모형의 RMA2 모형을 이용하여 교량밀집과 지천유입에 따른 흐름특성을 상 하류 연계하여 비교 분석하였으며, SMS 모형의 SED2D 모형을 이용하여 같은 구간에 대한 하상변동 양상을 분석하였다. 그 결과 연속된 3개 교량에 대한 HEC-RAS 모형 과 RMA2 모형의 수위차는 0.87 m였고, SED2D 모형에 의한 하상변동 모의결과는 교각간격이 좁고 중간에 위치한 삼호교(문화재)에서 최대 0.231 m가 세굴되는 것으로 나타났다. 그러므로 하천기본계획시 교량밀집 지역이나 단면 및 흐름 변화가 심한 구간에 대해서는 2차원 모형에 의한 홍수위 산정과 교각의 세굴에 대한 대책이 필요하고, 국가하천 및 지방하천에 대한 통합적인 분석이 필요하다. 어지는 경우도 있었다. GQPM에 대한 10일강우예측은 첨두강수와 강수총량에 있어서 다소 과소한 모의값을 보이고 있으며, 강수보정효과도 RDAPS에 비하여 저조한 수준이었다. 이 부분은 강수예측의 사후보정으로는 한계가 있는 것으로 보여지며 원시예측모형의 안정화를 통하여 개선할 수 있는 부분으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1128-1132
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• 2005

세굴을 일으키는 주요 원인은 와류의 작용에 의해서라고 알려져 있다. 와류를 일으키는 인자에는 흐름조건, 흐름의 변화, 하상재료, 그리고 교각의 형상 등이 있다. 그러나 세굴현상은 이들 인자 외에도 다른 원인들과 함께 복합적인 형태로 나타나기 때문에 수리 및 수치모형실험으로는 정확한 세굴을 규명하기 힘들다. 최근 국내에서는 보다 정확한 세굴을 관찰하기 위해 실시간 세굴모니터링이 이루어지고 있다. 이에 맞추어 실시간 세굴모니터링을 위해 초음파 세굴심 측정 센서가 개발되었는데, 이 센서는 수공구조물에 설치할 수 있어 평수 시뿐만 아니라 홍수 시에도 세굴의 변화를 관찰할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 이 센서에 사용된 초음파는 반사면에 따라 반사파의 특성이 달라지는 성질을 갖고 있다. 본 연구에서는 이러한 초음파의 성질에 착안하여 초음파 세굴심센서를 이용한 하상재료 판단에 대한 실내실험을 실시하였다. 주로 하상에서 접할 수 있는 입자를 선정하여 실험을 실시하고 실험으로부터 획득된 초음파의 반사파자료를 이용하여 각 시료를 분류할 수 있는 정량적 근거를 제시하였다. 그리고 이 자료의 현장적용성을 검토하기 위하여 현장의 자료와 비교 및 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.479-479
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• 2016

국내 하천에는 하천을 가로지르는 보나 낙차공과 같은 횡단구조물이 약 5만여개에 달하고 있다. 이러한 보/낙차공과 같은 하천횡단구조물에는 구조물을 월류하여 떨어지는 부분의 세굴을 막기 위하여 apron(물받이공)을 조성하도록 되어있고, 물받이공 하류부 세굴을 막기 위하여 사석을 깔거나, 돌망태를 설치하여 이 부분에서의 세굴을 막아 하상을 보호하도록 하고 있다. 그러나 사석이나 돌망태공, 블록을 이용한 보호공은 한 번 설치되면 이들 공법이 제자리에 남아 있는 한 세굴 방지에 좋은 효과를 발휘한다는 장점이 있지만 포설된 공법은 시간이 지남에 따라 혹은 홍수로 인해 이동되거나 소실되는 문제가 발생되며, 최종적으로 하천횡단구조물의 안전성에도 영향을 미치게 된다. 이와 더불어 강우량의 증대 및 집중호우 등 돌변하는 기후변화로 하천환경변화에 대한 적용 가능한 기술이 미비하다. 따라서 하천에 유해한 물질을 방출시키지 않고 하천환경 및 하천 생물의 생활사에 영향을 주지 않는 무 저독성 소재를 활용하여 치수적으로 수리적 안정성을 강화시키고, 생태적으로도 건강한 생태하천 복원 기술개발이 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 무독성 소재를 활용하여 보 하류부에 자연친화적인 하상보호공으로 다층다공성 하상보호기술을 개발하였으며, 개발된 하상보호기술을 CFD 3차원 수치해석과 실내실험을 통하여 수리적 안전성을 검토하였다. 또한 개발된 기술은 김해시 대청천 하류 일부구간에 시범적으로 적용하였고, 시범사업 시공 전 중 후 각 단계에서 물리, 화학, 생물 모니터링을 통하여 개발기술의 현장 적용성을 검증하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.987-995
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• 2013

본 연구의 목적은 국내 하천 복원의 자연친화적인 설계를 위한 무독성 호안공법의 수리적 안정성을 검토하는 것이다. 최근 들어 공학적 효율 위주의 치수 기능만을 위한 하천관리 정책에서 벗어나 하천의 환경적 기능의 개선을 위한 생태하천 복원사업이 이루어지고 있다. 그러나 신규 호안공법에 대한 부적절한 수리학적 설계기준이 자주 홍수기 경제적 손실을 유발하고 있다. 사석 및 블록의 안정성에 관한 연구는 크게 하천에서 제방, 하상보호, 세굴방지 등의 목적과 바다에서 호안 또는 방조제의 축조에 따라 투하하는 사석의 안정성에 기초를 둔 연구가 대부분이며 경험식으로 이루어져 있다. 본 연구에서는 최고 유속 3.5 m/s인 고속수로를 제작하여 수리실험을 수행하였으며, 무독성 접착제를 이용한 블록공법에 대한 다양한 조건의 수리실험을 통해서 수리적 안정성을 위한 호안블록의 한계유속을 구하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권5호
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• pp.455-469
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• 2010

낙동강 상류에 위치한 안동, 임하 댐 하류 하천에서 두 댐에 의한 충적하천의 변화와 식생이입 현상을 정성적, 정량적으로 조사, 분석하였다. 하천형태 및 하상재료 분석 결과, 댐 하류는 전반적으로 저하되었고 일부 구간은 최대 3m 이상 세굴 되었다. 하상재료도 전반적으로 임하댐 건설 전 평균 1.5mm에서 건설 후 2.5mm로 조립화되었다. 댐 건설로 인한 하상소류력의 감소는 사주에 식생 활착을 촉진시켰으며, 그 결과 사주의 식생이입률은 1971년 자연 상태에서 8% 수준에서 안동댐 건설 후 1988년에 25%로 증가하였다. 임하댐이 완공된 1992년 이후 사주 상 식생이입은 가속화되어 겨우 3년이 지난 1995년에 사주 식생이입률은 43%가 되고, 그 후 10년이 지난 2005년에는 74%까지 증가하였다. 세부조사구간 중 하나인 윗절에서 항공사진에 의한 식생천이 현상을 분석한 결과 모래와 자갈이 노출된 '맨' 사주에서 시작하여 큰개여뀌, 달뿌리풀, 버드나무류 유식물 등 개척 단계를 지나, 일부 달뿌리풀은 유지되고 버드나무 관목이 등장하고 나중에는 선버들이나 왕버들 같은 교목림으로 정착되는 것으로 나타났다. 하회마을 앞과 강 건너 점 사주의 경우 타 논문에서 기제시된 여건 등으로 2005년 항공사진에서 식생이입은 억제되는 것으로 보였지만, 2009년에 촬영한 사진에 상당 부분 확대되는 것으로 나타나 이에 대한 대책이 필요하다. 사주 상 식생이입의 가속화는 구담습지 등 자연 상태의 모래하천에서 찾아보기 어려운 독특한 배후습지를 창출하여 환경적으로 종의 다양성이 커져서 서식처로서 가치 자체는 높아질 수 있다. 마지막으로, 댐에 의한 홍수량 감소와 그에 따른 하상소류력 감소가 사주 상 식생이입 및 활착을 가속화시켰다는 가설은 대표 단면에서 무차원 하상전단응력의 검토 결과 확인되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권12호
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• pp.871-881
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• 2023

본 연구에서는 영주댐 하류 하천을 대상으로 2차원 수치모형인 Nays2DH를 적용하여 펄스방류 등 다양한 유량 조건에서 하류 하천의 역동성을 파악하기 위해 하도의 지형변화 특성 및 하상기복지수를 분석하였다. 수치모의에 적용되는 유량패턴은 등류 흐름, 정규화된 단일홍수, 펄스방류, 그리고 정규화된 펄스방류 등 4개의 유형이다. 수치모의 결과, 정규화를 적용한 펄스방류 조건일 때 하상고 및 하도의 변화가 가장 큰 것으로 나타났다. 총 하상 변화량은 등류 흐름 조건일 때 29.88 m, 정규화된 단일 홍수 조건일 때 27.46 m, 펄스 방류일 때 29.63 m 그리고 정규화된 펄스 방류일 때 31.87 m로이며, 이 조건에서 세굴과 퇴적의 변동 폭이 가장 크게 나타났다. 하상기복지수(BRI)를 분석한 결과, 등류 조건, 펄스방류, 그리고 정규화된 펄스방류 조건은 시간이 지날수록 BRI가 증가한다. 그러나, 정규화된 단일홍수에서는 첨두유량(14 hrs) 이후 30 hrs 까지 BRI가 급격하게 증가하지만, 그 이후부터는 증가 폭이 점점 감소하고, 56 hrs부터는 감소하였다. 수치모의가 끝날 때(72 hrs) BRI는 등류일 때 2.95, 정규화된 단일홍수일 때 3.31, 펄스방류일 때 3.34, 정규화된 펄스방류일 때 3.78이다. 따라서, 정규화된 펄스방류가 단일홍수나 등류보다 더 큰 역동성을 줄 수 있고, 하류로 갈수록 역동성이 커지면서 댐 하류하천의 환경개선에 효과를 가져올 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국농공학회지
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• 제13권1호
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• pp.2206-2217
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• 1971

본연구(本硏究)는 Dam 또는 여수토(餘水吐) 방수로등(放水路等) 급구배수로(急勾配水路)에 고속(高速)으로 유하(流下)되는 물을 감세처리(減勢處理)하기 (爲)한 감세공형식중(減勢工型式中) 보다도 구조(構造)가 간단(簡單)하고 시공(施工)이 용역(容易)하며 경제성(經濟性)이 높은 Flip Bucket 형감세공(型減勢工)에 의(義)하여 수리특성(水理特性)에 따른 일반적(一般的) 적용조건(適用條件)과 설계시공(設計施工)의 발전(發展)을 도모(圖謀)하기 위(爲)하여 연구(硏究)한 것으로서 그 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. Flip Bucket의 수리특성(水理特性)과 일반적(一般的) 적용조건(適用條件) Flip Bucket는 일반적(一般的)으로 다음과 같은 조건(條件)을 갖일 때에 채용(採用)할 수 있다. 가. 하류하천(下流河川)의 수위(水位)가 얕어서 도수형(跳水型) 감세공법(減勢工法)을 이용(利用)하며는 막대(莫大)한 공사비(工事費)를 요(要)하게 될 때 나. 하류하천(下流河川)의 하상(河床)이 안정(安定)할 수 있는 양질(良質)의 암반(岩盤)일 경우 다. 하류하천(下流河川)은 여수토(餘水吐) 방수로(放水路)의 중심선(中心線)에 연(沿)하여 적어도 전수두(全水頭)의 $3{\sim}5$배(倍)되는 거리까지는 하심(河心)이 거이 직선(直線)인 여건(與件)에 있을 경우 라. 방사수맥(放射水脈)의 낙하지점(落下地點)을 중심(中心)으로 해서 주위(周圍)에 민가(民家), 경지(耕地), 중요시설물등(重要施設物等)이 없고 수맥낙하(水脈落下)로 인(因)하여 생기는 소음(騷音), 토사붕양(土砂崩壤), 물방울등(等)으로 피해(被害)를 받을 염려(念慮)가 없을 경우 2. 설계(設計) 및 시공상(施工上)의 적용사항(適用事項) 1항(項)과 같은 현지조건(現地條件)을 갖이고 실제(實際) Flip Bucket 형(型)으로 설계(設計) 또는 시공(施工)을 할 경우 고려(考慮)하여야 할 사항(事項)은 가. Bucket의 반경(半徑)(R)은 $R=7h_2$로 적용(適用)이 가능(可能)하다. ($h_2$: Bucket 시점(始點)의 평균수심(平均水深) 나. 본형식(本型式)은 한계지면이하(限界施面以下) 방수로(放水路)의 구배(勾配)가 $0.25<\frac{H}{L}<0.75$의 수로(水路)에서만 채용(採用)한다. 다. 방사수맥(放射水脈)은 가급적(可及的) 하상면(河床面)에 직각(直角)에 가까운 각도(角度)로 낙하(落下)시켜야 하며 그러기 위(爲)해서는 수맥(水脈)을 높이 또는 멀리 방사(放射)시켜야 한다. 상기목적(上記目的)을 만족(滿足)시키는 Flip의 앙각(仰角)은 $\theta=30^{\circ}{\sim}40^{\circ}$를 적용(適用)하는 것이 좋다. 라. 상기(上記) 가${\sim}$다항(項)을 적용(適用)했을 때 유량별(流量別) 방사수맥(放射水脈)의 낙하거리(落下距離)는 그림-4.1에 의(依)하여 쉽게 추정(推定)할 수 있다.(단 실물(實物)에 대(對)한 제량(諸量)의 환산(換算)은 표(表-3.2)에 제시(提示)된 Froude 상사율(相似律)을 적용(適用)할 것) 마. Bucket 부(部)에 Chute Blocks를 설치(設置)하는 것은 방사수맥(放射水脈)의 낙하범위(落下範圍)를 확장(擴張), Energy를 분배(分配)시켜 주므로 하류하상(下流河床)의 세굴심(洗掘深)을 감소(減少)시키는 이점(利點)은 있으나 소맥낙하거리(小脈落下距離)는 다소(多少) 단축(短縮)되는 경향(傾向)이 있다. 바. 수맥낙하점(水脈落下點)에는 세굴(洗掘)에 의(依)한 깊은 Water Cushion을 형성(形成)한다. 최종적(最終的)으로 도달(到達)하는 Water Cushion의 깊이는 하상구성재료(河床構成材料)의 조성(組成)과 재질(材質)에는 거이 무관(無關)하며 단위폭당(單位幅當)의 유량(流量)과 전수두(全水頭)에 따라 소요(所要) 깊이까지 세굴(洗掘)된다. 사. 빈도(頻度)가 잦은 소유량(小流量)에서는 수맥(水脈)의 낙하거리(落下距離)가 단축(短縮)되어 Flip Bucket 하류단(下流端) 직하류(直下流)를 세굴(洗掘)하게 되므 Bucket로 하류단(下流端)은 견고(堅固)한 암반(巖盤)에 충분(充分)한 깊이까지 삽입절연(揷入絶緣)시켜 수맥하부(水脈下部)의 공기유통(空氣流通)을 원활(圓滑)하게 하므로서 Cavitation을 방지(防止)할 수 있다. 지하벽(直下壁)은 보통(普通) Bucket 말단(末端)에서 약(約) $0.3{\sim}0.5m$ 정도(程度)는 수평(水平)으로 하고 수평(水平)과 내각(內角)이 $120^{\circ}{\sim}130^{\circ}$되게 절단(切斷)하여 적당(適當)한 곳에서 수직(垂直)으로 하여 암반(巖盤)에 견고(堅固)히 절연(絶緣)시킨다. 아. 하상(河床)에 돌입(突入)한 고속(高速) Jet는 수두(水頭)의 크기에 따라 막대(莫大)한 Energy의 일부(一部)를 함유(含有)한채 하상면상(河床面上)을 유하(流下)하게 되므로 이 영향(影響)을 받는 하류제방(下流堤防)에는 상당구간(相當區間)까지 사석(捨石) 또는 기타(其他)의 방호조치(防護措置)를 강구(講究)해야 한다. 자. 낙하지점(落下地點)의 조건(條件)으로 보아 자연낙하지점(自然落下地點)보다 더욱 양호(良好)한 지점(地點)이 주위(周圍)에 구비(具備)되어 있을 경우에는 별도(別途)로 수리실험(水理實驗)을 통(通)하여 수맥(水脈)의 변이방법(變移方法)을 강구(講究)해야 한다. 차. 수로(水路)의 중심선(中心線)이 만곡(灣曲)을 갖던가 또는 본연구(本硏究) 범위(範圍)에서 제외(除外)된 구조물(構造物)에서 본형식(本型式)을 계획(計劃)할 때는 별도(別途)로 수리실험(水理實驗)을 행(行)하여야 한다.