• Water Engineering Research
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• 제3권3호
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• pp.155-162
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• 2002

This study presents the theoretical approach for volume concentration, velocity profile, and granular discharge on the fluid-granule mixed flow downstream of the scour hole at the outlet of the hydraulic structure. Concept of dilatant model was applied for the stress-strain relationships of fluid-granule mixed flow since the flow downstream of the scour hole corresponds to debris flow, where momentum transfers through particle collisions. Mathematical formulations were derived using momentum equation and stress-strain relation of the fluid-granule mixture. Velocity profile under the assumption of uniform concentration over flowing layer showed the downward convex type. Deposition angle of downstream hump was found to be a function of an upstream slope angle, a dynamic friction angle and a volume concentration irrespective of flow itself, Granular discharge and the overflow depth were obtained with given values of inflow rates. Experimental results showed relatively good agreements with theoretical ones.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권1호
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• pp.409-418
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• 2019

최근 기후 변화에 의한 집중호우는 산지에서 토석류를 발생시켜 많은 피해를 양산하고 있다. 연구의 목적은 토석류 발생 가능성이 높은 산지에 사방댐을 설치하였을 경우, 사방댐의 설치 위치에 따라 공급유량의 변화에 대하여 사방댐이 받는 충격력을 평가한 것이다. 연구방법으로는 수치해석모델을 이용하였고, 수치해석 모델은 침식과 퇴적 모델을 이용하여 유한차분법을 적용하였으며, 사방댐에 영향을 주는 토석류의 충격력은 유체의 연속성을 고려하여, 질량보존법칙과 운동량 보존 법칙을 만족하는 지배 방정식을 이용하였다. 수치모의를 한 결과 토석류는 도달 초기에 충격력의 Peak가 발생하였으며, 16sec~19sec 구간에서도 토석류의 Peak가 발생하였고, 공급유량을 증가시킨 경우 이 구간에서 여러 개의 토석류 충격력의 Peak가 발생하였다. 이는 공급유량의 증대로 인해 토석류의 유하 속도를 증가시키고, 증가된 속도는 물 입자와 토사의 충돌로 인해 에너지가 증대되고 있음을 보여준다. 따라서, 산지에 연속적으로 여러 기의 사방댐을 설치하려고 할 때 각 위치에서 사방댐이 받는 충격력을 조사할 필요가 있다. 본 연구의 결과는 비탈 경사면에서 토석류 제어를 목적으로 설치되는 구조물이 받는 충격력과 사면에서 사방댐의 적정 위치를 설정하는 데 좋은 정보를 제공할 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권2호
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• pp.115-126
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• 2015

최근 기후 변화에 따른 게릴라성 호우에 의한 전 세계 도심 속 산지 지역에서 토석류의 발생 빈도수가 증가하고 있으며, 이 결과 더 많은 인명피해와 주요 시설물 파괴 등의 피해가 사회적 큰 문제로 대두되고 있다. 현재까지는 도심지역 재해 관리 및 피난 계획 수립 시, 토석류 범람은 별도로 취급되어 피난 권고 시스템이 구축되고 있으나 피난계획 수립 시, 재해 발생 가능성을 고려한 여러 재해를 기반으로 통합적인 대책 수립이 필요하며 향후, 현재보다 더 큰 강우가 발생할 가능성이 굉장히 크며 이에 대한 대책 수립의 중요성 또한 강조되고 있다. 본 연구에서는 실제 지역에서의 토석류의 유동형태를 파악하고, 외력조건으로 DAD 분석을 통해 가능최대 강우량과 유출량을 산정하며 주거지 지역에서의 토석류 영향범위 파악을 목적으로 한다. 실제 지역에서의 토석류 특성을 분석하기 위해 토석류 흐름 패턴, 퇴적 깊이, 도달속도, 발생된 토사량 및 토석류 이동거리를 평가했다. DAD 해석 결과, 피크 시간 강우량은 국지성 호우에 의해 약 135mm, 24시간 누적 최대강우량은 태풍에 의한 호우로 약 544mm로 조사 되었다. 또한 토석류에 의한 영향범위를 파악 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.63-63
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• 2015

산사태나 토석류와 같은 산지재해가 빈발하고 인명과 재산의 피해가 증가함에 따라 적절한 대책이 시급하게 요구되고 있다. 토석류 매커니즘에 대한 많은 선행 연구가 이루어졌으며, 토석류 수치해석은 설정된 지형이나 수문곡선 등의 조건하에서 토석류의 발생, 이동, 퇴적, 범람범위 등의 거동을 표현하는 것이다. 본 연구에서는 토석류 해석에 자주 이용되는 Takahashi model과 Egashira model을 이용하여 침식과 퇴적과정을 모의하였다. Takahashi model에서는 토석류, 소류 상집합유동 등에 따라 유동형태가 달라지는 반면, Egashira model에서는 유동형태의 구분없이 침식이나 퇴적이 일어나지 않는 평형경사를 상정하여 하상구배가 평형구배를 만족시키는 방향으로 침식/퇴적이 발생한다고 평가한다. 이러한 각각의 토석류 모델을 이용하여 여러 가지 하상에서의 침식현상, 퇴적현상을 수치모의하고 각 모델의 해석결과를 비교하였다. 또한 이동상에서의 침식/퇴적거동을 해석하였으며, 실제 지형에 대한 적용가능성을 검토하였다. 이러한 토석류 수치해석 결과를 이용하여 토석류재해의 규모나 범위를 예측할 수 있으며 실제로 발생한 토석류재해의 검증, 사방구조물의 기능평가에도 유용하게 이용될 수 있다. 본 연구에서는 1차원해석에 머물러 있으나 계류상의 거동을 표현하고 사방구조물의 위치선정을 위해서는 무리가 없으며, 향후 2차원해석을 통해 범람거동을 해석한다면 토석류위험지도 작성에 유효할 것으로 판단되었다.

• 한국안전학회지
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• 제31권5호
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• pp.133-140
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• 2016

Most small weir installed in Korea is concrete solidated weir. Fixed weir causes stagnant flow, which leads to deposit sediment just upstream of weir. As time goes on, it would induce reduction of water storage capacity and invoke the serious water quality issues. Therefore, there has been a growing interest in movable weir. Especially, the flexible rubber weir is easy to install and possible to operate in extreme environments. However, even though this type can be flatable, it is also not free from sediment deposition problem. Thus, to enhance the ability of releasing deposition the bypass pipe was constructed underneath it. In this study the performance of its ability was examined with hydraulic model test. This bypass pipe was designed with 3 different dimensions to connect between each bottom of upstream and downstream of a weir, such as Type A, B, and C. The efficiency of drainage of deposition upstream was studied under two water of upstream and sediment heights. In addition, the ability of sediment emission through the bypass pipe after the pipe was blocked by debris like soil, vegetation et al. was examined by video monitoring. From this study, it was suggested a dimensionless equation which show the relationship of variable parameters and amount of emission sediment through bypass pipe. And it was found that the most significant factors on efficiency of releasing were elbow angle and discharge, and the ability of emission when the pipe was blocked was most highly influenced in tilting length.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.192-192
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• 2021

산지 사면에서 발생한 토석류는 지형변화에 큰 영향을 미치는 대표적인 자연재해이다. 특히, 집중호우로 인해 발생하는 산사태의 경우 단시간에 많은 토사가 붕괴되며, 이는 매우 빠른 속도로 유동하는 토석류로 발전할 수 있다. 이러한 토석류가 도심지역에서 발생할 경우 많은 인명 및 재산피해를 야기하며, 이와 같은 피해를 저감하기 위해선 토석류의 유동과 피해규모를 예측할 수 있는 수치모형을 통한 연구가 필수적으로 이루어져야한다. 유동 및 퇴적지역의 피해규모를 크게 증가시킬 수 있는 침식-연행작용에 대한 연구는 최근에 활발히 이루어지고 있다. 수치모형으로 분석된 피해범위와 규모를 정밀하게 산정하기 위해선 침적과정에 대한 구현·해석이 필요하나 국내·외적으로 토석류 침적에 대한 연구는 미비한인 실정이다. 이에 본 연구는 침적을 고려하는 침식-연행작용 모형을 개발하여 토석류의 유동 및 퇴적과정을 자연현상에 가깝게 묘사하고자 하였다. 해당 모형은 2011년 우면산 일대에서 발생한 일련의 토석류를 대상으로 검증하고자하며, 연구지역의 지형 및 붕괴지점 자료는 토석류 발생 전·후 DEMs(Digital Elevation Models)을 이용하여 구축하였다. 현장에서 관측된 피해 범위, 총퇴적량, 특정 지점에서의 최대 피해 높이와 첨두속도 등은 실측자료로 활용하여 모형의 결과와 비교·분석하였으며 이를 통해 모형의 성능을 검증하고자 하였다.

• Spatial Information Research
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• 제20권1호
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• pp.9-18
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• 2012

최근 우리나라는 여름에 집중호우로 인한 산사태로 그 피해가 계속되고 있다. 이러한 산사태는 매년 반복적으로 발생하고 있으며 급격한 기후의 변화로 인해 앞으로 그 발생빈도가 높아질 것으로 예측된다. 우리나라는 인구의 81.5%가 도시지역에 거주하고 있으며 서울에만 약 1,055만 명이 거주하고 있다. 2011년 18명의 사망자가 발생한 서초동 산사태와 동일한 조건에 인접한 대지는 서울시에서 약 9%에 달한다. 도시에서 발생하는 산사태는 그 규모는 작으나 인구가 집중하는 도시의 특성으로 인해 큰 재난을 야기할 가능성이 있다. 현재까지는 산사태의 취약성과 발생 원인을 규명하기 위한 노력이 지속되어 왔으나 산사태 발생 시 재난지역의 범위에 관한 예측 연구가 새롭게 요구되고 있다. 이에 본 연구에서는 산사태의 물리적 확산형태를 분석하기 위하여 셀룰러 오토마타(Cellular Automata, CA) 기반의 산사태 재난지역 확산모델을 구축하였다. 이동규칙, 지형에 의한 장애물을 변수로 하는 SCIDDICA(SmartComputational Innovative methoDs for Debris flow simulation with Cellular Automata)모델과 침전 및 침식에 따른 변화를 적용한 CAESAR(the Cellular Automaton Evolutionary Slope And River model)모델을 적용하여 2011년 7월 서초동 산사태를 대상으로 정확도를 비교하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권12호
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• pp.837-844
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• 2023

경사가 급하고 구속된 골짜기를 관류하는 산지 중소하천은 홍수시 다량의 조립질 토사와 유목이 운반된다. 이로 인해 하상의 상승과 유목 집적으로 인한 교량의 폐색이 발생하며 홍수위가 상승한다. 하지만 기존 하천기본계획에서의 홍수위 계산 방식은 홍수시 발생하는 교량 폐색 혹은 하상 변화로 인한 홍수위 변화를 고려하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 2022년 9월 태풍 힌남노 홍수를 사례로 홍수시 발생할 수 있는 교량 단면의 폐색과 하도에서의 하상고 변화를 고려하기 위해 HEC-RAS 모형을 이용하여 수치 모의를 수행하고 홍수위를 분석하였다. 연구의 결과 단면이 30% 이상 폐색될 경우 홍수 범람이 발생하며, 하상은 퇴적 높이만큼 홍수위가 상승하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 홍수 피해를 예방하고 효과적으로 관리하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있고 실제 현상을 고려한 홍수 방어 대책 수립에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.