• 한국수자원학회논문집
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• 제45권5호
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• pp.495-503
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• 2012

하천에 설치되는 강변저류지의 효율적 설계를 위해서는 정확한 부정류 흐름 해석이 반드시 필요하다. 일반적으로 하천의 부정류 수치모의는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 많이 사용하고 있다. 하지만 강변저류지가 있는 하도에서의 부정류 흐름에 대한 수리실험과 현장 모니터링 자료가 거의 없기 때문에 HEC-RAS를 이용한 부정류 수치모의 결과의 신뢰도를 확신하기가 어렵다. 따라서 본 연구에서는 부정류 수리실험을 수행하여 강변저류지가 있는 하도에서의 HECRAS를 이용한 부정류 수치모의 적용성을 검토하였다. HEC-RAS 적용성 검토는 직선수로에 강변저류지가 설치되어 있거나 그렇지 않은 경우에 대해 부정류 수리실험을 실시하여 측정된 결과와 비교하여 평가하였다. 특히, 강변저류지가 설치되어 있는 경우는 강변저류지의 저류용량이 충분하여 하도에서 강변저류지로 통하는 위어에 완전 횡월류 흐름만 발생하는 경우에 대해 실험을 수행하였다. 강변저류지가 설치되지 않은 직선수로에 대한 HEC-RAS의 수위 계산 결과는 최대 3% 오차를 유량은 최대 1% 오차를 보였으며, 강변저류지가 설치된 경우의 HEC-RAS 수위 계산 결과는 최대 4% 오차를 유량은 최대 2% 오차를 나타냈다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권8호
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• pp.673-683
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• 2015

하천 주변의 도시화와 이상기후 등으로 인해 기존의 하천 위주의 홍수방어는 한계를 보이고 있으며, 이에 따라 유역통합적인 홍수방어대책의 하나로 강변저류지 설치에 대한 요구가 증대되고 있다. 강변저류지를 치수대책에 포함시키기 위해서는 정량적인 홍수조절효과 산정이 필요하며, 이를 위해서는 강변저류지 홍수조절효과에 영향을 미치는 인자들의 불확실성을 줄이기 위한 노력이 필요하다. 특히 하천 수위 예측의 중요 변수인 하천 조도계수는 항상 불확실성을 포함하고 있으므로, 이를 고려한 설계방법이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 상대적으로 설계자가 자유롭게 결정할 수 있는 설계인자인 강변저류지의 횡월류부 길이를 이용하여 하천 조도계수의 불확실성을 고려한 강변저류지 설계 기법을 제안하고자 한다. 이를 위해 HEC-RAS 부정류 수치모형을 이용하여 하천 조도계수와 횡월류부 길이 변화가 홍수조절효과에 미치는 영향을 검토하였고, 분석결과를 이용하여 하천의 수위 예측 불확실성을 고려한 횡월류부 길이를 결정하는 기법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 횡월류부 길이 결정 기법은 하천 수위 예측의 불확실성을 해결할 수 있기 때문에 강변저류지의 홍수조절효과를 좀 더 안전측으로 제시하는데 도움이 될 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권11호
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• pp.957-967
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• 2015

측면 위어의 수위-유량 관계가 알려지지 않더라도, 저류지에 의한 홍수 조절 효과를 평가할 수 있는 2차원 수치모의에 대해 검토하였다. 수치해법으로서 천수방정식에 대해 유한체적법을 적용하고, 흐름률의 정확한 계산을 위해 근사 Riemann 해법을 도입하여 수심적분 2차원 수치모형을 구성하였다. 모의 결과를 수로와 저류지에서 자유월류와 잠긴 흐름이 발생되는 실험실 실험의 결과와 비교하였다. 자유 월류 상태에서 예측된 측면 위어의 유량 계수와 실험에 의한 그것 사이의 차이는 매우 작았다. 또한, 잠긴 흐름에 대한 모의 결과도 측정 결과와 잘 일치하였으며, 그 기구가 잘 재현되었다. 이 연구를 통해 2차원 수치모형으로 측면 위어에 대한 유량 계수를 정확하게 결정할 수 있으며, 저류지에 대한 홍수 방어능력의 검토 또한 상당한 수준의 정확도로 이루어질 수 있음이 확인되었다. 따라서 저류지의 계획, 설계안의 검토, 관리를 위한 기존 저류지의 평가 등에 이 모형의 실용적인 적용이 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권1호
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• pp.29-39
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• 2016

강변저류지를 홍수방어대책에 포함시키기 위해서는 정확한 홍수조절효과 산정이 필요하며, 이를 위해 현재 실무에서는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 사용하고 있다. 그러나 강변저류지의 저류용량이 부족한 경우에 발생하는 잠긴 횡월류 흐름에 대해서는 HEC-RAS 부정류 수치모의의 정확도 분석이 수행되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 직선수로에 강변저류지를 설치한 경우에 대하여 횡월류부의 다양한 흐름 형태를 재현할 수 있는 부정류 수리실험을 수행하였다. 또한 부정류 수리실험 결과를 이용하여 HEC-RAS 모형의 부정류 수치모의 결과의 정확도를 분석하여 하도 내 수위 오차 및 강변저류지의 홍수조절효과 산정 오차를 제시하였다. 분석 결과 횡월류부에서 잠긴 횡월류 흐름이 발생하는 경우에 대한 HEC-RAS의 수위 계산 결과는 최대 -5% 오차를 보였으며, 홍수조절효과 오차는 최대 2.4%로 나타나 HEC-RAS의 부정류 모의 결과가 비교적 정확한 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.337-337
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• 2015

홍수 저감, 생태계 복원, 위락 등 다양한 목적의 충족을 위해 강변에 저류지, 즉 다목적 유수지(detention basin)를 조성하는 사례가 나타나고 있다. 하천에서 홍수의 발생으로 수위가 어떤 기준보다 높아지면, 흐름의 일부를 돌려 저류지로 보냄으로써 본류의 부담을 덜 수 있다. 이때, 흐름의 분기를 위해 설치되는 하천구조물 중 하나가 측면 위어(side weir) 또는 횡월류 위어(side discharge/overflow weir)이다. 하천의 계획과 설계에서 위어가 적용될 때, 위어에 대한 수위-유량 관계, 즉 그 형식과 제원에 적합한 유량계수(discharge coefficient)의 결정이 관건이 된다. 일반적인 위어와 달리 흐름 양상이 복잡한 측면 위어의 경우, 이론과 실제의 괴리가 아직까지 해소되지 않아 실물 또는 3차원 수치 모형을 이용한 시험으로 수위-유량 관계를 수립할 필요가 있다. 이렇게 결정된 수위-유량 관계는 1차원 또는 수심적분 2차원 모형의 내부 또는 외부 경계로 사용되며, 본류의 수위 증감에 따른 측면 위어의 횡월류량을 통해 저류지의 홍수 조절 능력을 평가할 수 있다. 이 연구에서는, 측면 위어의 수위-유량 관계가 알려지지 않더라도, 저류지에 의한 홍수 조절 효과를 평가할 수 있는 2차원 수치모의에 대해 검토하였다. 수치해법으로서 2차원 천수방정식에 대해 유한체적법을 적용하고, 흐름률(flux)의 정확한 계산을 위해 근사 Riemann 해법을 도입하였다. 먼저, 측면 위어가 없는 실험 조건에 대해 수로 내 한 측선에서 측정된 수위와 유량을 모의 결과와 비교하여 모형을 검증하였다. 이때, 경계조건으로 상류 끝에 측정 유량을, 하류 끝에 측정 수위를 부여하였으며, Manning의 조도계수를 0.014로 설정하였다. 또한, 측면 위어가 설치된 수로에 대해 계산 영역을 340개의 삼각형 격자로 분할하고 측면 위어가 없는 경우와 동일한 조건을 두어 모의하였다. 측면 위어의 하류에 위치한 측선에서 측정치에 대한 평균 제곱근(root mean square) 오차가 수위에 대해 1.9 mm, 유량에 대해 $2.2{\ell}/s$로서 그림과 같이 모의 결과는 실험의 그것과 잘 일치하였다. 이로써, 측면 위어에 대한 수위-유량 관계의 수립을 위한 실물 모형 시험 없이 수심적분 2차원 수치모의를 통해 저류지의 홍수 조절 효과를 평가할 수 있음이 확인되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.73-73
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• 2012

강변저류지는 제방의 일부분을 낮추어 홍수량을 저류하는 방식으로 홍수기에는 홍수조절효과를 얻을 수 있고, 비홍수기에는 습지, 농경지, 생태공원 및 스포츠 시설 등으로 활용할 수 있는 친환경적 치수 구조물이다. 강변저류지의 홍수조절효과는 강변저류지 설치 전 후의 첨두 홍수량 또는 첨두 홍수위 차이로 정의할 수 있고, 이것의 정확한 산정을 위해서는 횡월류부 흐름형태에 따른 횡월류량 계산이 필요하다. 횡월류부의 흐름은 하도와 저류지의 수위에 따라 완전 횡월류 흐름과 불완전 횡월류 흐름으로 분류할 수 있다. 완전 횡월류의 경우 위어의 형상과 하도의 흐름에 따라 하나의 유량계수가 결정되는 반면, 저류지의 수위가 월류턱 보다 높아 흐름에 저항을 주는 불완전 횡월류 흐름의 유량계수는 하도와 저류지의 수위변화에 따라 변화한다. 이에 본 연구에서는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 이용하여 완전 횡월류만 발생하는 경우와 불완전 횡월류도 발생하는 경우에 대한 강변저류지 홍수조절효과를 분석하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.153-153
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• 2011

강변저류지 설계를 위해 주로 사용되고 있는 방법은 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS의 Storage 기법이다. HEC - RAS의 Storage 기법을 이용할 경우 설계자는 유입부 설계제원과 저류용량 외에 두 개의 매개변수를 결정해 주어야 한다. 하나는 하천의 조도계수이며, 다른 하나는 횡월류 위어의 유량계수이다. 그 중 횡월류 위어 유량계수는 강변저류지 홍수조절효과에 직접적으로 영향을 주는 저류량과 관련되어 있다. 따라서 저류량을 결정하기 위한 유량계수는 기존 연구자들에 의해 다양한 산정식들이 제시되어 있다. 하지만 횡월류 유량계수가 동일한 흐름 조건에서도 산정식별로 차이를 보이고 있어서, 설계자가 어떤 유량계수를 선택하느냐가 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 홍수시 발생 가능한 유량계수의 범위를 결정한 후 설계 인자별로 유량계수의 변화에 따른 강변저류지 홍수조절효과를 분석하였다. 분석 결과 유량계수에 따라 크게는 최대홍수량 대비 약 5 ~ 6% 정도의 차이를 보였다. 이는 가장 작게 산정된 홍수조절효과의 범위가 약 15 ~ 20% 정도인 것과 비교하면 큰 차이를 보이는 것으로 확인하였다. 따라서 강변저류지 홍수조절효과 산정시 발생 가능한 다양한 유량계수를 적용하여 보수적으로 설계하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.314-314
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• 2011

강변저류지는 하천변에 위치한, off-line 형 치수구조물로 하천의 수위 변화에 따라 저류량이 변한다. 그러므로 강변저류지의 홍수조절효과는 부정류 흐름 상태를 재현하여 모의해야 한다. 현재 국내에는 강변저류지 홍수조절효과 분석을 위해 주로 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 사용하고 있다. 하지만 1차원 부정류 계산 결과에 대한 정확도 검증 없이 사용되고 있다. 따라서 이를 검증하고 보완할 수 있는 부정류 수리실험이 필요하다. 이에 본 연구에서는 상류 유입수문곡선을 재현할 수 있는 부정류 유량조절장치를 개발하였으며, 개발된 유량조절장치의 재현 능력을 검증하고 강변저류지 홍수조절효과 분석에 대한 적용 가능성을 확인하였다. 부정류 수리실험은 정규분포형 수문곡선과 이중 첨두를 가지는 수문곡선 및 다양한 첨두 지속시간을 갖는 수문곡선 형태에 대해 유량조절장치의 재현 능력을 검토하였다. 검토 결과 개발된 유량조절장치의 재현 수문곡선은 첨두 홍수량을 기준으로 약 1 % 이내의 오차를 보여 매우 만족스러운 결과를 얻었다. 향후 강변저류지의 홍수 조절효과 분석에 사용한다면 좀 더 현실적이고 정량적인 치수능력 평가가 될 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.947-947
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• 2012

현재 국내 하천의 설계홍수량은 하천정비 기본계획이나 유역종합 치수계획 등을 통하여 특정 빈도의 단일 홍수량의 형태로 고시되고 있다. 이러한 설계홍수량은 홍수량 산정 지침에 따라 산정되며, 최종적으로 결정된 설계홍수량을 기준으로 하도계획이나 교량, 암거 등의 설계를 실시하였다. 하지만 많은 수의 홍수조절용 다목점 댐과 강변저류지 등 각종 수리조작 구조물들이 축조되면서부터 홍수량을 시간별로 조절할 수 있게 되었다. 따라서 종전과 같이 단일 설계홍수량 값만으로는 신설되는 수리조작 구조물의 최적 규모 및 운영방법을 결정하는데 어려움이 있다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 Nash 모형을 사용하여 특정유역의 유출특성이 반영된 대표단위도를 산정하고 여러 가지 형태의 강우사상에 적용하여, 유역의 특정지점에서 특정홍수량에 대하여 발생의 개연성이 충분하고 수공구조물의 설계와 효과에 가장 중요하게 영향을 미칠 수 있는 설계 홍수수문곡선을 산정하는 것을 목적으로 하며, 일련의 과정을 프로그램화 시켜 실무적으로 활용될 수 있도록 하였다. 본 연구의 결과로 나타나는 설계홍수수문곡선은 곡선의 첨두부와 형상에 따라, 동일한 규모의 수공구조물 일지라도 그 효과가 달라지기 때문에 수공구조물의 효과를 최대로 하기위한 구조물 형태와 조작 및 운영방법을 결정하는데 도움이 될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1266-1270
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• 2006

최근 도시개발이나 주택단지개발사업의 경우 토지이용의 극대화 및 경제적인 측면에서 저류지의 면적을 충분히 확보하기 어려우므로 첨두홍수량 조절방식인 하도외(off-line) 저류지가 검토되고 일부 설치되고 있으며, 증가된 홍수량을 저류지로 전환하는 방법에는 일반적으로 횡월류위어가 이용되고 있다. 현재 off-line 저류지 횡월류량 산정시 사용되고 있는 De Marchi공식의 유량계수를 0.623이라는 고정된 값을 사용하고 있으나, 횡월류위어의 유량계수는 본류 흐름 조건 및 위어의 기하학적 조건에 따라 달라지기 때문에 이에 대한 문제점을 갖고 있다. 또한 횡월류부의 적정폭이 제시되어 있지 않으므로 계획빈도 이상의 수위가 전량 저류지로 유입되는지 이에 대한 실험 및 검증이 요구된다. 본 연구에서는 수리실험을 통하여 설계빈도 이상의 초과홍수량을 전량 월류시킬 목적으로 사용되는 off-line 저류지 횡월류위어의 적정폭을 산정하고, 본류 흐름 조건 및 위어의 기하학적 조건 등을 고려한 횡월류위어의 유량계수를 산정하였다. 적정폭 산정 결과 본 실험조건에서는 횡월류 위어폭이 본류폭의 6배인 3.6m(L/B=6.0)이상일 때 모든 조건에서 위어정점부 이상의 수위에 대한 유량을 전량 월류시킬 수 있는 것으로 나타났다. L/B=6.0일 때 $Fr_u,\;W/y_u$와 $S_o$를 고려한 중회귀분석을 통해 off-line 저류지에 적합한 횡월류 위어의 유량계수식을 제안하였으며, off-line 저류지의 횡월류위어 설계시 활용할 수 있을 것으로 판단된다.