물관련 체계와 법.제도 개선방안

최흥식,이웅희,Choi, Heung-Sik,Lee, Ung-Hui 한국수자원학회 2013 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.46 No.1

근모량에 따른 식생호안의 전단강도와 침식특성 분석

최흥식,이웅희,Choi, Heung Sik,Lee, Woong Hee 응용생태공학회 2014 Ecology and resilient infrastructure Vol.1 No.1

본 연구는 식생호안의 안정성 평가에 중요한 인자인 식생 근모량에 따른 식생호안의 전단강도와 침식특성을 분석하였다. 식생호안의 평균근모량은 자체 제작한 채취기를 이용하여 측정하였다. 본 연구에서 사용된 식생은 식생호안에서 다소 우점종인 달뿌리풀이다. 흐름 특성별 실험결과 근모량이 증가함에 따라 토양의 전단강도가 증가함을 확인하였고, 아울러 근모량의 증가에 따라 침식율은 지수함수적으로 감소함을 확인하였다. 식생토양의 전단강도가 증가함에 따라 침식율이 지수함수적으로 감소되어 근모량에 기인한 전단강도의 증가는 침식 저항능력의 증가를 가져왔다. 아울러 근모량에 따른 전단강도와 침식율의 상관분을 실시하여 높은 상관계수를 가진 식을 제시하였다. 식생을 가진 호안의 수리적 안정성에는 근모량의 증가에 의한 전단강도와 유수의 특성인 Froude수에 지배적임을 확인하였다. This study analyzed shear stress and erosion characteristic of a vegetated levee embankment with root fiber quantity, which is an important factor for evaluating the stability of it. The averaged root fiber quantity in a vegetated levee revetment was measured by the sampler manufactured by this research. The Phragmites Japonica Steud which is somewhat dominant species in a vegetated levee embankment was selected as an experimental vegetation. As a result of experiment of each flow regime, the shear stress was increased while root fiber quantity was increased and the erosion rate was exponentially decreased as the root fiber quantity was increased. The erosion rate was exponentially decreased as the shear stress was increased which is shown that the increase of shear stress by root fiber quantity results in the increase of erosion resistance in a vegetated soil. The relationship between shear stress and erosion rate with root fiber quantity were analyzed and their regression equations were suggested with high determination coefficients. The hydraulic stability is governed by the increase of shear stress by root fiber quantity and the Froude number of flow characteristic in a vegetated levee revetment.

조도보정 블록 수로에서의 조도계수 추정

최흥식,김시훈,Choi, Heung Sik,Kim, Si Hoon 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.1

A volume density of roughness correction blocks in a channel is defined and the corresponding roughness coefficient(n) is estimated by analyzing the diverse hydraulic characteristics of VR, the product of the average velocity and the hydraulic radius, block Reynolds number ($Re^*$), drag coefficient ($\acute{C}_D$), and the roughness coefficient ($n_b$) of bottom shear. The increase of VR and block Reynolds number causes the exponential decrease of roughness coefficient converged to a constant value as expected. The drag coefficient also exponentially decreases as block Reynolds number increases as well. The drag force is governed by the block shape defined by volume density in high block Reynolds number of turbulent flow region. For more accurate estimation of roughness coefficient the use of the correlation equation of it is required by block Reynolds number and volume density. The regression equations for n-VR, $\acute{C}_D-Re^*$, and $n_b-\acute{C}_D$ are presented. The regression equations of roughness coefficient are also presented by block Reynolds number and volume density. The developed equation of roughness coefficient by block Reynolds number and volume density has practical use by confirming the coincidence between the experimental results and the results of HEC-RAS using the developed equation. 본 연구는 조도보정 블록수로에서의 체적밀집도를 정의하고, 평균유속(V)과 수리반경(R)의 곱인 VR, 블록 Reynolds수($Re^*$), 항력계수($\acute{C}_D$) 및 바닥전단특성의 바닥조도계수($n_b$)를 분석하여 조도계수(n)를 산정하였다. VR과 블록Reynolds수가 증가함에 따라 조도계수가 감소하여 일정함에 수렴하는 경험적인 양상을 확인하였다. 블록Reynolds수의 증가에 따라 항력계수는 감소하여 일정한 값에 수렴하는 것으로 나타났다. 블록Reynolds수가 큰 난류구간에서는 항력계수는 밀집도로 정의한 조도블록의 형상에 지배적임을 볼 수 있다. 정확한 조도계수의 산정을 위해서는 블록Reynolds수와 체적밀집도에 의한 상관식의 개발이 요구된다. n-VR, $\acute{C}_D-Re^*$, $n_b-\acute{C}_D$상관에 대한 관계곡선식을 제시하였다. 조도계수를 산정할 수 있는 블록Reynolds수와 체적밀집도와의 상관관계식을 제시하였다. 실험결과를 토대로 블록Reynolds수와 체적밀집도에 의한 조도 계수 산정식을 이용한 HEC-RAS의 수리특성 분석결과는 실험결과와 잘 일치함을 보여주어 산정한 조도계수 추정식의 적용성을 확인하였다.

합류부 하상고 불일치에 의한 두부침식 및 분리구역 특성분석

최흥식,모선재,이삼희,Choi, Heung Sik,Mo, Sun Jea,Lee, Sam Hee 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.11

본 연구는 지류의 합류각, 지류와 본류의 유량비, 준설 깊이비의 변화에 따른 지류에서의 두부침식 양상과 합류부 이동상 하도에서의 분리구역의 특성을 분석하였다. 분리구역은 지류가 합류되어진 직후 단면에서의 유속이 0(영)인 구간으로 정의하였다. 준설 깊이에 따른 두부침식이 발생치 않은 범위를 제시하였다. 합류각, 유량비, 준설 깊이비 증가에 따른 두부침식 깊이비 및 천급점의 이동거리비는 전반적으로 증가하였으며, 천급점의 이동거리비의 관계식을 제시하였다. 이동상 하도에서의 유량비와 합류각 증가에 따른 분리구역의 길이비 및 폭비는 고정상 하도에서와 같은 양상으로 증가하였다. 준설 깊이비 증가에 따른 분리구역의 길이비는 감소하고 폭비은 증가하여 형상지수는 크게 증가하여 통수단면의 감소로 배수위 현상이 기대된다. 고정상 하도와 이동상하도에서의 합류각, 유량비, 준설 깊이비에 따른 형상지수 관계식을 제안하였다. The pattern of headward erosion at tributary and the separation zone formation in a loosed bed at confluence according to the confluence angle, discharge ratio, and dredging depth ratio have been analyzed. The separation zone is defined the inside of zero velocity boundary at downstream of confluence. The limit of separation zone occurrence is presented with dredging depth ratio. The propagation length of knickpoint increases as the confluence angle, discharge ratio, and dredging depth ratio increase in general and its regression equation has been suggested. The length and width ratios of separation zone in a loosed bed increase as discharge ratio and confluence angle increase as well as in a fixed bed. The length ratio decreases and the width ratio increases as dredging depth ratio increases results in great increase of shape factor and backwater rise by the conveyance reduction at confluence. The regression equation of shape factor with confluence angle, discharge ratio, and dredging depth ratio has been suggested.

하천구조 개선에 따른 어류 서식적합도와 물리적 교란의 상관분석

최흥식,이웅희,Choi, Heung Sik,Lee, Woong Hee 응용생태공학회 2015 Ecology and resilient infrastructure Vol.2 No.1

본 연구는 어류서식적합도 향상을 위해 유전자알고리즘을 이용한 하천의 구조개선 방안을 제시하였다. 하천구조 개선에 의한 수리특성의 변화에 따른 어류 서식적합도와 물리적 교란양상과의 상관특성을 분석하였다. 원주천의 하천 환경조사와 어류의 군집특성을 이용하여 수중 생태계를 대표할 수 있는 복원 목표어종으로 참갈겨니를 선택하였다. 참갈겨니의 서식적합지수를 사용한 서식적합도 분석은 PHABSIM 모형을 이용하였다. HEC-RAS를 이용한 수리특성 분석과 하천교란 평가방법을 이용하여 물리적 교란평가를 수행하였다. 서식적합도 향상을 위한 최적의 저수로 폭의 개선방안을 제시하였다. 하천구조의 개선에 의한 수리특성의 변화에 따른 서식적합도와 물리적 교란의 상관성을 분석하여 어류 서식적합도와 물리적 교란 평가점수의 향상이 있음을 확인하였다. 서식적합도 향상을 위한 하천의 구조 개선은 물리적 교란의 평가점수의 향상을 가져옴을 확인하였다. In this study, an optimal improvement method of stream channel structure is presented for the enhancement of fish habitat suitability by genetic algorithm. The correlation between fish habitat suitability and physical disturbance in stream is analyzed according to the changes of hydraulic characteristics by channel structure rehabilitation. Zacco koreanus which is an indicator fish of the soundness of aquatic ecosystem was selected as a restoration target species by investigating the community characteristics of fish fauna and river environments in Wonju stream. The habitat suitability is investigated by PHABSIM with the habitat suitability index of Zacco koreanus. Hydraulic analysis by HEC-RAS and physical disturbance evaluation in stream are carried out. The optimal channel width modified for the enhancement of fish habitat suitability is provided. The correlation analysis between habitat suitability and physical disturbance with the change of hydraulic characteristics by channel modification showed that the proper channel modification enhanced fish habitat suitability and mitigated physical disturbance in the stream. The improvement of physical disturbance score by the channel structure rehabilitation for the enhancement of fish habitat suitability was confirmed in this study.

합류부 하상고 불일치에 의한 분리구역 특성분석

최흥식,모선재,Choi, Heung Sik,Mo, Sun Jea 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.8

합류부에서의 지류의 합류각, 지류와 본류의 유량비에 추가하여, 본류 준설에 의한 하상고 불일치에 따른 다양한 양상의 분리구역의 특성을 CCHE2D 모형을 사용하여 분석하였다. 분리구역은 지류가 합류되어진 직후 단면에서의 유속이 0(영)인 경계로 정의하였다. 합류각 $30^{\circ}$ 이하에서는 분리구역이 형성되지 않았다. 유량비와 합류각 증가에 따른 분리구역의 크기는 일반적으로 증가하는 양상으로 나타났다. 준설 깊이비 증가에 따른 분리구역의 크기는 합류부 수용체의 증가에 기인한 지류에서의 상대적인 운동량의 감소로 인하여 감소되었다. 유량비와 합류각의 변화에 따른 분리구역의 수축지수를 규명하였고, 통수기능의 저하에 따른 배수영향을 확인하였다. 합류각, 유량비, 준설 깊이비에 따른 분리구역의 형상지수의 관계식을 제안하였다. The diverse patterns of separation zone according to the marked bed discordance by dredging at confluence in addition to the confluence angle of tributary and discharge ratio between tributary and main channels have been analyzed by CCHE2D model simulation. The separation zone is defined by inside of zero velocity boundary at down-stream of confluence. The separation zone dose not formed at the $30^{\circ}$ of confluence angle of tributary. The size of separation zone increases as the discharge ratio and confluence angle increase in general. The separation zone decreases as the dredging depth increases which shows the relative momentum reduction compared by the flow volume increasing by dredging at confluence. The contraction factor with the variation of confluence angle and discharge ratio has been investigated and confirmed the corresponding conveyance decreasing results in backwater effect. The regression equation of shape factor with confluence angle and discharge and dredging depth ratios has been suggested.

보의 설치에 따른 하상변동과 물리적 교란평가 분석

최흥식,이웅희,Choi, Heung Sik,Lee, Woong Hee 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.4

The hydraulic characteristics and the patterns of riverbed change had been analysed by HEC-RAS simulation in a reach of Cheong-mi river with and without weir. The corresponding physical disturbance had been evaluated with the method suggested by K-water (2008). The occurrences of low physical disturbance score coincide with the corresponding high bed changes by weir installation. The effects of physical disturbance coincide with the patterns of riverbed change along river reach which shows riverbed change is the important factor to physical disturbance. In case of installation of additional weirs at up and down stream sections of no disturbance effect by the existing weir, no physical disturbances occur in certain sections with confirming the appearance of the similar disturbance scores between the simulation results of with and without additional weir installations. In case of installation of additional weirs at up and down stream sections of disturbance effect margins by the existing weir, physical disturbances occur at every section. In case of installation of additional weirs at up and down stream sections within disturbance effect by the existing weir, low physical disturbance scores are given at every section because of superposition of disturbance along river reach. The physical disturbance would be minimized such that the additional weir is installed with sufficient distances of no disturbance and bed change effects along river reach. 청미천의 일부구간을 대상으로 HEC-RAS를 이용하여 보의 설치 유무에 따른 수리 및 하상변동 특성을 분석하였다. 한국수자원공사(2008)에서 제시한 방법을 이용하여 물리적 교란을 평가하였다. 보의 설치에 따른 하상변동이 큰 구간에서의 물리적 교란점수는 낮게 나타났다. 보의 설치에 따른 하상변동과 그에 따른 물리적 교란영향 범위는 거의 일치하여 하상변동은 하천에서 물리적 교란을 야기하는 중요한 인자임을 확인하였다. 기존 보에 의한 교란의 영향이 없는 상류와 하류 지점에 추가적인 보를 설치할 때는 일정구간에 보의 설치 이전과 유사한 교란점수로 나타나 추가적인 하천교란이 발생하지 않았다. 교란의 영향범위 상류와 하류의 끝단에 추가적인 보를 설치한 경우 전 구간에 걸쳐 교란의 영향 나타났다. 물리적 교란 영향범위가 중첩되도록 상류와 하류에 추가적인 보를 설치한 경우 물리적 교란양상의 중첩으로 전 구간의 교란점수는 매우 낮게 나타났다. 따라서 하천에서 보의 설치는 하상변동과 교란의 영향범위보다 충분히 떨어진 위치에 설치할 때 하천의 물리적 교란을 최소화할 수 있다.

섬강시험유역에서 SWAT-CUP을 이용한 SWAT모형 매개변수 추정

최흥식,Choi, Heung Sik 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.2

본 연구는 준분포형 강우-유출 모델인 SWAT 모형을 섬강시험유역에 적용하였다. 대상기간 강우-유출모의에 앞선 선행모의 기간에 따른 유출량의 변화는 나타났지만 선행모의 기간에 따른 총 유출량의 변화는 크지 않았다. 선행모의의 필요성은 없는 것으로 판단된다. 토양이용도 사용층의 개수에 따른 총 유출량의 변화가 다소 있었지만, 층수의 사용개수에 따른 총 유출량의 변화는 크지 않았다. 유출량을 지배하는 7가지 매개변수(CANMX, $CN_2$, ESCO, GW_REVAP, SOL_ALB, SOL_AWC, SOL_K)의 확인과 민감도 분석을 실시하였다. SWAT-CUP 모형의 SUFI-2 알고리즘을 이용하여 SWAT 모형의 최적매개변수를 도출하였다. 모의값과 실측값과의 비교분석결과 NS, $R^2$은 각각 0.92, 0.98로 잘 일치하는 것으로 나타났다. 모형의 불확실도를 나타내는 지표 P-factor와 R-factor는 각각 0.85, 0.06으로 모형의 신뢰성이 높게 나타났다. SWAT-CUP의 SUFI-2에 의해 산정한 매개변수의 적용결과에서 RMSE의 개선이 있어 모형의 적용성이 높은 것으로 판단된다. The semi-distributed rainfall runoff model of SWAT is applied to the Seom-river experimental watershed. The simulations of various antecedent periods before the targeted simulation periods of 2002 to 2009 are not necessary despite of the slight appearance of corresponding changes in simulated total runoff. The simulated results of total runoff by using various numbers of soil layer maps have little differentiated nevertheless the slight changes in simulated results have been appeared. The 7 parameters of CANMX, $CN_2$, ESCO, GW_REVAP, SOL_ALB, SOL_AWC, and SOL_K greatly govern the rainfall runoff are confirmed and their sensitivity analyses have been carried out. The optimal parameters used in SWAT are derived by SUFI-2 of SWAT-CUP. The NS and $R^2$ are 0.99 and 0.98, respectively which is shown the good agreement between the observed and the simulated results. The uncertainty factors of P-factor and R-factor are 0.85 and 0.06, respectively which is also shown the high efficiency of the model. The high applicability is also shown with improving the RMSE in SWAT model simulation using the parameters estimated by SUFI-2 of SWAT-CUP.

원주천의 어류군집 건전화를 위한 하도의 서식구조 특성분석

최흥식,최준길,Choi, Heung Sik,Choi, Jun Kil 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 B Vol.29 No.3B

원주천 수환경과 어류군의 조사연구를 기초로 하여 표본 집단 사이의 유사지수를 파악하고 UPGMA 분류법을 사용한 어류군집의 cluster분석을 실시하였다. 원주천의 상류, 중류, 하류의 복원을 위한 지표어종으로 독중개, 갈겨니, 피라미를 선택하였다. 서식환경 향상으로 하수관거의 재정비와 유역관리를 분석을 통한 갈수유량 증대와 그에 따른 수질향상을 분석하였다. 원주천 중류의 복원목표 어종으로 갈겨니를 선택하여 복합 서식적합도를 분석하였다. 갈수유량의 증가는 서식적합도 향상에 매우 중요한 것으로 나타났다. 저수로의 변경에 따른 수심과 유속의 변화가 복합서식적합도의 향상을 가져오지만 지배적인 변수는 아닌 것을 확인하였다. 갈수유량의 증가와 더불어 저수로 폭을 10%씩 줄인 결과는 초기 복합서식적합도 0.1~ 0.25에서 0.37~ 0.78로 약 3배 이상의 향상을 가져와, 이를 원주천 어류군집의 서식 적합한 하천구조 개선방안으로 제시하였다. Similarity indices between sampling sites are calculated and cluster analysis of fish community is carried out by UPGMA based on investigating fish fauna and water environment. The restoration indicators as target species of Wonju stream are selected Cottus poecilopus, Zacco temmincki, and Zacco platypus along upper, middle, and lower streams, respectively. For better habitat suitability, low flow increasing and induced water quality improving must be secured by sewer system rearrangement and watershed management. Composite habitat suitability of Zacco temmincki as target species at middle stream of Wonju stream improve significantly by low flow increasing, which is very important factor to improve habitat suitability. The changes of hydraulics of depth and velocity govern the habitat suitability in general, but the effects are not significant. Low flow increasing with the change of 10% reducing of lower channel improves the composite habitat suitability of 0.37~0.78 to their origin of 0.1~0.25, which represent the channel restoration scheme of Wonju stream for enhancing the habitat suitability of fish community.

홍수예·경보 조직 및 체계 분석

최흥식(Choi, Heung Sik),이웅희(Lee, Woong Hee),모선재(Mo, Sun Jae) 대한토목학회 2013 대한토목학회 학술대회 Vol.2013 No.10