혐기/호기 접촉여과대를 이용한 자연형 하천호안공법의 비점오염 저감 특성 연구

장형준,김성덕,Chang, HyungJoon,Kim, SungDuk 한국방재안전학회 2019 한국방재안전학회 논문집 Vol.12 No.1

It is an urgent issue to manage and reduce non-point pollution sources for improving the water quality of stream and lakes in rural areas. In this study, in order to reduce non-point pollution sources in rural area, Gabion mattresses was proposed to provide protection of riverbanks with anaerobic and aerobic area. The utilization of this was assessed by lab scale model test and pilot plant test. After filling the inside of the gabion mattresses with aggregate, the filtration zone under anaerobic and aerobic conditions was formed to treat the contaminants. In addition, vegetation was deposited on the surfae of the gabion to prevent the inflow of soil and to promote purification by the plant. COD and nitrogen content (T-N, $NH_4{^+}$, -N, $NO_3{^-}N$) were monitored in model and field tests. The lab scale model test showed removal efficiency of 17% of TCOD, 35% of SCOD, 14% of TN, 62% of $NH_4{^+}$, -N, and 33% of $NO_3{^-}$ N. Also, pilot plant test showed removal efficiency of 24% of TCOD, 29% of SCOD, 47% of TN, 50% of $NH_4{^+}-N$, 33% of $NO_3{^-}$, N and 29% of TP. 농촌지역 하천이나 호소수 수질 개선을 위한 비점오염원의 관리 및 저감은 시급한 현안이다. 본 연구에서는 농촌지역의 비점오염 저감을 위하여, 개비온 매트리스호안공에 혐기/호기의 구역을 적용한 자연형 비점오염처리 하천호안을 제안하고, 이의 축소모형 실험(1/6 축적) 및 현장 적용(가로2.0 m 세로 3.0 m 높이 0.4 m의 3단 격벽의 호안)을 통하여 활용성을 평가하였다. 개비온 매트리스 내부에 골재를 채운후 차수 격벽을 설치하고, 호안 법면의 자연 경사를 활용하여 혐기/호기 조건의 여과대를 조성하여 오염물질을 다단으로 처리하였다. 또한 호안공의 표면에 식생을 활착시켜, 토사의 표면 유입을 차단하고, 추가적으로 식생에 의한 정화 기능을 도모하였다. 본 호안공의 축소모형 및 현장 적용에서의 화학적산소요구량(COD) 및 질소성분(T-N, $NH_4{^+}-N$, $NO_3{^-}-N$)의 모니터링 결과, Lab Scale에서는 TCOD 17%, SCOD 35%, TN 14%, $NH_4{^+}-N$ 62%, $NO_3{^-}-N$ 33%의 제거효율을 나타내었고, pilot plant 시운전에서는 TCOD 24%, SCOD 29%, TN 47%, $NH_4{^+}-N$ 50%, $NO_3{^-}-N$ 33%의 제거효율을 나타내었으며, pilot plant 시운전에서는 29%의 TP 제거효율도 달성하였다.

실내 모형실험을 통한 토석류 퇴적 특성 연구

장형준(Hyungjoon Chang),유국현(Kukhyun Ryou),이호진(Hojin Lee) 한국지반환경공학회 2021 한국지반환경공학회논문집 Vol.22 No.2

본 연구는 토석류의 퇴적 특성을 파악하고 소단을 설치함에 따른 토석류 피해의 저감효과를 분석하기 위해 수행되었다. 다양한 수로경사 및 토사체적농도를 고려하여 수로실험을 수행하였으며, 소단 설치에 따른 토석류 피해의 저감효과를 분석하기 위해 소단을 설치하지 않은 경우와 소단을 설치한 경우를 비교하였다. 본 연구에서는 토석류의 퇴적 특성 중 도달거리, 총 이동거리 및 이동비에 대한 분석을 진행하였다. 먼저 수로경사 변화에 따른 토석류의 퇴적 특성을 분석하였고, 토사체적농도 변화에 따른 토석류의 퇴적 특성을 분석하였다. 또한, 소단을 설치하지 않은 경우를 기준으로 소단을 설치한 경우의 퇴적 특성 변화율을 산정하였다. 실험결과, 수로경사와 토사체적농도가 토석류의 퇴적 특성에 상당한 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한, 사면에 소단을 설치할 경우 토석류의 도달거리와 이동비가 크게 감소하였으며, 총 이동거리가 증가하였다. 이는 소단을 설치하는 것이 토석류의 이동을 지연시키고, 토석류의 잠재적인 이동성을 감소시키는 것을 의미한다. 본 연구의 결과는 토석류의 퇴적 특성을 이해하는 데 유용한 정보를 제공할 것이며, 나아가 소단의 설계에 도움을 줄 것으로 기대된다. This study was conducted to understand the deposition characteristics of debris flow and to analyze the reduction effect of debris flow damage by installing a berm. Flume experiments were performed in consideration of various channel slope and volumetric sediment concontration. In order to analyze the reduction effect of debris flow damage by installing a berm, the cases of not installing a berm and the cases of installing a berm were compared. In this study, the runout distance, total travel distance, and mobility ratio were analyzed among the deposition characteristics of debris flow. First, the deposition characteristics of debris flow according to the change of the channel slope were analyzed, and the deposition characteristics of debris flow due to the change of volumetric sediment concentration were analyzed. In addition, the change rate of debris flow deposition characteristics when a berm was installed was calculated based on the case when a berm was not installed. As a result of the experiments, it was confirmed that the channel slope and volumetric sediment concentration had a significant effect on the deposition characteristics of debris flow. In addition, when a berm is installed on the slope, the runout distance and mobility ratio of debris flow are greatly decreased, and the total travel distance is increased. This means that installing a berm delays the movement of debris flow and reduces the potential mobility of debris flow. The results of this study will provide useful information for understanding the deposition characteristics of debris flow. Furthermore, it is expected to help in the design of a berm.

식생여과대를 활용한 제반보호공 실험평가

장형준(Hyungjoon Chang),이효상(Hyosang Lee),황명규(Myunggyu Hwang),김성구(Sunggu Kim) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2015 No.09

산지 유역의 유출해석을 위한 강우-유출 모형의 적용-금강

장형준(Hyungjoon Chang),이효상(Hyosang Lee),성선경(Seonkyeong Seong),김성덕(Sungduk Kim),이호진(Hojin Lee) 한국지반환경공학회 2021 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2021 No.10

청주 유역의 토지 이용 변화에 따른 첨두 유출특성의 변화

장형준(Hyungjoon Chang),이효상(Hyosang Lee),황명규(Myunggyu Hwang),김성구(Sunggu Kim) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2015 No.09

청주 무심천 유역의 기저유출특성의 변화

장형준(Hyungjoon Chang),이효상(Hyosang Lee),황명규(Myunggyu Hwang),김성구(Sunggu Kim) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2015 No.09

하천 세굴심 산정을 위한 교각 세굴심 산정식의 적용성 검토

민병윤,장형준,이호진,김성덕,Min, ByungYun,Chang, HyungJoon,Lee, HoJin,Kim, SungDuk 한국방재안전학회 2019 한국방재안전학회 논문집 Vol.12 No.1

교량을 건설함에 있어 물의 흐름에 영향을 받는 교량 하부 구조물에 대한 토질 및 구조역학적 기초 분석은 충분하지만 수리현상으로 발생하는 세굴의 안정성 검토는 미흡한 실정이다. 또한 교각세굴심 산정에 있어 해외 교각세굴심 산정식을 활용하고 있기에 국내 하천의 유역 특성을 반영한 교각세굴심을 정도 높게 산정하는데 미흡하다. 본 연구에서는 현재 우리나라 하천설계 기준에 적용되고 있는 CSU(1993)공식 뿐만 아니라 세굴심 산정에 있어 불확실성을 고려하기 위하여 다른 교각 세굴심 산정식을 추가로 적용하여 세굴심을 산정한 후 각각의 공식들 간에 적용성을 검토하였다. 검토 결과 기존 사용되고 있는 9개의 교각세굴심 산정식으로 산정된 교각 세굴심 깊이와 수리 모형실험을 바탕으로 측정된 세굴심과 비교하였을 경우 SSE(%)는 최소 2.08%, 최대 91.23%, SSEn(%)은 최소 0.19%, 최대 415.91%의 차이를 보이고 있음을 확인하였다. 그 결과, 교각세굴심 산정식 간에도 많은 차이가 있음을 확인하였다. 본 연구의 결과는 향후 하천설계에 있어 정도 높은 세굴심을 산정함에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. The basic analysis of Soil and structural mechanics for the bridge substructure affected by the flow of water is sufficient in the construction of such bridges, but the stability of scour resulting from hydraulic phenomena is insufficient. In addition, it is not enough to estimate the scour depth of the bridge which reflects the watershed characteristics of the domestic river because it uses the formula for calculating the scour depth of the overseas piers in calculating the scour depth of the bridge. In this study, the application of the CSU (1993) formula, which is currently applied to the national river design criteria, was reviewed between the two formulas after calculating the scour after calculating the scour by applying another bridge deck scour calculation formula to take into account the uncertainty in the calculation of scour. In this study, in addition to the CSU (1993) formula, which is currently applied to Korean river design criteria, another scour depth calculation formula is applied to calculate uncertainty in scour depth calculation, was reviewed between the two formulas. The review confirmed that the SSE (%) showed a difference of at least 2.08%, up to 91.23%, and SSEn(%) at least 0.19%, up to 415.91%, when compared to the measured depth of the pier based on the hydraulic model experiment and the depth of the pier calculated with the nine scour depth formulas in use. In other words, it is confirmed that there are many differences between the scouring formulas of piers. The results of this study are expected to be used to estimate scour depth in future river design.

실내 모형실험을 통한 토석류 흐름 특성 연구

유국현(Kukhyun Ryou),장형준(Hyungjoon Chang),이호진(Hojin Lee) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.4

최근 기후변화의 영향으로 집중호우의 발생빈도가 증가하여 많은 양의 토석류가 발생하고 있다. 본 연구의 목적은 수로경사와 토사체적농도의 변화에 따른 토석류의 흐름 특성을 파악하고, 소단의 설치가 토석류 흐름 특성에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 본 연구에서는 실내 모형실험을 통해 토석류의 흐름 특성 중 유속, 흐름 깊이, Froude 수, 흐름저항계수를 산정하였으며, 소단의 영향을 확인하기 위해 소단을 설치하지 않은 직선수로와 소단을 설치한 1단 수로의 실험결과를 비교하였다. 실험결과, 수로경사가 토석류의 유속과 흐름 깊이에 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 토사체적농도가 토석류의 유속, 흐름 깊이, Froude 수 및 흐름 저항계수에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한, 소단을 설치함에 따라 토석류의 유속과 흐름 깊이가 최대 26.1%, 71.2%씩 감소하는 것을 확인하였다. 이는 소단을 설치하는 것이 토석류의 유속을 감소시켜 토석류의 이동성과 운동에너지를 감소시키는 것을 의미한다. 본 연구의 결과는 토석류의 흐름 특성을 파악하는 데 유용한 정보를 제공하며, 사면에서 소단의 효용성에 대한 정보를 제공한다. Recently, the frequency of torrential rain is increasing due to climate change, which causes a large amount of debris flows. The purpose of this study was to understand the flow characteristics of debris flow according to the change in channel slope and volumetric sediment concentration and to analyze the effects of a berm on the flow characteristics of debris flow. The flow characteristics of debris flow, such as flow velocity, flow depth, Froude number, and flow resistance coefficients, were calculated using laboratory tests. The effect of a berm was analyzed by comparing the experimental results of a linear channel with those of a one-stepped channel. The results showed that the channel slope affected the flow velocity and flow depth, and the volumetric sediment concentration affected the flow velocity and flow depth, Froude number, and flow resistance coefficient. Moreover, as a berm was installed, the flow velocity and flow depth decreased by up to 26.1% and 71.2%, respectively. This means that installing a berm reduces the flow velocity, thereby reducing the mobility and kinetic energy. These results provide useful information to understand better the flow characteristics of debris flow and the effectiveness of a berm.

토석류 재해발생 시 레질리언스 강화를 위한 연구

김성덕(Sungduk Kim),이호진(Hojin Lee),장형준(Hyungjoon Chang),도현승(Hyonseung Dho) 한국지반환경공학회 2021 한국지반환경공학회논문집 Vol.22 No.8

지구 온난화로 인한 기후변화는 슈퍼 태풍의 발생빈도를 높이고 산지에서 토석류와 같은 다양한 형태의 토사재해를 야기한다. 본 연구는 태풍 등급에 따른 토석류 발생량 및 강우특성의 가중치에 따른 토석류 거동을 평가한 것이다. 토석류 해석은 시간 변화에 대한 유한차분법을 적용하였다. 태풍의 범주가 클수록 토석류 유량의 peak 값이 크고 도달시간도 빠르게 나타났다. 강수특성 가중치가 큰 경우 fluctuation 진폭이 크고 밴드폭이 넓게 나타났다. 경사면의 각도가 큰 경우 2~2.5배 이상 상승하였고, 토석류 유량의 fluctuation의 변동성이 확대되었다. 토석류의 유속은 모두가 급속도(Very rapid)에 해당하는 클래스에 속하였고, 토석류의 침식 또는 퇴적 속도의 분포는 초기부터 침식의 크기가 커졌으며 대규모의 침식이 발생하고 하류로 유하하는 것을 나타냈다. 이상에서 본 연구의 결과는 토석류 재해의 예측 및 구조물적 대책, 재해 취약지역에서 레질리언스 강화를 위한 대책을 세우는 데 중요한 정보를 제공할 것이다. Climate change caused by global warming increases the frequency of occurrence of super typhoons and causes various types of sediment disasters such as debris flows in the mountainous area. This study is to evaluate the behavior of debris flow according to the multiplier value of the precipitation characteristics and the quantity of debris flow according to the typhoon category. For the analysis of the debris flow, the finite difference method for time elapse was applied. The larger the typhoon category, the higher the peak value of the flow discharge of debris flow and the faster the arrival time. When the precipitation characteristic multiplier is large, the fluctuation amplitude is high and the bandwidth is wide. When the slope angle was steeper, water discharge increased by 2~2.5 times or more, and the fluctuation of the flow discharge of debris flow increased. All of the velocities of debris flow were included to the class of “Very rapid”, and the distribution of the erosion or sedimentation velocity of debris flows showed that the magnitude of erosion increased from the beginning, large-scale erosion occurred, and flowed downstream. The results of this study will provide information for predicting debris flow disasters, structural countermeasures and establishing countermeasures for reinforcing resilience in vulnerable areas.

수제형상에 따른 흐름 특성 분석

노해민(Haemin Noh),이호진(Hojin Lee),김성덕(Sungduk Kim),장형준(Hyungjoon Chang) 한국지반환경공학회 2021 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2021 No.10