We performed water analysis at the water quality measuring points of Gap Stream and Youdenug Stream to examine the water quality impact by the Youdeung Stream inflow to Gap Stream Lake Park due to moving of movable weir. As analytical results, the SS concentration was found to be high during a rainy season, but during a dry season COD and TP concentrations were found to be high. Especially, the TP was higher after the moving of movable weir. From the measuring results of sediments of Gap Stream Lake Park, the concentration of organic matter due to the decrease of flow rate of water was higher than a non-freshwater period, and the downstream concentration of organic matter was found to be higher than the upstream of Lake Park during a fresh water period. The analytical results of water quality for the inflow of Yudeung Stream for maintaining utility water of Daejeon Stream showed no concentration difference according to the points in organic matters and nutrient salts, but the COD and SS concentrations were found to be partially high in the Okgye Bridge outfall. In case of heavy metals they were not mostly detected, so their effects were not high.

본 연구에서는 실내실험을 통하여 개량형 공압식 가동보를 대상으로 보의 기립각도를 고려한 유사의 퇴적과 델타의 발달 과정을 파악하였다. 가동보 상류에서 유입되는 유사는 배수의 영향으로 유속이 느려지면서 퇴적이 되고 델타가 형성되며 하류로 이동하였다. 각 실험조건에 대하여 시간에 따른 델타의 이동속도는 델타는 시간이 지나면서 현저하게 감소하고, 보에 접근하였다. 무차원 델타의 높이(hd/h)가 증가할수록 무차원 델타의 이동속도(SD/V0)는 감소하였다. 따라서 델타의 높이(hd)가 증가할수록 수심(h)은 감소하였다. 델타의 유효높이(hw)가 크기 때문에 델타의 체적 (VxD)은 증가하지만 배수(backwater)의 영향을 받아 델타의 이동속도(SD)와 퇴적량은 감소하였다. 수로 경사가 일정할 때, 보의 높이(W)가 클수록 델타체적(VxD)이 증가하고, 델타의 전면부 길이비(hd/△S)는 1에 가깝다. 같은 유량조건인 경우에 가동보의 기립 각도가 가장 클 때, 시간당 델타의 퇴적량(Qs)은 가장 작았다. 따라서 보의 높이(W)가 클수록 델타의 발달을 억제할 수 있는 효과가 크다.

본 연구에서는 실내실험을 통하여 개량형 공압식 가동보를 대상으로 수로경사 변화를 고려한 유사의 수리학적 발달 과정을 분석하였다. 분석결과 보에 의하여 형성된 델타는 시간이 증가함에 따라 하류로 이동하며, 델타높이(hd)는 증가하였다. 또한 보에 도달 할수록 흐름이 약해지면서 델타의 이동속도(SD)는 감소하였다. 무차원 델타 위치(xD/x)가 증가할수록 무차원 델타의 유효높이(hd/hw)와 무차원 저수지 용량(VxD/Vx)이 증가였다. 따라서 동일한 조건에서 수로경사(i)가 완만할수록 델타의 퇴적량(QS)이 감소하게 되며, 델타의 체적(VxD) 발달에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 통수 초기 델타의 전면경사가 완만하며, 델타가 하류로 이동할수록 델타의 전면경사는 증가하였다. 또한 수로경사(i)가 완만할수록 델타의 전면부 길이 비(hd/△S)는 1에 가까워지고, 무차원 델타의 높이(hd/h)와 무차원 델타의 이동속도(SD/V0)가 감소하였다. 델타의 높이(hd)가 증가할수록 수심(h)은 감소하였으며, 보에 접근하는 유속(V0)과 델타의 이동속도(SD)도 감소하였다.

치성천의 홍수범람이 빈번하게 발생하는 구간을 대상으로 하단배출형 가동보를 다단으로 배치하여 가동보의 관리수위별 저류 및 홍수조절 효과 를 기존 고정보의 설치 경우와 비교분석하였다. 분석 결과를 기반으로 인공신경망 모형을 구축하여 목표하는 저류량과 하류부 홍수위 조절을 위한 가동보의 관리수위를 제안하였다. 하단배출형 가동보를 다단으로 배치할 경우 고정보 대비 하류부에서의 첨두 홍수위가 68.28%가 감소하였고, 대상구간의 총 저류량이 216%가 증가하였다. 인공신경망 학습모델의 구축을 위해 수치모의 결과 216개의 data 중 60%, 20%, 20%를 각각 학습, 검증 및 시험에 사용하였다. 학습결과 평균제곱오차가 0.1681 m2, 결정계수가 학습, 검증 및 시험에서 각각 0.9961, 0.9967, 0.9943으로 높게 나타났다. 인공신경망을 이용하여 목표하는 저류량과 하천의 하류부에서의 홍수위에 대한 각각 가동보의 관리수위의 결정방안을 제시하였다

본 연구에서는 개량형 공압식 가동보를 대상으로 가동보의 기립 각도변화에 따른 잠김흐름 특성을 분석하고 유량계수를 산정하였다. 실험결과, 위어마루에서 하류수면까지의 높이와 위어마루에서 상류 수면고 높이의 비()에 대한 유량감소계수()의 변화는 가1에 가까울 수록 감소하였다. 따라서 보 하류에서의 수심은 상류보다 작지만 보를 통과하는 흐름으로 인해 하류 유속이 빠르게 나타났으며, 유량이 증가할수록 상·하류 수위차는 감소하는 것으로 나타났다. 또한 같은 유량조건인 경우 하류수두는 가클수록 크게 증가하였다. 개량형 공압식 가동보의 잠김흐름 유량계수는 가동보의 물리적 제원보다는 상류 접근흐름수두와 상·하류 흐름조건에 의하여 결정되었

본 연구에서는 실내실험을 통하여 국내 중 소하천에 가장 많이 설치되고 있는 개량형 공압식 가동보를 대상으로 다양한 유량 변화에 대한 흐름특성을 분석하고, 유량계수산정식을 도출하였다. 실험결과, 가동보 기립각도에 따라 월류유량계수 (Cd)의 값은 0.613~0.634로 산정되었으며, 상류 Froude number (Fr1), 상대위어길이(ξ), 전수두비(H1/W), 상류수심과 위어마루를 월류하는 수심의 비(yc/y1)는 상류의 영향을 받으며 하류 Froude number (Fr2), 하류수심과 위어마루를 월류하는 수심의 비(yc/y2)는 하류의 영향을받아 변화하였다. 상 하류수위차와 하류수심의 비(Δy/y2)는 상 하류의 영향을 모두 받아 변화되는 특성을 보여주었다. 주요 영향변수를 고려하여 다중회귀분석에 의한 유량계수산정식을 도출한 결과, 개량형 공압식 가동보의 월류유량계수는 상류흐름 조건이 상류일 때, 가동보의 높이 즉, 기립각도에 따른 물리적 제원과 상류 접근흐름수두의 조건에 의하여 결정되는 것으로 나타났다.

하천에서 보는 일반적으로 수위를 조절하거나 용수공급 등 물을 이용할 목적으로 하천을 횡단하여 설치한다. 보는 높이가 고정된 고정보와 조절되는 가동보가 있다. 기존에 설치되어 있는 고정보는 콘크리트 형태로 보 하단에 흐름의 절체를 유발시켜서 수질을 악화시키고 어류의 이동을 단절시키는 등 환경 문제를 일으키고, 보 상류에 토사의 퇴적에 의한 상류의 수위 상승에 의하여 내수침수를 일으키는 등 치수적으로 문제를 일으키고 있다. 최근에 하천환경에 대한 관심이 늘어나면서 기존의 고정보의 문제점을 보완하기 위하여 다양한 방식의 가동보가 개발되고 있다. 그 중 국내 중소하천에 설치되고 있는 가동보의 주요 방식은 크게 개량형 공압식 가동보, 고무보, 유압식 가동보, 유선형 자동보로 분류된다. 그러나 이러한 가동보에 대한 흐름특성 및 정확한 유량을 추정하기 위한 유량계수 산정에 대한 연구가 거의 진행되고 있지 않으며, 실제 현장에서 적용가능한 가동보의 설계 및 월류량을 추정하는데 많은 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 실내실험을 통하여 수쉬감지에 의한 자동 기립 및 전도가 가능하고, 저층수배출 장치를 통한 가동보 상류의 수질악화 방지로 중소하천에 가장 많이 설치되고 있는 개량형 공압식 가동보를 대상으로 다양한 유량변화에 대한 흐름특성을 분석하였다(그림 1과 그림 2). 길이가 12 m, 폭 0.6 m, 높이 0.5 m인 가변형 경사 수로를 이용하였으며, 실험이 진행되는 동안 하류단 수위조건은 등류수심을 유지하였다. 하상경사는 국내 중쇼하천의 경사도 분석을 통해 1/1000로 하였으며, 가동보 기립각도를 5가지(완전도복인 5, 30, 40, 50, 60도)로 구분하여 실험하였다. 다양한 실험조건에 대한 수위-유량관계곡선식을 개발하였으며(그림 3), Froude 상사법칙에 따라 흐름에 영향을 주는 주요 매개변수에 흐름특성을 분석하였다. 가동보 기립각도에 따라 유량계수(Cd)값은 0.61~0.75로 산정되었으며, 각도별로 상대위어길이가 증가하면 Cd값이 감소하는 경향을 보였다. 그러나 기립각도와 상하류수심간의 관계에서는 yc/y1값과 yc/y2값, F2가 증가하면 Cd값은 증가하였다.

본 연구에서는 보형식에 따라 발생되는 수리학적 현상을 분석하기 위하여 수리실험을 수행하였으며, 보 형식은 월류형 고정보와 하단방류형 가동보를 대상으로 하였다. 두가지 다른 형식의 보에서 발생하는 도수를 포함한 직하류 흐름 특성을 비교하고, 하단방류형 가동보를 설치할 경우 발생되는 직하류부 구간의 수위, 유속 및 에너지 변화 등 수리학적 특성을 분석하였다. 또한 하단방류형 가동보 직하류에서 발생되는 흐름을 제어하기 위하여 감세공 설치 위치 및 높이의 효율성을 분석하였다. 그 결과 방류 후 보 직하류에서 하단방류형 가동보의 경우 월류형 고정보와 유사한 도수(Hydraulic jump)가 발생되는 것으로 분석되었으나, 보 직하류 사류구간의 증가로 인하여 전체적인 도수길이는 증가되는 것으로 나타났으며 이는 Froude 수에 비례하는 것으로 분석되었다. 하상에 영향을 미치는 사류구간을 줄이기 위하여 도수를 사전에 유도시키도록 감세공 설치를 검토하였으며, 감세공을 설치할 경우 미설치시보다 단위길이당 에너지 감소효과는 Froude 수가 1.7 이상에서 더 효과적인 것으로 나타났다. 감세공의 설치에 있어서 설치 높이는 에너지 감소효과에 민감한 것으로 나타났으며 본 실험 결과 감세공의 높이는 하류 자유흐름 수심의 10%에서 가장 효과가 큰 것으로 나타났다. 따라서 본 연구를 통하여 분석한 결과 하단방류형 가동보 직하류의 하상보호를 위해 도수현상의 길이를 줄이는 방법으로 효과적인 감세공 설치를 통해 에너지를 줄이는 방법을 활용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

전국 주요하천유역에 걸쳐 수행된 ‘4대강 살리기 사업’은 하천에서 발생하는 홍수 및 가뭄재해방지를 위한 다양한 공학적 노력이 시도되었다. 특히 안정적인 용수공급과 재해방지를 위한 수위확보를 목적으로 16 구간에 걸쳐서 일반적 형태의 고정보와 함께 다양한 형상과 운영방식이 적용된 가동보가 복합적으로 설치되었다. ‘4대강 살리기 사업’ 중에는 낙동강 23공구의 강정보구간을 비롯하여 한강 6공구의 강천보, 낙동강 18공구의 함안보 그리고 22공구의 달성보에 원호형태의 측면 형상을 갖는 라이징 섹터게이트(Rising sector gate)가 적용되었다. 본 연구에서는 강정보의 가동보 구간 2문 중 1문을 1/100 축척으로 모형 제작하여 가변 경사 개수로에 설치하고, 홍수 빈도별 상류 유량 조건과 하류단 수위 조건으로 케이스를 정하여 실험을 수행하였다. 실험조건은 우선 보의 운영방안에 따라 게이트의 4가지 개방도를 설정하였고, 특히 평수위조건에서는 보의 상류부에 퇴적된 퇴적물의 세척을 위한 flushing 운영개방도 포함하였다. 홍수시의 유량조건은 2년 빈도에 해당하는 유량을 수문의 비율과 상사법칙에 따라 설정하였으며 하류단 수위조건도 동일한 조건에 대한 값을 채택하여 적용하였다. 흐름특성을 파악하기 위해서 계측기기의 흐름간섭을 없애고자 비접촉식 계측방법인 PIV(Particle Image Velocimetry) 시스템을 채택하여 2차원(x-z 방향) laser sheet를 생성하고 주입된 particle에서 반사된 변위(displacement) 정보를 상호상관(cross-correlation)기법으로 유동장을 계산하였다. 또한 수리모형과 동일한 지형격자를 구축하여 3차원 CFD 프로그램인 FLOW-3D로 계산하여 결과를 비교하였다. 특히 flushing 운영방안에 대한 게이트부의 개방도를 세가지(30, 45, 60°)로 구분하여 모의하였고, 적절한 개방도의 제안을 하고자 하였다. 우선 4가지 운영방안에 대한 가동보 주변에서의 유속장을 파악하였고, 최대유속의 발생위치 변화를 확인할 수 있었다. 그리고 이에 따른 보의 바닥에서 최대유속이 발생할 경우, 하상보호공 위치와 거리 등에 대한 기존 연구와 비교해보고자 하였다. 그 결과 전체적인 흐름양상은 개방된 단면에서 매우 큰 유속과 압력이 발생하며 수문 상류부의 상단에서는 정체수역이 발생하고 연직방향으로는 회전하는 양상을 나타낸다. 또한 상류부 유량조건이 3 l/sec.의 경우에 비해 10 l/sec.의 경우에는 수문의 하류구간에서 전체적인 회전류의 형상이 나타나게 된다. 특히 하류부 수위조건이 작은 경우에 보다 큰 셀의 형상이 나타난다. 개방도를 증가시킬 경우에는 수문 배출구의 높이가 두 배 이상 증가함에 따라서 배출되는 평균유속값이 감소되고 상하류부 유속편차가 작아지는 것을 확인할 수 있다.

In this study, the movable bed model testing was carried out so as to analyze bed profile changes including predicting scouring and deposition of bed profile and to solve hydraulic problems affecting with bed and both-bank between upstream and downstream of intake weir in the Nakdong river channel. The movable bed model testing consists of fundamental test, movable model test and numerical analysis method respectively. The fundamental test was enforced to analyze relationship of discharge and sediment load in the tilting flume. When the movable model test was worked, it was shown that sediment budget between input sediment load and output sediment load was balanced exactly. As a result of movable model test, it was presented that scouring and deposition changes in quantities between the upstream and downstream of modification weir were less than those of nature and planning weir. Finally, numerical analysis method was operated by 1-dimensional bed profile changes model ; HEC-6 model so as to complement unsolving hard problems during movable model test. So, modification weir will be sustained the stable bed profile changes than any other weirs in the study channel.