저수지는 생물서식공간 및 우수 저류공간, 비상용수 확보 등 여러 기능을 하고 있다. 그러나 하천에 비하여 유속이 느리고 체류시간이 긴 저수지에서는 쉽게 유입되는 유입물이 퇴적되기 싶다. 또한 퇴적물에서의 오염물질에 따라서 쉽게 수질이 악화되며 부영양화 현상이 빈번히 나타나고 있다. 따라서 본 연구에서는 충남 아산시 탕정면 명암리에 위치한 가락바위 소류지를 대상으로 수질분석을 수행하였다. 수질분석은 국립환경과학원(2006)에서 개발한 한국형 부영양화 평가방법을 이용하여 부영양화 분석을 수행하였으며 분석결과 빈번히 과영양상태가 발생하였다. 과영양상태가 발생되는 이유는 과거 저수지 주변이 농경지로 유기물질인 비료 사용으로 인해 저수지 바닥에 퇴적된 저질이 상당히 오염되어 있어 수질이 악화 되는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 완전혼합모형 이론을 바탕으로 2013년 수질자료를 구축하였으며 구축한 결과 TN의 경우 평균 약 32.5%, TP의 경우 평균 약 32.8%의 저감능력을 보였다. 또한 2013년 수질을 예측하기 위하여 국내외 호소의 수질모의에 광범위하게 적용되고 있는 3차원 수질모델인 WASP모형에 적용하여 2013년 수질을 예측하였으며 예측결과 TN의 경우 평균 약 42.4%, TP의 경우 약 32.5%의 수질 저감능력을 보였다. 준설을 통한 수질을 저감하여 유지관리 되어 진다면 도시 내 친수공간 확보에도 큰 영향이 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 소규모 지구내 저류시설에 대한 유출저감효과를 정량화하였으며, 가용지를 대상으로 설계규모의 적정성을 평가하였다. 대상 시설에 대한 유출모의를 위해 수정합리식을 이용하였으며, 유출저감효과는 집수면의 토지피복 특성(유출계수), 강우특성(강우 재현기간, 지속기간), 저류시설의 규모(저류가능면적률, 저류한계수심)별로 정리하였다. 아울러 기성시가지 유역을 대상으로 지구내 저류시설로 활용 가능한 지역을 현장조사를 통해 살펴보았으며, 가용한 지역에 지구내 저류시설 설치시 설계규모의 적정성을 평가하였다. 본 연구의 결과는 기성시가지 유역의 제한된 여건 속에서 지구내 저류시설을 고려할 경우, 예상되는 유출저감효과를 간단히 파악할 수 있을 뿐만 아니라 적정 설계규모를 결정하는데 이용될 수 있을 것이다.

자연 상태로 존재하는 하천의 대부분은 단일 하천이 아닌 여러 개의 지류가 본류와 만나는 복잡한 연결망으로 구성되어 있다. 단일 하천에서와는 달리 합류부를 중심으로 매우 복잡한 흐름 특성 및 지형 특성을 나타내게 된다. 유입 유사로 인해 형성된 사주에는 식생의 고착화로 통수 단면적이 축소되고, 수위 상승에 따른 배수 효과도 발생되어 치수 안전도에 심각한 영향을 초래하게 된다. 이렇듯 합류부에서의 정확한 흐름 특성 및 하상 변동의 특성 분석은 본래 하천의 기능을 유지하기 위해 중요하게 고려되어야 하나 아직까지 이에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 현재 실무에서 많이 사용되는 2차원 수치모형을 활용하여 합류부의 하상변동 특성을 분석하였으며, 여러 입력변수 중 하상 변동에 큰 영향을 미칠 것으로 예측 가능한 유사 입경에 대한 연구를 수행하였다. 낙동강과 금호강의 합류부를 대상 구간으로 선정하였으며, 먼저 기본적인 유속 및 수위 등의 하도 특성량을 산정하여 합류부의 흐름 특성을 분석하고, 분석된 흐름장에 유사 입자를 입력하여 하상 변동 분석을 수행하였다. 입도분석을 통해 산정된 대상 하천의 평균입경(Case 2)과 최대 크기의 입자(Case 3：통과율 90～100%)가 하도로 유입되는 경우와 최소 크기의 입자(Case 1：통과율 0～10%)가 유입되는 경우에 대하여 하상의 변동 양상을 분석하여 실제 측량 자료와 비교하였다. 합류부에 형성된 지류사주, 정체구간 및 배수위 영향으로 합류부에 접근할수록 유속은 감소하고, 수위는 증가하는 것으로 분석되었다. 하상 변동은 Case 1이 －0.36～1.38m, Case 2는 －0.18～1.88m, Case 3에서 －0.04～1.43m 변동하는 것으로 나타났으며, 감소된 유속에 영향으로 3개의 경우에서 모두 퇴적이 우세한 특성이 나타났다. 하상에 특성 중에서 중요하게 고려되어야 할 최심 하상고의 비교에서도 같은 결과가 산정되었다. 실제 측량자료와의 비교에서는 Case 2의 평균 입경으로 모의한 결과가 가장 근접한 것으로 나타났으나, 퇴적이 우세한 특성에 비추어 다소 과대 산정되는 것을 알 수 있었다. 계속되는 연구를 통해 다양한 구간과 입경별 모의조건의 민감도에 대해서 수치모형을 검증할 필요가 있으며, 모니터링이 함께 이루어져야 할 것으로 판단된다.

현재 우리나라는 유역의 수자원 관리 방향이 각각의 하천관리 개념으로 이루어지고 있어 유역단위 홍수특성 파악 및 홍수위험도 평가가 미흡한 실정이다. 특히 구조물적 대책 및 비구조물적 대책을 통한 홍수조절 분담계획이 없고 연계대책이 미흡하며, 선개념의 홍수방어 위주 치수정책으로 인해 공간개념의 유역 홍수량 저감과 피해 저감을 위한 홍수터 관리 정책이 미흡하다. 따라서 본 연구에서는 중·소하천을 연계한 구조물적·비구조물적 치수능력 증대방안을 제시하고 구조물적 치수능력 증대방안 중 일부를 샘플유역에 적용하여 모의함으로써 그 효과를 검토하고자 한다. 중·소하천을 연계한 구조물적 치수능력 증대방안의 경우 하천정비, 하상정비, 횡단구조물개선, 우수저류시설, 강변 저류지, 고지배수로로 나누어 제시하였으며, 비구조물적 치수능력 증대방안은 홍수 예·경보, 홍수위험지역 관리, 비상대처계획, 홍수보험으로 제시하였다. 한편 성남시의 상적천-시흥천 유역을 대상으로 치수능력 증대방안을 검토한 결과 하상정비 및 횡단구조물 개선에 의해 수위가 각각 0.03~0.05m, 0.01~0.14m 가 저감되는 것으로 나타났으며, 우수저류조, 강변저류지, 고지배수로에 의해 홍수량이 각각 0.60~5.39m³/sec, 4.08~8.53m³/sec, 1.71~18.21m³/sec 저감되는 것으로 나타났다. 하상정비의 경우 샘플유역의 낮은 하상경사로 인해 큰 효과를 보지 못했으며, 강변저류지의 경우 유출체적감소로 인해 하류 상적천의 홍수유출량도 감소하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 해안과 접해있는 하천 하구부의 하상변화를 분석하기 위해 하상토의 입도분포 변화를 조사하였다. 연구 대상지역인 호산천/가곡천의 하구부는 하천 흐름에 영향을 주는 방파제가 건설되고 있고, 하구부의 개폐현상이 발생하는 지역이다. 따라서 이로 인한 하천유황의 변화가 하상변동에 영향을 끼칠 것으로 예상되며 이에 대한 조사가 필요한 실정이다. 하상변화를 관측하기 위해 각 하천 상·중·하류 지점에서 홍수기 전과 후의 하상토입도분포를 비교하였다. 홍수기 전 평수기에 하상토 시료를 채취하고 GPS로 채취지점의 좌표를 획득하고, 태풍 덴빈(Tembin)과 태풍 볼라벤(Bolaven) 그리고 태풍 산바(Sanba)가 상륙한 후 기존 채취지점의 좌표를 이용하여 하상토 시료를 재채취 하였다. 체가름실험을 통한 홍수기 전·후의 하상토 입도분포를 비교한 결과 대표단면에서의 하상변화를 일부 확인할 수 있었다. 이러한 연구결과는 하구부의 개발에 따른 상류하천의 하상변동을 예측하기 위한 기초자료로 활용될 수 있다. 또한 추후 하천의 유량관측과 더불어 하상변동에 대한 수치해석이 수행된다면 하천의 지형변화와 이로 인한 위험지역의 발생에 대해 효율적으로 대비할 수 있을 것으로 판단된다.

댐, 하수구, 지하 방수로 및 저류시설 등에는 높은 위치의 물을 낮은 위치로 이동시키기 위한 낙차 구조물(drop structure)을 자주 사용한다. 이러한 낙차 구조물은 시설 전체의 통수량을 결정하는 역할을 하기 때문에 유입된 물을 빠르고 안정적으로 아래에 연결된 다른 시설물로 흘려보낼 수 있어야 한다. 만약 낙차 구조물에 통수능 문제가 발생하면 이는 시설물 전반의 통수능 문제로 이어져 결국 홍수를 유발할 수도 있다. 낙차 구조물의 내부 흐름 효율을 증대시키기 위해서는 연직낙차부로 물을 유입시키는 유입구의 효율이 무엇보다도 중요하다. 유입구의 효율을 증대시키기 위한 방법 중에서는 와류를 발생시켜 유수의 안정성을 보장하는 방법이 있는데, 이러한 와류 생성형 유입구의 형태는 1947년 Drioli에 의해 처음 도입된 이후 현재까지 꾸준히 개발되어 사용되고 있다. 본 연구에서는 와류 유입구 중에서도 가장 많은 빈도로 사용되는 나선 형태의 와류 유입구(Spiral vortex intake)에 대하여 흐름 유도벽 등의 설계인자를 변화시키면서 수치모의를 수행하고 그 결과를 사용하여 설계인자 변화에 따른 유량 배제 효율을 평가하였다. 본 실험을 통해 1. 유입구 내부 낙차부의 에너지 감세 효율은 낙차부 길이 방향에 따른 총 수두 변화로 검토가 가능하며, 이에 따라 분석된 전반적인 경향은 유량과 수심의 증가하면 에너지 감세 효율이 감소 하는 것으로 파악되었으며, 2.나선형 와류 유입구에 별도의 흐름 유도벽을 설치했을 때 보다 유도벽을 설치하지 않는 경우에 유량의 배제 효율이 증가하는 것으로 분석되었다.

낙차 구조물에 사용되는 와류 유입구는 연직낙차부에서의 흐름이 벽면에 접하는 와류형의 유선을 형성하도록 유도한다. 이는 와류 발생에 의한 에너지 소실이 안정적인 유수의 흐름을 보장하면서 구조물 내부의 파손을 감소시키기 때문이다. 와류 흐름을 유도하기 위한 와류 유입구의 형태에는 대표적으로 원형(circular), 소용돌이형(scroll), 나선형(spiral), 접선형(tangential) 등이 있다. 이들은 모두 연직낙차부에서 와류를 형성시키는 동일한 메커니즘 가지면서도 각각의 형태가 서로 다르기 때문에 특성과 한계가 서로 상이하다. 이에 본 연구에서는 각각의 다른 와류 유입구 형태에 대하여 3차원 CFD(Computational Fluid Dynamics)를 이용하여 수치모의를 수행한 뒤 실험식에 근거해 유도된 유량과 수치모의 결과에서 산정된 유량을 비교, 도시하고 와류 유입구의 형태별로 유황을 분석한 뒤, 이를 종합하여 와류 유입구의 종류별 특성으로 정리하였다.

최근 기후변화에 의한 기상현상은 국지성 집중호우, 돌발홍수 등을 발생시켜 많은 인명과 재산의 피해를 가져오고 있다. 이로 인해 기록적인 폭우의 발생이 증가되고 있으며, 도시지역은 도시개발로 인해 자연공간이 감소하여 개발 전 지표면이 가지고 있던 유역 내 저류 및 지연효과가 현저하게 감소하고 시가지의 확대와 도로포장 등 유역 내 불투수층의 증가로 인하여 홍수유출량과 첨두유출량이 점차 증가되고 있고 유출 출구점까지의 도달시간은 자연유역에 비해 현격하게 짧아져 자연하천 유역과는 다른 수문학적 특성을 가진다. LID 기법은 ‘저영향개발’로 알려져 있으며 크게 세 가지로 분류 할 수 있다. 첫째는 유역의 지형 및 토질특성을 반영하고 인위적인 간섭을 배제한 물 순환구조를 개선하기 위한 유역개발기술이다. 둘째는 강우-유출 양상을 유지시킬 수 있는 소규모의 기술을 조합하여 자연 상태의 수문순환 기능을 유지하는 녹색공간과 자연형 공간을 조성하는 공간 활용 기술이라 할 수 있다. 마지막으로, 강우 유출수의 지하침투를 증대시켜 유역단위의 홍수 유출량을 저감하고 유역의 비점오염원을 저감하며 건천화를 방지하는 등의 저영향 개발 기술이 그것이다. 이에 본 연구에서는 대상 도시유역을 선정하여 특성자료를 수집·분석 후 수문모형인 SWMM을 통해 강우-유출 모의를 실시하였으며, LID기법에 따른 유출저감 경향을 분석하여 LID 기법를 실용화에 활용하기 위한 근거를 제시하고자 하였다.

최근 4대강 사업을 통해 국내 물관리에 많은 개선이 이루어졌다. 예를 들어 다기능 보 설치를 통해 향후 물부족에 대비할 수 있는 용수를 확보하였고, 하도준설을 통해 통수단면 확보로 홍수대응능력을 증대시키는 등 국내 이수와 치수 측면에서 많은 개선을 가져올 것이다. 하지만 갑작스러운 하천 환경 변화에 따라 하천 관리의 어려움도 많을 것으로 예상된다. 특히 대규모 하도준설로 인한 지류하천의 침식 및 퇴적 등의 하도 변화가 예상된다. 본류의 하도준설에 따른 지류하천의 침식 발생에 대비하기 위해서 대부분의 합류부에는 하상유지공이 설치되어 있으나 경험 부족과 불확실성 등의 이유로 많은 시행착오를 겪을 것으로 예상되기 때문에 이에 대한 모니터링 및 유지관리가 필요할 것이다. 이에 본 연구에서는 2012년 2월부터 2012년 11월까지 한강의 지류하천 중 17곳을 대상으로 합류부의 수리학적 모니터링을 수행하였다. 모니터링 시기는 홍수기 전·후를 기준으로 2회씩 실시하였으며 하상유지공이 설치된 지점에 대해서는 하상유지공에 대한 안정성 평가도 함께 실시하였다. 지류하천의 합류부 모니터링 결과 대상으로 한 지류하천에서는 침식 및 퇴적의 영향은 미미하였으며, 목재방틀로 하상유지공을 시공한 경우 국부적으로 사석이탈 현상이 발생한 것으로 나타났다. 향후 하도준설로 인한 영향을 최소화하고 하천이 안정화될 수 있도록 유지관리하기 위한 지속적인 모니터링이 반드시 필요할 것으로 판단된다.

본 연구는 상습침수가 발생하는 도시의 소규모유역에서 flow nomograph를 작성하여 실시간 침수예측의 적용 가능성을 평가하고자 하였다. 하수관망에 의하여 배수가 되고 있는 소규모 도시유역에 대하여 지속시간별 강우량 자료를 SWMM 모형을 이용하여 유출모의를 수행하여 상습침수지역에서의 강우량에 따른 surcharge 발생, 침수발생시점 및 침수발생 등을 확인하여 flow nomograph를 작성하였다. 작성된 노모그래프에 대하여 기존 주요호우 및 동래예보 강우에 의한 침수예측과 이들 호우사상을 SWMM에 의하여 분석하여 비교하는 방법으로 홍수경보 가능성을 확인하였다. 소규모 도시유역특성상 강우에 의한 홍수도달시간이 짧고 빠르게 침수가 발생하는 특성상 실시간 호우에 의한 충분한 침수경보의 시간확보가 쉽지 않으나 작성된 모노그래프에 의한 침수경보 예측가능성이 있는 것으로 판단되었다. 동래예보의 경우 3시간 호우를 예보하고 있어서 보다 예보시간 확보가 수월하나 강우의 시간분포의 불확실성과 예측강우의 오차에 의한 유출의 오차를 극복해야 하는 문제가 있었다. 그럼에도 소규모 유역의 침수예측은 현재의 시점에서 볼 때 진보된 실무활용성이 있다고 판단된다.

강우의 변화가 없다고 가정하더라도 도시화가 진행될수록 불투수성 면적이 증가하고 유역 표면이 도시화 이전보다 매끈하게 진행됨에 따라 첨두유량의 크기는 증가하고 첨두유량이 발생하는 시간이 이전보다 빨라진다. 도시화 이전보다 침투량이 감소함에 따라 유출체적 또한 증가된다. 근래에는 기후 변화로 인하여 과거보다 강우량이 증가되어 도시 내 첨두유량과 유출체적은 크게 증가되는 추세에 있다. 그러므로 도시수문환경 변화의 주된 요인은 강우량의 증가, 불투수성면적 증가, 유역표면의 매끈함, 개발을 통한 배수구역의 변화, 과다한 지하수 채수 등이라 할 수 있다. 도시방재 측면에서 홍수량 변화에 영향을 주는 인자는 강우량의 증가는 차지하더라도 불투수성 면적의 증가이다. 그러므로 도시 유역내 홍수량의 저감을 통한 도시방재성능을 제고하기 위해서는 증가된 불투수성면적을 투수성면적으로 환원하는 방안이 근본적인 대책이라 할 수 있다. 하지만 거의 포화적으로 개발된 도시특성에 비추어 볼 때, 투수성 면적의 복원은 많은 시간과 예산이 수반된다. 더구나 투수성 면적 복원과 같은 유역대책은 도입되는 지역이 도심내 작은 규모로 산재되어 있고 그의 효과도 파격적으로 눈에 띄지 않아 정부나 지자체에서 적극적인 도입을 주저하고 있는 실정이다. 본 연구는 방재성능 제고에 통상 도입되고 있는 유하시설의 개선 방안과 저류시설의 도입 방안을 설정한 개선방안 절차를 제시하였다. 개선방안 절차의 적정성을 판단하기 위하여 용산배수구역을 표본지구로 선정하였으며 수문학 및 수리학적 분석과 경제성 분석을 통하여 개선방안 절차의 적용성 여부를 판단코자 하였다.

본 연구는 180° U형 실험수로와 1차원 개수로 부정·부등류 흐름 해석 모형인 HEC-RAS, 2차원 개수로 부정류 흐름 해석 모형인 RMA-2를 이용하여 만곡구간의 수위·유속 등의 수리특성을 비교하고, 실내 실험수로의 측정값과 1, 2차원 수치모형 결과의 차이점에 대해 비교 분석하는 것을 목적으로 하였다. 본 연구를 통해 1. 만곡구간의 수위는 HEC-RAS와 RMA-2의 결과가 유사한 양상을 보이는 반면 실험결과와는 다른 양상을 나타내었으며, 2. 만곡구간의 유속은 HEC-RAS와 RMA-2의 결과가 유사한 양상을 보이고 있으나 측점별 유속이 약 0.2m/s 편차가 발생한 반면, HEC-RAS와 실험결과는 대체적으로 오차범위 내에 포함되는 것으로 파악되었다.

최근 이상기후에 따른 홍수 및 가뭄 등 물 문제를 근원적으로 해결하고, 하천공간을 합리적으로 정비하여 하천 환경, 수질 개선 등을 위한 4대강 살리기 사업이 시행되었다. 4대강 살리기 사업은 제방축조 위주의 치수대책으로 인하여 치수 위험도가 증가하여 이에 따른 홍수방어능력 증대사업의 일환으로, 홍수피해를 방지하고 홍수위를 저감시키기 위하여 하도준설을 실시하였다. 따라서, 본 연구에서는 4대강 살리기 사업으로 인한 하도변화 등 물리적 환경변화와 그에 따른 하천 홍수위 저감 효과를 분석하기 위하여 영산강 수계를 중심으로 HEC-RAS 모형을 이용한 1차원 수리분석을 진행하였다. 본 연구에서는 영산강 유역의 대규모 자연하천유역 중 영산강 본류의 10개 지점, 황룡강 2개 지점, 지석천 5개 지점, 고막원천 7개 지점, 함평천 5개 지점 등 총 29개 지점으로 유역을 선정하여 수문분석을 실시하였다. 홍수량 산정을 위한 유역추적 방법으로는 Clark 유역추적법을 적용하였으며, 하도 홍수추적 방법은 영산강 하류부 구간은 수문학적 홍수추적방법인 Muskingum 방법을 사용하였고, 나머지 전 하도구간에서는 Muskingum-Cunge(M-C)법을 적용하였다. 수문분석을 통해 산정된 각 소유역의 계획홍수량은 수리분석을 위한 상류단 경계조건으로 사용하였다. 이 때 영산강으로 유입되는 소유역내의 첨두유출량은 동시에 발생한다고 가정하였으며, 유입되는 유량의 경우 영산강 하도의 상류단과 하류단 사이의 여러 중간 지점에 대해 각각 다른 유량을 적용하였으며, 각 지점의 유량은 그 지점에 영향을 미치는 집수유역의 면적을 고려하여 비유량법으로 구해 적용하였다. 또한 영산강 수계의 각 지점에 대한 홍수위를 계산하기 위해 영산호의 계획홍수위를 하류단의 경계조건하여 수리분석을 진행하였다. 홍수위 분석결과 대부분 구간의 수위변화는 크게 나타나지 않았으나, 영산강 살리기 사업으로 인한 하상준설이 이루어진 구간에서 0.01m ∼ 0.63m의 홍수위 저감효과가 나타났으며, 죽산보 상류 5km 지점부터 광주천 합류점 구간의 수위 저감효과가 비교적 크게 나타난 것으로 분석되었다.

도시화된 지역에서 기후 변화로 인한 국지적인 집중 호우가 빈번히 발생하고 있으며, 이로 인한 급격한 유출량의 증가는 도시배수 시스템의 통수불량 및 용량 부족을 야기 시키며 도심지 홍수피해로 이어지고 있다. 그러나 도시배수 시스템의 과거 시설 계획 또는 설계 시 관거 내의 마찰손실만을 고려하고 있으며, 맨홀 등의 구조물에서의 국부적인 에너지 손실은 고려하지 않고 있다. 도시배수 시스템의 설계 용량을 초과하는 유입유량, 통수능력의 저하, 외수위 상승에 따른 영향을 받을 시 관거는 만관을 초과하는 과부하 상태의 압력흐름의 지배를 받는다. 그러나 시스템의 계획·설계 시 맨홀 내의 수두손실을 무시하는 개수로 흐름만을 고려할 뿐 과부하 흐름에 의한 맨홀의 국부손실은 무시되고 있다. 따라서 도시배수 시스템 내 맨홀에서의 수리학적 에너지 손실을 고려한 배수 시설의 합리적인 평가와 유지관리 측면에서 맨홀 내 수두손실의 특성을 모의할 수 있는 모형의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 관거 시설의 구조물 설치에 따른 국부손실의 영향을 고려한 관거 시설의 흐름해석이 가능한 수치모형을 개발하였다. 또한 조압수조 이론을 적용하여 개발된 수치모형의 계산 결과는 과부하 맨홀의 수심을 예측할 수 있도록 비교하였다. 개발된 수치모형으로부터 계산된 맨홀 내 수심의 변화는 과부하 흐름에 의한 맨홀로부터의 월류량 산정과 도시유출해석의 합리적인 평가에 기여할 것으로 판단된다.

최근 기상변화와 급속한 도시화에 따른 국지성 집중호우가 자주 발생되며, 불투수층이 급격히 증가하면서 대도시 지역에서의 침수 피해가 잇따르고 있다. 2010년과 2011년 서울시에도 100년 빈도의 집중호우가 연이어 나타나면서 광화문과 강남지역 침수가 발생하였고 이는 서울시의 현재 우수 및 하수관리 체계의 한계점을 보여준다. 이에 서울시는 체계적인 방재대책을 마련하기 위해 대심도 빗물배수터널 설치를 계획하고 있지만 국내의 경우 대심도 빗물배수터널에 대한 연구(수리실험 및 수치모의 등)가 미비하며, 구체적인 설계지침수립 등의 연구결과가 부족한 실정이다. 그러므로 대심도 빗물배수터널의 흐름특성 분석에 관한 구체적인 연구가 필요하다고 판단된다. 대심도 빗물배수터널에서 유입구(Inlet)는 유량배제 시 유입유량을 결정하는 중요한 구조물이다. 국외에서는 유입구의 형태 및 크기 등에 관한 실험 및 수치모의연구가 1980년대 이후로 지속적으로 수행되고 있으나, 국내에서는 유입구에 관한 기초적인 연구만 진행되고 있는 실정이므로 유입구에 대한 구체적인 연구가 필요하다. 특히 유입구는 형태(Scroll, Spiral, Tangential)에 따라 유입수로에서의 수심이 결정되고 이 수심이 유량의 배제능력을 평가하는 기준이 되므로 유입구의 형태별(Scroll, Spiral, Tangential) 흐름특성을 분석 하는 것이 중요하다고 판단된다. 본 연구에서는 가장 일반적으로 사용되고 있는 유입구의 종류를 소개하고, 각 유입구에 대한 흐름특성을 분석하고자 한다. 흐름특성 분석을 위해 3차원 수치모델링 프로그램인 Fluent 6.3모형을 사용하여 실시하였다. 유량 배제효율을 판단하는데 척도가 되는 유입수로에서의 최소수위를 측정하였으며, 각 유입구별 수치모의 조건(수직갱 지름, 접근수로 너비, 유량 등)은 같은 값을 적용하여 비교·분석하였다. 유입부 구조물의 격자망은 육면체와 삼각뿔 형태로 구성하였으며, 다상유동을 위해 VOF Scheme을 적용하였다. 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였고 난류모형으로는 κ-ε모형을 적용하였다.

최근 지구온난화에 따른 기후변화로 인하여 집중호우 및 가뭄의 발생빈도가 증가하고 있으며 더불어 홍수와 하천의 건천화가 지역의 물 관리에 영향을 미치고 있다. 하천 본류의 경우 지속적인 모니터링과 관리를 통하여 홍수기와 이수기의 유출특성을 파악하고 있으나 지류하천까지는 어려움이 따르고 있다. 본 연구에서는 지류하천의 홍수기 유출특성을 파악하기 위하여 만경강의 지류하천인 소양천 삼중일교 지점에서 유량측정을 실시하였으며, HEC-HMS 모형을 이용하여 분석된 모의유출량과 관측유량을 비교 분석하였다. 분석을 위한 수문기초 자료는 지형정보시스템을 이용하여 추출하였으며 추출된 지형인자를 기반으로 모형의 초기 매개변수를 적용하였다. 관측유량과 초기 매개변수를 적용하여 추정된 모의유량을 비교하여 모형의 보정을 실시하고 호우사상에 대한 평균상대오차를 나타내었다.

홍수기 자연하천의 효율적인 홍수제어를 위해서는 정확한 유출량을 예측하는 것이 가장 중요하다. 본 연구에서는 신흥천 하류에 위치한 구재교 지점의 홍수기 유출특성을 HEC-HMS 모형을 이용하여 분석하였다. 분석을 위한 수문기초 자료인 유역의 물리적 인자들은 지형정보시스템을 이용하여 추출하였으며 유출모형의 초기 매개변수는 추출한 유역의 물리적 인자들을 이용하여 추정하여 사용하였다. HEC-HMS 모형을 이용하여 정확한 유출량을 예측하기 위해서 2년간의 관측유량자료와 모의유출량을 비교하여 최적화된 매개변수를 산정하였다. 최적화과정은 HEC-HMS 모형에서 제공하는 매개변수 최적화 과정을 이용하였으며 N&M(Nelder-Mead Method) 방법을 사용하였다. 최적화된 매개변수는 향후 구재교 지점에 대한 홍수유출을 모의할 때 기초자료로 제공하고자 한다.

최근 기상 이변으로 인한 극한 홍수와 가뭄이 빈번하게 발생하고 있으며 사회경제 발전에 따라 하천 및 환경용수 등의 증가로 수자원 이용환경이 더욱 악화되어가고 있다. 이에 한국수자원공사에서는 이수관리를 목적으로 SSARR 모형을 사용하여 한강, 낙동강, 금강 및 섬진강수계의 물관리를 실시하고 있다. 본 연구에서는 섬진강댐 유역의 일별 유출량을 산정하고 장기유출 특성을 분석하기 위해 장기유출 모형인 SSARR 모형을 이용하였다. 본 연구에서는 유역특성 분석, 소유역분할, 분석대상 연도별 강우관측소 선정, 소유역별 일단위 평균강우량 산정, 유출모형의 민감도 분석, 매개변수의 보정과 검증을 실시하였다. SSARR 모형의 입력 자료는 물리적 입력변수, 수문기상 입력변수 및 내부처리 매개변수로 구분하여 구축하였다. 본 연구에서는 매개변수 보정을 2007년 10월부터 2008년 6월까지의 관측 자료를 대상으로 하였다. 검증을 위해 2008년 10월부터 2009년 6월까지의 관측 유출량과 모의 유출량을 비교 분석함으로서 섬진강댐 유역의 장기유출 특성을 분석하였다.

최근 친환경적 홍수방어대책의 하나로 강변저류지 설치가 적극적으로 검토되고 있다. 강변저류지를 치수대책에 포함하기 위해서는 강변저류지 설치로 인해 확보할 수 있는 홍수조절효과의 정량적 예측이 필요하며, 이를 위해서는 정확한 횡월류량 산정이 요구된다. 특히 강변저류지의 경우 저류용량이 제한되어 있기 때문에 저류용량이 부족한 경우 그림과 같이 월류턱 높이를 기준으로 한 강변저류지 수심(D)이 월류턱 높이 보다 높아지게 되어 강변저류지 유입부에서 잠긴 흐름이 발생할 수도 있다. 하지만 횡월류위어 유량계수 연구는 대부분이 완전 횡월류 흐름에 대한 것으로, 잠긴 흐름 발생시 유량계수 산정에 어려움이 있다. 본 연구에서는 수리실험을 이용하여 월류턱 높이를 기준으로 한 하도의 수심(H)와 저류지 수심(D)를 변화시켜가며 다양한 잠긴 흐름을 재현하면서 잠긴 흐름 발생시 횡월류위어의 유량계수를 산정하였다. 실험 결과 하도와 저류지의 수심비(D/H)가 0.75보다 작을 경우에는 완전 횡월류 유량계수와 거의 동일하게 나타났으며, D/H가 0.75보다 커질수록 유량계수는 완전 횡월류 유량계수보다 점차 작게 나타났다. 잠긴 흐름 발생시 횡월류위어의 유량계수 산정 결과는 강변저류지 홍수조절효과를 좀 더 정확하게 분석하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

표면영상유속계는 PIV의 상호상관법을 이용한 유속 산정 원리를 기초로 하여 Fujita and Komura(1994)와 Aya et al(1995)이 수리모형실험이나 일반 하천에서의 유속측정에 적용 할 수 있도록 응용한 것이다. 표면영상유속계가 간편하고 효율적인 유속측정 방법임에도 불구하고 아직까지 표면영상유속계의 상호상관법에 대한 표준적인 방법과 성능 및 측정 불확도가 정립되어 있지 않아 표면영상유속계를 일반인들이 이용하기 어려운 실정이다. 본 연구에서는 표면영상유속계의 상관영역 크기 변화에 따른 오차 분석을 위해 인공영상을 이용한 오차 분석 방법을 제시하였으며 영상내 입자수와 입자크기를 변화시킨 영상들을 제작한 후 상관영역의 크기를 다양하게 변화시키면서 영상 분석을 수행하였고 유속 산정값의 오차를 분석하였다. 또한 각 상관영역내 명암값 분포를 이용하여 최소 상관영역 크기 결정 기준을 제시하고자 한다. 분석 결과 영상내 입자밀도 평균이 0.5 이상일 경우에는 입자 크기 보다 상관영역의 크기를 크게 결정한다면 오차를 크게 줄일 수 있음을 확인하였다. 또한 입자수 밀도 평균이 0.5 보다 작은 경우는 가능한 상관영역의 크기를 크게 하여 상관계수가 1에 가깝도록 결정하면 오차를 줄일 수 있는 것으로 나타났다.