PURPOSES : The skid resistance between tires and the pavement surface is an important factor that directly affects driving safety and must be considered when evaluating the road performance. In especially wet conditions, the skid resistance of the pavement surface decreases considerably, increasing the risk of accidents. Moreover, poor drainage can lead to hydroplaning. This study aimed to develop a prediction equation for the roughness coefficient—that is, an index of frictional resistance at the interface of the water flow and surface material—to estimate the thickness of the water film in advance to prevent human and material damage. METHODS : The roughness coefficient can be changed depending on the surface material and can be calculated using Manning's theory. Here, the water level (h), which is included in the cross-sectional area and wetted perimeter calculations, can be used to calculate the roughness coefficient by using the water film thickness measurements generated after simulating specific rainfall conditions. In this study, the pavement slope, drainage path length, and mean texture depth for each concrete surface type (non-tined, and tined surfaces with 25-mm and 16-mm spacings) were used as variables. A water film thickness scale was manufactured and used to measure the water film thickness by placing it vertically on top of the pavement surface along the length of the scale protrusion. Based on the measured water film thickness, the roughness coefficient could be back-calculated by applying Manning's formula. A regression analysis was then performed to develop a prediction equation for the roughness coefficient based on the water film thickness data using the water film thickness, mean texture depth, pavement slope, and drainage path length as independent variables. RESULTS : To calculate the roughness coefficient, the results of the water film thickness measurements using rainfall simulations demonstrated that the water film thickness increased as the rainfall intensity increased under N/T, T25, and T16 conditions. Moreover, the water film thickness decreased owing to the linear increase in drainage capacity as the mean texture depth and pavement slope increased, and the shorter the drainage path length, the faster the drainage, resulting in a low water film thickness. Based on the measured water film thickness data, the roughness coefficient was calculated, and it was evident that the roughness coefficient decreased as the rainfall intensity increased. Moreover, the higher the pavement slope and the shorter the drainage path length, the faster the drainage reduced the water film thickness and increased the roughness coefficient (which is an indicator of the friction resistance). It was also evident that as the mean texture depth increased, the drainage capacity increased, which also reduced the roughness coefficient. CONCLUSIONS : As the roughness coefficient of the concrete road surface changes based on the environmental factors, road geometry, and pavement surface characteristics, we developed a prediction equation for the concrete pavement roughness coefficient that considered these factors. To validate the proposed prediction equation, a sensitivity analysis was conducted using the water film thickness prediction equation from previous studies. Existing models have limitations on the impact of the pavement type and rainfall intensity and can be biased toward underestimation; in contrast, the proposed model demonstrated a high correlation between the calculated and measured values. The water film thickness was calculated based on the road design standards in Korea—in the order of normal, caution, and danger scenarios—by using the proposed concrete pavement roughness coefficient prediction model under rainy weather conditions. Specifically, because the normal and caution stages occur before the manifestation of hydroplaning, it should be possible to prevent damage before it leads to the danger stage if it is predicted and managed in advance.

고창 표준기상관측소(Gochang Standard Weather Observatory, GSWO)에서 3년간(2014-2016년) 관측한 겨울철 강수량 자료를 사용하여 겨울철 관측환경에 따른 강수량 관측 특성을 분석하였다. 이를 위해, 설치환경이 다른 강수량 계 4종인 NS(No Shield), SA(Single Alter), DFIR(Double Fence Intercomparison Reference), PG(Pit Gauge)를 사용하여, DFIR을 기준으로 누적 강수량 차이, 강수 유형별 특성, 풍속 변화에 따른 수집효율을 분석하였다. 강수 유형은 고창 종관기상관측장비(Automated Synoptic Observing System, ASOS)의 기온 관측 자료를 사용하여 강우, 혼합 강수, 강설로 분류하여 분석하였다. 겨울철 누적 강수량은 SA, NS, PG 순으로 DFIR과 유사하게 나타났으며, 통계 분석 결과에서는 SA가 DFIR과 가장 유사한 결과를 보였다. 결과적으로, 겨울철 강수량 관측에서는 SA가 기준 강수량계와 가장 유사하게 관측되었으며, PG는 겨울철 관측에 적합하지 않은 것으로 분석된다.

대한민국 기상청에서 사용하고 있는 UM (Unified Model, UM) 모델의 국지예측시스템(Local Data Assimilation and Prediction System, LDAPS)은 수치모델 모의 시 대기경계층 유형에 따라 물리과정을 다르게 계산하기 때문에 이 과정을 검증하는 것은 모델의 정확도 향상에 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 수치모델의 대기경계층 유형을 관측자료 를 기반으로 검증하였다. 관측자료를 기반으로 대기경계층 유형을 분류하기 위해서 보성 표준기상관측소에서 수행한 여름철 집중관측자료(라디오존데, 플럭스관측장비, 도플러 라이다, 운고계)를 활용하였으며, 2019년 6월 18일 부터 8월 17일 까지 61일 동안에 총 201회의 관측자료를 분석하였다. 또한 관측자료와 수치모델 결과가 다른 경우를 보면, 관측자료를 기반으로 한 대기경계층 유형 분류 결과에서 2유형으로 분류되는 사례가 수치모델에서는 1유형으로 분류된 사례가 53회로 가장 많이 나타났다. 그 다음으로는 관측자료를 기반으로 한 대기경계층 유형 분류 결과에서 5유형과 6유형 으로 분류되는 사례가 수치모델에서는 3유형으로 분류된 사례가 많이 나타났다(각각 24회, 15회). 관측결과와 수치모델 모의 결과가 일치하지 않은 사례는 모두 층적운 접합 여부 및 적운 모의 등 수치모델의 구름물리 부분의 모의 성능에 기인하여 발생한 것이라고 분석된다. 따라서, 대기경계층 유형 분류의 구름물리과정의 모의 정확도를 개선하면 수치모델 성능이 향상 될 것으로 판단된다.

한반도 남해안 지역의 여름철 대기 안정도 특성을 분석함으로써, 한반도 특성에 맞는 강수 예측을 위한 대기 안정도 지수의 정량적인 임계값을 도출하고자 하였다. 보성 표준기상관측소에서 관측한 2019년도 여름철 라디오존데 집중관측자료를 분석에 사용하였으며, 총 관측자료는 243개이다. 강수 유무 및 중규모 대기 현상에 대한 대기 안정도를 분석하기 위해서, 대류가용잠재에너지(Convective Available Potential Energy, CAPE)와 폭풍지수(Storm Relative Helicity, SRH)를 비교하였으며 특히 SRH 분석은 고도별로 총 4개의 층으로(0-1, 0-3, 0-6, 0-10 km) 세분화하였다. 강수 유무에 따른 분석은 강수가 없는 경우, 강수발생 전 12시간, 강수 발생 시로 구분하여 수행하였다. 그 결과, 2019년도 보성에서 발생한 여름철 강수 예측에는 CAPE 보다 SRH가 더 적합하며 0-6 km SRH가 약한 토네이도가 발생 가능한 기준과 같은 150 m 2 s−2 이상일 경우 강수가 발생한 것으로 분석 된다. 또한, 장마와 태풍 기간의 대기 안정도를 분석한 결과를 보면, 일반적으로 SRH는 대기 깊이가 두꺼워질수록 값이 커지는데 반해서 0-10 km SRH 평균값 보다 0-6 km 의 SRH 값이 더 크게 나타났다. 따라서, 2019년도 보성에서 발생한 태풍에 의한 강수를 판별하는 데는 0-6 km 의 SRH 값이 더 효과적이라고 할 수 있다.

기상현상관측은 기상청에서 다양한 방법(지상, 고층, 해양, 항공, 등)으로 관측되고 있다. 하지만, 인간생활에 많은 영향을 미치는 대기경계층 관측에는 한계가 있다. 특히, 존데 또는 항공기를 이용한 기상관측은 경제적인 측면에서 상당 한 비용이 필요하다. 따라서 본 연구의 목적은 기상드론을 이용하여 국지기상현상 중 해륙풍 연직분포에 대한 기상 인자들을 측정하고 분석하는 것이다. 해륙풍의 공간적 분포를 연구하기 위해 보성지역 표준기상관측소의 보성종합기상탑을 포함한 다른 세 지점(해안가, 산기슭, 산중턱)에 동일한 통합기상센서를 각 드론에 탑재하였다. 2018년 8월 4일 1100 LST부터 1800 LST까지 30분 간격으로 최대 400 m 고도까지 기온, 상대 습도, 풍향, 풍속, 기압의 연직 프로파일 관측이 수행되었다. 기온, 상대 습도, 기압에 대한 기상현상의 공간적 특성은 네 지점에서 보이지 않았다. 강한 일사량 시간 대에 중간지점(~100 m)에서 강한 바람(~8 m s−1 )이 관측되었고, 오후에는 풍향이 내륙지역의 상층부터 서풍으로 바뀌었다. 기상드론을 이용하여 관측한 하부 대기층의 분석결과는 보다 정확한 기상예보 향상에 도움이 될 것으로 기대된다.

본 연구에서는 2016-2017년 봄철(3-5월) 동안 보성 지역에서의 해풍 발생 시 연직 기상 특성을 분석하기 위해, 해풍 발생에 대한 선정 기준을 마련하였다. 이를 위해 지상에서 측정된 강수량, 운량, 풍향과 지상과 해상 기온의 차이, 1km 고도에서의 윈드프로파일러 및 수치모델 자료를 이용한 풍속 값이 사용되었다. 선정 기준에 따라 보성지역에서의 해풍일을 분류하였고, 해풍 발생 시간 및 고도와 풍속의 크기 분석을 통해 해풍의 시공간적 특성을 파악하였다. 해풍의 발생일은 총 183일 중 23일(12%)로서, 보성지역의 경우 봄철 10일 중 최소 1.2일은 해풍이 나타났다. 해풍은 1200 LST부터 1800 LST로 낮 시간에 지상에서부터 700 m 고도까지 주로 발생하였다. 또한, 최대 풍속은 평균 4.9 m s−1로 1600 LST에 40 m 고도에서 나타나, 선행연구보다 비교적 낮은 값을 보였다. 이는 해안지형이 복잡하여 지형 효과에 따른 풍속 감소로 인한 것으로 보인다.

도시화 효과가 여름 강수에 미치는 영향을 분석하기 위해 2010년 8월 13일부터 9월 3일까지 수도권 집중관측(ProbeX-2010)을 수행하였다. 분석 결과, 다음의 두 가지 현상들이 발견되었다. 첫째, 관측 기간 동안 약한 강수(≤1 mm hr-1)가 다른 지역보다 서울 풍하측 지역에서 더 자주 발생하였으며, 이는 최근 5년(2006-2010) 자료에서도 확인되었다. 약한 강수는 주로 서울 풍하측 산악 지역에서 야간에 더 자주 발생하였기 때문에 이는 도시지형 뿐만 아니라 산악 지형의 복합적인 효과로 여겨진다. 둘째, 간헐적으로 대류 시스템이 서울 풍하측에서 급격하게 발달해 호우를 야기했다. 이는 특히 8월 27일 1300-1500 KST의 일련의 레이더 영상에서 뚜렷하게 확인되었다. 본 연구에서는 이 강수 사례에 대한 종관 국지적 날씨 특성과 고층 대기 특성을 자세히 분석하였다. 그 결과 도시지형과 연관된 지표 현열 증가뿐만 아니라 조건부 불안정 대기 상태(특히 대기 하층)와 대기 하층의 습기 유입이 도시화 효과와 연관된 대류성 호우를 야기하는 중요한 요소로 제시되었다.

2010년 8월 13일부터 9월 3일까지 수도권지역에서 집중관측(Predictability and Observation Experiment of Korea-2010, ProbeX-2010)이 수행되었으며, 그 일환으로 동두천, 인천공항, 양평에서 6시간 간격으로 라디오존데 관측이 실행되었다. 관측기간 동안 우리나라의 전형적인 호우 패턴인 스콜선형, 정체전선형, 태풍 전면 수렴형, 열대저압부형, 태풍 직접형 호우가 연속적으로 발생하였다. 8월 15일 03 KST 경에는 스콜선형 구름대가 수도권 지역에서 발달하였다. 따뜻하고 습한 하층 공기 위로 건조한 중층 공기가 유입되어 강한 대류 불안정이 형성되었으며 이로 인해 호우가 발생하였다. 8월 23일부터 26일, 8월 27일부터 29일은 각각 정체전선과 태풍 전면 수렴대의 영향을 받아 강우가 발생하였다. 정체전선형 강우 초기에는 열적 불안정이 우세하게 나타났으나 강우 후기에는 역학적 불안정이 강화되었다. 이 기간 중 특히 강한 강수는 서해상에서 남풍류 하층 제트가 발달한 8월 25일에 발생하였다. 태풍 전면 수렴형 강우기간에는 열적 불안정과 역학적 불안정이 모두 유지되는 특징을 보였다. 이 기간 중 특히 강한 강수는 높은 상당온위(〉345 K)를 가진 열대 공기가 대기 중하층에 거쳐 유입되었을 때 발생하였다. 8월 27일과 9월 2일에는 각각 열대저압부와 태풍 곤파스의 영향에 의해 강우가 발생하였다. 이 사례들 동안에는 역학적 불안정이 매우 강하게 발달하였다.

산지하천 만곡부의 홍수피해를 줄이고자 사다리꼴 단면의 돌출줄눈을 하천옹벽에 설치하였다. 본 연구에서는 사다리꼴 형상에 의한 흐름저항 효과를 파악하고자 개수로 측벽에 사다리꼴 돌출줄눈을 설치하여 수리실험을 수행하였다. 벽면조도가 κ형에 해당하는 λnυ가 6, 9, 12인 경우에 대해 유량에 따른 흐름특성을 파악하였다. 흐름저항은 돌줄줄눈의 설치간격이 멀어짐에 따라 전반적으로 증가하였다. 고유량 조건에서 최대마찰계수는 λnυ가 9일 때 발생하였다. 사다리꼴 돌출줄눈은 정사각형 돌출줄눈과 비교해 흐름저항은 상대적으로 작았지만, 사다리꼴의 형상저항은 전체흐름저항의 평균 62%를 차지했다. 벽면조도 증가에 따른 흐름저항 효과를 극대화하기 위한 사다리꼴 돌출줄눈의 최적 설치간격은 돌출줄눈 높이의 9∼12배 범위임을 확인하였다.

사면에서의 세류간 토양침식은 빗물방울의 지표면 타격에 의한 토양입자의 박리와 면상흐름에 의한 토사이송의 상호작용에 의한 결과이다. 본 연구는 토양입자를 박리하는 강우동력과 유사이송에 기여하는 면상흐름동력을 토양침식을 위한 에너지 소비율 측면에서 새롭게 정의하고, 강우유발 면상흐름에 의한 세류간 토양침식의 유효동력 함수를 제시하였다. 강우, 경사, 유출과 관계된 인자들에 따른 강우 ․ 면상흐름의 동력을 평가하고, 기존 연구 자료를 바탕으로 이 함수의 상수들을 분석하였다. 또한 강우와 면상흐름 동력의 상대적인 크기 변화는 세류간 토양침식의 물리적 과정과 수문학적 반응을 반영함을 확인하였다. 지표유출 및 토양침식 실측자료를 세류간침식 평가 모형들에 적용한 결과 강우 ․ 면상흐름동력 함수가 가장 높은 정확도를 보여 세류간 토양침식 평가에 적합하다는 것을 확인하였다.

강우에 의한 세류간 토양침식은 운동에너지를 갖는 빗방울이 지표면을 타격하여 발생하는 빗물튀김의 박리현상과 지표유출수의 면상흐름에 의한 토사입자의 운반으로 구분할 수 있다. 강우운동에너지는 토양입자를 토양체로부터 분리시키기 위한 강우의 잠재적인 능력의 지표로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 강우운동에너지가 세류간 토양침식에 미치는 영향을 파악하기 위해 강우의 충돌을 제어하는 스트립 커버를 이용한 토양침식 강우모의 실험을 수행하였다. 강우모의에 의한 강우운동에너지는 자연강우에 비해 0.58배 규모로 재현되었다. 강우강도가 증가함에 따라 지표유출량은 증가하고 지표하유출량은 상대적으로 감소하였다. 지표커버가 없는 사면으로부터 발생한 지표유출량이 지표커버가 있는 경우에 비해 평균 1.82배 증가하였다. 강우운동에너지는 지표유출 및 지표하유출 발생시간에도 영향을 끼쳤다. 빗물튀김과 면상흐름의 상호작용으로 토사유출량이 3.6∼5.9배 증가하였으며 그 증가폭은 강우강도의 증가에 따라 감소하였다. 단위수류력과 토사유출량의 관계분석 결과 강우운동에너지는 빗물튀김에 의한 토양입자의 분리침식을 증가시킬 뿐만 아니라 지표유출수 증가에 따른 토사이송능력을 가중시켜 토사유출량을 크게 증가시키는 것으로 확인되었다.

홍수 시 하천 만곡부에서 유수의 원심력에 의한 횡단 수면경사가 발생한다. 하천 경사와 유량이 증가하면 그 수면경사는 더욱 커진다. 경사가 급한 산지하천 만곡부는 제방의 여유고보다 수면상승이 큰 경우가 빈번하게 발생하기 때문에 홍수피해가 크다. 따라서 편수위에 따른 수면 상승효과는 산지하천 만곡부의 설계를 위해 고려되어야 한다. 본 연구에서는 산지하천 만곡부의 편수위를 산정할 수 있는 기법을 제안하고, 편수인자들의 곱으로 편수위계수를 정의하였다. 양양남대천 만곡부에서 측정한 편수위와 90˚ 만곡 자갈하상에 대한 수리실험에서 측정한 편수위 자료를 이용하여 편수인자별 영향인자 값을 제시하였다. 내린천 만곡부에서 측정한 편수위를 이용하여 편수위 산정기법의 적용성을 검증하였다.

급경사 산지하천 수충부의 호안은 대부분 콘크리트 옹벽으로 되어 있다. 표면이 매끄러운 콘크리트 옹벽호안은 유속을 더 강화시키기 때문에 수충부 홍수피해의 원인이 되기도 한다. 본 연구에서는 개수로의 한 측벽에 설치한 정사각형 단면의 세로돌출줄눈이 흐름저항에 미치는 영향을 파악하기 위해 수리실험을 수행하였다. 돌출줄눈의 설치간격은 무차원 돌출줄눈간격 ⋋nu를 기준으로 조도유형 d형과 k형을 포함하도록 설계하였다. 흐름의 Froude 수는 0.81～1.12의 범위였다. 흐름저항은 돌출줄눈의 설치간격과 유량에 좌우되었다. ⋋nu가 9일 때 흐름저항이 가장 큰 것으로 나타났다. 세로돌출줄눈은 유량이 증가하면 d형 조도에서는 흐름저항을 감소시켰으나 k형 조도에서는 흐름저항을 증가시켰다. 흐름저항의 증가폭은 ⋋nu이 ～12의 범위에서 상대적으로 더 크게 나타났다. 세로돌출줄눈에 의한 흐름저항은 대부분 형상저항에 의한 것이며 그 등가조도높이는 수심규모로 발생할 수 있고 흐름저항에 미치는 영향이 매우 크다. 측벽의 세로돌출줄눈은 흐름저항을 증가시키고 최대유속의 발생위치를 수로의 횡단면 중앙방향으로 이동시키는 수단으로 사용될 수 있을 것이다.

산지의 토양침식 모형인 SEMMA를 대규모 산지유역에 적용하기 위해서는 모형의 개선이 필요하다. 본 연구에서는 원래 SEMMA의 기본구조와 주요 매개변수의 산정방법을 설명하였고, 적용범위 확대를 위한 개선 매개변수들을 제시하였다. 특히 광범위한 지역에 대해 NDVI를 활용하기 위하여 식생구조지수 대신 식생피복지수를 사용하여 개선된 모형 SEMMA-Ic을 개발하였다. 개선모형의 모의결과 상관계수와 모의효율계수는 본래 모형보다 다소 감소하였다. 그러나 개선모형을 유역에 적용한 결과 실측값에 근접하게 모의했고, 토사유출량이 많은 경우에는 과소 예측하는 경향을 보였다. 따라서 산지 사면에서 개발한 토양침식 모형을 유역에 적용하기 위해서는 수로침식에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

토양의 다짐은 강우 시 지표유출 및 토사유출에 큰 영향을 끼친다. 다짐은 체적밀도 증가, 전단강도 증가, 공극률 변형, 투수계수 등과 같은 토양특성 변화를 야기하기 때문이다. 본 연구는 인공강우 실험을 활용하여 개발지의 사면조건과 유사한 나지교란사면에서 표면의 다짐처리가 지표유출 및 토사유출에 미치는 영향을 파악하였다. 표면처리(다짐, 비다짐), 강우강도(68.5mm/hr, 95.6mm/hr), 사면경사(5°, 12.5°, 20°)의 각 조건별 3회 반복하여 총 36회의 강우모의에 따른 지표유출 및 토사유출을 측정하였다. 연구결과, 다짐처리 후 토양의 체적밀도 및 전단강도는 유의적으로 증가하였다. 그러나 이러한 물리적 특성의 변화가 지표유출에 미치는 영향은 강우강도와 사면경사에 따라 다르게 반응하였다. 평균 토사유출량은 강우강도와 사면경사가 증가함에 따라 유의적으로 증가하였다. 또한, 토사유출량은 강우강도와 사면경사 별 다짐처리 유‧무에 따라 다른 반응을 보였다. 완경사(5°)에서는 다짐처리에서 더 많은 토사가 유출되었으나, 급경사(20°)에서의 다짐처리는 토사유출을 감소시키는 역할을 한 것으로 나타났다. 나지교란사면에서는 토사유출에 대한 다짐효과의 천이구간이 존재하는 것으로 파악되며, 본 연구의 토양조건 및 강우조건에서 천이구간은 완경사와 급경사 사이로서 사면경사 10～15° 범위에 존재하는 것으로 판단된다.

산지하천의 자갈하상재료 분포는 최근 특정규모 홍수의 수류력에 의한 유사 이송 및 퇴적 과정에 의해 형성되며, 장갑화된 하천에서 한계수류력을 평가하는 것은 안정하도설계를 위해 중요하다. 자갈하상 하천 종단지점과 만곡부 일정구간의 세부지점에 대한 하상재료의 입도 분포를 조사하고, 한계유속 및 한계수류력을 평가하였다. 자갈하상 재료에 대한 Yang의 한계단위수류력과 Bagnold의 한계수류력은 상류로 갈수록 급격히 증가했다. 계획홍수량에 근거한 무차원 전단응력은 Shields 도표에서 대부분 조사지점의 자갈하상재료가 소류사 형태로 이동하는 것으로 평가되었다. 만곡부에 대한 평균입경은 상류 유입수의 1차 수충지점에서 가장 컸으며, 반사흐름에 의한 2차 수충지점에서 두 번째로 큰 입경을 보였다. 수충 직하류 지점들에서 상대적으로 작은 평균입경을 보였다. 만곡부의 평균한계유속 범위는 0.77∼2.60m/s의 범위이며, 한계단위수류력은 경사가 급한 1차 수충부에서는 상당히 컸다. 한계수류력의 분포는 7∼171W/m2의 범위로 하천 횡단보다는 종단에 따른 변화가 뚜렷했고, 만곡 외측 1차 수충지점과 반사흐름 2차 수충지점에서 크게 작용하는 것으로 평가되었다.

빈번하게 발생하고 있는 산불은 산지유역에 과도한 토사유출 문제를 일으키고 있다. 산불 이후 산지사면에서 강우에 의한 토사유출은 지표식생인자에 의해 지배되며 지표식생은 시간의 경과에 따라 점차 회복되고 이는 토사유출을 저감시킨다. 본 연구에서는 민감도를 강우에너지에 대한 유출 및 토양침식량의 비로 정의하고, 지표인자 변화에 따른 유출 및 토양침식 민감도의 특성을 분석하였다. 그 민감도에 대한 매개변수들의 상관관계를 분석한 결과 지표식생지수와의 상관성이 가

본 연구에서는 설치어도조사법을 적용하여 한강 하류부 잠실수중보의 회유성 어류 이동을 위해 설치된 계단식 어도에 대해 어류소상기능을 조사하고 피 개선방안을 제시하였다. 조사기간 동안에 어도 출구에서 채집된 어도이용 소상어류는 체장이 29cm 이상인 강준치가 361개체로서 대부분을 차지하였으며, 그 강준치에 대한 소상능력은 최대 2.53 개체/hr/g으로 나타났다. 잠실수중보의 계단식 어도는 한강에 서식하는 어류의 다양성을 만족시키기 어려운 형태일 뿐만 아