본 연구에서는 낙동강에서 보운영에 의한 유사이송능력에 영향을 주는 수리학적 특성변화를 분석하고, 낙동강 주요 4개 지점(낙동, 구미, 왜관, 진동)의 유량-유사량 실측값을 분석하여, 각 지점별 지수형 유량-유사량 관계식을 유도하였다. 모든 지점에서 유사이송능은 감소할 것으로 예측되 었으며 실제로 4대강 사업 이후인 2013년도 실측결과 사업 이전에 비해 유사이송 능력이 확연히 감소된 것을 확인하였다. GUIDE 프로그램에서 제공하는 9개 범용 유사이송능 산정기법의 적용성을 검토하여 4개 지점별로 적용 가능한 기법을 선정, 제시하였다. 주요 9개 지류를 포함한 낙동강 전 구간에 대한 유사수지분석 결과 전체적으로 퇴적이 우세한 것으로 나타났다. 유사이송능 산정기법으로는 Engelund-Hansen 공식이 가장 작은 오차를 보였으며 이는 4개 지점별 유사이송능 산정기법 적용성 검토 결과와도 일치한다. 한편 유사수지분석이 내포하는 오차가 낙동강 9개 지류로 부터 유입되는 유사량 오차보다 더 작게 나타나 낙동강의 경우 지류의 유입유사량 산정기법에 대한 정밀도 향상이 시급한 과제임을 확인하였다.

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 식생에 의한 하도 변화와 하상토 분급특성을 파악하였다. 유사의 유출 특성은 불규칙하며, 식생 밀도가 증가함에 따라 유출되는 유사량은 감소하였다. 하상고는 불규칙하게 변하며, 하상토 표층에서 유사 입경은 작아졌다. 식생 밀도가 증가함에 따라 하상 표층에서 무차원 중 앙입경의 비는 감소하였다. 식생대에서 유사가 포착되거나, 식생대와 주흐름 사이에 경계층 흐름이 발생하여 유사가 퇴적되며, 식생대에서 흐름의 방향이 변화되어 표층에서 하상토 입도는 불규칙하게 분포하였다. 무차원 하상토 입경이 감소함에 따라, 차폐효과는 일정하게 감소하였다. 식생 밀도가 증가함에 따라 하상 표층에서 차폐효과가 증가하며, 이것은 실험 수로 하류단에서 유사 유출량이 감소하는 것과 일치한다. 식생 밀도가 0.5 에서 저수로 이동은 감소하고 안정적인 특성을 보여주었으나, 0.7 에서 저수로 이동은 증가하였다. 이것은 식생 밀 도가 증가하면서 저수로 사행도가 증가하고, 식생대에서 유사가 퇴적되어 새로운 저수로가 형성되었기 때문이다.

본 연구에서는 혼합사로 구성된 망상하천에서 사주의 변화와 하상토 분급현상을 실내실험을 통하여 파악하였다. 하상경사가 급한 하도에서 유사 유출량은 시간의 변화에 따라 매우 불규칙하지만, 경사가 완만한 하도에서 유사 유출량은 규칙적이고, 일정한 주기를 나타내었다. 또한 2중 퓨리에 해석을 통하여 지배적인 사주의 특성과 진폭을 분석하였다. 하상고가 상승하면 무차원 하상토 입경은 작아졌지만, 하상고가 저하되면 무차원 하상토 입경은 커졌다. 기층에서 무차원 한계소류력과 표층에서 무차원 한계 소류력의 비가 증가하면, 표층에서 평균입경과 무차원 하상토 중앙입경이 작아졌다. 또한 국부적으로 하상경사가 증가하면서, 유사의 선택적 이동에 의하여 하상토가 분급되고, 평면적으로 입경이 불균일하게 분포하는 분급 특성이 나타났다.

최근에 다목적 보의 건설에 의하여 보 주변 흐름특성 변화와 하도준설에 따른 복잡한 하천의 지형변화를 고려한 정량적인 수리학적 해석을 하는 것은 하도의 관리에 매우 중요하며, 이에 대한 요구가 크게 증가하고 있다. 이러한 하천에서는 하상저하 및 불규칙한 하도의 지형을 고려한 수치모의를 위해서는 비정렬 격자(unstructured grid)의 적용과 적은 격자수에서도 높은 계산결과의 정확성을 나타내는 고차 정확도(high-order accuracy)의 수치모형이 필요하다. 국내에서 2차 정확도를 가진 수치모형 개발이 진행되었으나 대부분 정렬격자(structured grid) 기반으로 댐 붕괴 해석으로 매우 제한된 연구가 진행되고 있으나, 실제 하천의 특성을 고려한 흐름특성을 연구한 사례가 매우 적다. 따라서, 본 연구에서는 비정렬 삼각격자 기반으로 2차 정확도를 가진 TELEMAC-2D 모형을 이용하여 복잡한 하도의 특성을 갖고 있는 합류부에서 흐름특성을 분석하였다. 본 연구에 적용된 TELMAC-2D는 프랑스의 EDF(d’ Électricité de France)에서 개발한 공개프로그램(open source program)으로서 격자점 중심 유한체적법(vertex-centered finite volume method)을 이용하여 해석영역을 이산화하고 시간과 공간에 대한 2차 정확도를 가지는 WAF기법을 적용하고, 불연속구간에서 발생하는 수치진동을 제어하기 위해 TVD(Total Variation Diminishing)조건을 만족하는 Flux limiter를 적용하였다. TELEMAC-2D모형의 개수로 흐름에 대한 적용성을 검증하기 위하여, 직선 수로내 하상단차, 원형 교각 주변 흐름, 180° 만곡수로에서의 흐름, 90° 합류수로에 대한 실내시험 결과와 비교하였다. 또한 홍수범람해석에 널리 적용되고 있는 2차원 유한체적모형인 FLUMEN 모형의 모의결과도 함께 비교 분석하였다. TELEMAC-2D모형은 각각의 관측치를 매우 근접하게 계산하였으며, 특히 만곡부 내측수로, 합류부 주변 정체구역 등에서 FLUMEN 모형보다 높은 정확도의 계산결과를 나타내었다.

본 연구에서는 하폭의 주기적인 변화에 의하여 교호사주와 복렬사주가 발생하는 수리학적 조건에서 주기적인 하폭변화 에 의한 강제사주의 형성과정과 거동 특성을 2차원 수치모형을 이용하여 파악하였다. 하폭변화의 진폭이 크면, 사주의 파장은 짧아지고, 사주의 이동성은 크게 감소하였다. 교호사주가 발생할 수 있는 영역에서는 하폭의 변화에 대하여 강제효 과가 크게 작용하며, 복렬사주가 발생할 영역에서는 하폭의 변화에 의한 강제효과가 상대적으로 작은 특성을 보여주었다. 복렬사주가 발달한 조건에서는 하도변화의 진폭 대 평균하폭의 비인 무차원 진폭이 0.25로 증가할 때 사주의 이동속도는 증가하지만, 이보다 크면 사주의 이동속도가 급격하게 감소하였다. 교호사주가 발생하는 조건에서는 사주의 파장 대 하폭 변화의 파장 비인 무차원 사주의 파장이 증가할수록 사주의 이동속도가 증가하지만, 무차원 사주의 파장이 1에 가까운 경우에 사주의 이동속도가 급격하게 감소하였다. 즉, 사주의 파장과 하폭의 파장이 일치할 때, 하폭변화에 의한 강제효과가 강하게 작용하여 사주가 압박되기 때문이다.

본 연구에서는 실내실험을 통하여 식생의 변화에 따른 하도의 수리학적 특성, 저수로의 변화, 사주의 거동, 하안의 안정성 등을 정량적으로 파악하였다. 실내실험은 기존에 인공식생 대신에 수로에서 실제식생인 알팔파를 성장시켜서 수행하였다. 식생대에서는 유속이 매우 느리며, 저수로의 이동이 감소하였다. 2중 퓨리에 해석 결과, 교호사주의 특성을 나타낸 1-1모드의 진폭이 지배적이지만, 시간이 증가하면서 복렬사주의 특성을 나타내는 2-2와 2-3모드의 진폭이 증가하였다. 식생에 의하여 저수로가 고착화 되어 하도의 안정성이 증가하고, 하도 내 사주의 이동속도는 감소하지만, 하상이 불규칙하게 변하면서, 사주의 수는 증가하였다. 식생의 밀도가 증감함에 따라 하안의 안정성은 증가하였다. 식생의 밀도가 증가함에 따라 유사의 유출량과 유출량의 변동성이 감소하였다. 또한 망상화 강도는 감소하지만, 하도의 상관계수와 하상의 기복지수(BRI)는 증가하는 특성을 보여주었다.

본 연구에서는 복렬사주의 모드를 객관적으로 판단할 수 있는 2중 퓨리에 해석을 수행하여 하폭의 변화에 따른 복렬사주의 발달 과정을 정량적으로 분석하였다. 초기에 직선하도에서 하안침식이 발생하고, 하폭 대 수심의 비가 증가하면서 복렬사주가 발달하였다. 사주가 하류로 이동하면서 성장하고, 사주의 주변에서 흐름이 분리되어 하안 침식을 가속시키면서, 지형이 지속적으로 변하여 유사의 유출특성에 영향을 주었다. 2중 Fourier 해석에 의한 하상파(wave)의 분포와 지배적인 성분의 변화를 분석한 결과, 초기에 1-1 모드(mode)인 교호사주가 지배적이지만, 시간이 지나면서 하폭이 증가하여 상대적으로 수심이 감소하면서 2-3 모드가 지배적인 것으로 나타났으며, 교호사주의 강한 비선형 특성이 상호작용하기 때문이다. 하안침식이 진행되면서 하폭 대 수심의 비가 증가하고, 무차원 소류력이 감소하였다. 하폭 대 수심의 비가 증가할수록 사주의 이동속도가 감소하고, 사주의 파장은 증가하였다. 무차원 소류력이 증가하면서, 사주의 이동속도는 증가하였다.

최근 집중호우 등으로 인하여 유역에 생산된 토사가 하도에 유입되면서 하상 및 지형변동을 일으키고 있으며, 보 및 댐 상류에서 유사의 퇴적으로 인하여 홍수위 변화와 저수지 기능감소 등 많은 변화를 가져오고 있다. 이로 인해 수리구조물의 지속적인 유지 및 관리를 위하여 댐 및 보의 유사관리 방안이 절실하게 요구되고 있다. 본 연구에서는 낙동강에 건설된 소규모 댐인 상주보를 대상으로 CCHE2D모형을 이용하여 댐의 상류에 퇴적된 토사의 토출(排出, SPT) 메카니즘을 분석하였다. 토사 토출 효과를 예측하기 위하여 2차원 하상변동 수치모형인 CCHE2D를 이용한 하상변동 과정을 모의한 결과, 보 상류에서는 수문을 통과하여 흐르는 유속으로 인하여 하상이 저하 되었으며, 보 하류에서는 상류에서 유입되는 유사량과 지형적인 영향을 받아 세굴과 퇴적이 반복되는 경향을 보였다. 상류에서 2년빈도 유량인 3,857 ㎥/s와 풍수량인 207.4 ㎥/s로 48시간 동안 상주보로 유입될 때, 수문이 완전히 열린 상태로 있을 경우에, 상주보에서 배사효과를 예측하기 위하여 유사 전달(Sediment delivery)을 분석하였다. 2년빈도 유량인 3,857 ㎥/s의 경우 보에서 하류로 전달되는 유사량은 약 4,400 tons 정도로 산정되었다. 유량이 1,500 ㎥/s일 때, 약 2,700 tons이 하류로 전달되지만, 최대 유사전달이 발생되는 지점은 보 하류에서 발생하였다. 풍수량 인 207.4 ㎥/s 일 때, 1,357 tons이 하류로 전달되며, 최대 유사전달이 발생되는 지점은 보에서 발생하였다. 따라서, 상류에서 2빈도의 홍수량이 유입될 때, 토사 토출 효과가 큰 것으로 나타났다.