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.

수자원의 추가 확보와 홍수에 대한 선제적 대응을 목적으로 국내 4대강 주요 지점에 다기능보(multi-function weir)를 설치하였다. 다기능보는 흐름 통제 단면으로서 정밀한 유량 산정이 가능한 수리구조물로 하천의 일반적인 수위-유량 관계식보다 정밀하게 산정할 수 있으며, 향후 각 유역의 국가 표준 유량 기준점으로 활용할 수 있는 방안을 강구하는 것이 바람직하다. 이에 본 연구에서는 영산강의 승촌보를 대상으로 현재 취득되는 운영 자료를 분석하여 개선사항을 제시하고, 이를 보완하기 위하여 간접유량추정 방법인 경사-면적법(slope-area method)을 응용하여 정밀한 유량 산정이 가능할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 분석 결과, 현재 상태는 이론적인 유량계수 범위 초과와 급격한 변동, 상 ․ 하류부의 수위차를 연동하지 못하는 등 이에 대한 보완이 필요하였다. 응용한 경사-면적법은 앞서 제시한 한계점을 보완하고, 자연 하도의 검증된 수리학적 이론에 의해 수면경사와 마찰손실을 반복 계산을 통해 오차를 줄여나가는 상호 보완적인 방법으로 물리적으로 타당하여 적용가능성을 확인하였다. 향후, 다기능보의 최적 운영을 위하여 이를 적용한다면, 실제 운영에 도움이 될 것으로 기대된다.

This study, examines the flow characteristics of upstream channel depending on water gate operation of Nakdan Multi-fuctional weir. The specific purpose of this study are to simulate the variation of flow velocity depending on the operation of the weir using 1-dimensional hydraulic model, HEC-RAS, and compare it with observed velocity. For discharge conditions from 50 ㎥/s to 3,500 ㎥/s, it is observed that the velocity of upstream channel is almost constant, whereas for probability flood discharge, the velocity and froude number are increased as the discharge values are increased. The velocity values for downstream boundary condition EL, 40.0 m are more decreased than those for EL. 40.5m. From comparison on the variation of water stage depending on water gate operation, it is observed that the stage values are almost constant for discharges below 300 ㎥/s, whereas 5 cm to 20 cm for discharges over 700 ㎥/s. Flow velocity at streamflow gauging station. Nakdong, is decreased by more than 875% after installing the weir. The results obtained from this study indicate that the velocity of upstream channel is decreased and the discharge and velocity of downstream channel are significantly varied after installing the weir.

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.

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.

Mokpo coastal area is connected to the adjacent a long river and two large basins. It is essential for port planning coastal zone management and environmental impact study to analyze the data related to the ship operation and variation of current and water quality due to the development of water area including dredging reclamation and estuary barrage. The Yongsan river estuary weir and Yongam-Kumho basins discharge much of water through water gates for the purpose of flood control and prohibit salt intrusion at the inland fresh water area. To meet this purpose discharge through the gates have been done at the period of maximum water level difference between inner river and sea level. This discharged water may cause the changes of current pattern and other environmental influences in the vicinity and inner area of semi-closed Mokpo harbor. In this study ADI method is applied to the governing equation for the analysis of the changes on current pattern due to discharged water. As the results of this study it is known that the discharging operation causes many changes including the increase of current velocity at the front water area at piers approaching passage and anchorages. Discussion made on the point of problems such as restricted maneuverability and the safety of morred vessels at pier and anchorage. To minimize this influence the linked gate operation discharging warning system and laternative mooring system are recommended.