토지이용도, RUSLE, 그리고 산사태 위험도를 이용한 낙동강유역의 토양 침식에 대한 위험성 및 잠재성 분석

지운,황만하,여운광,임광섭,Ji, Un,Hwang, Man-Ha,Yeo, Woon-Kwang,Lim, Kwang-Suop 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.6

The land use map of the Nakdong River watershed was classified by each land use contents and analyzed to rank the risk of soil loss and erosion. Also, the soil loss and erosion was evaluated in the Nakdong River watershed using Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) and the subbasin with high risk of soil loss was evaluated with the analysis results of land use contents. Finally, the analyzed results were also compared with the landslide risk map, hence the practical application methods using developed and analyzed results were considered in this study. As a result of land use analysis and RUSLE calculation, it was represented that the Naesung Stream watershed had the high risk for soil loss among the subbasins of the Nakdong River watershed. It was also presented that the high risk area identified by computation of RUSLE was corresponding to the landslide risk area. However, the high risk of soil erosion by land use near the river or wetland was confirmed only through the calculation results of RUSLE. 본 연구에서는 낙동강유역을 대상으로 토양 침식 및 유실의 위험성을 분석 및 평가하기 위해 토지이용도를 세부적으로 분석하여 유역별 토양침식 발생의 위험성을 순위화하였다. 또한, 토양침식량을 RUSLE 모형을 이용하여 산정하였고 토지이용도 분석 결과와 함께 토양침식 위험성이 높은 유역을 평가하였다. 최종적으로 해당 유역에 산사태 위험지도와의 비교를 통해 유역내 토양유실 대책 수립을 위한 자료의 활용 방안을 분석하였다. 분석 결과, 전체 낙동강유역내 토양침식 위험성이 높은 것으로 선정된 유역은 내성천유역으로 토지이용도 분석결과와 RUSLE 모형의 결과에서 모두 토양유실 측면에서 위험성이 높은 것으로 나타났다. RUSLE 모형 결과에서 토양침식량이 높은 것으로 나타난 지역과 산사태 위험지역의 분포는 유사한 것으로 나타났으나, 하천 주변의 토지이용에 따른 토양유실의 위험성은 RUSLE를 이용한 산정 결과에서만 확인할 수 있었다.

GIS를 이용한 4대강유역의 유역특성 및 토지이용 분석

지운,황만하,임광섭,강신욱,Ji, Un,Hwang, Man-Ha,Im, Gwang-Seop,Gang, Sin-Uk 한국수자원학회 2012 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.45 No.10

단기 홍수사상으로 인한 사행하천의 하상변동 수치모의 분석

지운,장은경,이찬주,Ji, Un,Jang, Eun Kyung,Lee, Chan Joo 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.6

본 연구에서는 다양한 사행도를 갖는 내성천 하도 구간에 대해 단기 홍수사상 발생시 나타나는 흐름과 하상변동 특성을 2차원 모형인 CCHE2D를 이용하여 분석하였다. 내성천 하도 구간은 사행도가 1.2, 1.6, 2.2인 3개 구간으로 나누어 흐름 및 하상변동 모의를 수행하였으며, 2011년 6월에 발생한 6일 동안의 홍수사상에 대해 모의를 수행하였다. 모의 결과, 사행도가 큰 구간에 비해 사행도가 1.5 미만인 구간에서 흐름 집중현상에 의한 평면적 유속차가 크게 나타났으며, 만곡부에서의 하상침식이 시간에 따라 더 크게 확대된 것을 알 수 있었다. 사행도가 1.5 미만인 구간에서는 최대홍수량이 발생했을 때 최대유속이 국부적으로 1.6 m/s에서 2 m/s 이상인 것으로 나타났다. In this study, flow characteristics and bed changes during a short term flood event were analyzed using the two-dimensional CCHE2D model for a meandering sand-bed river, the Naesung Stream. Flow and bed change simulation was carried along the three sub-reaches with sinuosity of 1.2, 1.6 and 2.2 for the 6-day flood event occurring in June 2011. The simulation results indicated that velocity variation due to flow concentration was larger along the sub-reach with the sinuosity less than 1.5 and bed erosion at the outside of the bend was increased by time. In the sub-reach with the sinuosity less than 1.5, the maximum flood discharge produced the maximum flow velocity over 1.6 m/s to 2 m/s locally.

남한강과 금당천 합류부 구간에서의 지류 유입유량 변화에 따른 흐름특성 및 하상변동 수치모의

지운,장은경,Ji, Un,Jang, Eun Kyung 한국수자원학회 2014 한국수자원학회논문집 Vol.47 No.11

본 연구에서는 하상변동 및 하상유지공 유실 문제가 발생했던 남한강과 금당천 합류부 지점을 대상으로 지류에서 유입되는 유량의 변화에 따른 흐름특성 및 하상변동 특성을 2차원 수치모형을 이용하여 분석하였다. 대상 구간의 수치모의 분석결과, 본류에서는 흐름집중 현상에 의해 지류 유입유량에 관계없이 합류 전에 비해 합류 후 유속이 더 큰 것으로 나타났다. 그러나 지류 유입유량이 클수록 지류하천의 하도 침식이 가속화되고 따라서 주하도가 형성되어 지류에서의 마름영역이 더 크게 나타났다. 이로 인한 지류에서의 하도 침식은 지류에서의 유사발생량을 증가시키고 침식된 유사는 합류부 구간에 퇴적되는 것으로 나타났다. 합류부 구간에서의 지류 유입부 퇴적은 본류 흐름을 좌안으로 집중시키고 좌안의 하상이 저하되는 현상을 야기하였다. Flow and bed changes due to tributary inflow variation at the confluence of the Namhan River and the Geumdang Stream were analyzed in this study using a two-dimensional numerical model. As a result of the numerical analysis, the velocity downstream of the confluence was greater than the velocity upstream of the confluence in the main channel regardless of the magnitude of tributary inflow. However, as tributary discharge increased, the channel erosion was accelerated and the dry area was produced at the tributary. Due to the bed erosion at the tributary, sediment transport was increased and the eroded sediments were deposited in the confluence area. The deposition in the confluence area changed the flow direction at the main channel to the left side and the localized flow eroded the channel bed at the left side. Therefore, it is expected that bank failure due to continuous bed degradation is possible in this area.

하상계수가 큰 하천의 하도형성유량 산정

지운(Ji Un),장은경(Jang Eun Kyung),여운광(Yeo Woon Kwang) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 B Vol.31 No.4B

하천 정비 및 하천 복업사업의 기준유량이 되는 하도형성유량 산정은 안정하도 설계시 반드시 선행되어야 하는 것이다. 국내의 경우 하도형성유량 산정방법에 대한 연구가 많이 수행되지 않아 특정패턴을 도출하기가 어려운 실정이다. 국내하천의 경우 외국의 주요하천과 비교하여 하상계수가 크게 나타나는 특성으로 인해 외국사례를 국내에 적용하기에 어려움이 있다. 따라서 현재 구하도 복원이 진행 되고 있거나 계획되어 있는 만경강, 청미천, 함평천을 대상으로 하도형성유량 산정을 위해 만제유량, 특정 재현기간별 유량, 유효유량을 산정해보고 각각의 상호관계를 분석하여 하상계수가 큰 국내하천에 적용 가능한 하도형성유량을 제안하고자 한다. 만제유량은 대상유역의 지형자료를 이용한 HEC-RAS 모의를 통해 산정하였으며 특정 재현기간별 유량과 유효유량은 대상구간의 유량, 하상토, 유사 자료를 이용하여 산정하였다. 산정결과 하상계수가 큰 하천에서는 유효유량이 만제유량보다 크게 나타났으며 하상계수와 관련하여 특정 재현기간별 유량은 일관성 있는 특징이 없는 것으로 나타났다. The channel-forming discharge, which is a standard and single flow for the river maintenance and restoration project, should be estimated necessarily in the stable channel design. It is difficult to produce the specific pattern for the channel-forming discharge in the domestic rivers due to the insufficient researches and case studies. Also, it is improper to adopt the foreign cases for the domestic rivers and streams which have the high coefficients of river regime. Therefore, the channel-forming discharge possible to use for rivers with high coefficients of river regime is suggested in this study through analyzing the bankfull, specified recurrence interval, and effective discharges of Mangyeong River, Cheongmi Stream, and Hampyeong Stream for the abandoned channel restoration project. The bankfull discharge was calculated with geometric data using the HEC-RAS modeling and the flow, bed materials, and sediment data for the study reaches were used to estimate the specified recurrence interval and effective discharges. As a result for calculating the channel-forming discharge, the effective discharge was greater than the bankfull discharge in the river with high coefficient of river regime and the effective discharge was greater than the bankfull and there was no correlation between the coefficient of river regime and the characteristics of the specified recurrence interval discharges.

디지털 기반 하천수리환경 분석 기술 개발

지운(Ji, Un),장은경(Jang, Eun-kyung) 대한토목학회 2023 대한토목학회 학술대회 Vol.2023 No.10

평형하상 이론을 이용한 청미천 구하도 복원 대상구간의 안정하도 평가 및 설계

지운(Ji Un),Pierre Y. Julien,강준구(Kang Joon Gu),여홍구(Yeo Hong Koo) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 B Vol.30 No.3B

하천 복원 설계는 하천 수리 및 유사 수리학적, 하천 지형 및 형태학적, 그리고 생태환경적인 측면까지 모두 고려하여 인위적이지 않고 자연 상태에 가까운 평형하천의 형태를 갖도록 안정성을 최대화하면서 유지 관리 작업은 최소화하는 방향으로 수행해야 한다. 이를 위해서는 우선 평형하상 이론을 고려한 복원 하천 및 하도의 안정성에 대한 평가가 선행되어야 한다. 이러한 평형하상 이론 방법은 일반적으로 크게 해석적 방법 또는 경험적 방법의 형태로 발전되어 왔다. 본 논문에서는 청미천 구하도 복원이 실시되는 구간에 대해서 해석적 방법의 대표적인 Copeland 방법을 기본 모듈로 채택하고 있는 SAM 프로그램을 이용하여 안정하도를 설계하였으며 경험적 방법의 평형공식(하류하천 수리기하 공식)들을 이용하여 현재하도의 안정성을 평가하고 분석하였다. 해석적, 경험적 방법들로 분석된 결과들은 구하도 구간의 하도 형태 설계를 위한 자료로 활용하기 위한 것이다. Copeland 방법을 이용한 분석 결과, 청미천 대상구간의 안정하도는 현재하도보다 폭이 좁고 수심이 큰 그리고 경사가 완만한 하도인 것으로 나타났다. 또한 수리기하공식을 이용하여 복원 하천의 하폭 및 경시를 예측한 결과, 예측된 평형하도의 하폭은 현재 하도의 하폭보다 폭이 좁은 것으로 예측되었으며, 특히 Julien and Wargadalam 방법으로 예측한 결과 현재하도가 평형상태에 도달하기 위해서는 경사가 현재상태보다 더 완만해져야 되는 것으로 나타났다. River restoration or rehabilitation should be conducted in a way to maximize the channel stability with natural river configuration close to the equilibrium condition considering divers aspects of fluvial hydraulics, erosion and sedimentation, fluvial geomorphology, and ecological environment and to minimize the maintenance work. Therefore, the channel stability evaluation for present condition based on the equilibrium channel concept should be preceded for the river restoration project. Methods for equilibrium channel theory have generally been developed following either analytical regime theory or empirical regime theory. The main purpose of this paper is to evaluate the stability of present channel condition for the section of abandoned channel restoration in Cheongmi Stream using the Stable channel Analytical Model (SAM) and equilibrium hydraulic geometry equations. The results of analytical and empirical regime theories should provide fundamental and essential information to design the stable channel geometry. As a calculation result of Copeland's method for the study reach, the equilibrium channel has a narrower channel width, deeper water depth, and more gentle slope than the present channel geometry. As results of equilibrium hydraulic geometry equations, predicted equilibrium widths are less than the channel width in the field. It is represented that the current bed slope must be gentle to reach the equilibrium condition according to the results of Julien and Wargadalam method.

설계구속인자를 고려한 자갈하상 하천의 안정하도 설계

지운(Ji, Un),장은경(Jang, Eun-Kyung) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.4

안정하도 설계는 상류에서 유입되는 유사량과 설계 단면에서 발생하는 유사량이 같아지는 조건을 만족하는 하도의 하폭, 수심, 경사를 결정하는 것을 의미한다. 따라서 안정하도를 설계할 때 가장 지배적인 영향을 미치는 변수는 단면 발생 유사량 계산을 위한 공식의 선정이다. 특히 자갈로 구성된 하상의 유사량을 산정할 경우 모래 하천을 기준으로 개발된 유사 이송공식을 활용하게 되면 산정 값에서 큰 오차가 발생 할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 자갈하상에 적용가능 한 유사이송 공식을 기존의 안정하도 설계 프로그램에 추가하여 자갈하천 안정하도 단면을 계산하였으며, 특히 설계구속인자가 존재할 경우에 대해 해석적 방법을 적용하여 안정하도 단면을 도출하였다. 그 결과, 하폭의 변화가 제한된 조건의 경우 가장 얕은 수심을 제시한 공식은 Ackers and White 공식이었으며, 자갈하상 공식 인 Meyer-Peter and M?ller 공식의 경우 실제 하천 수심 2.4 m에 비해 0.8 m 깊은 수심이 발생하였다. 수심의 변화가 제한된 조건에서는 Engelund and Hansen 공식이 실제 하폭에 비해 약 2배 큰 하폭을 제시하였으며, Meyer-Peter and M?ller 공식의 경우 실제 하천 하폭 44 m 보다 약 20 m 큰 하폭을 제시하였다. Stable channel design is to determine the width, depth and slope for satisfying the condition that the upstream incoming sediment rate is equal to the sediment transport rate at the design channel. Therefore, the most sensitive variable when designing a stable channel is the selection of a sediment transport equation applied for the channel design. Especially if in the case of gravel beds the designer uses the equation developed by using the data of sand rivers, the calculation result of the stable channel section has large errors. In this study, the stable channel design has been applied to the gravel bed river using the previous stable channel design program with newly added the sediment transport equation for gravel beds, and the stable channel section considering design constraints has been produced by using the analytical method. As results, in the case of the application with the fixed width, the depth predicted by Ackers and White’s equation was the shallowest and Meyer-Peter and M?ller’s equation was 0.8 m deeper than the current section of 2.4 m. In the case of the application with the fixed depth, the width predicted by Engelund and Hansen’s equation was twice wider than the current section and by Meyer-Peter and M?ller’s equation was 20 m wider than the current section of 44 m.

비점착성 하상에서의 두부침식 메커니즘 분석에 관한 실험 연구

지운(Ji, Un),장은경(Jang, Eun-Kyung),강진욱(Kang, Jin-Wook) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.2

하천의 본류와 지류가 만나는 합류부 구간에서 시작된 두부침식은 시간에 따라 지류 상류로 전파될 수 있으며, 급격 한 하상저하로 인해 지류에 설치된 수리구조물의 안정성을 위협할 수 있다. 이러한 두부침식의 피해를 사전에 방지하기 위해 서는 발생원인과 그 메커니즘에 대한 정량적 분석이 반드시 필요하다. 따라서 본 논문에서는 개수로 실험 장치를 이용하여 비점착성 유사로 이루어진 하상에서의 두부침식에 관한 수리실험을 수행하였으며, 수리 조건에 따른 천급점 이동 및 최종 하상경사 변화 등을 분석하였다. 분석 결과, 상하류단의 유속차가 2.5배 큰 조건에서 천급점 이동이 약 1.5배 더 빠르게 진행되는 것으로 나타났으며 좌안과 우안에 비해 중앙의 침식 및 붕괴가 먼저 발생하는 것으로 나타났다. 또한 상·하류단 유속차가 클수록 두부침식 이동길이가 길어지고 더 완만한 하상경사가 나타나는 것을 확인하였으며 본 실험에서는 수위차의 경우 유속차에 비해 상대적으로 두부 침식 이동성 및 하상경사에 미치는 상관관계가 일정하지 않는 것으로 나타났다 The headcut erosion at the confluence section of a mainstream and tributary can migrate up the tributary streams, and rapid degradation can threaten the stability of hydraulic structures installed in the channel. Therefore, quantitative analysis for the development and mechanism of headcut erosion is needed to prevent damage due to the headcut. In this study, hydraulic experiments for headcut erosion in the channel with noncohesive materials were performed and the knickpoint movement and final bed slope change were analyzed based on the different hydraulic conditions. As a result, the knickpoint movement was 1.5 times faster when the difference in velocity between the upstream and downstream sections was 2.5 times greater and the central part of the cross-section was eroded and collapsed earlier than the left and right sides. The movement length of headcut erosion was longer and the final bed slope was milder as the velocity difference between the upstream and downstream sections was increased. This study showed that a correlation between the knickpoint movement and bed slope change by headcut erosion and the water level difference of upstream and downstream sections was not constant compared to the velocity difference.

낙동강 하류의 유사특성과 낙동강하구둑 준설효과에 관한 수치모의 연구

지운(Ji Un),Julien Pierre Y.,박상길(Park Sangkil),김병달(Kim Byungdal) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 B Vol.28 No.4B

The Nakdong River Estuary Barrage (NREB) was constructed in 1987 to prevent saltwater intrusion and to provide the sustainable water supply in the upstream channel. Sediment dredging has been conducted to eliminate deposited sediments in the approached upstream channel of the NREB. Fluvial changes and sedimentation problems have been continued due to urbanization and development in the watershed as well as construction of the NREB. However, the sufficient field monitoring and researches for sedimentation characteristics and bed changes have not been performed after construction of the NREB. Therefore, bed elevation changes and seasonal sediment concentration distribution were analyzed using the quasi-steady state model with historical field data in this study. The water surface elevation changes with and without sediment dredging operation were calculated using the developed quasi-steady state model and finally the sediment dredging effects were evaluated. 낙동강하구둑은 하구둑 상류로의 염수침입을 방지하여 지속적인 용수를 공급하기 위해 1987년에 건설되었으며 이후 매년 하구둑 상류 접근수로에 퇴적되는 유사를 제거하기 위해 준설 작업이 수행되어져 왔다. 준설작업뿐만 아니라 산업 및 주거시설의 개발사업 등의 하천 환경 변화로 인해 하구둑 상류에서의 유사 이송 및 하상 특성은 꾸준히 변화되어 왔으나 하구둑이 건설된 이 후 유사이송 및 하상변동에 대한 현장 모니터링 및 연구는 활발히 수행되지 못하였다. 이에 본 논문은 낙동강 하류의 대상구간에 대해 현장 측정 자료 및 과거 자료들을 최대한 활용하여 낙동강하류에서의 하상변동 및 계절별 유사농도 등의 변화를 분석하였으며 검증된 기초자료들과 준정상류 모형을 이용하여 하구둑 상류에 시행되고 있는 준설작업의 수행 여부에 따른 홍수 발생시 수위 변화에 대해서 수치모의를 실시함으로써 낙동강하구둑에서의 준설효과를 분석하였다.