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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 4대강 살리기 사업으로 인한 하천환경의 변화는 하천의 유지·관리 방안에도 많은 변화를 주고 있으며, 하천의 유지·관리를 담당하는 실무자의 입장에서도 국내 준설관련 모형의 부재는 많은 어려움을 낳게 될 것이라 예상된다. 따라서 본 기사에서는 국외의 준설선진국 중 미국과 중국을 중심으로 준설관련 모형의 현황을 정리하였으며, 국내 준설관련 연구의 현황 및 국내 기술의 선진화를 위한 발전방향을 제시하고자 한다.
• 이러한 이유로 인해서 국내에서는 준설관련 모형을 거의 찾아볼 수 없으며, 국내 하천환경에 알맞은 준설모형을 개발하기 위해서 국외의 준설관련 모형을 검토할 필요성이 있다. 따라서 본 기사에서는 준설 선진국으로 잘 알려진 미국과 중국을 중심으로 준설 관련 모형을 검토하였다.
• 특히 소규모 준설 모의 시스템은 실시간 준설과정을 수학적 모형을 통해서 모의함으로써 준설선 주변상황을 모의하고 하천 단면의 변화 및 준설작업과 관련된 다양 한 매개변수의 변화를 보여주고 이는 효율적 준설장비의 운용에 따른 준설 효율을 증가시키고 용이한 준설을 실시할 수 있음을 제시하였다. 또 한 다양한 준설장비를 현장에 투입하여 모의 운 영하여 준설사업 계획을 수립하는 단계에서 사용 되어야 한다고 소개하였다. 또한 국내에서 준설 모의 시스템을 개발한다고 하면 준설사업의 경제 성과 각 준설현장의 공사기간 등을 고려하여 다수 준설지역 모의 시스템의 방향으로 개발하여 하나의 하천에서 발생하는 모든 준설현장을 고려 해야 할 필요가 있다고 본다.
• 농업기반공사(2005)는 저수지 준설 환경기준 정립 및 준설토 활용방안에 관한 연구를 수행하였다. 이 연구에서 국내외 퇴적물 환경기준 개발 현황과 사례를 조사하고 퇴적물 제거기준으로 제시되는 근거를 조사하여 농업용 저수지의 특성과 이수목적을 고려한 퇴적물 환경기준을 제시하였다. 또한 준설 전·후 변화되는 생물상을 조사하여 준설이 저수지 생태계에 미치는 영향을 최소화 할 수 있는 방안을 모색하고 농업용 저수지 특성을 고려한 퇴적물 오염도를 조사·평가하여 준설토의 농경지 활용 방안을 모색하였다.
• 지난 4대강 살리기 사업으로 인하여 신설된 16개의 다기능보는 수위·유량을 조절하여 홍수 및 가뭄을 예방하는 등의 많은 긍정적인 측면에 기여하고 있지만, 유사의 흐름을 차단하여 지속적인 유사관리가 이루어져야 신설된 다기능보의 본연의 목적을 달성할 수 있다.

제안 방법

• DREDGE 모형의 각 장비의 특성을 고려하여 준설 시 발생하는 준설토 누출률(leakage rate)을 예측한다. DREDGE 모형은 선형평형 분할모형(Linear Equilibrium Partitioning Model)과 Nakai’s TGU(Turbidity Generation Unit)방법 및 상관모형(Correlation Model)을 사용하여 각 준설 장비의 누출량을 예측하고 준설지점 하류의 탁도를 예측한다(Hayes and Je, 2000).
• 준설사업은 대규모의 사업비가 투입되는 건설 공사 중 하나이면서 양자간의 의견대립이 발생할 수 있기 때문에 많은 연구가 되어야 하지만 국내에서는 환경 및 준설기계에 대한 연구가 이루어졌으나 많지는 않은 편이다. 따라서 국내 하천에 서 준설사업을 수행하기 위한 연구가 수행되어야 하며 본 기사에서는 대표적인 유사관리 방법 중 하나인 준설을 중심으로 대표적인 준설선진국인 미국의 준설관련 모형과 중국의 준설모형 관련 연구동향을 소개하고 준설모형의 발전방향을 제시하였다.
• 이창희와 김은정(1998)은 호소 및 하천 오염 퇴적물 관리방안에 대한 연구를 수행하여 국내 오염퇴적물에 대한 인식 및 문제점을 분석하고 퇴적물 오염현황 파악, 영향평가, 오염방지, 오염퇴적물의 처리를 포함한 종합적인 오염퇴적물 관리의 필요성을 제기하였다. 또한 외국 관리 현황의 분석을 토대로 퇴적물환경기준의 설정 등을 포함하여 국내 오염퇴적물 관리의 기본적인 틀을 제시하였다.
• 또한 준설 전·후 변화되는 생물상을 조사하여 준설이 저수지 생태계에 미치는 영향을 최소화 할 수 있는 방안을 모색하고 농업용 저수지 특성을 고려한 퇴적물 오염도를 조사·평가하여 준설토의 농경지 활용 방안을 모색하였다.
• 준설토 적치장을 선정하는 의사결정 문제는 다기준, 다속성 의사 결정 문제라고 할 수 있으며 이러한 문제를 해결하기 위해서 계층화 분석과정(AHP: Analytic Hierarchy Process)을 이용하였다. 또한 준설토 적치장 주변의 수문, 화학, 생물, 지질 등을 고려하기 위한 설문조사를 실시하고, 적치장의 거리 및 수자원 상태 등의 기술적 요인과 경제적 요인을 고려하였다. 하지만 본 연구는 환경 및 사회적인 요인을 고려하지 않고 있어 실무에 적용하기에는 적절하지 않을 것으로 판단되며, 국내에 적용되기 위해서는 환경 및 사회적인 요인을 고려할 수 있는 연구가 수행되어야 한다고 판단된다.
• 유지준설 전·후의 하상형상을 토대로 준설량과 재퇴적량 등을 이용하여 모형의 보정 및 검정을 실시하였다.
• 尹毅 등(1997)은 준설토를 처리하기 위한 대안으로 자유수면처리(Open-water disposal)를 선택하였을 경우에 자유수면처리를 위한 최적의 위치를 결정하기 위한 연구를 수행하였다. 자유 수면처리를 하는 후보 장소에 대해서 추적자 실험을 실시하여 준설토의 확산 등을 검토하였으며, 최종적으로 실험 결과를 바탕으로 최적의 자유수면처리 장소를 선정하였다. 하지만 1993년 런던협약에 따라 폐기물의 해양투기가 규제되고, 현재에는 준설토 재활용에 대한 법률이 제정되어 해양투기는 매우 어렵다고 할 수 있다.
• 준설관련 연구가 국내에서 많이 수행되지는 않았지만 대표적인 연구만 소개한다면 팔당호내에서 7공구로 나누어 단계별로 준설을 실시하고자 했던 계획을 중지시키고 팔당호내 북한강에 위치한 1공구에 한하여 시험준설을 실시하여 팔당호 수질 및 생태계에 미치는 영향을 파악하기 위해서 팔당호 시험준설 영향조사(환경부, 1990)를 수행하였다.
• 또한 실제장비 및 컴퓨터를 이용한 시스템으로 준설선 운영자의 교육과 기술 전수 등에 사용되고 있다. 중국의 준설 모의 시스템은 현재 구축 초기단계이지만 많은 연구가 수행되고 있음을 지적하며 실제 장비를 이용하는 대규모 준설 모의 시스템과 컴퓨터를 이용해 모 의하는 소규모 준설모의 시스템, 다수의 준설지역을 컴퓨터를 이용해 통합 모의할 수 있는 지역 모의 시스템 등을 소개하였다. 특히 소규모 준설 모의 시스템은 실시간 준설과정을 수학적 모형을 통해서 모의함으로써 준설선 주변상황을 모의하고 하천 단면의 변화 및 준설작업과 관련된 다양 한 매개변수의 변화를 보여주고 이는 효율적 준설장비의 운용에 따른 준설 효율을 증가시키고 용이한 준설을 실시할 수 있음을 제시하였다.

대상 데이터

• 운반비용의 최적화를 위해서 최적교통 시스템 이론 중 하나인 Monge-Kantorovich Model을 이용하였다. 대상지역은 중국정부에서 준설을 위해 많은 투자를 하고 있는 양쯔강 하구를 대상으로 이 지역에서 발생하는 대량의 준설토를 Hengsha 동부의 간척사업에 사용할 경우 최적의 운반비용을 산정하였다. 본 연구는 최적의 운반비용을 산정하기 위해서 오직 비용과 준설토량만을 대상으로 연구를 수행하였다.
• 대상지역은 중국정부에서 준설을 위해 많은 투자를 하고 있는 양쯔강 하구를 대상으로 이 지역에서 발생하는 대량의 준설토를 Hengsha 동부의 간척사업에 사용할 경우 최적의 운반비용을 산정하였다. 본 연구는 최적의 운반비용을 산정하기 위해서 오직 비용과 준설토량만을 대상으로 연구를 수행하였다. 그러나 현재 사회에서는 준설토를 운반하는 과정에서 발생할 수 있는 사회·환경적인 부분도 다뤄져야 한다고 판단된다.

이론/모형

• 周瑜와 鄭偉安(2013)은 준설토를 재이용하기 위해서 준설토 처리장에서 준설토를 운반하는 경우에 운반비용을 최적화하는 방안에 대해서 연 구하였다. 운반비용의 최적화를 위해서 최적교통 시스템 이론 중 하나인 Monge-Kantorovich Model을 이용하였다. 대상지역은 중국정부에서 준설을 위해 많은 투자를 하고 있는 양쯔강 하구를 대상으로 이 지역에서 발생하는 대량의 준설토를 Hengsha 동부의 간척사업에 사용할 경우 최적의 운반비용을 산정하였다.
• 馬成東과 苗麗娟(1997)은 준설장소에서 발생하는 준설토를 적치하기 위한 준설토 적치장을 선정하는 여러 가지 대안 중에서 최적의 의사결정을 위한 연구를 수행하였다. 준설토 적치장을 선정하는 의사결정 문제는 다기준, 다속성 의사 결정 문제라고 할 수 있으며 이러한 문제를 해결하기 위해서 계층화 분석과정(AHP: Analytic Hierarchy Process)을 이용하였다. 또한 준설토 적치장 주변의 수문, 화학, 생물, 지질 등을 고려하기 위한 설문조사를 실시하고, 적치장의 거리 및 수자원 상태 등의 기술적 요인과 경제적 요인을 고려하였다.

성능/효과

• 1) 준설사업은 대규모의 공사비가 투입되는 건설 공사이면서, 한편으로는 준설토 재활용에 따른 이윤을 창출할 수도 있다. 준설사업은 또한 경제적인 부분뿐만 아니라 사회·환경적인 부분에도 많은 영향을 미칠 수 있기 때문에 양자 간의 대립이 발생할 수도 있다.
• 2) 준설지점, 준설량, 준설주기 등을 산정하기 위해서는 하상변동 모의가 선행되어야 한다. 이 때 하상변동 모의는 장기 하상변동 모의가 이루어져야 한다.
• 그림 6은 CDFATE 모형의 메인화면을 나타낸 것으로 GUI(Graphical 그림 3. DREDGE 모형의 메인화면 그림 4. DREDGE 모형의 탁도 모의 결과화면 User Interface) 구성을 확인 할 수 있다.
• 금강물환경연구소(2010)는 현장조사 및 입도 자료 분석, 유역모델 및 1·3차원 모델링을 적용하여 하상변동 예측과 준설량 및 주기 산정에 관한 연구를 수행하였다. 연구결과, 퇴적이 활발하게 발생하는 우심구간을 세종보 상류에서부터 미호천 합류후까지로 설정하고 수질영향이 최소화되는 준설시기 및 준설실시 여부를 검토해야할 퇴적고를 제시하였다.
• 중국의 준설 모의 시스템은 현재 구축 초기단계이지만 많은 연구가 수행되고 있음을 지적하며 실제 장비를 이용하는 대규모 준설 모의 시스템과 컴퓨터를 이용해 모 의하는 소규모 준설모의 시스템, 다수의 준설지역을 컴퓨터를 이용해 통합 모의할 수 있는 지역 모의 시스템 등을 소개하였다. 특히 소규모 준설 모의 시스템은 실시간 준설과정을 수학적 모형을 통해서 모의함으로써 준설선 주변상황을 모의하고 하천 단면의 변화 및 준설작업과 관련된 다양 한 매개변수의 변화를 보여주고 이는 효율적 준설장비의 운용에 따른 준설 효율을 증가시키고 용이한 준설을 실시할 수 있음을 제시하였다. 또 한 다양한 준설장비를 현장에 투입하여 모의 운 영하여 준설사업 계획을 수립하는 단계에서 사용 되어야 한다고 소개하였다.

후속연구

• 또 한 다양한 준설장비를 현장에 투입하여 모의 운 영하여 준설사업 계획을 수립하는 단계에서 사용 되어야 한다고 소개하였다. 또한 국내에서 준설 모의 시스템을 개발한다고 하면 준설사업의 경제 성과 각 준설현장의 공사기간 등을 고려하여 다수 준설지역 모의 시스템의 방향으로 개발하여 하나의 하천에서 발생하는 모든 준설현장을 고려 해야 할 필요가 있다고 본다. 표 1은 각 모의 시스템을 비교한 표이다.
• 또한 준설토 적치장 주변의 수문, 화학, 생물, 지질 등을 고려하기 위한 설문조사를 실시하고, 적치장의 거리 및 수자원 상태 등의 기술적 요인과 경제적 요인을 고려하였다. 하지만 본 연구는 환경 및 사회적인 요인을 고려하지 않고 있어 실무에 적용하기에는 적절하지 않을 것으로 판단되며, 국내에 적용되기 위해서는 환경 및 사회적인 요인을 고려할 수 있는 연구가 수행되어야 한다고 판단된다. 

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
배사	수문의 조작을 통해서 이루어지 는 배사의 장단점은 무엇인가?	유사관리를 위한 방법 중에서 준설(dredging) 은 배사(flushing)와 함께 퇴사를 제거하는 대표적인 방법이다. 수문의 조작을 통해서 이루어지 는 배사는 경제적이라는 장점이 있지만, 수문에서 원거리에 위치한 퇴사를 제거하기 어렵다는 단점이 있다. 이렇듯 배사 영향권 밖에 존재하는 퇴사를 제거하기 위해서는 물리적인 방법인 준설을 활용하여야 퇴적된 유사를 제거할 수 있다.
D2M2	D2M2 모형은 무엇인가?	D2M2(Dredged Material Disposal Management) 모형은 준설토를 처리할 때 최적 의 준설토 적치장을 할당하고 비용을 최소화해서 경제적으로 최적화된 해법을 찾는 모형이다 (Ford and Huff, 1994). 현재 미육군공병단에 서 준설계획 시 사용 중이며 각각의 변수들과 제 약조건을 설정하고 이를 선형계획법(linear programming algorithm)에 의해서 최적의 대 안을 제시한다.
수공구조물	하천을 횡단하는 수공구조물의 장단점은 무엇인가?	하천을 횡단하는 이러한 구조물들은 수위 및 유량을 조절하는 장점과 유사의 흐름을 차단하여 유사퇴적을 유발하는 단점을 동시에 가지게 된다. 따라서 교량 등을 제외한 댐이나 보 등의 하천횡단 수공구조물을 설치하였을 경우에는 지속적인 유사관리도 후속되어야 한다.

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