• 한국수자원학회논문집
• /
• 제49권8호
• /
• pp.707-717
• /
• 2016

본 연구에서는 직선 개수로 내에 설치된 수제 모형 주위에서 발생하는 난류 흐름의 특성을 알아보기 위하여 수리모형실험을 수행하였다. 실험은 Froude 수가 0.100과 0.185인 두 가지 흐름 조건에서 이루어졌다. 시간평균유속과 난류 응력을 구하기 위하여 초음파 유속계를 이용하여 3차원 순간 유속을 측정하였다. 실험 결과, 수제 하류에서 난류 응력이 큰 재순환 영역이 존재하는 것으로 확인하였다. Froude 수가 큰 경우와 작은 경우의 전반적인 평균 유속 분포는 유사하게 나타났으나, 최대 무차원 난류 응력과 최대 무차원 바닥 전단응력은 Froude 수가 증가할수록 차이를 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
• /
• pp.238-238
• /
• 2011

복단면 하도는 홍수소통을 위한 상부 하도와 생태계 서식처 강화와 유사이송능력 개선, 경제적인 유지유량의 확보 등을 도모하는 자연적인 저수로 하도로 구성된다. 그러므로 갈수기와 홍수기의 유량차가 큰 하천에서, 복단면 하도는 하천 공학, 환경 생태 관점에서 다양한 이점을 제공한다. 그러나 복단면 하도에서의 흐름저항, 조도계수, 통수능, 수위-유량관계, 횡방향 유속분포, 그리고 하상전단응력 분포는 단단면 하도와 상이하며, 중요한 차이점은 주수로부와 홍수터부 사이의 유속차로 인하여 발생하는 활발한 운동량 교환에 의해 추가적인 전단층이 생성되는 점이다. 주수로와 홍수터 사이에서 발생된 경계전단력(Apparent Shear Force, ASF)은 하천의 전반적인 통수능을 감소시켜 홍수의 하도내 저류효과를 증가시킬 수도 있다. 또한 주수로 및 홍수터가 분담할 수 있는 유량은 경계전단력에 민감하기 때문에, 홍수터에 수목 식재, 구조물 설치 등을 계획할 경우 정량적인 항력저항의 산정을 위하여 매우 중요하다. 현재까지 복단면에서 발생하는 경계전단응력을 추정하는 다양한 방법들이 개발되었으며, 각각의 방법으로 부터 경계전단력을 정량적으로 예측할 수 있다. 그러나 대부분의 방법이 실험에 근거한 경험적 방법이므로 각 식의 개발에 사용된 자료에만 적합할 수 있는 한계가 있으며, 균일한 수로의 기하학적 변수(전단면과 주수로의 하폭비, 홍수터와 주수로의 수심비, 홍수터와 주수로의 조도비, 주수로의 하폭대 수심비 등)에 의한 식으로 구성되어 수치모형에서 직접 활용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 복단면 경계전단력 산정을 위하여 개발된 다양한 연구결과들을 비교 검토하고, 기존문헌 또는 웹상에서 가용한 수리실험 자료들을 이용하여 각 방법에서 계산된 유량과 실측 유량을 비교함으로써 각 방법이 지닌 한계를 분석하였다. 본 연구에서 검토된 5가지 방법은 Knight and Demetriou (1983)(이하 KD), Wormleaton and Merret (1990)(이하 WM), Cristodoulou (1992), Bousmar and Zech(1999) (이하 BZ) 그리고 Moreta and Martin-Vide (2010)(이하 MM)이다. BZ 방법을 제외하고 나머지 방법들은 전체 유량의 비교에서 5% 이내의 오차를 나타내었다. 그러나 나머지 4가지 방법 중 주수로부 유속의 비교에 있어서는 소규모 수로 실험자료만 이용한 KD 방법이 5% 이상의 오차를 나타내어 정확도가 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서 비교적 단순한 형태의 Cristodoulou (1992) 방법이 적용하고자 하는 수로의 규모와 무관하게 복단면 유량예측에 적합할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.1779-1783
• /
• 2008

영상해석을 통한 흐름해석의 방법인 Large-Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV)는 실험실내의 소규모 흐름해석에 이용하던 Particle Image Velocimetry (PIV)를 자연하천이나 실험실에서 넓은 영역($4m^2{\sim}45,000m^2$)에 적용할 수 있도록 확장시킨 것으로 지난 10여년전부터 세계적으로 널리 이에 대한 연구가 진행되고 있다. PIV는 seeding, illumination, recording 그리고 image processing으로 구성된다. LSPIV(Large Scale PIV)는 PIV의 기본원리를 근거로 하여 기존의 PIV에 비하여 실험실 내에서의 수리모형실험이나 일반 하천에서의 유속측정과 같은 큰 규모의 흐름해석을 할 수 있도록 seeding, illumination에 대한 조정이 필요 하고, 촬영된 image에 대한 왜곡을 없애는 작업이 필요하다. LSPIV는 PIV의 네 가지 단계를 포함하여 seeding, illumination, recording, image transformation, image processing 및 post-processing의 여섯 단계로 구성되어진다 (Li, 2002). LSPIV의 적용시 각 단계마다 유속계산시 오차를 발생시키는 27가지의 요인들이 존재하고 있는바 (Kim, 2006), 본 연구에서는 이들 중 실내의 실험실에서 파악이 가능한 인자들에 대해 그들 각각의 인자들이 유속 측정에 미치는 오차의 정도를 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 LSPIV의 적용시 이용되는 이미지의 개수와 이미지 촬영시 적용된 이미지의 해상도에 따른 오차의 발생 정도를 조사하였다. 이미지 촬영에 있어서 비디오카메라를 이용할 경우 촬영시간에 따라 많은 수의 이미지를 취득할 수 있은바 이미지의 수에 따른 유속계산오차를 파악하고자 하였다. 또한 디지털 카메라를 이용할 경우 여러 가지 이미지 해상도를 이용할 수 있으므로 적용한 이미지 해상도에 따른 유속계산에 미치는 오차의 크기를 파악하고자 하였다. 이미지의 갯수가 유속계산시 미치는 오차의 영향의 정도를 조사하기 위해서 초당 30 frame을 촬영할 수 있는 비디오카메라를 이용하여 91초 동안 촬영된 이미지로부터 매 5번째의 이미지를 추출하여 455개의 이미지를 준비하였고 이로부터 이미지수를 10, 50, 100, 200, 300, 400의 순서로 증가시키면서 이미지 개수로부터 나타나는 유속계산 오차를 조사한 결과 이미지의 개수가 50매 이상인 경우는 이로 인한 오차가 1% 이하로 감소함을 파악하였다. 촬영된 이미지의 해상도가 유속계산시 미치는 영향을 조사하기 위해 디지털카메라를 적용하여 세가지 이미지 해상도(640*480, 1280*960, 2048*1536 pixel)로 변화시키면서 유속측정 오차를 분석한 결과 저해상도의 이미지를 이용한 경우 고해상도 이미지를 이용한 경우와 비교하여 3% 가량의 차이를 나타내었다.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
• /
• 제26권9호
• /
• pp.1-12
• /
• 2021

본 논문은 GPU 프로그램의 메모리의 상태 및 접근사건과 배리어 위치 정보를 감시하고, 실제 메모리 쓰기를 배리어 영역 종료 직전에 발생시키거나 배리어 영역을 재수행시켜 원자성 위배를 수행 중에 수리하는 도구인 ARCAV (Atomatic Recovery of CUDA Atomicity violation)를 제시한다. 기존의 연구들은 Lock과 Sleep 명령어를 사용하여 원자성 위배를 진단 및 수리하도록 구현되었기 때문에 지원되는 명령어와 동기화 기법이 CPU (Central Processing Unit) 프로그램과 다른 GPU (Graphics Processing Unit) 프로그램에는 적용될 수 없었고, GPU 프로그램에서는 원자성 위배의 탐지에 대한 연구만 수행되었다. 제안하는 ARCAV는 GPU 프로그램의 실행모델에서 수행될 수 있도록 설계되어 스레드 구성과 메모리 계층에 무관하게 실세계에서 발생한 원자성 위배를 대표하는 네 가지 패턴의 원자성 위배를 실시간으로 탐지하고 수리할 수 있다. 실험 결과 동시에 실행되는 스레드 개수와 구성에 무관하게 일정한 오버헤드를 보였다. 원자성 위배를 프로그램 수행 중에 실시간으로 탐지하고 수리하기 위해 소요되는 오버헤드는 네 개의 실세계 GPU 커널에서 실험되었고, 원본 프로그램 대비 평균 2.1배의 수행시간으로 동작하였다.

• 물과 미래
• /
• 제18권4호
• /
• pp.361-367
• /
• 1985

수리구조물에 의하여 하천단면의 감소로 유발되는 수면의 변화를 수치적으로 해석하였다. 수면변화는 수축화와 등류의 Froude No.에 가장 민감하게 나타났으며, 수면의 변화로부터 구한 배수는 Skogerboe의 실험식과 매우 잘 맞았다. 이는 배수의 크기는 수치해석법으로 예측할 수 있음을 시사한다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제49권11호
• /
• pp.941-949
• /
• 2016

국본 연구에서는 본류수로의 제방사면경사($ES_{ch}$)에 따른 광정횡월류위어에서의 흐름변화를 수리모형실험을 통해 분석하고, 그에 따른 유량계 수산정식을 제시하였다. 제방사면경사는 실제 하천에서의 적용성을 고려하여 1:0.5, 1:1, 1:2를 선정하였다. 제방사면경사가 포함된 광정횡월류위어의 유량계수산정식은 기존의 유량계수산정식 보다 합리적이고 적용성이 높은 것으로 확인되었다. 다중회귀분석결과 변수 중 본류수로의 제방사면경사($ES_{ch}$)>횡월류위어높이-상류수심비($h/y_u$)>횡월류위어길이-상류수심비($L/y_u$)>상류 푸르드수($Fr_u$)의 순서로 중요도가 높은 것으로 나타났다. 특히 기존의 연구와 개수로 흐름에서 가장 중요한 인자인 Froude수가 포함되지 않은 유량계수산정식을 제안하였으며, 그 적용성도 높은 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.108-108
• /
• 2023

기후변화 및 도시화로 인해 도시 내에서 증가하는 홍수로 인명 및 재산피해가 꾸준히 발생하고 있다. 특히 2022년 8월 8일 서울특별시 및 경기도 지역에 내린 폭우로 인해 8명 이상의 인명피해와 1300억원 이상의 재산피해가 발생하였다. 이러한 도시홍수를 근본적으로 방어하기 위하여 미국, 일본 등의 국가에서는 대심도 빗물저류배수터널을 활용하고 있다. 국내에서도 2011년 서울특별시 강서구 및 양천구에 발생하는 홍수를 방어하기 위하여 국내 최초 대심도 빗물저류배수터널인 '신월 빗물저류배수시설'을 건설하여 현재 운영 중에 있다. 대심도 빗물저류배수터널은 초기 개수로 흐름에서 만관 후 관수로 흐름으로 전이되는 구조물로 계획과 운영이 매우 어려운 시설이다. 이에 미국, 일본, 중국, 이탈리아 등 국가에서 대심도 빗물저류배수터널과 관련한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 대심도 빗물저류배수터널의 유입시설 중 감세부에 해당하는 수직갱과 감세지의 깊이에 따른 감세지 바닥 압력변화를 알아보기 위하여 수리실험을 수행하였다. 그 결과 감세지 깊이가 깊어질수록 바닥면의 압력이 증가하는 것으로 분석되었으며 바닥면의 압력이 감세지 깊이만큼의 정수압을 포함하는 경우 정수압 대비 최대 2.0배, 정수압을 포함하지 않는 경우 정수압 대비 최대 1.0배 인 것으로 분석되었다. 수직갱 깊이에 대한 실험 결과는 수직갱 깊이가 짧아질수록 압력이 감소하는 경향을 보이는 것으로 분석되었는데 이는 회전수 및 회전력과 관련 있는 것으로 판단된다. 향후 수직갱 직경, 수직갱 깊이에 대한 추가 연구가 필요한 것판단되며 이를 통하여 수직갱 깊이-감세지 깊이에 대한 정량적인 연구와 분석을 통해 경제적이고 안정적인 대심도 빗물저류배수터널 감세지 설계가이드라인을 제시하고자 한다.

• 한국방재안전학회논문집
• /
• 제16권2호
• /
• pp.65-73
• /
• 2023

하천에서는 어류의 상·하류 간의 이동을 위해 어도는 필수적으로 설치해야 하는 시설이다. 그러나 어도 내부의 흐름에 따라 이동효율의 차이가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 FLOW-3D를 통해 월류수심에 따른 계단식 어도 내의 어류 친화적 흐름을 검토하였고, 모형을 검증하기 위해 개수로 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 어류의 유영능력에 영향을 미치는 주요 항목으로는 유속, 난류운동에너지, 에너지소산율 등이 있으며, 이와 같은 항목으로 대상 어류를 피라미로 가정하여 어류 친화적 흐름의 적합성을 판단하였다. 월류 수심은 피라미에게 유효한 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있었으며, 어도의 낙차에 따라 적합한 월류수심이 요구된다. 향후, 본 연구결과는 계단식 어도 설계의 기초자료가 될 수 있을 것이라 기대된다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제3권4호
• /
• pp.21-31
• /
• 1983

흐름단면(斷面)이 급변화(急變化)하는 개수로(開水路)의 순환현상(循環現象)을 깊이에 대하여 적분(積分)한 2차원(次元) Navier Stockes 연속방정식(方程式)을 Galerkin 형(型) 유한요소법(有限要素法)을 이용(利用)하여 수치적(數値的)으로 해석하였다. 1차원구형수로(次元矩形水路)의 수치해석(數値解析)에서 implicit 방법(方法)과 explicit 방법(方法)을 적용(適用)한 결과(結果) 수치해(數値解)는 정확해(正確解)와 잘 맞았으며, 확대부(擴大部)가 있는 개수로(開水路)에서는 수치실험(數値實驗)에 의해 예상(豫想)된 흐름 상태(狀態)가 얻어졌으며 순환(循環)의 중심(中心)은 기하학적(幾何學的) 중심(中心)과 일치하였으나 유속(流速)의 크기는 작게 나타나 개선(改善)이 요망된다. 교각(橋脚) 등(等)의 장애물(障碍物)이 있는 수로(水路)에서 수치모형(數値模型)에 의해 계산(計算)한 수면곡선(水面曲線)은 수리모형실험결과(水理模型實驗結果)와 근사(近似)하게 나타나 배수영향(背水影響)을 해석할 수 있는 수단(手段)으로서 개발가능성을 제시하는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.229-229
• /
• 2021

최근 이상기상으로 국지성 집중호우가 빈번하게 발생함에 따라 토사유출에 의해 피해가 증가하고 있다. 급경사 사면을 갖는 교란산지와 개발지의 경사면은 토양침식 위험에 노출되어 있다. 특히 지표유출수의 집중흐름에 의한 세류발달은 세류간침식에 비해 많은 토양침식과 토사유출을 발생시킨다. 이러한 급경사 사면에서의 세류발달에 대한 수리학적 메터니즘과 한계조건을 파악하고자 강우와 유입수 모의를 통한 토양침식 실험을 수행하였다. 강우와 유입수의 상호작용에 의한 세류발달의 특성과 토사유출량 증가를 파악하고자, 강우량의 증가와 유입수 유무에 따른 실험이 이루어졌다. 강우강도의 범위는 100~140mm/hr이고, 유입수는 170ml/s 이였다. 유입수량은 합리식으로 계산하였으며, 토양상자 상단에서 균등분사식으로 유입되었다. 세류발달의 수리학적 특성치를 취득하기 파악하기 위해, 염료주입 지표수 거동에 대한 동영상을 판독하였다. 세류발달은 유입수가 없는 경우 3분 이내 그리고 유입수가 있는 경우 30초 이내에 발생하였다. 토양상자내의 평균 유속범위는 7.83~29.27 cm/s 이였다. 실험에서 발달된 세류는 15분경과 후부터 평형상태를 유지하였다. 경사실험조건별로 세류 차수분석을 위해 각 세류의 최대길이, 폭, 넓이를 측정한 결과 세류의 차수는 강우만 있는 경우 1~2차로 발달하였으며, 유입수가 있을 때는 2~3차로 발달하였다. 지표유출이 증가하면서 세류발달의 개수는 줄었지만 규모는 더 크게 나타났다. 세류가 발달하는 시점의 한계유속은 10~20cm/s 범위인 것으로 파악되었다. 지표유출이 증가하면서 세류의 발달도 더 심화되지만, 동일한 강우에 일정시간동안 노출되면서 세류는 평형상태가 되어 더 이상 침식이 활발하게 진행되지는 않았다. 유입수가 있는 조건에서 수량은 약 2배가 증가하였지만, 토사유출량은 세류확장에 의해 약 4배가 증가하는 것으로 나타났다.