• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.65-65
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• 2021

보를 월류하는 흐름에 대하여 하류 수심이 보의 높이보다 낮고, 보 월류 후 수심의 공액수심보다 작거나 크고 같은 경우를 각각 자유도수와 수중도수라고 한다. 수중도수가 발생하는 경우 하류 수심이 보의 경사면을 따라 흐르는 하강류를 덮게 되며 유속을 감쇄시키기 때문에 최대 유속은 자유도수에 비해 매우 작게 발생한다. 그러나 수중도수는 자유도수에 비해 에너지 감쇄 효율이 낮기 때문에 도수구간의 거리가 증가하게 된다. 따라서 인명피해를 발생시키는 도수구간 재순환영역의 길이를 검토하는 것이나 보 하류 바닥보호공 길이 설계를 위해 수중도수에서의 흐름에 대하여 검토하는 것은 중요하다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 보 월류 후 발생하는 수중도수를 수치모의하고 평균흐름과 난류량의 종방향 변화에 대하여 검토하였다. 기존 실험수로에 k-ω SST 난류모형을 사용하여 모형의 적용성을 검토하였다. 다양한 하류 수심을 설정하여 평균흐름과 난류량에 대한 침수도의 영향 및 자유도수 계산결과와 벽면 제트 결과를 함께 비교하였다. 검토 결과 수중도수는 평균흐름과 난류량의 변화율이 자유도수보다 작고 벽면 제트보다는 큰 것을 확인하였다. 또한 침수도가 증가되면서 평균흐름과 난류량의 변화율이 작아지는 것을 확인하였다. 이것은 침수도의 변화에 따른 역압력경사의 차이에 의한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.42-42
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• 2020

충남서부권은 기상이변으로 강수량이 적고 가뭄이 심화되고 있는 반면, 신규수원 개발 적지 부족 등 용수공급에 어려움을 겪고 있다. 2015년부터 2016년까지 가뭄시 비상용수공급을 위해 비상도수로를 건설하였다. 이 비상도수로는 보령댐의 가뭄단계 상황기준으로 운영중에 있다. 가뭄단계 상황이 경계단계에 진입하면 도수로를 가동시작하여 관심단계 회복시에 중단하게 된다. 동 연구는 현재 운영중인 보령댐도수로의 가동Rule을 수량(이수안전도), 수질(BOD), 전력비용을 고려하여 시나리오별로(상시도수, 총 도수량대비 25%, 50%, 75%, 100%) 도수할 때 어느 도수 Rule이 수량-수질-에너지 넥서스 측면에서 가장 유리한지를 밝혀 내고자 하였다. 연구에 사용된 기초자료는 보령댐도수로 준공이후 2016년~2019년 도수실적 자료를 이용하였다. 수량(이수안전도) 검토는 MODSIM을 활용하였고, 수질개선효과는 실측 BOD를 기준으로 도수조건별로 오염부하량으로 검토하였다. 전력비용은 금강원수 도수년도별로 산정하여 분석하였다. 추가 연구결과를 통해 가뭄단계 상황기준, 월별 물관리 여건을 고려하여 기준향후 비상도수로 운영에 있어서 수량절량, 수질개선, 전력비용 절감을 기대할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.98-98
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• 2022

도수는 사류가 상류로 천이되며 흐름이 불연속적으로 변하는 현상이다. 도수는 롤러와 벽 제트와 같은 흐름이 발생하는 영역으로 구분되며 큰 에너지 손실을 발생시키므로, 보나 댐과 같은 수리시설물에서는 에너지 소산을 위한 목적으로 도수를 발생시킬 수 있다. 도수구간 중 롤러 영역에서는 공기가 유입되어 복잡한 3차원 2상 흐름을 발생시키므로 공기방울의 거동에 대한 정밀한 모의는 매우 중요한 것으로 평가된다. 그러나 현실적으로 롤러 영역에서의 작은 공기방울까지 재현하는 것은 어려운 일이다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 수문 아래에서 발생하는 자유도수를 수치모의하고 연행된 공기량에 대한 특성을 검토하였다. 롤러 영역에서 격자의 해상도를 다르게 하여 도수구간 내 공기의 체적비와 공기방울의 크기 및 공기방울의 거동을 분석하였다. 실내 실험자료에 난류모형을 적용하고 그 결과와 비교하여 모의 결과의 적정성을 확인하였다. 또한 도수구간에서 공기방울 거동의 정밀한 모의가 평균흐름 및 난류량의 종방향 변화에 미치는 영향을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.127-127
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• 2022

1998년부터 운영 중인 보령댐은 충남 서부 8개 시군의 용수공급을 담당하고 있다. 그러나 보령댐의 용수수요는 지속적으로 늘어나 2015년 댐 용수공급능력의 92%에서 2022년에는 댐 용수공급능력의 98%로 늘어났으며, 최근 유입량은 2013년~2017년 및 2019년 평균유입량은 설계유입량의 58%에 불과한데다, 연속으로 적은 유입량이 기록되는 등 예전보다 가뭄에 취약해진 상황이다. 2015년에 가뭄에 대한 대응방식으로써 댐 용수공급조정기준이 마련되었는데, 이는 가뭄대응단계별 기준저수량을 도입하고, 각 대응단계별로 용수공급량을 조정하는 기준을 제시하고 있다. 이를 통해 보령댐 또한 '주의'단계에서 하천유지용수를 감량하고 있으며, '경계'단계에서는 농업용수감량과 더불어 보령댐도수로를 가동하는 것까지 시행하여 가뭄에 대응 중이다. 보령댐도수로의 시설용량은 2022년 용수수요의 40%인데, 보령댐 가뭄시 저수량 확보에 큰 역할을 하고 있다. 보령댐도수로는 '16년부터 매년 운영하고 있다. 그럼에도 불구하고 보령댐은 반복된 유입량 부족으로 댐의 상시만수위까지 물을 채우지 못한채로 다음해를 맞이하게 되는 상황이 생겨 보령댐도수로를 보다 적극적으로 활용하는 방안이 필요하게 되었다. 이에 따라 '21년 12월 보령댐도수로 운영기준은 '경계'단계 저수량 미만에서 가동하는 것에서 '관심'단계 저수량 미만에서 가동하는 것으로 변경되었다. 2022년 현재의 용수수요로 기존 보령댐도수로 운영기준을 적용했을 경우와 개정 보령댐도수로 운영기준을 적용했을 경우를 비교하면, 전체 평가대상기간 8,401일(23년)중 가뭄대응기간은 도수로가 없을 경우는 3,419일, 기존 도수로 운영기준 적용시 3,005일, 개정 도수로 운영기준 적용시2,450일로 가뭄대응기간의 개선효과가 12%에서 28%로 향상되었다. 하천유지용수 감량기간은 도수로가 없을 경우는 3,299일, 기존 도수로 운영기준 적용시 2,615일, 개정 도수로 운영기준 적용시1,718일로 하천유지용수 감량기간의 개선효과가 21%에서 48%로 향상되었다. 또한 농업용수의 감량기간은 도수로가 없을 경우는 1,177일, 기존 도수로 운영기준 적용시 627일, 개정 도수로 운영기준 적용시 91일로 농업용수 감량기간의 개선효과가 47%에서 92%로 향상되었다. 그리고 생공용수의 감량기간을 비교해보면 도수로가 없을 경우는 1,714일, 기존 도수로 운영기준 적용시 332일, 개정 도수로 운영기준 적용시 0일로 생공용수 감량기간의 개선효과가 81%에서 100%로 대폭 향상되었다. 즉 보령댐 도수로 운영기준의 개정으로 보령댐은 가뭄시 보다 적극적인 대응이 가능하게 되었으며, 하천유지용수, 농업용수 및 생공용수의 공급이 보다 원활해지게 된 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1889-1893
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• 2008

본 연구에서는 완경사 계단형 낙차공에서 하류수심 변화에 따른 도수 형태의 변화와 WTF 흐름 특성에 대한 분석을 수행하였다. 일정한 유량에서 하류수위를 증가시키면 도수 형태가 달라지는데 특히 계단 끝단에서 완전도수, 잠김도수(B점프), downward curved jet, upward curved jet, wave type flow(WTF)가 차례로 나타났다. 잠김도수에서는 표면 롤러 현상이 관찰되었고 curved jet에서는 큰 유속 감세 없이 파가 하류까지 전달되었다. WTF에서는 사류흐름이 바닥 recirculation 구역의 영향으로 변형되면서 wave 형태의 도수를 발생시켰다. 하류수위를 점점 증가 시키면 도수의 발생 위치가 계단 위쪽으로 이동하며 잠김도수와 WTF가 번갈아가며 발생하였다. 하류수위가 높아질수록 도수의 규모는 작아졌으며 표면 롤러도 미약해지는 경향을 보였다. 세 가지 유량조건에 따른 WTF의 규모를 비교한 결과 유량이 증가할수록 WTF의 크기가 증가하였으며 무차원화한 WTF의 형상은 거의 비슷한 것으로 나타났다. 계단형 낙차공은 기존낙차공에서 발생하는 도수와 달리 WTF가 발생되므로 이에 대한 분석이 필요하다. WTF가 발생하는 구간의 수위는 하류수위보다 높아지기 때문에 하천 설계 시 하천 접합부의 조건(구수부지설치, 제방설치 등)에 따라 wave의 높이가 설계의 중요 인자로 고려되어야 할 것이다. WTF는 지금까지의 계단형 낙차공 설계 시 고려되지 못한 부분으로서 차후에 계단형 구조물 또는 계단식 변형 구조물 설계 시 주요 자료로 활용 될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.323-323
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• 2017

본 연구 대상인 주암댐-주암조절지댐간 도수터널은 저수지 간 연계운영을 통하여 서 남해안 일대의 용수 공급하기 위하여 건설되어 운영되었으나, 터널의 구조적 불안정성이 제기됨에 따라 향후 발생 가능성이 있는 용수공급 중단을 방지하기 위하여 신규 도수터널이 제안되었다. 계획된 신규 도수 터널의 주요 시설물은 크게 양방향 운영이 가능한 터널(D=3.3 m, L=11.23 km), 각 저수지 상황별 운영을 위한 취수문비 2개소, 도수가 이루어지는 상황에서 수문 돌발 폐쇄시 수충격을 감쇄하기 위한 배기구(air vents) 2개소가 계획되었다. 이에 따라 본 연구에서는 주암댐에서 주암조절지댐으로 최대 유량이 통수되는 상태에서, 수문폐쇄에 따른 수충격을 정량적으로 분석하고자 Joukowsky 공식에 적용하여 완폐쇄와 급폐쇄시 도수터널의 안정성을 검토하였으며, 수문 폐쇄로 인한 천이적인 흐름상태 등 수충격 모의가 가능한 1차원 ITM 모형을 적용하여, 수리분석과 수치모형과 결과 비교하고, 계획된 배기구의 유무에 따른 효과를 알아보고자 하였다. 분석 결과, 계획된 0.3 m/min으로 수문을 폐쇄할 경우, 도수터널의 안정성에는 문제가 없을 것으로 분석되었으나, 수문을 급 폐쇄 할 경우, 압력수두가 크게 증가하여 도수터널에 위험이 있을 것으로 분석되었으며 배기구 유무에 따른 수충격 검토 결과 도수터널 내의 수압상승을 적절히 조절하는 조압수조의 역할을 만족스럽게 수행할 것으로 분석되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.2303-2315
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• 2013

일반적으로 도수로는 급경사 사면에서 발생되는 유출량의 배수를 위하여 설치되는 구조물이며, 이러한 도수로에서의 월류 및 유수 이탈을 방지하기 위하여 소단부에 도수로 덮개를 설치하고 있다. 본 연구에서는 비탈면의 배수에 중요한 구조물이 도수로에서의 흐름특성 및 구체적인 설계기준을 제시하기 위하여 수리실험 연구를 수행하였다. 도수로에서의 흐름특성을 분석하기 위하여 도수로의 경사와 소단 길이의 변화가 가능한 수리실험 수로를 제작하고, 유입 유량을 변화시켜가면서 수리실험을 실시하였다. 도수로의 경사는 $40^{\circ}$, $50^{\circ}$, $60^{\circ}$, $70^{\circ}$로 변경하였으며, 실험유량의 범위는 1.0~5.6 ${\ell}/s$로 선정하였다. 수리실험 결과 도수로 내로 유하되는 유량에 따라 소단 내 흐름은 도수 흐름과 튐으로 구분되었으며, 도수로 경사에 따라 1.1~2.0 ${\ell}/s$ 이하의 유량이 유하될 경우의 튐 흐름은 소단의 상부와 하부에서 각각 유수이탈을 발생시키는 원인으로 판단된다. 또한 도수로 내의 물입자 비산거리는 도수로 경사 변화를 고려하여 실측한 결과 소단 시작점으로부터 약 20 cm(1.3B)지점부터 시작되었으며, 하부 도수로의 경사변화에 따라 실측된 유수이탈 거리는 소단하부로부터 3.5B지점까지 나타났다. 따라서 소단시작지점으로부터 1B지점에서 소단하부로부터 3.5B 지점까지 도수로 덮개를 설치하여야 유수이탈 없이 유수를 유하 시킬 수 있는 것으로 판단된다.

• 대순사상논총
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• 제28집
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• pp.207-241
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• 2017

대순진리회의 경전인 『전경』에는 '도수'라는 표현이 빈번히 사용되었으며 증산, 정산, 우당께서도 도수에 대해 많은 말씀을 남기셨다. 본 논문은 이러한 '도수' 개념을 상세히 분석하고 파악하고자 하였으며 이러한 도수 개념을 통해서 대순사상을 심도 있게 이해하고자 하였다. 도수라는 용어는 전통적 문헌에서도 자주 사용되었던 용어이다. 고전에서 도수는 제도, 도리, 표준, 규칙, 법도, 수치, 천체운행의 의미로 사용되었다. 즉 도수는 천체 운행의 법칙과 인간 사회의 규범의 의미로 사용되었으며 이러한 의미가 확대되어 우주자연의 원리의 의미로 사용되었다. 이러한 도수 개념은 수를 우주 자연의 원리를 파악한 상수학적 우주론과 관련이 깊다. 상수학적 우주론은 소강절에 의해 체계화되었으며 조선에서는 화담 서경덕이 이를 적극적으로 수용하였고 이후 한국 사상사의 한 축을 이루었다. 대순사상의 세계관에서도 수를 우주 자연의 원리로 이해하고 있는 부분이 있으며 이러한 세계관은 상수학적 우주론과 연관된다. 대순사상에서 도수 개념은 전통적 도수 개념을 바탕으로 하고 있으며 여기에 증산의 천지공사의 구체적 명칭의 의미를 더하고 있다. 또한 도수는 증산의 천지공사에 의해 우주 원리나 법칙이 변해가는 과정의 의미로 사용되고 있다. 특히 도수에 관한 담론은 증산의 천지공사론에 많이 사용되었다. 증산께서는 천지의 도수를 뜯어고치고 정리하고 조정하셨으며 새로운 후천 도수를 설정하셨다. 종통을 계승하신 정산께서는 증산의 공사를 뒤이었으며 증산께서 짜신 도수를 풀어나가셨다. 즉 정산께서는 증산께서 행하신 천지공사의 도수에 따라 도수를 보셨으며 도수에 의한 공부를 행하신 것이다. 그리고 도수는 천지공사에 따른 천지법칙의 변화과정을 의미하는데, 우당께서는 이러한 도수 개념을 통해서 종단 역사의 변천과정을 말씀하셨다. 즉 무극도의 창도, 태극도로의 변천 그리고 대순진리회의 창설과 여주본부도장의 건설 등의 과정이 도수에 의해 펼쳐진 신성한 역사라는 설명이시다. 이러한 담론을 통해 대순진리회는 다른 증산교단과 차별되는 정통성을 주장하며, 신도들은 자신들이 천지도수에 참여하고 있다는 성스러운 의미에 감화되어 신행에 매진할 수 있는 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.52-52
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• 2017

우리나라에서 2014년부터 2016년까지 중부지방을 중심으로 지속된 강우부족은 용수공급에 피해를 발생시키는 주요 원인이 되었다. 2014년부터 2016년까지 보령 기상관측소의 연강수량은 각각 1,010.6 m, 782.5 mm, 792.8 mm였으며 이는 보령 기상관측소 연강수량의 평년값인 1,244.3 mm의 81.2 %, 62.9 %, 63.7 %에 해당하는 양이었다. 이러한 강우부족으로 인하여 충청남도 서북부권에 용수공급을 담당하고 있는 보령댐의 저수율이 20 % 미만으로 감소하는 문제가 발생하였다(2015년 11월 6일 기준). 국토교통부는 보령댐의 저수율 감소가 지속될 경우 보령댐 용수공급 지역에 피해가 발생할 것으로 판단하였고 이러한 피해를 저감시키는 방안으로 금강 백제보 하류의 물을 보령댐 상류로 공급하기 위한 긴급용수공급 시설인 보령댐 도수로를 설치하였다. 보령댐 도수로 운영 시 지형 및 수질 문제를 해결하기 위하여 가압시설, 정수시설과 같은 부대시설이 함께 설치되었다. 이로 인해 도수로 운영 시 부대시설의 운영비용이 소요되므로 보령댐 도수로는 운영일수를 최소화하고 보령댐의 용수공급은 최대화하는 도수로의 운영방안이 필요하다. 본 연구에서는 보령댐 도수로의 효율적인 운영방안을 모색하기 위하여 다양한 보령댐 도수로 운영방안을 설정하고 각 운영방안 따른 저수지 모의운영을 실시하여 보령댐 도수로의 운영효과를 분석하고자 하였다. 도수로의 운영방안은 보령댐 유역의 유역평균강수량을 활용하여 산정한 SPI, 보령댐 실측유입량을 활용하여 산정한 월 평균유입량, 용수공급 조정기준의 단계별 저수량 등을 활용하여 설정하였다. 또한 저수지 모의운영 결과를 평가하기 위한 지표로 용도별 용수공급 신뢰도와 용수공급 조정기준의 각 단계별 도달일수, 도수로 운영일수, 무효방류량 등을 산정하고 그 결과를 비교 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.63-63
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• 2018

최근 이상기후로 인한 국지성 호우의 발생빈도 및 강우강도의 증가는 하천횡단구조물의 안정성에 문제가 되고 있다. 하천 횡단구조물(보, 물받이공 등)의 파괴는 국부 세굴(bed scour), 파이핑(piping), 구조물 본체의 불안정성 등의 원인으로 발생되고 있으며, 이 중에서 구조물 본체의 불안정성은 도수(hydraulic jump)로 인한 압력변이도 주요 원인이 될 수 있다 (Bower and Toso, 1988; Kazemi, F. et al., 2016). 그러나, 현재 직접적인 파괴 원인인 세굴 등에 대한 연구에 비해 압력변이로 인한 구조물의 파괴원인을 분석하는 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 다양한 흐름조건을 발생시켜, 하천횡단구조물 주변의 도수특성 및 도수로 인한 압력변이에 대하여 수리실험 및 수치모의를 통하여 검토하고자 한다. 수리실험에 사용하는 수로는 길이 10 m, 폭 0.3 m, 높이 0.4 m이며 상류로부터 2.5 m 떨어진 곳에 보(weir)를 설치하였다. 실험조건은 다양한 흐름조건에 따른 도수 발생을 검토하고자 상하류 수위를 조절을 통해 Froude 수의 범위를 1 < Fr < 10로 설정하였다. 압력변이는 전압형 압력계(Model : UNIK 5000, 압력 측정 변위 : -2 ~ 5 kPa)를 사용하였으며, 보(weir) 하류단에서 2.5 cm 간격으로 천공하여 측정하였다. 또한 3차원 모형인 FLOW-3D 모형을 이용하여 실험수로를 재현하였으며, 도수 발생 위치, 도수 길이, 도수 발생 시 압력변이에 대하여 실험결과와 수치모의 결과를 비교하여 수치모형을 검증하였다. 최종적으로 Froude 수에 따른 도수특성(도수 발생위치, 도수 길이 등) 및 최대 압력변이를 무차원화 하여 나타내었다. 본 연구는 도수 발생 시 압력변이로 인한 구조물 파괴분석에 대한 기초가 되는 기본적인 연구이나, 향후에는 물받이공 길이, 두께 등 하천횡단 구조물 설계인자 도출에 선행연구로 발전할 수 있다고 판단된다.