• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2007.05a
• /
• pp.841-845
• /
• 2007

낙차공(drop structure)은 치수목적의 하천정비를 위한 주요 수공구조물이다. 하지만 국내외적으로 환경을 고려한 하천공법이 요구되면서 고낙차로 인해 발생하는 수중생물의 단절은 기존 낙차공의 큰 문제로 대두되었다. 이에 기존 고낙차를 이용한 낙차공 보다는 완만한 경사를 가지는 낙차공을 설치함으로써 기존 낙차공에 의해 단절되었던 어류의 이동통로로서의 역할과 주변 경관개선을 위해 설치하고 있는 구조물이 필요하였다. 본 연구는 위와 같은 필요성에서 시작되었으며 완경사 낙차공을 경사형 낙차공이라 정의하고 조건에 따른 흐름특성을 수리실험을 통해 분석하였다. 연구내용은 경사형 낙차공의 경사조건과 하상재료의 입경에 따라 발생하는 에너지 소산에 따른 효율과 구조물 하류부 도수현상에 대한 것으로 이를 통해 경사형 낙차공 조건에 따른 흐름특성을 파악하였다. 수리실험은 폭 0.6m, 길이 20.0m 인 가변경사수로에서 수행하였으며, 하상재료는 크기에 따라 2가지 입경(16mm, 25mm)의 재료를 선정하였고, 구조물 경사에 대해 각각 1V:2H, 1V:3H, 1V:4H, 1V:6H의 경사도를 가지는 모형을 제작하여 실험을 수행하였다. 유량조건 및 도수발생위치는 유입부 수위에 따라 단계별로 4가지 수위조건을 만족시키는 유량을 통수하였고, 하류부 수위를 조절하여 도수위치를 조절하여 유입부(1), 낙차공부(5), 사류부(1), 하류부(1)에 대하여 총 8개 지점을 선정하여 수위$(y_n)$ 및 유속(V), 도수길이(Lr), 도수발생거리(Lj) 등을 측정하였다.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
• /
• v.47 no.1
• /
• pp.30-37
• /
• 2010

In order to control the weight balance of the waterjet propulsion ship, the pump's weight needed to be decreased. We reduced length of pump hub, overall length of pump and chord length of impeller and stator. To keep pump efficiency and cavitation performance similar to the $1^{st}$design pump, optimum design and experiment were conducted. This paper describes experimental method and numerical analysis for pump design. At the blade design stage, performance analysis of the pump is conducted using commercial CFD codes ($BladeGen^+$,CFX-10). Required performance and cavitation characteristics of the design pumps were measured and observed using the stand-alone test apparatus. The weight of the pump was successfully decreased through a series of pump design processes composed of blade design, performance analysis and model test.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.321-321
• /
• 2011

최근 기상이변으로 인하여 예측이 어려운 게릴라성 집중호우 등의 증가로 재해 및 재난이 빈번하게 발생하고 있으며, 특히 도시지역에서의 홍수피해로 막대한 인명과 재산피해가 발생하고 있다. 도시지역내로 유입되는 홍수는 다양한 형태와 크기를 가지는 건물과 도로의 배치에 의해 크게 영향을 받으며, 매우 복잡한 흐름특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 도시지역이 조밀한 건물군으로 구성되어 있을 경우 홍수의 대부분은 도로와 교차점을 통해 흐르므로 도시지역 내에서 홍수로 인한 피해를 저감하기 위해서는 도로 교차로에서의 홍수파의 전파특성을 분석하는 것이 중요하다. 교차로는 세 개 또는 네 개의 도로가 대칭 또는 비대칭으로 연결되어 있으며, 일반적으로 교차로에서의 흐름은 유입되는 유량이 상대적으로 적고 도로의 경사가 비교적 완만한 경우 상류 특성을 나타내나 이와 반대일 경우에는 상류 및 사류가 공존하는 복잡한 수면형을 나타낸다. 본 연구에서는 도지지역 내 도로 교차점에서 유입경사 변화에 따른 도로 교차부에서의 흐름특성을 수치모의 결과와 수리실험 결과와 비교하였다. Case 1은 수로의 유입경사가 3%일 경우 도로 교차로에서 수위 및 흐름특성을 수치모의결과와 비교한 결과 조도계수가 0.0086일 경우 RMSE 값은 X축에서는 0.0023, Y축에서는 0.0042로 수로중심에서의 수심분포가 잘 일치 하였으며, 흐름특성 또한 수치모의결과와 잘 일치하는 경향을 보였다. Case 2에서는 검증결과를 바탕으로 유입경사가 3%와 5%일 경우 도로와 교차점에서의 흐름특성을 수치적 방법을 통해 분석하였으며, 유입경사가 변화함에 따른 수면흐름특성을 모의하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.581-581
• /
• 2012

경사면의 잠김과 드러남(wetting and drying)에 대한 천수방정식의 수치 실험으로서 그 전선 근처에서 수심이 매우 작은 경우, 수심이 작을 때 2차 정확도를 위한 MUSCL의 적용 여부, 그리고 마찰 적용의 한계 수심 등에 대해 수심경사법(DGM)과 수면경사법(SGM)을 비교 검토하였다. 먼저, 포물선형 융기에서 정상상태의 기준해와 비교하고 하류에서 배수(drain)가 되는 경우를 상정하였다. 그리고 삼각형 바닥 턱을 지나는 댐 붕괴 흐름에 대한 실험의 결과와 비교하였다. 마지막으로 유사난수 발생에 의한 불규칙 바닥 구간을 지나는 가상 댐 붕괴 흐름에 대해 모의하였다. 정상 상태의 잠긴 바닥(wet bed)에 대해 정수 상태에서 SGM의 선평형성(well-balancedness)이 만족되었으나, 흐름이 상류와 사류일 때 각각 DGM과 SGM에서 유량 변동이 있음을 확인하였다. 드러난 바닥(dry bed)으로 흐름이 진행될 때 수심이 음의 값이 되지 않도록 잠김 드러남 전선근처에서 수심이 매우 작아지는 경우($<1{\times}10^{-6}m{\sim}1{\times}10^{-5}m$) 수심을 0으로 강제하고, n이 0.011과 0.04인 경우 수심이 각각 $1{\times}10^{-4}m$와 $1{\times}10^{-2}m$보다 작은 경우 마찰의 적용을 배제하는 것이 불가피하였다. SGM에 의한 MUSCL에서 수심이 $5{\times}10^{-5}m{\sim}5{\times}10^{-2}m$보다 작을 때 1차 정확도로 회귀가 불가피하였으나, DGM에서는 그와 같은 정확도의 훼손이 나타나지 않았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.445-445
• /
• 2016

급변하는 개수로 흐름에서 발생하는 바닥전단응력의 분포는 하천구조물 설계에 있어 매우 중요한 요소이다. 하천 구조물 중 호안에 대한 하천설계기준 '설계편 제 24장 호안'에는 호안 설계에 대한 일반적인 사항이 제시 되어 있으나, 구체적인 소류력 또는 유속에 대한 기준, 각 호안공법들의 안정성을 평가하기 위한 시험법 등에 대한 구체적인 기준이 부족한 상황이다. 소류력 측정방법에는 간접측정법과 직접측정법이 있다. 간접측정법에는 Reach-Average공식, Reynolds Stress, TKE공식 (Turbulent Kinetic Energy)이 있고 직접측정법에는 Shear Meter, Preston Tube 등이 있다. 본 연구에서는 바닥전단응력을 직접 측정할 수 있는 1차원 소류력 측정장치를 개발하고, 최대유속 5m/s 가변형 고속수로 실험을 통하여 Reach-Average 공식, Reynolds Stress, TKE 공식으로 산정한 바닥전단응력 값과 1차원 소류력 측정장치 값을 비교 분석하였다. 실험케이스는 총 3개로, 22.42???, 30.00???, 41.00??? 유량을 사류이면서 난류인 상태로 실험을 수행하였다. 분석 결과, 본 연구에서 개발한 1차원 소류력 측정장치의 측정값은 TKE공식과 약 2.3% 차이가 났으며, Reach-Average공식과 약 8.1%, Reynolds Stress는 약 22.1% 차이가 났다. 즉, 본 연구에서 개발한 1차원 소류력 측정장치는 유속 범위(1m/s ~1.6m/s )에서 TKE공식을 이용한 바닥전단 응력과 가장 근사하게 나타나는 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.436-436
• /
• 2018

하천의 조도계수는 하상 입자들의 크기 및 형상, 식생, 수로의 만곡 등 흐름특성에 영향을 주는 복합적인 경험적 매개변수이므로 그 값을 정확히 산정하는 것은 매우 어렵다(Chow, 1959). 제주도 산지하천은 하상이 매우 불규칙하고 조도계수의 불확실성으로 인해 정확한 홍수위, 홍수량 산정이 어렵다. 또한 하상경사가 매우 급하여 상류와 사류가 복합적으로 발생하므로 수치모의 시 수위차가 크게 발생할 우려가 있다. 따라서 현장실측 기반의 하천 조도계수 산정을 통한 홍수위, 홍수량 산정에 정확도를 향상시킬 필요가 있다. 이 연구에서는 제주도 북부지역의 건천(한천, 병문천, 독사천, 산지천)을 대상으로 하상재료를 직접 실측하여 하상 입경을 이용한 조도계수를 산정하였다. 실측 방법은 대상하천의 현장답사 및 현장조사를 사전에 실시하였으며, 하천의 종단 방향으로 1km 간격, 100개 이상의 하상재료를 표본으로 취하고 선격자법을 적용하였다. 대상하천 하류부의 좌안, 우안은 대부분 하천 정비에 의한 제방 구축이 되었으며, 상류부는 경사가 급한 암질로 구성되어 있으므로 하상을 중심으로 구성물질의 입경과 조고를 측정하여 상류 흐름의 영향범위를 고려한 조도계수를 산정하였다. 표본 측정시 점 사주, 여울, 웅덩이 등 국부적으로 하상재료의 변화가 심한 구역은 피하고 가급적 해당 구역에서 보편적으로 산재된 하상재료를 선택하였다. 향후 부정류 모형인 HEC-RAS를 이용하여 실측 유량과 수위를 적용한 조도계수를 산정한다면 보다 정밀한 조도계수를 산정할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.43-43
• /
• 2015

천수방정식을 사용하는 초기 수치모형은 프로드수($F_4$)가 변화하는 흐름 즉, 상류방향과 하류방향으로 전파하는 홍수파를 동시에 해석하기 위해 중앙 차분기법이 필요한 상류(sub-critical flow)와 흐름방향에 따른 상류이송(upwinding)기법이 필요한 사류(super-critical flow)가 나타나는 흐름해석에서 어려움이 있었다. 하지만, 근사 Riemann 해법의 등장으로 흐름방향에 관계없이 특성선을 따라 정확한 상향가중기법의 적용이 가능하게 되어, 천수방정식을 지배방정식으로 하는 수치모형이 더욱 실용적으로 적용될 수 있도록 하였다. 따라서, 현재 근사 Riemann 해법은 Godunov 형 유한체적 기법, 불연속 Galerkin 혹은 Petrov-Galerkin 유한요소기법 그리고 Boussinesq 기법에도 적용되고 있으며, 특히 Godunov 형 유한체적기법과 결합한 근사 Riemann 해법은 댐 붕괴, 하천 범람 그리고 도시 및 해안지역 침수에 이르기까지 여러 가지 문제에 폭넓게 적용되고 있다. 지금까지 홍수 모델링에 적용된 Godunov형 유한체적모형은 정형 사각격자나 비정형 삼각격자 중에서 한가지의 격자 종류만을 적용한 연구가 주로 수행되었으며, 유한요소모형과 같이 이 두 가지 격자를 동시에 적용한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 일반적으로, 삼각격자는 사각격자와 는 달리 연구유역의 경계나 지형이 복잡한 경우에도 큰 노력없이 격자의 생성이 가능하나, 격자와 노드의 수가 사각격자보다 많아 계산시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 반면, 사각격자는 하천과 같이 선형으로 변하는 지형에 대해서는 표현하기가 용이하며 계산시간의 효율성도 뛰어나다. 본 연구에서는 하천, 도시 그리고 해안지역에서의 효율적이고 정확한 홍수 모델링을 위해 삼각 및 사각격자 그리고 이 두 격자를 동시에 고려한 하이브리드 격자의 적용이 가능한 Godunov형 2차원 유한체적 모형을 개발하였다. 그리고 개발모형을 정확해가 있는 댐 붕괴 문제, 실측치가 존재하는 실험하도 및 실제하도에 삼각, 사각 그리고 혼합격자를 생성하여 모의를 수행하고, 각 적용 격자에 따른 정확성과 효율성 및 장점과 단점을 연구하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.79-79
• /
• 2018

하천시설물 설계, 시공 및 관리에 재료에 따른 호안이나 제방의 보호능력이 저하되어 설계 시 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있으며, 하천환경의 변화를 야기시킬 수 있다. 제방 표면재료는 제외 비탈면의 침식 방지를 목적으로 사용되는 재료로 주로 호안블록. 식생 매트, 사석, 돌망태, 식생등이 주로 사용되며 국내에서는 2000년대 이전에는 자연 흙사면의 식생, 돌망태, 단순 돌기형 콘크리트 블록 등이 주로 사용되었으며 2000년대 이후에는 하천환경을 고려하여 식생의 생장이 가능한 친환경 호안 블록 및 식생 매트의 적용이 일반적인 실정이다. 제방의 수리적 설계를 위해서는 표면 재료의 수리 특성, 즉, 조도계수 및 한계 유속, 한계 소류력이 제시되어야 하는데 이는 실험을 통해서 결정되어야 한다. 때문에 본 연구에서는 자연형 하상재료를 이용하여 바이오 폴리머 첨가시 증가하는 방어능력에 대한 향상도를 평가하는 실험적 평가 방법을 제안하기위해 홍수시 수리조건을 반영하여 상류에서부터 사류까지 다양한 유속범위에 따른 세굴 및 침식에 대한 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 실험연구를 통해 연구에 사용된 재료 외 추가적인 재료에 대해서도 평가방법이 적용될 수 있도록 제방 재료의 안정성 평가시스템을 개발하였고, 안정성 평가를 위한 실험진행은 기 개발된 바닥응력을 직접측정하는 장치와 PIV시스템을 이용하여 수리특성을 측정하였다.(Park J.H. et al. 2016, Flow Measurment and instrumentation.) 이러한 측정 장치를 이용하여 바이오폴리머의 첨가에 유무에 따라 세굴에 대한 방어능력의 향상정도를 측정하고자 세굴 및 침식에 대한 평가 방법을 제시하고 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.85-85
• /
• 2019

하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 이러한 영향은 하천환경의 변화를 야기시킬 수 있다. 제방 표면 재료는 제외 비탈면의 침식 방지를 목적으로 사용되는 재료로 주로 호안블록. 식생 매트, 사석, 돌망태, 식생등이 주로 사용되고 있다. 국내에서는 2000년대 이전에는 자연 흙사면의 식생, 돌망태, 단순 돌기형 콘크리트 블록 등이 주로 사용되었으며 2000년대 이후에는 하천환경을 고려하여 식생의 생장이 가능한 친환경 호안 블록 및 식생 매트의 적용이 일반적으로 시공되고 있다. 제방의 수리적 설계를 위해서는 재료 표면의 수리 특성, 즉, 조도계수 및 한계 유속, 한계 소류력이 제시되어야 하는데 이는 실험을 통해서 결정되어야 한다. 때문에 본 연구에서는 자연형 하상재료를 이용하여 바이오 폴리머 첨가시 증가하는 방어능력에 대한 향상도를 평가하는 실험적 평가 방법을 제안하기위해 홍수시 수리조건을 반영하여 상류에서부터 사류까지 다양한 유속범위에 따른 세굴 및 침식에 대한 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로에서 실험연구를 통해 제방재료의 안정성 평가방법을 개발하였고, 안정성 평가를 위한 실험진행은 기 개발된 바닥응력을 직접측정하는 장치와 PIV시스템을 이용하여 수리특성을 측정하였다.(Park J.H. et al. 2016, Flow Measurment and instrumentation.) 기존 문헌에서 제시되었던 측정 장치를 이용하여 바이오폴리머의 첨가에 유무에 따라 세굴에 대한 방어능력의 향상정도를 측정하고자 세굴 및 침식에 대한 평가 방법을 제시하고 있다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.31 no.4B
• /
• pp.333-341
• /
• 2011

This study analyzed the propagation of dam-break waves in an area directly downstream of a dam by using 3D numerical modeling with RANS as the governing equation. In this area, the flow of the waves has three dimensional characteristics due to the instantaneous dam break. In particular, the dam-break flows are characterized by a highly unsteady and discontinuous flow, a mixture of the sharp flood waves and their reflected waves, a mixture of subcritical and supercritical flow, and propagation in a dry and movable bed. 2D numerical modeling, in which the governing equation is the shallow water equation, was regarded as restricted in terms of dealing with the sharp fluctuation of the water level at the dam-breaking point and water level vibration at the reservoir. However, in this 30 analysis of flood wave propagation due to partial dam breaking and dam-break in channels with $90^{\circ}$ bend, those phenomena were properly simulated. In addition, the flood wave and bed profiles in a movable bed with a flat/upward/downward bed step, which represents channel aggradation or degradation, was also successfully simulated.