• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.37-37
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• 2011

태풍 루사나 매미에 의한 피해사례를 보면 하천 횡단 구조물 본체가 파괴되는 피해 뿐 만 아니라, 구조물과 제방과의 연결부가 세굴되어 붕괴되는 사례가 많이 발생하였다. 하천설계기준(2009)에는 이러한 보와 제방의 연결부 부분을 연결호안이라 하여 관련 기준을 제시하고 있으나, 설치구간의 길이를 정할 때 하천의 규모나 하도의 특성을 고려하지 못하고 일률적으로 결정하도록 하고 있다. 이에 건설기술연구원에서는 상류 Froude 수와 보 높이를 변수로 하는 연결호안 설치 길이에 대한 실험식(2006)을 제시하였다. 하지만 보 접속부 세굴에 영향을 주는 인자는 상류의 Froude 수와 보의 높이 뿐만 아니라, 상 하류 수위차, 보의 형상, 제방의 재료적 특성 등 많은 요인들이 존재한다. 이 중 본 연구에서는 상 하류 수위차와 보 접속부 세굴 범위의 관계를 파악하고자 한다. 보 접속부 세굴에 대한 수치모의에 앞서 Gill(1972)와 Dongol(1990)이 수행하였던 교대세굴 자료를 바탕으로 Flow-3D의 세굴에의 적합성 및 적용성을 검토하였다(그림 2참고). 검토 결과 수치모의의 입력 변수를 조정함으로써 실험값과 가깝게 나타나는 것을 확인하였다. 이렇게 조정된 변수를 이용하여, 보 접속부 세굴에 대한 수치모의는 상 하류의 수위차에 대해 다양한 검토를 하기 위해 상류의 수위를 1.0m로 고정한 채하류부의 수위를 0.2~0.8m까지 0.1m간격으로 변화시켰으며, 유사의 대표 입경은 0.63mm로 주문진 표준사를 가정하였다. 모의 시간은 평형세굴심이 발생할 때까지 수행하였고, 난류모델로는 LES(Large Eddy Simulation)를 채택하였다. 모의 결과 상 하류 수위차가 증가할수록 보 하류부 세굴 길이($L_d$)가 증가 하였으며, 세굴의 폭($B_d$) 역시 증가하였다. 그림 3은 수치모의 결과로 세굴이 발생된 제방의 모습을 도시한 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.86-86
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• 2020

수리구조물에 관한 기존 연구들은 대부분 기능성과 안정성 측면에서 본체에 작용하는 유체력에 대한 안정성에 주안점을 두고 있다. 수리구조물 상·하류의 수위차에 기인한 기초지반내의 흐름 및 간극수압 변화는 하천 구조물의 안정성을 연구하는데 매우 중요하다. 해양에서는 파랑하중에 의한 과잉간극수압이 액상화를 발생시켜 해안구조물의 안정에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되며, 이에 관련 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 반면, 하천구조물 주변 지반의 흐름 및 간극수압 뿐 아니라, 액상화에 관한 연구는 아직 미진한 실정이다. 본 연구에서는 수리구조물 주변의 유동 및 와동 현상 뿐 아니라, 수위차에 따른 지반 내부 유동장과 간극수압에 관한 특성을 분석하기 위해 유체-구조물-지반 비선형 상호작용을 고려할 수 있는 수치수조를 새롭게 제안하였다. 그리고 제안하는 수치수조의 타당성 및 유효성을 검증하기 위해 기존 실험값과 비교·검토를 수행하였고, 그 결과는 거의 유사한 경향을 나타내었다. 또한 이 수치수조에 다양한 입사조건(상·하류 수위차)에 적용하여 유체-구조물-지반의 비선형동적상호간섭 해석을 수행하였다. 최종적으로 수치수조에서 측정한 구조물 주변의 유동, 와동, 수위로부터 수리특성을 논의하였다. 게다가 지반내의 흐름과 간극수압을 측정하여 상·하류 수위차가 수리구조물의 안정성에 미치는 영향을 분석할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1205-1208
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• 2007

본 연구에서는 3차원 CFD 모형인 FLOW-3D 모형을 이용하여, 군남 홍수조절지 접근수로의 안정성과 웨어의 월류능력을 검토하였다. 이를 위해서 현지측량자료와 1:5,000도의 수치지도를 이용하여 지형과 기본계획 설계(안)의 여수로를 구성하였다. 지형은 모델링 범위를 충분히 포함하도록 홍수조절지의 상 하류에 걸쳐 작성하였으며, 연직범위는 가능 최대 홍수량(PMF)시 저수지의 최고수위를 초과하는 범위까지 재현하였다. 모델링 범위는 웨어와 같은 구조물 주변에서는 조밀한 격자를 사용하여 정밀한 흐름현상을 재현토록 하였으며, 저수지 부분과 하류하천 부분에 대하여는 느슨한 격자망을 적용하여 최종적으로 2가지 격자망으로 모델링 전체범위에 대하여 격자를 구성하였다. 상류 경계조건으로는 저수지 수위를 경계조건으로 설정하였고, 하류 경계조건으로는 군남 홍수조절지가 일반댐과 달리 상 하류의 표고차가 크지 않아 방류시 하류하천 수위 상승으로 인하여 통수능에 영향을 줄 것으로 판단되므로, 방류량 대 하류하천 형성수위 관계식을 산정하여 방류량에 따른 하류하천의 수위를 하류경계조건으로 설정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2202-2206
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• 2008

본 연구에서는 물의 다양한 흐름으로 인한 교각주변의 수위 및 유속변화에 대하여 연구하기 위해 수리모형을 설치하여 개도비를 70%로 고정시키고 유속을 44cm/sec, 57cm/sec, 72cm/sec, 84cm/sec로 변화시켜 부유잡목의 높이와 폭에 따른 흐름특성을 분석하였다. 그 결과 동일개도비 70%상에서 상류에서는 유속이 증가하면서 수위 또한 증가를 하였으며 교각 직상류에서는 갑자기 증가하였다. 교각 직하류부에서는 수위가 감소하여 최저 수위가 나타났으며 수위변화가 매우 불규칙하게 나타났다. 또한 교각설치 직상류부와 하류부에서는 수위차가 크게 나타났으며 유속이 증가 할수록 수위차는 더욱 크게 나타났다. 동일개도비의 부유잡목 중 폭보다 깊이 방향으로의 크기가 증가하고 유속이 증가함에 따라 교량 하류부의 유속이 매우 크게 증가하여 교량피해에 큰 영향을 줄 것으로 판단되며 교각의 하류부 또한 매우 불규칙한 유황으로 인한 피해도 우려된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.132-132
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• 2017

큰 하상계수를 가지는 국내 중소하천의 특성상 농업용수 등의 수자원 이용을 위해 국내에는 약 10,000개 정도의 하천 횡단구조물이 설치되어 있다. 그러나 느려진 유속으로 인하여 횡단구조물 상류에 유사가 퇴적될 확률이 높아지며, 이러한 유사는 부착된 오염물에 의한 수질 및 하상오염, 좁아진 유수단면적에 의한 통수능 저하로 발생하는 홍수위 증가 등 많은 위험성을 내포하고 있다. 이에 대한 해결책 중의 하나로 저층수 배사관(bypass pipe)을 활용하여 쌓여진 유사를 하류로 흘려보내는 방법이 있다. 저층수 배사관은 횡단구조물 상류와 하류의 하상을 연결하는 관으로써 상류와 하류의 수두차에 의해 흐름 특성이 결정된다. 하지만 배사관 내 사석이 유입되어 배제되지 않는 경우 배사관의 효율이 현저하게 저하될 가능성이 있다. 본 연구에서는 FLOW-3D를 이용하여 배사관내 사석이 유입되었을 때, 어떠한 조건에서 배제되고 배제되지 않는지를 명확히 하고자 한다. 하상이 평탄한 수로$(13.0(L){\times}5.0(B){\times}1.0(H)m)$를 재현하였으며, 배출관의 직경은 10cm로 결정하였다. 사석의 종류는 4가지(3cm, 5cm, 7cm, 9cm)로써 이를 고려하여 격자크기를 0.5cm로 결정하였다. 이는 사석의 구형형상이 충분히 잘 재현될 수 있는 격자크기이다. 모의 수행은 하류의 수위를 변화시켜가며 수행하였다. 저층수 배사관 내 유동 특성이 상류와 하류의 수두차에 의해 결정되기 때문에, 모의의 효율성을 위해 상류의 수위는 일정한 값으로 진행하였다. 모의 결과 수위차가 클수록 배제가 잘되는 경향을 보였다. 입자의 크기와 상하류 수위차를 무차원화 한 변수를 결정하였다. 분석결과 이 변수가 일정 값을 넘어서는 경우 배제가 되며, 반대로 이 값을 넘어서지 못한 경우 배제가 되지 않음을 확인하였다. 향후 다양한 관의 형상에 대해서도 배사관 내 한계조건을 도출하여, 저층수 배사관의 설계 및 시공에 도움이 되고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.150-150
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• 2015

최근 하천의 수위조절 기능을 수행하는 보 건설이 증대되고 있다. 보는 원활한 용수공급을 위해 필수적인 구조물이지만, 하천 횡단 구조물의 특성상 유사퇴적에 의한 통수단면적 감소, 홍수위험도 증가, 수질악화 등의 문제를 내포하고 있다. 이를 해결하기 위해 유사시 유사배출이 가능하고 수문개도를 통한 통수단면적 조절로 홍수위험도를 감소시킬 수 있는 가동보를 고정보와 병용해서 적용하는 추세이다. 가동보는 수문 운영 방식에 따라 하류의 흐름상태가 다양하게 나타나며, 흐름 상태에 따라 하도 및 구조물에 미치는 영향도 달라진다. 그러나 기존 가동보 및 보 하류 구조물의 설계 시 일반적으로 수문 운영조건을 고려하지 않고, 홍수위 조건을 최악조건으로 고려하는 한계가 있다. 본 연구에서는 3차원 수치모델(FLOW-3D)을 활용하여 가동보의 운영에 따라 발생하는 다양한 흐름조건이 보 하류에 미치는 영향을 검토하고자 한다. 수치모델의 검증을 위해 기존 수행된 수리실험과의 비교를 수행하였고, 홍수위 조건(수문 전문개도) 및 관리수위 조건(수문 일부개도)에서 수치모의를 수행하였다. 보 상류, 직하류, 도수종점에서 발생하는 단면최대유속, 바닥전단 응력, Froude 수 등의 수리특성을 분석하였고, 상하류간 수심차와 수문개도높이의 비와 접근유속과 보 직하류에서 유출되는 유속의 비로 무차원화하여 관계를 분석하였다. 또한 홍수위 조건과 관리수위 조건에서 발생하는 수리특성을 비교함으로써, 보 하류부 구조물 설계 시 반영할 최악조건을 예측하고, 수문운영이 하류부에 미칠 수 있는 영향을 가시적으로 확인할 수 있었다. 향후 상류의 유량조건 및 상하류 수위차에 따른 가동보의 운영조건이 보 하류의 안정성 지표산정에 활용될 수 있기 위해 보다 심도있는 연구 수행이 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.378-378
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• 2015

연안지역에서 발생하는 퇴적 및 침식현상으로 발생하는 피해를 분석하기 위하여, 고립파를 이용한 연구가 계속 진행되어왔다. 고립파는 파고의 크기에 따라 파형이 결정되는 특징을 가지고 있어 연안지역 파랑에 관한 연구에 적합하다. 기존연구는 sluice gate를 순간적으로 개방하는 방식을 통해 갑작스러운 수위의 변화를 유도하여 급변부정류흐름을 발생시키는 연구를 수행하였으나, 고립파 발생 조건에 대한 상세한 분석은 수행하지 못하였다. 본 연구는 기존연구에서 사용한 방식과 동일하게 sluice gate를 개방하여 고립파를 발생시켰으며, 실험조건을 상류 headtank 수위와 하류 수심의 수위차를 이용하는 경우와 sluice gate 개방 속도에 따라 두 가지 경우로 나누어 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 직사각형 수리실험수조는 폭 0.8 m, 높이 0.75 m, 수로길이 12 m에서 상 하류의 수위차를 0.05 m 단위로 높이는 방식과 수문개방속도를 0.5 m/s 부터 1.0 m/s까지 범위를 설정하여 두 가지 재현방식에 따라 실험을 진행하였다. 또한 Flow-3D GMO(General Moving Objects)기능을 활용한 수치모의를 수행하였다. 실험조건에 따른 수리실험 결과를 파랑의 특성인 고립파 파고와 파속을 수치모의결과와 비교하여 분석하였다. 수리실험결과와 수치해석결과 유사한 경향을 나타내었으며, 본 연구의 결과는 Sluice gate를 이용한 고립파 수리실험으로 경사면에서 발생하는 침식과 퇴적현상에 관한 기초적인 연구가 될 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.621-625
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• 2015

본 연구에서는 개량형 공압식 가동보를 대상으로 가동보의 기립 각도변화에 따른 잠김흐름에 대한 가동보의 유량계수를 산정하고 흐름특성을 분석하였다. 실험결과, 보의 기립각도의 변화에 대한 위어높이와 위어길이의 비(L/W)가 작을수록 하류수두($H_2$)가 큰 것으로 나타났다. 위어마루에서 하류수면까지의 높이와 위어마루에서 상류 수면고 높이의 비($h_t/H$)에 대한 유량비($Q_s/Q_1$) 변화는 $h_t/H$가 1에 가까울수록 감소하였다. 또한 동일한 $h_t/H$에서 Villemonte(1947)와 Tullis(2007)의 결과와 매우 잘 일치하는 경향을 보여주었다. 따라서 보 하류에서의 수심은 상류보다 작지만 보를 통과하는 흐름으로 인해 하류 유속이 빠르게 나타났으며, 유량이 증가할수록 상 하류 수위차는 감소하는 것으로 나타났다. 또한 같은 유량조건인 경우 하류수두는 L/W가 클수록 크게 증가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.20-20
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• 2020

신곡수중보는 한강종합개발사업(1982년~1986년) 중 하도정비로 인하여 상시 수위가 저하됨으로써 조수의 과도한 역류 등으로 발생하는 이수상의 문제점을 해결하고 상류에 설치된 잠실수중 보 사이의 수위유지 및 하천 공간 이용의 극대화, 연안 농경지의 용수공급 및 하천환경 보전을 목적으로 건설되어, 「잠실 및 신곡수중보 관리규정(1986)」 및 「신곡수중보 운영 매뉴얼」에 의해 관리·운영되고 있다. 신곡수중보는 준공된 이래로 한강하류의 흐름 해석에 있어 중요한 기준과 경계로서 이와 관련한 다양한 연구가 진행되었다. 신곡수중보로 인한 흐름의 변화가 하상과 생태에 미치는 영향에 관한 연구와 하구역에서의 조위 및 흐름특성과 밀도류의 거동에 관한 1, 2차원 수치해석연구가 활발히 진행되었다. 본 연구에서는 그동안 1, 2차원 수치해석연구로 한정되었던 신곡수중보 흐름특성에 관련하여 실제 수문 운영 방식을 반영한 3차원 수치해석을 수행하여 구조물의 상·하류에서 발생하는 와류 및 이차류와 같은 3차원적 흐름 구조와 이에 따른 지형의 침식·퇴적 및 구조물에 미치는 영향 등을 구체적으로 분석하였다. 우선, 신곡수중보 운영 매뉴얼과 실제 가동보 운영시스템을 비교하여 수문개방 시기, 유량 기준의 수문 운영 방법, 수위 변화에 따른 수문 운영 방법, 수문개방 순서를 분석하고 신곡수중보 주변 흐름에 대한 3차원 수치해석모형 구축을 위한 경계조건을 산정하였다. 수치해석에는 상용프로그램인 FLOW-3D를 사용하였으며, 경계처리기법 및 난류해석을 위해 FAVOR 기법과 RNG k-ε 모델을 적용하였다. 수문 동시개방 개수, 수문 개방 위치 및 순서, 개방 높이에 대한 조건을 변화시켜 구성한 시나리오에 대해 수치해석 후, 유속, 난류에너지, 이차류 등의 흐름특성을 분석하고 상·하류 수위차에 따른 방류량을 산정하여 시설물의 관리안을 도출하고 운영 매뉴얼의 개정안을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.386-386
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• 2017

지하수 해석을 위해 3차원 수치해석 모형이 적용되고 있으나, 다양한 매개변수를 명확히 적용하기에는 한계가 있다. 특히, 수리전도도는 지층의 투수성정도를 나타내는 계수로 지하수 분석에 매우 중요한 매개변수이다. 신뢰성의 확보를 위해 양수시험을 통해 산출된 결과를 이용하고 있으나 소수관정의 시험결과를 유역의 대푯값으로 적용하기에 불확실도가 매우 높고, 수위변화가 독특한 지역의 정확한 수리특성을 적용하기에 한계가 있다. 이 연구에서는 수리전도도 특성을 해석하기 위하여 3차원 수치해석모형을 적용하였으며, 모델보정 방법 중 Regularization(정규화)라고 불리는 Pilot point 기법을 사용하였다. 제주도와 같이 수리전도도 값이 지역별로 차이가 크고 동일 유역 내에도 다른 지질구조를 보이는 등 동일 매질에서 동일 투수성을 보이지 않는 다양함으로 실측값들을 적용하기에 어려운 곳에서 정규화라는 보정방법은 최적화된 방법이다. 지하수위는 중제주유역 내 위치한 12개소 수위관측정의 2016년 연평균수위를 적용하였다. 미계측지역은 제주도 등수위선자료를 이용하여 DEM을 구축하였으며, 임의지점 17개소를 선정하여 대표수위로 적용하였다. 중제주유역의 평균 수리전도도는 82.90 m/day로 분석되었으며, 유역의 동측 하류부는 최대 1,745 m/day로 비교적 큰 결과가 산출되었다. 유역의 중앙에 위치하는 OR관측정을 기준으로 동 서지역의 지하수위를 검토한 결과 서측은 지형구배에 따라 지하수위가 형성하고 있으나, 동측의 경우 상 하류의 표고차가 30m이상 발생되지만 지하수위는 유사한 형태를 보이고 있다. 지하수 흐름에 해석되는 Darcy의 방정식은 수리전도도와 동수경사는 반비례관계를 나타내며, 이 이론에 의해 상 하류 지하수위가 유사하게 형성되는 동측지역은 국부적으로 수리전도도가 높게 형성되는 것으로 확인되었다. 실무에서는 유역경계에 따라 평균화된 매개변수가 적용되므로 명확한 지하수 해석이 어렵고, 수리전도도와 같이 지역적 편차가 심한 매개변수는 다양한 연구를 통해 적용성검토가 수행되어야 한다.