• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.287-287
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• 2018

우수관거 시설에서 맨홀은 관거의 접합을 위해 반드시 설치되어야 하는 중요한 요소이다. 이러한 맨홀 접합부에서는 유입관으로 유입되는 유량의 급격한 확대와 유출관으로 배수되는 유량의 급격한 축소 등 흐름의 복잡한 변화가 발생한다. 맨홀에서의 복잡한 흐름은 설계강우를 초과하지 않는 강우량에서 과부하 조건을 형성하며 도심지 침수의 심각한 영향을 미친다. 특히 여러 관이 접합되어 있는 합류맨홀의 경우 유출관거로의 원활한 배수가 유도되지 않을 뿐 아니라 다양한 방향의 흐름이 서로 상충하며 급격한 에너지 손실을 유발한다. 도심지 중 하류부에서 주로 발생하는 침수피해는 복잡한 우수관거 시설의 구성에 따른 합류맨홀의 증가로 인해 그 규모가 늘어나는 추세이다. 바닥이 평평한 기본형태의 맨홀에서 발생되는 과부하 흐름과 여러 유량 조건에서의 에너지 손실에 관한 연구는 지속적으로 수행되어왔다. 최근 맨홀 내부에 흐름을 유도시켜주는 인버트를 설치하여 에너지 손실을 저감하려는 연구가 활발히 이루어지고 있지만 이를 실제 도시지역에 적용하여 침수해석이나 관거 배수능력 평가를 수행하기 위한 필요한 기초자료는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 인버트가 설치된 개선형 4방향 합류맨홀의 유량 조건을 다양하게 변화시키며 유입유량 조건에 따른 개선형 맨홀의 손실계수를 분석하였다. 유량 조건은 세 개의 유입관에서 각각 설계유량 $1{\ell}/s$의 유량이 유입되는 총 유입유량 $3{\ell}/s$를 기준으로 각 유입관의 유입유량을 10%씩 변화시킨 40case의 유량 조건을 선정하였다. 이렇게 선정된 유량 조건은 경우에 따라 중간 맨홀, 3방향 합류맨홀 또는 4방향 합류맨홀의 흐름을 다양하게 나타내었으며, 40case의 손실계수를 분석하여 모든 맨홀 접합 조건에서의 손실계수를 파악할 수 있었다. 합류맨홀에서의 개선형 인버트 적용성을 확인하기 위하여 인버트가 설치된 개선형 맨홀에서 산정된 손실계수를 기초로 모든 유입유량 조건에서 적용이 가능한 손실계수 범위도를 작도하였다. 손실계수 범위도는 통계분석에 활용되어 개선형 맨홀의 유입유량 조건에 따른 손실계수 산정식을 도출하는 기초자료로 활용되었다. 이와 같이 도출된 산정식을 적용하면 실제 도심지에 개선형 맨홀을 적용하였을 경우에도 정확한 침수 해석이나 관거 배수능력 평가가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권12호
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• pp.877-887
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• 2017

도시유역의 중 하류부에 주로 설치되는 4방향 합류맨홀에서 과부하 흐름에 의한 에너지 손실은 도심지 침수피해를 가중시키는 주요 원인이다. 과부하 4방향 합류맨홀에는 유입관의 유입조건에 따라 흐름 양상이 크게 변화되며, 중간맨홀 뿐만 아니라 3방향(T형) 합류맨홀의 흐름조건을 구성한다. 그러므로 유입관의 유입유량 변화에 따른 과부하 4방향 합류맨홀의 에너지 손실 변화 분석 및 손실계수 산정이 필요하다. 본 연구에서는 하수도시설기준을 준용하여 맨홀직경 및 관경을 1/5로 축소 한 수리실험 장치를 제작하였다. 과부하 사각형 4방향 합류맨홀에서 유입관의 유입유량비 변화에 따른 손실계수를 산정하기 위하여 유입관(주 유입관 및 양측면 유입관)의 유입유량비를 10% 간격으로 변화시켜 다양한 유량조건(40 case)을 선정하였다. 실험 결과 중간맨홀에서 0.40의 가장 낮은 손실계수가, $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 1.58의 가장 높은 손실계수가 산정되었다. 또한 합류맨홀(T형, 4방향)의 경우 측면 유입유량이 한쪽으로 편향될수록 보다 큰 손실계수를 나타냈다. 유입관의 유입유량 조건 변화에 따른 손실계수를 산정하여 손실계수 범위도를 작도하였으며, 과부하 사각형 4방향 합류맨홀에서 모든 흐름조건을 고려할 수 있는 손실계수 산정식을 제시하였다. 제시된 산정식은 유입관의 유입유량이 변화하는 배수시스템의 설계 및 검증에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.201-201
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• 2017

서울시 효자배수분구(광화문 지역)는 2010년, 2011년 호우로 인해 침수 피해가 많이 발생했던 지역으로 당시 주요 침수피해 원인은 광화문 사거리 및 경복궁역 인근에 위치하고 있는 굴곡 관로의 손실수두 증가(유입, 만곡, 마찰손실 등), 지하매설물로 인한 통수단면 감소 등으로 조사되었다. 따라서 대상지역의 침수 원인을 정확히 분석하기 위해서는 관거의 만곡, 급 확대 및 급 축소에 따른 손실계수의 적용이 요구된다. 손실계수는 유입부, 만곡부에 대한 계산식을 이용하여 산정하고 모형에 적용하였으며 적정 손실계수 값을 얻기 위해 손실계수에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 모의 검토 대상기간은 우수관거내 수심 측정자료가 존재하는 4개의 이벤트를 선정하였으며 같은기간에 해당하는 AWS 매분단위 강우자료를 취득하여 모의에 적용하였다. 또한, 적정 손실계수를 선정하기 위해 관측치와 모의치의 적합도를 평가하였으며, 평가지표는 자료 개수에 관계없이 절대적으로 평가할 수 있는 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)를 사용하였다. 손실계수 적용 여부에 따른 분석결과 손실계수를 적용한 모의치가 관측치의 오차가 미적용한 모의치보다 적합도의 평가지표가 우수하게 분석되었다. 손실계수 민감도 분석 결과는 경험식에 의해 산정된 손실계수를 적용한 Case3의 NSE가 가장 우수하게 분석되었다. 이와같이 도시 지역의 침수분석에 있어 우수관거에 대한 손실계수 적용으로 분석모형의 정밀도를 높일 수 있는 것으로 판단된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제22권2호
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• pp.73-78
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• 2010

파에너지는 쇄파되기 이전까지 주로 해저면과의 마찰력에 의하여 감소한다. 파마찰력을 산정하기 위한 연구는 여러 연구자들에 의해 진행되어 왔으며 어느 특정지점에서의 파마찰력 또는 파마찰손실률은 선형파이론으로 주어지는 해저면 입자유속과 연관된 파마찰계수의 도입으로 상당히 정확하게 간단하게 산정할 수 있다. 그러나 장구간에 걸쳐 파마찰력에 의하여 점차적으로 감소되는 파고변이는 상당한 반복 과정을 거쳐야 산정할 수 있었다. 본 연구에서는 기존 경험식을 이용해 전난류, 완난류 경우에 대해 일정경사면에서 천수효과와 마찰손실에 의한 파고 변화를 비교적 간단한 방법으로 추정하는 방법을 제시하였다. 해빈경사가 일정할 때 파고 변이률은 천수계수와 파고 마찰손실계수의 곱으로 간단히 구할 수 있다. 실제 해안과 비슷한 조건의 경우에 대하여 반복시산 과정으로 구한 수치와 간편 산정식으로 간단히 계산한 결과를 비교하여 제시하였다.

• 물과 미래
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• 제29권5호
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• pp.161-172
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• 1996

상용관 마찰계수 산정을 위해 개발된 기존의 Hazen-Williams 식, Colebrook-White 식과 유동훈(1995)이 제안한야 영점높이 평균법과 마찰계수 평균법의 산정식들을 비교 검토하였다. 간단한 관망에 대하여 관종류, 관경, 유속, 관길이를 변화시켜 수리조건을 구성하였으며, 네가지 상용관 마찰계수 산정식을 적용하여 구한 압력차이를 비교하여 각각의 산정식들이 가지는 특징을 논하였고, 입력자료의 변화에 따라 마찰손실이 어떠한 거동을 하는지 알아보았다. 관경을 소형관 및대형관으로 변화시켰을 때의 분석결과와 중형관일 때의 분석결과를 세 종류의 강관에 대하여 비교하였고, 유속 변화와 압력 변화와의 비교를 통하여 기존 상용관 마찰 계수 산정식의 문제점에 대하여 논하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권6호
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• pp.989-999
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• 2017

본 연구에서는 분기수로에서 발생되는 에너지손실을 계산하기 위한 손실계수의 경험식을 산정하기 위해 수리모형실험을 수행했다. 수리모형은 유입수로와 90도의 각도를 갖는 두 유출수로로 구성되어 있으며, 유입수로과 유출수로에서 압력수두와 속도수두를 측정하여 분기수로에서 발생되는 에너지손실을 분석했다. 각 측선에서 동수경사선의 변화를 비교한 결과, 수로의 분기점에서 동수경사선이 급격히 하강하여 에너지손실이 분기점에서 발생되었으며, 유량비의 증가에 따라 속도수두의 감소폭이 증가했다. 유량비와 Froude수가 증가함에 따라 유출량이 더 큰 수로에서 수두손실량이 지수적으로 증가하는 결과를 보였으며, 손실계수 또한 증가했다. 반면에, 유출량이 작은 수로에서는 유량비와 Froude수의 증가에 따라 손실계수가 감소하는 결과가 나타났다. 손실계수 계산결과를 이용하여 두 유출수로에서 손실계수 경험식을 제안하였으며, 경험식의 계산오차가 각각 3.91%, 5.19%로 나타났다. 그리고 두 경험식을 이용하여 계산한 총 손실계수를 실험결과와 비교하여 3.62%의 오차가 발생했다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제19권1호
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• pp.38-44
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• 2007

Bennet 등(1992)이 제안한 수학적 모델을 사용하여 원형 파일 방파제에 의한 반사율과 투과율을 살펴보았다. 파가 파일 방파제를 통과하면서 갑작스런 단면형상의 변화로 박리현상이 발생하며 이로 인하여 파 에너지의 일부분이 소멸된다. 따라서 수학적 모델의 신뢰성을 높이기 위해서는 에너지 손실계수를 정확히 산정하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 FLUENT 상용코드를 사용하여 2차원 난류유동을 해석하고 파일 방파제 전후의 압력차로부터 에너지 손실계수를 구하였다. 에너지 손실계수는 공극률의 함수이며, 둘 사이의 관계식을 제안하였다. 손실계수 산정식의 타당성을 검증하기 위하여 수리모형실험결과와 비교하였다. 4가지 공극률에 대하여 반사율과 투과율을 비교한 결과 해석결과와 모형실험결과는 잘 일치하고 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.31-43
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• 2001

상용관로에서의 마찰 계수는 관의 종류, 관의 크기에 따라 아주 폭넓게 변한다. 지금까지 여러 연구자들에 의하여 개발된 방법으로 정밀하게 여러 가지 마찰 계수를 산정할 수 있지만 일반적으로 간단한 경우의 해를 구하기 위해서는 반복적인 시산이 요구된다. 지수형 산정식은 양해적으로 그 해를 도출할 수 있으므로 직접적으로 해를 구하는 기법의 발전을 위하여 많이 적용되어 지고 있다. Hazen-Williams 방정식은 여러 다양성을 고려치 않았으며 단지 관의 거칠기 또는 관종에 대하여 고려하는 제한성을 보여주고 있다. 그러나 본 연구에서 사용되어지는 지수형 산정식의 매개 변수들은 폭 넓은 범위의 정밀한 해를 구하기 위하여 관의 크기, 레이놀즈수, 관의 종류를 포함한 다양성을 가질 수 있도록 허용하였다. 또한 상용관 설계를 위한 양해법 산정식을 개발하는데 있어 부차손실을 고려하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권12호
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• pp.1015-1025
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• 2016

일반적으로 도심지 배수시설로 설치되는 맨홀은 중간맨홀, $90^{\circ}$ 접합맨홀, 3방향 합류맨홀 및 4방향 합류맨홀 등 다양한 접합 형태를 가지고 있다. 특히 도시유역의 중․하류부에 주로 설치되는 4방향 합류맨홀에서의 과부하흐름은 에너지 손실을 발생시켜 도심지의 침수피해를 가중시키는 주요 원인이다. 그러므로 과부하 4방향 합류맨홀에서의 흐름특성 분석 및 손실계수의 산정이 필요하다. 본 연구에서는 현황조사 결과를 고려하여 수리실험 장치를 제작하였으며, 맨홀 및 관경은 하수도 시설기준을 준용하여 1/5로 축소 제작하였다. 선정된 실험조건인 맨홀 형상 조건(사각형, 원형), 유출유량($Q_{out}$)에 대한 측면유입유량($Q_{lat}$)의 비($Q_{lat}/Q_{out}$) 및 실험 유량(2.0, 3.0, 4.0, $4.8{\ell}/sec$)을 변화시키면서 실험을 실시하였다. 실험결과 측면유량비가 증가할수록 손실계수는 증가하였으며, 사각형 맨홀보다 원형 맨홀에서의 손실계수가 다소 낮게 산정되었다. 그러나 유출유량 변화에 따른 손실계수의 변화는 미미하였다. 측면유량비에 따른 과부하 4방향 합류맨홀의 손실계수는 0.4~0.8로 산정되었다. 또한, 측면유량비 변화를 고려한 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 산정식을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.586-591
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• 2009

권 등(2008)은 수면보다 높은 정방형 다열기둥의 수리실험을 수행하여 바닥마찰과 구조물에 의한 흐름저항을 포함하고 항력상호작용계수가 적용된 Manning계수 형태의 상당저항계수 이론식을 제안하였으나 저항체의 횡방향 간격에 대해서는 충분한 연구가 수행되지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 오리피스의 에너지 손실계수를 적용하여 횡방향 간격에 따른 항력상호작용계수식을 제안하였다. 또한 정방형 다열기둥의 다양한 횡방향 간격에 따른 흐름양상을 FLOW-3D를 이용한 수치실험을 수행하여 상당저항계수 n을 측정하였으며 수치실험 결과를 본 연구에서 제안한 횡방향 항력상호작용계수식이 적용된 이론식과 비교하였다. 이론식과 수치실험 결과는 잘 일치하였으며 이 결과로부터 본 논문에서 제안한 횡방향 항력상호작용계수식이 유효함을 확인하였다.