• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.185-185
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• 2022

상수도 관망의 운영 단계에서 비정상상황의 발생은 필연적으로 발생하며, 비정상상황 발생 시상수도 관망 내 설치된 제수 밸브의 차폐를 통해 해당 구역의 격리 후 복구를 진행한다. 일반적으로 제수밸브를 통해 격리될 수 있는 최소 구역은 세그먼트로 정의하고, 제수밸브 설치 시 세그먼트의 격리로 인한 상수도 관망의 피해를 줄일 수 있도록 위치를 선정한다. 제수 밸브를 통한 격리 시 상수도 관망의 흐름 경로와 유향, 유속의 변화와 같은 수리적 특성 변화가 불가피하다. 지난 '19년도에 발생했던 3건의 수질 사고가 수리적 특성 변화에서 기인했던 것을 고려할 때, 제수밸브 차폐로 상수도 관망의 부분 격리 시 발생 가능한 수리적 특성 변화에서도 수질 사고가 야기될 가능성이 있다. 기존 제수밸브 위치를 결정한 연구들을 보면, 대부분 제수밸브 위치에 따라 결정된 세그먼트의 격리 시 수압 저감을 고려하여, 격리 시에도 상수도 관망의 성능을 최대한 유지할 수 있도록 결정하는 것이 일반적이다. 다만, 앞서 언급한 것과 같이 격리 시 발생 가능한 수리적 특성 변화로, 수압 저감 외에도 예기치 못한 수질 사고의 발생 원인이 되기도 한다. 이에 따라 제수밸브의 최적위치를 결정할 때 수리적 특성 변화를 고려해야 예지치 못한 2차 피해를 줄일 수 있을 것이다. 이에 본 연구는 그래프이론을 활용하여 격리 전후 관로의 유향 변화를 최소화하도록 제수밸브 최적 위치 결정하는 방법론을 제안한다. 그래프이론은 망의 형태를 가지는 상수도 관망의 연결성을 정량화할 수 있으며, 본 연구에서는 수리학적 거리 인자를 적용하여 격리 시에도 각 수요절점이 최소 경로를 확보할 수 있도록 유도하였다. 해당 방법론은 가상 관망에 적용하여 수리학적 거리 인자에 따른 설계와 기존 상수도 관망 성능 극대화 설계 안을 비교하였다. 또한 수질 사고 위험도 인자를 정의하여 해당 인자에 따른 각 설계 안의 효과를 분석하였다. 본 연구는 향후 수질 사고를 고려한 밸브 시스템의 설계 및 운영에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.953-958
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• 2005

최근 들어 다양한 산업에서 3차원 수치해석을 이용하는 영역이 넓혀지고 있다. 국내에서도 3차원 수치해석을 이용하여 댐이나 정수처리시설 설계 등 수리분야에 적용하였고, 점점 그 이용이 확대되고 있다. 특히 교량 및 수제 등의 수공구조물로 인한 주변 흐름형상은 2차원 해석이 불가능하여 현재 수리모형실험을 통한 해석이 주를 이루고 있다. 이에 본 연구에서는 현재 3차원 수치해석에 많이 이용되는 상용모델인 FLOW-3D를 이용하여 3차원 흐름에 대한 수치해석을 수행하였으며 수리모형 결과와 비교하여 적용성을 검토하였다. 그 결과 모의 및 실험결과 수리모형과 수치모의 결과는 서로 비슷한 흐름양상을 보이고 있었다. 또한 조도계수(Roughness)를 매개변수로 하여 다양한 상태에서의 FLOW-3D의 민감도를 검토하였으나 실제 흐름과는 상이함을 보였다 또한 다양한 난류모형을 적용하여 그 결과를 실제 흐름과 비교해보았다. 그 결과 3차원모형에서는 교각 후면부와 좌, 우측면부에서의 흐름이 실제 수리 모형과는 상이한 결과를 보이는데 이는 FLOW-3D의 벽 경계 및 와류에 대한 난류모델에 따른 수치해석적인 차이로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.328-333
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• 2011

최근 하천사업에는 자연친화적인 설계기법이 도입되고 있으며 호안공법도 과거 제방보호 기능만을 가진 단순한 호안에서 식생을 활용한 다양한 종류의 호안공법이 개발되어서 각종 하천공사에 도입되고 있다. 그러나 호안공법을 도입할 때 공법에 따른 선택기준이나 구체적인 설계기준이 현재 사용되고 있는 지침에 제시 되어있지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 호안 재료의 적합성에 대한 객관적이고 정량적인 판단기준인 수리학적 특성인자를 파악해보고자 수리모형실험을 수행하였다. 실험은 길이 15m, 폭 0.8m, 높이 0.8m의 수로를 이용하였다. 사용한 호안재료는 흙, 실제모형의 1/50의 축척으로 제작한 호안블록모형과 실제 식생으로서 잔디를 이용하였다. 수로의 상류구간에 대리석을 이용하여 6m의 안정화구간을 만들었고, 실험은 동일한 수위에 유량을 변화시키면서 유속을 계측하였다. 계측 내용을 분석한 결과 식생과 무식생을 비교했을 때 하상에서 식생높이(약 9cm) 범위에서 식생이 최대 97% 유속저감효과를 나타났으며, 식생과 블록을 비교한 결과도 하상에서 식생높이(약 9cm) 범위에서 식생이 최대 97% 유속저감효과를 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 이는 호안재료가 식생일 때 유속저감효과가 크게 나타남을 알 수 있었고 향후 다양한 식생형태에 대한 실험이 필요할 것으로 보이며, 본 연구가 호안공법에 도입되는 다양한 식생의 수리적인 특성인자를 규명하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.659-664
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• 2012

2010년 내부공간구상이 변화됨에 따라 토지이용과 새만금호 수면적이 변하여 수리현상에 대한 규명이 필요하여 수리모형을 구축하고 상류유량공급, 모형조도, 배수갑문 통과유량, 조석재현에 대한 검보정 실험을 실시하였다. 상류유량공급에 검정 실험결과를 보면 유입유량 제어계측시스템을 통해서 유입되는 유량은 평균적으로 목표유량의 ${\pm}5%$ 범위 내에서 오차를 두고 목표유량의 추세를 따라가고 있다(그림 1). 그리고 유입유량이 $3{\ell}/s$ 미만일 경우와 변곡구간에서 비교적 오차가 크게 난다. 하지만 실험기간동안 누적유량값의 오차는 5% 미만이기 때문에 실험 결과에 미치는 영향은 크지 않다고 판단된다. 조석재현 검정실험을 한 결과는 목표값과 측정값의 큰 차이가 없다. 실험초기에는 목표값과 측정값의 차이가 크게 나타나지만 실험 5분 이후부터는 최대 EL. 0.2m가 차이가 났는데, 조위가 변곡되는 구간에서 나타났다. 실제 실험에서 조위값은 배수갑문의 운영과 관련되어 변곡구간의 조위값보다 상승 하강구간의 조위값(EL. -1.5m~EL. 0.5m)이 실험에 영향을 미치기 때문에 조석발생위어의 조석 재현성은 정밀하다고 판단된다. 모형조도보정 실험은 수치해석 결과와 수리모형실험을 비교하여 실험을 실시하여 해석식과 실험결과값을 근거로 한 조도재료량을 계산하고 이를 배치하여 검보정 실험을 실시하여 조도를 보정하였다. 배수갑문의 통과유량은 현장 관측자료가 부족하여 검 보정이 어려움이 존재한다. 따라서 이에 대한 추후 연구가 필요하다.

• Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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• v.25 no.2
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• pp.105-110
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• 2015

This study proposes the more improved mathematical model than conventional that for the 3-DOF Helicopter System in Quanser Inc., and checks the validity about the proposed model by performance comparison between the controller based on the conventional model and that based on the proposed model. Research process is next : First, analyze the dynamics for the 3-DOF helicopter system and establish the linear mathematical model. Second, check the eliminated nonlinear-elements in linearization process for establishing the linear mathematical model. And establish the improved mathematical model including the parameters corresponding to the eliminated nonlinear-elements. At that time, it is used for modeling that Particle Swarm Optimization algorithm the meta-heuristic global optimization method. Finally, design the controller based on the proposed model, and verify the validity of the proposed model by comparison about the experimental results between the designed controller and the controller based on the conventional model.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.28-32
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• 2010

홍수터의 관리와 하천복원사업의 계획에 있어서 하도 내 식생은 생태적, 심미적으로 매우 중요한 항목으로 인정받고 있다. 그러나 식생은 하천의 흐름저항을 크게 하여 유속이 감소하고 통수단면적 축소로 홍수 시 수위를 증가시키는 요인이 된다. 따라서 식생에 따른 조도계수의 변화와 흐름저항으로 인한 수리학적 특성을 이해하는 것은 하천복원에서 중요한 요소가 된다. 본 연구에서는 대상하천에 대하여 HEC-RAS모형과 연직2차원 수리해석 방법을 이용하여 각 밀도별 식생 후의 조도계수를 산정한 후, 홍수위에 안정한 밀도를 HEC-RAS모형으로 계산하여 제시하고, RMA-2모형을 이용하여 제시된 밀도에 대한 수리안정성을 추가적으로 검토하여 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.204-204
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• 2022

하천 내에서 하상변동은 치수나 생태계에 직간접적인 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다. 하상변동의 예측을 위한 여러 가지 모델들이 존재하지만 하상변동의 양상을 직관적으로 파악하기에는 어려움이 있다. 최근 수행된 연구 결과에 따르면 하천의 수리 기하학적 형상이 부유사 농도와 유량과의 관계와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다(Kim et al., 2018). 본 연구에서는 수리기하(Hydraulic Geometry) 이론을 이용하여 하천의 형상에 따른 유사거동과의 상관관계를 통해서 하상의 장기적 변동성을 직관적으로 유추할 수 있는 기법을 제시하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 수리기하 이론에서의 수심과 폭을 나타내는 인자들을 이용하여 하천의 형상을 넓고 얕은 하천, 좁고 깊은 하천, 중간 정도의 하천으로 분류하였으며 흐름조건을 정상류와 부정류조건으로 분류하였다. 또한 하상경사와 하상재료의 입경 분포를 고려하여 자연하천에서 존재할 수 있는 다양한 하천형상에 대해 수치모의를 진행하였다. 기존의 Manning 공식에 수심, 유속만 고려한 것이 아닌 조도계수까지 고려하여 수리기하 이론을 접목시킴으로서 유속과 수심의 수리기하적 인자로 계산된 하상전단력의 수리기하적 인자가 수치모의를 통해 구한 값과 거의 일치하는 것을 확인하였다. 하천의 형상이 넓고 얕을수록 수리기하 관계로 표현한 하상전단력 인자가 작은 값을 나타냈으며 수리기하 관계로 표현한 부유사농도인자와 하상전단력 인자가 비슷한 양상을 띄는 것이 확인되었다. 이를 통해 하천이 기하학적 형상으로부터 하상의 변동성을 유추할 수 있었다. 실제 하천에 대한 검증은 금강 수계에 있는 미호천과 갑천을 대상으로 수행하였다. 수리기하적으로 표현하였을때 갑천은 미호천에 비해 넓고 얕은 하천에 속하는데 현재까지 관측된 자료를 이용하여 두 하천의 하상변동량을 비교해본 결과 갑천이 미호천에 비해 변동량이 적었으며 이는 위의 내용과 일치한 결과를 나타냈다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1818-1822
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• 2008

Generally, not only in order to design three dimensional hydraulic structures such a spillway and to investigate the hydraulic phenomena concerning hydraulic facilities, but also to grasp shape and stability, we simulate actuality phenomenon through hydraulic model experiments. However, it requires too much times, expense and space to perform hydraulic model experiments, as well as it is very difficult to measure reduced scale of actual hydraulic structures. Besides, surface tension can exert fair effect in experiment result, and occasionally an experiment of various case is impossible actually. Therefore, there is necessity to draw proper early result through numerical analysis, and if decide the case of a hydraulic model experiment through the numerical analysis and compare the result, finally economical and reasonable design hydraulic structures are available. This study performs numerical analysis of overflow spillway and an experimental study of hydraulic model tests to design the optimal spillway and suggest a better design to improve hydraulic conditions. From the measurements, revised designs for an hydraulic structure are suggested and consequent improvement effects by the new design are also investigated.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.332-332
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• 2016

수공구조물 설계시 hardware와 software의 발달로 수리계산과 수치해석의 오차율이 감소함에 따라 수치해석을 이용하는 빈도가 높아지고, 신뢰도가 향상되고 있는 추세에 있다. 그러나 댐 설계에 있어 수위별 방유량 관계 검토시 수치해석값은 각 수위에 해당하는 몇 개의 유량값을 대응시켜 경향만 비교하고 수리계산 결과를 설계에 반영해 왔다. 이러한 방법은 여수로 주변에 인접구조물이 없고, 여수로 각 수문별 균등한 유량이 방류될 경우 문제가 되지 않지만, 여수로 직상류 지형에 만곡부나 지형적 특성이 여수로 방류에 영향을 미치거나, 취수탑 등 여수로에 인접한 수리구조물이 설치되어 접근수로에서 복잡한 유동을 형성하는 경우 각 문비마다 방류량의 분배율은 달라질 수밖에 없고, 수리계산 결과를 일괄 반영하기에는 오차가 증가할 수밖에 없다. 이에 본 연구에서는 댐 운영시 중요한 인자 중 하나인 수위-방류량 관계에 대하여 수치모형을 이용한 정밀한 분석을 통하여 댐 여수로 운영시 오차율을 저감시키고, 적용성을 향상시키는 방안을 검토하였다. 첫째, 수위별 방류량 관계 검토시 여수로 상류에서 일정한 시간에 따라 선형적으로 수위가 증가하도록 경계조건을 설정한 후 3차원 수치해석 모형의 Output data를 단위시간에 따라 수위와 방류량이 산정되도록 하고, 기존 검토 방식대로 각 수위별 모형을 steady 상태로 수행하여 비교분석하였다. 수리계산과 기존 방식, 본 연구에서 제시한 방법에 대한 오차율 검토 결과 오차는 3 % 이내로 검토되었다. 둘째, 수치해석을 이용하여 수위별 방류량 산정시 접근유속에 대한 영향을 받게 되므로 수리계산시 에너지 경사를 이용하여 수위값을 반영하지만, 수치해석을 이용하여 수위별 방류량 산정시 경계조건을 부여한 수위값을 반영하거나, 임의의 지점에서의 수위값을 반영하는 경우 등 일괄적이지 않은 수위값을 반영하여 오차율이 증가하는 경향이 있다. 따라서, 본 연구에서는 여수로 지점별 전수두를 측정하여 방류량 값을 산정하여 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1833-1838
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• 2008

본 연구는 호안보호공 중 하천 바닥 또는 제방의 유지시설로 많이 쓰이는 사석의 안정성 분석을 위하여 수리실험을 실시하였다. 안정성 분석을 위해 Isbash식, Netherlands 간이공식, ASCE식, Pilarczk식, Maynord식을 검토하였다. 실험결과 사석의 직경이 커짐에 따라 한계유속이 증가하였고, 형상계수가 커지면 한계유속이 증하하였다. 또한 랜덤배열일 때보다 규칙배열일 경우 한계유속이 크게 측정 되었다. 이로서 형상계수와 인터로킹의 정도가 사석의 안정성에 중요한 함수라는 것을 나타낸다. 사석은 Maynord의 직경공식과 미 California주 정부 중량공식이 적합하게 나왔고, 모형사석의 규칙배열에서는 Pilarczk의 직경공식과 Netherlands 간이 무게공식이 적합하였다. 모형사석의 랜덤배열시에는 Isbash 공식이 적합하였다. Isbash 공식과 직경산정에 형상계수를 대입하여 새로운 식을 개발하였다. 이는 기존공식의 적용성을 더 개선할 수 있으리라고 기대된다.