• 터널과지하공간
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• 제31권5호
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• pp.309-332
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• 2021

고준위방사성폐기물 심층처분장 내 천연방벽은 방사성핵종의 누출을 방지 및 지연할 수 있는 수리학적 특성을 갖춰야 한다. 결정질 암반의 경우 불연속면에 의해 수리학적 성능이 결정되기 때문에, 불연속면의 수리-역학적 복합거동에 대한 자세한 모사가 필요하다. 불연속체 기반 해석기법은 불연속면의 생성, 전파, 변형, 미끄러짐과 같은 복잡한 거동을 구현할 수 있어 결정질 암반 모사에 적합하다. 본 연구에서는 불연속면에서의 수리-역학 복합거동에 초점을 맞추어, UDEC, 3DEC, PFC, DDA, FRACOD, TOUGH-UDEC과 같은 상용화된 불연속체 기반 수리-역학 복합거동 해석기법을 조사하였다. 블록 기반 불연속체 해석기법의 경우 주로 불연속면 상에서 진행되는 유체 유동을 바탕으로 수리-역학 복합거동을 해석하였고, 그중 일부는 다른 수리학적 해석기법과의 결합을 통하여 모델 전체에 대한 수리-역학적 복합거동을 제공하였다. 입자 기반 불연속체 해석기법의 경우에는 입자 사이로 흐르는 유체를 반영하여 불연속체 모델 전체에 해당하는 수리-역학적 복합거동 모사가 가능하다. 현재까지 상용화된 불연속체 기반 복합거동 해석기법은 2차원 해석만 제공하거나, 수리학적 해석 성능이 떨어지고, 불연속면에서의 유체 유동만 고려되거나, 자세한 수리학적 해석을 지원하지 않는 등의 한계점이 있어 고준위방사성폐기물 심층처분시스템의 정확한 수리-역학 모델링에는 적합하지 않을 수 있다. 본 기술보고에서 검토한 다양한 해석기법들의 장단점을 참고하여 향후 처분시스템을 정확하고 자세하게 모사할 수 있는 불연속체 기반 수리-역학 복합거동 해석기법의 개발이 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.141-146
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• 2008

빗물 유출량 제어를 위한 빗물 저류 시설에서 지금까지는 저류되는 용량이 주된 관심사였다. 많은 물을 순간적으로 저류하여 지체시킴으로서 유출량을 감소시키는 것이 목적이었다. 하지만 이러한 빗물저류시설은 저류기능 뿐만 아니라 침전에 의한 수질개선효과도 가지고 있다. 이렇게 저류된 물을 갈수기에는 화장실 용수나 잡용수로 사용할 수도 있고, 수질 개선을 통하여 하수 오염 부하량의 경감효과까지 노릴 수 있다. 이러한 수질개선 효과를 알아보기 위해서는 빗물 저류시설의 수리학적 흐름특성과 입자의 거동파악이 필수적이다. 본 연구에서는 CFD(Computational Fluid Dynamic)를 이용하여 빗물저류시설 중 하나인 빗물저장조의 수리학적 흐름특성 및 입자의 거동을 살펴보았다. 빗물저장조는 유출입패턴이 불규칙하다. 이를 크게 네 가지 경우로 나누어 살펴보면, 유입만 있고 유출이 없는 경우(Case 1), 유입과 유출이 동시에 있는 경우(Case 2), 유출입이 모두 없는 경우(Case 3), 유출만 있고 유입이 없는 경우(Case 4)로 살펴 볼 수 있다. 기존의 수량 측면에만 한정되었던 빗물 저류 시설에 대한 연구를 수자원 절약과 수질 개선을 통한 하수도 오염 부하량 감소의 측면을 덧붙여 빗물 저류 시설의 목적 범위를 확장할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.317-317
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• 2015

강이나 하천에 이수 및 치수의 목적으로 소규모 댐이나 보 등의 수리구조물을 설치한다. 수리구조물의 상하류부에는 하천 하상의 극심한 침식인 국부세굴현상을 방지하여 수리구조물의 안정성을 확보하기 위해 하상보호구조물을 설치하는데, 특히 하류부에 설치하는 하상보호구조물에는 크게, 다양한 형식과 크기의 물받이공, 에너지 감세공, 그리고 끝턱구조물 등이 이에 속한다. 지금까지 국내 외 수리구조물 설계지침에서는 하상보호공의 적절한 길이규모를 산정하기 위한 다양한 공식이 개발 및 적용되었지만, 최근 들어 다양한 목적을 위해 복잡해진 수리구조물의 형식과 다양한 운영방식에 따른 수리학적 분석내용이 적절하게 반영되지 않은 경험공식이 대부분 적용되었다. 따라서 예상보다 매우 큰 하상유실이 발생 하여, 하상보호구조물의 설치역할을 제대로 수행하지 못하고 오히려 수리구조물의 안정성에 위협을 주는 주요한 요인이 되었다. 그리고 최근 국내에는 4 대강 유역에 16개 중 대규모의 다목적 보가 설치되었으나 앞서 언급한 바와 같이 미흡한 설계지침을 기반으로 설치된 보 및 하상보호구조물의 기능이 저하되어 극심한 세굴현상이 발생하였다. 또한 이를 보강하기 위한 추가적인 공사 등으로 경제적인 손실을 야기하였다. 반면 외국의 최근 설계지침에는 하상보호구조물 하류부에서 발생하는 평형최대세굴심의 규모를 고려하거나 흐름 및 난류분포를 고려한 수리학적 분석이 반영되어 있지만 국내 설계지침에는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 국내 설계지침의 한계를 조사하고 현재 외국에서 적절하게 제안되어 적용 중인 하상보호구조물 설계지침을 검토하였다. 특히 수리학적 거동특성과 유사분포 특성이 고려된 최대세굴심 산정공식과 설계지침을 검토하였고, 평형상태에 도달한 세굴공 내에서의 수리학적 특성을 고려하여 하상보호구조물의 길이를 적절히 산정할 수 있는 기존 연구결과를 토대로, 하상보호구조물 길이 산정공식을 제안하였다. 본 연구에서 검토된 외국 설계지침과 함께 수리학적 거동특성이 고려된 하상보호구조물의 길이 산정공식은, 향후 수리구조물의 안정성 확보를 위한 하상보호구조물의 설계에 반영될 필요가 있으며, 이를 통해 수리구조물의 효율적이고 경제적인 유지관리를 위해 적절히 활용될 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.46-46
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• 2020

하천의 합류부는 지류와 본류가 만나 수리 및 수질 특성이 변화하는 구간으로 매우 중요한 지점이다. 따라서, 최근에는 ADCP와 같은 측정장비를 활용하여 실제하천을 대상으로 합류부의 수리학적 혼합거동을 분석하는 많은 연구들이 수행되고 있다. 하지만 기존의 연구들은 대부분 중소하천 규모의 합류부를 대상으로 연구가 수행되었고, 유속이 존재하는 하천을 대상으로 연구가 수행되었다. 그리고 기존의 연구들은 대부분 수리특성을 활용하여 합류부의 지형학적 특성을 함께 고려한 연구가 대부분 수행되어 합류부의 수질적인 혼합거동을 분석한 사례는 매우 드물다. 이에 본 연구에서는 낙동강과 황강합류부에서 ADCP와 YSI를 활용하여 본류의 유량이 지류에 비해 매우 크고 저유속인 대하천에 유입되는 지류를 대상으로 수리·수질 특성을 기반으로 혼합 패턴을 분석하였다. 수리특성 분석을 위해 ADCP를 활용하여 수심평균유속분포, 2차류를 분석하였고, 수질특성을 분석하기 위해 YSI의 전기전도도(EC)를 수질인자로 활용하여 합류부의 혼합 거동을 분석하였다. YSI 장비는 보트에 장착하여 단면 혹은 수심방향으로 이동식으로 적용하였고, 공간위치는 동시에 운용된 ADCP의 GPS자료와 연동하였다. 분석결과, 기존의 ADCP의 유속측정 결과로는 본 연구대상과 같은 저유속 대하천에서 공간적 혼합 거동을 포착하는데 한계가 나타났다. 반면에, 수질인자(EC)를 연계하여 합류부 수질의 공간분포를 나타낼 경우 본 대상인 황강-낙동강 합류부와 같은 평수기 저유속 대하천의 혼합거동을 포착 및 분석할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 대하천의 저유속인 합류부의 혼합 거동 분석은 유속분포와 같은 수리특성과 함께 수질인자(EC)를 연계한 분석을 통할 경우 혼합 거동의 분석이 용이해짐을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제12권4호
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• pp.312-320
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• 2002

암반 내 존재하는 절리는 전단응력에 의해 미끄러지는 전단변형 거동을 하며, 역학적 경계조건 및 절리면의 거칠기에 영향을 받는다. 이러한 경우, 절리의 전단변형과 거칠기에 의해 발생된 팽창으로 인해 간극분포가 변화한다. 또한, 절리는 유체 흐름의 경로가 되며, 간극분포 특성에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 절리의 전단변형 거동에 미치는 거 칠기의 영향 및 간극분포의 변화를 정량적으로 분석하여 절리의 수리학적 거동을 해석하고자 시도하였다. 이러한 절리의 수리-역학적 거동에 대한 이해를 향상시키기 위하여 절리면의 거칠기 변화가 절리의 전단변형 및 수리 지동에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위하여, 통계적 방법을 이용하여 절리를 발생하고, 이를 전단변형 거동과 수리학적 모델에 적용한 수치해석을 실시하였다 본 연구의 주요 결과로는, 절리의 거칠기가 감소하고 수직응력이 증가할수록 전단응력이 연성 거동으로 변하는 것으로 나타났다. 또한, 전단변형 후 절리의 간극분포는 절리면의 거칠기에 큰 영향을 받아 절리의 투수성 변화에 거칠기가 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 마지막으로, 절리면의 거칠기가 증가할수록 전단변형에 의한 채널 현상의 붕괴가 조기에 발생하는 것으로 나타났다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2003년도 가을 학술발표회 발표논문집
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• pp.132-136
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• 2003

• 한국섬유공학회:학술대회논문집
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• 한국섬유공학회 2001년도 학술발표회 논문집(Proceedings of the Korean Textile Conference)
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• pp.281-284
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• 2001

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권2호
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• pp.61-68
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• 2009

본 논문은 수리학적 현장 주입시험 기간 동안 고려될 필요가 있는 수리역학적 상호작용에 따른 균열암반매질의 수리학적 거동에 대한 수치적 연구이다. 이러한 주입시험은 굴착정 내에 설치된 개구간(open hole section)을 따라 높은 압력을 가진 유량을 주입하며, 이를 통해 굴착정을 가로지르는 균열로부터 유량을 측정하는 것이다. 시간에 따라 변화되는 유량측정결과는 수리역학적 상호작용에 대한 분석 및 예측을 위해 개발된 수치모형의 현장 적용성을 평가하기 위해 사용되었다. 유량측정결과 전도성이 있는 균열들은 상호의존적인 균열망을 형성하며, 이로 인해 균열망을 구성하는 개별적인 균열요소들은 독립적인 시스템으로서 적절하게 모형화 될 수 없음을 보여주었다. 또한 간극수압이 굴착정 주위에 작용하는 최소주응력을 초과할 때 새로운 유체유입영역이 발생되며, 이러한 최소주응력보다 훨씬 큰 간극수압은 굴착정 주위의 균열들에 의해 유지될 수 있다는 것을 보여주었다. 본 연구에서 이러한 특성들이 자연 상태의 균열망의 구성형태에 따라 어떻게 영향을 미치게 되는지 이산 균열망 모형을 통해 수치적으로 분석되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.572-575
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• 2009

지층 내에 발달한 고투수성 단층은 유체, 에너지, 그리고 용질이 이동하는데 있어서 중요한 역할을 하는 지질구조이다. 따라서 고투수성 단층 주변부에서는 온천, 지열 이상대, 그리고 금속 광상 등이 형성될 가능성이 크다. 이 연구에서는 열-수리적 거동 모델링을 통하여 단층에 의한 온천 또는 지열 이상대의 형성 원인을 확인하였다. 단층의 구조에 따른 지하수 유동과 이에 따른 지층 내 열적 상태를 확인하기 위해서 단층 구조가 다른 3가지의 경우에 대해서 2차원 열-수리적 거동 정류 모델링을 수행하였다. 모델링 결과 단층 구조가 다른 3가지의 모든 경우에서 단층의 투수율이 커지면 단층대에서의 용출 온도가 초기 온도 보다 높아지는 경향을 확인 할 수 있고, 경우에 따라서 모암의 투수율 역시 용출온도에 영향을 미치는 것을 확인 하였다. 따라서 심부지열 개발을 위한 연구지역에 대해 보다 정확한 예측 모델링을 수행하기 위해서는 단층의 구조, 단층과 모암의 투수율, 그리고 수리지질학적 정보 등이 매우 중요하다고 할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1184-1188
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• 2007

하수관거는 장기간 사용에 의해 오염물질 퇴적 현상이 발생하여 관거 유하능력의 기능을 상실하게 되는 문제점이 발생한다. 관내 오염물질 제거 방법 중 관거 Flushing 방법을 적용하였을 경우, 유입유량, 유입시간, 관경사 변화에 따른 유속 및 수위 변화를 분석하여 하수관거 내 부유물질의 퇴적을 방지하기 위한 최소유속기준을 만족하는 관거 유하 길이를 분석하고자 한다. 관거 내의 수리학적 거동을 분석하기 위해서 SWMM 및 FLOW-3D 모형을 이용하여 관거 내 수리학적 거동 현상을 분석하였다. 또한 모형의 적용성을 검증하기 위해서 수리모형실험 자료를 이용하였다. $5\;{\textperthousand}$ 관경사에 대하여 유입유량 $0.16\;m^3/min$을 3 분 동안 Flushing 하였을 경우 최대유속은 0.58 m/s로 최소유속 0.6 m/s를 만족하는 관의 누가거리는 확보할 수 없는 것으로 모의되었다. 또한 관경사가 증가함에 따라서 최대유속 및 최대유량도 증가함을 보여주고 있다. 이와 같은 분석을 통해 관 내 부유물질의 퇴적을 방지하기 위해 Flushing 방법을 수행하였을 경우, 보다 효과적이며 경제적으로 Flushing 방법을 수행할 수는 설계 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.