• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제4회(2015년)
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• pp.618-622
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• 2015

어도(fishway)란 강이 댐과 같은 인공물로 막혀있을 때 물고기가 지나갈 수 있도록 만든 통로이다. 본 연구에서는 전산유체해석 프로그램인 EDISON_CFD 시스템을 활용하여 아이스하버식 어도 내 월류부(rollway)에서 유체의 수직흐름특성을 분석하였다. 어류는 소상과 강하시 어도 내의 흐름에 민감하므로, 흐름에 영향을 주는 요인을 분석하는 것은 중요한 문제이다 어도는 2차원으로 간략화하여 모델링하였으며, 강의 유속, 어도의 기울기, 월류부 높이를 변화시키며 이들이 어도 내의 흐름특성과 어떤 관계가 있는지 분석하였다. 또 속도 증가에 따른 수면파의 파장 변화를 프로우드수와 연관지어 설명하였고, 레이놀즈수가 어도 내의 흐름특성과 밀접한 관련이 있음을 확인하였으며 기 설치된 어도의 문제점을 보완할 수 있는 방법을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.8-8
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• 2023

하천에 설치된 횡단구조물은 어류의 이동을 방해하거나 불가능하게 만들지만, 어도를 통해 어류의 이동 및 서식생태에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 하천에 서식하는 대부분의 어종은 연중 회유하는 특성을 갖기 때문에 어류의 자유로운 이동을 위해서 어도는 필수적으로 설치해야 하는 시설이다. 어도는 어류의 유영능력을 기반으로 수리시설물의 낙차나 하천의 유량 등을 고려하여 설계한다. 이처럼 어도 내의 흐름은 어류의 소상능력에 영향을 미치는 주요 인자로 평가되고 있으며 어도 내 흐름에 따라 어도의 이동효율에 차이가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 수치모의를 통해 계단식 어도 내의 어류 친화적 흐름의 특성을 연구하였다. 어류 친화적 흐름은 어류가 쉽게 유영할 수 있는 흐름을 의미하며, 유속, 난류운동에너지, 에너지소산을 기준으로 판단할 수 있다. 이를 위해 3차원 수치모형 FLOW-3D를 이용하였으며, 개수로 실험을 통해 모델의 검증을 수행하였다. 연구에서 사용한 어도의 형식은 국내에서 전체 어도의 20%를 차지하고 있는 계단식 어도로 선정하였다. 수위와 유속에 따라 흐름조건을 설정하였으며, 실험결과를 통해 어류의 유영능력에 영향을 미치는 3가지 항목의 값을 계산하여 어도 내의 어류 친화적 흐름의 적합성을 판단하였으며, 이를 바탕으로 최적의 흐름조건을 제시하였다. 향후, 본 연구결과는 계단식 어도를 설계하는 것에 기초자료가 될 수 있을 것이라 기대된다. 그러나 어도의 설계는 어도의 설치위치나 어도의 입구 위치 및 형태 등과 같은 설치계획에 따라 어도의 이동효율이 좌우될 수 있기 때문에 하천환경을 고려하는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1837-1840
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• 2009

최근 자연형하천 조성사업과 하천복원 등을 목적으로 하천의 치수, 이수적인 기능뿐만 아니라 생태적인 기능을 고려한 하천설계를 위하여 많은 노력들을 하고 있다. 이와 같은 목적으로 하천의 생태적 통로가 단절되는 것을 막기 위해 하천 횡단 구조물인 보와 낙차공에 어도를 설치하고 있다. 하지만 현재 어도 설계는 어도 내의 흐름특성을 정확히 고려하지 못하고 설계되어 어도 본래의 기능을 수행하지 못하는 경우가 많았다. 그 이유는 현장 상황에 따라 어도의 종류와 형태가 다양하게 설계되고 있는 것에 반해 이를 검토할 수 있는 방법이 수리실험으로 한정되어 있어서 어도내 흐름특성을 결정하기 어렵기 때문이다. 어도 설계를 위한 수리실험은 시간적, 공간적 및 경제적인 제약으로 인해 다양한 형태의 어도 조건과 수리조건을 검토하기에는 현실적으로 어려움이 있는 반면에 수치모의는 매개변수 결정에 어려움이 있지만 수리실험에 비해 다양한 형태와 수리조건에 대해 간편하게 흐름특성을 예측할 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 어도 설계시 간편하게 어도내 흐름특성을 예측할 수 있도록 기존에 사용되고 있는 수리실험 결과와 수치모의 기법을 이용한 흐름해석 결과를 비교하여 보았다. 수치모의는 3차원 흐름모형인 FLOW-3D를 이용하였고, 어도 형태는 도류벽식 어도를 대상으로 수행하였다. 수행 결과 수리실험과 비교하여 수심별로 최대 13% 정도의 오차를 보이고 있으며, 최대유속 발생 지점을 비교한 결과 하폭의 6% 정도 오차를 보였다. 따라서 최종 설계 이전에 어도의 흐름특성을 예측하기 위한 방법으로 FLOW-3D를 사용한다면 충분히 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.237-237
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• 2022

우리나라 하천 내에 설치된 횡단구조물은 보 35,000개소 이상으로 전국 하천의 0.6 km마다 수공구조물이 위치해 있으며 이로 인해 종적(longitudinal) 연결성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 농어촌연구원의 조사에 따르면 하천 횡단구조물이 설치된 구간에 어도 설치율은 14.9%로 나타났으며 이는 수생태 관점에서 연속성이 매우 열악한 상태임을 확인 할 수 있다. 이에 우리나라 각 부처 국토교통부, 환경부 등에서는 수생태 연속성을 확보하고자하는 노력이 지속되고 있으며 대표적으로 어류의 이동통로인 어도를 설치하거나 기존 어도의 효율을 향상시키기 위하여 개보수 작업을 지속적으로 실시하고 있다. 어도의 기능을 평가하기 위해서는 어도 내의 수리특성을 정확히 파악하는 것이 중요한데 연속적인 구조물로 구성된 어도 내 흐름은 매우 복잡하다. 특히 어도 내 구조물간 상호작용에 의하여 비정상 흐름이 발생하며 구조물 뒤에서는 사수역(dead zone)이 형성된다. 사수역에서 나타나는 와류의 거동은 구조물의 기하학적 특성에 따라 변화한다. 본 연구에서는 2차원 수심적분 수치모형을 활용하였으며 벽면 근처 점성저층의 유속분포을 재현하기 위하여와 점성항에 감쇠함수(damping function)를 고려하였다. 수치모형의 검증을 위해 실내 실험수로의 직선 개수로에서 PIV(particle image velocimetry)를 활용하여 연속적으로 배치된 구조물에 의한 유속자료를 활용하였다. 이 결과는 향후 새로운 어도설계 혹은 기 설치된 어도의 수리학적 기능을 평가하는데 활용이 가능할 것으로 보인다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권1호
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• pp.33-42
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• 2022

본 연구에서는 3차원 상용 수치모형 Flow-3D를 활용하여 상류 수위(유입유량) 변동, 격벽의 간격(pool의 길이) 변화, 잠공 유무 등에 따른 아이스 하버 어도 내 흐름 양상을 분석하였다. 수치모의 결과의 적합성을 입증하기 위해 경안천 대곡교 하류에 설치된 실제 어도에서 3차원 초음파 유속계를 사용하여 어도 출구부 단면 유속과 유량을 관측하였다. Flow-3D 모형에는 난류 모듈로 4가지를 선택할 수 있는데, 관측 자료로 검증 결과 RNG 모형이 아이스하버 어도 내 흐름 특성을 가장 잘 재현하였다. 하천의 유량 전량이 어도로만 유입되어 흐른다는 조건에서 수위 변화에 따른 어도 내 유속구조를 모의해 보았다. 그 결과 최저수위에서는 잠입류와 표면류가 혼재하여 발생하였는데, 최저수위에서 약 10 cm 이상만 수위가 상승하여도 모든 pool에서 잠입류가 사라지고 오직 표면류만 발생하였다. 예상과 달리 수위가 조금 상승해도 흐름이 꽤 단순하게 표면류 위주로 발생하였다. 격벽간 간격을 늘려주면 수위가 상승하더라도 잠입류와 표면류가 혼재되어 나타나는 현상이 지속되었다. 그리고 격벽 하단에 잠공이 있는 경우가 없는 경우에 비해 잠입류가 여러 pool에서 생성되는 경향을 보였다. 보다 적극적인 어도 사후 관리로 잠공 폐색을 막아 어도 내 다양한 흐름이 생성될 수 있도록 유도하는 것이 필요해 보인다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제20권3호
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• pp.15-19
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• 2015

A fishway is a structure on or around artificial and natural barriers, such as dams, locks and waterfalls, to help fishes' natural migration. In this paper, a computational fluid dynamics (CFD) code, termed SNUFOAM is used to analyze vertical hydraulic characteristic of rollway of fishway. Volume-of-fluid (VOF) method was used to handle free-surface. It is important to determine the factors influencing flow characteristics in fishway because fish use directional information from the flow characteristics to navigate through fishway. Fishway was modeled in 2-D and the influence of the stream velocity, slope, and weir height of fishway was tested. In results, the transition Reynolds number was $2{\times}10^5{\sim}3{\times}10^5$.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제16권2호
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• pp.65-73
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• 2023

하천에서는 어류의 상·하류 간의 이동을 위해 어도는 필수적으로 설치해야 하는 시설이다. 그러나 어도 내부의 흐름에 따라 이동효율의 차이가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 FLOW-3D를 통해 월류수심에 따른 계단식 어도 내의 어류 친화적 흐름을 검토하였고, 모형을 검증하기 위해 개수로 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 어류의 유영능력에 영향을 미치는 주요 항목으로는 유속, 난류운동에너지, 에너지소산율 등이 있으며, 이와 같은 항목으로 대상 어류를 피라미로 가정하여 어류 친화적 흐름의 적합성을 판단하였다. 월류 수심은 피라미에게 유효한 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있었으며, 어도의 낙차에 따라 적합한 월류수심이 요구된다. 향후, 본 연구결과는 계단식 어도 설계의 기초자료가 될 수 있을 것이라 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권spc1호
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• pp.1037-1048
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• 2023

하천에 설치된 댐, 보 등과 같은 횡단구조물은 수생태계에 영향을 미치며 종적 연결성을 단절하기 때문에 어류의 이동을 확보하기 위하여 어도가 설치된다. 그러나 어도 내부의 흐름 특성 및 어종에 따라 어류의 통과효율의 차이가 발생한다. 본 연구에서는 3차원 RANS 모형과 자유수면 해석을 위한 VOF (volume of fluid)기법을 적용한 수치모형을 활용하여 계단식 어도에서 발생하는 난류흐름을 수치모의 하였다. 계단식 어도의 pool의 길이 변화 및 상류 수위 변동을 고려하였으며 이들의 변화에 따라 평균유속 및 난류운동에너지 분포를 분석하였다. 표면류 및 잠입류 특성을 잘 재현하였으며 pool의 길이가 증가하면서 표면류에서 잠입류로 변화하였고 상류 수위가 증가함에 따라 표면류 특성이 명확하게 나타났다. 어도 내 어류의 이동과 관련된 수리학적 인자는 유속 및 난류운동에너지 등이 있으며 이를 바탕으로 어류의 소상 가능성을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.513-513
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• 2016

하천의 횡단 수공구조물인 보 및 낙차공은 구조물 상 하류 생태계의 단절을 발생시켜 회귀성 어류 등 하천 생물의 생존을 위협하고 있다. 최근의 하천 설계는 자연형 하천조성사업과 같이 하천의 치수 및 이수뿐만 아니라 하천생태에 많은 관심이 집중되고 있다. 또한, 하천의 생태적 통로가 단절되는 것을 막기 위해 하천 횡단 구조물인 보와 낙차공에 어도를 설치하고 있다. 어도의 설계는 어도 내의 수리학적 특성을 파악하여 그 기능을 충분히 수행할 수 있는지 여부를 분석하여야만 한다. 본 연구에서는 기존에 제시되지 않았던 자연형 어도를 제안하고, 3차원 유체의 흐름성분을 해석할 수 있는 범용프로그램 FLOW-3D를 이용하여 수리학적 특성을 파악하였다. 또한, 어종별 돌진속도에 따른 자연형 어도의 기능적 활용여부를 제시하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.176-176
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• 2015

최근 대하천사업을 통하여 낙동강에 총 8개의 다기능보가 설치되었으며, 이러한 하천 내 수공 구조물은 하천에 서식하는 어류의 이동과 군집의 변화, 유전적 단절, 서식처 변화와 같은 다양한 문제점을 유발할 수 있으며, 특히 어류의 산란기에는 하천의 유로를 따라 상류로 이동하거나 하류로 이동하는 회유성 어류들에게는 심각한 문제를 야기한다. 이러한 다기능보의 상 하류의 단절로 인한 문제를 해결하기 위해 낙동강 8개의 다기능보에 자연형 및 인공형 어도가 설치되었으며, 이를 평가하기 위한 어도의 유인효율에 대한 연구가 중요하다. 어류는 최대 유속이 발생하는 지점인 유심선에서 소상하려는 특성을 보이는데, 어도의 입구부의 유속이 중요하게 작용한다. 어도 입구부의 유속분포 및 수심에 따라 유인효율은 다르게 나타날 수 있으며, 2차원 수리해석을 통해 WUA를 산정함으로써 어도의 유인효율을 평가할 수 있다. 본 연구에서는 2차원 흐름해석 모형인 River2D를 이용하여 어류의 소상이 중요한 산란기를 기준으로 강정고령보의 가동보 운영실적을 이용하여 수리해석을 실시하였으며, 연구결과를 바탕으로 자연형어도의 유인효율을 평가하였다.