• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.361-361
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• 2015

감세블록(baffle block)은 고속의 흐름에서 도수를 유도함으로써 과도한 에너지를 감세시키는 역할을 하는 구조물이며 구조물의 크기, 형태, 위치, 조합 등의 변수로 도수가 형성되는 조건을 조절하여 흐름에 영향을 줄 수 있다. 하단방류형 가동보에서 고속으로 방류되는 흐름의 Froude 수가 2.5에서 4.5 사이일 경우 발생하는 불규칙한 주기의 진동이 중첩 보강되면 감세하기 어려운 파동을 형성하여 수 Km 동안 지속될 수 있어 추가적인 조치가 필요하다(Peterka, 1984). 이 연구에서는 총 연장 11m, 폭 0.5m의 구형수로에 하단방류형 가동보와 감세블럭을 설치하여 감세블록의 위치가 에너지의 감세에 미치는 영향을 분석하고, 감세블록의 최적 위치를 제안하였다. 감세블럭은 높이 2cm, 폭 5cm의 구형단면으로 제작하여 일정한 간격으로 치형 배열하였으며, 가동보로 부터 5.5~8.5cm 지점에서 1cm간격으로 총 5가지 조건으로 수리실험을 수행하였다. 또한, 수문 하단에서의 Froude 수가 3.8~3.9를 만족하는 강한 도수가 발생할 수 있도록 유량을 조절 하였고, 유속과 수심은 3차원 유속계와 피에조미터를 이용하여 가동보로부터 0.2m간격으로 하류단 2m 지점까지 측정하였다. 실험 결과, 가동보로부터 도수가 발생하여 수위가 안정되는 지점까지의 도수길이는 감세블록을 설치한 경우, 설치하기 전의 1.1m와 비교하여 최소 27.3%에서 최대 81.8%만큼 짧아졌으며 감세블록 보에 가깝게 설치될수록 도수길이는 단축되는 것으로 나타났다. 가동보 하류부에서 도수가 발생한 이후 수심이 안정화되는 1m 지점에서, 도수 전후의 비에너지비로 정의되는 도수효율은 감세블록 미설치 시 74.9%이고, 감세블록이 설치된 조건에서는 54.9~60.6%로 감세블록에 의한 에너지 감소효과가 큰 것으로 나타났다. 에너지 감세 효과가 가장 큰 감세블록 위치는 가동보로부터 6.5cm 떨어진 곳으로 하류단 수심의 약 80%에 해당하는 지점이 감세블록의 최적 위치인 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1605-1610
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• 2006

계단식 Gabion 낙차공은 다공체 구조물로서 시공하기 쉽고 안정적이며, 하천유수에 대하여 저항성이 있어 하천구조물로서 널리 자주 사용되고 있다. Gabion은 다공체로서 유수력을 쉽게 흡수함으로써 감세지 계단표면의 위치에너지를 소산시키는데 매우 효과적이다. Stephenson은 1/10 축적을 가진(투수성이 있고 하천낙차공에만 적용되는 투수성 상류면을 가진 높이 4m까지의) 계단식 Gabion을 월류 실험한 바가 있으며, 그 연구결과가 실무에서 인용되고 있다. 그러나 본 연구에서는 급변류의 에너지 소산효과를 조사하기 위하여 중력이 다른 힘들보다 지배적이므로 Froude 상사법칙을 이용하고 1/1, 1/2, 1/3 경사를 가진 계단을 적용하였다. 실험에서는 경사를 가진 높이 4m 계단식 위어와 게비온 감세지 실험, 계단모형실험(보통구조, 층상구조, 끝단이 올라간 구조, 턱을 가진 구조), 격리수맥흐름, 부분수맥흐름으로 제안하여 경사에 따른 급변류의 에너지 소산효과에 대한 결과를 얻을 수 있었다.

• KCID journal
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• v.6 no.1
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• pp.9-19
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• 1999

Energy dissipation of inflow in the upstream channel of sluice gate in Sihwa tidal barrier dam was estimated by hydraulic model study for the preliminary step to examine the erodibility of channel. The sluice gates is operated not only during the ebb tide

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.74-74
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• 2015

최근 홍수의 특성과 피해 양상은 과거와는 다르게 변화하고 있으며, 급격한 도시화로 인하여 기존 하천유역의 저류 능력이 감소하였으며 이러한 한계를 극복하기 위하여 이미 외국에서는 대심도 터널을 활용한 홍수재해 관리방안이 오래전부터 활용되어 왔다. 본 연구에서는 대심도 터널의 유입구, 수직갱, 감세지, 배수터널과 같은 시설물 중 대심도 터널 설계 시 수직 유입구를 통해 유입되는 유량의 에너지를 완화하고 효과적으로 배수 할 수 있도록 중요한 역할을 하는 감세지의 효율적인 깊이 산정을 위하여 수리모형실험을 실시하였으며, 모형은 Froude 상사법칙을 사용하여 원형의 1/18크기로 제작하였다. 본 연구에서 실시한 감세지 모형의 깊이는 0.278 m(원형 5.0 m), 0.417 m(원형 7.5 m)이며, 각 감세지 깊이별 수직 유입구 3개소(저지수직구1, 저지수직구2, 고지수직구) 및 5가지의 유량 CASE에 대하여 감세지 바닥면 압력을 비교?분석 하였다. 수직 유입구 3개소의 설계조건에 따른 감세지 깊이별 바닥면 압력 분포 평가를 실시한 결과 저지수직구1의 감세지 깊이 0.278 m(원형 5.0m)에서는 최대 압력이 4번 지점에서 $0.075kg/cm^2$(원형 1.30 MPa)이 측정 되었으며, 0.417 m(원형 7.5m)에서는 최대 압력이 1번지점에서 $0.089kg/cm^2$(원형 1.54MPa)이 측정되었다. 또한 저지수직구2의 감세지 깊이 0.278 m(원형 5.0 m)에서는 최대 압력이 1번 지점에서 $0.074kg/cm^2$(원형 1.28 MPa)이 측정 되었으며, 0.417 m(원형 7.5 m)에서는 최대 압력이 2번지점에서 $0.088kg/cm^2$(원형 1.52 MPa)이 측정되었다. 고지수직구의 감세지 깊이 0.278 m(원형 5.0 m)에서는 최대 압력이 3번 지점에서 $0.082kg/cm^2$(원형 1.42 MPa)이 측정 되었으며, 0.417 m(원형 7.5 m)에서는 최대 압력이 1번지점에서 $0.092kg/cm^2$(원형 1.59 MPa)이 측정되었다. 본 연구에서 실시한 수리모형실험의 결과 저유량에서 고유량으로 갈수록 최대압력지점은 반시계방향으로 움직이는 것을 알 수 있으며, 이는 수직 유입구의 설계조건에 따른 수직갱에서의 회전수차에 의하여 발생하는 것으로 분석하였다. 따라서 적절한 감세지 깊이 산정을 위해서 대심도터널의 수직 유입구(유입구형태, 수직갱)의 평가가 함께 유기적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.478-478
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• 2011

중소규모 댐 계획시, 댐 하류 홍수피해 저감, 합리적 운영, 유지관리 및 경제성 측면올 고려한 댐 계획은 무엇보다 중요하다. 지금까지 국내에서 계획/건설된 대규모 뱀에서와는 달리, 비교적 작은 규모의 유역에 있어서 댐 계획은 댐 유역 및 저수지의 수리 수문학적 특성 즉, 빠른 시간에 홍수량의 저수지 유입으로 저수지 수위가 급상승하는 등, 일반적인 기존 댐들과는 다른 특정을 지닌 중소규모유역 댐의 여수로 계획을 소개하고자 한다. 여수로 계획을 한 댐 유역의 특성으로 유역면적 약 $33km^2$, 총저수용량 2,211 만 $m^3$, 홍수조절용량 349만 $m^3$의 소규모 저수지를 가진 댐이다. 지방하천 최상류에 위치하는 유역면적이 작은 댐에서의 일반적인 수문학적 특징은 홍수도달시간이 1 시간 내외로 빠르고, 저수지 수위상승 속도가 0.2~0.3m/분 정도로 빠르게 나타난다. 이러한 수리 수문학적 특징 때문에 댐 여수로 수문 조작시간이 충분치 않으므로, PMF 유입과 같은 긴급한 상황에서는 댐을 월류할 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 일반적으로 대규모 댐의 여수로 수문을 이용, 단독으로 홍수조절을 수행하던 기존 댐들과는 달리 소규모 댐에 적합한 특성을 지닌 여수로 계획의 필요성이 대두된다. 검토대상 여수로 형식으로는 국내 다목적댐에서 대부분 채택하고 있는 조절형 여수로, 무문식 여수로를 도입한 조절형+비조절형 여수로, 방류관식 여수로, 복합형 여수로 등을 안전성, 유지관리성 및 시공성 측면 등을 다각적으로 검토하였으며, 그 결과로 소규모 댐의 여수로 형식으로는 조절형+비조절형 여수로가 가장 적합한 형식이라고 판단하였다. 그러나, 여수로 형식 이 조절형+비조절형과 같이 폭이 100m가 넘는 광폭의 여수로에서 등폭 도수로를 채택할 경우 감세공의 폭이 과다해지는 문제점은 등폭 도수로와 도수로 끝단부에 도류벽을 설치하여 유수 에너지를 도류벽에서 1 차 감세한 후 댐에서 보편적인 정수지형 감세공으로 유수를 소통시키는 형식으로 계획하였다. 이러한 측수로형 감세공을 도입하여 정수지형 감세공 규모를 줄이는 경제적인 효과도 얻을 수 있도록 계획하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.360-364
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• 2004

• Water for future
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• v.27 no.1
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• pp.123-131
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• 1994

A plunge pool is often employed as an energy-dissipating device at the end of a spillway or a pipe culvert. A jet from spillways or pipes frequently generates a scour hole which threatens the stability of the hydraulic structure. Existing scour prediction formulas of plunge pool of spillways or pipe culverts give a wide range of scour depths, and it is, therefore, difficult to accurately predict those scour depths. In this study, a new experimental method and new scour prediction formulas under submerged circular jet for large bed materials with shallow tailwater depths were developed. A major variale, which was not used in previous scour prediction equations, was the ratio of jet size to bed material size. In this study, jet momentum acting on a bed particle and jet diffustion theory were employed to derive scour prediction formulas. Four theoretical formulas were suggested for the two regions of jet diffusion, i.e., the region of flow establishment and the region of established flow. The semi-theoretically developed scour prediction formulas showed close agreement with laboratory experiments performed on a movable bed made of large spherical particles.

• Water for future
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• v.28 no.4
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• pp.147-154
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• 1995

Scour characteristics of noncohesive bed materials at the downstream of free-falling jet were analyzed through hydraulic experiments. It was assumed that the downstream had no special energy dissipators. Flow characteristics of free falling jet from rectangular section were studied, and scour characteristics with and without mounds, which were generated at the downstream of the scour hole, were comparatively analyzed for various bed materials, discharges and tailwater depths. Not only the equilibrium scour depth but also the height of mound could be expressed as a function of densimetric Froude number. Densimetric Froude number had closer relationship with the equilibrium dimensionless scour depth than other dimensionless parameters. It was suggested that the mound effects should be considered at the design stage of bed protection works.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.709-709
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• 2012

보는 하천을 횡단하는 대표적인 수공구조물로써 수위를 유지하여 각종 용수의 취수 기능 및 주운 기능을 가지고 있다. 그러나 보를 설치할 경우 상류부의 유속이 점차 감소하여 유사 퇴적이 일어나며, 흐름 정체에 따른 수질 저하 및 수위 상승의 원인을 제공한다. 이러한 보의 단점을 개선하기 위해 래버린스 보에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. Hay 등(1970) 연구에 따르면 래버린스 보의 월류능력은 동일 수두 조건에서 선형 보보다 높은 특성을 가진다. 또한 Tsang(2000) 연구에 따르면 큰 유량 및 낮은 월류고 조건에서 폭기 효율이 뛰어난 것으로 나타났다. 박호상(2009) 연구에 따르면 경사형 마루 래버린스 보가 일반형 래버린스 보의 수심유지 범위보다 더 크며, 산소전달효율도 더 높은 것으로 나타났다. 그러나 기존 보에서 발생되는 유사퇴적 및 흐름정체 등의 문제는 여전히 존재하였다. 이와 관련하여 본 연구에서는 유사의 연속성을 유지하고 흐름의 정체를 해소하는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보(현대건설, 2011)를 제안하였다(그림 1, 2 참조). 본 연구에서는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보의 홍수안정성 및 유사연속성에 대한 효과를 3차원 수치모형(FLOW-3D)을 통해 분석하였다. 수치모의에 사용된 수로 연장은 9.25 m이고 폭은 0.82 m이며, 상류의 수심변화에 따라 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 에너지 감세 효과와 상류의 수심을 유지하는 효과가 나타났다. 또한 이격된 벽체로 흐르는 유속에 의해 래버린스 보 내의 마찰속도가 증가하였다. 이러한 결과, 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보가 홍수 안정성 및 유사배제에 효과가 있는 기술로써 가능성이 있는 것으로 판단된다. 향후, 수리모형실험을 통한 연구가 수행된다면 수리특성에 관한 기초자료를 통해 설계 인자가 도출될 수 있을 것이며 나아가 기술의 상용화에도 크게 기여할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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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.