• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.227-227
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• 2018

티롤리안 위어(Tyrolean Weir)는 유송잡물 및 유사의 영향이 비교적 높은 산악지역에 설치되는 취수구조물로 대부분 저류면적이 제한된 자류식(Run-Off River) 수력발전 및 소규모 농업용수 취수시설에 적합한 구조물이다. 티롤리안 위어는 일반적인 취수시설과 비교하여 구조물의 규모를 최소화할 수 있어 친환경적 취수구조물로 분류할 수 있다. 아직까지 국내에서는 설치사례가 없고 연구성과 또한 부족하여 적용성에 한계가 있는 것이 사실이다. 본 연구에서는 3차원 유동해석 프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 티롤리안 위어의 월류흐름특성을 분석하고 스크린 경사와 월류수위 변화에 따른 유량계수를 산정하였다. 티롤리안 위어 스크린경사에 따른 수치모형실험을 위해 3차원 AUTO CAD 프로그램을 이용하여 위어폭 11.0m, 길이 10m 및 수로경사 2:3의 솔리드 모형을 구성하였으며, 티롤리안 위어 스크린 경사를 $0^{\circ}$, $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$, $20^{\circ}$, $25^{\circ}$, $30^{\circ}$로 변화시키며 월류수심 변화에 따른 수치모형실험을 수행하였다. 금회 수치해석 분석결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1) 티롤리안 위어 스크린 경사가 증가할수록 유량계수가 증가하였다. 2) 월류수심 1.4m일때 월류량의 표준편차는 0.767이며 월류수심 4.4m일때 표준편차는 9.580으로 월류수심이 증가할수록 스크린 경사에 따른 표준편차는 증가하는 것으로 확인되었다. 3) 티롤리안 위어 스크린 경사가 클수록 월류수심은 감소하고 접근수로부 유속이 증가하였으며 스크린 경사가 작을수록 월류수심은 증가하고 유속이 감소하는 경향을 확인하였다. 4) 티롤리안 위어 스크린 경사가 작고 월류수심이 클수록 광정위어와 유사한 흐름특성을 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1107-1112
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• 2009

수위-유량관계곡선이 있는 위어는 월류수심을 측정하여 개수로 유량을 산정할 수 있는 매우 유용한 유량 측정 도구이다. 본 연구는 폭 1m인 사다리꼴 단면 상업용 개수로에 설치된 높이 26cm인 삼각형 위어의 수위-유량관계곡선을 도출하기 위하여 수리모형실험을 실시한 것이다. 위어 수리모형은 크기를 1/5 축척으로 제작하고 유량과 수로경사를 변화시키면서 수리실험을 하였다. 기존 위어 유량산정 공식들을 이용하기 곤란하기 때문에 본 연구에서는 사다리꼴 단면 개수로의 삼각형 위어의 유량산정 공식을 정립하였다. 이 공식은 월류수심을 $h_1$과 $h_2$로 구분하였다. 월류수심이 $h_1$보다 작으면 삼각형 위어 유량산정 공식을 이용하고, 이보다 크면 사다리꼴 단면 개수로의 삼각형 위어 유량산정 공식을 이용한다. 삼각형 위어에서는 유량이 증가함에 따라 유량계수 $C_1$이 작아지는 반면에 사다리꼴 단면 개수로 삼각형 위어의 유량계수 $C_2$는 균일한 것으로 나타났다. 이는 사다리꼴 단면 개수로 삼각형 위어에서는 삼각형 위어에서 유량계수 $C_1$이 사용되었기 때문으로 판단된다. 또한 본 연구에서는 위어가 설치된 수로의 접근유속을 구하여 위어에 미치는 영향을 조사하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.2103-2107
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• 2009

우리나라는 계절별 강수량 변화가 크기 때문에 하천개발 및 관리에 어려움이 많을 뿐만 아니라 하천에 설치된 많은 취수보와 같은 하천횡단구조물로 인해서 하천 생태계가 악화되어 있다. 최근 들어 하천생태 복원을 위하여 자연형 하천 조성사업과 보에 어도설치가 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 어류 소상에 효과적인 어도를 설치하기 위해서는 하천에 서식하는 다양한 어류에 대한 어류역학적인 특성이 필요하나 이에 대한 조사연구는 미흡한 실정이다. 특히 어류의 유영력이나 도약력은 어도의 설계의 완성도 및 어도시설 운영관리에서 대단히 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 하천에 널리 서식하는 어류인 피라미를 대상으로 도약능력에 관하여 실험하였다. 어류의 도약능력은 낙차가 있는 흐름에서 어류가 상류로 이동하기 위한 중요한 이동수단이다. 어류의 도약에 영향을 미치는 어도 인자로는 격벽높이, 월류수심, 유속, 어도경사 및 유량을 들 수 있다. 피라미의 도약능력 실험은 폭 28cm, 길이 140cm인 개수로에서 격벽높이는 5${\sim}$10cm, 월류수심 1.2${\sim}$5cm, 낙차 약 4cm의 조건으로 이루어졌다. 실험유량은 약 0.378${\ell}$/s이고, 경사는 1:20${\sim}$1:15 이다. 도약능력은 소상율의 크기로 판단하였으며 피라미의 소상율은 격벽높이 10cm와 월류수심 3cm에서 유속 4.19cm/sec일 때를 정점으로 유속의 증가에 따라 급격히 감소하였다. 이는 어류의 생태적인 특성과 작은 유속이 어류이동 유인효과에 영향이 작기 때문인 것으로 판단된다. 또한 피라미의 체장이 클수록 소상율도 증가하는 관계를 나타내었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.453-457
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• 2004

본 연구에서는 WES의 표준 월류형 여수로에 대한 동수역학적인 흐름거동을 FLOW-3D 모형을 이용하여 해석하였다. 월류수두에 따른 월류유량, 월류흐름의 수면곡선, 여수로 표면에서의 압력분포와 같은 모의결과는 WES의 실험자료와 잘 일치하였다. 그리고 월류수두가 여수로 설계수두의 1.33배인 경우의 유속과 압력의 연직분포를 검토하였다. 검토결과, 웨어마루를 통과하면서 저층의 유속이 먼저 가속되며 점차 하류로 이동하면서 수표면의 유속이 가속되어 거의 균일한 유속분포를 보였으며, 압력의 연직분포는 웨어마루 상류에서는 수표면에서 내기압을 보이고 점차 수심이 길어짐에 따라 정수압분포와 유사한 분포를 보이나, 여수로 표면에 접근함에 따라 급격하게 압력이 감소하면서 부압이 발생하였다. 웨어마루 하류에서는 여수로 표면에서의 압력이 점차 대기압으로 접근함에 따라, 거의 전 수심에 걸쳐 대기압과 유사한 분포를 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.899-903
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• 2007

본 연구에서는 제방붕괴에 의한 제내지 홍수파 거동 해석의 일환으로 제방붕괴시 제방의 붕괴깊이에 따른 제내지에서의 홍수파의 거동 양상을 수리실험을 통하여 고찰하였다. 다양한 제방붕괴폭과 초기하도수위 및 제방붕괴고 조건에 대해 범람홍수파의 전파속도와 제내지에서의 최대수심의 변화를 실험을 통하여 관찰하였다. 범람홍수파 선단(wave-front)의 이동속도는 동일한 하도수위조건에서는 붕괴고가 높을수록 감소하는 것으로 나타나 제방붕괴시 월류수심 $H_w$가 범람홍수파 전파속도에 영향을 준다는 것을 알 수 있었다. 모든 실험조건에서 최대수심은 일정한 경향을 띠고 있음을 알 수 있었다. 제방인근 지점에서 최대수심이 가장 크게 나타났고, 붕괴부로부터 일정 지점이 지나면 수위가 급격히 감소하여 거리에 관계없이 일정한 최대수심을 유지하는 것을 알 수 있었다. 동일 수위조건이라면 제방붕괴고가 낮을수록 제내지로 유입되는 유량이 증가하여 초기에 제방붕괴부 주위에서 수심이 높아지는 것으로 분석할 수 있다. 실험결과를 이용하여 범람홍수파의 전파속도와 최대수심을 산정하는 식을 무차원변수를 이용하여 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.65-65
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• 2021

보를 월류하는 흐름에 대하여 하류 수심이 보의 높이보다 낮고, 보 월류 후 수심의 공액수심보다 작거나 크고 같은 경우를 각각 자유도수와 수중도수라고 한다. 수중도수가 발생하는 경우 하류 수심이 보의 경사면을 따라 흐르는 하강류를 덮게 되며 유속을 감쇄시키기 때문에 최대 유속은 자유도수에 비해 매우 작게 발생한다. 그러나 수중도수는 자유도수에 비해 에너지 감쇄 효율이 낮기 때문에 도수구간의 거리가 증가하게 된다. 따라서 인명피해를 발생시키는 도수구간 재순환영역의 길이를 검토하는 것이나 보 하류 바닥보호공 길이 설계를 위해 수중도수에서의 흐름에 대하여 검토하는 것은 중요하다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 보 월류 후 발생하는 수중도수를 수치모의하고 평균흐름과 난류량의 종방향 변화에 대하여 검토하였다. 기존 실험수로에 k-ω SST 난류모형을 사용하여 모형의 적용성을 검토하였다. 다양한 하류 수심을 설정하여 평균흐름과 난류량에 대한 침수도의 영향 및 자유도수 계산결과와 벽면 제트 결과를 함께 비교하였다. 검토 결과 수중도수는 평균흐름과 난류량의 변화율이 자유도수보다 작고 벽면 제트보다는 큰 것을 확인하였다. 또한 침수도가 증가되면서 평균흐름과 난류량의 변화율이 작아지는 것을 확인하였다. 이것은 침수도의 변화에 따른 역압력경사의 차이에 의한 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.565-569
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• 2009

제방붕괴에 의한 홍수범람파에 의한 제내지의 위험은 수치모의 및 수리모형에 의해 관측되는 수심과 유속에 의해서만 정의되기 어렵다. 현재, 국내의 비구조물적인 대책으로 수치모의에 의해 계산되는 최대침수심 만을 홍수위험도로 산정하여 도시화하고, 홍수위험도를 제작하고 있다. 미국과 일본의 연구 및 비구조물적인 대책도 수치모의에 의한 최대침수심 산정결과만을 홍수위험도에 반영하고 있으므로, 유수에 의한 위험도를 다양하게 반영하지 못하고 있는 상황이다. 유럽의 연구결과를 살펴보면, 제방붕괴에 의한 위험은 빠른 유속과 수심의 복합적인 결과로 나타남을 알 수 있다. 그러므로, 본 연구에서는 유럽의 연구결과를 참고하여 수심과 유속의 복합적인 결과인 범람강도를 산정하여 제방붕괴 발생 후, 구조물 주변의 위험도를 산정하였다. 구조물의 배열 및 월류수심을 다양하게 변화시키며 구조물 주변의 수심, 유속 및 범람강도의 증가비율을 산정하여 비교하였다. 흐름특성변화율을 산정하여 비교한 결과, 수심과 유속을 각각 산정하여 도시하여 고찰할 수 없었던 구조물 사이 및 구조물 주변의 위험도를 산정할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.602-606
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• 2007

어도 설계시 실무자의 입장에서 많은 어려움을 가지고 있다. 대부분의 수공구조물 설계인자가 기상학적 인자에서 도출되는 반면에 어도는 어류의 이동특성이나 유영능력 등 생태학적 인자에서 설계되어져야 하기 때문이다. 그러나 충분한 기초자료의 부족이나 설계자가 좋은 구조물을 지어야 한다는 사명감 부족 등으로 대부분의 어도가 기존 어도의 형태를 답습하는 형태로 건설되고 있다. 본 논문은 한강의 잠실수중보 어도설치계획을 근간으로 하여 어도를 설계하는데 필요한 세 가지 요소를 제안하였다. (1) 공간적 위치나 정열이 부적정한 어도의 수정할 점 (2) 어류의 이동특성이나 유영능력에 적합한 pool형 어도의 월류 수심을 3차원 수치모형계산을 통하여 제시 (3) 어도입구에 고기를 모일 수 있게 하는 유인수로의 필요성

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.1113-1117
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• 2005

보 상류의 유속 및 수심과 같은 흐름 조건은 보, 하천 형상, 그리고 하류 흐름 특성에 의해 좌우된다. 본 연구에서는 하류 조건에 따라 보 상류의 흐름 특성에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 구형단면의 수로에 하천설계지침(2002)에 따라 보를 제작하여 설치하였으며 보에서의 임계수심 및 이에 따른 유량의 변화를 파악하였으며 실험결과를 기존 문헌과 비교$\cdot$분석하였다. 또한 자유 월류로 빠른 유속을 지닌 흐름이 수로의 마찰저항과 하류 배수효과에 의해 에너지 소멸로 나타나는 도수현상을 관측하여 발생특성을 파악하였다. 도수의 발생조건은 Posey와 Hsing(1938)에 제시한 결과와 유사한 결과를 보였으며 하류영향에 따른 도수 발생 위치는 하류단 수위와 일정한 관계를 갖고 있으나 유량과는 선형적인 관계를 보이지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 임계수심 설정에 대해 Knap(1960)이 제시한 산정식과 비교한 결과 유량이 작은 경우 거의 일치하는 결과를 보였으나 유량이 증가할수록 오차가 커졌다. 임계수심 전$\cdot$후의 유량계수를 살펴본 결과 하류 조건에 의해 임계수심을 넘으면 유량계수가 자유 월류 시보다 약 $2\%\~6.5\%의 감소를 나타냈으며 공급유량이 $0.05m^3/s$ 일 경우 유량계수의 차이가 가장 큰 것을 알 수 있다.

• Journal of Korean Society of Disaster and Security
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• v.16 no.2
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• pp.65-73
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• 2023

Fishways are essential structures that must be installed in rivers to facilitate the movement of fish between upstream and downstream areas. However, the efficiency of fish passage varies depending on the flow conditions within the fishway. Therefore, this study examined the fish-friendly flow characteristics within a stepped fishway at different overflow depths using FLOW-3D, and conducted experiments for model validation. The key parameters affecting fish swimming ability include velocity, turbulent kinetic energy, and energy dissipation rate. These factors were assessed using a simulated fish species, the zacco platypus, to evaluate the suitability of fish-friendly flow condition. It was confirmed that overflow depth significantly influences fish behavior, and an appropriate overflow depth is required for stepped fishway design. The results of this study are expected to serve as fundamental data for the design of stepped fishways in the future.