• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2007년도 춘계학술발표논문집
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• pp.104-107
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• 2007

현재까지 수리학 분야에서 가장 많이 회자되고 인용된 공식이 있다면 아마도 1800년에 발표한 Manning의 유속 공식이라고 해도 과언은 아닐 것이다. 그만큼 그 쓰임새가 많았을 뿐만 아니라 사용의 편리생과 정확도에서도 매우 우수하였기 때문일 것이다. 그러나, 아무리 우수한 공식이라도 약점이 있듯이, Manning의 유속공식 역시 조도계수n을 추정하는데 많은 어려움이 있는 것도 주지의 사실이다. 이러한 어려움을 극복하기 위하여, 본 연구에서는 확률통계에서 사용되는 엔트로피 개념을 이용한 3차원 유속분포식인 Chiu의 유속공식을 사용하였다. 그러나 지금까지 실증적으로 Chiu의 유속공식과 Manning땅의 유속공식을 비교분석하였던 논문은 Chiu와 Choo의 논문에서 일부 언급된 것 외 논문에서는 찾아볼 수 없는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 하상경사를 임의로 변경 가능한 실험수로를 선택하여 정밀법에 의한 유속측정을 우선 실시하였다. 같은 지점의 같은 단면에서 하상경사(${\Theta}$)가 0.000935부터 0.025794까지 28번의 경사변화를 주고 각 경사마다 유량을 측정하여 28개의 유량측정 데이터를, Chiu의 유속공식과 Manning의 유속공식에 각각 적용하여, Chiu의 M과 Manning의 n사이의 관계뿐만 아니라, 하상경사변화에 따른 관련인자들을 함께 분석하였으며, 실측된 평균유속과도 함께 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1992년도 수공학연구발표회논문집
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• pp.55-66
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• 1992

수로단면의 유속분포가 균일하지 않으므로, 에너지 원리의 $\alpha$값과 운동량원리의 $\beta$값 각각에 미치나, 대부분 실무에서는 이들 값을 추정하는 어려움 때문에 통상 1로 가정하여 사용하고 있다. 본 연구에서는 실용적으로 이용할 수 있는 공식을 유도하고, 기존에 사용되고있는 Prandtl-Von Karman 공식과 비교 검토하였으며, 유속분포계수 공식을 유도하기 위하여, 수로 바닥과 수 표면까지도 포함한 전 영역에서 비교적 정확한 유속분포를 나타내는 Chiu의 유속공식을 사용하였다. 또한, 실용적목적을 위해 유속데이타 없이 유속분포 계수를 구하기 위해서 Manning공식과 Chiu공식을 사용하였으며, 실험실 및 현장데이타를 위의 연구에 적용 검증하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권9호
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• pp.737-744
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• 2006

난류의 내부 영역의 유속은 단순한 공식으로 표현하기 매우 어려운 형태를 가지고 있다. 이 속도 분포를 기술하는 여러 가지 공식들이 제안된 바 있지만, 모든 공식들은 많은 항들을 가지거나 적분형 또는 음함수꼴을 가지고 있다. 이것은 이 식들이 적용하기 힘들거나, 매개 변수들을 추정하기 어렵다는 것을 의미한다. 이 연구에서는 매끄러운 바닥 위를 흐르는 난류 내부 영역의 유속 분포를 표현할 수 있는 간단한 형태의 새로운 공식을 제안하였다. 이 공식은 전통적인 대수 법칙에 감쇄 함수를 곱한 형태이다. 단 하나의 추가적인 매개 변수를 도입하여, 전체 내부 영역의 유속 분포를 적절하게 표현할 수 있었다. 이 공식은 벽법칙이 성립하는 바닥 근처의 유속과 대수 법칙이 성립되는 중복 영역의 유속 분포까지를 적절하게 나타낼 수 있다. 또한, 추가된 매개 변수인 감쇄 계수는 쉽게 추정할 수 있다. 이 변수는 Reynolds 수의 변화에 민감하지 않으며, 공식에 의하여 계산된 유속 분포도 또한 이 매개 변수의 변화에 대해서 민감하지 않다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.520-520
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• 2017

하천 내의 호안, 제방, 수공구조물 등의 안정성을 검토하기 위한 인자로 대부분 유속 또는 소류력을 이용하게 된다. 이 중 유속의 경우 보통 현장측정이나 수리모형 해석을 통하여 도출되나, 두 가지 방법 모두 많은 인력과 시간이 요구되며, 하천정보 수집 및 수리모형에 대한 전문성의 필요 등 여러가지 제약사항을 가지게 된다. 최근 국내에서는 평균유속을 간단하게 도출할 수 있는 연속형 Kraven 공식이 실무에서 주로 적용되고 있으나, 경사에 의해서만 평균유속이 산정되어 유량의 변화에 따른 유속 변화가 나타나지 않는 문제점을 내포하고 있다. 본 연구에서는 기존의 연속형 Kraven 공식에 대한 문제점을 개선하고, 유속을 간략하게 도출할 수 있도록 평균유속 산정식을 개발하였다. 산정식은 하천 내의 유량과 경사를 활용하였으며, 1차원 수리모형 해석 결과와의 비교를 통하여 정확성과 적용성을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1781-1786
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• 2009

최근 들어 하천의 자동유량측정에 많이 활용되고 있는 고정식 음파도플러유속계는 여러 개의 셀 유속 자료를 제공한다. 이러한 유속 자료들은 단면의 특정 위치에 고정되어 있어 수심 변화에 따라 변화하는 최대유속 구역을 직접 측정할 수 없으므로 최대유속과 평균유속 사이의 단순한 관계를 활용하여 유량 산정을 하기는 곤란하다. 다만, 단면상의 여러 지점에 대한 유속 측정치를 얻을 수 있다는 점을 이용하여 모의된 유속분포와 결부하면 유량을 산정하는데 활용 가능하다. 본 연구에서는 Chiu(1988)가 제안한 단면의 무차원적 유속분포를 모의하는 확률론적 유속분포 공식과 고정식 ADVM의 유속자료를 활용하여 유량을 산정하는 방법을 검토하였다. 유속분포 공식의 주요 매개변수 중에서 최대유속과 평균유속의 관계를 나타내는 �� 은 ADVM이 설치된 단면 및 인접 단면에서 ADCP로 측정한 자료를 이용하여 도출하였으며, $\beta$와 h는 국내 하천에 대한 자료 분석을 통해 얻어진 값을 사용하였다. 2006년부터 2007년까지의 유량이 비교적 안정된 11개 케이스의 댐 방류량 조건 및 동일한 지점에서 개발된 유속지수법 유량과 상호 비교하였으며, 그 결과 댐방류량 대비 상대오차가 평균 6.44%로 유속지수법의 7.43%에 비해 약간 크지만 유량 산정이 비교적 정확하게 이루어짐을 확인할 수 있었다. 또한 연속 유량 측정 결과 여수로 방류량에 대해서 약 10.6%의 오차를 나타내고 있었다. 한편, 보다 고유속 구역을 측정할 목적으로 2008년에 기존의 ADVM에 추가로 1.25m 높은 위치에 홍수 측정을 위한 저주파 ADVM을 설치하여 운영할 경우 2008년의 4개 케이스에 대해 댐방류량 대비 2.1%의 상대오차를 나타내어 3.9%의 유속지수법에 비해 약간의 개선효과가 있었으며, 이 역시 유량을 비교적 잘 산정하는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2007년도 춘계학술발표논문집
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• pp.99-103
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• 2007

정확하고 신뢰성 높은 유량 자료는 수자원의 정량적인 계획과 관리에 필수적이다. 이를 위하여 Chiu는 기존의 결정론적인 흐름 방향 유속분포식의 한계를 극복할 수 있는 방법으로 확률통계에서 사용되는 엔트로피 개념을 이용한 3차원 유속분포 식을 제안하였고, 이를 실험실 데이터와 자연하천에 적용하여 신뢰성과 정확성을 지속적으로 증명하여 마침내 이에 대한 활용성이 매우 크게 대두되어 Chiu의 유속공식을 적극적으로 사용하고 있는 실정이다. 그러나 지금까지 이론적인 유속 분포식을 검증하기 위하여 단면 형상이 일정한 직사각형이나 사다리꼴 동의 실험수로에서부터 불규칙한 단면 형상을 갖는 자연 하천에 대한 적용을 거의 이루고 있는 실정이나, 하상경사가 변하는 경우에도 엔트로피 파라미터(M)가 이에 대응하여 평형상태에 도달하려고 하는지에 대한 연구는 전무하다. 본 연구에서는 하상경사를 임의로 변경 가능한 실험수로를 선택하여 정밀법에 의한 유속측정을 실시하였다. 같은 지점의 같은 단면에서 하상경사(${\Theta}$)가 0.000935부터 0.025794까지 28번의 경사변화를 주고 각 경사마다 유량을 측정하여 28개의 유량측정 데이터를, Chiu의 엔트로피 유속공식에 적용하여, 평균유속과 최대유속 사이의 관계가 선형관계, 즉 하상경사가 변하는 경우에도 엔트로피 파라미터(M)가 이에 대응하여 평형상태에 도달함을 증명하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.445-445
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• 2016

급변하는 개수로 흐름에서 발생하는 바닥전단응력의 분포는 하천구조물 설계에 있어 매우 중요한 요소이다. 하천 구조물 중 호안에 대한 하천설계기준 '설계편 제 24장 호안'에는 호안 설계에 대한 일반적인 사항이 제시 되어 있으나, 구체적인 소류력 또는 유속에 대한 기준, 각 호안공법들의 안정성을 평가하기 위한 시험법 등에 대한 구체적인 기준이 부족한 상황이다. 소류력 측정방법에는 간접측정법과 직접측정법이 있다. 간접측정법에는 Reach-Average공식, Reynolds Stress, TKE공식 (Turbulent Kinetic Energy)이 있고 직접측정법에는 Shear Meter, Preston Tube 등이 있다. 본 연구에서는 바닥전단응력을 직접 측정할 수 있는 1차원 소류력 측정장치를 개발하고, 최대유속 5m/s 가변형 고속수로 실험을 통하여 Reach-Average 공식, Reynolds Stress, TKE 공식으로 산정한 바닥전단응력 값과 1차원 소류력 측정장치 값을 비교 분석하였다. 실험케이스는 총 3개로, 22.42???, 30.00???, 41.00??? 유량을 사류이면서 난류인 상태로 실험을 수행하였다. 분석 결과, 본 연구에서 개발한 1차원 소류력 측정장치의 측정값은 TKE공식과 약 2.3% 차이가 났으며, Reach-Average공식과 약 8.1%, Reynolds Stress는 약 22.1% 차이가 났다. 즉, 본 연구에서 개발한 1차원 소류력 측정장치는 유속 범위(1m/s ~1.6m/s )에서 TKE공식을 이용한 바닥전단 응력과 가장 근사하게 나타나는 것으로 분석되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제9권1호
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• pp.154-159
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• 2008

본 연구에서는 수자원 기초자료 중 매우 중요하고 효과적인 유량측정방법을 위해 가장 먼저 결정하여야할 평균유속을 어떻게 결정할지를 제안코자 하며, 이를 위하여 현재까지 가장 널리 응용되고 있는 평균유속공식인 Manning공식과 최근에 그 효용성이 입증된 Chiu의 유속공식과의 상호관계에 대하여 분석 검토하여, 수로경사가 변화하는 경우나 유사유무에 관계없이 주어진 단면에서의 엔트로피 값, 즉 평형상태를 유지하려는 경향이 있음을 증명하였다. 따라서 인공수로에 관련된 간단한 수리입력 자료만 있다면 그동안 취득하기 어려운 $u_{max}$와 전체유속분포 산정에 매우 유용하게 사용될 수 있다고 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1318-1322
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• 2006

보는 낙차공과 함께 하천에서 자주 시공되는 하천 구조물로 매년 태풍이나 홍수로 큰 피해를 나타내는 대표적인 시설물 중 하나이다. 구미의 경우에는 보 하류부에 정수지(stilling basin)등을 설치하여 에너지를 적절히 소산시켜 하류로 흘려보내는 공법을 사용하고 있으나 우리나라와 기후조건이 유사한 일본에서는 보하류부에 물받이 및 하상보호공을 설치하는 방법으로 보 설계를 하고 있어 하상보호공에 대한 설계개념에 차이가 있다. 현재 국내의 보 설계는 Bligh공식에 따라 물받이 및 하상보호공을 결정하였으나 지반의 침투영향을 고려하여 도출된 공식이므로 수리적 특성를 고려하지 못하는 한계성을 가지고 있다. 따라서 보에서 수리특성을 고려한 물받이 및 하상보호공 설계를 위한 수리실험을 통해 설계지침을 보완할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리조건에 따른 하상보호공 길이를 제안하는데 목적이 있으며 이를 위해 난류유속강도를 주요영향 요소로 선정하여 도수 및 도수 후 구간에 대해 난류강도 변화를 분석하였다.