• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.328-333
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• 2011

최근 하천사업에는 자연친화적인 설계기법이 도입되고 있으며 호안공법도 과거 제방보호 기능만을 가진 단순한 호안에서 식생을 활용한 다양한 종류의 호안공법이 개발되어서 각종 하천공사에 도입되고 있다. 그러나 호안공법을 도입할 때 공법에 따른 선택기준이나 구체적인 설계기준이 현재 사용되고 있는 지침에 제시 되어있지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 호안 재료의 적합성에 대한 객관적이고 정량적인 판단기준인 수리학적 특성인자를 파악해보고자 수리모형실험을 수행하였다. 실험은 길이 15m, 폭 0.8m, 높이 0.8m의 수로를 이용하였다. 사용한 호안재료는 흙, 실제모형의 1/50의 축척으로 제작한 호안블록모형과 실제 식생으로서 잔디를 이용하였다. 수로의 상류구간에 대리석을 이용하여 6m의 안정화구간을 만들었고, 실험은 동일한 수위에 유량을 변화시키면서 유속을 계측하였다. 계측 내용을 분석한 결과 식생과 무식생을 비교했을 때 하상에서 식생높이(약 9cm) 범위에서 식생이 최대 97% 유속저감효과를 나타났으며, 식생과 블록을 비교한 결과도 하상에서 식생높이(약 9cm) 범위에서 식생이 최대 97% 유속저감효과를 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 이는 호안재료가 식생일 때 유속저감효과가 크게 나타남을 알 수 있었고 향후 다양한 식생형태에 대한 실험이 필요할 것으로 보이며, 본 연구가 호안공법에 도입되는 다양한 식생의 수리적인 특성인자를 규명하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.97-97
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• 2011

관로 및 맨홀에 퇴적된 유사는 우수관거의 통수능을 감소시키고 전체 우수관거 시스템의 효과를 저하시켜, 저지대 침수 및 맨홀역류의 원인이 되고 있다. 또한 관로의 최소 유속이 유지되지 않으면 오염물이 침전되고, 관로내의 유하시간이 길어져 침전물 부패로 인한 황하물질 및 악취 등이 발생될 수 있다. 따라서 관로의 유사와 관련된 주된 연구는 관로내의 유사거동 특성을 규명하는 것이었다. 그러나 맨홀에서의 유사퇴적 및 배출 등과 관련된 연구는 매우 미흡한 실정이다. 본 연구에서 유입관과 유출관이 일직선상으로 연결된 중간맨홀을 대상으로 수리실험을 실시하고, 맨홀형태(사각형, 원형), 유사유입형태(연속주입, 일정기간주입), 유사유입량 및 맨홀내부 구조변화에 따른 맨홀내 유사퇴적량을 확인하였다. 또한 맨홀내에 퇴적된 유사를 완전히 배출할 수 있는 관거 유속을 측정하였다. 유사퇴적량을 확인한 결과 맨홀내부의 구조변화가 없는 기본형에서는 유사유입형태가 연속주입 또는 일정기간주입인지와는 관계없이 유입유사량이 증가하면 퇴적량 또한 증가하였고, 맨홀형태가 사각형 또는 원형인지와도 관계없이 맨홀내부의 유사퇴적량은 비슷하였다. 기본형과 비교하여 맨홀내부에 벤칭을 설치하였을 경우 유사퇴적량을 50 % 이상 저감시킬 수 있었다. 이러한 결과는 사각형과 원형맨홀에서 동일하였으며 유사유입형태가 연속적으로 유입되는지 또는 일정기간동안만 순간적으로 유입되는지와도 관계없이 동일하였다. 그러나 벤칭이 설치된 사각형 맨홀의 경우 맨홀내부에 퇴적된 유사를 완전히 배출시킬 수 있는 유입관거유속이 기본형과 비교하여 30 % 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 원형맨홀에서는 벤칭을 설치함으로써 유사 완전배출을 위한 관거유속 또한 저감시킬 수 있었다. 본 연구에서 제안한 개선안의 경우 사각형, 원형, 연속주입, 일정기간주입 등의 조건과 관계없이 퇴적량을 50 % 이상 저감시킬 수 있었고, 유사 완전배출을 위한 관거유속 또한 기본형과 벤칭이 설치된 맨홀과 비교하여 50 % 이상 저감시킬 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 원형 맨홀의 경우 완전배출 관거유속은 벤칭설치 시와 같았지만 완전배출까지의 소요시간은 본 연구의 개선안이 현저히 짧았다. 따라서 본 연구를 통해 제시안 맨홀내부 구조변화 개선안이 흐름개선과 함께 맨홀내부에 퇴적되는 유사량을 저감시킬 수 있는데 효과가 있다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.1388-1392
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• 2005

호안 Mattress/Filter는 철망구조 내에 채움재를 채운 다공성 구조로서 다양한 크기의 채움재를 사용할 수 있고 이로 인하여 다양한 공극을 형성할 수 있다. 이러한 Mattress/Filter의 다공성 구조는 통수성을 증가시키기 때문에 호안부에서 흐름의 에너지 및 유속을 감소시키며, 이로 인해서 소류력이 감소되어 호안의 침식을 완화시킨다. 또한 Mattress/filter에 사용되는 채움재는 자갈, 폐콘크리트 및 슬래그를 사용하기 때문에 표면이 거칠고 조도계수가 증가하게 되며, 호안에서의 조도계수의 증가는 유속의 감소와 소류력 감소를 가져온다. 한편 Mattress/Filter가 시공되고 수개월이 경과되어 식생발달 및 안정화가 이루어진 후에는 식생과 Mattress/Filter가 일체화되며, Mattress/Filter와 식생에 의해 조도계수의 증가 및 유속감소의 효과가 더욱 커지면서 결과적으로 소류력 감소효과는 증가하게 된다. Mattress/Filter의 다공성 구조는 호안의 통수성 및 조도계수를 증가시켜 호안부의 유속 및 소류력을 감소시키기 때문에 침식 및 식생유실을 완화시키게 된다. 시공 초기 식생이 발달하기 전에 복토된 토양의 유실 우려가 있을 경우 Mattress/Filter의 표면에 토양유실방지매트를 설치하여 복토된 토양이 유수에 의해 침식되는 현상을 방지할 수 있다. Mattress/Filter 시공후 수개월이 경과한 뒤에는 식생이 발달하여 유속 및 소류력 저감효과가 더욱 증가하며, 이로 인해서 더욱 안정된 식생군락을 형성시킬 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.73-73
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• 2017

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 특히 인구가 밀집하고 교통량이 많은 대도시의 경우 동일한 호우에 대하여 녹지나 농경지 등에 비해 그 피해가 더 심각하다. 일반적으로 홍수 피해의 직접원인은 외수로 인한 피해와 내수로 인한 피해로 크게 구분할 수 있다. 외수피해는 주로 소하천 및 지천의 범람, 제방의 붕괴 등으로 발생한 것이며 내수피해는 배수로, 하수도 및 펌프장의 내수배제능력 부족이 주된 원인이다. 따라서 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 우선적으로 내배수시설의 성능개선이 선행되어야 할 필요가 있다. 이러한 내배수 시설 중 빗물펌프장은 흡수조로 우수를 유도한 후 펌프를 이용하여 하천으로 배수하고 있다. 우수를 원활히 하천으로 배수하기 위해서는 흡수조 내 흐름이 안정적으로 형성되어야 한다. 하지만 갑작스런 폭우 등으로 인하여 우수가 짧은 시간에 집중될 경우 흡수조 내에서 빠른 유속과 불규칙한 흐름이 발생하여 와류가 생성된다. 이러한 와류는 펌프 입구로 공기를 유입시켜 효율 저하의 원인이 되며, 공동현상을 발생시켜 펌프의 손상을 초래하기도 한다. 따라서 와류발생 저감장치(Anti-Vortex Device)를 설치하여 와류의 생성을 억제하고자 하는 연구들이 수행되었으며, 그 결과 다양한 형태의 와류발생 저감장치가 소개되었다. 하지만 와류발생 저감장치의 명확한 설계기준이 제시되어 있지 않으며, 와류발생 저감장치를 설치하였을 때 효율이 얼마만큼 증가하는가에 대한 실험적인 자료가 제시되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 원뿔 형태의 와류발생 저감장치 설치 전 후의 흐름특성을 분석하여 원뿔형태의 와류발생 저감장치가 흐름안정에 얼마나 효과가 있는지를 확인하기 위하여 PIV(Particle Image Velocimetry) 기법을 이용한 유속분포와 와도를 분석하여 흐름 안정 효과를 정량적으로 검토하였다. 그 결과 와류 발생을 저감할 수 있었으며, 정량적으로 와도가 감소하여 펌프 흡입량이 증가됨을 확인하였다. 향후 추가적으로 다양한 형태의 와류발생 저감장치에 대한 효과를 검토한다면 최적의 펌프 흡수조 설계에 도움이 될 것으로 기대한다.

• Journal of Korean Society of Disaster and Security
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• v.16 no.2
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• pp.57-63
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• 2023

Recently, Heavy rains and super typhoons occurred by climate change cause a lot of damage in Korea. In order to reduce such damage, various types of river maintenance projects are being promoted, but it is difficult to maintain the balance of rivers in Korea with distinct flood and dry seasons. In particular, river structures installed as a river maintenance project cause various problems such as scouring of structures and their foundations during floods and river bed changes. In order to reduce such bed scour, various vanes are installed in the bend of the river, and various bed scour reduction effects appear depending on the size, arrangement, and shape of the vanes. The vane regenerates the secondary flow in the opposite direction to the secondary flow generated by the centrifugal force, thereby reducing scour around the outer bed and promoting deposition. The theory of this study uses the governing equation applying the continuity equation that satisfies the law of conservation of mass and the momentum equation that satisfies the conservation of momentum, and measures the overall average flow velocity change rate according to design factors to investigate the effect of vanes under various conditions. Both the average and cross-sectional flow velocities decreased in both the trapezoidal vane and the square vane. In addition, vanes installed perpendicularly or inclined to the direction of river flow generate a secondary flow in the opposite direction to the secondary flow generated by centrifugal force, thereby canceling the secondary flow of centrifugal force, so the effect of the vane appears.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.561-564
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• 2010

하천의 본류와 1개 이상의 지류가 만나는 합류부에서는 본류 흐름과 지류 흐름이 충돌함에 따른 흐름 정체가 빈번하게 일어난다. 이로 인하여 태풍이나 집중호우 시 유속저하와 수위증가로 통수능이 크게 저감되어 홍수피해위험이 크게 증가하는 경향을 보인다. 도류제는 흐름의 원활한 소통을 위하여, 흐름방향을 조정해주는 인공구조물로서 수제의 한 종류이며, 합류부에서의 흐름 정체현상을 해소할 수 있는 한 방법으로 알려져 있으나, 국내에서는 도류제의 적용이 주로 해안의 사빈방지 등에 이루어지고 있으며, 하천의 합류부에서의 적용사례를 찾아 보기는 힘들다. 이 연구에서는 본류와 지류가 만나는 합류구간을 지닌 자연형 사행하천을 대상으로 한 수리모형 실험장치를 이용하여, 도류제의 합류부의 흐름개선 효과를 분석하였다. 수리모형실험의 조건은 도류제 설치 전 후, 도류제 길이 변화에 따라 구성되었으며, 실험결과 도류제의 설치는 본류흐름, 지류흐름, 합류 후 흐름의 수위, 유속, 흐름방향 등의 흐름 특성을 변화시켰다. 특히, 실험조건에 따라 하도의 통수능 증대효과가 다르게 나타났으며, 도류제 설치길이에 따른 변화를 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 하천 합류부에 도류제 등의 홍수저감시설을 적용할 시 합류부의 수위 및 유속 등의 수리특성 변화를 예측함으로 합류부 흐름개선을 위한 하천개수계획 등에 유용한 자료로 활용될 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.700-700
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• 2012

산지유역은 하천을 따라서 도로가 발달되어 있어서 대부분의 도로가 홍수시 하천의 영향을 많이 받는다. 산지하천은 경사가 급하고 만곡수충부가 많이 발달되어 있기 때문에 홍수시 유속이 빠르고 만곡수충부의 편수위가 매우 크다. 이는 만곡부 호안 파괴와 도로 유실의 피해를 일으키는 경우가 많다. 따라서 대부분의 산지하천 만곡수충부에는 홍수피해 방지를 위해 콘크리트 옹벽호안으로 되어 있다. 그러나 콘크리트 옹벽은 조도가 작기 때문에 유속이 더 빠르게 되고 편수위를 한층 증대시킬 수 있다. 산지하천 만곡수충부의 편수위를 줄이기 위해서는 접근유속을 줄여야 하나 산지하천 특성으로 볼 때 접근유속 저감을 위한 공학적 방법은 제한적이다. 따라서 만곡수충부의 유속을 줄이는 방법으로 콘크리트 옹벽호안의 조도계수를 증대시키는 것이 효과적일 수 있다. 본 연구에서는 개수로 측벽에 수직돌출줄눈이 설치되었을 때 흐름에 미치는 수리효과를 개수로 수리실험으로 파악하고자 한 것이다. 실험결과 돌출줄눈의 간격이 수직돌출줄눈의 무차원 폭이 9일 때 평균유속이 가장 작게 나타났다. 이는 돌출줄눈의 간격이 개수로 내부흐름의 유속분포, 최대유속발생 위치, 유수단 면적의 크기에 영향이 미치기 때문이다. 따라서 개수로 측벽 수직돌출줄눈의 간격을 조절함으로써 개수로 유수저항의 크기를 조절할 수 있다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2010.02a
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• pp.59.2-59.2
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• 2010

본 연구는 투수성을 고려한 도류제의 하천 합류부 흐름개선 효과를 파악하기 위하여, 도류제의 투수성 재료 사용 여부, 본류와 지류의 유량비 변화, 도류제의 설치 길이변화를 주어 수리모형실험을 실시하였다. 수리모형실험은 고정상 및 이동상 실험을 수행함으로 도류제 설치에 따른 수위, 유속, 하장변화를 관측 분석하였다. 실험결과 도류제의 설치가 합류부 흐름의 수위를 크게 저감시키고, 유속을 증대시킴으로서 통수능 개선을 유도하여 합류부의 홍수피해위험을 크게 저감시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.539-543
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• 2008

이 연구에서는 보령화력발전소 방수로 수중방류구조에 대한 수리모형실험을 수행하여 수중방류구조 내 흐름 양상을 고찰하고, 수평 유공판의 거품저감 효과를 검토하였다. 수중방류구조 내 유속은 설계시 거품의 부상 및 외해 유출 방지를 위해 고려한 목표값 1 m/s 이내에 분포하였다. 또한, 2차 낙하 위치에 수평 유공판을 설치함에 따라 거품 발생량이 크게 감소함을 확인하였다. 그러나, 수평 유공판 설치에 따라서 평균유속은 거의 변화가 없었으며, 다만 외해 조위가 운전정지수위에 해당할 경우에는 수평 유공판 아래에서 연직방향 흐름의 세기가 감소하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.696-696
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• 2012

호안은 유수의 침입으로부터 제방 및 하안의 침식 피해를 방지하기 위해 제방에 설치되는 구조물이다. 침식에 의한 제방 및 호안의 대표적인 붕괴특성 중에는 만곡부, 하천 급경사, 지형의 간섭효과 등이 있다. 특히, 만곡부는 원심력, 2차류 등에 의한 수위상승 및 유속증가로 제체에 응력 집중이 발생되어 안정성 저하를 유발할 수 있다. 또한, 만곡부의 흐름 방향전환 현상은 하도내 통수능 저하를 발생시켜 홍수피해를 가중시킬 수 있다. 따라서 하천특성상 만곡부에 의해 발생할 수 있는 홍수피해 요소를 저감시킬 수 있도록 적합한 피해저감대책을 마련할 필요가 있다. 제방의 보강대책으로서 활용되고 있는 호안은 역학적인 측면에서 외력과 저항력의 크기에 따라 안정성이 평가되어야 하며 지역여건 등에 따른 만곡부의 수위상승 및 제방 침식 등을 고려한 설계가 수행되어야 한다. 국내 실무에서 적용되고 있는 호안설계방법은 하천설계기준 해설(2009)을 참고하고 있는데, 흐름현상 및 만곡부 특성 등에 대하여 경험과 이론의 양면을 고려한 설계를 수행하도록 제안하고 있다. 이는 호안 안정성에 대한 역학적 검토 방법의 한계로 비합리적 설계가 될 우려가 있다. 따라서 만곡부에 의한 유속 및 소류력 등 흐름특성을 고려한 정량적인 평가기법이 요구되는 상황이다. 본 연구에서는 수리실험을 통해 만곡에 의한 흐름영향과 수리학적 거동 및 설계요소를 파악하고자 만곡부에 사석호안공을 설치하여 흐름전환 및 유속변화에 따른 사석호안공의 이탈현상을 재현하였다. 실험수로는 곡률반경( )이 4.5 m인 만곡부가 3개소 발생하는 폭 2.3 m, 길이 25 m의 다중 사행수로 형태이다. 실험수로 우안의 1V:2H 경사면에 10, 20, 30, 40, 50 mm 사석을 크기별로 설치하여 만곡에 의한 유속변화 등 흐름현상과 호안공 이탈을 관찰하였다. 수리실험은 고정상으로 수행되었으며 정상류 흐름조건에서 공급유량별 하류단 수위 조절을 통해 만곡부내 호안 공 이탈을 발생시키는 설계인자를 도출하고자 유속과 수심을 측정하였다. 실험결과를 바탕으로 사석호안공 설계시 1차원 접근유속에 만곡 영향을 고려하여 대표유속으로 적용하는 방법의 특성을 파악하고, 사석호안공의 이탈유속과 만곡에 의한 흐름특성간의 상관관계를 분석하여 제원결정기법을 제안하였다.