• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.257-257
• /
• 2019

최근 기후변화에 따른 대응을 위해 기존 수자원 활용의 고도화 및 배수능력 증대를 위해 다양한 방안이 추진되고 있으며, 그에 따라 기존 개수로에 신규 수로를 연결하여 합류와 분류를 시키는 사례가 증가하고 있다. 특히 신규 개수로 연결을 위한 분류부 형상은 관련 설계기준, 분류유량의 규모, 해당 지점의 하상변동 경향, 지형여건, 흐름 분류시설 및 구조물의 형태(양수펌프장, 스크린이나 수문, 암거설치)와 같은 구조적 요인 등에 의해 달라지지만, 이와 관련된 연구가 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 분류부 평면형상 변화에 따른 분류유량비와 흐름분리구역 분포 등에 대한 흐름특성을 분석하고 이수와 치수계획 수립 등에 활용하고자 한다. 본 연구에서는 TELEMAC-2D 모형을 이용하여 주수로 상류 유입흐름의 프루우드 수가 0.74, 0.52인 두 흐름에 대해 형상변화 폭을 주수로 폭(B)의 1B, 주수로 형상변화를 급확대, 점진적 확대 구간길이를 1B~3B로 변화시키며 분류유량비(분류수로 유입유량/상류 유입유량)와 흐름분리구역의 위치와 크기 등에 대한 분석을 수행하였다. 분류부 상류 유입흐름의 프루우드 수가 0.74, 분류유량비는 0.33인 흐름은 주수로 형상변화 구간길이가 1B 일 때 0.44~0.46, 3B일 때 0.54~0.60으로 점차 분류유량비가 증가한다. 반면 상류 유입흐름의 프루우드수가 0.52, 분류유량비가 0.52인 흐름은 주수로 형상변화 구간길이가 1B일 때 0.77~0.82에서 3B일 때 0.70~0.80으로 점차 분류유량비 증가율이 감소하는 경향을 나타내게 된다. 주수로 형상변화 폭을 0.5B, 1B로 달리하여 수로 형상변화를 시킨 경우 분류유량비 증가율은 각각 135~162%, 134~176%로 나타났으며, 이는 수로 형상변화 폭보다 변화구간 길이가 더 큰 분류유량비 변화에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다. 흐름분리구역은 상류 유입흐름의 프루우드 수가 0.74인 경우 수로형상 변화구간과 분류수로 입구에 형성되지만, 상류유입흐름의 프루우드 수가 0.52인 경우 수로형상변화 구간과 주수로 하류에도 형성된다. 수치실험 결과 동일수로 폭 직사각형 $90^{\circ}$ 분류수로에서 분류부 평면형상의 변화에 따라 주수로 하류방향흐름의 관성력은 감소하는 반면 분류수로로 향하는 횡압력경사와 흐름분리구역 발생위치 변화로 인해 분류 수로내 통수능이 증가하여 분류유량비가 급격하게 증가하게 된다. 또한 분류부 상류 유입흐름의 관성력이 작은 경우 분류부 평면형상 변화시 주수로 하류방향에서도 흐름분리구역이 형성되고 주수로 종방향 수위가 상승함에 따라 분류흐름 계획수립 시 세심한 주의가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.306-306
• /
• 2020

횡월류위어(side weir)는 하천의 수위가 한계수위 이상으로 상승할 경우 본류로부터 저류지나 분수로(distributary channel)로 흐름을 전환하기 위하여 사용하는 수공구조물로 강변저류지나 off-line저류지의 유입부에 흐름방향과 평행하게 설치되어 유량관리 및 전환, 홍수통제, 에너지 소산, 수위조절, 일정 유량의 취수 및 분배, 초과 홍수량의 전환 등의 목적으로 이용되는 구조물이다. 횡월류 위어의 월류 흐름은 일반위어와 같이 위어마루부 직각방향으로 흐르지 않고 본류 흐름특성에 따라 비스듬하게 유입된다. 이러한 흐름특성으로 횡월류위어 월류량은 본류의 하폭, 흐름특성, 위어길이 및 설치위치 등에 따라 각기 다르게 산정된다. 현재 국내에서 진행된 횡월류위어 흐름특성에 관련된 연구는 대부분 직선수로에 집중되어 있으며 사행하천의 흐름특성에 따른 연구는 부족한 실정이다. 금회 연구에서는 3차원 상용프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 사행하천구간 유입부 설치위치 특성에 따른 횡월류 위어 유입흐름 특성을 분석하였다. 사행하천 구간 횡월류위어 설치위치에 따른 3차원 흐름해석을 위해 AUTO CAD 프로그램을 이용하여 수로길이 30m, 수로폭 2m의 구형 사행수로를 구성하였고, 횡월류위어 유입부 위치를 20°~120°로 변화시키며 수치모형실험을 수행하였다. 해석결과 수로흐름은 유입부 설치각이 작을수록 상·하류 수위차가 작아지며 유속이 감소하며 설치위치각이 클수록 수로내 평균유속은 증가하는 것으로 확인되었다. 유입부 설치각이 작을수록 방류량이 증가하여 수로내 흐름분리현상 증가하였고 이로인한 지체현상이 발생하는 것으로 확인되었다. 본 연구로 사행하천구간에 횡월류위어가 설치된 경우, 월류량과 수리학적 흐름특성을 해석할 때 3차원 수치모형실험이 유용한 해석도구로 이용될 수 있음이 확인되었다. 이후 수치모형실험이 수공구조물 설계 및 해석 시 참고자료로 이용 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.250-250
• /
• 2021

횡월류위어(side weir)는 하천의 수위가 한계수위 이상으로 상승할 경우 본류로부터 저류지나 분수로(distributary channel)로 흐름을 전환하기 위하여 사용하는 수공구조물로 강변저류지나 off-line저류지의 유입부에 흐름방향과 평행하게 설치되어 유량관리 및 전환, 홍수통제, 에너지 소산, 수위조절, 일정 유량의 취수 및 분배, 초과 홍수량의 전환 등의 목적으로 이용되는 구조물이다. 횡월류 위어의 월류 흐름은 일반위어와 같이 위어마루부 직각방향으로 흐르지 않고 본류 흐름특성에 따라 비스듬하게 유입된다. 이러한 흐름특성으로 횡월류위어 월류량은 본류의 하폭, 흐름특성, 위어길이 및 설치위치 등에 따라 각기 다르게 산정된다. 현재 국내에서 진행된 횡월류위어 흐름특성에 관련된 연구는 대부분 직선수로에 집중되어 있으며 사행하천의 흐름특성에 따른 연구는 부족한 실정이다. 금회 연구에서는 3차원 상용프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 사행하천구간 유입부 설치위치 특성에 따른 횡월류 위어 유입흐름 특성을 분석하였다. 사행하천 구간 횡월류위어 설치위치에 따른 3차원 흐름해석을 위해 AUTO CAD 프로그램을 이용하여 수로길이 30m, 수로폭 2m의 구형 사행수로를 구성하였고, 횡월류위어 유입부 위치를 20°~120°로 변화시키며 수치모형실험을 수행하였다. 해석결과 수로흐름은 유입부 설치각이 작을수록 상·하류 수위차가 작아지며 유속이 감소하며 설치위치각이 클수록 수로내 평균유속은 증가하는 것으로 확인되었다. 유입부 설치각이 작을수록 방류량이 증가하여 수로내 흐름분리현상 증가하였고 이로인한 지체현상이 발생하는 것으로 확인되었다. 본 연구로 사행하천구간에 횡월류위어가 설치된 경우, 월류량과 수리학적 흐름특성을 해석할 때 3차원 수치모형실험이 유용한 해석도구로 이용될 수 있음이 확인되었다. 이후 수치모형실험이 수공구조물 설계 및 해석 시 참고자료로 이용가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2007.05a
• /
• pp.810-814
• /
• 2007

최근 제방개수 혹은 하폭확장과 같은 기왕의 제방대책을 적용하기 힘든 도시지역의 홍수피해 저감방안의 일환으로 개수로 혹은 지하터널 형식의 방수로와 같은 구조적 대안이 제시되고 있다. 현재 국내에서 검토되고 있는 방수로의 형식은 주로 유입부와 유출부의 양 지점 수두차에 의한 만관 상태의 흐름형식이다. 본 연구에서는 수두차에 의한 만관 상태의 흐름을 가지고 있으며, 3개 지점이상의 유입부를 가진 지하터널 형식의 방수로 계획시 마찰손실, 유입손실, 만곡부손실 등을 고려하여 유입부, 유출부 지점 계획에 따른 터널의 연장, 직경 등 제원 결정을 위하여 기존에 제시되어 있는 2개 저수지 유입시 정상상태 만관 흐름해석방법을 확장하여 3개 이상 저수지 유입시 정상상태 만관 흐름해석을 할 수 있도록 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.321-321
• /
• 2011

최근 기상이변으로 인하여 예측이 어려운 게릴라성 집중호우 등의 증가로 재해 및 재난이 빈번하게 발생하고 있으며, 특히 도시지역에서의 홍수피해로 막대한 인명과 재산피해가 발생하고 있다. 도시지역내로 유입되는 홍수는 다양한 형태와 크기를 가지는 건물과 도로의 배치에 의해 크게 영향을 받으며, 매우 복잡한 흐름특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 도시지역이 조밀한 건물군으로 구성되어 있을 경우 홍수의 대부분은 도로와 교차점을 통해 흐르므로 도시지역 내에서 홍수로 인한 피해를 저감하기 위해서는 도로 교차로에서의 홍수파의 전파특성을 분석하는 것이 중요하다. 교차로는 세 개 또는 네 개의 도로가 대칭 또는 비대칭으로 연결되어 있으며, 일반적으로 교차로에서의 흐름은 유입되는 유량이 상대적으로 적고 도로의 경사가 비교적 완만한 경우 상류 특성을 나타내나 이와 반대일 경우에는 상류 및 사류가 공존하는 복잡한 수면형을 나타낸다. 본 연구에서는 도지지역 내 도로 교차점에서 유입경사 변화에 따른 도로 교차부에서의 흐름특성을 수치모의 결과와 수리실험 결과와 비교하였다. Case 1은 수로의 유입경사가 3%일 경우 도로 교차로에서 수위 및 흐름특성을 수치모의결과와 비교한 결과 조도계수가 0.0086일 경우 RMSE 값은 X축에서는 0.0023, Y축에서는 0.0042로 수로중심에서의 수심분포가 잘 일치 하였으며, 흐름특성 또한 수치모의결과와 잘 일치하는 경향을 보였다. Case 2에서는 검증결과를 바탕으로 유입경사가 3%와 5%일 경우 도로와 교차점에서의 흐름특성을 수치적 방법을 통해 분석하였으며, 유입경사가 변화함에 따른 수면흐름특성을 모의하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.369-369
• /
• 2016

홍수피해 저감을 위한 지하방수로나 지하저류지 등은 홍수 방어를 위한 도심 내의 토지 확보 부담을 줄이며, 집중 호우 발생 시 내수를 초기에 신속하게 배제하여 제내지 침수 피해를 줄이는데 효율적으로 활용된다. 미국 및 일본, 홍콩과 같은 외국에서는 이미 지하방수로 및 지하저류지를 활용한 홍수피해 저감방안을 수립하여 활용하고 있으며, 최근 국내에서도 치수 계획 수립 시 지하방수로 혹은 지하저류지 시설 도입이 활발히 검토되고 있으나 적용사례가 전무하여 제반기술이 부족하고 많은 시행착오가 예상된다. 제반설계기술의 경우는 구조적인 방안이 모색되어야 하며 대표적으로, 지하방수로 유입구 형상이, 동일한 흐름조건에 대한 유량배제효율에 가장 지배적인 영향인자로 알려진 바 있으며 다양한 유입구 형상설계방안이 기존 실험적 연구 및 외국 설계지침에 제안된 바 있다. 지하방수로는 접근 수로를 통해 유입된 유량이 유입구를 지나며 가속되어 와류 흐름을 형성하며 수직 갱도로 유입되는 구조를 갖기 때문에 지하방수로의 방류 효율을 높이기 위해서는 유입구에서 흐름 특성을 파악하는 것이 중요하다. 이때 유입흐름특성이 사류일 경우 혹은 급격하게 유입 유량이 많아지는 경우 수직 갱도 내에 공기 공동이 형성되어 구조물 파손, 와류의 발생으로 인한 배제효율 감소 등의 피해를 야기할 수 있으므로 수리학적으로 규명할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 지하방수로의 기존 유입구형상에 대한 장단점을 비교하고, 개선점을 적용하여 수리모형을 제작하여 개수로 실험장치에 설치하고 다양한 유입흐름조건에 따라 수리실험을 수행하였다. 그 결과 유입흐름조건에 따라 발생하는 유입구의 공기 공동의 발달 및 소멸 그리고 규모변화를 정량적으로 분석하여, 유입부의 가능 단면적이 큰 수직갱도인 경우, 유량배제 효율이 감소되는 분석결과에 적절하게 일치하였으며, 본 연구결과는 향후 지하방수로 설계의 제반기술의 수립 시 효율적인 활용이 가능하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.1286-1290
• /
• 2006

방수로는 홍수 피해 경감을 사용되는 구조적 대책으로 최근 국내에서 널리 계획되고 있다. 이러한 방수로는 대체로 보통 횡월류위어 등으로 대표되는 유입부 구조물을 통하여 본류에 연결되지만, 평상시에도 본류의 유량을 일부 분담하는 형태로 설계되는 젖은 하도(wet channel) 형태의 방수로는 별도의 유입부 구조물을 설치하지 않고 바로 본류에 연결되는 것이 일반적인 형태이다. 일반적으로 유입부 구조물을 통해 연결되는 방수로의 특성은 유입부 구조물의 수리학적인 특성에 의해서 많이 좌우된다. 이에 반해 젖은 하도 형태의 방수로는 방수로의 폭(W), 방수로 유입되는 흐름의 유입각$(\theta)$등에 의해서 많이 좌우되며, 만약 설계된 방수로의 횡단면 형상이 사다리꼴 또는 직사각형 단면을 따른다면 이러한 흐름은 '제한된 영위어고 횡월류위어 흐름(restricted zero-height side weir flow)'으로 분류할 수 있다. 이러한 조건에서의 흐름은 일반적인 횡월류위어에서의 흐름과 상당히 다른 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 방수로 분기 조건을 다양하게 구현할 수 있는 실험 수로를 설치하여 방수로 폭을 변화시키면서 실험을 수행하였으며, 분기 조건의 변화에 따른 분수로 유입부분에서의 수리학적특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.360-360
• /
• 2016

도시 배수 시스템에서 유입유량이 관거의 만관 상태를 초과하거나 하류 흐름 때문에 발생하는 역류의 영향을 받는다면, 관거 시설은 과부하(surcharge) 상태인 압력흐름이 된다. 중력흐름 상태에서 맨홀의 수두 손실은 일반적으로 무시되지만, 과부하 맨홀에서의 수두 손실은 중요하며, 우수 관거 시스템의 전체 손실에 상당한 부분을 차지하게 된다. 이러한 현상은 여러 개의 맨홀을 가지는 도시 배수 시스템에서 특히 중요한 사항이 된다. 따라서 관거 시설 내 맨홀에서의 수리적 에너지 손실에 대한 연구와 보다 구체적인 설치 기준의 제시가 요구되고 있는 실정이다. 특히 배수관거 시스템의 하류부에 설치되는 4방향 합류맨홀은 맨홀으로 유입되는 주 유입관과 측면 유입관의 유입흐름의 영향으로 맨홀 내의 유수교란에 의한 흐름특성이 복잡하므로 이에 따른 흐름특성의 변화를 분석하고 에너지 손실을 연구할 필요가 있다. 그러므로 우수 관거 시스템의 우수 배제 능력을 증가시켜 도심지의 침수를 방지하기 위한 관거시설의 적정 설계 기준이 필요하며, 합리적인 설계 기준을 제시하기 위하여 과부하 4방향 합류 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적, 시간적 한계를 극복하고 과부하 4방향 합류맨홀에서의 복잡한 흐름특성을 분석하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 FLUENT 6.3 모형을 선택하였다. 합류맨홀 및 접합 관거의 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 맨홀과 연결관의 합류부분에서는 사면체 격자로 구성하고 합류부분을 제외한 구간에서는 6면체 격자로 구성하였으며, 각 격자의 면은 가능한 사각형 또는 삼각형의 형태를 취하도록 하였다. 합류맨홀 모형의 벽면에는 No-Slip 경계조건을 부여하였으며, 유입부에는 속도 조건, 유출부와 맨홀의 자유수면 부분의 경계에서는 대기압 조건을 부여하였다. 수리모형 실험 결과와 비교하기 위하여 유입 관거의 유속 조건을 수리 모형실험의 조건과 동일하게 채택하여 수치모의를 수행하였다. 수치모형의 적용 결과 맨홀 내에서의 유속변화, 수심변화 및 압력변화에 대해서는 수리모형 실험 결과와 유사한 경향을 나타내고 있으며, 수치모형에 의하여 산정된 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 값과 수리모형 실험에 의하여 산정된 손실계수 값이 유사하므로 우수 관거 시스템의 4방향 합류맨홀에서의 흐름 변화 및 손실계수 예측하는 데에 있어서 FLUENT 6.3 모형은 사용 가능하리라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.234-234
• /
• 2022

도로에서의 우수를 원활하게 처리하기 위해서 빗물받이 및 연결관 등의 노면 배수시설이 설치되고 있으며, 노면 배수는 측구부를 통해 흘러 빗물받이 유입부로 차집되고 연결관을 통해 하수관거로 배수된다. 그러나 최근 국내 기상패턴의 변화로 국지성 집중호우와 같이 시간당 강우량 증가로 도로부와 저지대에서 배수시설의 배수불량에 따른 도심지 내수침수 피해가 발생하고 있다. 이에 정부에서는 다양한 우수관거 개선사업, 빗물펌프장, 지하저류조와 같은 방재시설을 설치하고 있으나 우수유출저감시설은 대규모 예산이 소요되고 실제 침수지역에 피해 저감효과에 대한 효용성 문제에 대한 제기뿐만 아니라 과밀화된 도심지에서는 지하공간 활용에 한계가 있는 실정이므로 도심지의 다양한 공간을 활용한 도시 배수 및 저류시설에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 유휴 공간인 도로 측구부 공간을 활용하여 도로 노면수를 저류 및 지체할 수 있는 노면수 측구 저류시설의 개념을 제시하고 측구저류조의 활용성을 판단하기 위하여 빗물받이 유입구, 빗물받이, 측구 저류조 및 빗물받이와 측구저류조 연결부에서의 노면수 유입, 유출 및 저류 등의 다양한 흐름 변화를 확인하기 위하여 Fluent 모형의 적용성을 분석하였다. 수치모의 전체 형상은 50x50cm 크기의 빗물받이를 기준으로 양쪽에 2m 길이의 측구 저류조를 원형관으로 연결하여 1/5 축소모형으로 구성하고 격자는 빗물받이 유입부, 빗물받이 및 측구 저류조 내부의 복잡한 3차원 흐름을 모의하기 위해 사면체와 육면체로 조밀하게 생성하였다. 다상유동해석을 위해 VOF(Volume of Fluid)방법을 적용하였고, 수치해석 방법으로는 비정상류, 난류 모형으로는 SST k-ω모형을 적용하였다. 수치모의 조건으로는 설계빈도별(5~30년) 우수유출량을 산정하여 유입 유량별 기존 빗물받이 유입부에서의 유입흐름, 빗물받이 내부에서의 와 발생흐름, 측구 저류조 및 연결관에서의 흐름을 구현하여 분석하였다. 수치모의 결과 빗물받이 유입부에서 연결관을 통한 측구 저류조로 유입되는 유입흐름과 빗물받이 하단부의 배수관을 통해 유출되는 흐름을 정상적으로 구현하였으며, 빗물받이 유입부 및 측구 저류조 연결관에서의 유속변화도 확인할 수 있었다. 또한 빗물받이와 측구 저류조에서 다양한 흐름을 구현하기 위한 Flunet 모형의 적용성을 검토하였으며, 향후 수리실험을 통하여 실제 흐름과의 매개변수 최적화 및 다양한 도로 조건의 변화를 고려한 수치모의 분석을 통하여 지속적인 모형의 검증이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.687-687
• /
• 2012

최근 도입 필요성이 계속하여 높아지고 있는 지하유입시설 유입구로는 유입구 효율과 성능으로 인하여 와류식 유입구가 많이 적용되고 있다. 그 중 나선식 유입구(spiral intake)는 가장 일반적으로 사용되는 형식으로 초기에 활용되었던 원형 유입구(circular intake)를 대신하여 사용되는 형식이다. 형상은 복잡하지만 구조물 내부에서 와류(vortex)를 안정적으로 형성시키기 때문에 많이 사용되고 있다. 나선식 지하방수로 유입구가 사용되는 가장 큰 이유는 유입구 내부에서도 수위가 안정적으로 유지되며, 유입 유량에 따른 수위의 변화가 다른 유입구 형식에 비하여 비교적 안정적으로 예측 가능하기 때문이다. 만약 지하방수로 유입구 내부에서 수위가 안정적으로 유지되지 못하고 도수 현상 등에 의한 수위 상승 현상 등이 발생할 경우 지하유입시설 내부로 안정적으로 유량을 배제하는 것이 어려워지고, 또한 도수 현상이 발생하는 동안 과도한 유량이 유입될 경우 다시 본류로 흐름이 역류할 가능성도 생각할 수 있다. 따라서 유입구 형상에 따른 수위의 변화를 정확히 예측하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서 검토할 종경사형 나선식 유입구(inclined spiral intake)는 일정한 바닥 경사를 도입하여 사류 흐름을 보다 안정적으로 가속시켜 유입구 내부에서의 도수 현상을 방지하는 형식으로 유입구 바닥의 외측 또는 중앙선을 따라서 일정한 경사를 주어 사류 유입 흐름을 안정적으로 유도함으로서 유량 배제 효율을 높인 형태라 할 수 있다. 본 연구에서는 유입구 외측을 기준으로 일정한 경사를 가진 종경사형 나선식 유입구 모형을 이용하여 경사 변화에 따른 방류 효율을 검토하였다.