인공수로 내 효율적인 물 순환 시스템 운영을 위해서는 지속적인 유량공급을 통해 순환흐름을 유도하는 것이 매우 중요하다. 따라서 수로 내 적절한 유입부 위치를 결정하고 계획 유입유량에 따른 수질개선효과 및 물 순환주기를 분석하는 연구가 대두되고 있어, 모형을 통한 이론적인 예측 및 모형실험을 통한 검증이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 농도-pH 지표곡선을 이용하여 시간에 따른 수로 내 농도변화로 물 순환주기를 분석하였다. 수로 내 설치된 유입부에 평면상 위치변화를 주어 순환흐름에 적합한 유입부 위치를 제시할 수 있었으며, 농도변화가 없어지는 시점을 통해 최소 물 순환주기를 산정할 수 있었다.
이론적으로 하천의 흐름은 시간과 위치에 따라 수위와 유량의 관계가 일대일로 대응한다는 가정을 두지만, 실제 하천은 여러 가지 통제요인에 의해 다양하게 변화한다. 특히 하천 상 하류 일부구간에서 인공적인 골재채취나 준설작업과 같은 하도공사가 이루어진다면 하천의 흐름은 일시적인 수위변화가 아닌 단면의 변화 나아가 수위에 따른 유량의 증가 및 감소를 일으키게 된다. 또한 모래하상이나 식생의 영향을 받는 하천의 경우에도 빈번한 단면 및 유속의 변화를 볼 수 있다. 본 연구에서는 2007년부터 2011년까지 유량조사사업단에서 측정이 이루어진 4개 수계 577개 지점을 대상지점으로 선정하고, 이들 중 2개년 이상 측정이 이루어져 단면변화 및 지점의 수리특성 여부를 비교할 수 있는 한강 55개, 낙동강 49개, 금강 43개, 영산강 55개 지점의 수위-유량관계 변화여부를 검토하였다. 본 연구는 경년변화 없이 일정한 수위-유량관계를 보이거나 보와 같은 단면 통제에 의해 단순한 기간분리가 발생되는 지점, 4대강 공사가 진행 중인 지점, 미미한 단면변화에 의해 저수위의 수위-유량관계가 변화된 지점들은 분석 대상에서 제외하고, 중수위 이상에서 수위와 유량의 관계가 변화하는 지점들을 찾아 그 원인을 파악하고 사례를 분석하는데 중점을 두었다. 검토 결과 중수위 이상에서 수위-유량관계가 변화되는 요인으로 크게 상류와 하류에서 하천준설을 실시하여 수위에 따른 에너지선의 증가 및 감소를 일으킨 경우와, 제방공사에 의해 고수위가 변화가 발생되었거나 그 해에 배수영향을 받았는지 여부 또는 하도에 자생하는 식생의 영향 그리고 모래 및 자갈하천에서 발생되는 큰 단면변화 등으로 나타났다.
복잡한 이론적인 지식이 없어도 대상 발전소의 운전데이터를 밸브의 유량특성 관계 값에 지정함으로써 쉽게 모델링할 수 있도록 터빈제어 밸브 모델을 구현하였다. 또한 제어밸브의 여러 가지 동작 특성을 입력할 수 있는 사용자 인터페이스를 구현하였다. 이렇게 구현된 모델을 사용하여 직접 터빈제어시스템과 연계하여 모의시험 하였으며 만족스러운 결과를 보여주었다.
기존의 회귀식을 사용하거나 새로 유도하여 사용하는 경우 모두 일반적으로 회귀분석의 특성을 간과하고 사용하는 경우가 종종 발생한다. 일반적으로 자료들에서 구해진 회귀식은 분명히 독립변수와 종속변수가 구분되어 유도되었음에도 불구하고 이 식을 사용함에 있어서는 간혹 그 구분을 무시하고 역으로 적용하는 경향이 있었다. 그러나, 독립$\cdot$종속변수가 서로 바뀌면, 연직거리의 잔차들로부터 유도되는 기존의 회귀분석에 의하여, 회귀식이 서로 달라지기 때문에 역으로 적용하여서는 안된다. 이를 해결하기 본 연구에서는 상호변수 최소자승 회귀분석법을 제안하였다. 이론적 내용을 검토를 위해 임진강 영평천의 영중수위표 지점의 2001-2003년의 유량측정자료와 수위-유량곡선을 비교 분석하였다. 결론적으로 상호변수 회귀분석을 사용하면, 기존의 잘못 사용해온 관행을 해소할 수 있을 것이다.
그 동안 기술적 또는 이론적 배경의 취약으로 인하여 측정이 매우 어렵거나 불가능했던 유량을 산정하는데 유효하게 적용할 수 있으며, 형상에 관계없이 측정비용 및 시간을 많이 줄일 수 있다. 더욱이 전자파 표면 유속계와 함께, 실시간 유입수문곡선을 만들 수 있는 실시간 유량 측정 시스템을 개발하는데 사용될 수 있다.
하천 유량측정을 위한 표면유속계는 비접촉식 방식이기 때문에 현장에서의 측정이 간편하고, 비교적 안전하기 때문에 홍수시 유량측정에 널리 이용되고 있다. 비접촉식 유속계가 가지고 있는 이러한 장점으로 전자파표면유속계의 활용이 점차 증가하고 있으며, 영상유속계와 같은 비접촉 측정방식의 활용방안 마련에 대한 연구개발 등이 꾸준히 진행되어 왔다. 최근에는 고정식으로 상시 운영이 가능한 표면유속계 등이 출시되어 소규모 하천이나 수로에서의 상시 유량측정에 활용되고 있다. 다만, 이러한 비접촉식 유속계는 표면의 유속을 측정하기 때문에 유량산정을 위해서는 평균유속으로의 환산이 필요하지만, 현재까지는 평균유속 환산계수를 사용하여 표면유속을 평균유속으로 환산하는 방법이 유일하게 활용되고 있다. 하지만, 실제 하천에서는 단면 및 하도형태, 하상조건, 수리특성 및 유속분포 등의 다양한 조건에 따라 환산계수가 결정되기 때문에 이를 단순히 일률적으로 적용하는 것은 곤란하며, 이로 인해 과거 오랫동안 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위한 다양한 연구가 진행되었지만, 실제 다양한 조건의 하천에 적용할 수 있는 표준화된 방법은 아직까지 제시되지 못하고 있다. 현재까지, 고정식으로 설치된 유속계로부터 측정된 유속을 평균유속으로 환산하는 방법으로는 국내외적으로 지표유속법(Index Velocity Method)과 유속분포법(Velocity Profile Method)이 대표적이며, H-ADCP (Horizontal-Acoustic Doppler Velocity Profiler) 또는 UVM(Ultrasonic Velocity Meter) 등과 같은 초음파유속계를 활용한 자동유량측정시설의 유량산정방법으로 활용되고 있다. 이러한 방법들은 고정된 유속계의 측정유속을 지표유속(Vi)으로 하여 다양한 범위의 실측된 평균유속과의 관계를 개발하여 활용하거나, 지표유속을 매개로 개수로 단면의 이론적인 유속분포를 추정하여 평균유속을 산정한다. 이러한 지표유속을 활용하는 방법들에서 공통적으로 중요한 것은 하천단면의 최대유속(Vmax)이 가장 좋은 지표유속이라는 것이다. 따라서 국제기준에서는 지표유속을 측정하는 유속계의 가장 바람직한 위치로 유심부(core flow)를 권장하고 있다. 하지만, 접촉식 유속계의 경우 유심부 설치가 매우 어렵고 많은 비용이 들기 때문에, 비접촉식 유속계를 활용하여 하천단면의 최대유속을 측정할 수 있다면, 가장 효율적인 고정식 측정방법이 될 수 있을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 비접촉식 표면유속계의 고정식 유량측정 활용성 및 적용성을 검토할 목적으로 표면유속에 대한 유량산정방법을 검토하였다. 이를 위해 24GHz의 주파수를 갖는 레이다표면유속계인 Sensoflow를 낙동강 수계 길안천에 위치한 안동시(대사3교)에 고정설치하여 표면유속을 지표유속으로 수집하였다. 다양한 유량규모에서 측정한 실측 표면유속과 수집된 표면유속을 지표유속으로 활용하여 지표유속관계를 개발하였으며, 산정된 유량을 기존 수위-유량관계곡선식의 환산유량과 비교하여 표면유속의 지표유속 활용성을 검토하였다.
우리나라 서남해안(西南海岸)에 공통적(共通的)인 감조하천체계(感潮河川體系)에서 하구조석(河口潮汐)은 상류부(上流部)로 파급(波及)됨에 따라 크게 변형(變形)된다. 이 변형양상(變形樣相)은 하상마찰(河床摩擦), 비선형이류효과(非線型移流效果), 수로(水路)의 기하학적형태(幾何學的形態)와의 상호작용(相互作用) 및 하천유량(河川流量)에 의해 좌우(左右)된다. 본고(本稿)에서는 금강감조구간(錦江感潮區間)에서의 하천유량(河川流量)의 증가(增加)에 따라 전파(傳播)되는 조석(潮汐)에의 영향(影響)을 1차원(次元) 동수역학(動水力學)모형에 의해 정량적(定量的)으로 평가(評價)하였다. 모형에 의해 산정(算定)된 유량(流量)의 증가(增加)에 따라 감조하천상류부(感潮河川上流部)의 조석(潮汐)의 진폭(振幅) 및 도달시각(到達時刻)과의 관계는 Godin(1985)에 의한 이론적(理論的)인 추론(推論)과도 잘 일치(一致)하였다.
수평형 반응로에서 $TMS[Si(CH_3)_4]-H_2$ 와 H$_2$가스를 이용하여 SiC 초미분말 합성시 최적 공정 조건을 알아보기 위하여 수치모사방법을 이용하였다. 이론적인 해석 결과, 반응온도가 증가함에 따라 TMS의 전환률은 증가하였지만, 수소유량이 증가함에 따라서는 TMS 전환률이 감소하였다. 또한 반응온도가 높을수록 기상의 충돌확률이 증가하여 최종 생성된 SiC 입자농도는 감소하였지만, 수소유량과 TMS 농도가 증가하는 경우에서는 생성된 입자농도가 증가하였다. 한편 입자크기는 반응온도와 초기 TMS 농도가 증가함에 따라 증가하였지만 수소유량이 증가하는 결향을 나타내었다. 이러한 반응온도, 수소유량 및 TMS 농도에 따른 입자크기 변화는 실제 실한 결과와 이론적으로 고찰한 결과가 일치하였다.
대규모의 배수관망 시스템에서 유량해석을 위한 기법들이 많이 있지만 가장 널리 사용되고 있는 기법은 선형화 기법이다. 이 방법은 연속방정식과 에너지 방정식을 연립하여 해석하므로 이론적으로는 간단하나 실제 시스템에 적용을 위해서는 연립방정식 해석시 생성되는 계수매트릭스의 대각행력에 '0'이 발생하는 등 매우 큰 이산화된 계수 매트릭스의 처리가 문제가 되었다. 본 연구에서는 ill-condition 계수매트릭스의 발생을 배제하기 위해 도학이론으로부터 선형독립적인 폐합회로를 찾는 기법을 상수관망해석에 적용하여 선형화기법의 positive-definite 계수매트릭스를 만드는 기법을 개발하였다. 개발된 알고리듬의 적용성을 시험하고자 22개 가상관로 및 142개 관로를 가진 대구 인근의 실제 관망자료를 이용하여 유량해석을 실시하였다. 유량해석 결과 본 알고리듬이 적용된 모형에서는 가상관망 및 실제관로에서 수렴의 실패없이 원활하게 계산이 이루어지고 있었다. 본 연구결과는 관로내 정상상태 유량해석을 위해 효율적으로 이용될 것이 기대된다.
강우자료로부터 설계 홍수량을 추정하는 많은 방법들은 설계강우량의 지속기간 결정에 매우 복잡한 시행 착오법을 사용하고 있으나, 본 연구에서는 순간단위유량도 이론을 적용한 해석적 방법에 의하여 근사 지속기간을 결정하는 방법을 이론적으로 전개하였다. 이렇게 유도된 방법을 무심천 대표유역에 적용하여 교점유량비곡선(hydrograph curve)과 재현기간별로 설계강우곡선(rainfall curve)을 계산하고, 그 결과를 동일 좌표상에 그려 그 교점이 표시하는 유효우량 지속기간을 결정하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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