• 한국방재학회:학술대회논문집
• /
• 한국방재학회 2010년도 정기 학술발표대회
• /
• pp.96.2-96.2
• /
• 2010

본류부에서 지류부로 유입되는 흐름의 내측 벽면에는 토사나 오염물의 퇴적물침전이 발생하게 된다. 이는 개수로 분류흐름의 특성으로 인하여 이차류 흐름이 나타나는 분리구역이 발생하기 때문이다. 수치모의를 실행하여 Hsu 등(2002)과 Ramamurthy 등 (2007)의 분류흐름 수로의 결과값과 수치모의를 통한 결과를 비교하여 신뢰성이 높음을 알 수 있었다. 본 연구에서는, 분류흐름에서 발생하는 분리구역을 줄이기 위해 분류가 시작되는 본류의 수로의 크기 조절을 통하여 분리구역의 크기를 줄였다. 또한 변형으론 인한 분리구역을 줄이기 위해 본류와 지류가 만나는 모서리 지점을 곡선과 대각선으로 연결하여 유수흐름을 완만하게 만든 지형들을 제안하였다.

• 한국방재학회 논문집
• /
• 제9권2호
• /
• pp.53-57
• /
• 2009

개수로에서 발생하게 되는 분류흐름에는 많은 특성들이 나타나게 된다. 특히, 지류부의 내측 벽면을 따라서 이차류 흐름이 나타나 토사나 오염물 등의 퇴적물 침전을 일으키는 분리구역이 발생하게 된다. 분류흐름에서 발생하는 분리구역의 특성을 연구하기 위해 상류흐름에서의 자유수면 및 유속을 계산할 수 있는 이차원 천수방정식 수치모델인 RMA2를 이용하였다. 수치모의 결과는 Hsu 등(2002)의 실험결과와 비교하여 잘 일치함을 알 수 있었다. 수치모의를 통해 유량비에 대한 분리구역의 크기 관계를 제시할 수 있었다. 그리고 분리구역의 크기를 줄이기 위해 본류와 지류가 만나는 모서리 지점을 곡선과 대각선으로 연결하여 유수흐름을 완만하게 만든 지형들을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
• /
• 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.

• 한국방재학회:학술대회논문집
• /
• 한국방재학회 2009년도 정기 학술발표대회
• /
• pp.75.1-75.1
• /
• 2009

• 한국방재학회 논문집
• /
• 제6권1호
• /
• pp.59-68
• /
• 2006

합류부는 유량의 변화, 흐름방향의 전환으로 순환흐름의 분리구역의 발생에 의한 통수단면의 축소에 의한 통수능의 저하와 이에 따른 배수의 영향이 야기된다. 지류와 본류와의 유량비와 합류각을 달리하면서 실험한 결과를 이용하여 분리구역의 특성을 규명하였다. 분리구역의 정의는 유함수를 이용하여 그 값이 0(영)인 유선을 분리구역으로 정의하여 그 길이와 폭을 본류 하천폭으로 나눈 무차원 길이비와 무차원 폭비로 하였고, 유선에 의한 분리구역의 연구결과가 기존의 실험들과 비교적 잘 맞는 것으로 나타났다. 작은 유량비와 합류각 30도에서는 분리구역이 나타나지 않아서 유량비와 합류각에 의한 분리구역의 출현경계식을 만들었다. 분리구역에 대한 고찰로 합류각, 유량비, 그리고 본류 하류에서의 Froude수에 의한 분리구역의 무차원 길이비와 폭비에 대한 기존의 실험식을 수정하였고, 수굴계수와 형상지수의 수리적 특성을 분석하였다. 일반적으로 유량비와 합류각이 커질수록 분리구역이 크게 나타났다. 합류부를 전후한 상하류 구간에서 수면의 추적에서 유량비와 합류각이 커질수록 배수위의 영향이 크게 나타났고, 합류부가 접하는 내측보다 외측의 배수영향이 크게 나타났다. 하류부 유량에 의해 등류수심을 산정하여 합류가 시작되는 점에서부터 하류의 등류수심에 이르는 곳까지의 거리를 $X_l$로 보고 합류각과 유량비와 단면폭 및 수축계수간의 상관관계식을 산출하였다. 유량비와 합류각에 따른 수로내의 배수위에 의한 최대수위와 분리구역에서의 최소수심과의 비를 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
• /
• pp.341-341
• /
• 2016

2차류는 주흐름 방향 유속에 비하여 작지만 유속을 재분포 시켜 흐름의 교란을 발생시키는 매우 중요한 인자이다(Woo, 2001). 2차류는 만곡부, 합류부, 분류부에서 흐름분리와 함께 나타나는 흐름특성 중 하나이지만 각 지점별로 2차류의 분포는 서로 상이하다. 하지만 국내에서는 만곡부에서의 2차류에 대한 영향에 대해서만 주로 연구가 이루어졌으며, 합류부와 분류부에 대해서는 연구가 아직 체계적으로 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 합류부와 분류부에서 2차류 영향을 고려한 2차원 수치모형을 적용하여 흐름특성 변화를 수치모의 하였다. 2차류 흐름을 고려한 수치모의를 위해 TELEMAC-2D 수치모형을 이용하였으며, 2차류의 영향을 고려하지 않고 계산한 SUPG기법을 적용한 모의결과에 대하여 Bernard and Schneider(1992)가 제안한 경험계수를 적용 후 그 결과를 실험결과와 비교분석하였다. 합류부(confluence)에서는 본류와 지류의 유량비가 증가할수록 흐름분리구역 길이와 최대폭이 증가하지만, 분류부(Bifurcation)에서는 분류수로 유량비가 증가할수록 흐름분리구역 길이와 최대폭이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 2차류를 제외한 수치모의에서 실내시험에서 제시한 분류유량비와 수심 및 유속분포를 동시에 충족시키기 어렵다. 반면 2차류 영향을 고려시 분기수로내 통수능을 감소시키는 흐름분리구역과 2차류의 상호작용에 의한 흐름정체효과로 분류유량비가 감소하였으며, 2차류 영향을 고려하여 모의한 결과 분류부 수치모의의 안정성과 정확성을 향상되었다. 하지만 본 모형에서 적용한 2차류 흐름관련 매개변수는 흐름특성에 따라 시행착오법에 따라 산출해야 하는 특성 때문에 향후에 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제49권7호
• /
• pp.635-644
• /
• 2016

본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 개수로 분류부에서 분류수로 폭과 유량비 변화에 따른 흐름특성을 파악하였다. 2차류 영향을 고려한 분류부 수치모의시 흐름분포를 실험결과에 더 정확하고 안정하게 모의가능하다. 분류수로내 통수능을 감소시키는 흐름분리구역과 2차류의 상호 작용에 의한 흐름정체 효과는 분류유량비를 감소시킨다. 분류부 상류 유입유량과 유속이 감소할수록 수로폭 변화에 따른 분류유량비 변화가 더 크다. 동일 하류단 경계조건에서 분류수로 폭을 감소시킬 때, 본류 하류부 프루우드 수-분류유량비 관계식의 변화율은 -2.4843~-2.6675로 유사하게 나타난다. 동일 분류유량비 조건에서 분류수로 폭이 감소할수록 수축계수는 증가하고, 흐름분리구역의 폭은 감소한다. 분류수로 폭을 증가시킬 경우 분류부 상류 유입유량이 적을수록, 그리고 분류부 상류 유입량을 증가시킬 경우 분류수로 폭이 좁을수록 흐름분리구역 폭 감소율이 더 크다. 동일 상류 유입유량 조건에서 분류수로 폭이 감소할수록 분류유량비, 흐름분리구역의 길이와 폭은 감소한다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제53권8호
• /
• pp.617-626
• /
• 2020

본 연구에서는 TELEMAC-2D를 이용하여 개수로 분류부에서 분류각과 분류유량비 변화에 따른 유속분포, 흐름분리구역의 크기, 분류각과 유량비 변화의 상관관계를 파악하였다. 상·하류단 경계조건의 변화 없이 분류각만 90°에서 45°로 감소하면 주흐름에서 분리되어 분류수로로 유입되는 흐름의 곡률반경이 증가하고 급격한 흐름방향의 전환에 의한 에너지손실은 감소하며, 주수로와 분류수로 하류방향으로 흐르는 흐름의 관성력과 하류단 경계조건에 의한 압력경사의 영향으로 분류수로에 유입되는 분류유량비가 0.523에서 0.785로 약 1.5배 증가하였다. 분류부 상류 유입흐름의 프루우드 수가 F₁ = 0.45~0.74인 흐름에서 분류각을 90°에서 45°로 15° 간격으로 감소할 때마다 분류유량비는 각각 6~10%, 17~30%, 32~54%로 비선형적으로 증가하며, F₁가 최대 0.74인 흐름에서 분류유량비 증가율이 31.1%로 최소값을 나타내고 F₁ = 0.58 일 때 분류유량비가 0.7 이하이면서 최대 분류유량비 증가율 53.5%을 나타내며, F₁이 0.58보다 감소할수록 분류유량비가 0.7을 초과하면서 그 증가율도 함께 감소하게 된다. F₁ > 0.4인 흐름은 F₁ < 0.4의 흐름보다 무차원 흐름분리구역의 폭(S_W/B) 변화율은 약 2.56배 높으며 무차원 흐름분리구역 길이(S_L/B) 변화율은 약 5.5배 높게 나타난다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제52권1호
• /
• pp.1-10
• /
• 2019

본 연구에서는 분류부 흐름에 대한 TELEMAC-2D 2차원 수치모형의 적용성을 검증하고, 수치실험을 통한 분류유량비 계산식의 비교분석, 분류유량비 변화에 따른 분류부 흐름특성 변화를 분석하였다. 본 수치모형은 분류부 수심평균 유속분포와 수위에 대해 실내실험결과와 잘 일치하는 결과를 나타냈다. 주수로의 하류방향 관성력과 모멘트가 감소하면 분류유량비가 증가하게 되고, 분류수로에서 상대적인 고유속 분포구간은 넓어지며, 분류수로 주흐름의 역방향 유속은 감소한다. 분류유량비가 증가할수록 분류수로 내 흐름분리구역 규모는 감소하며, 흐름분리구역 규모 산정시 유선분포 작도뿐만 아니라 종방향 프루우드 수가 $Fr{\approx}0$이 되는 지점 확인으로 더 명확하게 산정할 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
• /
• pp.678-682
• /
• 2009

하천의 합류부에서는 홍수시 침수피해가 빈번하게 발생 하거나 하안침식, 강턱붕괴, 하천의 장갑화 등의 악영향이 발생하는데, 이러한 현상의 원인 규명을 위해 본류와 지류의 유량비에 의해 혹은 지류의 유입각에 의해 다양한 흐름 특성을 가정하고 개수로 장치를 이용하거나 수치모형 실험을 통하여 연구되고 있다. 본 연구에서는 미시시피 대학 연구기관인 NCCHE(Natioanl Center for Computational Hydroscience an Engineering)에서 개발한 CCHE2D 2차원 수치모형을 이용하여, 개수로 합류부에서 흐름 및 하상변동 특성을 분석하였다. 수치모의 결과는 "Experiments on Flow at a $90^{\circ}$ Open-Channel Junction", Journal of Hydraulic Engineering, May 2001, Vol. 127, No. 5, 340-350.에 기재되었던 논문의 실내실험 결과와 비교분석하였으며, 유속의 분포는 $0.01{\sim}1.0$ m정도로 개수로 관측치와 비교적 유사하게 모의 되었다. 또한 하상 변동 모의 결과 Biron 등(1996)이 제안한 합류부에서 6구역의 흐름 정의도와 대체적으로 유사하게 모의 되었으며, 최대 유속 구간에서 $-0.2m{\sim}0.03m$의 침식이 발생하고, 정체 구간과 분리구간에서 $0.01{\sim}0.02m$의 퇴적이 발생하였다. 본 연구의 결과는 하천의 물리적 특성을 파악하고 하천공사나 수리구조물 설계의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.