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New Treatment of Source Terms in Upwind Schemes (상류이송기법에서의 새로운 생성항 처리 기법)

  • Kim, Won;Han, Kun-Yeun;Woo, Hyo-Seop;Choi, Kyu-Hyun
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.38 no.2
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    • pp.155-166
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    • 2005
  • Upwind schemes are very well adapted to the discontinuous flow and have become popular for applications Involving dam break flow, transcritical Slow, etc. However, upwind schemes have been applied mainly to the idealized problems not to the natural channels with irregular geometry so far because of the error due to source terms. In this paper, the new type of upwind discretization of source terms, which uses the normalized Jacobian to discretize the source terms, is proposed. As results of tests to flows with source terms by the upwind models, the method proposed in this paper is proved as efficient and accurate. This generalized method for differencing source terms is simple and might beapplicable to diverse type of flux upwind discretization scheme in finite difference method.

Numerical analysis of the Sediment Pass-Through from Weirs by using CCHE2D (수치모형을 이용한 보의 토사토출 효과 분석)

  • Jang, Chang-Lae;Lee, Kyung-Su
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2012.05a
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    • pp.534-534
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    • 2012
  • 최근 집중호우 등으로 인하여 유역에 생산된 토사가 하도에 유입되면서 하상 및 지형변동을 일으키고 있으며, 보 및 댐 상류에서 유사의 퇴적으로 인하여 홍수위 변화와 저수지 기능감소 등 많은 변화를 가져오고 있다. 이로 인하여 댐 및 보의 지속적인 유지관리를 위하여 유사관리 방안이 절실하게 요구되고 있다. 본 연구에서는 낙동강에 건설된 상주보와 구미보를 대상으로 CCHE2D모형을 이용하여 보의 상류에 퇴적된 토사의 토출(배출(排出), SPT)효과를 분석하였다. 토사 토출 효과를 예측하기 위하여 2차원 하상변동 수치모형인 CCHE2D를 이용한 하상변동 과정을 모의한 결과, 보 상류에서는 수문을 통과하여 흐르는 유속으로 인하여 하상이 저하 되었으며, 보 하류에서는 상류에서 유입되는 유사량과 지형적인 영향을 받아 세굴과 퇴적이 반복되는 경향을 보였다. 상류에서 2년빈도 유량, $1,500m^3/s$, $1,000m^3/s$, 풍수량으로 48시간 동안 상주보와 구미보로 유입될 때, 수문이 완전히 열린 상태로 있을 경우에, 상주보와 구미보에서 배사효과를 예측하기 위하여 유사 전달(Sediment delivery)을 분석하였다. 상주보와 구미보에서 배사효과를 예측하기 위하여 유사 전달을 분석한 결과, 상주보는 2년빈도 유량인 $3,857m^3/s$로 48시간 동안 상주보로 유입될 때, 보에서 하류로 전달되는 유사량은 약 4,400 tons 정도로 산정되었다. 유량인 $1,500m^3/s$일 때, 약 2,700 tons이 하류로 전달되지만, 최대 유사전달이 발생되는 지점은 보 하류에서 발생하였다. 풍수량 인 $207.4m^3/s$ 일 때, 1,357 tons이 하류로 전달되며, 최대 유사전달이 발생되는 지점은 상주보에서 발생하였다. 구미보는 2년빈도 유량인 $5,400m^3/s$로 48시간 동안 상주보로 유입될 때, 보에서 하류로 전달되는 유사량은 약 3,216 tons 정도로 산정되었다. 유량이 $1,500m^3/s$일 때, 약 73 tons이 하류로 전달되지만, 최대 유사전달이 발생되는 지점은 보에서 발생하였다. 유량인 $1,000m^3/s$일 때, 약 16 tons이 하류로 전달되며, 풍수량 인 $129.7m^3/s$일 때, 28 tons이 하류로 전달되었다. 상주보와 구미보 상류에서는 유사 전달이 감소하여, 유사가 약간 퇴적되는 경향을 보이지만, 전 구간에 걸쳐서 대체적으로 유사 전달이 크게 변하지 않고 있다. 보 상류를 제외하고는 전제적으로 하상고의 변화가 거의 없이 평형 상태를 유지하고 있는 것을 의미한다. 따라서, 상류에서 2년빈도의 홍수량이 유입될 때, 수문을 완전히 개방할 경우에 배사 효과가 크게 있는 것을 알 수 있다.

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A Study on Simulation of Flow in a Arbitrary Parshall Flume using ANSYS CFX Model (ANSYS CFX 모형을 이용한 임의형상 파샬플륨 내 유동 모의에 관한 연구)

  • Jeong, Woo-Chang;Kim, Soo-Young;Lee, Seung-Oh
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2012.05a
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    • pp.582-586
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    • 2012
  • 본 연구에서는 ANSYS CFX 모형을 이용하여 임의형상 파샬플륨 내에서의 유동모의 및 해석을 수행하였다. 상류경계조건으로 파샬플륨 상류 2m 지점을 기점으로 하여 상류수위를 0.2, 0.25 그리고 0.3m로 변화시켰으며, 하류경계조건은 상류수위의 0.5, 0.8 그리고 0.9로 변화시키면서 모의를 수행하였다. 모의된 결과는 수리모형실험으로부터 측정된 결과와 FLOW-3D 모형에 의한 모의결과와의 비교를 통해 검증하였다. 또한, 격자 시스템의 조밀도 정도(T-1, T-2, T-3, T-4)에 따른 유동변화 양상을 분석하였다.

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Numerical Study of River Bed Morphology Based on Water Level Management on the Upstream of Dalsung Weir in Nakdong River (낙동강 달성보 상류관리수위 운영에 따른 하천지형 변화의 수치적 연구)

  • Yun, Noah
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2022.05a
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    • pp.218-218
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    • 2022
  • 본 연구는 TELEMAC을 이용한 수평 2차원 수치모의를 통해 달성보 상류관리수위에 따른 하천 흐름 및 하천하상 변화에 관한 연구를 하는 것이다. 하천의 하상변동을 모의한 결과를 토대로 장래 하상변화에 대한 적절한 상류관리수의를 검토하였다. 모의 결과, 낙동강과 금호강의 합류부, 그리고 하천의 곡류부에서 비교적 큰 지형변화가 발생하는 것으로 검토되었다. 또한, 관리수위가 낮아질수록 더 큰 하상변화를 초래하는 것으로 나타났다. 하천하상의 유사이동에 따른 입도분석 결과 0.062~0.25mm 범위의 모래 입자가 다른 입자에 비해 더 쉽게 하류부로 이동하여 위 범위의 모래 입자가 달성보 상류부에 퇴적됨을 확인할 수 있었다. 수치모의 결과에 따라 낙동강 달성보 상류부의 관리수위를 EL. 14.0 m 로 유지하는 것이 하천하상 변화를 최소화하는데 적절할 것으로 사료된다.

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Sensitivity Analysis of Bed Change Caused By Morphological Factor in Sharp Channel : SCHISM Model Application (급변수로에서 지형인자로 인한 하상변동 민감도분석: SCHISM 모형의 적용)

  • Yoo, Hyung Ju;Kim, Koung Mo;Jeong, Seok il;Lee, Seung Oh
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2016.05a
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    • pp.338-338
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    • 2016
  • 준설은 흙 또는 모래, 자갈을 파내는 작업을 말하는 것으로, 준설의 목적은 수로, 하천, 항만공사에서 수심의 증가 및 수심을 유지하기 위함이다(산업안전대사전, 2004). 이러한 준설은 하천의 흐름 특성 및 제반 여건 변화를 수반하기도 한다. 준설 직후 낮아진 하상으로 인하여 수위가 감소되는 경우가 있으며, 반면에 수위 저하를 동반하지 않는 경우(저수지와 연결된 준설), 준설 부근에 퇴적이 발생하며 이는 하천의 수위 상승으로 연결될 수 있다. 이러한 수위 상승은 홍수 시 제방의 월류 가능성을 높이는 등 하천의 치수 안전성에 문제를 야기할 수 있다. 본 연구에서는 준설로 인한 하천의 수위 상승에 초점을 맞추었다. 기존 연구에서는 대부분 이러한 현상분석을 위해 수치해석을 이용하였으며, HEC-6, CCHE2D, GSTARS 등의 1, 2차원 수치해석 프로그램을 이용하였다. 그러나 1, 2 차원 수치모형은 수심에 따른 흐름특성을 충분히 반영하지 못하는 한계점을 가진다. 이에 본 연구에서는 3차원 수치해석 모형인 SCHISM을 이용하였다. SCHISM은 하구역의 흐름특성을 분석하기 위해 개발된 프로그램으로, 본 연구와 같이 단면의 급 확대부의 수치해석에 적합한 프로그램이라고 판단된다. 기존연구를 바탕으로 하상변동에 영향을 주는 인자를 산정하여 무차원화 하였으며, 하상 변동량 및 수위상승 영향의 민감도 분석을 수행하였다. 무차원인자는 준설깊이/상류수심(H/hu), 하류하폭/상류하폭($W_d/W_u$), 하류수심/상류수심($h_d/h_u$), 유량(Q)으로 결정하였다. 수치해석에 이용된 지형은 1: 2 경사의 제방을 가진 직선수로이며, 준설 구간을 기준으로 상 하류 각각 1,000 m의 길이를 확보하였다. SCHISM 수치모의를 통하여 민감도 분석을 수행한 결과 모든 수치해석 case에서 퇴적으로 인한 상류수위의 증가를 확인 할 수 있었다. 또한 하류수심/상류수심은 준설부 퇴적 및 상류 수위 상승에 가장 큰 영향을 주는 인자로 나타났다. 본 연구는 하천 준설 계획 시 참고자료로 활용이 가능할 것이며, 준설로 인한 하천수리특성 변화의 선행연구로써 의미가 있다고 판단된다.

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Effects of weir on the change of sediments (하천의 보가 퇴적물에 미치는 영향)

  • Cho, Yong-Chul;Kim, Kyung-Hee;Woo, Hyo-Seop;Oh, Jong-Min
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2006.05a
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    • pp.1083-1087
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    • 2006
  • 과거 50 년 동안 국내 보 설치 수는 매년 증가하여 왔으나, 그 증가비율은 근래 들어 감소하는 추세로, 이는 보 보다는 용수공급능력이 큰 양수장, 저수지 등 타 시설물에 의존하는 것으로 판단 할 수 있다. 더욱이 인구의 도시 집중화에 따른 농경지의 도시화, 경작 방식의 변화에 의한 비닐하우스 단지로의 변화, 시설의 노후화 등으로 매년 $50{\sim}150$개 정도의 보가 폐기되고 있다. 그러나 이렇게 폐기되는 보는 하천에 그대로 존치되어 하천생태통로의 단절, 수질악화, 수변 서식처 악화 등의 문제를 지속적으로 야기 시키고 있다. 실험은 문산천 검전보, 안양천 안양대교보, 기철거된 경안천 무명보에서 자연시료를 채취하여 실행 하였다. 문산천 검전보는 하천환경이 안정되고 양호한 대조구간으로 선정하였다. 안양 대교보는 도심화로 인하여 원기능을 상실하였으며 수차례에 걸친 개수가 이루어졌고 수년전까지만 해도 러브보로 인한 수질정화장치가 있었으나 효능이 약화되어 철거할 계획을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 경안천 무명보는 현재는 완전 철거된 상태이다. 경안천 무명보는 기 철거된 보의 대조구간으 로 선정하였다. 보 상류의 수질 오염도가 높은 것은 정체구역에 의한 용존산소 부족과 오염저니에 의한 것으로 판단되므로, 각각의 대상보의 퇴적물 오염도를 조사하였다. 각각의 조사 지점은 검전보의 경우, 만장교를 최상류 지점으로, 검전보 상/하류, 광탄교를 최하류 지점으로 선정하여, 총 4 지점에서 채취했으며, 안양대교보의 경우 최상류지점, 보 상/하류 지점으로 총 3지점, 무명보의 경우 보 상/하류로 총 2 지점에서 채취했으며, 실험은 $\ulcorner$Soil Method$\lrcorner$에 준하여, 각각 입도분포, 함수율, 강열감량, COD, T-N, T-P 등을 시행하였다. 문산천 검전보 퇴적물 오염도 조사 결과, 강열감량, COD, T-N, T-P 항목에서 보 상류가 보 하류에 비해 높게 나타났으며, 각각 하류에 비해 상류가 30.76%, 16.69%, 73.13%, 18.91% 더 높게 나타났다. 안양대교보 퇴적물 조사 결과, 검전보와 마찬가지로, 강열감량, COD, T-N, T-P 항목에서 보 상류가 보 하류에 비해 33.33%, 9.23%, 24.78%, 18.56% 높게 나타났다. 기 철거된 무명보의 경우, 무명보 상류, 무명보 하류 2개 지점을 채취하였으며, 강열감량, COD, T-N 항목에서 보 상류가 보 하류에 비해 18.75%, 412.6%, 25.75% 높게 나타났다. 퇴적물 조사 결과, 강열감량, COD, T-N 항목에서 검전보, 안양대교보, 무명보 모두 보 상류의 오염도가 높게 나타났으며, 무명보를 제외한 검전보, 안양대교보는 T-P 항목에서도 보 상류의 오염도가 높게 나타나, 보 상류의 퇴적물 오염농도가 심화된 것으로 나타났다. 그러나 기철거된 무명보의 경우, 강열감량, COD, T-N, 항목에서 보 상류가 높게 나타났으나, 철거되지 않은 검전보나 안양대교보에 비해 그 차이가 크지 않은 것으로 나타났다.

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Analysis of Hydraulic Characteristics Upstream of Dam and in Spillway Using Numerical Models (수치모형을 이용한 댐 상류 및 여수로 수리현상 해석)

  • Kim, Young-Han;Oh, Jung-Sun;Seo, Il-Won
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.36 no.5
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    • pp.761-776
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    • 2003
  • Numerical models were employed to investigate the hydrodynamics of water flow in the lake behind a dam and the spillway where supercritical flows and negative pressures are likely to occur. In this study, 2-D model, RMA2 was employed to examine the upstream flow pattern and 3-D CFD model, FLUENT was used to evaluate the three-dimensional flow in the approaching region and flow distributions in the spillways and discharge culverts. The bathymetry and the details of structures were carefully taken into consideration in building the models. The results from applying the 2-D model for the planned Hantan River Dam show that large eddies, the velocity of which reaches up to 1 m/s are occurring in several places upstream of the dam. That means that the 2-D numerical model could be utilized to investigate the two-dimensional flow patterns after the construction of a dam. Three-dimensional numerical results show that the approach flow varies depending on stages and discharge conditions, and velocities at spillways, discharge culverts, and sediment flushing tunnels are differently distributed. The velocity distributions obtained from the numerical model and a hydraulic model at the centerline of spillways 100 m upstream of the dam show reasonably similar results. It is expected that 2-D and 3-D numerical models ate useful tools to help optimize the dam design through investigating the flow patterns in the spillway and at the upstream of the dam, which is not always feasible in hydraulic modeling.

Apprehensive Streams Determination Method Using Discharged Pollution Load in ChungjuDam Watershed (배출부하량 자료를 활용한 충주댐 유역의 우심하천 결정 방법)

  • Choi, Yonghun;Park, Sangjoon;Jeong, Yeonji;Lim, Kyoungjae
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2022.05a
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    • pp.494-494
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    • 2022
  • 임의의 지점에서 하천의 수질은 해당 하천으로 유입되는 모든 지역의 오염원에 대한 영향을 받으므로 상류 소유역에 전체에 대한 복합적인 평가가 동반되어야 한다. 본 연구에서는 배출부하량 자료를 활용하여 충주댐 호소의 수질에 대한 상류 유역의 영향성을 평가하여 우심하천을 결정하는 방법을 제안하고, 충주댐 유역의 우심하천을 결정하였다. 충주댐 유역을 Korean Reach File (Version 3)에서 제공하는 182개 세유역으로 구분하였으며, 각각의 소유역에 대한 Straem Total Load (STL)를 산정하였다. 여기서, STL은 세유역의 하천으로 유입하는 모든 상류 세유역을 포함하는 단위면적당 배출부하량으로 명명하였다. 충주댐 본체가 포함된 세유역 (충주댐2-3)을 목표지역으로, 대상 수질 항목은 총인(TP)으로 선정하였다. 충주댐2-3 세유역의 STL은 0.0029 kg/ha/day이며, 상류 세유역의 STL이 목표 지역보다 높으면 댐호소 수질에 대한 영향이 큰 세유역으로 구분할 수 있다. 각각의 세유역에 대한 STL을 산정하면 장평천4 0.0191 kg/ha/day로 가장 높았으며, 주천강시점3 0.0089 kg/ha/day, 주천강상류1 0.0088 kg/ha/day 등의 순으로 나타났다. 또한 충주댐2-3의 STL보다 높은 세유역은 68개, 주요 우심하천은 장평천과 제천천 그리고 주천강 등으로 분류되었다. 또한 STL을 활용하면 상류 세유역에서 하류 세유역까지 배출부하의 이동 경향이 나타나므로 (최상류에서 높은 오염부하를 배출하여도 하류로 이동하며 낮은 오염부하를 배출하는 세유역과 합쳐지면 댐 호소의 수질에 대한 영향이 적은 것 등) 세유역의 배출부하 또는 단위면적당 배출부하로 우심지역을 평가하는 방법과의 차별성을 가지고 있다.

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Numerical Analysis for Bed Changes in the Upstream Channel due to the Installation of Sediment Release Openings in the Flood Control Dam (홍수조절댐에서의 배사관 설치에 따른 상류 하천의 하상변동에 관한 수치모의 연구)

  • Ji, Un;Son, Kwang-Ik;Kim, Mun-Mo
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.42 no.4
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    • pp.319-329
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    • 2009
  • Sediment release openings or pipes are installed in the flood control dam constructed to reduce flood damages, which are to allow water and sediments pass through the dam and to prevent flow blockage and sedimentation in the upstream area of the dam. The Hantan River Flood Control Dam (HRFCD) has been projected for flood damage reduction and sediment release openings and ecological passages are considered for the dam design. In this study, sediment deposition due to the construction of HRFCD was analyzed using the HEC-6 model and compared with the state before the dam construction with respect to the conditions of the annual mean daily discharge and annual discharge hydrograph. According to the numerical results, although downstream water levels were changed by the dam structure, the effects of bed changes were not propagated from the dam over 2 km upstream. Also, 2D numerical models of RMA2 and SED2D were used to predict bed changes in the upstream area with and without sediment release openings. Consequently, it is presented that sediment release openings decreased maximum deposition height in the upstream channel of the dam.

Analysis of Hydraulic Characteristics for the Design Parameters of Culvert Outlet Facilities in Detention Pond (저류지 암거방류시설 설계인자의 수리학적 특성 분석)

  • Lee, Jae Joon;Jang, Joo Young;Lee, Hoo Sang;Jang, Hyun Min
    • 한국방재학회:학술대회논문집
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    • 2011.02a
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    • pp.213-213
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    • 2011
  • 근래 이상기후에 의한 강우량 증대와 도시화에 따른 첨두유출량의 증대 및 도달시간의 단축은 기존의 유수지만으로 도시홍수를 대처하는데 그 한계점에 다다르게 되었다. 1990년대에 들어 각종 우수유출 저감시설의 활용으로 이상의 문제를 해결하고자 하는 노력들이 시작되었으며, 현재 신규개발지에 저류지와 같은 우수유출저감시설 설치를 법제도적으로 의무화 하고 있어, 전국적으로 천여개소의 저류지가 시설되어 있거나 계획 중에 있다. 저류지는 개발로 인해 증가된 첨두유출량을 개발전의 상태로 저감시키기 위하여 임시 또는 상시 저류하거나 저류능력 이상의 유출량에 대해서는 암거방류시설을 통해 하류부의 하천 또는 하도로 방류시키는 역할을 수행하는 수공구조물로서 일반적으로 저류지 계획 및 설계는 첨두유출량 증가분에 대해 초점을 맞추고 있을 뿐 방류시설에 대한 구체적인 설계는 이루어지지 않고 있는 실정이다. 또한 현재 국내에는 저류지 방류시설로 주로 사용되는 암거에 관한 설계규정이나 기법은 미미한 상태로, 한국도로공사(1991)에서 발표한 "도로배수계획"을 이용하고 있으며, 이는 미국 연방도로국(FHWA, 1985)에서 발표한 설계기법을 그대로 인용하고 있다. 즉, 지형 또는 현장 여건에 따라 암거 흐름의 8형식 중 하나의 형식으로 결정하고, 그 형식에 따라 관련도표를 이용한 시산법 또는 도식해법을 적용하여 유입부 상류수위를 산정함으로써 암거설계가 이루어진다. 하지만 이러한 암거설계 방식은 도로 배수암거에 적합한 것으로 저류지 배수암거에 적용하기에는 무리가 있다고 본다. 따라서, 본 연구에서는 저류지의 일반적인 특성상 암거흐름 8형식 중 Class-II군의 암거 상류부 수위가 잠수된 조건 즉, 평상시 저류지가 일정수위 이상의 저류량을 유지하고 있는 상태에서 저류지 암거방류시설의 대표적인 설계인자인 암거직경, 암거경사, 암거경사, 하류단 수위조건의 변화에 따른 상류부 수위변화를 유량별로 분석해 보았다. 방류 암거의 개수를 고려하기 위하여 암거상류부 수위와 암거직경의 관계해석 시 암거단면적을 이용하여 분석하였으며, 각각의 유량별로 상류부 수위와 암거단면적의 관계를 회귀식으로 제시하였다. 암거상류부 수위와 암거경사의 관계를 분석한 결과 암거경사가 5~20%로 변화할 때 암거상류부 수위의 변화는 2~5%정도의 매우 작은 변화를 보임을 확인할 수 있었으며, 암거길이의 경우는 해석 조건의 특성상 상류부 수위에 영향이 전혀 나타나지 않았다. 암거상류부 수위와 암거하류단 수위의 관계에서 암거상류부 수위는 암거하류단 수위가 암거직경과 퇴사위 높이의 합보다 암거하류단의 수위가 높아지는 시점부터 암거하류단 수위에 비례해서 증가되는 결과를 알 수 있었다.

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