• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제25권6호
• /
• pp.541-554
• /
• 2023

터널 및 에너지/폐기물 저장과 관련하여 지하공간의 활용이 증가하는 추세이다. 지하공간의 안정성 확보를 위해서는 암반균열 및 절리를 보강하는 것이 중요하다. 절리와 같은 불연속면은 암반의 강도를 저하시키고, 지하공간 내부로 지하수 유입을 발생시킬 수 있다. 불연속면 주변의 암반 강도의 증대와 차수를 위해 암반 그라우팅을 활용할 수 있다. 그러나 암반 그라우팅 시 주입재료가 암반 절리 내 원활하게 주입되고 있는지 직접적인 확인에 한계가 있다. 그라우팅 주입재가 사전에 목표한 설계안과 같이 주입되지 않을 시 강도, 내구성 증대 및 차수성 향상 효과를 볼 수 없다. 따라서 실험적으로 평가가 어려운 그라우팅 주입재가 설계대로 주입되고 있는지 수치해석을 활용하여 사전에 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 개별요소 수치해석 프로그램인 UDEC (Universal Distinct Element Code)을 활용한 그라우팅 주입재의 물/시멘트 배합비, 주입압력, 주입유량과 같은 주입변수에 따른 주입성능을 평가하였다. 또한 실내실험을 통해 수치해석 결과와 비교하여 수치해석 모델의 신뢰도를 검증하였다. 본 연구결과는 향후 현장에서 그라우팅 설계 시 주입재의 물성, 주입시간, 펌프 압력과 같은 변수들을 최적화할 수 있는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국습지학회지
• /
• 제26권1호
• /
• pp.1-9
• /
• 2024

이 연구에서는 서낙동강을 구성하는 소유역 중 대지면적 비율이 크고 인구밀도가 높은 해반천 유역의 유출 및 수질을 모의하기 위한 HSPF(Hydrological Simulation Program-FORTRAN)모형을 개발하였다. 유역에서 발생하는 비점오염 부하량을 관리하기 위한 세 가지 시나리오가 개발되어 모형에 적용되었고, 오염부하량의 감소와 부하지속곡선에 대비한 수질 기준 초과율이 분석되었다. 시나리오는 비점오염의 발생을 줄이기 위한 도로 청소, 다양한 저영향 개발 기법을 고려한 유출 저감 조치, 그리고 강으로 들어가는 비점오염원을 완화하기 위한 유입 저감 조치로 구성되었다. 첫 번째 시나리오에서는 김해시의 도로 청소 차량 수와 같은 실제 조건이 고려되었으며, 두 번째와 세 번째 시나리오에서는 적용 가능한 토지 이용별 면적의 50%에 저영향 개발 기법을 적용하는 것으로 적용되었다. 모든 세 가지 조치를 적용한 결과, BOD 오염 물질 부하가 58.28%, T-N은 58.49%, T-P는 51.56% 감소할 수 있는 것으로 도출되었다. 또한, 5년간 누적된 수질 측정의 60번째 백분위수를 목표 수질로 설정하고 구축된 유량지속곡선에 의한 초과율분석 결과, 결과적으로, BOD의 경우 조치 적용 전 41.57%의 초과율이 조치 후 16.32%로 감소하여, 초과율이 25.25% 감소하였다. T-N의 경우 조치 전 40.31%에서 조치 후 22.84%로, T-P의 경우 62.43%에서 27.22%로 감소하였다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제57권5호
• /
• pp.359-369
• /
• 2024

한국은 6월 21일부터 9월 20일까지를 법정홍수기로 지정하여 잠재적 홍수에 대비하여왔다. 하지만 2020년 54일의 역대 최장 장마 사례와 같이 과거와 다른 기후양상으로 인한 극한 홍수로 피해를 겪고 있다. 그동안 홍수 피해 저감을 위한 연구는 매우 많았지만, 법정홍수기가 앞으로도 유효할지에 대한 연구는 시도된 적 이 없었다. 따라서 본 연구는 21세기 관측 자료를 통해 현행 법정홍수기의 타당성을 통계적으로 검토하였으며, 이를 통해 현행 법정홍수기가 강수량 증가 추세와 지역별 강수 특성의 강화를 고려하지 못하고 있음을 확인하였다. 이러한 한계점의 해결을 위해 본 연구에서는 대상 유역에 대한 7개의 새로운 홍수기 후보군을 제안하였고, 이의 타당성을 모의 운영을 통해 분석하였다. 모의 운영 시 댐 운영룰 rigid operation method를, 댐 유입량 예측에는 long short-term memory model을 적용하였다. 제안한 홍수기 각 후보는 댐의 계획방류량과 하천의 계획홍수량을 초과하느냐를 기준으로 평가하였다. 첫 번째 기준으로 평가한 결과, 본 연구에서 제안한 홍수기 적용 시 초과 빈도와 지속시간이 각각 0.068%와 0.33% 감소되었으며, 크기 또한 24.6% 감소하였다. 두 번째 평가 기준으로 평가한 결과 역시, 홍수피해 발생 구간이 기존의 4회에서 2회로 감소하였다. 본 연구 결과를 계기로 법정홍수기 재검토가 공식적으로 이루어져 새로운 양상으로 변화하고 있는 강우 양상에 적극적으로 대비하길 기대한다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제54권9호
• /
• pp.719-730
• /
• 2021

본 연구에서는 상류의 휴·폐광산을 비롯한 다양한 점오염원과 비점오염원으로부터 유실되는 오염물질의 영향을 받는 안동호를 대상으로 수질 및 수생태 모델인 SWAT-WET을 구축하고, 적용성을 평가하고자 한다. 안동호르 유입되는 오염물질에 대한 정량적인 평가를 위해 유역모델인 SWAT을 안동댐 유역(1,584 km²)을 대상으로 구축하여, 검보정을 수행하였다. 유출량과 수질 부하량(SS, T-N, T-P)에 대한 검보정 결과 R²는 각각 0.76, 0.69, 0.84, 0.60 이상으로 분석되었다. 검보정된 SWAT의 유출량과 영양물질의 농도를 WET의 입력자료로 적용하여 안동호에 대한 수질, 수생태 모델 WET을 구축하였다. WET의 매개변수 민감도 분석 결과를 이용하여, 안동호의 수온, 용존산소, 수질농도(T-N, T-P)를 대한 검보정을 수행하였다. 검보정 결과 PBIAS는 각각 +19%, -13%, +4%, +26.5% 로 분석되었으며, 관측 자료를 유의한 수준으로 모의하는 것을 확인하였다. 저서동물의 관측 건중량(gDW/m²)은 0.5 이하였으나 모의 건중량의 평균은 0.8로 분석되었으며, 이는 WET 모델이 더 넓은 개념의 저서동물을 고려하기 때문으로 나타났다. 관측자료 부족으로 정확한 검보정은 어렵지만, 유역모델과의 연계를 통한 장기간 모의와 상류 유역환경변화가 호소에 미치는 영향을 분석할 수 있으므로 안동호의 수환경 관리를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제30권6B호
• /
• pp.589-598
• /
• 2010

하천단면의 형상이 복잡하고 교량이나 보등과 같은 수리구조물이 짧은 구간에 연속해서 설치되어 있는 경우, 흐름특성이나 하상변동 양상에 대한 분석이 매우 중요하다. 울산광역시를 관통하는 태화강의 삼호교 부근 약 250 m 구간에는 3개의 교량이 설치되어 있고, 상 하류에 각 1개씩의 지천이 유입되고 있어 홍수시 수위변화와 세굴 등에 의한 단면 변화가 크게 나타난다. 그럼에도 불구하고 태화강이 삼호교(구)를 기준으로 국가하천과 지방하천으로 나뉘는 구간이라는 이유로 상 하류 구간을 1차원 모형을 통해 따로 구분하여 분석하고 있다. 본 연구에서는 1차원 HEC-RAS 모형과 2차원 SMS 모형의 RMA2 모형을 이용하여 교량밀집과 지천유입에 따른 흐름특성을 상 하류 연계하여 비교 분석하였으며, SMS 모형의 SED2D 모형을 이용하여 같은 구간에 대한 하상변동 양상을 분석하였다. 그 결과 연속된 3개 교량에 대한 HEC-RAS 모형 과 RMA2 모형의 수위차는 0.87 m였고, SED2D 모형에 의한 하상변동 모의결과는 교각간격이 좁고 중간에 위치한 삼호교(문화재)에서 최대 0.231 m가 세굴되는 것으로 나타났다. 그러므로 하천기본계획시 교량밀집 지역이나 단면 및 흐름 변화가 심한 구간에 대해서는 2차원 모형에 의한 홍수위 산정과 교각의 세굴에 대한 대책이 필요하고, 국가하천 및 지방하천에 대한 통합적인 분석이 필요하다. 어지는 경우도 있었다. GQPM에 대한 10일강우예측은 첨두강수와 강수총량에 있어서 다소 과소한 모의값을 보이고 있으며, 강수보정효과도 RDAPS에 비하여 저조한 수준이었다. 이 부분은 강수예측의 사후보정으로는 한계가 있는 것으로 보여지며 원시예측모형의 안정화를 통하여 개선할 수 있는 부분으로 판단된다.

• 한국방재안전학회논문집
• /
• 제9권2호
• /
• pp.63-75
• /
• 2016

안전한 수돗물 공급을 위해 정수처리장부터 최종 단계인 수도꼭지까지 일정 수준 이상의 잔류염소농도가 유지되어야 한다. 하지만 국내 문헌에 따르면 상수공급의 전체 과정 중에 30-60%의 잔류염소가 소실되고, 이에 대한 주요 원인으로 정수처리 과정에서 염소 사용량 감소 추세, 급수배관 내에서 염소분해 손실, 여름철의 높은 온도에 의한 잔류염소 분해 속도 증가, 급수배관의 노후화에 따른 잔류염소 손실, 저수조 내 저장 시 잔류염소 감소 발생 등이 파악되었다. 이러한 이유로 저수조를 거치는 급수 방식의 경우 최종 수도꼭지의 잔류염소 농도가 기준치보다 낮아질 개연성이 높고, 용량과 체류시간을 단순히 고려하는 기존의 저수조 설계 방식으로 인해서 수돗물 공급의 안전성에 대한 우려가 존재한다. 이의 개선 방안 도출을 위해서 본 연구에서는 저수조 내 잔류염소 감소에 관여하는 주요 기작들인 수체 내 잔류염소 분해, 벽체 표면 흡착, 그리고 증발에 의한 물질전달을 수학적으로 묘사하는 공식들과 계수 값들을 문헌을 통해서 획득하고, 일반적 저수조 조건에서 모델 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 저수조에 유입되는 수돗물 내 유기물 농도, 수돗물이 저수조에 유입되는 수리학적조건(난류 정도), 그리고 저수조 벽체 표면 재질의 흡착능 등이 저수조 내 잔류염소 감소에 주요 영향 인자들임을 알 수 있었다. 본 연구에서 획득된 결과들은 잔류염소 감소를 최소화하여 안전한 수돗물 공급을 가능하게 하는 새로운 저수조 설계기법이나 기술 개발에 유용하게 활용될 것이다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제50권10호
• /
• pp.703-714
• /
• 2017

본 연구에서는 IPCC가 발간한 AR5 의 시나리오 중 임의로 선택된 RCP 4.5와 RCP 8.5 기후변화 시나리오가 용담댐 유역과 호내의 유량과 수질변화에 미치는 영향을 분석 및 그 방법론을 수립하기 위해서 SWAT 모델과 CE-QUAL-W2 모델을 차례로 사용하였다. 기후변화 시나리오는 용담댐 유역에 대해 상세화 된 자료를 사용하였으며 2016~2095년의 기간을 2016~2035년, 2036~2065년 그리고 2066~2095년의 세 가지의 기간으로 구분하고 또한 각 연도별로 5월과 10월 사이의 우기(Wet Season)와 11월과 4월 사이의 건기(Dry Season)로 또한 구분하여 분석하였다. 전체 모의 기간에 대해 산술평균한 용담댐 유역의 유량과 TSS 및 TP는 RCP 4.5가 RCP 8.5 보다 큰 것으로 나타나고 TN의 경우 다른 경향을 나타내었다. 반면, 모델의 예측결과를 기간별 또는 연중 강우특성별로 구별하여 분석한 경우에는 각 경우마다 서로 다른 결과를 나타내고 있다. 기후변화 시나리오가 진행됨에 따라 전반적으로 강우일수는 감소하고 강우강도는 증가하여 갈수기에는 오염물질의 유출이 감소하고, 홍수기에는 오염물질의 유출이 증가하여 연간 오염물질 유출량이 홍수기에 집중되는 특성을 나타내었다. 상기와 동일한 기간에 대해 SWAT 모델에서 생성된 유역의 자료를 CE-QUAL-W2 모델의 경계조건으로 사용하여 용담댐의 수질변화특성을 모의하였다. TSS와 TP농도는 하절기 강우량의 증가에 따라 특히, 높은 값을 나타내는 것으로 분석되었으나, 고형물질에 잘 흡착되지 않는 TN은 다른 경향이 나타났다. 따라서 기후변화에 의한 장래의 유량 및 수질 변화는 전반적인 경향과 더불어 지역적, 시기적 특성을 또한 반영하여 분석하는 것이 바람직하다고 판단되며 이에 따라 갈수 및 홍수에 의한 시기별, 지역별 유량 및 수질 관리 대책이 별도로 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제47권6호
• /
• pp.501-511
• /
• 2014

일괄형 수문모형(Lumped Model)을 활용한 홍수 유출자료의 공간확장에 영향을 미치는 강우-유출모형의 초기조건과 입력자료의 영향에 대해 연구하였다. 강우-유출모형의 초기조건으로는 기저유량 정보의 모형모의에 대한 영향과 저류함수법의 포화우량($R_{sa}$)의 공간분포에 대한 분석을 실시하였으며, 강우-유출모형의 입력자료로서 강우정보의 영향을 자료의 유무에 관련한 과거자료의 조건을 중심으로 그 영향을 분석하였다. 이를 위해 충주댐유역을 선정하였으며, 충주댐 유역을 대규모유역으로 정하고 이를 기준으로 3개 중규모유역과 22개의 소유역으로 구분하였다. 영월1, 충주댐, 영월2의 수위관측소를 70년대 수문자료 유무에 따라 중심 수위관측소로 선정하였으며 이들을 개별적 중심축으로 삼고 1993년부터 2009년까지 30개의 홍수사상을 이용해 홍수유출자료 확장의 특성을 분석하였다. 관측유출을 직접유출과 기저유출로 분류하고 산정된 기저유출을 강우-유출모의에 적용하였다. 기저유출의 적용 유무 조건하에서 세 곳의 수위관측소를 중심으로 각각의 자료 확장성을 파악하였다. 기저유출을 고려한 모델 모의시 Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) 값은 모델 모의 만족범위를 넘어서는 사상이 10% 이상 증가되었다. 강우에 대한 초기유출의 양을 결정하는 포화우량($R_{sa}$)의 분포는 세 곳 수위관측소의 유량값을 중심으로 중권역의 포화우량($R_{sa}$)을 최적화하는 경우, 중권역의 최적화된 포화우량($R_{sa}$) 값은 큰 차이를 보이지 않으며 포화우량($R_{sa}$) 분포가 강우사상과 유출량의 크기분포에 큰 영향을 받지 않았다. 홍수 유출자료의 강수자료 영향은 30개의 홍수사상 자료에서 자료의 이상치를 제외한 17개 홍수사상을 이용해 검증하였으며 강우자료가 많아질수록 오차 범위가 줄어듦을 보였다. 하지만, 전체 홍수사상의 규모에 비해 그 영향이 크지 않는 것으로 파악되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.91-93
• /
• 2003

A comprehensive numerical study is carried out to investigate for the understanding of the flow evolution and flame development in a supersonic combustor with normal injection of ncumally injecting hydrogen in airsupersonic flows. The formulation treats the complete conservation equations of mass, momentum, energy, and species concentration for a multi-component chemically reacting system. For the numerical simulation of supersonic combustion, multi-species Navier-Stokes equations and detailed chemistry of H2-Air is considered. It also accommodates a finite-rate chemical kinetics mechanism of hydrogen-air combustion GRI-Mech. 2.11[1], which consists of nine species and twenty-five reaction steps. Turbulence closure is achieved by means of a k-two-equation model (2). The governing equations are spatially discretized using a finite-volume approach, and temporally integrated by means of a second-order accurate implicit scheme (3-5).The supersonic combustor consists of a flat channel of 10 cm height and a fuel-injection slit of 0.1 cm width located at 10 cm downstream of the inlet. A cavity of 5 cm height and 20 cm width is installed at 15 cm downstream of the injection slit. A total of 936160 grids are used for the main-combustor flow passage, and 159161 grids for the cavity. The grids are clustered in the flow direction near the fuel injector and cavity, as well as in the vertical direction near the bottom wall. The no-slip and adiabatic conditions are assumed throughout the entire wall boundary. As a specific example, the inflow Mach number is assumed to be 3, and the temperature and pressure are 600 K and 0.1 MPa, respectively. Gaseous hydrogen at a temperature of 151.5 K is injected normal to the wall from a choked injector.A series of calculations were carried out by varying the fuel injection pressure from 0.5 to 1.5MPa. This amounts to changing the fuel mass flow rate or the overall equivalence ratio for different operating regimes. Figure 1 shows the instantaneous temperature fields in the supersonic combustor at four different conditions. The dark blue region represents the hot burned gases. At the fuel injection pressure of 0.5 MPa, the flame is stably anchored, but the flow field exhibits a high-amplitude oscillation. At the fuel injection pressure of 1.0 MPa, the Mach reflection occurs ahead of the injector. The interaction between the incoming air and the injection flow becomes much more complex, and the fuel/air mixing is strongly enhanced. The Mach reflection oscillates and results in a strong fluctuation in the combustor wall pressure. At the fuel injection pressure of 1.5MPa, the flow inside the combustor becomes nearly choked and the Mach reflection is displaced forward. The leading shock wave moves slowly toward the inlet, and eventually causes the combustor-upstart due to the thermal choking. The cavity appears to play a secondary role in driving the flow unsteadiness, in spite of its influence on the fuel/air mixing and flame evolution. Further investigation is necessary on this issue. The present study features detailed resolution of the flow and flame dynamics in the combustor, which was not typically available in most of the previous works. In particular, the oscillatory flow characteristics are captured at a scale sufficient to identify the underlying physical mechanisms. Much of the flow unsteadiness is not related to the cavity, but rather to the intrinsic unsteadiness in the flowfield, as also shown experimentally by Ben-Yakar et al. [6], The interactions between the unsteady flow and flame evolution may cause a large excursion of flow oscillation. The work appears to be the first of its kind in the numerical study of combustion oscillations in a supersonic combustor, although a similar phenomenon was previously reported experimentally. A more comprehensive discussion will be given in the final paper presented at the colloquium.