• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.361-361
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• 2015

감세블록(baffle block)은 고속의 흐름에서 도수를 유도함으로써 과도한 에너지를 감세시키는 역할을 하는 구조물이며 구조물의 크기, 형태, 위치, 조합 등의 변수로 도수가 형성되는 조건을 조절하여 흐름에 영향을 줄 수 있다. 하단방류형 가동보에서 고속으로 방류되는 흐름의 Froude 수가 2.5에서 4.5 사이일 경우 발생하는 불규칙한 주기의 진동이 중첩 보강되면 감세하기 어려운 파동을 형성하여 수 Km 동안 지속될 수 있어 추가적인 조치가 필요하다(Peterka, 1984). 이 연구에서는 총 연장 11m, 폭 0.5m의 구형수로에 하단방류형 가동보와 감세블럭을 설치하여 감세블록의 위치가 에너지의 감세에 미치는 영향을 분석하고, 감세블록의 최적 위치를 제안하였다. 감세블럭은 높이 2cm, 폭 5cm의 구형단면으로 제작하여 일정한 간격으로 치형 배열하였으며, 가동보로 부터 5.5~8.5cm 지점에서 1cm간격으로 총 5가지 조건으로 수리실험을 수행하였다. 또한, 수문 하단에서의 Froude 수가 3.8~3.9를 만족하는 강한 도수가 발생할 수 있도록 유량을 조절 하였고, 유속과 수심은 3차원 유속계와 피에조미터를 이용하여 가동보로부터 0.2m간격으로 하류단 2m 지점까지 측정하였다. 실험 결과, 가동보로부터 도수가 발생하여 수위가 안정되는 지점까지의 도수길이는 감세블록을 설치한 경우, 설치하기 전의 1.1m와 비교하여 최소 27.3%에서 최대 81.8%만큼 짧아졌으며 감세블록 보에 가깝게 설치될수록 도수길이는 단축되는 것으로 나타났다. 가동보 하류부에서 도수가 발생한 이후 수심이 안정화되는 1m 지점에서, 도수 전후의 비에너지비로 정의되는 도수효율은 감세블록 미설치 시 74.9%이고, 감세블록이 설치된 조건에서는 54.9~60.6%로 감세블록에 의한 에너지 감소효과가 큰 것으로 나타났다. 에너지 감세 효과가 가장 큰 감세블록 위치는 가동보로부터 6.5cm 떨어진 곳으로 하류단 수심의 약 80%에 해당하는 지점이 감세블록의 최적 위치인 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권7호
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• pp.535-543
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• 2015

기포가 포함된 다상흐름의 측정은 중요함에도 불구하고 많은 제약이 있었다. 특히, 공극률이 높은 다상 흐름은 밀도차의 급격한 변화와 두꺼운 공기-물 경계면으로 인해 측정이 매우 어렵다. 본 연구에서는 공극률에 상관없이 기포흐름을 측정할 수 있는 기포영상유속측정법과 다발 광섬유유동측정계를 소개하고자 한다. 기포영상측정기법의 경우, 화상측정시 발생하는 원근에 의한 오차를 최소화하고 추정할 수 있는 피사계 심도에 대한 계산방법을 제시하여 정도 분석을 위한 방안을 제시하였다. 다발 광섬유유동측정계는 얇은 광섬유의 특성을 이용해 다발로 제작하여 측정률을 증가시키고자 하였다. 제시된 두 기법을 기포플룸에 적용하여 신뢰도를 검토하였으며 잘 일치하는 것을 확인하였다. 소개된 기법으로 대표적인 하천 다상흐름인 도수흐름을 측정하여 그 적용성을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1113-1117
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• 2005

보 상류의 유속 및 수심과 같은 흐름 조건은 보, 하천 형상, 그리고 하류 흐름 특성에 의해 좌우된다. 본 연구에서는 하류 조건에 따라 보 상류의 흐름 특성에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 구형단면의 수로에 하천설계지침(2002)에 따라 보를 제작하여 설치하였으며 보에서의 임계수심 및 이에 따른 유량의 변화를 파악하였으며 실험결과를 기존 문헌과 비교$\cdot$분석하였다. 또한 자유 월류로 빠른 유속을 지닌 흐름이 수로의 마찰저항과 하류 배수효과에 의해 에너지 소멸로 나타나는 도수현상을 관측하여 발생특성을 파악하였다. 도수의 발생조건은 Posey와 Hsing(1938)에 제시한 결과와 유사한 결과를 보였으며 하류영향에 따른 도수 발생 위치는 하류단 수위와 일정한 관계를 갖고 있으나 유량과는 선형적인 관계를 보이지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 임계수심 설정에 대해 Knap(1960)이 제시한 산정식과 비교한 결과 유량이 작은 경우 거의 일치하는 결과를 보였으나 유량이 증가할수록 오차가 커졌다. 임계수심 전$\cdot$후의 유량계수를 살펴본 결과 하류 조건에 의해 임계수심을 넘으면 유량계수가 자유 월류 시보다 약 $2\%\~6.5\%의 감소를 나타냈으며 공급유량이 $0.05m^3/s$ 일 경우 유량계수의 차이가 가장 큰 것을 알 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권2호
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• pp.137-147
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• 2015

본 논문에서는 홍천강과 섬진강을 대상으로 하천에 존재하는 다양한 형태의 여울을 체계적으로 분류하고, 물리적 및 수리학적 특성을 분석하였다. 여울의 길이와 폭 비율을 기준으로 긴 형태와 넓은 형태로 분류하고, 상 하류 폭의 변화 정도를 기준으로 집중 형태와 확산 형태로 분류하였다. 또한 흐름의 물결 형태에 따라 떨어지는 형태, 미끄러지는 형태, 약한 파도 및 약한 도수로 분류하였다. 떨어지는 형태와 미끄러지는 형태는 주로 큰 돌 주위의 다양한 입경을 지닌 하상에서 발생하였으며, 약한 파도와 약한 도수는 주로 잔 돌 주위에서 발생하였다. 여울의 흐름 방향 경사는 가운데 부분에서 위로 볼록하였으며, 하류측으로 갈수록 경사가 커졌다. 여울의 종적 구조에 따른 물결형태를 구분하여 보면, 여울의 집중 형태에서는 흐름 방향으로 약한 파도, 미끄러지는 형태 및 약한 도수가 발생하였다. 긴 형태의 경우, 흐름방향으로 약한 파도, 미끄러지는 형태 및 떨어지는 형태가 발생하였다. 넓은 형태의 여울에서는 약한 파도, 약한 도수 및 약한 파도, 약한 도수가 발생하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.149-149
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• 2020

하천에서 물 흐름이 보와 댐과 같은 수공구조물을 지날 때 일반적으로 흐름상태에 다양하고 급진적인 변화가 발생한다. 특히 흐름이 구조물을 지나면서 사류(supercritical flow)로 변하고 다시 상류(subcritical flow)로 복원되면서 일어나는 도수(hydraulic jump) 현상은 수위의 급변화, 흐름 에너지 소산, 변동성이 강한 압력 분포 등이 특징이다. 이러한 흐름 특성들은 보나 여수로와 같은 수공구조물 자체의 성능뿐만 아니라 이들 수공구조물의 하류에서 발생하는 국부세굴로 인해 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 수공구조물을 설계할 때는 이들 구조물을 통과하는 흐름의 비정상 난류 흐름 특성을 정확하게 해석하여 반영하여야 한다. 이 연구에서는 k-omega SST 난류 모형과 자유수면의 급격한 변동을 해석하기 위한 하이브리드-VOF(hybrid volume of fluid)기법을 이용하여 도수현상을 수치적으로 재현하고자 한다. 기존 CFD(computational fluid Dynamics) 모델링에서는 자유수면 변동의 영향을 고려하기 위해 VOF 기법을 많이 사용하였다. 하지면 전통적인 VOF 기법은 다상흐름(multiphase flow)을 오직 부피분율(volume fraction)의 함수로만 고려하며 모의함으로써 강한 수면변동뿐만 아니라 공기연행(air entrainment)를 동반하는 난류 흐름을 모의하는데는 한계가 있다. 이 연구에서 이용하는 Eulerian 기법인 하이브리드 VOF 기법은 물과 공기의 각 상에 대하여 흐름 특성들을 개별적으로 계산하기 때문에 공기연행을 포함한 급변류 흐름에서 전통적인 VOF 기법보다 적용성이 우수하다. 이와 같은 난류모형과 자유수면 포착기법을 이용하여 3차원 비정상 난류 흐름 수치모형을 구축하여 수공구조물 주변에서 발생하는 강한 공기연행과 난류 특성를 보이는 급변류를 수치적으로 재현한다. 이 연구는 계산된 수치해석 결과를 기존 수리실험 결과와 비교하여 수치모형의 적용성을 평가하고 도수 현상에서 발생하는 독특한 흐름 특성을 제시한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.511-511
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• 2017

하천에서 홍수 예방 및 가뭄재해 방지를 목적으로 최근 4대강 살리기 사업이 수행되었다. 특히, 안정적인 용수공급 및 다양한 수재해 피해를 최소화하기위해 다기능보가 설치되었다. 설치된 보는 고정보와 가동보로 구분되며 평상시에는 고정보를 넘어가는 월류흐름이 발생하며 홍수 시에는 추가적으로 가동보를 개방하여 오리피스 흐름이 발생한다. 최근 기후변화로 인해 집중호우가 빈번히 발생하며 이는 보 주변에서 빠르고 복잡한 흐름을 유발하게 된다. 이러한 흐름특성은 보하류의 세굴문제뿐만 아니라 물받이와 바닥보호공의 안전성에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 영상기법을 활용하여 도수가 발생하는 조건에서 고정보 하류의 물받이공 및 바닥보호공에 난류흐름특성 및 압력분포를 분석하였다. 길이 8.0 m, 폭 0.3 m를 갖는 개수로에서 실험을 수행하였으며 0.2 m 높이의 고정보는 상류경계로부터 3.0 m지점에 위치하였다. 보 하류부에서 유속성분은 비접촉식 유속측정 기법인 입자영상유속계(Particle Image velocimetry, PIV)와 기포흐름을 측정할 수 있는 기포영상유속계(Bubble Image velocimetry, BIV)를 적용하였다. 그러므로 기포 존재유무와 관계없이 보 하류부 구간에 대한 유속장 성분을 취득하였다. 도수흐름은 물받이공 및 바닥보호공 영역의 바닥면을 따라 빠른 유속을 갖는 제트류가 발생하고 수면과 바닥으로 강한 진동이 발생하여 불안정한 흐름이 야기된다. 바닥면에 작용하는 압력을 측정하기 위해 흐름방향을 따라 피에조미터를 설치하였고 압력수두 분포를 초고속카메라로 촬영하여 그 특성을 분석하였다. 실험을 결과를 통해 보 하류부에 영향을 미치는 인자를 도출하였으며 향후 보 설계기준에 반영할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.323-323
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• 2017

본 연구 대상인 주암댐-주암조절지댐간 도수터널은 저수지 간 연계운영을 통하여 서 남해안 일대의 용수 공급하기 위하여 건설되어 운영되었으나, 터널의 구조적 불안정성이 제기됨에 따라 향후 발생 가능성이 있는 용수공급 중단을 방지하기 위하여 신규 도수터널이 제안되었다. 계획된 신규 도수 터널의 주요 시설물은 크게 양방향 운영이 가능한 터널(D=3.3 m, L=11.23 km), 각 저수지 상황별 운영을 위한 취수문비 2개소, 도수가 이루어지는 상황에서 수문 돌발 폐쇄시 수충격을 감쇄하기 위한 배기구(air vents) 2개소가 계획되었다. 이에 따라 본 연구에서는 주암댐에서 주암조절지댐으로 최대 유량이 통수되는 상태에서, 수문폐쇄에 따른 수충격을 정량적으로 분석하고자 Joukowsky 공식에 적용하여 완폐쇄와 급폐쇄시 도수터널의 안정성을 검토하였으며, 수문 폐쇄로 인한 천이적인 흐름상태 등 수충격 모의가 가능한 1차원 ITM 모형을 적용하여, 수리분석과 수치모형과 결과 비교하고, 계획된 배기구의 유무에 따른 효과를 알아보고자 하였다. 분석 결과, 계획된 0.3 m/min으로 수문을 폐쇄할 경우, 도수터널의 안정성에는 문제가 없을 것으로 분석되었으나, 수문을 급 폐쇄 할 경우, 압력수두가 크게 증가하여 도수터널에 위험이 있을 것으로 분석되었으며 배기구 유무에 따른 수충격 검토 결과 도수터널 내의 수압상승을 적절히 조절하는 조압수조의 역할을 만족스럽게 수행할 것으로 분석되었다.

• 지질공학
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• 제33권3호
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• pp.461-474
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• 2023

본 연구에서는 경상북도 청송군 현서면과 안덕면 일원에 설치되어 있는 영천댐 도수터널 구간과 도수터널 주변지역의 지하수위를 측정하여, 도수터널 시공 이전 대비 지하수위 회복여부를 조사하였다. 2017년 9월부터 2018년 8월까지 매월 1회 이상 총 12회에 걸쳐 지하수 관정 156공에 대한 지하수위를 측정하였으며 지하수위 관측조사 결과, 직접 영향구역에 분포하는 관정의 지하수위 값이 간접 영향구역의 값에 비하여 상대적으로 낮은 수치를 보이고 있다. 이러한 결과는 지형조건보다는 지질학적 불연속면으로 작용하는 도수터널에 의한 영향, 즉 지하수 흐름이 직간접적인 경로를 통하여 도수터널로 유출되는 것에 지배적으로 영향을 받는 것으로 추정되며, 향후 지하수 시설물의 유지관리 및 지하수 환경의 보전을 위하여 지속적인 모니터링 및 추가 조사가 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.687-687
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• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권3B호
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• pp.175-183
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• 2012

본 연구에서는 천수방정식에 Galerkin법과 Petrov-Galerkin 기법의 일종인 SU/PG 기법을 적용하여 유한요소 천수흐름 해석 모형을 개발하고, 다양한 실험수로에서 이송이 지배적인 흐름을 수치 모의하였다. 수로 내부에 얇은 판 형태의 구조물이 존재하는 경우 Fr 수와 Re 수가 매우 낮은 흐름에서는 Galerkin 기법과 SU/PG 기법이 동일한 결과를 나타냈으나, Fr=1.58인 경우 Galerkin법은 발산하여 해를 얻을 수 없었다. 이 경우 SU/PG법은 Newton-Raphson법에 의한 5회의 반복에 의해 수렴된 유속결과를 구할 수 있었다. 사류와 상류가 혼재하여 천이류가 나타나는 단면확대 수로 모의에서 SU/PG 기법을 이용한 본 연구의 경우 상류단 수심조건이 잘 유지되며, 도수가 발생하는 지점 및 도수에 의한 수심 경사, 도수 후의 수심이 모두 Khalifa(1980)의 실험결과와 매우 근사하였다. 이송이 지배적인 사류(Fr=2.74)에 의한 사각도수 모의의 경우에도 Galerkin 기법은 최초 모의시간의 첫 번째 반복 이후 발산하였으나, SU/PG 기법은 도수 경계면을 수치진동 없이 잘 포착하였으며, 해석해와 비교한 수심 및 유속의 최대 오차는 0.2% 이내로 나타나 기존 연구(Levin 등, 2006; Ricchiuto 등, 2007)에 비해 더욱 정확한 결과를 도출하였다.