• 한국수자원학회논문집
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• 제40권11호
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• pp.877-886
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• 2007

일반적인 도시 내배수시스템은 시설물과 운영방법으로 구분된다. 시설물은 관거, 수문, 배수펌프장 등으로 구성되며 운영방법은 펌프 및 수문운영으로 구성된다. 이러한 내배수시스템에서 유역의 유출 및 펌프 운영을 실시간으로 모의하고 배수효과를 고려할 수 있는 운영 모형은 펌프를 효과적으로 운영하기 위하여 필요하며, 이러한 실시간 운영 모형을 통하여 도시유역의 침수 위험을 감소시키기 위한 효율적인 펌프 운영 기법의 개발이 가능하다. 본 연구에서는 SWMM 5.0 DLL과 Excel을 포함한 Visual Basic 6.0을 연계하여 실시간 운영 모형을 개발하였다. 또한, 효율적인 펌프 운영을 위한 두 개의 펌프 운영 기법을 제안하였다. 첫째는 각 맨홀의 수위를 통하여 현재 상황을 고려한 펌프의 운영이며, 둘째는 실시간으로 운영되는 각 시간단위별 유입량 전량을 배제하는 기법이다. 제안된 두 개의 기법은 현재의 펌프장 운영 기법인 유수지 수위에 따른 펌프 운영을 모의한 결과와 비교하였으며 개발된 모형은 중곡배수분구에 적용되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권6호
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• pp.949-963
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• 2017

본 연구는 도시홍수 피해저감을 위한 비구조적 대책의 일환으로 배수펌프장의 효율적인 운영방안을 제시하고자 한다. 배수펌프장 내의 수위를 뉴로-퍼지모형을 통하여 예측하고 예측되는 내수위에 따라 유전자 알고리즘 기법을 적용하여 배수펌프장의 운영룰을 결정하고자 한다. 뉴로-퍼지모형 구축시 배수구역의 지형적 특성을 반영하기 위하여 공간적 매개변수를 고려한 GeoANFIS모형을 개발하였고 배수펌프장 내 최고수위를 저하시키면서 반복적인 정지와 운영이 발생하지 않도록 벌칙유형의 유전자 알고리즘을 적용하였다. 마포 배수구역 내 5개의 배수펌프장(마포, 합정, 상수, 봉인, 당인)에 대하여 개발 모형의 적용성을 검증하였다. 이러한 운영룰의 개발로 효과적으로 내배수 시설을 운영할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.385-398
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• 2003

내배수시설계획시 최대저류비에 의한 유수지 규모의 결정 방법은 이전 연구자에 의하여 제시된 바 있다. 본 연구에서는 동두천시 11개 소규모 내배수시설을 선정하여 분석한 결과, 배수면적이 작고 펌프기능이 강화된 내배수 시설에서는 강우지속기간별 우수지의 저류비의 차이는 미미하므로 최대저류비에 의한 조정지 규모의 결정은 무리가 있음을 알 수 있었다. 또한 최대저류비에 의하여 결정된 조정지 용량을 펌프에 의하여 배제되는 시간은 펌프의 허용시동간격보다 짧은 경우도 있어 펌프의 빈번한 작동을 초래한다. 그러므로 조정지는 펌프의 빈번한 작동에 의한 펌프 고장의 가능성을 피할 수 있는 규모로 결정되어야 한다. 다양한 펌프용량을 적용하여 분석한 결과, 소유역에서도 조정지의 기능이 강화된 내수배제시설에서는 최대저류비를 기준으로 한 조정지 용량의 결정은 펌프운영 측면에서 타당함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 소규모 배수구역에서 조정지용량의 결정시 펌프의 계획배수량과 유수지의 용량에 따른 펌프의 시동빈도를 반영하여 기존의 최대저류비에 의한 방법을 개선한 방안을 제시하였다. 또한 유수지 규모와 펌프용량의 관계를 간단한 선형계획모형으로 분석한 결과, 종래의 유수지 홍수추적에 의한 유수지 용량 결정은 도시지역의 내배수시설 계획에만 타당함을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.276-281
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• 2009

장거리 용수공급 시스템에서 전력비용은 전체 운영비용의 큰 부분을 차지한다. 본 연구는 시간단위의 펌프와 배수지 시스템의 최적 운영계획을 수립하기 위해 동적계획기법에 기초한 방법론을 제시하고 있다. 해석방법은 가용 가능한 펌프의 효율적 운전과 전력요금체계, 시간대별 용수수요추이 그리고 배수지 특성과 송수관로의 제약조건 등을 고려하였다. 이를 위해 적용 가능한 시스템 운영목적과 제약조건이 제시되었고 개발된 방법은 수도권 광역상수도 양주계통의 2개 가압장과 5개 배수지를 대상으로 적용되었으며, 적용결과는 상당한 수준의 펌프운전비용을 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 이와 같은 방법은 생애주기 비용 최소화 측면에서 실제 용수공급 시설 운영과 대규모 용수공급 체계의 설계 등에 적용이 가능하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.73-73
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• 2017

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 특히 인구가 밀집하고 교통량이 많은 대도시의 경우 동일한 호우에 대하여 녹지나 농경지 등에 비해 그 피해가 더 심각하다. 일반적으로 홍수 피해의 직접원인은 외수로 인한 피해와 내수로 인한 피해로 크게 구분할 수 있다. 외수피해는 주로 소하천 및 지천의 범람, 제방의 붕괴 등으로 발생한 것이며 내수피해는 배수로, 하수도 및 펌프장의 내수배제능력 부족이 주된 원인이다. 따라서 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 우선적으로 내배수시설의 성능개선이 선행되어야 할 필요가 있다. 이러한 내배수 시설 중 빗물펌프장은 흡수조로 우수를 유도한 후 펌프를 이용하여 하천으로 배수하고 있다. 우수를 원활히 하천으로 배수하기 위해서는 흡수조 내 흐름이 안정적으로 형성되어야 한다. 하지만 갑작스런 폭우 등으로 인하여 우수가 짧은 시간에 집중될 경우 흡수조 내에서 빠른 유속과 불규칙한 흐름이 발생하여 와류가 생성된다. 이러한 와류는 펌프 입구로 공기를 유입시켜 효율 저하의 원인이 되며, 공동현상을 발생시켜 펌프의 손상을 초래하기도 한다. 따라서 와류발생 저감장치(Anti-Vortex Device)를 설치하여 와류의 생성을 억제하고자 하는 연구들이 수행되었으며, 그 결과 다양한 형태의 와류발생 저감장치가 소개되었다. 하지만 와류발생 저감장치의 명확한 설계기준이 제시되어 있지 않으며, 와류발생 저감장치를 설치하였을 때 효율이 얼마만큼 증가하는가에 대한 실험적인 자료가 제시되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 원뿔 형태의 와류발생 저감장치 설치 전 후의 흐름특성을 분석하여 원뿔형태의 와류발생 저감장치가 흐름안정에 얼마나 효과가 있는지를 확인하기 위하여 PIV(Particle Image Velocimetry) 기법을 이용한 유속분포와 와도를 분석하여 흐름 안정 효과를 정량적으로 검토하였다. 그 결과 와류 발생을 저감할 수 있었으며, 정량적으로 와도가 감소하여 펌프 흡입량이 증가됨을 확인하였다. 향후 추가적으로 다양한 형태의 와류발생 저감장치에 대한 효과를 검토한다면 최적의 펌프 흡수조 설계에 도움이 될 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.72-72
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• 2015

최근 이상기후로 집중호우와 강우패턴이 변화하고 있다. 하지만 변화하는 환경을 고려하지 않은 내배수시설 설계로 내수 침수 피해가 증가하여 인명 및 재산 피해가 급증하고 있다. 이에 도시지역의 내수침수에 대한 대책으로 재내지의 초과 우수를 하천으로 강제 배수시키기 위한 빗물펌프장의 역할이 점점 중요해지고 있다. 도심지역의 집중호우에 대응하기 위해서는 빗물펌프장의 목표 배수량을 실제 배수할 수 있는지에 대한 여부가 도시지역의 내수침수를 효율적으로 방어하는데 있어 중요한 요소가 될 것이다. 하지만 현재 빗물펌프장의 설계 시 펌프 흡입부 내 흐름특성을 고려하지 못하고 있어 펌프의 효율에 대한 불확실성이 큰 것이 사실이다. 따라서 펌프 가동 시 흡입부 주변의 흐름특성에 대한 연구가 필요하다. 기존 펌프 흡입부의 실험적 연구에서는 색소를 이용한 vortex의 생성 위치 및 경향을 정성적으로 파악하거나 ADV등의 유속계를 이용하여 흡입부 주변의 흐름특성을 지점별로 분석하는 연구들이 수행되었다. 하지만 빗물펌프장의 펌프 흡입부 주변의 흐름은 펌프 가동에 따라 매우 복잡한 와류가 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해서는 정량적인 유속장 분석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 비접촉식 유속 측정이 가능하고 유속장 측정이 가능하다는 장점을 갖고 있는 입자영상유속계(PIV: Particle Image Velocimetry)를 이용하여 펌프 흡입부 주변의 흐름특성을 분석하였다. 펌프 흡입부의 흐름특성을 분석한 결과 흡입관 내 유속분포의 편중 현상에 접근유속의 영향이 큰 것으로 나타났다. 또한 흡입유속에 비해 접근유속이 빠른 경우 흡입관 내 유속분포는 상류측에서 횡방향 와류가 발생하여 흡입에 방해가 되는 것을 확인하였고, 하류측으로는 흡입 방향으로 유속이 발생하는 것으로 나타났다. 따라서 향후 펌프 흡입관내 상류측부분의 와류를 감소시키기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 월간 기계설비
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• 통권123호
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• pp.76-79
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• 2000

• 한국방재학회 논문집
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• 제4권3호
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• pp.51-60
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• 2004

최근 도시지역의 수해요인은 내수침수불량에 기인하기 때문에 유수지 및 배수펌프장을 신설하여 유수지로 유입되는 유출량을 하천으로 강제배수하게 된다. 그러나 하수관거의 용량이 부족하여 유수지로 미처 유입되기 전에 하수관거의 역류로 침수피해가 자주 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 도시 내배수 체계의 조사방법을 제시, 하수관거의 위험도를 평가하고 개선할 수 있는 방안을 제시하였다. 또한 배수펌프의 가동대수를 단순한 수위기준에서 변화시켜 실무에서 전문가가 아니더라도 사용할 수 있는 전산모형 8개를 개발하여 제시하였고, 지속기간, 설계빈도, 시간분포 등을 변화시켜 유수지 수위의 적정 조절여부를 검토하였다. 그리고 강제적인 배수에 의해 하류부의 수위영향이 예견되기 때문에 해당 유역의 수위를 안전하게 유지하면서도 하류부에 수위영향을 최소화할 수 있는 방안에 대해서도 검토하였다. 연구결과 Fuzzy 모형이 기존의 운영방법보다 더 효과적으로 유수지의 수위를 저하시킬 수 있었으며, 하류부 수위는 약 8cm 정도 감소시킬 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.103-103
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• 2016

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 특히 인구가 밀집하고 교통량이 많은 대도시의 경우 동일한 호우에 대하여 녹지나 농경지 등에 비해 그 피해가 더 심각하다. 일반적으로 홍수 피해의 직접원인은 외수로 인한 피해와 내수로 인한 피해로 크게 구분할 수 있다. 외수피해는 주로 소하천 및 지천의 범람, 제방의 붕괴 등으로 발생한 것이며 내수피해는 배수로, 하수도 및 펌프장의 내수배제능력 부족이 주된 원인이다. 따라서 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 우선적으로 내배수시설의 성능개선이 선행되어야 할 필요가 있다. 이러한 내배수 시설의 성능 개선을 위해서는 현재 기 설치되어 있는 빗물펌프장의 설계 및 내배수 효율에 대한 성능평가가 필요하다. 하지만 현재 국내 펌프설계기준에는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 구체적인 성능 평가 방법이 제시되어 있지 않은 실정이다. 만약, 펌프 흡입수조 및 흡입파이프의 형상이 적절하게 설계되지 못한다면 물이 파이프 입구로 부드럽게 흡입되지 못하고 볼텍스 및 스월이 발생하게 된다. 이러한 볼텍스 및 스월은 펌프 입구 쪽으로 물 뿐 아니라 공기를 함께 흡입시킴으로써 펌프의 효율저하, 소음, 진동을 발생시키며 펌프 파손의 원인이 될 수 있다. 따라서 펌프를 설치하기 전 펌프 설치 후에 발생되는 펌프 흡입부 주변의 흐름특성 변화 및 흐름특성이 구조물에 미치는 영향 등을 고려하기 위하여 수리모형실험이 필요한데, 수리모형실험은 많은 시간과 비용이 들어가기 때문에 이를 대체할 수 있는 방안이 요구된다. 그런 이유로 최근에는 수리모형실험 대신 수치모의를 이용하는 경우가 많다. 수치모의의 결과는 수리실험의 결과와 비교, 검증을 거쳐 신뢰성을 얻는다. 본 연구에서는, 3차원 수치모형의 다양한 난류모델을 이용하여 흡입파이프로 물이 유입될 때 흡입부 내, 외의 수심 별 유속 변화를 분석하고, 그 결과를 이용하여 FLOW 3D 모형의 검증을 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.60-60
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• 2018

최근 도시지역의 불투수율 증가로 인한 유역의 도달시간 감소와 첨두유출량이 증가함에 따라 내수침수 잠제 위험성이 증가하고 있다. 이에 우수배제 시스템의 수방능력 향상을 위한 빗물펌프장의 신설 및 증설에 대한 요구가 증가하고 있다. 하지만 빗물펌프장의 신설 및 증설에는 건설부지 확보의 문제와 비용적인 문제 등의 현실적인 현계들이 있다. 따라서 기존에 설치되어 있는 빗물펌프장의 배수효율을 증대시킬 수 있다면 빗물펌프장의 신설 및 증설에 따른 과도한 예산지출을 줄일 수 있을 것이다. 빗물펌프장의 배수효율은 흡입부 내에서 발생하는 와류를 얼마나 잘 제어하느냐에 따라 크게 달라진다. 만약 흡입부 내에 강한 와류가 존재한다면, 흡입관 주위에서 선회류를 유발시켜 펌프 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다. 따라서 펌프 운영 시 흡입부 내에서 발생하는 와류를 제어하기 위하여 와류발생 저감장치(Anti Vortex Device)를 설치하여 와류를 제어하는 방법을 이용하고 있다. 하지만 국 내외 빗물펌프장 설계기준에서 와류발생 저감장치에 대한 정량적인 효과는 제시되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 PIV(Particle Image Velocimetry)를 이용하여 와류발생 저감장치가 펌프 흡수조에 설치되었을 때 흐름특성 및 와도분포 분석을 통해 와류발생 저감장치의 형태에 따른 효과를 정량적으로 분석하고자 한다. 그 결과 와류발생 저감장치를 설치 한 후 흐름개선효과를 확인하였다.