• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.282-282
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• 2021

강우시 농경지와 축산시설로부터 유출되는 비점오염물질은 하류 수계의 수질과 수생태계에 악영향을 미친다. 이에 따라 환경부에서는 비점오염원관리지역을 지정하고 다양한 비점오염 저감 대책을 시행하고 있다. 본 연구에서는 비점오염원관리지역으로 지정된 안동댐 하류 중 송야천 유역을 대상으로 강우유출수 모니터링을 수행하였으며, 모니터링 결과를 바탕으로 강우시 비점오염물질 유출 특성을 분석하였다. 모니터링 기간은 2020년 6월부터 11월까지 총 5회의 강우사상에 대하여 상·하류와 유입하천을 포함한 총 8개의 모니터링 지점을 대상으로 강우사상별 유량가중평균농도(Event Mean Concentration, EMC), 오염부하, 단위면적당 오염부하를 산정하였으며, 오염원 그룹별 비점배출부하를 산정하여 오염 기여도를 분석하였다. 강우유출수 조사결과를 이용한 EMC 농도 산정 결과 유입하천인 오산천 지점이 SS와 TOC 항목을 제외한 모든 수질항목의 EMC 농도가 가장 큰 것으로 나타났다. 단위면적당 오염부하를 산정하여 비교 분석한 결과 T-P 항목의 단위면적당 오염부하는 물한천 지점(0.69 kg/ha)과 오산천 지점(0.69 kg/ha)이 크게 나타났다. 결과와 같이 오산천 지점과 물한천 지점이 오염정도가 큰 것으로 나타났으며, 이에 따른 상류 오염원 현장 정밀조사를 수행하였다. 조사 결과 강우발생시 상류에 위치한 농경지와 축사에서 발생하는 오염원이 하천으로 유입되고 있었으며, 여러 축사에서 배출되고 있는 유입수를 채취하여 분석한 결과 T-P 농도가 평균 0.935 mg/L로 높게 나타났다. 전국오염원조사자료(국립환경과학원, 2017) 내용을 참조하여 송야천 유역의 오염원 그룹별 비점배출부하를 산정해 오염 기여도를 분석한 결과, T-P 항목의 경우 축산계와 토지계의 비점배출부하가 전체 비점배출부하의 약 63%와 37%를 차지해 비점배출부하 기여도가 큰 것으로 나타났다. 이와 같이 송야천 유역의 경우 강우시 농경지와 축산시설에서 배출되는 오염물질이 하천 수질오염에 상당한 기여를 하고 있는 것으로 보여지며, 비점오염원 발생에 대한 대책 마련이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구 결과는 송야천 유역의 비점오염 저감 대책 수립을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권3호
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• pp.805-812
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• 2014

본 연구에서는 하상변동의 고려가 물리서식처 모의에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 수리 및 이동상 계산은 CCHE2D 모형을 이용하였으며 서식처 적합도 곡선을 사용하여 서식처 평가를 실시하였다. 적용구간은 달천 유역 괴산댐 하류 수전교에서 대수보까지 약 2.5km 구간이며, 2006년 7월 홍수기 시 실측된 유량 및 수위자료를 이용하여 이동상 모의를 수행하였다. 수치모형의 검증은 실측된 수위와의 비교를 통해 수행되었으며 하상변동의 검증은 실시 하지 않았다. 물리서식처 분석은 우점종인 성어기 피라미를 대상으로 실시하였다. 고정상과 이동상 조건에서 각각 갈수량, 저수량, 평수량, 풍수량의 유랑조건에 대한 복합서식처 적합도 지수 분포를 모의하고 가중가용면적을 산정하였다. 모의 결과, 이동상 조건에서 모의구간의 상류 및 만곡부에서 복합 서식처 적합도지수가 상승하는 결과를 확인하였다. 또한 가중가용면적은 이동상 고려 시 5.4~11.3%정도 증가하는 것을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권9호
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• pp.911-916
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• 2005

본 연구에서는 하수가 관거를 유하하면서 물리, 화학, 생물학적 반응을 통하여 오염물질이 제거되는 특성을 평가하기 위하여 실제 관거를 대상으로 상, 하류수질변화를 분석하고 관거 퇴적물의 입경변화와 오염물함유량을 평가하였다. 상류와 하류가 2.4 km 떨어진 두 지점에서 24시간 연속 채취된 시료에 대한 DOC 분석결과 상하류의 농도차이는 $-5.8{\sim}18.6\;mg/L$의 범위를 보였다. 상류측 평균 DOC농도를 기준으로 8.4%가 감소하였으며, 관거길이당 감소율은 2.3 mg/L/km, 평균체류시간에 의한 감소율은 0.093 mg/L/min으로 나타났다. SS의 경우 상류와 하류간의 수질차는 $-10.5{\sim}34.6\;mg/L$, 평균 SS 농도차는 13.3 mg/L, 상류수질을 기준으로 10.4%정도 감소하였으며 관거길이당 감소율은 5.5 mg/L/km, 평균체류시간에 의한 감소율은 0.22 mg/L/min으로 DOC에 비하여 약 2배 정도 높은 감소율을 나타내었다. 침입수/유입수를 고려하여 DOC, SS의 누적오염부하를 비교한 결과, DOC의 경우 일누적오염부하를 기준으로 상류 1,230 kg/d, 하류 1,167 kg/d으로 5.2%가 감소하였고, SS의 경우 상류 2,371kg/d, 하류는 2,186 kg/d로 7.8% 감소하였다. 이러한 결과는 하수를 처리장까지 수송하튼 관거시스템내에서 오염부하의 일부가 제거되고 있음을 보여주는 것이며, 하수처리장의 설계 및 운영시 관거를 통한 감소영향을 고려하는 것이 필요함을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.360-360
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• 2016

도시 배수 시스템에서 유입유량이 관거의 만관 상태를 초과하거나 하류 흐름 때문에 발생하는 역류의 영향을 받는다면, 관거 시설은 과부하(surcharge) 상태인 압력흐름이 된다. 중력흐름 상태에서 맨홀의 수두 손실은 일반적으로 무시되지만, 과부하 맨홀에서의 수두 손실은 중요하며, 우수 관거 시스템의 전체 손실에 상당한 부분을 차지하게 된다. 이러한 현상은 여러 개의 맨홀을 가지는 도시 배수 시스템에서 특히 중요한 사항이 된다. 따라서 관거 시설 내 맨홀에서의 수리적 에너지 손실에 대한 연구와 보다 구체적인 설치 기준의 제시가 요구되고 있는 실정이다. 특히 배수관거 시스템의 하류부에 설치되는 4방향 합류맨홀은 맨홀으로 유입되는 주 유입관과 측면 유입관의 유입흐름의 영향으로 맨홀 내의 유수교란에 의한 흐름특성이 복잡하므로 이에 따른 흐름특성의 변화를 분석하고 에너지 손실을 연구할 필요가 있다. 그러므로 우수 관거 시스템의 우수 배제 능력을 증가시켜 도심지의 침수를 방지하기 위한 관거시설의 적정 설계 기준이 필요하며, 합리적인 설계 기준을 제시하기 위하여 과부하 4방향 합류 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적, 시간적 한계를 극복하고 과부하 4방향 합류맨홀에서의 복잡한 흐름특성을 분석하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 FLUENT 6.3 모형을 선택하였다. 합류맨홀 및 접합 관거의 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 맨홀과 연결관의 합류부분에서는 사면체 격자로 구성하고 합류부분을 제외한 구간에서는 6면체 격자로 구성하였으며, 각 격자의 면은 가능한 사각형 또는 삼각형의 형태를 취하도록 하였다. 합류맨홀 모형의 벽면에는 No-Slip 경계조건을 부여하였으며, 유입부에는 속도 조건, 유출부와 맨홀의 자유수면 부분의 경계에서는 대기압 조건을 부여하였다. 수리모형 실험 결과와 비교하기 위하여 유입 관거의 유속 조건을 수리 모형실험의 조건과 동일하게 채택하여 수치모의를 수행하였다. 수치모형의 적용 결과 맨홀 내에서의 유속변화, 수심변화 및 압력변화에 대해서는 수리모형 실험 결과와 유사한 경향을 나타내고 있으며, 수치모형에 의하여 산정된 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 값과 수리모형 실험에 의하여 산정된 손실계수 값이 유사하므로 우수 관거 시스템의 4방향 합류맨홀에서의 흐름 변화 및 손실계수 예측하는 데에 있어서 FLUENT 6.3 모형은 사용 가능하리라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.68-68
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• 2016

하천의 사행 및 합류 형상은 복잡한 나선 흐름을 발생시킨다. 그 중 이차류는 사행에 의한 편수위 형성과 횡단 압력의 불균형, 그리고 수심에 따라서 변화하는 원심력에 의하여 형성된다. 이러한 흐름은 주로 3차원 모형으로 재현할 수 있으며 이에 관련된 연구는 계속 이루어졌으나 3차원 모형의 구성과 사용에는 상당한 시간 및 노력이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 이차류의 영향을 수심적분된 2차원 모형으로 구현하고자 하였으며 이를 위해 이차류 연직 분포에 대한 기존 연구를 확인하고, 이러한 연직 분포를 표현할 수 있는 경험식을 3차원 모형인 FLOW3D를 통해 모의하고 개발하였다. 3차원 모형을 다양한 사행반경을 갖는 실험 사행수로에 적용하여 사행도에 따른 민감도를 분석하고 경험식을 개발하였다. 개발된 식은 2차원 수리해석 모형인 RAMS(River Analysis and Modeling System)에 적용되었다. RAMS는 수심 적분된 2차원 천수 방정식을 지배방정식으로 사용하는 수리해석모형인 HDM-2D를 해석엔진으로 사용하며, 이차류의 영향을 반영하기 위하여 개발한 수직분포 경험식을 분산 응력항 형태로 적용하였다. 모형의 적용성 확인을 위하여 사행 실험수로 및 합류수로에 모의를 수행하였다. 사행수로 및 합류수로는 실험 경계조건과 동일한 상류 입력 유량과 하류 경계조건을 사용하여 결과를 비교하였다. 사행수로 모의 결과 유속분포의 거동이 실험수로의 사행으로 인하여 2차류 효과로 주 흐름이 바깥쪽으로 기울어짐을 일부 재현하였다. 합류수로의 경우 기존 모형에 비하여 분산 응력항이 포함된 본 모형이 실측값에 근접하였는데 이는 이차류가 발생하는 영향으로 하류에 유속편차가 줄어드는 영향을 더 정확히 묘사한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.214-214
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• 2022

감포댐은 2006년 준공하여 각종 시설 및 설비의 노후화가 진행중에 있으며, 최근 감포댐 인근 지역에서 발생한 경주지진(규모 5.8) 및 포항지진(규모 5.4)이 발생하여 지진시 시설물의 안전성에 대해 중요성이 대두되고 있었다. 이에 감포댐 안전성강화 사업을 추진하게 되었고, 주요 사업내용은 취수탑 관리교 내진보강, 댐체 심벽보강을 통한 댐체 안전성확보, 비상방류시설 개선이다. 취수탑 관리교는 교각단면의 변위연성도 및 교량받침에 의한 구조물 안전성 평가를 시행하였고, 단면강도는 모멘트-곡률해석법에서 탄성영역의 단면강도 대비 탄성지진력을 비교하여 안전성을 검토하였다. 검토결과 교량받침의 내진성능은 부족한 것으로 검토되어 유량제어형 멀티펌프와 안전잭을 이용한 변위제어 방식의 교량동시 인상공법이 가능하고 인상정밀도 ±0.5mm이내의 성능을 가진 교량인상공법 적용하여 보강을 하는 것으로 계획하였다. 댐체 심벽보강을 위해 먼저 전기비저항탐사를 수행하여 전기비저항대를 탐사하여 심벽부에서 포화대가 형성된 부위를 조사하였다. 그리고 댐 상·하류에 전극을 설치하고 전류를 발생시켜 측정 지점별 자기장을 측정을 통하여 댐체내 침투에 따른 유로 형성여부 파악을 위한 전자기장탐사를 시행하였다. 마지막으로 심벽 시추조사를 시행하여 공내수를 조사하였다. 조사결과 포화대의 위치 및 이상대가 다양한 것으로 나타났으며, 이는 불특정 지점에 연약대가 존재한다 판단하여 심벽부 보강계획을 전반적으로 적용하는 것으로 결정하였다. 비상방류시설은 최근 15년 실측자료의 홍수기(6~9월) 평균유입량을 적용하여 검토하였으며 검토결과 배제대상 높이 75%까지는 3.7일, 완전배제까지는 11.2일이 걸려 댐설계기준을 충족하는 것으로 검토되다. 다만 감포댐 비상방류시설이 하천제방과 직각방향으로 형성되어 있고, 하천의 폭이 좁아 과거 방류시에도 제방을 월류하는 것으로 조사되어 하천의 세굴을 방지하고 제방 안전성을 확보하기 위하여 비상방류시설에 감세공을 설치하고, 제방에 디플렉터 옹벽을 설치하는 것으로 계획하였다. 감세공은 2번에 걸친 감세효과로 방류시 하류바닥 및 옹벽 보호 효과가 큰 미국 USBR의 TypeVI를 적용하였으며, Flow-3D 모델링을 통하여 제방에 월류가 발생하지 않는 최적의 대안 옹벽규모를 산정하였다.

• 한국농공학회지
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• 제32권1호
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• pp.87-102
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• 1990

개방식과수로는 낮은 압력으로 다량의 용수를 수송할 수 있는 장점을 갖고 있으나 유량변동에 의한 서어징현상이 현저한 것이 단점이다. 관로내의 흐름을 안정시키기 위해서는 이 서어징의 특성이 규명되어 대규모의 서어징에 대한 대책이 강구되어야 할 것이다. 개방식관수로계의 서어징을 강성수주이론으로 계산하기 위하여 운동방정식 연속방정식가 스탠드 수조의 중간벽에 설치된 언의 월유공식등을 조합한 기초방정식이 유도되었다. 본 연구의 수치해석 모델은 가장 일반적인 4차의 Runge-Kutter 방법을 사용하였으며, 이 모델의 정당성과 프로그램의 유통성을 검증하기 위하여 수리모형실험치와 수치해석치가 비교되었다. 그 결과 관로에 공기의 혼입이 없는 경우에는 실험치와 해석치가 실용상의 지장이 없는 정도로 잘 일치되었지만, 공기의 혼입이 발생되는 경우에는 실험치가 해석치에 비해 약간 크게 나타나서 이 경우에도 서러징의 해석이 가능한 새로운 모델의 개발이 필요한 것으로 생각된다. 또한 본 강성수주 모델을 이용하여 현재 서어징 문제로 곤란을 받고 있는 일본 자하연 비파호 부근의 용수간선을 대상으로 그 서어징의 특성과 개선방법을 경계한 결과 개설 개방식관수로계의 스탠드 중 매3개소 스탠드마다 1개소 스탠드의 하류측 수조 수면적 확장하는 것이 타당성이 있는 것으로 해석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.419-424
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• 2006

대청호로 유입하는 탁수의 감시와 저수지내의 시공간분포를 예측할 수 있는 실시간 탁수감시 및 예측시스템(RTMMS)을 개발하였다. RTMMS는 탁도와 수온 등 실시간 계측자료를 데이터베이스에 저장.조회하는 실시간 감시(Realtime Monitoring), 2차원 탁수예측 수치모델의 입력자료 생성(Input Data), 탁수예측 수치모델의 수행 (W2 Run), 모의결과의 조회 및 저수지 운영 시나리오별 탁수조절 효과분석을 위한 후처리 (Post-Process) 기능을 제공한다. 시스템의 GUI 화면은 개별 기능을 탭 형식으로 제공하여 사용자가 순차적으로 자료조회와 모델수행 그리고 결과분석을 쉽게 수행할 수 있도록 설계하였다. RTMMS는 강우사상 동안 유입하천의 수온예측을 위해 대기기온, 이슬점온도, 하천유량자료를 독립변수로 이용하는 다중회귀모델(DMR)을 사용하며, 탁도 예측은 유량과 SS 부하량의 상관관계를 이용하는 탁도예측모델(QLM)을 사용한다. 저수지로 유입한 탁수의 밀도류 거동과 시공간적인 탁도분포 예측은 2차원 횡방향 평균 수리 수질해석 모형인 CE-QUAL-W2를 채택하였다. 개발된 시스템은 2004년 홍수기를 대상으로 시범적용 하였으며, 그 결과를 실측자료와 비교하여 제시하였다. RTMMS는 저수지 탁수발생 현황조회, 취수원 도달시간 및 지속기간, 밀도류와 전도현상을 고려한 시공간 분포 예측, 발전 및 수문방류, 선택취수 등 다양한 저수지운영 시나리오에 따른 상.하류 영향 분석, 용수 이용자에게 탁도 예측정보의 제공 등 탁수를 고려한 저수지운영 의사결정지원 도구로써 매우 유용하게 활용 될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.123-123
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• 2021

도시하천유역이나 복합유역 등 지역적 성향을 고려한 도달시간 산정에 관한 연구는 현재까지도 미흡한 실정이다. 소규모 유역의 홍수량을 산정할 경우 유하시간보다 유입시간 비중이 상대적으로 크다. 그러나 유하시간만을 고려하여 도달시간을 산정할 때, 소규모 유역의 경우 하도가 없고 유역면적이 5km² 내외 또는 하도의 저류 효과를 기대할 수 없는 경우 도달시간이 짧아 홍수량이 과대 산정된다. 이를 극복하고자 재해영향성평가등의 협의 실무지침에서는 도달시간 이외에 매개변수인 저류상수를 인위적으로 증가시키는 방법을 제안하고 있다. 하지만 이 방법 역시 유역의 물리적인 특성을 나타내는 변수를 왜곡한다는 근복적인 문제를 완전히 해결하지 못하였다. 이에 본 연구에서는 기존 중·대규모 하천을 대상으로 수행된 연구결과를 바탕으로 제안된 홍수 도달시간 산정방법의 한계를 극복하고, 유입시간이 지배적인 소규모 복합유역에 적용 가능한 도달시간 산정방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 실증실험을 통해 기존 유입시간 산정식을 개선하고, 도시수문 모니터링 시범유역에 적용하여 정확성을 평가하고자 하였다. 먼저, 홍수도달 시간 측정을 위한 강우유출 실내 실험장치를 제작하였다. 실험장치는 본체(길이3m×폭1.2m×높이0.8m)와 경사조절 장치(0~15도)를 포함하고 있다. 본체 전면부를 타공(ø10mm)하고 상·하단에서 지표와 기저유출을 집수하여 티핑버킷으로 유량을 측정하였고, 토체 내에는 토양수분센서를 설치하여 강우유출 발생시간 동안 토양수분 변화를 측정하였다. 본 연구에서는 하도흐름인 유하시간(Kraven 공식)을 계산하여 도달시간을 산정하기 보다 지표면 흐름인 유입시간(Kerby 공식)에 보정계수를 도입하여 도달시간을 산정하는 방안을 검토하였다. 실험 결과, 불투수 면적비율이 증가함에 따라 도달시간은 감소하고, 불투수 유역이 하류에 위치할수록 유출발생시간이 빨라졌다. 실증실험 결과를 바탕으로 도시수문 모니터링 시범유역에 적용하여 기존 유하시간과 저류상수를 보정하는 도달시간 산정방식(연속형 Kraven)과 유입시간을 보정한 도달시간 산정(수정 Kerby)으로 도출된 유출량을 실측 유량과 비교하였다. 그 결과 제안된 홍수도달시간 산정식에서 모의된 홍수량이 기존 방식과 유사하거나 우수한 첨두홍수량을 보였으며, 설계자 임의성이 배제된 일관성있는 해석값을 제시해 줄 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.26-26
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• 2020

하천수의 수심을 유지하기 위하여 설치된 콘크리트 취수보 대신 강자갈이나 쇄석을 채움재로 하는 돌망태를 사용하게 되면 토사퇴적으로 인한 건천화나 상, 하류 수생태계 단절과 같은 문제를 어느 정도 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자갈접촉산화작용에 의한 수질개선과 공사비 절감 효과 등의 장점이 있다. 그러나 돌망태는 투수성이므로 불투수성인 콘크리트 보다 저류측면에서 불리하다. 콘크리트 취수보에서의 흐름은 보 정점의 형상, 보의 폭, 높이, 그리고 월류수심에 좌우되며, 베르누이 방정식과 연속방정식에 의해 방류량 산정식을 유도하고, 유량계수와 같은 실험상수를 결정하여 방류량을 계산한다. 돌망태 취수보의 흐름은 보의 높이, 보의 길이, 보의 상류수심 외에 채움재의 형상, 입경, 배치상태가 흐름에 영향을 미친다. 따라서 콘크리트 취수보에 적용되었던 기존의 방류량 산정식을 그대로 적용할 수 없다. 돌망태 보의 통과류는 실험상수가 포함된 비선형 수두손실방정식으로 표현할 수 있다. 실험상수는 비표면적의 크기를 의미하는 채움재의 평균동수반경와 관계되며, 평균동수반경은 채움재 입자의 형상으로 부터 구할 수 있다. 따라서 실험을 통하여 채움재 입자의 형상과 크기에 따른 실험상수와 평균동수반경의 관계를 구하면 비선형 수두손실방정식으로부터 통과류의 방류량을 계산할 수 있게 된다. 본 연구는 돌망태 취수보가 대수층함양 원수 공급시설물로서 타당한가를 평가하기 위하여 수행되었다. 콘크리트 취수보의 월류량 계산은 기존의 방류량 산정식을 이용하였으며, 돌망태 취수보는 실험상수와 평균동수반경의 기존관계식을 이용하여 통과류의 방류량을 계산하였다. 이와 같이 계산된 각각의 수심-방류량 관계로 부터 수심을 비교하였다. 동일한 유량조건에서 돌망태 취수보의 상류수심은 콘크리트 취수보보다 작게 계산되었다. 상류수심은 돌망태 채움재 입자의 크기가 작을수록 증가하여, 돌망태 취수보는 채움재의 입자크기가 작을수록 저류성능이 개선됨을 알 수 있었다. 따라서 돌망태 취수보는 채움재의 입경이 작을수록 콘크리트 취수보의 저류수준에 접근할 수 있을 것으로 판단되었다.