• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.78-78
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• 2018

자동수문이란 설정된 관리수위 이하에서는 수문이 개방되지 않고, 유량이 증가하여 관리수위 이상이 되면 수문이 개방되어 관리수위까지 방류하게 되면 다시 수문이 닫히게 되어 자동으로 관리수위를 유지한다는 것을 의미한다. 이러한 연직 자동수문의 방류특성이 수동식 연직수문과 다른 점은 유량에 따라서 수문 개방고의 증감과 수문개폐가 자동으로 이루어진다는 것이다. 따라서 자동수문의 운영 중 수문개방고의 거동과 자동개폐 시점을 예측하는 것은 정밀한 수문설계를 위해 매우 중요하다. 수문 개방 시 흐름이 정지되어있다고 가정하면, 정수압 상태의 부력이론에 의한 부력수문의 개방고는 어렵지 않게 계산할 수 있다. 그러나, 흐름이 정지되어 있다가 수문의 하단으로 방류가 시작되면 수문 선단을 포함한 주변에 압력 차이로 인해 동수압 하중이 발생하게 되어 수문에 진동을 유발하고, 수문개방을 억제하는 힘이 발생하여 수문 운영에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 부력식 수문의 모형실험을 통하여 정수압 상태의 부력이론에 의한 수문 개방율과 측정에 의한 수문 개방율을 비교하였으며, 압력계수를 이용하여 이론과 측정 수문 개방고의 차이는 동적하중에 의한 효과임을 확인하였다. 모형실험에서 측정된 자료와 수치모형 ANSYS - Fluent의 사용성을 검증하였고, 부력식 수문의 형상에 따른 동적하중을 분석하였다. 수문 형상비는 0.24~1.09로 설정하였고, 분석결과 부력식 수문은 수문 개방율이 커짐에 따라 압력계수는 감소하는 경향을 보였으며, 동적하중은 증가하는 경향을 보였다. 또한, 부력식 수문의 형상비에 따라서는 형상비가 증가함에 따라 동적하중이 감소하는 관계를 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권5호
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• pp.405-415
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• 2018

연직수문의 방류량 계산에 필요한 수리학적 변수는 유량계수, 수문개방고, 상류수심이다. 자동수문의 수문개방고는 나머지 변수에도 영향을 미치기 때문에, 운영 중 수문개방고의 거동을 예측하는 것은 정밀한 수문설계를 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 부력식 연직수문 모형을 대상으로 부력이론으로 계산한 수문개방고와 실험에서 방류 중에 측정한 값과의 관계로 부터, 임의의 상류수심에서 수문개방고를 예측할 수 있는 무차원 관계식을 도출하였다. 측정값이 계산 값과 차이가 나는 것은 동수압 하중에 의한 영향임을 압력계수를 이용하여 검증하였다. 유량계수는 수문개방율과의 무차원 관계식을 도출하였다. 도출된 관계식들을 홍수추적에 적용한 결과, 수문설계 시에는 동수압 하중으로 인한 수문개방 억제 효과를 충분히 고려하여야 하는 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권8호
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• pp.675-685
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• 2004

본 연구에서는 FLOW-3D를 이용하여, 테인터수문이 설치된 표준 월류형 여수로에서 수문을 부분 개방했을 경우에 대한 월류흐름 거동을 해석하였다. 모의결과, 유량계수는 약 0.685에서 0.723의 범위를 가지는 것으로 분석되었다. 수문을 완전 개방한 경우의 월류유량을 이용하여 수문을 부분 개방한 경우의 월류유량을 효과적으로 산정 할 수 있는 방법을 제시하였다. 수문의 개방고와 개방도에 따라 여수로면과 수문에 작용하는 압력분포의 특성을 분석하였다. 일정한 수문 개방고에 대해 수문의 개방도가 감소할수록 그리고 일정한 개방도에 대해 수문의 개방고가 높을수록, 여수로면에서 부압은 크게 발생하며 수문에 작용하는 무차원 최대압력은 증가하는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.42-42
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• 2019

유량조절을 위한 자동수문은 설정된 관리수위 이하에서는 수문이 개방되지 않으며, 유량이 증가하여 관리수위 이상이 되면 수문이 개방되어 방류를 시작하여 일정 수위를 유지하는 것을 의미한다. 자동수문의 운영 중 수문의 거동과 자동 개폐 시점을 예측하는 것은 정밀한 수문 설계를 위해 매우 중요하다. 수문 하단으로 흐름이 발생하면 수문 선단을 포함한 주변에서의 압력 차이로 인한 동수압 하중이 발생하고 진동을 유발, 수문 개방을 억제하는 하향력 등의 효과로 수문 운영에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 부력식 수문의 모형실험을 통하여 정수압 상태의 부력 이론에 의한 수문 개방률과 측정에 의한 수문 개방률을 비교하였으며, 이론과 측정 수문 개방고의 차이를 하향력에 의한 효과임을 확인하였다. 부력식 수문의 하향력을 검토하기 위해 기존 이론식을 이용한 결과, 이론식은 부력식 수문에 적용하기 어려운 것으로 나타났다. 따라서, 기존 이론식을 이용하여 부력식 수문의 하향계수 산정을 위한 매개변수 관계식을 개방률을 이용하여 제시하였다. 제시된 매개변수 관계식의 결정계수는 0.721, 수정된 결졍계수는 0.690으로 나타났다. 부력식 수문의 형상비에 따른 하향력을 검토하기 위해서 수치모의를 수행하였다. 모형실험에서 측정된 자료와 수치모형 ANSYS-Fluent의 사용성을 검증하였고, 부력식 수문의 형상비를 0.24, 0.49, 0.69, 0.89, 1.09로 총 5가지로 설정하여 하향계수와 하향력을 분석하였다. 부력식 수문의 하향계수와 하향력 검토는 부력체, 스커트로 구분하여 분석을 수행하였다. 하향계수 분석결과, 하향계수는 개방률이 증가함에 따라 감소하였으며 하향계수가 부력체 부분에서는 0.465~1.542, 스커트 부분에서는 0.058~1.148의 범위로 나타났다. 하향력 분석결과, 하향력은 개방률 0.300 이하에서는 개방률이 증가함에 따라 하향력은 증가하였나 개방율 0.300 초과하면서부터 개방률이 증가함에 따라 하향력이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 부력체 부분에서는 형상비가 증가함에 따라 하향력이 감소하였으나, 스커트 부분에서는 형상비가 증가함에 따라 하향력이 증가하였다. 이는 형상비가 증가함에 따라 스커트 부분의 면적이 증가하기 때문이다. 부력식 수문의 전체적인 하향력을 계산한 결과, 부력식 수문의 하향력은 0.002~0.015 kN의 범위를 가지며 형상비가 증가함에 따라 부력식 수문에 발생하는 하향력은 증가하는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권6A호
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• pp.337-345
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• 2012

본 연구에서는 4대강 사업으로 건설중인 트러스형 리프트의 진동특성을 검토하기 위하여 모형실험이 수행된다. 경간 40 m, 높이 9 m의 트러스형 리프트게이트를 축척 1/25로 모형이론에 따라 아크릴과 납으로 모형을 제작하고, 폭 1.6 m, 길이 25 m, 높이 0.8 m의 수로에서 실험된다. 먼저 모형의 고유진동수가 측정되고 모형을 검증하기 위하여 유한요소 해석결과와 비교된다. 검증된 모형에서 상하류 수위와 문비 개방고에 따른 진동가속도 진폭이 측정된다. 또한 문비의 진동을 줄 일수 있는 하부형상을 검토하기 위하여 문비 최하부의 각도가 $20^{\circ}$, $35^{\circ}$, $50^{\circ}$인 모형을 제작하고 실험결과를 서로 비교한다. 실험 결과는 수문 조작 시 유지관리지침의 기본 자료를 제공하고, 수문의 진동특성과 진동을 줄일 수 있는 수문의 하부형상을 검토한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.286-286
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• 2021

벽골제는 전북 김제시에 위치하고 있으며 우리나라의 고대 저수지이다. 벽골제는 고대 농경사회의 대규모 토목사업으로 건설되었다. 약 2.5km의 제방이 현존하고 있다. 축조 시기는 삼국시대 서기 330년이다. 이후 통일신라 원성왕(AD.790)과 고려 현종 및 인종 때 보수되었으며 조선 태종(AD.1415)에 대대적인 보수를 하였다. 세종 2년(AD.1420)에 심한 폭우로 유실되었다. 그 후 일제강점기 1925년에 김제 간선수로로 개조함으로써 원형이 크게 훼손되었다. 벽골제는 우리나라뿐만 아니라 동아시아 고대 저수지로서 중요하다. 벽골제의 축조방식(부엽공법)과 측량기술은 일본 오사카부의 사야마이케(저수지)에 영향을 주었다. 사야마이케는 고대저수지로서 원형이 보존되어 있으며 유네스코 세계 유적으로 등재하기 위한 준비가 충실하게 진행되어 왔다. 본 연구에서는 벽골제가 고대저수지로서 가치를 인정받고 보존하기 위해 발굴되고 있다. 더불어 벽골제의 수공학적 능력 평가가 필요하다고 판단된다. 벽골제 유역을 대상으로 현재 지형과 최근이 수문자료를 이용하여 평가하였다. 발굴된 벽골제를 기준으로 유역을 설정하였다. 벽골제 유역 특성을 토대로 강우 분석을 수행하여 홍수량과 벽골제를 기준으로 수면적과 용적을 산정하였다. 벽골제에는 5개 수문이 있으며 3개는 Sluice Gate 형식(장생거, 중심거, 경장거)이고 2개의 월류형 형식(수여거, 유통거)으로 구성되어 있다. 최근에 수여거는 발굴 중이며 유통거는 미발굴 상태이다. 발굴된 수문의 규모를 토대로 수문 개방 정도에 따라, 웨어의 첨단고에 따라, 제내지의 수위를 조합하여 시나리오를 구성하였다. 시나리오에 따라서 최고수위를 산정하여 벽골제의 능력을 평가하였다. 이를 근거로 벽골제의 붕괴 원인을 추정해 보았다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권12호
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• pp.120-127
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• 2016

본 연구에서는 수문의 설치방향에 따른 최적의 설치방향을 규명하기 위하여, 모형 제작에 의한 수문 진동실험을 수행하고, 진동특성이 연구되어진다. 47.5m 원형게이트가 아크릴을 사용하여 1:31 축척으로 제작되고, 납으로 질량이 보완된다. 먼저 모형을 검증하기 위하여 모형의 고유진동수가 측정되고, 원형 수문의 유한요소 해석 값으로 부터 환산된 고유진동수와 비교된다. 모형은 1.6m 폭을 갖는 콘크리트 수로에서 정방향과 역방향 설치에 따른 각각의 실험이 이루어 졌다. 각 방향 실험에서는 수문 개방고와 상하류 수위에 따른 여러 조건에서 수직진동이 측정되어 졌다. 실험결과를 바탕으로 정뱡향과 역방향 설치에 대한 진동현상을 서로 비교 분석하였다. 정방향 모형은 수문이 많이 열렸을 때 하단부의 수평트러스 부재를 치는 뒤돌아 치는 와류에 의하여 진동이 크게 발생하였고, 작은 개방고에서 suction force에 의한 진동이 발생하였다. 그러나 역방향 모형에서는 이러한 현상이 발생하지 않는다. 마지막으로 95m 수문의 진동실험결과와 본 47.m의 실험결과를 같이 비교하여 평가하였다. 실험결과 여러 실험 조건에서 진동이 작게 측정되는 역방향 배치 모형이 더 합리적인 것으로 분석되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.101-101
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• 2011

현재 국내에서 시행되고 있는 '4대강 살리기 사업'은 하천에서 발생하는 홍수 및 가뭄재해방지를 위한 다양한 공학적 노력을 시도하고 있다. 특히 안정적인 수위 및 유량확보와 홍수방지를 위한 보(weir)가 4대강 유역에 16개 설치되고 있다. 이러한 보 구간에는 고정보와 가동보가 복합적으로 설치되고 있으며 가동보는 그 형상과 운영방식에 따라 다양한 설계방안이 적용되었다. '4대강 살리기 사업' 중 낙동강 23공구의 강정보 공사 구간에는 원호형태의 측면 형상을 갖는 라이징 섹터게이트(Rising sector gate)가 적용되었다. 라이징 섹터게이트는 구조물의 높이가 낮고 수문의 개폐장치가 수문피어 구조물 내에 설치되어 경관이 우수하며, 구조가 간단하여 비체와 수류의 안정성이 뛰어나기 때문에 4개의 공사구간에 적용되었다. 따라서 본 연구에서는 강정보의 가동보 구간 2문 중 1문을 1/100 축척으로 제작하여 가변경사 개수로에 설치하고, 홍수 빈도별 상류 유량 조건과 하류단 수위조건으로 케이스를 정하여 실험을 수행하였다. 본 실험에서 사용한 개수로 장치는 너비 0.6 m, 높이 0.8 m, 그리고 길이 15.0 m(측정가능 구간, 헤드탱크와 테일게이트 부제외)의 개수로 실험장치이다. 측부는 모두 강화유리로 되어 육안관찰 및 계측 시 용이하게 제작되었으며, 순환식 유량 공급장치를 구축하여 수로의 하부에 설치된 유량탱크로부터 계속적으로 순환하도록 설계되었다. 또한 수로 하단으로부터 상단방향으로 약 33 m 지점에 전동 유압식 Jack screw 2기가 설치되어 경사도를 조절할 수 있도록 제작되었다. 유량조절용 판넬의 제어기판에는 디지털 경사계가 설치되어 있기 때문에 보다 정확한 경사도의 조절이 가능하다. 보 모형의 총연장은 53 cm이며 폭은 45 cm이다. 섹터게이트의 게이트부분은 직경 15 cm로 설계하였다. 문주부분을 포함한 모든 모형은 아크릴로 제작하며 레이저의 주사를 방해하지 않으며 투과율을 최대로 할 수 있도록 고강도의 아크릴을 가장 얇게 하여 중공형태를 채택하였다. 실험조건은 우선 보의 운영방안에 따라 게이트의 4가지 개방도를 설정하였고, 특히 평수위조건에서는 보의 상류부에 퇴적된 퇴적물의 세척을 위한 flushing 운영개방도 포함되어 있다. 홍수시에 대한 유량조건은 2년 빈도에 해당하는 유량을 수문의 비율과 상사법칙에 따라 설정하였으며 하류단 수위조건도 동일한 조건에 대한 값을 채택하여 적용하였다. 유동장의 해석을 위해서는 비접촉식 계측방법인 PIV(Particle Image Velocimetry) 시스템을 채택하여 2차원(x-z 방향) laser sheet를 생성하고 주입된 particle에서 반사된 변위(displacement) 정보를 상호상관(cross-correlation)기법으로 유동장을 계산하였다. 또한 수리모형과 동일한 지형격자를 구축하여 3차원 CFD 프로그램인 FLOW-3D로 계산하여 결과를 비교하였다. 특히 flushing 운영방안에 대한 게이트부의 개방도를 세가지(30, 45, $60^{\circ}$)로 구분하여 모의하였고, 적절한 개방도를 제안하고자 하였다. 실험결과는 우선 4가지 운영방안에 대한 가동보 주변에서의 유속장을 파악하였고, 최대유속의 발생위치의 변화를 확인할 수 있었다. 그리고 이에 따른 보의 바닥에서 최대유속이 발생할 경우, 하상보호공 위치와 거리 등에 대해서 분석하였다. 이를 통해 가동보 운영에 따른 다양한 유속구조를 파악할 수 있게 되며 구조적 안정성 확보를 위한 검증자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 향후, 가동보 운영방안 중 수세효과(flushing effect)에 대한 효과분석을 위해 게이트부 상류구간에 적절한 입경과 비중의 퇴적물질을 설치하는 연구와 상류부에서의 유입유사농도 및 시간변화에 따른 퇴적에 관한 연구를 수행할 계획이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.685-685
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• 2012

농업용수 및 친수공간 확보, 경관 향상 등의 다양한 목적을 위한 보의 건설은 하천의 흐름을 차단하여 보를 기준으로 상 하류의 흐름특성을 변하게 하고 토사퇴적에 많은 영향을 미치게 된다. 토사의 퇴적으로 인해 하상이 상승되면 홍수시 홍수위 상승에 의한 치수적인 문제점이 발생하고 토사의 침식이나 공급차단으로 인해 하상이 저하되면 하상세굴로 인해 교각이나 수위관측소와 같은 하천시설물의 기능이 저하되며 하천부지의 변화 등 하천유역 관리에 많은 영향을 준다. 따라서 보 상 하류의 하상변동을 예측하고 분석하는 것은 하천 관리에 매우 중요하다. 본 연구에서는 공주보 건설 기간 중 공주보를 기준으로 상 하류의 하상변동 및 퇴적 토사의 입도 변화양상을 조사하기 위해 모니터링 지점을 선정하였고, 하상단면 수심측정기를 이용하여 하상의 형상 모니터링을 통해 하상변동 양상을 분석하였으며 토사시료를 채취하여 하상재료 입도분포를 분석하였다. 그 결과 공주보 상류 모니터링 지점의 하상 평균높이가 0.52m 낮아진 것으로 측정되었고, 하류 모니터링 지점 역시 하상고의 평균 높이가 0.36m 저하된 것으로 측정되었으며, 하상형상의 모습은 큰 차이를 보이지 않았다. 보의 건설로 상류측의 토사퇴적이 예상 되었으나 모니터링 시에는 수문이 개방되어 하천의 흐름이 비교적 원활하여 보 상류측에 토사의 퇴적현상이 발생하지 않은 것으로 판단된다. 또한, 하상재료를 채취하여 균등계수 및 곡률계수를 통해 입도분포를 분석한 결과 체가름시험 규정에 의해 '나쁜입도'로 분류되었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제6권4호
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• pp.24-36
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• 2003

본 연구는 무안반도 주변 연안수질의 계절별, 조석별 변동과 방조제의 수문개방시 시간에 따른 수질에 미치는 영향을 평가하였다. 주요 수질인자 중 용존산소는 하계의 대부분 정점과 추계 썰물시 저층에서 불포화상태를 나타내었지만, 다른 조사시기에서는 대부분 포화상태를 나타내었는데, 광합성에 의한 영향보다는 기후변동에 크게 영향을 받는 것으로 사료되었으나 생물성장에는 악 영향을 미치지 않는 범위였다. 화학적 산소요구량은 춘계 밀물시와 추계의 밀물과 썰물시에 표층과 저층 모두 평균 2㎎/L이상의 고농도를 나타내고 있어 해역수질환경 기준 II등급을 초과하였는데, 이것은 이 지역이 매우 낮은 Chl. a농도로 보아서 식물플랑크톤에 의한 유기물보다는 이 시기에 증가된 저층교란에 의한 부유물질과 담수유입의 영향이라 판단되었다 용존무기질소는 전 조사기간에 걸쳐 0.11~8.63㎍-at/L의 변동범위로 하계와 추계에서 다소 높고, 조석별 차는 뚜렷하지 않았으며 저층에서 놀게 나타났다. 용존무기인은 ND~2.08㎍-at/L의 변동범위를 보였으며 춘계를 제외하고는 평균 0.30㎍-at/L이상의 다소 높은 값을 보였다. N/P비는 대부분 16이하로 조사해역은 질소가 식물플랑크톤 등의 기초생산자에 대한 성장을 제한하고 있는 것으로 판단되었다. 부영양화 지수는 대부분 1이하였으나, 추계에는 밀물시 방조제 지선 주변해역에서 1이상의 부영양화 현상을 나타내었고 썰물시에는 남부해역에서 부영양화 현상을 나타내었다. 추계 강우시 방조제 수문을 약 12분 동안 개방으로 인해 담수가 방류된 후 조석류에 따라서 방조제와 지선 주변해역에서 COD, DIN, DIP 등의 농도가 1시간 내지 2시간 안에 일시적으로 급증하였으나 그 후 다시 감소하여 방류전의 농도로 회복하는 특성을 보여 주었다. 따라서 본 해역의 지속적 건강성을 위해서는 간석지 매립에 의해 조성된 방조제를 통한 방류량 및 오염부하량을 효과적으로 관리해야 하는 것으로 평가되었다.