• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.159-159
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• 2011

수자원 공급의 시 공간적 편차가 큰 우리나라에서는 수자원을 이용하기 위해서 다수의 댐을 건설하고 있다. 특히, 생활수준의 향상으로 용수 수요가 급증하였기 때문에 용수가 부족한 곳에는 광역상수도 사업 등을 통하여 용수를 공급하고 있다. 댐에서 용수가 공급되기까지의 과정은 일종의 관수로 흐름으로 생각할 수 있다. 관수로 내를 흐르는 유체가 갑자기 정지하게 되면, 유체 운동 에너지의 변화가 유발되고, 그로 인해 관내에 급격한 압력의 상승이 일어나게 된다. 반대로 정지하고 있던 유체가 빠른 속도로 흐르게 되면 압력 감소가 급격하게 발생한다. 이와 같이 유체 운동 상태의 급변에 의한 압력변화와 그에 따른 압력파가 음속의 속도로 상 하류로 전파되는 현상을 수격작용(waterhammer)이라 한다. 통상적으로 수격작용은 밸브 개폐 정도가 갑자기 바뀔 때, 펌프의 급격한 기동이나 정지 시, 터빈 내 전력소요가 갑자기 바뀔 때, 댐 수위의 갑작스런 변화, 펌프 임펠러의 진동, 물 수요의 급격한 변화 등에 의해 발생하며, 수격작용은 유체의 질량과 운동량 때문에 관 벽에 큰 힘을 가하게 되어 정상적인 동수압 보다 몇 배나 큰 압력을 발생시킴으로 관 자체는 물론 펌프, 밸브, 터빈 등 관 시설물을 파손시키거나 진동, 소음 등을 야기시킴으로 대규모 건물, 공장, 발전소 등을 설계할 경우 그에 대한 적절한 대책을 강구하여야 한다. 특히 댐에 연결된 저수지 또는 조정지로부터의 도수로가 압력수로이며 그 길이가 상당히 크면 수차가 급정지했을 경우 수격작용에 의해서 압력터널 내에 과도한 압력상승이 일어난다. 이 압력상승을 방지함과 함께 발전소 부하의 증감에 따라서 수량을 공급하거나, 흡수할 목적으로 압력도수로와 수압관과의 접합부에 자유수면이 있는 수조를 설치한다. 이것을 조압수조(surge tank)라 한다(최영박, 1979). 조압수조에서 부하의 급속한 차단에 의해서 수차로 유입될 수량이 차단되면 도수로 내로 흘러 들어온 물은 관성 때문에 수조 내의 수위를 상승시키고, 수조 수위가 어느 정도 이상으로 되어 저수지 수위 보다 상승하면 수조로의 유입이 정지하고 반대로 수조에서 저수지로 역류하여 수조수위는 하강한다. 즉, 조압수조는 도수로 내에 발생한 과도한 압력을 수조 내 수면의 승강운동을 이용하여 감소시키고 원래의 안정적인 수위로 회복시킨다. 본 연구에서는 수격작용에 대한 댐 안정성을 확보하는 수단 중의 하나인 조압수조에 대해 살펴보았다. 연구대상으로 용담댐을 선정하였다. 용담댐에 대한 기존의 검토결과 수직 갱의 지름이 5m 이상이면 조압수조의 동적안정조건을 만족 시키는 것으로 조사되었다. 댐의 설계홍수위인 EL. 265.5m를 기준으로 조압수조의 안정성을 감소시키지 않는 범위 내에서 조압수조 내 격벽 설치 유 무에 따른 수조의 최적 크기를 산정하였다. 산정결과를 분석한 결과 동일 조건에서 격벽을 설치한 경우가 격벽을 설치하지 않은 경우에 비해서 조압수조의 면적이 약 21% 감소하는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제19권11호
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• pp.23-30
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• 2018

최근 지반사고 발생통계에 따르면 도심지를 중심으로 지반함몰 및 침하발생 빈도수가 매년 증가하고 있어 사회적으로 문제가 되고 있다. 이 연구는 지반공동현상 실내모형실험을 통해 지하수위 변동과 지반함몰과의 연관성을 규명하고자 하였다. 화강풍화토와 표준사를 1:1로 혼합한 후 상대다짐도 30%, 50%, 80%로 사질지반을 조성하고, 지하수위 변화에 따른 토사유출량의 변화를 비교분석하였다. 사용재료의 물리적 특성은 입도분포가 양호한 모래질로서 최대건조단위중량 $1.94kg/cm^3$, 내부마찰각 $37^{\circ}$로 조성하였다. 하단으로부터 10cm, 20cm, 30cm 높이에 지하수위를 조성한 후 유출량을 분석하였다. 실험결과 지하수위가 높을수록 유출속도가 증가하며, 시간에 따른 공동의 크기도 증가하는 것으로 나타났다. 시간에 따른 토사의 누적유출량은 35분 경과 후 최대 30kg까지 발생하였으며, 지하수 하강에 따른 토사유출로 인해 지반함몰 범위가 증가한 것을 확인하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제9권4호
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• pp.32-41
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• 2004

조석의 효과가 대수층에 미치는 해안대수층에서 지하수-지표수 상호작용에 관한 모사를 위해 수치모델링을 이용하였다. 모사에 사용한 모델은 하천경계와 해안경계가 서로 직교하며 하천은 대수층을 부분관통하고 있다. 해안경계와 하천경계에 의한 영향을 각각 살펴보고 두 경계조건에 의한 동시효과를 함께 모사하였다. 모사기간동안 해안경계에 의한 영향은 일정한 범위까지만 나타났으나, 하천경계에 의한 영향은 시간의 증가에 따라 영향범위가 넓어졌다. 하천경계와 해안경계조건이 만나는 부근에서는 해안경계에 의한 지하수위의 반복적인 상승과 하강으로 인해 두 경계조건에 의한 지하수위가 상호 상승작용을 일으키기도 하고 상호 상쇄되어 지하수위의 변화가 없는 영역이 나타나기도 한다. 따라서 이러한 하천과 해안경계조건이 상호 교차하는 주변 대수층에서의 수위를 측정하여 해안대수층에서의 수리상수를 추정하면 수리확산계수를 과대 혹은 과소평가하는 오류를 범할 수 있으므로 주의를 요한다. 하천바닥의 컨덕턴스(conductance)와 하천의 폭이 주변 대수층에 미치는 영향을 살펴보기 위해 입력인자를 변화시키며 모사한 결과, 하천폭의 증가에 의한 주변 대수층에서의 지하수위 변화는 하천바닥의 면적이 증가함에 따라 하천바닥 전체에서 대수층으로 유동하는 유량이 증가하기 때문이다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제12권3호
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• pp.10-16
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• 2007

불포화대 및 포화대에 걸쳐 존재하는 폐석더미의 수리적 특성을 조사하기 위해 물을 주입한 후 수두강하를 측정하는 순간충격시험을 실시하였다. 본 연구지역과 같이 관정이 수리적 특성이 크게 다른 두 지층에 걸쳐 설치된 경우, Bower and Rice해석 방법을 이용하여 두 대수층 각 각의 수리전도도를 산출할 수 있었으며, 하강하는 지하수위의 변곡점을 이용하여 폐석더미의 두께를 추정할 수 있었다. 갈수기 시 관정 내 낮은 지하수위 때문에 인위적인 지하수위를 형성시킨 후 순간충격시험을 실시한 결과, 그 결과는 풍수기 시험 결과와 차이가 크지 않았다. 이와 같은 순간 충격시험은 폐석적치장과 같은 곳의 수리적 특성을 파악할 수 있는 유효한 방법으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권6호
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• pp.703-712
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• 2019

본 연구에서는 수리모형실험을 통해 사이펀 여수로에 장착된 공기혼입장치(air slot)의 방류량 조절 능력을 검토하였다. 공기혼입장치의 단면 형상으로 원호 및 직사각형 형상을 채택하였으며, 개구부 면적을 조절할 수 있게 하였다. 공기혼입장치가 장착된 경우 사이펀 관 내부에 공기와 물이 혼합된 복잡한 흐름이 발생하였다. 공기혼입장치가 장착된 사이펀 여수로에서 저수지 내측 수위가 상승할 때와 하강할 때 동일한 수위에서 동일한 유량이 계측되었다. 공기혼입장치의 무차원 개구부 면적이 증가할수록 일정한 수두차 및 저수지 수위 조건에서 무차원 방류량은 감소하였다. 수리모형실험 결과는 공기혼입장치의 면적 조절을 통해 사이펀을 통한 방류량 조절이 가능함을 보여주었다.

• 자원환경지질
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• 제30권5호
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• pp.433-442
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• 1997

균열암반 이중대수층 (1대수층과 2대수층)내 지하수흐름을 모식화한 프락탈모델이 개발되었다 이때 양수정내 지하수유입은 1대수층에서만 유래한다. 본 모델은 우물저장과 우물손실을 고려할 수 있어서 양수초기의 지하수위 변화를 정확하게 파악할 수 있는 잇점이 있다. 여러 가지 유동차원에 대해서, 1대수층의 수리전도도가 2대수층보다 더 크고, 비저유율이 2대수층보다 더 낮은 경우 (case 1)와 1대수층의 수리전도도가 2대수층보다 더 작고, 비저유율이 2대수층보다 더 큰 경우 (case 1)에 대해서 표준곡선을 작성하였으며, 이들 곡선의 특성을 분석하였다. 본 모델은 양수정과 관측정의 수위하강이 서로 다른 거동을 보여주는 양수시험자료를 해석하는데 유용하게 쓰일 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제17권1호
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• pp.66-74
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• 2007

석회암 용식지역 상부에 위치한 주거지역에 대하여 지반침하 안정성을 분석하였다. 석회암지역에 분포한 공동을 조사하기 위하여 전기비저항 토모그래피, 전자탐사를 실시하였으며 지반특성을 규명하기 위하여 시추조사를 포함한 지반공학적인 조사를 실시하였다. 조사 결과를 바탕으로 공동의 형상과 지하수 조건에 대하여 지반침하 분석 및 예측을 위한 수치해석을 실시하였다. 지반침하를 일으키는 주요인은 지하수위의 하강으로 예측되었는데 이는 표토 하부의 지하수위가 감소함으로써 지반의 역학적 평형상태가 교란되고 공동이나 지표면의 침하가 발생해 표토 토양층이 유실되기 때문이다. 석회암 용식지역에서의 지반침하를 방지하기 위하여서는 천부 공동 상부의 지하수위를 지속적으로 유지시키는 것이 필수불가결한 것으로 보인다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.97-108
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• 2004

최근 들어 도서지역이나 해안지역의 제한된 수자원을 보다 효과적으로 사용하기 위하여 지하댐을 이용한 지하수자원 개발 방안이 제시되고 있다. 그러나 해안선에 인접한 지하댐의 경우 과도한 지하수 양수는 대수층의 지하수위를 저하시켜 결국 염수침입이라는 심각한 문제를 발생시키게 된다. 염수침입은 대수층의 지하수위 하강에 기인하므로 본 연구에서는 지하댐 하류에 함양정(Recharging well)을 설치하여 대수층의 지하수위를 상승시킴에 따른 염수침입 저감효과를 분석하였다. 이 방안을 쌍천유역에 적용하였으며, 이를 위해 염분의 이송ㆍ확산을 분석할 수 있는 SUTRA(Saturated-Unsaturated Transport) 수치모형을 적용하였다. 그 결과 지하댐 하류지역에 대한 함양기법이 양수정 염분 저하에 매우 효율적인 방법임이 증명되었고, 염해저감을 위한 함양정 운영시 차수벽으로부터 40∼60m거리에 함양정을 설치하고 함양률을 총 양수량의 6∼7％정도로 하여 운영을 할 때 가장 효율적으로 염해를 저감시킬 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제21권5호
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• pp.467-473
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• 2015

낙동강 하구역 조간대의 보존 및 관리를 위한 기초적 연구로, 낙동강 하구 조간대를 대상으로 지하수의 물리적 특성 및 퇴적물의 성상을 조사하였다. 조간대의 지하수위 및 지하수온의 변화는 조석에 영향을 받으며, $5,000m^3/s$ 이상의 하천수 방류는 조간대의 지하수위를 상승시킬 뿐만 아니라 지반 내 수십 cm 깊이의 지하수 염분을 감소시키는 것으로 조사되었다. 간조 시 조간대 지하수위의 하강 형태는 조간대 퇴적물의 세립질 함량에 따른 투수도 차이에 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 높은 투수도의 조간대 지반에서는 활발한 지하수 흐름에 의해 세립질의 퇴적이 감소하고 재부상이 증가하여 결과적으로는 낮은 세립질 함량의 조간대 지반을 형성하였다.

• 지질공학
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• 제25권4호
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• pp.511-524
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• 2015

본 연구는 충청북도에 위치하는 지하수로 포화된 삼성석회석광산에서 발생한 지반침하에 대한 사례연구로서, 대상 지역의 지반조사 및 지반안정성평가를 바탕으로 침하원인을 규명하고 향후 침하가능성에 관하여 검토하였다. 조사 및 안정성평가 결과에 의하면 채굴구역은 강우 유입으로 인한 전단강도 저하로 전반적으로 불안정하게 평가되었으며, 미채굴 구역의 침하발생 주요 원인은 지하수위 하강에 기인한 것으로 판단된다. 향후 침하 가능성과 관련하여, 채굴공동 천단의 암반층 두께가 얇은 구간이나 인장절리 발달이 활발한 구간이 존재하고 채굴공동 주변의 지반상태가 불량하므로 침하가 발생할 경우 침하의 영향은 주변 지반으로 확산될 가능성이 있다. 또한 연구지역 내 석회암 분포지역에서는 석회암층 내자연 용식공동의 함몰이나 양수 등 인위적 요인의 영향으로 인해 지하수위 저하나 강우침투에 의한 공동에서의 유로변화 및 수위변화가 발생할 경우 추가적인 침하가 발생할 수 있으며, 이에 대한 보강 및 관리 대책이 필요할 것으로 판단된다.