• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.99-99
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• 2011

하천에서 위어 하류단의 세굴은 매우 중요한 현상이며 위어 형상에 따른 수리학적 흐름특성이 세굴거리 및 세굴심에도 영향을 미치므로, 적절한 하상보호공 설계를 위해 다양한 위어 하류단의 세굴 규모 및 세굴 형상을 산정하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 사다리꼴 래버린스 위어를 적용하여 일반적인 직선형 위어와 비교하였으며, 3차원 수치모의를 통해 하류단의 세굴 규모를 분석하였다. 현재 세굴 방지를 위하여 설치되는 위어 하류부 물받이 및 하상보호공의 설계 기준은 월류흐름에 의해 발생되는 하류부 세굴영향에 대한 고려가 미흡하며, 대부분 설계자료가 광정위어 및 예연 위어 형태만을 고려하고 있어 위어의 형상변화에 따른 고려 또한 부족한 실정이다. 따라서 하류부 세굴방지공의 안전하고 경제적인 설계를 위하여 위어의 형상 변화에 따른 위어 하류부 세굴 특성 분석에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서 적용한 래버린스(labyrinth) 위어는 수로 내에 설치된 횡방향 직선형 위어의 단면 형상을 변경하여 월류길이를 증가시킨 긴 마루(long crested) 위어 형태의 일종이다. 일반적으로 래버린스 위어는 월류량 증대, 수질개선 및 수심유지 효과가 필요한 수공구조물에 이용되어 하천에 적용될 경우, 관련 수공구조물의 수심 확보 측면에서 기여할 수 있는 구조물로 잘 알려져 있다. 수로폭과 유입유량을 알고 있을 경우 기존 연구자들에 의해 제시한 공식에 의해 직선형 위어의 하류단의 세굴거리와 세굴심을 산정할 수 있으며, 본 연구에서 제시한 세굴거리 비와 세굴심 비를 통해 래버린스 위어의 세굴거리 및 세굴심을 예측할 수 있었다. 분석결과 래버린스 위어의 하류단의 세굴거리는 직선형 위어에 비해 감소하고 세굴심은 증가하였으며, 총 마루길이 당 유입유량과 유입유량 조건에 따른 세굴거리 비 및 세굴심 비 변화를 통해 통수능 및 래버린스 위어의 마루길이 변화에 따른 세굴 영향범위를 조절할 수 있는 것으로 분석되었다. 추후 다양한 유량조건과 확폭비를 고려한 연구를 수행한다면 래버린스 위어의 마루길이에 따라 하상보호공 설계시 중요한 인자인 세굴거리와 세굴심을 조절할 수 있으며, 위어 형상에 따른 하류단 세굴 규모를 산정과 더불어 확장된 하상보호공 설계자료로 이용할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.660-663
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• 2008

방수로는 본류의 첨두홍수량을 분담하여 대상 지역의 홍수피해가능성을 줄이기 위해서 도입되는 구조적 홍수방어대책의 하나로 특히 도시화로 인하여 기존 하천 유역의 저류 능력이 감소하여 홍수 시 유출량이 증가함에 따라 방수로의 필요성은 점차 늘어나고 있다. 외국의 경우에는 이미 대표적인 구조적 홍수방어대책으로 활용되어 그 효과가 이미 확인되어 있다. 방수로로 분담되는 유량은 일반적으로 방수로 유입부에 설치되어 있는 횡월류위어의 월류량을 정확히 산정함으로써 알 수 있다. 따라서 방수로의 홍수방어능력을 알기위해서는 이러한 유입부 횡월류위어의 월류량을 정확히 평가하는 것이 중요하다. 횡월류위어의 형태는 여러 가지가 있지만 가장 기본적인 형태로 예연위어 형태와 광정위어 형태가 있다. 본 연구에서는 그 중에서 광정횡월류위어(broad-crested side weir)을 대상으로 실제 하도와 유사한 흐름 조건을 가지도록 상대적으로 작은 횡월류위어길이(L)와 본류 폭(B) 비(L/B)를 가지는 실험 수로를 이용하여 광정횡월류위어에 대한 실험을 수행한 후 유량 계수를 산정하여 본류 흐름 조건 및 횡월류위어 제원 변화에 따른 영향을 검토하였다. 광정횡월류위어에서의 유량계수도 기본적으로 예연횡월류위어와 동일한 방식을 이용하여 검토할 수 있으며, 동일한 주요 영향 변수를 포함하지만, 위어 폭 W가 횡월류위어의 월류 유량과 본류 유황에 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 광정횡월류위어의 특성에 따른 산정된 유량계수의 변화에 초점을 두어 분석을 수행하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1107-1112
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• 2009

수위-유량관계곡선이 있는 위어는 월류수심을 측정하여 개수로 유량을 산정할 수 있는 매우 유용한 유량 측정 도구이다. 본 연구는 폭 1m인 사다리꼴 단면 상업용 개수로에 설치된 높이 26cm인 삼각형 위어의 수위-유량관계곡선을 도출하기 위하여 수리모형실험을 실시한 것이다. 위어 수리모형은 크기를 1/5 축척으로 제작하고 유량과 수로경사를 변화시키면서 수리실험을 하였다. 기존 위어 유량산정 공식들을 이용하기 곤란하기 때문에 본 연구에서는 사다리꼴 단면 개수로의 삼각형 위어의 유량산정 공식을 정립하였다. 이 공식은 월류수심을 $h_1$과 $h_2$로 구분하였다. 월류수심이 $h_1$보다 작으면 삼각형 위어 유량산정 공식을 이용하고, 이보다 크면 사다리꼴 단면 개수로의 삼각형 위어 유량산정 공식을 이용한다. 삼각형 위어에서는 유량이 증가함에 따라 유량계수 $C_1$이 작아지는 반면에 사다리꼴 단면 개수로 삼각형 위어의 유량계수 $C_2$는 균일한 것으로 나타났다. 이는 사다리꼴 단면 개수로 삼각형 위어에서는 삼각형 위어에서 유량계수 $C_1$이 사용되었기 때문으로 판단된다. 또한 본 연구에서는 위어가 설치된 수로의 접근유속을 구하여 위어에 미치는 영향을 조사하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.1016-1020
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• 2005

횡월류위어(side weir 또는 lateral weir)는 인공수로 또는 자연하천에서 흐름방향에 평행하게 수로측면에 설치되어 에너지 소산, 수위의 안정, 일정 유량의 취수 및 분배, 초과 홍수량 전환 등의 목적으로 이용되는 수공구조물로서 댐의 여수로, off-line 저류지, 관개배수를 위한 수로. 하수도 설비 등에서 폭넓게 사용되고 있다. 지금까지의 국내외 연구는 대부분 직사각형 횡월류위어에 제한되어 수행되었으며, 삼각형 횡월류위어의 흐름특성 및 유량계수 산정에 관한 연구는 거의 없는 실정이다. 본 연구에서는 수리실험을 통하여 본류의 흐름조건과 삼각형 횡월류위어각 등을 변화시켜 유량계수를 산정$\cdot$분석하였다. 수리실험은 길이 20m, 폭 0.8m, 높이 0.9m이고 벽면이 아크릴로 된 직사각형 가변 경사 개수로 실험장치를 이용하였다. 삼각형 횡월류위어는 예연이고 위어각은 90, 120, $150^{\circ}$였으며, 본류 Froude 수는 0.45-0.56였다. 삼각형 횡월류위어의 월류량에 큰 영향을 미치는 변수인 Froude 수와 위어각 등을 고려한 유량계수 산정식을 제시하였으며, Kumar와 Pathak(1987)의 공식과 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.608-612
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• 2008

최근 들어 지구 온난화 및 이상기후 현상에 의해 전 세계적으로 국지성 호우가 빈번히 발생되어 댐과 같은 수공구조물의 월류량 증대를 위한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 외국에서는 이러한 월류량 증대를 위해 Labyrinth 위어를 이용하고 있다. 또한 labyrinth 위어는 이외에 수질개선 및 수심유지 효과가 있다. Labyrinth 위어는 평면상의 단면 형상이 직선이 아닌 위어로 정의된다. 본 연구에서는 실무에서 가장 많이 이용되고 있는 사다리꼴 labyrinth 위어의 유량특성을 분석하여 월류량 증대효과를 분석하고자 한다. labyrinth 위어의 복잡한 흐름현상을 구현하기 위해 수리모형실험을 수행하였다. 수리모형실험은 사다리꼴 labyrinth 위어의 다양한 형상을 고려하기 위해 벽체와의 사이 각($\alpha$)을 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$, $25^{\circ}$, $35^{\circ}$로 적용하였다. 또한, 수리모형실험에서 수심 변화는 전수두와 위어 높이의 비를 0.05에서 0.75범위로 수행하였다. 본 연구에서는 수리모형실험 결과를 유량비와 유량계수 곡선을 이용하여 월류량 증대효과를 분석하였다. 그 결과, 사다리꼴 labyrinth 위어의 유량비는 $\alpha$가 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈으며, 전수두 비($H_t/P$)가 증가할수록 작아지는 경향을 나타냈다. 즉, 일반 선형 위어보다 월류량 증대하는 효과가 낮은 전수두 비에서 발생하는 것으로 분석되었으며, 월류량 증대를 위한 수공구조물 설계의 기초자료로 활용이 가능할 것이다. 향후, 유량계수를 예측하는 관련 식이나 기법을 개발하여 효과적으로 labyirnth 위어의 유량을 산정할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1827-1831
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• 2009

본 연구에서는 래버린스 형태 중 비교적 연구가 거의 되어 있지 않은 직사각형 래버린스 위어의 유량특성을 분석하여 월류량 증대효과를 분석하고자 하며 직사각형 래버린스 위어의 복잡한 흐름현상을 구현하기위해 수리모형실험을 수행하였다. 수리모형실험은 직사각형 래버린스 위어의 다양한 형상을 고려하기 위해 유효길이와 위어 폭 비(L/W)의 범위를 2, 4, 6, 8, 10으로 적용하였다. 또한, 수리모형실험에서 수심 변화에 대한 범위는 전수두와 위어 높이의 비를 0.05에서 0.75범위로 수행하였다. 직사각형 래버린스에 대한 유량 특성을 유량비와 유량계수 곡선을 이용하여 월류량 증대효과를 분석하였다. 그 결과, 직사각형 래버린스 위어의 유량비는 L/W가 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈으며, 전수두 비$(H_t/P)$가 증가할수록 작아지는 경향을 나타냈다. 즉, 일반 선형 위어보다 월류량 증대하는 효과가 낮은 전수두 비에서 발생하는 것으로 분석되었으며, 월류량 증대를 위한 수공구조물 설계의 기초자료로 활용이 가능할 것이다. 향후, 유량계수를 예측하는 관련 식이나 기법을 개발하여 효과적으로 래버린스 위어의 유량을 산정할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1794-1799
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• 2008

Labyrinth 위어는 평면상의 단면 형상이 직선이 아닌 위어로 정의된다. 이러한 labyrinth 위어는 월류량 증대, 수질개선, 수심유지 효과가 필요한 수공구조물에 이용되고 있다. 특히, labyrinth 위어의 수심유지 효과는 운하 및 하천에 적용될 경우, 관련 수공구조물의 수심 확보 측면에서 기여할 수 있다. 또한, 향후 운하 및 주운에 관심이 증대되고 있어 연구 가치가 충분하다. 본 연구에서는 주로 실무에서 이용되고 있는 사다리꼴 형상의 labyrinth 위어의 접근 수심변화에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 복잡한 labyrinth 위어의 흐름현상을 고려하기 위해 수리모형실험을 실시하여 분석하였다. 수리모형실험 조건은 labyrinth 위어의 다양한 형상을 고려하기 위해 벽체와의 사이 각($\alpha$)을 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$, $15^{\circ}$, $25^{\circ}$, $35^{\circ}$로 적용하였다. 또한, 수리모형실험에서 수심 변화는 전수두와 위어 높이비를 0.05에서 0.75범위로 수행하였다. 본 연구의 실험조건에서 연구된 결과, 사다리꼴 labyrinth 위어의 수심유지 효과는 일반 선형 위어에 비해 길게 나타났으며, 수심유지효과의 범위를 제시하였다. 이러한 결과는 수심 확보가 필요한 수공구조물의 기초자료로 활용될 수 있다. 향후 연구가 더 진행된다면, 수심유지 효과를 효과적으로 예측할 수 있는 관련 식이나 기법을 개발할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.337-337
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• 2015

홍수 저감, 생태계 복원, 위락 등 다양한 목적의 충족을 위해 강변에 저류지, 즉 다목적 유수지(detention basin)를 조성하는 사례가 나타나고 있다. 하천에서 홍수의 발생으로 수위가 어떤 기준보다 높아지면, 흐름의 일부를 돌려 저류지로 보냄으로써 본류의 부담을 덜 수 있다. 이때, 흐름의 분기를 위해 설치되는 하천구조물 중 하나가 측면 위어(side weir) 또는 횡월류 위어(side discharge/overflow weir)이다. 하천의 계획과 설계에서 위어가 적용될 때, 위어에 대한 수위-유량 관계, 즉 그 형식과 제원에 적합한 유량계수(discharge coefficient)의 결정이 관건이 된다. 일반적인 위어와 달리 흐름 양상이 복잡한 측면 위어의 경우, 이론과 실제의 괴리가 아직까지 해소되지 않아 실물 또는 3차원 수치 모형을 이용한 시험으로 수위-유량 관계를 수립할 필요가 있다. 이렇게 결정된 수위-유량 관계는 1차원 또는 수심적분 2차원 모형의 내부 또는 외부 경계로 사용되며, 본류의 수위 증감에 따른 측면 위어의 횡월류량을 통해 저류지의 홍수 조절 능력을 평가할 수 있다. 이 연구에서는, 측면 위어의 수위-유량 관계가 알려지지 않더라도, 저류지에 의한 홍수 조절 효과를 평가할 수 있는 2차원 수치모의에 대해 검토하였다. 수치해법으로서 2차원 천수방정식에 대해 유한체적법을 적용하고, 흐름률(flux)의 정확한 계산을 위해 근사 Riemann 해법을 도입하였다. 먼저, 측면 위어가 없는 실험 조건에 대해 수로 내 한 측선에서 측정된 수위와 유량을 모의 결과와 비교하여 모형을 검증하였다. 이때, 경계조건으로 상류 끝에 측정 유량을, 하류 끝에 측정 수위를 부여하였으며, Manning의 조도계수를 0.014로 설정하였다. 또한, 측면 위어가 설치된 수로에 대해 계산 영역을 340개의 삼각형 격자로 분할하고 측면 위어가 없는 경우와 동일한 조건을 두어 모의하였다. 측면 위어의 하류에 위치한 측선에서 측정치에 대한 평균 제곱근(root mean square) 오차가 수위에 대해 1.9 mm, 유량에 대해 $2.2{\ell}/s$로서 그림과 같이 모의 결과는 실험의 그것과 잘 일치하였다. 이로써, 측면 위어에 대한 수위-유량 관계의 수립을 위한 실물 모형 시험 없이 수심적분 2차원 수치모의를 통해 저류지의 홍수 조절 효과를 평가할 수 있음이 확인되었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.4 no.4
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• pp.245-254
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• 2017

In this study, the flow characteristics and bed changes in the upstream and downstream of weirs with the variation of the weir angels are investigated quantitatively through the laboratory experiments. As the angle of weir increases, the effective weir length decreases. Delta is developed by the sediments inflow upstream and migrates downstream. Delta migration speed decreases as it approaches to the weir upstream, and the size is getting big. As the dimensionless weir length increases, the dimensionless wave length decreases at the downstream of the weir. However, the dimensionless bar height decreases. The dimensionless wavelength increases with the bar height downstream from the weir.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1266-1270
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• 2006

최근 도시개발이나 주택단지개발사업의 경우 토지이용의 극대화 및 경제적인 측면에서 저류지의 면적을 충분히 확보하기 어려우므로 첨두홍수량 조절방식인 하도외(off-line) 저류지가 검토되고 일부 설치되고 있으며, 증가된 홍수량을 저류지로 전환하는 방법에는 일반적으로 횡월류위어가 이용되고 있다. 현재 off-line 저류지 횡월류량 산정시 사용되고 있는 De Marchi공식의 유량계수를 0.623이라는 고정된 값을 사용하고 있으나, 횡월류위어의 유량계수는 본류 흐름 조건 및 위어의 기하학적 조건에 따라 달라지기 때문에 이에 대한 문제점을 갖고 있다. 또한 횡월류부의 적정폭이 제시되어 있지 않으므로 계획빈도 이상의 수위가 전량 저류지로 유입되는지 이에 대한 실험 및 검증이 요구된다. 본 연구에서는 수리실험을 통하여 설계빈도 이상의 초과홍수량을 전량 월류시킬 목적으로 사용되는 off-line 저류지 횡월류위어의 적정폭을 산정하고, 본류 흐름 조건 및 위어의 기하학적 조건 등을 고려한 횡월류위어의 유량계수를 산정하였다. 적정폭 산정 결과 본 실험조건에서는 횡월류 위어폭이 본류폭의 6배인 3.6m(L/B=6.0)이상일 때 모든 조건에서 위어정점부 이상의 수위에 대한 유량을 전량 월류시킬 수 있는 것으로 나타났다. L/B=6.0일 때 $Fr_u,\;W/y_u$와 $S_o$를 고려한 중회귀분석을 통해 off-line 저류지에 적합한 횡월류 위어의 유량계수식을 제안하였으며, off-line 저류지의 횡월류위어 설계시 활용할 수 있을 것으로 판단된다.