• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.65-69
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• 2015

하천에서 유사이동은 하천환경과 하천형상을 결정하는 주요 요소이므로 이를 해석하는 것은 매우 중요하다. 그러나 유사이동은 일반적으로 이상흐름 (two-phase flow)이며 난류를 동반하기에 이를 해석하기에는 쉽지 않다. 이상흐름을 해석하는 방법으로는 유사를 연속상인 유사구름(sediment cloud)으로 표현하여 해석하는 Euler-Euler 모형이 있으며 입자를 직접 추적하여 해석하는 Euler-Lagrange 모형이 있다. 본 연구에서는 유사이동 해석을 위하여 Euler-Lagrange 모형을 사용하였으며 흐름의 진동성분을 고려하기 위하여 EIM (Eddy Interaction Model)을 사용하였다. 유체의 유속은 Dou (1987)가 제시한 경험식을 사용하였고 난류운동에너지와 소산률은 Nezu and Nakagawa (1993)가 제시한 식을 사용하였다. EIM에서 입자에 발생하는 와의 영향시간(eddy interaction time)을 계산하기 위해 Gosman and Ioannides (1983)가 제시한 eddy lifetime과 eddy crossing time을 사용하였다. 유사입자는 입자의 운동량방정식을 풀어 그 거동을 추적하였으며 일정 시간 후 입자의 수를 이용하여 농도를 계산하였다. 유체에 발생하는 유속의 진동성분에 의해 입자가 부상하고 중력에 의해 흐름에 따른 일정한 농도분포 형태를 가지는 것을 확인하였다. 유사의 입자크기와 흐름에 따른 농도분포를 계산하였으며, 이를 측정치와 비교하여 EIM의 적용성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.247-247
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• 2019

수력발전 사업에 있어 Desander 구조물은 주로 고산지대 수력발전댐의 Run-of-river 형식의 발전방식에서 유사로 인한 터빈의 손상을 방지하기 위한 목적으로 설치된다. Desander의 적정 규모는 터빈의 손상을 일으킬 수 있는 유사 입경에 대해 안정적으로 침전을 시킬 수 있는 폭/길이/깊이로 평가할 수 있으며 상대적으로 Desander의 규모가 크게 설계된 경우 초기 공사비 증가하고 반대로 규모가 작게 설계된 경우 터빈의 교체 주기 단축으로 인한 유지관리비가 증가된다. 현재까지 일반적인 Desander 구조물의 설계 방식은 제거 입경의 침전 속도, 유입유량 및 깊이를 변수로 사용하여 경험식(L. Sudry method, Guicciardis method 및 Rouse method)을 통해 규모를 결정해 왔다. 하지만, 3-D 전산유체해석을 통해 유속 흐름 분석으로 직 간접적 Desander 규모의 적정성을 평가할 수 있는 현 시점에서 경험식으로부터 도출된 결과의 신뢰성과 객관성을 검증할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 노르웨이 NSTU에서 개발한 유사의 이송 및 확산해석 기능이 내장된 범용 소프트웨어인 SSIIM을 이용하였다. SSIIM(Simulation of Sediment movements In water Intakes with Multiblock)은 개수로 흐름 상태에서 유사 이동 및 하상 변동을 분석할 수 있도록 개발된 3-D 해석 프로그램이다. SSIIM은 수치해석 방법으로 유한체적법(Finite Volume Method)를 채택하였으며 Navier-Stokes equations을 통해 유체의 흐름을 해석한다. 입력 자료는 유입 유량($m^3/sec$), 유입 유사량(kg/sec), 유출부 수위 및 해당 Desander Structure grid 자료가 사용되며 해석 결과로 Desander 내 grid 별 유속, 수위, 유사 농도 변화 등을 제공한다. 본 연구에서는 SSIIM을 이용하여 제거 목표 유사 입경의 차집 효율(Trap efficiency)로 Desander의 적정 규모를 평가 할 수 있는 설계법을 제안하며 설계 단계에서 결정되는 최소 제거유사 입자와 차집 효율에 의한 Desander의 적정 규모 평가 분석을 파키스탄 A 프로젝트를 대상으로 수행하였다. 연구 성과로 (1)SSIIM을 통해 해석된 차집 효율을 기초로 Desander의 적정 규모를 계획할 경우 경험적 방식에 비해 설계의 객관성과 신뢰성을 제고할 수 있으며 (2)3-D 수치해석을 통해 grid 별 유사농도를 확인 할 수 있어 Desander 형상과 규모에 대한 평가가 가능하다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1996년도 제7회 학술강연회논문집
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• pp.55-68
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• 1996

현재 로켓. 추진연소관을 제작하는데 이용되고 있는 유동성형공정을 유한요소기법을 이용 해석을 수행하였으며 또한 기존 해석접근법과의 비교도 기술 되어 있다. 대부분의 기존 해석방법은 압출공정의 유사성에 근거하여 해석이 수행되어 왔던 반면 본 연구에서는 유동성형 공정을 연속적인 쐐기 압인과의 유사성으로 보아 해석을 수행하였다. 그 해석결과로는 유동성형시 발생되는 성형된 부분에서의 두께증가량이 예측되었다. 또한 공정후 비롯되는 격자 형태는 유사하나, 응력 등 다른 변수들의 분포가 압출공정에 근거한 해석결과와 상이하게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.234-234
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• 2018

댐 건설을 하게 되면 저수지 형성으로 인한 통수단면 증가가 발생하고 이에 따른 하천의 유속 및 난류 영향이 감소하게 된다. 이러한 영향으로 댐 상류 구간에서 발생한 유사량은 저수지에 퇴적하게 되고 유효저수량은 감소하게 된다. 저수지의 유효저수량 감소는 댐의 주요 기능인 용수공급, 수력발전 등의 기능 저하에 지대한 영향을 주게 된다. 특히 해외 수력발전 사업의 경우 하천 경사가 크고, 퇴사가 많이 발생하는 지역에 댐이 위치하고 있다. 이와 같은 문제 해결을 위한 중 장기적 퇴사거동 및 예측에 대한 연구가 필요한 상황이다. 본 연구에서는 파키스탄 Gulpur 지역에 설치 예정인 수력발전용 댐에 대한 장기간 퇴사모의를 위해 1차원 유사해석 모형인 HEC-RAS sediment module을 이용하였다. 퇴사모의에 적용한 모형의 입력 자료로는 총 52개년(1960-2011년)간 유사량 관측값과 20년간 유량측정 결과를 이용하였다. 유사해석 모의 시나리오는 유사 재질 비율변화에 따른 장기간 Deposited 모의와 댐의 Gate를 통한 유사 배제를 운영하는 Flushing 모의를 수행하였다. 유사해석 모의 결과 Deposited 시나리오의 경우는 저수지에서 퇴적된 유사는 대부분 Sand가 차지하게 된다. Sand의 포착률은 저수지가 가득 차기 이전에는 거의 100 % 포착이 되며, 저수지가 가득 차는 시기인 운영 20년 후에는 Sand를 포함한 전체 유사의 59%가 포착하게 되어 저수지가 한계에 도달한 것을 확인하였다. 또한, Flushing 시나리오의 경우는 Flushing 운영 기간의 변화에 따른 퇴사 포착 영향이 큰 것으로 분석되었으며, Gulpur 댐의 경우는 운영기간을 5일로 설정하는 것이 안정한 하상상태를 유지하는 것으로 검토되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1254-1257
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• 2007

본 연구에서는 유류-유사 분리기내에서 유체의 흐름거동을 상용 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 이용하여 해석하였다. 유류-유사 분리기는 도심지의 우수로 인한 유출발생시 동반되는 이물질을 여과시키는 기능을 가진 지하구조물이다. 우수로 인한 유출이 발생하여 유류-유사 분리기내로 흘러들어오는 유입수는 3차원적 거동을 하고 다양한 흐름특성을 갖는다. 따라서, 분리기내에서의 흐름거동을 정확히 해석하는데 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 정류판(baffle)과 유류흡착기(oil skimmer)로 구성된 유류-유사 분리기에서의 유류와 유사를 포함하고 있는 유출수의 복잡한 거동을 해석하기 위해 수치모의를 실시하였다. 유류와 유사에 대한 포착률(oil and grit trap)은 유류-유사 분리기내에서 유체의 흐름거동과 관계된다. 따라서, 본 연구에서는 유류와 유사의 포착률을 향상시키기 위한 수치모의의 기초적인 단계로서 유류-유사 분리기내에서 유류흡착기(oil skimmer)를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대한 유체의 흐름거동을 FLOW-3D를 이용하여 3차원 수치모의를 실시하였다. 수치모의를 통해 유류흡착기의 유무에 따른 유류-유사 분리기내에서의 흐름거동을 알 수 있었으며, 유류흡착기를 설치한 경우엔 유류 흡착기에 의해 여과될 수 있는 유류와 유사에 대한 각각의 포획률이 높아짐을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.249-257
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• 2005

지하구조물의 해석 방법은 크게 해석적 또는 유사정적 해석방법과 동적해석 방법의 두 종류로 나눌 수 있다. 유사정적 해석방법은 자유지반변형을 구조물에 정적인 하중으로 적용하여 구조물의 변위를 구하는 방법으로 선형탄성해석에 기초를 두고 있다. 그러나 치진 발생시 지반과 구조물 사이의 상호작용은 비선형 거동을 하여 이를 고려한 해석이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 유사정적 해석방법에 반복계산과정에 의하여 지반의 비선형성을 고려할 수 있는 간편해석방법을 소개하고, 이를 수치해석을 통한 동해석을 수행하여 비교 검증하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.49-54
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• 2009

지진동에 대한 사면의 안정성은 일반적으로 지진계수를 이용하여 지진하중을 유사정적 하중으로 단순화하여 한계평형법으로 평가된다. Transient 지진동은 지진계수를 이용하여 정적하중으로 대체된다. 하지만, 유사정적 해석결과에 절대적인 영향을 미치는 지진계수는 합리적인 물리적 근거 없이 산정된다. 또한 내진설계기준에 의거하여 산정되는 최대가속도는 사면의 진동특성을 반영한다고 볼 수 없으며, 이를 정확하게 예측하기 위해서는 2차원 동적해석을 수행해야 한다. 본 연구에서는 수정된 1차원 동적해석과 유사정적해석을 연결한 Hybrid 유사정적 해석법을 제안하였다. 기존의 해석기법은 깊이에 따라서 변이하는 가속도를 고려할 수 없기에 신뢰성 있는 사면의 안정성 예측이 어려운 실정이다. 수정된 1차원 지반응답해석은 깊이에 따른 사면 무게변화를 모델링하기 위하여 층의 밀도를 조정하였으며 위치별 진동가속도를 예측하기 위해서 다수의 해석을 수행하였다. 2차원 유한요소해석과 비교한 결과, 수정된 1차원 해석은 2차원 해석과 일치성이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 해석결과를 유사정적해석에 입력하여 깊이에 따라서 변이하는 가속도 주상도를 적용하였으며 기존의 해석방법으로 계산된 안전율과 비교하였다. 비교 결과, 계산된 안전율에는 큰 차이가 발생하는 것으로 나타났으며, 기존의 해석기법으로 안전율을 예측할 경우, 매우 비현실적인 값을 계산할 수 있다. 본 연구에서 개발된 기법은 해석의 신뢰성을 현격하게 향상시키는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1761-1764
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• 2008

본 연구에서는 상용 3차원 수치모형 코드인 FLOW-3D를 이용하여 난류모형에 따른 유류-유사 분리기 내에서 유체의 흐름거동을 해석하였다. 우수로 인해 발생한 유출수는 유류, 유사 및 쓰레기 등을 포함하고 있기 때문에 3차원적 거동을 하고 다양한 흐름특성을 갖는다. 유류-유사 분리기는 도심지의 지하구조물로서 이러한 유출수의 수질을 개선하여 하천이나 강으로 흘려보내는 기능을 갖는다. 분리기내에서의 복잡한 흐름 거동을 해석하기위해 정류판과 유류흡착기로 구성된 유류-유사분리기를 제작하여 수치모의를 실시하였다. 유류-유사분리기로 유입되는 유입수에 포함된 유사는 유체의 흐름이 분리기내에 설치되어있는 정류판을 지나면서 여과되도록 하였고 유사와 함께 유입수에 포함된 유류는 유류흡착기를 통해 여과되도록 하였다. 기존의 수리실험 결과와 수치모의를 통한 연구결과에서 유입수에 포함된 유사와 유류는 유류흡착기를 설치하였을 경우 유사와 유류의 분류활동이 더 활발하게 이루어지는 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 연구에서는 유사와 유류의 포획률을 증가시키기 위한 단계로서 유류-유사분리기에 유류흡착기를 설치하고 분리기내의 복잡한 흐름을 각각의 난류모형을 이용하여 비교분석하였다. 수치모의는 $\kappa$ - 모형과 LES(Large Eddy Simulation) 모형의 두가지 난류모형을 사용하였고, FLOW-3D를 이용하여 3차원 수치모의를 실시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.183-187
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• 2011

본 연구에서는 3차원 수리해석과 함께 유사의 이송, 침식, 퇴적 현상을 연동하여 모의할 수 있는 유한차분 수치모형인 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)를 이용하여 주운하천 구간으로 유입되는 다입경 혼합유사의 입경별 시 공간적 퇴적분포 특성을 고찰하고, 하상변동 예측에 있어서 유사의 밀도와 모델의 유한차분 격자 구조에 의한 불확실성 해석을 수행하였다. 유입 유사의 입경별 공간적 퇴적특성은 하천 하류부와 단면 확대부에서 발생하는 3차원적 수리현상과 매우 밀접한 상관성을 보였으며, 굴포천과 합류하는 주운수로 유입부에서는 대부분 입경이 큰 비점착성 유사($63{\mu}m$ 이상)인 사질(sand)입자들이 주로 퇴적되는 것으로 나타났으며, 주운하천 합류부로부터 하류구간까지는 $4\sim63{\mu}m$ 입자의 실트질(silt) 유사가 대부분 이송되어 퇴적되는 것으로 분석되었다. 점착성 유사인 $4{\mu}m$ 이하의 점토(clay)는 단면이 확대되어 유속이 매우 느린 구간이나 사수역을 중심으로 퇴적되는 것으로 나타났다. 단면 횡방향 분포특성은 굴포천과 주운하천이 합류하는 합류부 구간의 주흐름 방향 남쪽에서 흐름의 정체구간이 발생되어 퇴적이 발생하고, 단면 급확대부 양안에서 사수역이 형성되므로 퇴적이 지배적으로 발생되었다. 하상변동 예측의 불확실성 해석을 위해 유사 밀도값에 대한 민감도 분석결과, 하상변동량은 유사밀도($1.3ton/m^3\sim2.65ton/m^3$)가 감소됨에 따라 약 2배까지 증가하는 것으로 분석되어 민감도가 매우 크게 나타났다. 또한 수치격자 구조의 민감도 분석결과, 수층을 3개 층으로 분석한 결과가 단일층 분석결과보다 최대 6배의 하상변동량이 많게 산정되었다. 이는 수심방향의 유속과 부유사 농도의 불균등 분포특성이 실제 자연현상에 더 가깝게 모의되기 때문으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.302-302
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• 2015

본 연구에서는 PMP 조건하에서 농업용 목적의 시례저수지의 가상붕괴에 따른 홍수파 해석을 통해서 하류부에 대한 수리학적 분석을 실시하였다. 그리고, 사력댐으로 구성된 댐 제체의 붕괴로 인한 유사 이송을 모의하고 이로 인한 하류부에서의 영향을 분석하였다. 이를 위하여 경상남도 김해에 위치한 시례저수지 유역을 대상으로 수리 수문자료 및 하천현황을 상세히 조사하고 댐의 가상 붕괴로 인한 하류부 홍수파 해석 및 댐 본체의 유실에 따른 유사의 이송으로 인해 발생 가능한 하류부에서의 영향을 분석하였다. 시례저수지의 댐 형식은 흙댐으로써, 구성방식은 침하량이 적은 중심코아형이며 댐 높이는 34.3 m, 유역면적은 3.13 km이다. 본 연구에서는 하천에서의 흐름과 유사이송 계산이 가능한 1차원 수치 모형인 CCHE1D를 이용하였다. 적용 모형은 확산파 및 동역학적 방정식을 모두 고려한다. 또한, 비평형 이송 모형을 사용하여 유사의 발생과 퇴적을 산정하고 비균질 상태의 유사 이송을 계산 하는데 있어서 하천 단면형의 변화와 하상물질의 구성 상태, 제방침식, 수로 확폭의 과정과 함께 산정된다. CCHE1D는 하상물질의 공극률과 non-equilibrium adaptation length, mixing layer thickness 등의 여러 변수들을 현재까지 개발된 식들을 제공하며, 토사이동해석을 위한 공식은 SEDTRA 모듈, Wu et al(2000) 공식, 수정 Ackers and White(1973) 공식, 수정 Engelund and Hansen(1967)이 사용된다. 비균질 유사이송과 bed deformation, bed-material sorting은 완전연계과정(coupling)로, 유사와 흐름방정식의 계산은 반연계과정(semi coupling)을 적용하여 계산하였다.