• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.20 no.3 s.70
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• pp.24-36
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• 2006

This paper investigates wave loads of ships that suffer sinkage due to flood in a compartment caused by damage on the side of the hull. By analyzing ships with various sizesof damage opening, the influence of opening size on ship response is investigated. The motion of the damaged ship is analyzed by using the boundary element method, based on three-dimensional potential theory, considering hydrodynamic pressure in the flooded compartments. The shear forces, bending moments and torsional moments are calculated by the direct integration of the three dimensional hydrodynamic pressure on the outer and inner hulls. A RORO passenger ship with length of 174.8 m is considered in the numerical example, and results for wave loads are discussed.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.42 no.4 s.142
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• pp.379-387
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• 2005

A ship may suffer sinkage and heel due to flood in a compartment caused by damage on a deck. The motion and waveloads of the heeled ship floating in waves have been analyzed by making use of a three dimensional potential theory taking account of the hydrodynamic pressure in the flooded compartments. The shear forces and bending moments due to radiation-diffraction waves have been calculated by the direct integration of the 3-d hydrodynamic pressure on the outer and inner hulls of floating barges. The motion responses and the relative flow rate across the mean free surface of the water in the flooded compartments are also presented.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.336-336
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• 2015

일반적인 다목적댐은 홍수 발생 시 본댐으로 유입되는 부유쓰레기 및 잡목 등을 차단하기 위하여 댐 상류에 차단망을 설치하여 1차적으로 사전 방지하고, 홍수기 이후 선박으로 부유물을 수거하여 재활용, 소각 등으로 처리하는 시스템이다. 그러나 본 연구의 대상인 한탄강댐은 홍수조절용 댐으로서 수위 변화 폭이 매우 크고 정상 조건(비 홍수기)시는 대규모 홍수터가 드러나기 때문에 댐 유지관리 방법이 상이하며 한탄강 본류 구간은 하폭과 수심 등 하도의 불규칙성과 만곡부에서 유수의 흐름이 한쪽으로 쏠리는 편기 현상이 발생하는 등 복잡한 수리현상으로 인하여 부유쓰레기의 분포를 판단하기 어려운 지역이다. 따라서 본 연구에서는 부유쓰레기의 유동을 모의하기 위하여 HEC-HMS 모형과 $Vflo^{TM}$ 모형을 활용하여 본류와 지류의 빈도별 홍수량 분석을 실시하고, EFDC 3차원 동수역학 모형을 적용하여 홍수조절용지 내 부유쓰레기의 유입 경로 및 정체 구역을 분석하여 효과적인 쓰레기 처리 방안을 제시하고자 하였다. 분석 결과, 소규모 빈도 홍수(2년, 5년)의 경우 중 상류 지류의 부유쓰레기는 거의 유동하지 못하고 하도의 만곡의 영향을 받아 부분적으로 높은 밀도로 고착될 것으로 모의되며, 특히 본류와의 합류점 부근에 도달한 부유쓰레기는 유로 폭이 급확대되어 유속이 거의 없는 사수역 구간으로 변함에 따라 본류 배수위 영향으로 불규칙하게 맴돌다가 고착되는 것으로 모의되었다. 중규모 홍수(25년, 50년)의 경우, 상류부의 부유쓰레기의 분포는 소규모 홍수 시와 유사한 패턴을 보였으나 중류부에서 홍수파가 본류 하도를 월류하여 홍수터로 넓게 범람하는 지역에서는 소규모 홍수 시 본류 하도 양안에 분포하던 부유쓰레기가 홍수터 쪽으로 밀려가서 고착되는 경향을 보였다. 대규모 홍수(100년, 200년)의 경우, 댐과 인접한 분석 구간 하류부는 댐 배수위의 영향을 가장 크게 받으며 수심이 깊어 흐름이 가장 정체되는 구간으로 본류와 지류 모두 다량의 부유쓰레기가 분포할 것으로 분석되었다. 분석 구간 중류부는 홍수 규모가 증가함에 따라 넓은 홍수터로 침수범위가 급격하게 증가하며 이에 따라 부유쓰레기가 분포할 수 있는 면적이 크게 증가할 것으로 분석되었다. 또한 분석 구간 상류부는 협곡을 이루고 있어 홍수규모가 증가하더라도 침수범위와 부유쓰레기의 분포면적에 큰 변화가 없을 것으로 분석되었다. 본 연구 결과를 바탕으로 댐의 치수 문제가 발생하지 않도록 효과적으로 수거 처리 할 수 있는 부유쓰레기 적치장 및 차단 시설의 적정 설치 위치를 파악하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.245-245
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• 2022

최근 국내 기후변화에 따른 국지성 집중호우로 인한 시간당 강우량의 증가로 도로부 유출량의 증가와 배수관거에서의 내수배제 불량에 따른 도심지 내수침수 피해가 증가함에 따라 이를 해결하기 위한 우수유출저감시설이 설치되고 있다. 그러나 대단위의 지하 저류시설의 지속적인 설치는 과밀화된 도심지에서 설치 지하공간의 구조적인 한계 및 적정 설치 위치의 미확보 등의 다양한 문제가 발생하여 저류시설의 침수저감 효과에 대한 추가적이고 새로운 저류시설에 대한 연구가 필요한 실정이다. 이에 내수 침수 저감 및 배수 능력 향상을 위한 도로 배수시설과 연계된 도로 측구부 저류시스템 구축이 필요하다. 이를 위해 역류 방지 및 노면수 저류 빗물받이에 적용되는 부력식 역류차단장치를 개발하였으며, 역류차단장치의 최적 형상 개발을 위해서 기존 빗물받이 연결관과의 통수능 비교 및 분석이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 빗물받이 연결관 및 연결관 내에 역류차단장치가 적용된 역류차단 빗물받이의 흐름분석을 위해 Fluent 모형을 이용하여 3차원 수치모의를 수행하였다. 수치모의 구성으로는 전체 형상을 40×50cm의 빗물받이 유입부와 50×50cm의 빗물받이로 결정하고 격자는 빗물받이 내부의 복잡한 3차원 흐름을 모의하기 위해 1.2~2mm 크기로 생성하였다. 다상유동 해석을 위해 VOF(Volume of Fluid)방법을 적용하였고, 수치해석 방법으로는 비정상류, 난류 모형으로는 SST k-𝜔모형을 적용하였다. 해석조건으로는 김정수(2021) 등이 제시한 4차선 기준 설계빈도별(5~30년) 빗물받이 유입유량을 산정하여 빗물받이 유입조건으로 선정하였으며, 빗물받이와 연결관에서의 통수능력 분석 조건으로는 빗물받이에 기존 연결관이 부착된 조건과 연결관 내에 역류차단장치가 설치되어 역류차단장치가 개방된 조건에서의 통수능을 비교하였으며, 역류상황을 가정한 연결관에서의 통수능을 비교하기 위하여 역류차단장치의 개폐정도를 15도(통수단면 33%감소) 닫힌 상태 및 30도(통수단면 67% 감소) 닫힌 상태 조건을 대상으로 빗물받이와 연결관에서의 흐름을 모의하였다. 수치모의 결과 역류차단장치의 계폐조건에 상관없이 5년 빈도유입량 조건에서는 완전 배수가 되었으며, 개폐조건 15도에서는 10년 빈도의 유입량에서는 완전 배수가 되었으나 20년 빈도 이상의 유입량 조건에서 빗물받이 유입부로의 역류가 발생하였으며, 개폐조건 30도에서는 5년 빈도 이상 유입량 조건에서 빗물받이 유입부로 역류가 발생하는 것으로 나타났다. 특히, 30년 빈도 이상의 유입량부터는 빗물받이 연결관 내에 역류차단장치 개페조건과 관계없이 빗물받이 유입부로의 역류로 인한 도로 침수가 발생하기 때문에 유휴공간인 도로 측구부를 저류공간으로 활용할 수 있는 도로 측구부 저류시스템의 구축은 필수적이라고 판단되며, 유량 조건에 따른 빗물받이 내부 와 흐름과 유출부에서의 유속 변화 특성을 확인하였다. 그러므로 측구 저류조 개발 형상과 연결한 3차원 흐름의 구현 및 분석에 Fluent 모형의 적용이 가능하다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.147-147
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• 2017

본 연구에서는 2003년 태풍 'MAEMI'에 의해 피해를 가장 많이 입은 경남 마산시를 중심으로 폭풍해일 범람도를 작성하였다. 해양과 하천 하류부가 만나는 마산시에서는 해일, 조석, 하천을 동시에 고려해야 하므로 이에 대한 단계적 적용을 통해 범람 중첩효과를 검토하였다. 본 연구에 사용된 수치모델은 네덜란드 Deltares사에서 개발한 준3차원 해수유동 모델 Delft3D이다. Delft3D는 폭풍해일 이외 지진해일, 부유물 이송, 오염물 확산 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 파랑, 조석력, 바람에 의한 전단력, 온도, 염도에 의한 밀도류, 대기압 변화, 조간대 모의 등 다양한 영향을 고려할 수 있다. 수치모의시 모델의 안정성과 효율성을 높이기 위해 다중격자기법을 사용(최소 25m 격자)하였으며, 수심 자료는 국토지리정보원 수치지도와 국립해양조사원 수치해도의 수평 수직적 통합을 통해 구성하였다. 태풍 'MAEMI'의 Best Track은 기상청에서 제공하는 3시간 간격의 중심기압, 풍속, 중심위치를 Holland's Model에 적용하여 계산하였다. 조석효과를 고려하기 위해 개방경계에서 TPXO 7.2를 사용한 분조값을 입력하였다. 또한 하천의 흐름을 효과적으로 구현하기 위해 하천 단면에서의 동적 수위경계조건(또는 유량경계조건)을 추가적으로 부여하였다. 수치해석결과, 마산 수위 관측소에서 관측된 태풍 'MAEMI'의 해일고와 유사한 결과가 산출되었다. 범람역 해석결과는 해일, 조석, 하천을 동시적으로 고려하였을 경우에 실제 침수흔적도인 마산시재해침수지도와 가장 유사한 결과를 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.234-234
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• 2022

도로에서의 우수를 원활하게 처리하기 위해서 빗물받이 및 연결관 등의 노면 배수시설이 설치되고 있으며, 노면 배수는 측구부를 통해 흘러 빗물받이 유입부로 차집되고 연결관을 통해 하수관거로 배수된다. 그러나 최근 국내 기상패턴의 변화로 국지성 집중호우와 같이 시간당 강우량 증가로 도로부와 저지대에서 배수시설의 배수불량에 따른 도심지 내수침수 피해가 발생하고 있다. 이에 정부에서는 다양한 우수관거 개선사업, 빗물펌프장, 지하저류조와 같은 방재시설을 설치하고 있으나 우수유출저감시설은 대규모 예산이 소요되고 실제 침수지역에 피해 저감효과에 대한 효용성 문제에 대한 제기뿐만 아니라 과밀화된 도심지에서는 지하공간 활용에 한계가 있는 실정이므로 도심지의 다양한 공간을 활용한 도시 배수 및 저류시설에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 유휴 공간인 도로 측구부 공간을 활용하여 도로 노면수를 저류 및 지체할 수 있는 노면수 측구 저류시설의 개념을 제시하고 측구저류조의 활용성을 판단하기 위하여 빗물받이 유입구, 빗물받이, 측구 저류조 및 빗물받이와 측구저류조 연결부에서의 노면수 유입, 유출 및 저류 등의 다양한 흐름 변화를 확인하기 위하여 Fluent 모형의 적용성을 분석하였다. 수치모의 전체 형상은 50x50cm 크기의 빗물받이를 기준으로 양쪽에 2m 길이의 측구 저류조를 원형관으로 연결하여 1/5 축소모형으로 구성하고 격자는 빗물받이 유입부, 빗물받이 및 측구 저류조 내부의 복잡한 3차원 흐름을 모의하기 위해 사면체와 육면체로 조밀하게 생성하였다. 다상유동해석을 위해 VOF(Volume of Fluid)방법을 적용하였고, 수치해석 방법으로는 비정상류, 난류 모형으로는 SST k-ω모형을 적용하였다. 수치모의 조건으로는 설계빈도별(5~30년) 우수유출량을 산정하여 유입 유량별 기존 빗물받이 유입부에서의 유입흐름, 빗물받이 내부에서의 와 발생흐름, 측구 저류조 및 연결관에서의 흐름을 구현하여 분석하였다. 수치모의 결과 빗물받이 유입부에서 연결관을 통한 측구 저류조로 유입되는 유입흐름과 빗물받이 하단부의 배수관을 통해 유출되는 흐름을 정상적으로 구현하였으며, 빗물받이 유입부 및 측구 저류조 연결관에서의 유속변화도 확인할 수 있었다. 또한 빗물받이와 측구 저류조에서 다양한 흐름을 구현하기 위한 Flunet 모형의 적용성을 검토하였으며, 향후 수리실험을 통하여 실제 흐름과의 매개변수 최적화 및 다양한 도로 조건의 변화를 고려한 수치모의 분석을 통하여 지속적인 모형의 검증이 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.42 no.6
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• pp.459-468
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• 2018

Deep-sea fishing vessel No. 501 Oryong was fully flooded through its openings and sank to the bottom of the Bering Sea. The tragic accident was attributed to rough sea weather after a fishing operation in the Bering Sea, and led to the death or loss of many crewmen. In this study, the ship stability calculation was carried out using KST-SHIP (ship calculation system of KST), considering the free surface effect and fish catch arrangement according to the progress of its sinking accident, and stability after flooding was analyzed. The calculation results obtained using KST-SHIP were verified by comparing them to intact stability calculation sheet of the accident ship under the full load departure condition, and intact stability according to displacement from the departure of accident ship up to the moment of the accident was calculated and analyzed. The stability after flooding was also calculated and analyzed according to the progress during its sinking accident.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.174-174
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• 2015

국내의 국지성 집중호우와 같은 기후변화와 토지피복율 증가 등 복합적인 원인으로 인한 표면 유출수의 증가로 도시에서의 내수침수가 매년 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 도심지 돌발홍수로 인한 피해에 대한 구조적인 대책으로 지하방수로가 효과적인 방안으로 대두되고 있으며, 현재 신월빗물저류배수시설이 설계단계에 있다. 그러나 미국, 일본 등의 국외의 기설치된 지하방수로에서 발생되는 Geyser 현상으로 인한 피해에 대한 연구는 국외에 비해 미비한 편이므로, 선행적으로 Geyser에 대한 물리기반의 동수역학적인 이해가 필요한 실정이다. Geyser는 홍수 시 급격한 유량의 유입으로 단파가 발생하여 지하방수로 내 공기의 압축이 발생하고 수직관을 통해 공기가 물과 함께 지상으로 분출되면서 발생된다. 따라서 공기와 물의 혼합 유동을 모의해야 하며 동시에 단파의 불연속성을 모의하기 위해서는 기존의 상용프로그램으로는 다소 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 지하방수로의 Geyser 현상의 발생 예측을 위해 1차원 Saint-Venant 방정식을 지배방정식으로 선정하였으며, 단파 발생을 수치적으로 안정적으로 모의하기 위해 Roe Approximate Riemann 수치기법을 사용하였다. 또한 공기의 압력항을 고려하기 위해서 수정된 형태의 Preissmann slot 모형을 적용하였다. Geyser 현상의 영향인자로서 지하방수로 수평관의 직경, 마찰계수, 바닥경사, 초기수위, 유입유량을 고려하였으며 상류에서 유입되는 유량에 의한 하류에서의 동수역학적 거동을 분석하였다. 5개의 영향인자의 변화에 따른 단파의 유입속도 및 공기부 압력의 변화를 관찰하여 Geyser 현상에 대한 동수역학적 검토를 수행하였다. 추후 본 연구결과를 적절히 활용한다면 지하방수로의 사용 안정성을 확보하고, 홍수발생 시 모니터링 인자도출에 도움이 될 것으로 예상된다.