• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.510-514
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• 2008

우수 관거 시스템에서 맨홀의 설치 시 연결관 내부와 맨홀의 내부는 여러 가지 수리학적 조건이 다르므로 수두손실의 발생이 필연적일 수밖에 없다. 현재 계획 또는 설계단계에서 수행되고 있는 관거 시설의 수리계산에는 연결관 내에서의 마찰손실만을 고려하여 설계를 수행하고 있으며, 맨홀에서의 수두 손실은 거의 대부분 고려되지 않고 있다. 단지 맨홀에서의 수두손실을 저감하기 위하여 하수도시설기준(환경부, 2005)상의 단차 및 인버트 규정만 있을 뿐, 우수 관거 설계에 직접적으로 필요한 적절한 맨홀의 손실계수가 제시되지 않고 있는 실정이다. 국외에서는 축소 수리 모형을 이용한 실험과 수치해석 기법 등을 이용하여 맨홀에서의 손실계수를 산정하는 연구가 꾸준히 진행되어 왔으나 국내에서는 맨홀의 손실계수 산정에 관한 연구가 미흡한 실정이며, 더욱이 맨홀에서의 손실계수 산정을 위한 상사성 적용에 관한 연구는 전무한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 맨홀의 축척 변화에 따른 손실계수의 변화를 분석하기 위하여 하수도시설기준(환경부, 2005)의 특 1호(사각형) 맨홀을 각각 1/2과 1/5로 축소 제작하고, 수리실험 장치를 제작하였다. Froude 상사 법칙을 적용하여 1/2의 축소 모형의 실험 조건을 1/5 축소 모형의 값으로 환산하였으며, 각 축소 모형에 대한 수리 실험을 실시하였다. 과부하된 맨홀의 손실계수를 예측하는데 Froude 상사법칙의 사용 가능성을 확인 하였으며, 1/2 축소 모형과 1/5 축소 모형에서 산정된 손실계수 값이 0.45로 일치하고 있으므로 우수 관거 시스템의 맨홀 설계 시, 축소 수리 모형실험에서 산정된 손실계수의 직접적인 적용이 가능하다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.537-541
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• 2007

관거시설의 맨홀에서 수두손실이 과대해지면 관거의 통수능력이 저하되어 배수구역의 침수피해가 발생되고, 우수의 분출 시 맨홀 뚜껑이 유실되어 인명사고를 유발할 수도 있다. 특히 1990년대부터 국지성 집중호우에 의한 도심지역의 침수피해가 빈번히 발생하고 있는 현실을 감안할 때, 관거시설 내 맨홀에서의 수리적 에너지 손실에 대한 연구와 보다 구체적인 설계 기준의 제시가 요구되고 있는 실정이다. 이러한 점을 고려할 때, 도시지역의 우수관거 시스템의 우수 배제 능력을 증가시켜 도심지의 침수를 방지하기 위한 관거시설의 적정 설계 기준이 필요하며, 합리적인 설계 기준을 제시하기 위하여 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 그러므로 본 연구에서는 일반적으로 설치되어 있는 직사각형 맨홀의 현장조사와 설계기준을 조사하여 수리 실험 장치를 제작하였다. 선정된 실험조건인 맨홀의 내부형상 변화와 하수도 시설기준상의 맨홀 내의 단차규정에 따른 수리실험을 실시하여 맨홀 내부의 흐름특성의 변화와 에너지 손실에 대하여 분석하였다. 또한 실험조건 변화에 따른 수두 손실계수를 산정하여 직사각형 맨홀 내부의 에너지 손실을 감소시키기 위한 방안을 제시하였다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2009.05a
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• pp.855-858
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• 2009

우리나라 농어촌 지역은 경제 발전과 함께 식생활의 개선 및 주택 개량, 수세식 화장실 보급 확대등으로 생활 오수 발생량이 크게 늘고 있는 실정이다. 이에 1994년부터 정부는 하수도법에 의한 수질개선 대책 사업등으로 마을 하수도 사업이 진행되어 왔으나, 현재 몇몇 농어촌 지역의 마을하수도 시설의 노후화 및 처리용량 부적합 등으로 현재 질소, 인의 처리효율이 방류수 수질기준에 적합하지 못하여 주변 수역의 수질개선을 위한 고도처리개선이 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구는 소규모 마을하수도처리시설에 적용하고자 하는 고도처리개선공정을 GPS-X(General Purpose Simulator) 시뮬레이션으로 계획수질을 추정하여 대상시설에 적합한 고도처리개선공정을 설계하였다. 측정결과, 각 반응조별 시뮬레이션에서 혐기조, 무산소조, SBR1, SBR2 모두 일정한 처리형태를 보였으며, 시뮬레이션을 통한 유출수 예측결과, SS의 경우 97.3%, BOD 97.5%, TCOD 87.3%, TP 81.1%, TN 74.5%의 제거효율을 보여, 안정적인 고도처리효과를 나타내는 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.486-486
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• 2023

하수처리장 내 생물반응조에서는 유기물을 제거하거나 질산화(Nitrification) 반응을 일으키기 위하여 산소를 요구하고 있으며, 필요한 산소는 송풍기 운영을 통해 공급하고 있는 상황이다. 질산화 반응을 일으키기 위해서 처리장 내 일정 이상의 산소가 수중에 공급되어야 한다. 생물반응조내 용존산소가 부족할 경우 활성슬러지의 침전성이 저해되어 오염물질 저감 효율이 떨어지게 되며, 과도한 산소가 공급되어도 수처리의 효율은 개선되지 않으며 반응에 사용되지 않은 산소들은 대기중으로 방출된다. 또한 유입수질에 따라 실시간으로 반응조 내 필요한 산소는 달라지게 되므로 유입수질에 맞는 효율적인 하수처리장 운영이 요구되고 있다. 하수처리장 내 적절한 산소를 공급하기 위하여 많은 연구들이 활발하게 진행되어 왔으나 실제생물학적 처리시 요구되는 산소의 양을 산정할 수 있는 한계점을 지니고 있으며, 하수 성분, 용량과 같은 환경에 따라 차이를 보이고 있어 범용적으로 사용하기에는 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 적용 한계점을 극복하기 위하여 하수도 설계 시 사용되어지고 있는 하수도 시설기준의 산소요구량 및 공기공급량 산정식을 통하여 유입수질에 따라 실제 하수처리장에 필요한 산소요구량 & 공기공급량을 산정하는 시스템을 개발하고자 하였다. 하수도 설계기준의 여러 가지 수식을 실제 하수처리장 내 필요한 요소로 변환시켜 범용적으로 사용가능한 시스템을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 하수처리장 송풍량 산정 시스템 적용에 따른 송풍량 절감 효율을 비교분석하기 위하여 2021년 A하수처리장의 4월 월간 데이터를 활용하여 하수처리장에서 필요한 송풍량을 산정하여 실제 사용된 송풍량과 비교 분석하여 송풍량 절감 효율을 분석하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 실제 하수처리장 내 송풍량 산정 시스템을 도입하게 된다면 운전자 경험에 의존하고 있는 수동적인 제어 방식에서 벗어나 자율 제어를 통한 효율적인 하수처리장을 운영할 수 있어 송풍량 절감 및 탄소중립에도 이바지 할 수 있을 것이라고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.465-465
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• 2016

관거시설은 관거, 맨홀(manhole), 우수토실, 물받이, 연결관, 침투시설, 저류시설, 펌프장 등을 포함하는 시설들로 구성되어 있다. 여기서 맨홀은 배수시설의 유지와 관리를 위하여 일정거리마다 설치되고 있으며, 관거의 기점, 방향, 경사 및 관경이 변하는 곳, 단차가 발생하는 곳, 관거가 합류하는 곳에는 반드시 설치한다(환경부, 2011). 그러나 하수도시설기준(환경부, 2011)에서 합류맨홀의 설치에 관한 사항은 T형 합류맨홀에 관한 개략적인 표만 제시되어 있을 뿐, 4방향 합류맨홀에 대한 구체적인 설치 기준이 제시되어 있지 않은 실정이다. 또한 에너지 손실의 저감 및 배수능력을 증대시키기 위하여 맨홀내 설치되는 인버트는 미국의 형태 및 기준을 그대로 적용하고 있으므로 관거시설의 시설의 합리적인 설계기준을 제시하기 위하여 인버트가 설치된 4방향 합류맨홀에서의 흐름특성 및 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 인버트가 설치된 4방향 합류맨홀 손실계수 산정 및 흐름특성을 분석하기 위하여 문헌조사 및 현장조사를 실시하여 수리실험 장치를 제작하였다. 실험에 사용된 맨홀은 하수도시설기준(환경부, 2011)의 표준 1호 맨홀을 1/5로 축소하였고, 인버트는 설치되지 않은 조건(CASE A), 반원형 인버트(CASE B), U형 인버트(CASE C)를 각각 실험하였으며, 실험유량으로 총 유출량 (Qout)은 $2{\sim}5{\ell}/sec$, 총 유출량에 대한 측면 유입량($Q_{Lat}$)의 비($Q_{Lat}/Q_{out}$)는 0~1 조건으로 변화시키면서 흐름특성 및 손실계수를 산정하였다. 실험결과 측면유량비가 증가함에 따라 CASE B와 CASE C는 CASE A보다 맨홀 내 수심이 약 3~7%정도 증가되는 경향을 나타내고 있었으며, 측면유량비의 증가에 따른 손실계수 산정 결과, CASE B는 CASE A 보다 약 30%정도 손실계수가 증가하였으며, CASE C는 CASE A보다 약 35%정도 손실계수가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 기존에 사용되고 있는 인버트의 형상이 4방향 합류맨홀에서의 손실 저감 및 배수능력을 증대시키기 보다는 오히려 맨홀 내 통수능력을 저하시켜 4방향 합류맨홀에서의 배수능력을 저감시키는 것으로 분석되었다. 그러므로 기 사용되는 인버트의 개선이 필요하며 관거시설의 배수능력을 증대하기 위하여 지속적인 연구를 통한 개선된 인버트의 형상 제시가 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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• 2009.09a
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• pp.1236-1245
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• 2009

공동구는 도시생활을 영위하는 데 필요한 전기, 가스, 상 하수도, 전화, 통신 등의 공공시설물을 지하매설물 형태로 설치하여 시민들의 일상생활 및 사회 경제활동의 편의성을 제공하고 안전하고 안락한 도시환경을 유지시키며, 효율적인 도시운영이 가능케 하는 공공시설물이다. 그러나, 최근 들어 여의도 공동구 화재(2000년), 여수 공동구 침수(2003년), 구리시 전력구 화재(2006)등과 같이 공동구 및 전력구에서의 화재, 혹은 침수 등에 의해 재해가 발생하여 이로 인한 국가적 경제적, 사회적 손실이 늘어가고 있다. 하지만 국내에서는 공동구내 설비를 화재 및 재해로부터 보호하기 위한 법적 장치가 미비한 실정이며, 현재 운영되고 있는 공동구의 관리 또한 시설관리공단이나 위탁관리기관 등으로 분산되어 있어 일정한 시설물 설치기준이나 유지관리제도가 정립되지 못하여 효율적인 운영이 이루어지지 않다고 판단된다. 본 연구에서는 근래 국내에서 발생한 공동구 재해사례와 공동구 관련 법규를 검토 분석하였으며, 다양화되어 가는 공동구 수용시설 조건에 부합하고 체계적이고 효율적인 공동구의 시공을 위한 공동구 건설기준 제정방안을 도출하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1200-1204
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• 2007

최근 도시화가 진행됨에 따라 경작지, 녹지대 등의 우수저류기능이 건물이나 포장에 의해 감소하게 되어 하수관거나 하천으로 유입되는 홍수유출량이 증가하고, 홍수도달시간은 단축됨에 따라 첨두유출량도 빠르게 증가되고 있다. 일반적으로 도시유역의 홍수배제를 위한 시설중의 하나인 우수배제펌프장 설계시 우수유출량 산정에 있어서 $\ulcorner$하수도 시설기준$\lrcorner$에 제시되어 있는 합리식에 근거하여 산정하고 있다. 펌프장 설계시 합리식에 근거한 유입량 산정결과 일반적으로 과대한 결과가 도출되어 이에 대한 개선이 요구되고 있으나 아직 진부한 실정이다. 이러한 문제점을 조금이나 개선하고자 기존의 방법을 개선 유출계수(C) 대신 GIS를 이용한 유출곡선지수(CN)를 이용 유효강우량을 산정한 후, 이를 유역에 적용하여 유출에 기여하는 홍수량을 산정 기존 방법과의 비교 검토를 수행한 결과 CN을 이용한 유효강우량에 의한 유출이 C를 이용한 유출보다 첨두유출량이 작게 산정되었다. 유역의 특성을 현실적으로 반영한 결과 기존 합리식에 의거 도시지역펌프장의 설계시 보다 합리적이며 경제적인 것으로 판단되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.333-333
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• 2012

본 연구는 각종 수공구조물의 수문학적 설계기준으로 사용되고 있는 확률강우량을 전국에 걸쳐 산정하고, 그에 따른 확률강우량도를 작성함으로써 이를 토대로 우리나라의 각종 수공구조물 설계시 적합한 계획강우량을 채택할 수 있도록 하고자한다. 현재 일반적으로 제방, 하천횡단구조물 등 하천시설물과 도로의 암거 및 측구, 하수도 등 소형구조물 설계시 한국확률강우량도(건설교통부, 2000)를 활용하고 있다. 최근 기후변화로 인한 집중호우가 빈발함에 따라 증가된 홍수량을 감안하지 않고 기존 확률강우량도 만을 활용하는 경우 과소 설계의 우려가 있다. 본 연구에서는 수집된 강우자료를 이용하여 자료 년에 따른 지속기간별 시계열 자료를 구축한 후, 분석 검토된 강우자료를 바탕으로 확률강우량 산정 지점을 결정하고, 이에 포함된 지점에 대하여 지속기간별 자료연한에 따른 임의시간 시계열 자료를 구축하였다. 수집된 임의시간 강우량 자료를 강우지속기간별로 연최대치 계열을 작성하여 강우량 자료를 검정하고, 지점별로 조사 정리된 사상별 강우자료의 통계적인 특성치를 분석하여 자료의 일관성과 지점간의 동질성 등을 검토하였다. 자료특성에 따라서 빈도 해석을 위한 최적확률분포형을 결정한 후, 지점별 강우지속기간별로 확률강우량을 산정하여 기존의 확률강우량도를 개선 및 보완하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.180-180
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• 2011

도시지역에서 빗물은 대부분 도로를 통해 이동하고 배수된다. 도로의 배수시설은 도로면의 안전을 확보하기 위한 목적뿐만 아니라 도로 이외의 지역에 흐르는 유출수의 배수를 위한 기능도 포함하고 있다. 그러나 도로변에 설치되어 있는 빗물받이 등과 같은 하수도 시설을 통해 빗물이 원활하게 배수되지 않으면 노면수가 정체되고, 이 노면수가 인근 주택가로 유입되어 침수를 피해를 가중시키는 경우도 있다. 빗물받이 설계 시 설계빈도를 차집능력에 상위하는 충분한 여유를 두고 설치하더라도 빗물받이가 도시지역에서 발생하는 유송토사, 쓰레기, 낙엽 및 담배꽁초 등에 의하여 막히게 되면 유입구의 순 면적이 감소하게 되어 빗물받이가 제 기능을 다하지 못하는 경우 또한 발생하고 있다. 이렇게 빗물받이로 유입되는 부유잡물들은 퇴적되어, 우수관로 내에서 썩어 수질을 악화시키거나 악취의 원인이 되기도 한다. 본 연구에서는 빗물받이의 이 같은 문제점을 개선할 수 있는 비노출 배수로의 배수효율을 수리실험을 통해 검토하였다. 도로의 측면에 비노출 배수로를 설치하였을 경우 도로위에 수심이 거의 발생하지 않으면서 배출할 수 있는 최대 유량은 1.67 l/s였고, 서울시를 기준으로 설계빈도 10년에 대하여 본 연구의 실험도로 규격에서의 유출량이 1.09 l/s임을 고려할 때 10년 빈도 강우강도 발생 시 비노출 배수로가 충분한 여유를 가지고 배수 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험도로의 규격에서 1.67 l/s의 유출량이 발생하기 위한 강우강도는 서울시를 기준으로 100년 빈도에 상응하는 강우강도로 비노출 배수로에 막힘이 없는 경우 100년 빈도의 강우시에도 노면수 배출이 가능하였다. 쓰레기와 모래와 같은 부유잡물이 배수로를 막고 있다 하더라고 배수효율 저하는 크게 발생하지 않았다. 그러나 흙탕물이 유입되는 경우 흙탕물이 배수로의 공극을 차단하는 현상이 나타났고 이는 도로위의 수심은 증가시켰다. 흙탕물이 유입된 후 배출가능 유량을 강우강도와 빈도를 환산한 결과 서울시를 기준으로 6.8년에 상응하였다. 따라서 흙탕물 유입가능성이 높은 도로에 비노출 배수로를 설치하게 되는 경우 배수로의 효율이 낮아지는 것에 대한 대책이 필요하고, 철저한 관리가 요구된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 비노출 배수로의 채움재를 개선하고 동일실험 수행을 계획 중이며, 비점오염물의 제거효율 또한 검토할 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.375-375
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• 2015

최근 도시화에 따른 도로구역의 증가는 도심지의 불투수면적의 확대 및 도로의 수로화를 야기하여 집중호우 발생 시 노면 및 저지대의 침수를 가중시키고 있으며, 이로 인한 인명피해 및 재산 피해는 점차 증가하는 추세이다. 이에 기후변화에 따른 강우량의 변화 및 국지성 집중호우 등을 고려하고 도심지 침수 방지 및 방재성능 강화를 위하여 과거에 간선 10년, 지선 5년에서 간선 30년, 지선 10년으로 관거의 설계빈도가 상향조정 되었다. 도심지의 도로 및 유역 유출량의 배수에 상당한 영향을 미치는 빗물받이 및 빗물받이 유입구는 도심지의 방재성능강화 목적에 맞는 설계가 이루어져야 하나 현재 국내의 빗물받이 설치기준은 하수도시설기준(2009, 환경부)에서 '빗물받이 크기별, 도로 차선별 적정 빗물받이 설치간격' 으로 설계빈도 5년을 반영하여 제시된 설치기준이므로 이에 대한 수정 및 개정이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 관거시설의 설계빈도 상향을 고려한 도로 빗물받이의 유입량 산정을 위해 빗물받이 유입구 크기별 유입량을 도로의 차선, 종경사, 측구 횡경사 및 설계빈도의 변화를 고려하여 도로에서의 유출량을 산정하였으며, Froude 상사법칙을 이용하여 수리실험모형을 제작하여 실험을 실시하였다. 빗물받이 제원은 현재 대부분의 국도에 설치되는 크기인 $40{\times}50cm$, $40{\times}100cm$ 및 $40{\times}150cm$를 축소 제작하였다. 측구의 유량은 도로의 차선(2~4차선), 경사(도로 종경사 2~10%, 측구 횡경사 2~10%) 및 설계빈도(최대 30년)을 고려하였다. 실험 결과 측구의 횡경사가 커질수록 빗물받이로 유입되는 유량은 증가하였으며, 빗물받이 유입부의 길이가 증가함에 따라 유입부 측면부를 통한 횡유입량을 증가시켜 빗물받이 유입부의 차집율을 증가시켰다. 또한, 도로의 조건 변화 및 유입량의 변화에 따라서 흐름폭이 감소할수록 차집율이 증가하였다. 수리실험결과를 토대로 도로의 조건변화(차선, 도로 종경사, 측구 횡경사) 및 설계빈도 변화를 고려한 빗물받이의 차집율을 제시하였고 이를 회귀분석 하여 빗물받이 유입구 크기별 유입량 산정식을 도출하였다. 이는 설계빈도 상향에 따른 국내 빗물받이 유입부의 설계 기준 제시에 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.