• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.311-324
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• 2017

과부하 맨홀에서의 에너지 손실은 도심지의 침수피해를 가중시키는 요인이 된다. 그러므로 과부하 4방향 합류맨홀에서 에너지 손실의 저감을 위한 흐름특성 분석이 필요하다. 본 연구에서는 현황조사 결과를 고려하여 수리실험 장치를 제작하였으며, 사각형 맨홀 및 연결관은 하수도시설 기준을 준용하여 1/5로 축소 제작하였다. 또한 과부하 4방향 사각형 합류맨홀에서 에너지 손실을 저감 시킬 수 있는 인버트 형상 조건을 도출하기 위하여 Fluent 6.3모형으로 수치모의를 실시하였다. 선정된 수리실험 조건인 유출유량($Q_{out}$)에 대한 측면 유입유량($Q_{lar}$)의 비($Q_{lat}/Q_{out}$)와 유출유량(2.0, 3.0, 4.0, 4.8 l/sec) 및 인버트 형상 변화 조건(십자형, 개선형)을 변화시키며 수리실험을 실시하였다. 십자형 인버트는 과부하 4방향 합류 맨홀의 배수능력 향상에 영향이 미미한 것으로 분석되었다. 그러나 개선된 직사각 개거형 인버트와 정사각 개거형 인버트는 각각 평균적으로 약 7%, 28%의 손실계수가 감소하여 배수능력을 개선하는 것으로 분석되었다. 따라서 도시 관거 시설의 배수능력을 증대시키기 위하여 본 연구에서 제시된 개선형 인버트의 설치 및 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.165-165
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• 2011

현재 계획 또는 설계 단계에서 수행되고 있는 관거 시설의 수리계산에는 연결관 내에서의 마찰손실만을 감안하여 수행하고 있으며, 맨홀에서의 에너지 손실은 고려되지 않는 실정이다. 그러나 연결관 내부와 맨홀의 내부는 여러 가지 수리학적 조건이 다르므로 에너지 손실이 발생하게 된다(최원석과 송호면, 2002). 더욱이 직선으로 연결된 중간맨홀보다 유입관과 유출관이 $90^{\circ}$의 각도로 접합된 합류맨홀은 연결 구조상 유수교란에 의한 에너지 손실이 커질 것으로 예상됨에도 불구하고 현재 실무에서 우수 배수시설의 설계 시 직선 연결맨홀과 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 손실을 구별하지 않고 사용하고 있는 실정이다. 그러므로 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 우수관거 시스템의 우수 배제 능력을 증가시켜 도심지의 침수를 방지하기 위한 관거시설의 적정 설계 기준이 필요하며, 합리적인 설계 기준을 제시하기 위하여 $90^{\circ}$ 접합맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적 및 시간적 한계를 극복하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 6.3 모형을 이용하여 과부하 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서의 흐름특성을 수치모의 하였으며, 맨홀 내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 맨홀 및 접합 관거의 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 그림 1과 같이 6면체 격자로 구성하였다. 또한 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 급격한 와류에 의해 발생하는 에너지 손실을 저감하기 위하여 $90^{\circ}$ 접합맨홀의 내부 형상 및 접합 조건을 변화시켜 손실계수를 산정하였다. 수치모형의 적용 결과 맨홀 내에서의 유속변화, 수심변화 및 압력변화에 대해서는 수리모형 실험 결과와 유사한 경향을 나타내고 있으며, 수치모형에 의하여 산정된 $90^{\circ}$ 접합맨홀에서 에서의 손실계수 값과 수리모형에 의하여 산정된 손실계수 값이 거의 유사하게 나타났다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.143-150
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• 2011

도시 우수 배수 시스템에서 우수 관거는 개수로 흐름 상태로 가정하여 설계되었기 때문에 맨홀에서의 에너지 손실은 일반적으로 중요하게 고려되지 않았다. 그러나 과부하흐름에서 에너지 손실은 관거의 배수능력을 저하시켜 도심지역의 침수피해를 가중시키는 요인이 된다. 그러므로 과부하 사각형 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 FLUENT 6.3 모형을 이용하여 과부하 사각형 합류맨홀에서의 흐름특성을 모의하고 맨홀 내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 또한 실험결과와 수치모의 결과를 비교 및 분석하여 사각형 맨홀에서의 손실계수 산정에 FLUENT 6.3모형의 적용성을 확인하였다. 맨홀 폭(B)과 연결관경(d)의 비(B/d)에 따른 손실계수를 산정하였다. B/d가 증가할수록 사각형 합류 맨홀에서의 손실계수는 증가하였다. 중간 단차 맨홀에서 단차 변화에 따른 손실계수의 변화를 산정하였다. 단차가 5 cm이상 증가하면 맨홀 내 수심과 손실계수가 점진적으로 증가하였으므로 중간 맨홀에서의 적정 단차는 5 cm로 판단된다. 따라서 우수 관거 시스템의 여러 형태의 사각형 맨홀에서의 흐름의 변화 및 손실계수를 예측할 때, Fluent 6.3 모형은 사용 가능하리라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.395-399
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• 2009

현재 계획 또는 설계단계에서 수행되고 있는 우수 관거 시스템의 수리계산에서는 연결관의 마찰손실만을 감안하여 수행하고 있으며, 맨홀에서의 수두손실은 고려되지 않는 실정이다. 특히 과부하 $90^{\circ}$ 접합맨홀 내부에서의 복잡한 흐름 현상에 의하여 발생하는 에너지 손실은 일반적인 직선 연결 맨홀에 의해서 발생하는 에너지 손실과 큰 차이를 보이지만 현재 우수 관거 설계 및 관리에서는 이를 대부분 고려하지 않는 실정이다. 또한 직선으로 연결된 맨홀보다 $90^{\circ}$ 접합 맨홀은 유수교란에 의한 에너지 손실이 커지므로 이에 대한 $90^{\circ}$ 접합 맨홀에서의 에너지 손실 저감에 대한 연구가 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 합류 맨홀 중 $90^{\circ}$ 접합 맨홀에서의 에너지 손실 저감 방법의 분석을 위하여 하수도시설기준(환경부, 2005)의 표준 1호(원형), 특 1호(사각형) 맨홀을 각각 축소 제작하고, 수리실험 장치를 제작하여 수리 실험을 실시하였으며, 실험결과를 benching을 사용하지 않은 $90^{\circ}$ 접합 맨홀의 평균 손실계수를 산정한 윤세의 등(2008)의 실험 결과와 비교하였다. 접합위치를 변경한 원형 맨홀 CASE B에서의 평균 손실계수는 1.1로 산정되어 CASE A의 1.6보다 크게 감소하였다. 접합위치를 변경한 사각형 맨홀 CASE B에서는 1.5로 산정되어 손실계수의 감소폭이 적었으나, 접합위치를 변경하고 side benching을 설치한 CASE C에서의 평균 손실계수는 1.1로 산정되어 CASE A의 사각형 맨홀의 손실계수 1.6에 비하여 큰 감소 효과를 나타내었다. 따라서 $90^{\circ}$ 접합 원형 맨홀에서는 접합 위치를 변경시킨 CASE B의 형태를 사용하고, 사각형 맨홀에서는 접합 위치를 변경시키고 side benching을 설치한 CASE C의 형태를 사용하면 우수 관거 시설의 배수능력을 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제38권3호
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• pp.395-406
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• 2018

도시유역의 침수해석에 널리 사용되는 XP-SWMM 모형은 맨홀을 하나의 절점(node)으로 간주하여 과부하 맨홀에서 발생하는 국부 손실의 영향을 고려하지 못하기 때문에 침수 면적(범위)을 과소 산정한다. 그러므로 XP-SWMM을 이용한 침수해석 시 과부하 맨홀에서의 국부손실을 고려한 손실계수의 적용성 분석이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 내수 침수피해가 빈번히 발생하는 도림천 유역의 도림1 배수분구를 활용하여 맨홀 형태 및 손실계수 적용 유무에 따른 침수면적의 변화를 비교 분석하였다. 침수모의 결과, 손실계수를 고려한 경우가 고려하지 않은 경우보다 실제 침수면적과의 일치율이 약 17% 증가하였다. 또한 중간맨홀 및 합류맨홀($90^{\circ}$접합, 3방향 및 4방향 접합 맨홀)에 따른 각각의 손실계수를 적용하여 침수 해석한 결과 중간맨홀의 손실계수만을 적용한 것과 유사한 결과가 도출되었다. 그러므로 도시지역의 침수지역을 정확하게 모의하기 위해서는 과부하 맨홀에서의 손실계수를 고려한 2차원 침수해석을 수행하여야 할 것으로 판단된다. 본 연구의 연구결과는 도시지역의 침수 위험지역을 파악하기 위한 기초적인 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.521-528
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• 2013

일반적으로 도시배수 시스템은 개수로 흐름으로 설계 된다. 그러나 설계빈도를 초과하는 강우발생 시 배수 시스템의 합류부 또는 맨홀 등에서 부분적인 과부하 흐름이 발생되고 있다. 그러므로 이와 같은 과부하 흐름에 의해 발생하는 배수 시스템에서의 압력흐름에 대한 연구의 필요성이 제기 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 설계빈도를 초과 하는 강우사상 그리고 예측할 수 없는 집중호우 시 맨홀에서의 과부하 흐름에 관한 연구를 수행 하였다. 배수 시스템에서의 압력흐름의 문제점은 과부하 맨홀로부터의 월류량에 의한 도시홍수 발생이다. 그러므로 배수 시스템은 개수로 흐름으로 설계 되어야 할 뿐만 아니라 과부하 흐름 발생 시 맨홀내의 에너지 손실을 고려한 압력흐름의 해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 과부하 맨홀의 에너지 손실을 고려하여 압력흐름을 해석 할 수 있는 수치모형을 개발하였다. 수치모형을 검증하기 위하여 수리모형실험 결과와 비교 검증하였고, 도시유출해석에 가장 널리 이용되는 SWMM의 결과와도 비교하였다. SWMM은 맨홀 내의 에너지 손실을 적절히 반영하지 못함으로써 맨홀 수심을 과소 산정하는 결과를 보인 반면, 본 연구 모형은 수리모형실험결과와 잘 일치하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제8권1호
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• pp.127-140
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• 1988

도시의 급속한 팽창에 따라 하수 및 우수관리에 대한 문제가 점점 대두되고 있다. 도시내의 가정과 공장 등에서 나오는 오수 및 폐수들은 지하의 하수관거를 통하여 처리장이나 일반하천으로 방출되는데, 합류식 관거의 경우에는 강우로 인한 유출수까지도 이동시키는 역할을 담당하게 된다. 그런데 강우로 인한 유출수는 폐수나 오수처럼 인위적인 비율로 취급될 성질의 것이 아니므로 강우강도의 차이나 강우량에 따라서 가용적을 초과하여 관거내 압력류(surcharge)나 맨홀상부 범람 현상(overflow)을 발생시키게 된다. 따라서 어느 정도의 하수나 우수량은 감당할 수 있지만 장마철과 같이 강도가 높은 강우가 발생할 때에는 관경이 작거나 경사가 완만한 곳으로부터 지표면상으로 하수 및 우수가 동시에 범람되어 지대가 낮은 지역의 침수현상을 흔히 볼 수가 있다. 이번 연구는 하수관거의 이러한 흐름특성(flow characteristic)을 수치해석방법을 이용하여 해석함으로써, 설계된 관거에 있어서 관경 및 관경사등의 보정에 참고자료로서의 가능성을 찾는데 있었다. 본 연구는 유한차분법(finite difference method) 중 4점 음해법(four point implicit method)을 이용하며 Preissmann Slot Concept를 컴퓨터 용량에 제약이 없는 중첩분할법(Overlapping Segment Method)에 도입함으로써 압력류(surcharge) 및 맨홀의 범람 현상을 용이하게 파악할 수 있도록 시도하였다. 가상관망에 대한 모델의 실행결과 각 관거내의 수위 및 유량곡선의 시간적 분포를 통해 Slot의 적용의 실효성을 확인할 수 있었으며, 관거의 입구 및 출구에서의 유량보존이 성립함으로써 모델의 합리성이 제시되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권9호
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• pp.789-799
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• 2014

본 연구는 도시지역의 내수침수 특성을 고려한 내수침수위험도 산정방법을 제시하였다. 의사결정과정에서 발생할 수 있는 불확실성을 정량적으로 반영하기 위하여 Fuzzy AHP 기법을 활용하였다. 내수침수 위험도의 평가기준으로는 물리적 지표, 사회적 지표, 그리고 내수침수 시나리오 결과 등 세 가지로 구성하였다. 각각의 평가기준은 3개의 세부평가항목을 가지고 있어 총 9가지의 평가항목을 바탕으로 내수침수 위험도 분석을 수행하였다. 또한, 행정구역 단위가 아닌 배수시스템의 노드(맨홀)를 기준으로 침수위험도를 분석하여 침수위험도가 높은 지점을 상세하게 표현할 수 있었다. 본 연구의 대상지역인 부산시 거제지구에 Fuzzy AHP 기법을 적용한 결과, 온천천 거제천 합류부 저지대의 침수위험도가 크게 나타났으며, 이는 과거 피해이력과 일치하는 것이다. Fuzzy AHP 기법을 적용한 본 연구결과는 내수침수 위험도 산정 및 고위험도 지역의 내수침수 저감계획 수립을 위한 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권4호
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• pp.256-262
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• 2009

도시지역 비점오염부하를 저감하는 장치 중에서 수리동력학적 분리장치(HDS)는 가장 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 HDS장치 유형 중에서 Vortex Screen 장치를 실험실 규모로 개발 및 제작하여 강우유출수 처리특성을 분석하였다. 강우유출수내 입자물질을 모의하기 위하여 실험에 사용한 시료는 합류식 하수관거의 맨홀 바닥 퇴적물질, 도로변 측구의 퇴적물질, 소각장 fly ash, polyvinyl chloride (PVC)분말 등의 시료를 대상으로 하였다. 유입유량의 변화를 주었을 때 처리장치 본체에서 약 2분이 경과한 후 안정된 상태에서 유입수와 유출수 시료를 동시에 채수하였다. 수면적부하율은 110∼1,550 $m^3/m^2$ day의 범위로 운전하였으며, 유입수 SS농도의 범위는 141~1,986 mg/L로 하였다. Vortex Screen을 이용하여 다양한 입경과 밀도들 가진 입자들을 대상으로 수면적부하율과 하부배출유량비를 운전조건으로 하여 처리특성을 분석한 결과 제거효율에 영향을 주는 인자 중, 월류유량에 대한 하부배출유량 비율($Q_U/Q_O$), $Q_U/Q_O$값이 10%에서 20% 증가 시 SS 제거효율은 6% 증가하는 특성을 나타내었다. 도시지역의 대표적인 입경을 가진 퇴적물질 125<$d_p$<300 ${\mu}m$를 대상으로 처리능을 분석한 결과 SS, COD 제거효율 범위는 각각 68.0~ 81.0%, 53.1~71.9%를 나타내었다. 수면적 부하율이 증가함에 따라 처리효율은 유입부 유도판을 설치한 경우가 설치하지 않은 경우보다 10~20% 향상되는 것으로 분석되었다.

• 한국습지학회지
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• 제20권3호
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• pp.219-226
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• 2018

차집관로는 국유지가 많은 하천변에 매설되어 있어 파손이나 침입수/유입수(불명수, I/I) 의 유입으로 공공하수처리시설의 운영효율이 떨어지며, 하수관로 정비사업의 효율도 저하되는 것으로 나타났다. 본 연구는 하수관로 정비사업 효과의 감소원인에 가장 많은 영향을 미치는 차집관로를 대상으로 감소원인에 대한 분석을 하였다. 즉, 대상지역 3개소를 선정하여 차집관로의 현황조사(관로연장, 관경, 관종, 매설년도, 매설위치 등), 차집관로에 대한 차수(Pump 작업) 및 준설작업을 병행한 관로내부(CCTV)조사, 맨홀내부(육안)조사, 유량 및 수질조사 결과를 이용한 오염부하량 산정 등을 수행하였다. 합류지역은 동시 다측점 유량조사와 차집관로 유량 및 수질(BOD)조사, 오염부하량 비교 등을 수행하였으며, 차집관로 부실화에 따른 침입수/유입수 발생 현황 등 실태조사를 실시하였다. 연구결과, 하수관로정비 사업의 효과를 감소시키는 주요 원인은 차집관로의 노후화 및 미정비로 인해 공공 하수처리시설로 저농도 하수 및 불명수 유입되기 때문인 것으로 분석되었다.