• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.106-106
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• 2019

많은 도심의 하천들은 오염물질의 유입에 취약하다. 최근 신소재 공학 등 첨단산업이 발전하게 되면서 유해화학물질의 유입문제는 더욱 대두되고 있으며, 실제로 최근 유해화학물질 유입사고 발생건수가 늘어나고 있다. 특히 국내 취수량의 90%는 지표수에서 취수하고 있어, 하천오염사고는 직접적인 피해로 이어지게 된다. 따라서 이러한 사고에 대응하기 위하여 수환경에 유입된 유해물질의 거동 매커니즘을 반영한 수질해석이 필요하다. 수체 내에 유입된 유해화학물질은 기본적으로 흐름에 따른 이송 확산을 하며 흡 탈착, 휘발, 침전 부유, 생화학 반응과 같은 다양한 반응과 함께 혼합거동을 한다. 특히 소수성물질의 경우 용해된 상태뿐만 아니라, 유사에 흡착된 상태로 수체에 존재하게 된다. 결국 유해화학물질의 거동을 해석하기 위해서는 유체의 흐름 해석뿐만 아니라 수체에 존재하는 유사의 이송 또한 해석해야한다. 본 연구에서는 흐름해석을 위하여 서울대에서 개발한 흐름모형(HDM-2D)을 사용하였으며, 부유사 거동모의를 위해 부유사거동모형(STM-2D)을 개발하였다. 또한 유해화학물질의 거동모의를 위해 서울대에서 개발한 수질모형(CTM-2D)에 생성/소멸항을 추가하였으며 흐름모형과 부유사모형과의 연계를 통해 유해화학물질의 혼합거동 수치모형을 개발하였다. 각 반응항(흡 탈착, 휘발, 침전 부유, 생화학 반응)을 수치모형에 반영 시에는 보통 두 계(물-토양, 물-공기) 사이의 선형 물질교환으로 이해된다. 따라서 물질의 각 반응 별 평형농도와 물질교환속도계수를 추정식을 통해 산정하여 사용하게 된다. 하지만 각 기작이 반영유무에 따라 계산시간 및 필요입력변수가 늘어나게 되므로, 유해화학물질 유입사고와 같은 빠른 대처가 필요한 경우 각 반응 텀의 유의성을 판단하여 모형에 반영여부를 결정을 통해 경제적인 모의를 할 수 있어야 한다. 이에 따라 본 연구에서는 개발된 모형의 각 매개변수들의 민감도를 분석하고, 흐름조건 및 물질의 특성에 따른 반응항의 유의성을 판단하였다. 본 연구에서는 개발된 모형(부유사거동모형, 유해화학물질의 혼합거동모형)은 해석해 및 현장 데이터와 비교검증을 통해 개발을 완료하였으며, 각 반응항의 민감도 분석을 통해 매개변수의 임계값을 결정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.140-140
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• 2018

다수의 자연 하천은 사행의 형태를 가지고 있으며 자연 상태에서의 직선 하천 형태는 비율이 20% 이하이다. 이러한 하천의 사행 형상으로 인하여 편수위 발달, 횡방향 압력의 불균형, 그리고 수심차에 의한 원심력이 발생하여 이차류 흐름이 발생된다. 정확한 이차류 구현을 위해서는 3차원 모형을 사용하는 것이 바람직하나, 3차원 모형의 격자 구성과 사용에서는 상당한 시간 및 노력이 요구되기 때문에 수심적분 2차원 모형을 사용하면서도 이차류의 영향을 구현하기 위한 연구들이 이루어졌다. 본 연구에서는 이러한 이차류의 영향을 2차원 모형으로 구현하고자 하였으며 이를 위해 이차류 연직 분포에 대한 기존 연구를 검토하여 새로운 이차류 공식을 개발하였다. 그리고 한국건설기술연구원 하천실험센터의 실규모 실험을 통해서 이차류 공식에 사용되는 계수를 보정하였다. 이처럼 개발된 식은 이차원 수리해석 모형인 HDM-2D에 적용되었다. HDM-2D는 수심 적분된 2차원 운동량 방정식을 지배방정식으로 사용하는 수리해석모형으로서, 이차류의 영향을 반영하기 위하여 개발한 황방향 유속의 연직분포식을 분산 응력항에 대입하여 이차류에 의한 전단 효과를 구현하였다. HDM-2D 흐름 모의 수행 결과와 하천실험센터 실험결과와 비교하여 이차류 효과가 주 흐름 유속의 분포에 미치는 영향을 확인하였다. 분석 결과, 모의 결과는 실험에서 발생하는 유속의 주 흐름 분포가 바깥쪽으로 편중되는 현상을 적절하게 재현함을 알 수 있었다. 모의 결과를 통해 HDM-2D 모형이 이러한 이차류 영향을 구현할 수 있음을 확인하였으며, 사행수로에서 주 흐름분포의 재분배는 하천 환경에서 유사 이동 및 오염물 이동에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.324-324
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• 2017

기후변화로 인하여 강우특성이 변화하여 기존 치수시설물의 설계능력을 초과하는 홍수사상이 빈발하고 있다. 특히, 도심지내의 하천변 저지대는 대표적인 침수취약지역으로 강우사상이 설계빈도를 상회하는 경우 침수피해를 입을 수 있는 지역이다. 기후변화로 인하여 강우특성이 변화하는 상황에서 기존 빗물펌프장의 치수능력 증대 또는 신규시설의 설치가 필요하지만, 부지확보의 어려움으로 신규사업의 진행이 어려움을 겪고 있는 상황이다. 이와 같은 문제점에 대비하여 기존 빗물펌프장 설계단계에서 고려하지 않고 있는 요소의 추가적인 검토가 필요하다. 빗물펌프장의 유수지 용량 설계단계에서는 유입되는 우수의 수문곡선과 펌프의 최대토출량을 비교하여 잔류하게되는 우량수문곡선을 적분하여 설계용량을 산정한다. 그러나, 빗물펌프장의 실제 운영단계에서는 유수지 내의 수위와 하천의 수위를 고려하여 단계적으로 펌프를 가동하기 때문에 설계단계의 가정과 차이가 발생하게 된다. 또한, 빗물펌프장은 넓은 부지에 유입구와 흡수정을 설치함에 있어서 배치에 따른 유수지내의 흐름특성을 고려하지 않고 있다. 흡수정 설계단계에서는 흡수정으로 유입되는 흐름 특성이 토출성능에도 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대한 분석이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 빗물펌프장의 유수지 및 흡수정 형상과 펌프운영 기준을 반영하여 2차원 수치해석을 수행하고 유수지내의 흐름특성을 재현하였다. 수치모의결과, 유수지 형상에 따라서 흐름특성이 상이하고 흡수정 인근의 흐름특성이 유수지와 흡수정 배치에 영향을 받음을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.5-5
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• 2021

최근 기후변화로 인해 예측이 어려운 국지성 호우가 빈번하게 발생하고 있다. 국지성 호우는 대량의 홍수를 일으키고 산사태와 유송잡물을 동반한 흐름을 야기할 수 있으며 이로 말미암아 인근의 초목과 식생들로부터 유목(driftwood)이 발생하기도 한다. 유목이 흐름과 함께 떠내려 오게 되면 그로 인한 운동에너지가 크게 발생하게 되며, 수공구조물과 주택가옥 등에 충돌시, 순수한 수류의 충돌보다 훨씬 큰 손상을 주기도 한다. 또한 유목이 수공구조물 인근 하상에 군집하면 통수능을 저하시키기도 하며 식생효과와 마찬가지로 유목주변으로 유속이 증가하면서 세굴현상이 발생하게 되는데, 이는 하상저하를 일으키며 수공구조물의 안정성에 지속적으로 피해를 줄 수 있다. 특히 군집된 유목들이 교각에 충격을 주면 흐름방향으로 교각에 작용하는 외력을 증가시키게 되고 군집된 유목들이 다른 유목들을 연쇄적으로 포착하는 동시에 흐름을 지속적으로 방해하여 수위상승을 야기하게 된다. 이는 유목주변으로 세굴을 발생시켜 교량의 붕괴를 촉진시킬 수 있다. 일본의 경우에는 대부분의 하천유역의 경사가 매우 급하기 때문에 홍수발생시 산사태와 유송잡물들이 빈번하게 발생하고 있다. 그에 따라 대량의 유목들이 하천으로 유입되어 하천의 수공구조물과 주거지역에 심각한 피해를 주는 경우도 많다. 따라서 유목의 거동과 군집현상을 이해하여 사전에 유목거동의 예측과 유목과 하상변동의 상호작용 분석을 통해 유목에 의한 수리구조물 피해를 예측하는 연구들이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구는 유목의 거동과 군집양상을 예측분석하기 위해 유목과 흐름의 이동상 실내실험과 수치해석을 수행하여 유목유입량에 따른 하상변동과 유목의 하상퇴적양상 및 다양한 거동을 관측분석 하였다. 특히, 유목간의 상호충돌과 측벽충돌을 고려하는 수치모듈을 유목동역학모형에 적용하여 수치해석을 수행하였다. 이를 통해 이동상 하상에서의 유목의 군집과정을 분석하고 수치해석의 한계와 개선사항들을 논의하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
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• 1995.10a
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• pp.57-60
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• 1995

연안에서 파랑은 심해에서는 해수면 근방에서 운동량이 크며 따라서 구조물에 작용하는 힘도 해수면 근방에서 크다. 반면 천해역에서는 해저면에서의 운동량도 상당하며, 이러한 해저면에서의 파랑에 관련된 수입자의 운동은 해저 퇴적물의 이동에 직접 영향을 미친다. 해저면에서의 비활 조건(no-slip condition)에 의하여 파랑 경계층내의 해수의 거동은 복잡하다. 이러한 해저면 경계층의 거동을 파악하기 의한 접근 방법은 크게 둘로 나눌 수 있다. (중략)

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 2000.11a
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• pp.176-178
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• 2000

대기경계층내에서의 흐름은 평균류, 난류(Turbulence) 그리고 파동(wave) 3가지로 분류되는데 수평적으로 수 ms$^{-1}$ 연직적으로 수 cms$^{-1}$의 평균류에 의해서 수중기, 운동량, 열, 오염물질의 수송이 일어나며 이것들은 난류에 의해서 연직적 수송이 일어 난다. 그리고 평균류의 시어(shear)나 평균류가 장애물을 만나면서 형성되는 파동에 의해서 운동량, 에너지 등의 수송이 이루어진다(Stull., 1988). (중략)

• Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
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• 1991.07a
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• pp.36-39
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• 1991

현지 해안에서 발생하고 있는 표사이동량을 정확히 예측하기 위해서는 내습파랑의 방향 분산성과 불규칙성이 표사이동량에 어떠한 영향을 줄 것 인가에 대해 명백히 해둘 필요가 있다. 본 연구는 표사유송흐름으로서 해빈류의 추진적이 되는 radiation stress에 착목하여, 그들에 미치는 입사파랑의 방향분산성 및 불규칙성의 영향에 대하여, 주로 파별 해석법에 근거를 두고 수치적인 검사를 행한 것이다.(중략)

• Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
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• 2003.08a
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• pp.303-306
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• 2003

해수교환방파제 설치로 항내의 수질개선 효과를 기대하려면 방파제를 통해 항내로 순유입량이 발생되어야 한다. 순유입량이 발생되기 위해서는 방파제 전면의 최대수위 또는 평균수위가 증대되거나 방파제의 도수로 내에서 항외측으로 발생하는 흐름을 감소시켜야 한다. (중략)

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.593-593
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• 2012

본 연구는 화력 및 원자력 발전소로 취입된 냉각수(circulating and essential service water)가 복수기로부터 온배수 형태의 개수로 흐름으로 표층배수 될 경우 수온을 저감시키기 위해 주입하는 희석수(by-pass cooling water)와의 혼합효과의 효율성을 증대시키고, 불리한 수리현상을 야기하지 않으며, 경제적인 배수로 구조물을 고찰하기 위한 목적으로 시도되었다. 배수로 구조물 내 온배수와 희석수가 혼합되는 구간을 혼합지(mixing basin)라 하는데, 본 과업에서는 ${\bigcirc}{\bigcirc}$발전소의 배수로 구간 중 혼합지를 대상으로 FLOW-3D$^{(R)}$를 이용한 3차원 수치모형을 구축하고, 총 9개에 해당하는 각 대안별 현상을 분석하고 비교하였다. 각 대안들의 차이점은 배수로에 설치되는 보조구조물들의 형상과 배열 등이며, 복수기로부터 나오는 배출수의 수온은 $42^{\circ}C$, 희석수는 $35^{\circ}C$이고, 본 과업의 주요 관심대상 물리량은 유속과 온도이다. 배수로에 아무런 보조 구조물이 없는 형태인 기본 계획안을 검토한 결과, 평균 $3.31^{\circ}C$의 수온강하가 이루어졌으나, 우안 쪽으로 강한 흐름이 발생하여 수온의 좌우편차가 $4.61^{\circ}C$ 가량 발생하는 것으로 나타났다. 기본 계획안의 검토결과를 보완하기 위한 대안으로 연직 흐름의 소산을 위해 고안된 잠형 소파블록(baffle block) 설치안은 평균 $3.06^{\circ}C$의 수온강하가 이루어지고 $4.44^{\circ}C$의 수온 좌우편차가 발생했다. 지그재그(zigzag) 형태의 흐름을 만들어 혼합효과를 올리기 위한 미로형 수제(labyrinth groin) 설치안은 평균 $5.33^{\circ}C$의 수온강하가 이루어지고, $1.43^{\circ}C$의 수온 좌우편차를 보여줘 검토했던 대안들 중 가장 좋은 결과를 보여주었다. V자 배열 소파블럭(deformed block) 설치안은 연직 및 수평방향의 소산을 기대했으나 평균 $3.00^{\circ}C$의 수온 강하와 $4.41^{\circ}C$의 수온 좌우편차를 나타냈다. 벤츄리(Venturi) 형태의 흐름을 발생시키기 위한 병목형(bottleneck) 수로안은 평균 $3.18^{\circ}C$의 수온강하와 $3.94^{\circ}C$의 수온 좌우편차, 흐름의 소산과 흐름방향을 변화시키기 위한 와형 수제(swirl groin) 설치안은 평균 $2.24^{\circ}C$의 수온강하와 $1.48^{\circ}C$의 수온좌우편차, 우안 흐름을 지연시키기 위한 물방석(water cushion) 수로안은 평균 $3.03^{\circ}C$의 수온강하와 $4.50^{\circ}C$의 수온 좌우편차, 우안의 흐름을 좌안으로 보내기 위한 분사형(injector) 수로안은 평균 $3.13^{\circ}C$의 수온강하와 $4.45^{\circ}C$의 수온 좌우편차, 우안의 흐름을 막기 위한 외팔형 수제(cantilever groin) 설치안은 평균 $3.11^{\circ}C$의 수온강하와 $3.02^{\circ}C$의 수온 좌우편차가 발생하는 것으로 나타났다.

• 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.