• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.668-672
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• 2009

상대오염도가 높은 초기유출수에 대한 1차 처리의 화학적인 효율성 증대에 대한 연구는 많이 진행되어온 반면 동수역학적 분석에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 수처리 시설에 대해서 수리모형 및 수치모의의 결과를 비교 분석하였다. 연구에 사용된 수처리 시설은 내부 격벽(baffle)의 배열에 변화를 주어 흐름제어를 유도하여 초기유출수의 처리 효율에 변화를 줄 수 있도록 시설을 고안하였다. 수리모형 및 수치모의 실험을 통해 구조물 내에 복잡한 난류흐름을 관찰하였고, 주입된 염수의 농도분포 양상을 시간변화에 따라 분석하였다. 수치모의를 위해서 3차원 수치모형 프로그램인 FLOW-3D를 사용하였으며 LES 난류모형과 질량생성(mass source)모형을 적용하여 수처리 시설 내에서의 동수역학적 거동분석 및 오염원(source)의 농도분포를 모의하였다. 실험 결과 수처리 시설의 3차원 난류흐름을 통해 오염원이 지체 및 확산되고 이에 따라 배출되는 농도가 현격하게 차이 냄을 확인하였다. 또한 추후 본 연구에서 제시된 바와 같이 다양한 내부구조에 대한 수치모의 결과를 분석하게 되면 초기 유출수 처리 효율을 증가시킬 수 있는 수처리 시설모형의 최적화 방안을 고려할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.147-147
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• 2011

이상기후 및 극한 홍수 발생빈도의 증가 등으로 인해 많은 수공 구조물이 붕괴 위험에 노출되어 있다. 사전 피해 예방 및 경감을 위해 다양한 수공구조물의 붕괴 현상에 대하여 수리실험적 접근방법을 통한 현상이해 및 예상결과 비교 검증이 필요하다. 그 중에서 제방붕괴에 대한 수리실험은 수치모의를 통한 분석의 어려움 때문에 대부분 모형실험을 통해서 이루어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 실제규모의 제방붕괴 선행실험의 측정결과를 활용하여 실험설계에 이용 하였다. 모형은 실험공간의 규모를 고려하여 축척을 1:10 으로하고, 하도내 흐름 안정을 위해 수로의 길이 는 16, 저폭은 $b\geq10h$를 만족하는 하천으로 설계하여 b를 3m로 설정 하였다. Fr수는 0.29로 원형과 동일하게 하고, 그에 따른 유량 ( )는 0.538m/s로 하였다. 실제 모형 제작에서는 현장 실험실의 펌프용량에 따른 가용유량 ($Q__{max}$)의 제약에 따라 수로가 직선이고 좌우가 대칭인 점을 감안하여 폭을 1/2로 절단 하고 유량은 $0.269m^3/s$(Q/2)를 공급하였다. 위와 같이 모형제작을 위한 실험 설계시 현장 여건을 고려하여 모형을 변형할 경우 EIM(Experimental Information Modeling)을 이용한 수리영향에 대한 분석을 통한 설계검증이 필요하다. FLOW-3D를 이용한 3차원 수치모의를 통하여 동일 지점에서의 유속과 수심을 분석하여 흐름양상을 비교 하였으며, 유속과 수심의 측정위치는 그림 1에 도시하였다. 수치모의 결과 측정지점에서의 수위가 하도 바닥을 기준으로 0.25m로 동일할 경우 수로 단면에 대한 유속 분포가 제방을 기준으로 2b/3까지는 유사한 경향을 보였다. 그 결과, $b\geq10h$인 수로에서 제방붕괴를 위한 모형 설계시 하도 폭을 1/2만 만들 경우에도 실험의 신뢰성이 확보된다는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.103-103
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• 2016

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 특히 인구가 밀집하고 교통량이 많은 대도시의 경우 동일한 호우에 대하여 녹지나 농경지 등에 비해 그 피해가 더 심각하다. 일반적으로 홍수 피해의 직접원인은 외수로 인한 피해와 내수로 인한 피해로 크게 구분할 수 있다. 외수피해는 주로 소하천 및 지천의 범람, 제방의 붕괴 등으로 발생한 것이며 내수피해는 배수로, 하수도 및 펌프장의 내수배제능력 부족이 주된 원인이다. 따라서 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 우선적으로 내배수시설의 성능개선이 선행되어야 할 필요가 있다. 이러한 내배수 시설의 성능 개선을 위해서는 현재 기 설치되어 있는 빗물펌프장의 설계 및 내배수 효율에 대한 성능평가가 필요하다. 하지만 현재 국내 펌프설계기준에는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 구체적인 성능 평가 방법이 제시되어 있지 않은 실정이다. 만약, 펌프 흡입수조 및 흡입파이프의 형상이 적절하게 설계되지 못한다면 물이 파이프 입구로 부드럽게 흡입되지 못하고 볼텍스 및 스월이 발생하게 된다. 이러한 볼텍스 및 스월은 펌프 입구 쪽으로 물 뿐 아니라 공기를 함께 흡입시킴으로써 펌프의 효율저하, 소음, 진동을 발생시키며 펌프 파손의 원인이 될 수 있다. 따라서 펌프를 설치하기 전 펌프 설치 후에 발생되는 펌프 흡입부 주변의 흐름특성 변화 및 흐름특성이 구조물에 미치는 영향 등을 고려하기 위하여 수리모형실험이 필요한데, 수리모형실험은 많은 시간과 비용이 들어가기 때문에 이를 대체할 수 있는 방안이 요구된다. 그런 이유로 최근에는 수리모형실험 대신 수치모의를 이용하는 경우가 많다. 수치모의의 결과는 수리실험의 결과와 비교, 검증을 거쳐 신뢰성을 얻는다. 본 연구에서는, 3차원 수치모형의 다양한 난류모델을 이용하여 흡입파이프로 물이 유입될 때 흡입부 내, 외의 수심 별 유속 변화를 분석하고, 그 결과를 이용하여 FLOW 3D 모형의 검증을 수행하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.39-39
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• 2011

하천에서 수공구조물을 설계시 구조물의 규모, 형식, 운영방식, 안정성 등을 검토하기 위하여 일반적으로 수리모형실험과 수치모형실험을 이용한다. 수리모형실험은 자연현상의 왜곡을 최소화하여 검토결과를 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 많은 시간과 비용, 인력 및 공간이 필요하기 때문에 단기간에 다양한 검토가 필요한 경우에는 많은 제약이 따른다. 반면에 수치모형실험은 제한적인 조건에서 검토목적 및 용도에 따라 다양한 수치모의기법을 활용하여 상대적으로 낮은 비용과 신속하고 다양한 검토가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 수치모형실험은 어디까지나 자연현상에 대한 수학적, 물리적 기법을 활용한 분석이기 때문에 결과에 대한 신뢰성 확보가 매우 중요하다. 최근에는 컴퓨터의 계산능력 향상과 유체의 복잡한 동수역학적 거동 해석 기법의 다양화, 그리고 많은 적용성 검토 연구결과로 인한 신뢰성 향상 등으로 인해 수치모형실험에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구는 현재 금강에 건설 중인 금강보에 대하여 다차원 수치모형인 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)를 이용하여 하천 구조물 및 물리적 환경변화에 대한 정밀수리분석을 실시하기 위한 사전절차로, EFDC 모형을 하천수리해석에 적용할 경우 모형에 포함되어 있는 다양한 변수설정 및 제약조건들에 대하여 적용한계를 검토하고자 한다. 검토방법은 금강보가 건설되기 이전의 하천지형 상황에서 EFDC 모형과 HEC-RAS 모형을 이용한 수리분석을 수행하고, 수리거동 결과 들을 상호 비교 분석 한다. 수치모의 대상구간은 금강보 건설구간을 포함하여 약 20km 구간이고, 대상구간에 대하여 3차원 정밀지형자료를 구축하였으며, 과거 호우사상에 대한 구간 내 관측 수위 및 모형별 계산수위결과를 비교 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.719-723
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• 2010

일반적으로 유량측정방법 중에서 파샬플룸은 유속이 매우 느리거나 토사유입이 많은 지점에서 위어에 비해 상대적으로 유리한 유량 계측기이다. 국제표준화기구(ISO : International Organization for Standardization)에서 파샬플룸의 규모별 규격화된 경험식을 제안하고 있으나 수리모형실험이나 수치모의를 통한 체계적인 연구는 다소 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 ISO 규격 파샬플룸에 대하여 경험식과 수치모의를 비교하여 파샬플룸에 대한 수치모의의 적정성을 검토하였고 ISO 규격을 따르지 않는 임의규격의 파샬플룸에 대하여 동일 조건의 수리모형실험 및 수치모의 결과로 비교 검토하였다. 수리모형실험에서는 다양한 유량 유입조건 및 수심조건에 따른 파샬 플룸 내 상 하류 수심을 측정하였으며, 수치모의를 통해 측정된 값과 비교한 결과 오차는 평균 4% 내외로 나타났다. 수치모의결과를 이용하여 유량산정공식을 도출한 후, 실험값과 비교하였다. 그 결과 오차는 최대 2.3%로 나타났으며 이에 따라 파샬플룸의 규모를 결정하기 위한 수치모의는 타당한 것으로 판단된다. 파샬플룸의 규모결정시 실제 지형과 유입부 형상 등을 고려한 수치모의를 수행하고 본 연구에서 배제했던 잠수월류에 대해서도 추후 연구를 수행한다면 1차원적인 경험식이나 측정시 오차가 발생하기 쉽고 수행 과정이 까다로운 수리모형실험을 보완할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.360-360
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• 2016

도시 배수 시스템에서 유입유량이 관거의 만관 상태를 초과하거나 하류 흐름 때문에 발생하는 역류의 영향을 받는다면, 관거 시설은 과부하(surcharge) 상태인 압력흐름이 된다. 중력흐름 상태에서 맨홀의 수두 손실은 일반적으로 무시되지만, 과부하 맨홀에서의 수두 손실은 중요하며, 우수 관거 시스템의 전체 손실에 상당한 부분을 차지하게 된다. 이러한 현상은 여러 개의 맨홀을 가지는 도시 배수 시스템에서 특히 중요한 사항이 된다. 따라서 관거 시설 내 맨홀에서의 수리적 에너지 손실에 대한 연구와 보다 구체적인 설치 기준의 제시가 요구되고 있는 실정이다. 특히 배수관거 시스템의 하류부에 설치되는 4방향 합류맨홀은 맨홀으로 유입되는 주 유입관과 측면 유입관의 유입흐름의 영향으로 맨홀 내의 유수교란에 의한 흐름특성이 복잡하므로 이에 따른 흐름특성의 변화를 분석하고 에너지 손실을 연구할 필요가 있다. 그러므로 우수 관거 시스템의 우수 배제 능력을 증가시켜 도심지의 침수를 방지하기 위한 관거시설의 적정 설계 기준이 필요하며, 합리적인 설계 기준을 제시하기 위하여 과부하 4방향 합류 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적, 시간적 한계를 극복하고 과부하 4방향 합류맨홀에서의 복잡한 흐름특성을 분석하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 FLUENT 6.3 모형을 선택하였다. 합류맨홀 및 접합 관거의 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 맨홀과 연결관의 합류부분에서는 사면체 격자로 구성하고 합류부분을 제외한 구간에서는 6면체 격자로 구성하였으며, 각 격자의 면은 가능한 사각형 또는 삼각형의 형태를 취하도록 하였다. 합류맨홀 모형의 벽면에는 No-Slip 경계조건을 부여하였으며, 유입부에는 속도 조건, 유출부와 맨홀의 자유수면 부분의 경계에서는 대기압 조건을 부여하였다. 수리모형 실험 결과와 비교하기 위하여 유입 관거의 유속 조건을 수리 모형실험의 조건과 동일하게 채택하여 수치모의를 수행하였다. 수치모형의 적용 결과 맨홀 내에서의 유속변화, 수심변화 및 압력변화에 대해서는 수리모형 실험 결과와 유사한 경향을 나타내고 있으며, 수치모형에 의하여 산정된 4방향 합류맨홀에서의 손실계수 값과 수리모형 실험에 의하여 산정된 손실계수 값이 유사하므로 우수 관거 시스템의 4방향 합류맨홀에서의 흐름 변화 및 손실계수 예측하는 데에 있어서 FLUENT 6.3 모형은 사용 가능하리라 판단된다.

• 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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• 2005.05b
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• pp.1264-1268
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• 2005

본 연구에서는 2002년부터 2004년까지 3년에 걸쳐 한강고수부지(반포지구)에서 수목 식재에 따른 수리적 영향을 수치모형 및 현장조사를 통하여 평가하였다. RMA-2모형을 이용하여 분석한 결과 수목 식재전$\cdot$후로 수위는 3 cm 증가하고 유속은 4 cm/s 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 식재로 인한 수리량의 변화는 매우 미미한 것으로 나타났다. .현장조사를 통해 얻은 실측자료도 홍수 시 수목 식재에 의한 하천수리특성에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 매년 홍수기간 동안 보여 지는 침수양상에 따라 수리특성이 상이하게 나타났다. 그러므로 지속적인 자료 수집을 통하여 다양한 침수상황에 다른 기초 수리자료를 축척하고 정밀 분석할 필요가 있다. 또한 수리모형실험을 통해 현장조사 및 수치모형 결과와 비교$\cdot$분석하여 상호보완 할 필요성이 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.36 no.5
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• pp.761-776
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• 2003

Numerical models were employed to investigate the hydrodynamics of water flow in the lake behind a dam and the spillway where supercritical flows and negative pressures are likely to occur. In this study, 2-D model, RMA2 was employed to examine the upstream flow pattern and 3-D CFD model, FLUENT was used to evaluate the three-dimensional flow in the approaching region and flow distributions in the spillways and discharge culverts. The bathymetry and the details of structures were carefully taken into consideration in building the models. The results from applying the 2-D model for the planned Hantan River Dam show that large eddies, the velocity of which reaches up to 1 m/s are occurring in several places upstream of the dam. That means that the 2-D numerical model could be utilized to investigate the two-dimensional flow patterns after the construction of a dam. Three-dimensional numerical results show that the approach flow varies depending on stages and discharge conditions, and velocities at spillways, discharge culverts, and sediment flushing tunnels are differently distributed. The velocity distributions obtained from the numerical model and a hydraulic model at the centerline of spillways 100 m upstream of the dam show reasonably similar results. It is expected that 2-D and 3-D numerical models ate useful tools to help optimize the dam design through investigating the flow patterns in the spillway and at the upstream of the dam, which is not always feasible in hydraulic modeling.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.173-177
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• 2011

만곡도가 높은 하천의 경우 수위가 상승하게 될 때 만곡부에서의 흐름 회전 방향이 나선형 흐름으로 바뀌어 하류방향으로 주 흐름에 중첩하여 발생하는 이차류로 인해 하도가 불안정해지고 내 외측의 수위차가 발생하는 편수위가 발생하면서 하도 바깥쪽으로 수위가 상승하는 현상이 나타나게 된다. 이와 같은 만곡부의 외측부에서 발생하는 수위상승은 제방의 월류 피해와 이차류로 인한 침식 피해를 유발하게 된다. 하천에서의 만곡은 보편적인 현상이며, 흐름의 물리적인 현상으로 인해 발생하는 자연현상이다. 본 연구에서는 만곡수로의 내 외측부에서 발생하는 유속과 편수위 현상과 같은 수리학적 특성을 규명하기 위해 $90^{\circ}$ 하도와 $180^{\circ}$ Sharp 하도와 같은 만곡 실험하도를 대상으로 SMS 모형, RAMS 모형 그리고 CCHE2D 모형과 같은 3개의 2차원 모형을 적용하고 그 결과를 실측자료와 비교함으로써 만곡부에서의 2차원 수리 특성을 살펴보았다. 또한 과거에 개발된 편수위 산정공식들의 적용성을 살펴보기 위해 주요 지점의 실측자료와 2차원 모형의 모의자료를 이용하여 만곡부의 편수위를 산정하여 비교 검토하였다.