• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.53-63
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• 2006

본 연구는 프라우드 상사와 등온기체모델을 적용한 축소모형실험을 실시하여, 터널화재시 연기의 거동과 부분배연설비의 배연효율을 분석함으로써 방재설비의 운영방안을 제시하고자 하였다. 실험 결과 터널 화재시 입계유속 이상의 제연 풍량이 유지 될 경우 부분 배연 갤러리의 배연효율은 그룹댐퍼와 균일댐퍼 모두 거의 유사하였다. 또한, 터널내 차량이 정체시 화재가 발생할 경우, 화재초기에는 화원 앞 뒤에 위치해있는 부분 배연 갤러리만을 열어 연키의 성총회률유지하면서 연층을 배연시키고 제트팬은 가동시키지 않고 이후 승객이 모두 대피할 수 있는 충분한 시간이 지난 후 제트팬을 함께 가동시켜 터널 내의 연기를 배출하도록 하며 교통 소통이 원활한 경우에는 터널의 제연설비를 가몽하여 연기의 후방전파를 차단하고 통시에 부분배연 설비를 가동할 것을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.99-99
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• 2016

최근 홍수의 특성과 피해 양상은 과거와는 다르게 변화하고 있으며, 급격한 도시화로 인하여 기존 하천유역의 저류 능력이 감소하였는데 이러한 한계를 극복하기 위하여 이미 외국에서는 대심도 터널을 활용한 홍수재해 관리방안이 오래전부터 활용되어 왔다. 본 연구에서는 현재 서울시에 건설중인 '신월 빗물저류배수시설' 연속강우 시 대심도 터널의 수리적 안정성 평가와 운영방안 수립을 위한 수리모형실험을 실시하였다. 모형은 Froude 상사법칙을 사용하여 원형의 1/50크기로 제작하였다. 모형의 전체 저류 가능량은 모형기준 $2.78m^3$ (원형 $347,778m^3$)이며, 터널 내 잔류수는 전체 저류 가능량의 0 ~ 100%까지 10%씩 변화시켜 실험 CASE를 선정하였다. 각 실험CASE별 수직 유입구 안정성 평가를 실시한 결과 터널 내 잔류수가 10%~80%까지 존재 할 때는 저지수직구1에서의 압축공기 폭발현상으로 인한 월류현상이 발생하였으며, 10%~40%까지는 저지수직구2에서 월류현상이 발생하였다. 하지만 고지수직구에서는 모든 CASE에서의 공기폭발 현상 및 월류현상이 발생하지 않아 유입성능 및 공기배출 성능이 충분히 발휘되고 있는 것으로 분석되었다. 또한 저지수직구1에서의 월류현상 발생 시점은 5분55초에서 3분42초까지 빨라졌으며 저지수직구2에서의 월류현상 발생 시점은 5분57초에서 4분57초로 빨라졌다. 이는 터널 내 잔류수량이 증가할수록 터널 내 만관시점이 빨라져 발생하며, 저지수직구1,2에서의 압축공기 폭발현상 및 월류 현상은 터널 내에서 발생한 반사파의 영향으로 판단된다. 차후 터널 내 반사파 발생에 대한 연구가 추가적으로 진행되어야 할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.258-258
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• 2022

물넘이 형식에는 수문과 밸브로 조절할 수 있는 조절형식, 개수로 및 관수로 형식의 자연적으로 수위조절이 되는 비조절형식, 레버린스(Labyrinth), 피아노건반(Piano Key Weir), 사이펀(Siphon) 등의 특수형식으로 구분할 수 있다. 이 중에서 피아노건반 물넘이는 레버린스 물넘이를 피아노건반 모양으로 개량한 것으로 2003년 알제리 Biska 대학의 Quamane 교수에 의해 제안되었다. 제한된 물넘이 폭에 물넘이의 길이를 연장하여 방류능력을 증가시키는 효과를 나타내는 물넘이 형식으로 여수로의 월류수심을 낮게 유지하면서 방류량을 증가시킬 수 있다. 피아노건반 물넘이는 2006년에 프랑스에서 최초로 적용되었으며, 현재까지 약 30여 지역(프랑스, 베트남, 호주 등)의 댐에 적용되었다. 본 연구에서는 국내 저수지를 대상으로 여수로에 피아노건반 물넘이를 적용하여 방류능력과 수리적 안정성 검토를 위해 농어촌연구원 국제융합수리시험센터에서 수리모형실험을 수행하였다. 농어촌연구원은 2018년도에 기존 수리모형실험 시설을 확장하여 가로 250m, 세로 102m의 국내 최대규모의 실내 수리모형실험 시설을 준공하였고, 대형유사순환수로, 고정식 급경사수로, PIV 전용실험수로 등 기능별 7종의 실험수로를 갖추고 있다. 수리실험은 Froude 상사에 의한 축척을 적용하여 모형을 제작하였고, 기존의 수리시설과 하류하천까지 포함하여 70m(L)×20(B)×2m(H) 규모이다. 실험은 유량을 다양하게 변화시키면서 수위-방류량을 검토하였고, PMF 홍수위에서 방류량이 배제 가능한지 검토하였다. 또한, 물넘이의 안정성 검토를 위한 접근유속을 게측하였고, 물넘이를 통해 월류하는 흐름의 유황을 분석하여 수리학적으로 안정한 흐름이 발생하는지 검토하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권6호
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• pp.537-549
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• 2016

일반적으로 쇠살대 빗물받이는 도로 표면유출 흐름을 차집하여 도시배수 시설로 배제하기 위하여 설치된다. 빗물받이의 규모 및 설치간격을 결정하기 위하여 빗물받이 차집유량 산정식이 필요하다. 그러므로 쇠살대 빗물받이 유입구의 차집능력 분석이 필요하다. 본 연구에서는 도로 빗물받이의 차집유량 산정을 위해 수리실험모형을 제작하여 720회의 실험을 실시하였다. 빗물받이 제원은 현재 대부분의 국도에 설치되는 크기인 $40{\times}50cm$, $40{\times}100cm$ 및 $40{\times}150cm$를 Froude 상사법칙을 이용하여 1/2로 축소 모형을 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 차집효율을 증가시켰다. 실측 차집유량을 이용하여 회귀분석 실시하여 빗물받이 유입구 크기별 차집유입량 산정식을 도출하였다. 기존 경험식과 비교한 결과, 도출된 산정식은 상향된 빈도를 반영한 빗물받이 유입부의 차집유량을 보다 정확하게 산정하였으며, 도로 배수시설 설계에 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.74-74
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• 2015

최근 홍수의 특성과 피해 양상은 과거와는 다르게 변화하고 있으며, 급격한 도시화로 인하여 기존 하천유역의 저류 능력이 감소하였으며 이러한 한계를 극복하기 위하여 이미 외국에서는 대심도 터널을 활용한 홍수재해 관리방안이 오래전부터 활용되어 왔다. 본 연구에서는 대심도 터널의 유입구, 수직갱, 감세지, 배수터널과 같은 시설물 중 대심도 터널 설계 시 수직 유입구를 통해 유입되는 유량의 에너지를 완화하고 효과적으로 배수 할 수 있도록 중요한 역할을 하는 감세지의 효율적인 깊이 산정을 위하여 수리모형실험을 실시하였으며, 모형은 Froude 상사법칙을 사용하여 원형의 1/18크기로 제작하였다. 본 연구에서 실시한 감세지 모형의 깊이는 0.278 m(원형 5.0 m), 0.417 m(원형 7.5 m)이며, 각 감세지 깊이별 수직 유입구 3개소(저지수직구1, 저지수직구2, 고지수직구) 및 5가지의 유량 CASE에 대하여 감세지 바닥면 압력을 비교?분석 하였다. 수직 유입구 3개소의 설계조건에 따른 감세지 깊이별 바닥면 압력 분포 평가를 실시한 결과 저지수직구1의 감세지 깊이 0.278 m(원형 5.0m)에서는 최대 압력이 4번 지점에서 $0.075kg/cm^2$(원형 1.30 MPa)이 측정 되었으며, 0.417 m(원형 7.5m)에서는 최대 압력이 1번지점에서 $0.089kg/cm^2$(원형 1.54MPa)이 측정되었다. 또한 저지수직구2의 감세지 깊이 0.278 m(원형 5.0 m)에서는 최대 압력이 1번 지점에서 $0.074kg/cm^2$(원형 1.28 MPa)이 측정 되었으며, 0.417 m(원형 7.5 m)에서는 최대 압력이 2번지점에서 $0.088kg/cm^2$(원형 1.52 MPa)이 측정되었다. 고지수직구의 감세지 깊이 0.278 m(원형 5.0 m)에서는 최대 압력이 3번 지점에서 $0.082kg/cm^2$(원형 1.42 MPa)이 측정 되었으며, 0.417 m(원형 7.5 m)에서는 최대 압력이 1번지점에서 $0.092kg/cm^2$(원형 1.59 MPa)이 측정되었다. 본 연구에서 실시한 수리모형실험의 결과 저유량에서 고유량으로 갈수록 최대압력지점은 반시계방향으로 움직이는 것을 알 수 있으며, 이는 수직 유입구의 설계조건에 따른 수직갱에서의 회전수차에 의하여 발생하는 것으로 분석하였다. 따라서 적절한 감세지 깊이 산정을 위해서 대심도터널의 수직 유입구(유입구형태, 수직갱)의 평가가 함께 유기적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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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.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1B호
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• pp.11-20
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• 2008

본 연구에서는 국내 중소규모 댐의 대부분을 차지하는 자연 월류형 여수로의 홍수배제능력 증대를 위해 여수로의 월류부 형상 개선에 따른 배제유량을 분석하였다. 대표적인 댐으로서 대수호지를 선정하였으며 여수로 배제유량 분석을 위해 3차원 수리해석 프로그램인 FLOW-3D를 적용하였다. 여수로 개축모형으로서 직선형 래버린스위어 및 곡선형 래버린스위어를 적용하여 각 모형별 월류양상 및 방류량을 현 상태인 선형 측수로식 여수로와 비교하였다. 수치해석 결과의 검증을 위해 Froude 상사법칙에 의해 1/40로 축소된 수리모형 실험 자료와 비교해 본 결과 측수로 내 흐름 및 월류양상이 서로 잘 일치하였으며 측벽 옹벽에서의 수위도 근사하였다. 설계홍수위 시 위어형상 별 측수로 내 월류양상을 비교해 보면 선형 측수로 여수로의 경우 위어를 통과한 측수로 내 흐름이 원활하였으나 직선형 및 곡선형 래버린스위어의 경우 방류량이 현 상태에 비해 40 cms 증가하여 위어를 월류한 흐름이 수면 위를 타고 반시계 방향으로 돌게 되며 잠류가 발생되는 것으로 나타났다. 저수지 수위-방류량 모의 결과 직선형 및 곡선형 래버린스위어 모두 현 상태인 선형 측수로식 위어에 비해 유효길이를 더 확보할 수 있어서 저수위에서는 최대 71%의 방류량 증가 효과를 보였지만 수위가 증가함에 따라 측수로 내 잠류가 발생하고 수맥간섭이 심해져 방류곡선의 경사가 점차 완만해졌다.

• 한국농공학회지
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• 제13권1호
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• pp.2206-2217
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• 1971

본연구(本硏究)는 Dam 또는 여수토(餘水吐) 방수로등(放水路等) 급구배수로(急勾配水路)에 고속(高速)으로 유하(流下)되는 물을 감세처리(減勢處理)하기 (爲)한 감세공형식중(減勢工型式中) 보다도 구조(構造)가 간단(簡單)하고 시공(施工)이 용역(容易)하며 경제성(經濟性)이 높은 Flip Bucket 형감세공(型減勢工)에 의(義)하여 수리특성(水理特性)에 따른 일반적(一般的) 적용조건(適用條件)과 설계시공(設計施工)의 발전(發展)을 도모(圖謀)하기 위(爲)하여 연구(硏究)한 것으로서 그 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. Flip Bucket의 수리특성(水理特性)과 일반적(一般的) 적용조건(適用條件) Flip Bucket는 일반적(一般的)으로 다음과 같은 조건(條件)을 갖일 때에 채용(採用)할 수 있다. 가. 하류하천(下流河川)의 수위(水位)가 얕어서 도수형(跳水型) 감세공법(減勢工法)을 이용(利用)하며는 막대(莫大)한 공사비(工事費)를 요(要)하게 될 때 나. 하류하천(下流河川)의 하상(河床)이 안정(安定)할 수 있는 양질(良質)의 암반(岩盤)일 경우 다. 하류하천(下流河川)은 여수토(餘水吐) 방수로(放水路)의 중심선(中心線)에 연(沿)하여 적어도 전수두(全水頭)의 $3{\sim}5$배(倍)되는 거리까지는 하심(河心)이 거이 직선(直線)인 여건(與件)에 있을 경우 라. 방사수맥(放射水脈)의 낙하지점(落下地點)을 중심(中心)으로 해서 주위(周圍)에 민가(民家), 경지(耕地), 중요시설물등(重要施設物等)이 없고 수맥낙하(水脈落下)로 인(因)하여 생기는 소음(騷音), 토사붕양(土砂崩壤), 물방울등(等)으로 피해(被害)를 받을 염려(念慮)가 없을 경우 2. 설계(設計) 및 시공상(施工上)의 적용사항(適用事項) 1항(項)과 같은 현지조건(現地條件)을 갖이고 실제(實際) Flip Bucket 형(型)으로 설계(設計) 또는 시공(施工)을 할 경우 고려(考慮)하여야 할 사항(事項)은 가. Bucket의 반경(半徑)(R)은 $R=7h_2$로 적용(適用)이 가능(可能)하다. ($h_2$: Bucket 시점(始點)의 평균수심(平均水深) 나. 본형식(本型式)은 한계지면이하(限界施面以下) 방수로(放水路)의 구배(勾配)가 $0.25<\frac{H}{L}<0.75$의 수로(水路)에서만 채용(採用)한다. 다. 방사수맥(放射水脈)은 가급적(可及的) 하상면(河床面)에 직각(直角)에 가까운 각도(角度)로 낙하(落下)시켜야 하며 그러기 위(爲)해서는 수맥(水脈)을 높이 또는 멀리 방사(放射)시켜야 한다. 상기목적(上記目的)을 만족(滿足)시키는 Flip의 앙각(仰角)은 $\theta=30^{\circ}{\sim}40^{\circ}$를 적용(適用)하는 것이 좋다. 라. 상기(上記) 가${\sim}$다항(項)을 적용(適用)했을 때 유량별(流量別) 방사수맥(放射水脈)의 낙하거리(落下距離)는 그림-4.1에 의(依)하여 쉽게 추정(推定)할 수 있다.(단 실물(實物)에 대(對)한 제량(諸量)의 환산(換算)은 표(表-3.2)에 제시(提示)된 Froude 상사율(相似律)을 적용(適用)할 것) 마. Bucket 부(部)에 Chute Blocks를 설치(設置)하는 것은 방사수맥(放射水脈)의 낙하범위(落下範圍)를 확장(擴張), Energy를 분배(分配)시켜 주므로 하류하상(下流河床)의 세굴심(洗掘深)을 감소(減少)시키는 이점(利點)은 있으나 소맥낙하거리(小脈落下距離)는 다소(多少) 단축(短縮)되는 경향(傾向)이 있다. 바. 수맥낙하점(水脈落下點)에는 세굴(洗掘)에 의(依)한 깊은 Water Cushion을 형성(形成)한다. 최종적(最終的)으로 도달(到達)하는 Water Cushion의 깊이는 하상구성재료(河床構成材料)의 조성(組成)과 재질(材質)에는 거이 무관(無關)하며 단위폭당(單位幅當)의 유량(流量)과 전수두(全水頭)에 따라 소요(所要) 깊이까지 세굴(洗掘)된다. 사. 빈도(頻度)가 잦은 소유량(小流量)에서는 수맥(水脈)의 낙하거리(落下距離)가 단축(短縮)되어 Flip Bucket 하류단(下流端) 직하류(直下流)를 세굴(洗掘)하게 되므 Bucket로 하류단(下流端)은 견고(堅固)한 암반(巖盤)에 충분(充分)한 깊이까지 삽입절연(揷入絶緣)시켜 수맥하부(水脈下部)의 공기유통(空氣流通)을 원활(圓滑)하게 하므로서 Cavitation을 방지(防止)할 수 있다. 지하벽(直下壁)은 보통(普通) Bucket 말단(末端)에서 약(約) $0.3{\sim}0.5m$ 정도(程度)는 수평(水平)으로 하고 수평(水平)과 내각(內角)이 $120^{\circ}{\sim}130^{\circ}$되게 절단(切斷)하여 적당(適當)한 곳에서 수직(垂直)으로 하여 암반(巖盤)에 견고(堅固)히 절연(絶緣)시킨다. 아. 하상(河床)에 돌입(突入)한 고속(高速) Jet는 수두(水頭)의 크기에 따라 막대(莫大)한 Energy의 일부(一部)를 함유(含有)한채 하상면상(河床面上)을 유하(流下)하게 되므로 이 영향(影響)을 받는 하류제방(下流堤防)에는 상당구간(相當區間)까지 사석(捨石) 또는 기타(其他)의 방호조치(防護措置)를 강구(講究)해야 한다. 자. 낙하지점(落下地點)의 조건(條件)으로 보아 자연낙하지점(自然落下地點)보다 더욱 양호(良好)한 지점(地點)이 주위(周圍)에 구비(具備)되어 있을 경우에는 별도(別途)로 수리실험(水理實驗)을 통(通)하여 수맥(水脈)의 변이방법(變移方法)을 강구(講究)해야 한다. 차. 수로(水路)의 중심선(中心線)이 만곡(灣曲)을 갖던가 또는 본연구(本硏究) 범위(範圍)에서 제외(除外)된 구조물(構造物)에서 본형식(本型式)을 계획(計劃)할 때는 별도(別途)로 수리실험(水理實驗)을 행(行)하여야 한다.