• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.36 no.6
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• pp.971-984
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• 2003

This paper presents the hydraulic analysis of the air entrainment by the weir types. For the weir types, the stepped weir, the labyrinth weir and the gate underflow weir were selected, and the oxygen transfer efficiency was estimated by the site investigation and the hydraulic model tests. The most effective type for the oxygen transfer was stepped weir The more steps the stepped weir had, the higher efficiency it revealed. Oxygen transfer was proportional to the flow velocity, the Froude number, and the flow discharge in order. Hydraulic model tests showed that a nappe flow occurred at small flow rates. The concurrent condition of a nappe flow and a skimming flow occurred as flow rate increases, nappe flow at the upper part and skimming flow at the lower part. In the region of nappe flow, air inception occurred from the step edges due to flow separation, and air entrainment was made through a free-falling nappe, an air pocket, a nappe impact and a subsequent hydraulic jump. In the region of skimming flow, air entrainment occurred by the variation of water surface over the steps, but it was relatively small compared with nappe flow.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.41 no.1
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• pp.65-74
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• 2008

The small and medium sized dams have the fill dam type of a lot of occasions, which are often weak in cases of major floods. For this reason, although a countermeasure is in great need, due to the importance of the facilities and financial situations, no direct safety measures have been taken. In this study, in order to minimize construction expenditure for practical safety measures in cases of major floods, the overflow section of spillway has been analyzed focusing on how the overflow capacity will increase in the case of partially rebuilding a part of the overflow section of spillway favorable for hydraulic conditions. The Labyrinth weir and movable weir was chosen for reconstruction models of the overflow section. Moreover, for analyzing the after-effects of the reconstruction, a small scale dam was temporarily chosen for various experiments such as the hydraulic model testing and the three dimension numerical evaluation through the use of Flow-3D.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1827-1831
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• 2009

본 연구에서는 래버린스 형태 중 비교적 연구가 거의 되어 있지 않은 직사각형 래버린스 위어의 유량특성을 분석하여 월류량 증대효과를 분석하고자 하며 직사각형 래버린스 위어의 복잡한 흐름현상을 구현하기위해 수리모형실험을 수행하였다. 수리모형실험은 직사각형 래버린스 위어의 다양한 형상을 고려하기 위해 유효길이와 위어 폭 비(L/W)의 범위를 2, 4, 6, 8, 10으로 적용하였다. 또한, 수리모형실험에서 수심 변화에 대한 범위는 전수두와 위어 높이의 비를 0.05에서 0.75범위로 수행하였다. 직사각형 래버린스에 대한 유량 특성을 유량비와 유량계수 곡선을 이용하여 월류량 증대효과를 분석하였다. 그 결과, 직사각형 래버린스 위어의 유량비는 L/W가 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈으며, 전수두 비$(H_t/P)$가 증가할수록 작아지는 경향을 나타냈다. 즉, 일반 선형 위어보다 월류량 증대하는 효과가 낮은 전수두 비에서 발생하는 것으로 분석되었으며, 월류량 증대를 위한 수공구조물 설계의 기초자료로 활용이 가능할 것이다. 향후, 유량계수를 예측하는 관련 식이나 기법을 개발하여 효과적으로 래버린스 위어의 유량을 산정할 수 있을 것이다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.99-99
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• 2011

하천에서 위어 하류단의 세굴은 매우 중요한 현상이며 위어 형상에 따른 수리학적 흐름특성이 세굴거리 및 세굴심에도 영향을 미치므로, 적절한 하상보호공 설계를 위해 다양한 위어 하류단의 세굴 규모 및 세굴 형상을 산정하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 사다리꼴 래버린스 위어를 적용하여 일반적인 직선형 위어와 비교하였으며, 3차원 수치모의를 통해 하류단의 세굴 규모를 분석하였다. 현재 세굴 방지를 위하여 설치되는 위어 하류부 물받이 및 하상보호공의 설계 기준은 월류흐름에 의해 발생되는 하류부 세굴영향에 대한 고려가 미흡하며, 대부분 설계자료가 광정위어 및 예연 위어 형태만을 고려하고 있어 위어의 형상변화에 따른 고려 또한 부족한 실정이다. 따라서 하류부 세굴방지공의 안전하고 경제적인 설계를 위하여 위어의 형상 변화에 따른 위어 하류부 세굴 특성 분석에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서 적용한 래버린스(labyrinth) 위어는 수로 내에 설치된 횡방향 직선형 위어의 단면 형상을 변경하여 월류길이를 증가시킨 긴 마루(long crested) 위어 형태의 일종이다. 일반적으로 래버린스 위어는 월류량 증대, 수질개선 및 수심유지 효과가 필요한 수공구조물에 이용되어 하천에 적용될 경우, 관련 수공구조물의 수심 확보 측면에서 기여할 수 있는 구조물로 잘 알려져 있다. 수로폭과 유입유량을 알고 있을 경우 기존 연구자들에 의해 제시한 공식에 의해 직선형 위어의 하류단의 세굴거리와 세굴심을 산정할 수 있으며, 본 연구에서 제시한 세굴거리 비와 세굴심 비를 통해 래버린스 위어의 세굴거리 및 세굴심을 예측할 수 있었다. 분석결과 래버린스 위어의 하류단의 세굴거리는 직선형 위어에 비해 감소하고 세굴심은 증가하였으며, 총 마루길이 당 유입유량과 유입유량 조건에 따른 세굴거리 비 및 세굴심 비 변화를 통해 통수능 및 래버린스 위어의 마루길이 변화에 따른 세굴 영향범위를 조절할 수 있는 것으로 분석되었다. 추후 다양한 유량조건과 확폭비를 고려한 연구를 수행한다면 래버린스 위어의 마루길이에 따라 하상보호공 설계시 중요한 인자인 세굴거리와 세굴심을 조절할 수 있으며, 위어 형상에 따른 하류단 세굴 규모를 산정과 더불어 확장된 하상보호공 설계자료로 이용할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.709-709
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• 2012

보는 하천을 횡단하는 대표적인 수공구조물로써 수위를 유지하여 각종 용수의 취수 기능 및 주운 기능을 가지고 있다. 그러나 보를 설치할 경우 상류부의 유속이 점차 감소하여 유사 퇴적이 일어나며, 흐름 정체에 따른 수질 저하 및 수위 상승의 원인을 제공한다. 이러한 보의 단점을 개선하기 위해 래버린스 보에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. Hay 등(1970) 연구에 따르면 래버린스 보의 월류능력은 동일 수두 조건에서 선형 보보다 높은 특성을 가진다. 또한 Tsang(2000) 연구에 따르면 큰 유량 및 낮은 월류고 조건에서 폭기 효율이 뛰어난 것으로 나타났다. 박호상(2009) 연구에 따르면 경사형 마루 래버린스 보가 일반형 래버린스 보의 수심유지 범위보다 더 크며, 산소전달효율도 더 높은 것으로 나타났다. 그러나 기존 보에서 발생되는 유사퇴적 및 흐름정체 등의 문제는 여전히 존재하였다. 이와 관련하여 본 연구에서는 유사의 연속성을 유지하고 흐름의 정체를 해소하는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보(현대건설, 2011)를 제안하였다(그림 1, 2 참조). 본 연구에서는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보의 홍수안정성 및 유사연속성에 대한 효과를 3차원 수치모형(FLOW-3D)을 통해 분석하였다. 수치모의에 사용된 수로 연장은 9.25 m이고 폭은 0.82 m이며, 상류의 수심변화에 따라 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 에너지 감세 효과와 상류의 수심을 유지하는 효과가 나타났다. 또한 이격된 벽체로 흐르는 유속에 의해 래버린스 보 내의 마찰속도가 증가하였다. 이러한 결과, 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보가 홍수 안정성 및 유사배제에 효과가 있는 기술로써 가능성이 있는 것으로 판단된다. 향후, 수리모형실험을 통한 연구가 수행된다면 수리특성에 관한 기초자료를 통해 설계 인자가 도출될 수 있을 것이며 나아가 기술의 상용화에도 크게 기여할 수 있을 것이다.