도시유역의 중·하류부에 주로 설치되는 4방향 합류맨홀에서 과부하 흐름에 의한 에너지 손실은 도심지 침수피해를 가중시키는 주요 원인이다. 과부하 4방향 합류맨홀에는 유입관의 유입조건에 따라 흐름 양상이 크게 변화되며, 중간맨홀 뿐만 아니라 3방향(T형) 합류맨홀의 흐름조건을 구성한다. 그러므로 유입관의 유입유량 변화에 따른 과부하 4방향 합류맨홀의 에너지 손실 변화 분석 및 손실계수 산정이 필요하다. 본 연구에서는 하수도시설기준을 준용하여 맨홀직경 및 관경을 1/5로 축소 한 수리실험 장치를 제작하였다. 과부하 사각형 4방향 합류맨홀에서 유입관의 유입유 량비 변화에 따른 손실계수를 산정하기 위하여 유입관(주 유입관 및 양측면 유입관)의 유입유량비를 10% 간격으로 변화시켜 다양한 유량조건(40 case)을 선정하였다. 실험 결과 중간맨홀에서 0.40의 가장 낮은 손실계수가, 90° 접합맨홀에서 1.58의 가장 높은 손실계수가 산정되었다. 또한 합류맨홀(T형, 4방향)의 경우 측면 유입유량이 한쪽으로 편향될수록 보다 큰 손실계수를 나타냈다. 유입관의 유입유량 조건 변화에 따른 손실계수를 산정하여 손실계수 범위도를 작도하였으며, 과부하 사각형 4방향 합류맨홀에서 모든 흐름조건을 고려할 수 있는 손실계수 산정식을 제시하였다. 제시된 산정식은 유입관의 유입유량이 변화하는 배수시스템의 설계 및 검증에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구의 목적은 하천의 조도계수와 유량의 불확실성을 고려하여, 부정류 흐름에서 홍수위 해석에 미치는 영향을 정량적으로 분석하는 데 있다. 본 연구에서는 GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) 기법을 적용하여 조도계수와 유량의 불확실성이 홍수위 해석에 미치는 영향을 분석하고, 강우사상의 크기와 불확실성과의 관계를 분석하였다. 조도계수의 불확실성은 하천기본계획을 참고하여 0.025~0.040의 범위에서 분석하였다. 유량의 불확실성은 수위 h일 때의 유량을 Q라고 할 때, Q= A(h- B)C로 표현되는 수위-유량관계식의 회귀계수 A, B, C를 통해 분석하였다. 수위-유량관계식의 회귀계수를 비선형 회귀분석을 통해 추정하였으며, 회귀계수는 t 분포를 가정하여 95% 신뢰도로 상한과 하한의 범위를 산정하였다. 산정된 회귀계수의 범위는 A는 5.138~18.442, B는 -0.524~0.104, C는 2.427~2.924로 산정되었다. 범위 내에서 10,000개의 매개변수 세트 를 추출하여 HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center’s River Analysis System)에 적용하여 Monte Carlo 모의를 수행하였다. 강우사상 1~3에서 모의된 홍수위의 95% 신뢰구간의 평균적인 범위는 각각 0.39 m, 0.83 m, 0.96 m이며, 첨두 홍수위가 발생했을 때의 범위는 각각 0.52 m, 1.36 m, 1.75 m로 산정되었다. 또한 이천관측소의 1986~2015년의 일 강우에 대한 빈도해석을 수행하였으며, 수행 결과 GEV (Generalized Extreme Vlaue) 분포일 때 강우사상 1~3의 재현기간은 각각 1년, 10년, 25년 빈도에 해당되었다. 본 연구를 통해 강우사상의 크기와 불확실성의 관계를 분석하 였으며, 향후 다양한 강우사상에 적용하여 검증한다면 홍수위의 불확실성을 예측하여, 하천관리 등을 위한 구조물의 계획 및 설계 시 의사 결정에 실질적인 도움이 될 수 있을 것으로 사료된다.

최근 들어 보의 환경적인 측면을 고려한 저낙차형 구조물 설치가 요구되면서 고정보의 형태도 다양하게 제안되고 있다. 그러나 실무에 적용하기 위한 횡단구조물의 설계 가이드라인은 매우 한정적이다. 따라서 본 연구는 국내 중소하천에 설치된 고정보의 물리적 제원 변경에 의한 수리적 특 성을 분석함으로써 환경적인 측면을 고려한 저낙차형 고정보의 유량계수 산정을 위한 기초자료를 제공하는데 목적이 있다. 이를 위해 경사형 및 계 단형 보에 대해 crest 변화에 따른 기본적인 유량계수를 도출하였으며 수위-유량 관계 곡선을 개발하였다. 또한 유량과 crest 등과 같은 수리학적 조건을 변화시켜 자유 흐름 조건 및 잠긴 흐름 조건의 흐름특성을 분석하였다.

국본 연구에서는 본류수로의 제방사면경사(ESch)에 따른 광정횡월류위어에서의 흐름변화를 수리모형실험을 통해 분석하고, 그에 따른 유량계 수산정식을 제시하였다. 제방사면경사는 실제 하천에서의 적용성을 고려하여 1:0.5, 1:1, 1:2를 선정하였다. 제방사면경사가 포함된 광정횡월류 위어의 유량계수산정식은 기존의 유량계수산정식 보다 합리적이고 적용성이 높은 것으로 확인되었다. 다중회귀분석결과 변수 중 본류수로의 제방 사면경사(ESch)>횡월류위어높이-상류수심비(h/yu)>횡월류위어길이-상류수심비(L/yu)>상류 푸르드수(Fru)의 순서로 중요도가 높은 것으로 나타 났다. 특히 기존의 연구와 개수로 흐름에서 가장 중요한 인자인 Froude수가 포함되지 않은 유량계수산정식을 제안하였으며, 그 적용성도 높은 것 으로 나타났다.

일반적으로수위-유량관계곡선식은선형성과등분산성가정을기반으로구축되지만, 측정단면의형태, 단면상·하류의지형요인등으로 인하여 영향을 받기 때문에 실질적인 수위 및 유량의 관계는 관계식 구축에 이용되는 가정에 위배된다. 이로 인한 오차를 줄이기 위하여 곡선식을분할하여이용하고있으나, 측정단면의변화를 고려한관계자의주관적인판단이구간분할의주요근거로이용되고있다. 따라서 본연구에서는이러한주관성을배제하고관측데이터를기반으로객관화된분할근거를제시하고자한다. 곡선식의구간분할을위하여변동계수 를이용한기존의연구를바탕으로변동계수가정규분포를따르는것으로가정하여, 계산된변동계수가전단계에서계산된95%신뢰구간 이내에존재하지않는경우구간을분할하였다. 즉, 변동계수를이용하여집단간의특성을비교하였으며, 변동계수의분포를이용하여분할을 위한기준값을제시하였다. 방법론의추정능력검토를위하여가상의곡선으로부터생성된데이터에제안된방법론을적용하였고, 실제유역에 적용성 검토를 위하여 금강에 위치한 무주 및 산계교 수위관측소 지점에 적용하였다. 결과적으로 자동으로 분할된 관계곡선식을 사용하여 추정의정확도를높일수있을뿐만아니라외삽을하는경우역시그정확도를향상할수있음을확인하였다. 마지막으로실측값을활용한 수위-유량관계곡선식의구축시구간분할전·후의잔차데이터에대하여Shapiro-wilk 정규성검정을수행하였으며, 구간분할후잔차가 정규성을 갖게 되는 것으로 나타났다.

최근 친환경적 홍수방어대책의 하나로 강변저류지 설치가 적극적으로 검토되고 있다. 강변저류지를 치수대책에 포함하기 위해서는 강변저류지 설치로 인해 확보할 수 있는 홍수조절효과의 정량적 예측이 필요하며, 이를 위해서는 정확한 횡월류량 산정이 요구된다. 특히 강변저류지의 경우 저류용량이 제한되어 있기 때문에 저류용량이 부족한 경우 그림과 같이 월류턱 높이를 기준으로 한 강변저류지 수심(D)이 월류턱 높이 보다 높아지게 되어 강변저류지 유입부에서 잠긴 흐름이 발생할 수도 있다. 하지만 횡월류위어 유량계수 연구는 대부분이 완전 횡월류 흐름에 대한 것으로, 잠긴 흐름 발생시 유량계수 산정에 어려움이 있다. 본 연구에서는 수리실험을 이용하여 월류턱 높이를 기준으로 한 하도의 수심(H)와 저류지 수심(D)를 변화시켜가며 다양한 잠긴 흐름을 재현하면서 잠긴 흐름 발생시 횡월류위어의 유량계수를 산정하였다. 실험 결과 하도와 저류지의 수심비(D/H)가 0.75보다 작을 경우에는 완전 횡월류 유량계수와 거의 동일하게 나타났으며, D/H가 0.75보다 커질수록 유량계수는 완전 횡월류 유량계수보다 점차 작게 나타났다. 잠긴 흐름 발생시 횡월류위어의 유량계수 산정 결과는 강변저류지 홍수조절효과를 좀 더 정확하게 분석하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 광정횡월류위어의 정확한 월류량을 산정하기 위해 직사각형, 1:1 및 1:2 경사 사다리꼴 위어에 대한 형상별 흐름특성을 수리실험을 통해 확인하였다. 흐름은 사다리꼴 형상으로 사면경사가 작을수록 흐름이 안정적이었으며, 각 형상별 위어 월류량의 경우 직사각형 형상보다 1 : 1 및1 : 2 사다리꼴 형상에서 각 5.67% 및 8.57% 가량 증가해 홍수배제 능력에서도 유리한 것으로 나타났다. 기존의 유량계수식에 횡월류위어 형상에 대한 매개변수

최근 친환경적 홍수방어대책의 하나로 강변저류지 건설이 적극적으로 검토되고 있다. 강변저류지를 치수대책에 포함하기 위해서는 강변저류지 설치로 인해 확보할 수 있는 홍수조절효과를 정확하게 산정해야 한다. 강변저류지의 홍수조절효과를 산정하기 위해 실무에서 주로 사용하고 있는 방법은 하천의 수위 변화를 고려할 수 있는 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS이다. HEC-RAS를 이용한 강변저류지의 홍수조절효과를 분석하기 위해서는 횡월류위어 유량계수가 필요하다. 횡월류위어의 유량계수는 과거 많은 연구자들이 실험을 통해 제시하고 있지만 산정식들마다 차이를 보이고 있어 횡월류위어 유량계수 결정에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 횡월류위어의 유량계수를 수리실험을 통해 산정한 후 기존 산정식들로 구한 횡월류위어 유량계수들과 비교하여 강변저류지 홍수조절효과 분석에 기존 산정식들을 적용할 수 있는지 여부를 검토하였다. 비교 결과 본 연구에서 가정한 모의조건에서는 수리실험으로 산정된 유량계수에 비해 경험식으로 계산된 유량계수가 약 19 ∼ 97 % 정도 크게 산정되었다. 그리고 기존 산정식들로 구한 횡월류위어 유량계수를 이용하여 횡월류량을 산정할 경우, 약 1.2 ∼ 2.4 배 정도 과다 산정되는 것을 확인하였다. 따라서 강변저류지 홍수조절효과 산정을 위한 횡월류위어 유량계수 산정시 기존 산정식으로 구한 횡월류위어 유량계수의 불확실성이 크기 때문에 수리실험을 통해 결정하는 것이 바람직하다고 판단된다.

본 연구에서는 수리모형실험을 이용하여 경사 위어의 수리특성을 분석하였으며, 설계조건을 다양하게 고려 할 수 있도록 다중회귀분석을 통해 유량계수식을 제시하였다. 또한, 제시된 유량계수식을 이용하여 경사 위어의 효과적인 설계에 기여하는데 본 연구의 목적이 있다. 경사 위어는 전폭 위어보다 상류 수면형이 일정 하였으며, 경사 위어 설치각이 증가할수록 수심 유지 효과가 컸다. 이러한 결과로, 전폭 위어보다 마루길이가 증가한 경사 위어는 상류 수위를 일정하게 유

밸브는 선박에서 유체의 흐름과 유량을 제어하기 위해 사용된다. 유량 계수는 밸브의 설계에서 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 상용프로그램인 CFX의 3차원 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 동일한 유속이 적용될 경우 밸브의 형과 밸브 열림 각도에 따른 유량 계수를 계산하였다. 그리고 실험 결과와 비교하여 CFX 시뮬레이션 해석을 통해 얻은 결과의 신뢰성을 검증하였다.

본 연구는 자갈하천에서 하상에 분포하는 입자에 작용하는 전단력을 이용하여 등가조도를 산정할 수 있는 모형을 개발하였다. 산정된 등가조도는 수위-유량자료가 부재한 하천에서 유량에 대한 수위를 산정하고 조도계수를 산정하는데 이용하였다. 대상하천은 섬진강의 중 하류부인 구례수위표와 송정수위표 구간으로 선정하였다. 등가조도는 개발된 모형에 의해 구례수위표지점에서 0.194m가 산정되었다. 산정된 등가조도를 흐름모형에 적용하여 계산된 수위유량자료를 관측된 자료와