입자기반 전산유체역학 기법은 유체역학에서의 라그란지안 접근법에 기반을 두고 있다. 입자기반 방식은 입자 각각이 물리량을 가지고 움직이며 이러한 입자의 움직임을 추적하는 방식으로 유체의 거동을 구현할 수 있다. 이러한 방식은 격렬한 움직임에 의한 자유표면 혹은 경계면의 운동 재현에 우수성이 있으나 연속체역학을 위반할 수 있다는 문제점 역시 포함하고 있다. 이를 반대로 말하자면 특별한 조치를 취하지 않는 경우에는 연속체가 아닌 물질에 대한 구현이 매우 쉽게 가능하다는 것이기도 하다. 이에 따라, 기존의 유체에서 사용되는 입자기반 전산해석방식을 지배방정식 단계에서부터 고체입자형으로 변형이 가능하다는 것을 알 수있다. 본 연구에서는 입자기반 전산해석방식을 고체입자에 알맞은 형태로 변환하였다. 변환을 위해 유체에서 사용되는 점성항을 제거하고 대신 마찰항을 추가하였다. 본 연구에서 개발된 고체입자형 전산해석 프로그램을 이용하여 고체입자의 붕괴를 구현하였으며 이를 유체입자 붕괴와의 비교를 통해 입증하였다. 또한 유체입자가 가질 수 없는 고체입자만의 특성인 안식각을 구현하여 고체입자를 위한 입자기반 전산해석 프로그램을 완성하였다.

물이 부족한 우리나라는 최근 수자원의 효율적인 이용에 대한 중요성이 강조되고 있으며 특히 지금까지 개발된 저류시설 및 도수로, 용배수로를 통한 수자원의 효율적인 관리가 절대적으로 필요한 실정이다. 농업용수 또한 같은 실정이므로 합리적이고 효율적인 농업용수의 관리가 필요하다. 이를 위하여 용배수로의 퇴적토사에 대한 특성을 조사, 분석하여 이를 제거하거나 저감시키는 기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 지형별 즉, 산지, 평지, 간척지에 따른 용배수로를 분류하고 각 지형별 용배수로의 상 류, 중류, 하류에 퇴적된 토사의 분포현황을 조사하고, 시료를 채취하여 퇴적된 토사의 특성을 분석하여 토사를 효율적으로 제거하거나 저감시키는 기술을 개발을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다. 연구방법으로는 충북지역의 산지와 평지, 그리고 그 외의 간척지의 용배수로에 퇴적된 토사에 대하여 유입량은 RUSLE방법을 이용하여 분석하였으며, 퇴적량은 한국농어촌공사의 준설자료를 바탕으로 분석하였다. 그 결과 산지에 위치한 용수로 및 배수로의 퇴적된 토사의 경우 상류부에 퇴적된 토사가 입자가 가장 크게 나타났으며, 하류부로 내려갈수록 입자가 작은 것으로 나타났다. 평지와 간척지에 퇴적된 토사의 경우 상류부, 중류부, 하류부 구분이 없이 입자의 크기가 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 지형을 구분하지 않고 용수로와 배수로에 퇴적된 토사의 입자를 비교해 본 결과는 용수로에 퇴적된 토사가 배수로에 퇴적된 토사보다 입자가 더 큰 것으로 나타났다. 유기물함량의 경우는 지형에 따라 큰 차이를 보이진 않았지만, 배수로보다 용수로에서 유기물함량이 많은 토사가 퇴적되는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 실내실험을 통하여 개량형 공압식 가동보를 대상으로 보의 기립각도를 고려한 유사의 퇴적과 델타의 발달 과정을 파악하였다. 가동보 상류에서 유입되는 유사는 배수의 영향으로 유속이 느려지면서 퇴적이 되고 델타가 형성되며 하류로 이동하였다. 각 실험조건에 대하여 시간에 따른 델타의 이동속도는 델타는 시간이 지나면서 현저하게 감소하고, 보에 접근하였다. 무차원 델타의 높이(hd/h)가 증가할수록 무차원 델타의 이동속도(SD/V0)는 감소하였다. 따라서 델타의 높이(hd)가 증가할수록 수심(h)은 감소하였다. 델타의 유효높이(hw)가 크기 때문에 델타의 체적 (VxD)은 증가하지만 배수(backwater)의 영향을 받아 델타의 이동속도(SD)와 퇴적량은 감소하였다. 수로 경사가 일정할 때, 보의 높이(W)가 클수록 델타체적(VxD)이 증가하고, 델타의 전면부 길이비(hd/△S)는 1에 가깝다. 같은 유량조건인 경우에 가동보의 기립 각도가 가장 클 때, 시간당 델타의 퇴적량(Qs)은 가장 작았다. 따라서 보의 높이(W)가 클수록 델타의 발달을 억제할 수 있는 효과가 크다.

관거로 유입되는 토사유출은 도시 내배수시스템의 원활한 우수배제 능력을 악화시키는 대표 원인 중 하나로 지목되고 있으며, 기후변화 및 도시화로 인한 그 문제가 나날이 증가하고 있다. 기존 자연지역을 포함한 인근지대 및 개발지역의 경우 발생하는 토사유출에 대한 거동 및 처리를 예측한 실험적인 연구들은 활발히 진행되었으나, 이와 달리 관거 통수능 부족을 유발하는 퇴적과 이를 고려한 하수관거 적정 설계기법 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 관거 내 토사적체에 따른 설계방안의 시발점으로써 가상의 관망을 구성하고 각 관거의 경사 조정에 따른 관내 토사 적체양상의 변화를 분석하고자 하였다. 이때, 구성한 가상의 관망의 경우 도심지 소유역이라 가정하고 경사조정에 따른 관내 토사 적체량 저감을 위한 개선된 우수관망을 구성하고자 하였다. 이때 각 가상관망의 경우 맨홀절점으로 유입되는 토사입경을 단순화하여 적용하였으며, 실제 맨홀을 통해 관거로 유입되는 토사의 직경을 최대 50mm로 가정하고 모의함으로써 유입토사의 입경별 관거내 토사 적체 양상을 비교·검토하였다. 관내 토사량 모의시 고려해야하는 관내 축적 및 쓸림의 형태는 일반적으로 강우에 따라 그 패턴이 반영되는 Power-Linear식을 반영함으로써 관거별 유속 및 유량 변화에 따른 소류 및 부유의 형태가 반영되도록 모의하였다. 다만, 실제 관망의 설계에 있어서는 이상의 분석 결과들을 고려하여 전체 관로에 대한 주요 구간별 관로 구배의 효과적인 조정 및 노선 구성이 이루어져야 할 것이며, 이를 효과적으로 설계하기 위해서는 최적화 기법의 적용이 필요할 것으로 판단된다.

This research performed cause of sedimentary, field maintenance practices, such as the physical characteristics of the sediments. And device was developed through research for treatment of accumulated sediment. This study proposed method of treatment of accumulated sediment in agricultural irrigation and drainage channel for underlying treatment of accumulated sediment and easy to maintain through an indoor pilot experiment and field performance test using development device.

본 연구에서는 분포형 모형과 셀의 유입, 유출 및 저류량에 대한 질량보존의 법칙을 이용하여 토사의 이송 및 퇴적분포예측기법을 개발하였다. 모형은 (a) 토사침식 예측 (b) 흐름방향 및 유출량 산정 그리고 (c) 토사에 대한 질량보존의 법칙에 따른 셀별 토사이동량 산정의 세 단계로 구성되었다. 토양침식은 범용토양손실공식(USLE)을 활용하였으며 분포형 모형에서의 경사장(L) 산정은 일방향(SF)과 다방향 흐름 알고리즘(MF)을 사용하였다. 경사(S) 산

물이 부족한 우리나라는 최근 수자원의 효율적인 이용에 대한 중요성이 강조되고 있으며 특히 지금까지 개발된 저류시설을 통한 수자원의 효율적인 관리가 절대적으로 필요한 실정이다 효율적이고 합리적인 수자원관리와 그 이용 효과를 극대화하기 위해 경북지방의 농업용 저수지에 대한 저류용량과 퇴사량의 현황을 분석한 결과 농업용 저수지의 준설을 통하여 10% 이상에 이르는 저류용량을 추가적으로 확보할 수 있음을 확인하였다. 또한 GIS와 각종 토사발생량 예측기법을 활