최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 이러한 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 내배수시설의 성능 개선이 선행되어야 한다. 이러한 내배수 시설의 성능 개선을 위해서 현재 기 설치되어 있는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능평가가 필요하다. 성능평가가 이루어져야 유입부 및 흡입부의 설계를 개선하거나 펌프의 용량을 증대하는 대안을 제시할 수 있을 것이다. 하지만 현재 설계기준에는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능 평가 방법이 부재한 실정이다. 따라서 빗물펌프장 내 흐름특성을 분석하여 설계 및 운영에 대한 성능 평가방법을 제시할 필요가 있다. 배수능력 평가 기준을 마련하기 위한 빗물펌프장 내 흐름특성 분석은 수리모형실험을 통하여 분석하는 것이 가장 이상적이나 현실적인 문제로 인하여 수치모의를 통해 분석하는 것이 적당할 것으로 판단된다. 수치모의를 사용하기 위해서는 수치모의의 검증이 필히 선행되어야 하므로 본 연구에서는 국내 빗물펌프장 흡입부의 설게기준과 기설치된 빗물펌프장의 형상을 고려하여 수치모의의 검증에 필요한 수리실험을 수행하였다. PIV(Particle Image Velocimety)를 이용하여 빗물펌프장 흡입부 주변의 유속장에 대한 자료를 확보하였다. 확보한 유속장 자료와 ANSYS CFX 모의 결과와 비교하여 3차원 수치모형의 검증을 수행하였다.

이상기후와 집중호우로 인한 도심지 내의 홍수피해 위험성이 점차 증가하고 있는 상황에서 우수처리시설의 성능향상을 통한 치수안전도를 향상시키려는 다양한 노력이 시도되고 있다. 도심지에 우수를 처리하는 배수통문, 통관 및 빗물펌프장에 대한 치수능력 증대사업이 진행되고 있지만, 도심지역의 특성상 추가시설을 위한 부지확보 방안에 어려움을 겪고 있는 상황이다. 빗물펌프장의 경우에는 토출량의 증대를 위하여 빗물펌프의 용량을 증대하고나 추가 펌프 설치를 고려하여 시설물 증대사업을 추진하고 있다. 펌프수의 증가를 통한 토출량 증대방안은 추가적인 부지확보가 필요하므로, 기존 펌프토출량 증대를 통한 치수안전도 향상을 설계단계에서 많이 고려하고 있다. 펌프용량 증설 설계단계에서는 흡수정 내에서 발생하는 흐름특성을 분석하고 vortex 발생을 억제하여 기계설비에 미치는 영향을 최소화하고, 흡입효율이 저하되지 않도록 하여야 한다. 기존 연구를 살펴보면, 흡수정 조건에 따라 vortex 발생여부를 판단하고 vortex를 저감할 수 있는 방안을 적용하는 연구가 수행되었다. 이와 같은 vortex 형성 여부는 정상상태의 흐름조건에서 vortex의 발생여부를 판단하는 것으로서, 홍수시 변화하는 내외수 조건에 의한 흐름특성을 구현하기에는 부족한 점이 있다. 이에 본 연구에서는 흡수정으로 유입되는 유입량과 토출량 변화에 따른 흡수정 내의 흐름특성 변화를 모의하고 기존 정상 상태 연구와의 차이점을 비교하였다.

본 연구는 LES와 유사이동 모형을 이용하여 군말뚝 주변 세굴과정 및 특성의 수치모의에 관한 내용이다. 군말뚝 주변에서 세굴 및 퇴적은 말뚝간격에 크게 영향을 받았다. 무차원 말뚝간격이 3.75보다 작은 경우에는 군말뚝 주변 국부세굴 뿐만 아니라 단면축소세굴이 발생하였다. 반면 무차원 말뚝간격이 3.75 이상이면 단면축소세굴은 사라지고 각각의 말뚝에서 국부세굴만 발생하였다. 상류에 위치한 말뚝에서 세굴심 변화는 단일말뚝의 경우와 유사한 경향을 보였지만 하류에 위치한 말뚝근처에서 세굴심은 상류말뚝 존재 때문에 세굴심이 낮게 나타났고 경향성도 상당히 다름을 보였다. 군말뚝 주변의 무차원 최대 세굴심은 말뚝간격이 증가할수록 감소하였다.

보로 인한 상류부분 유속의 감소로 인해 보의 직상류 부분에 토사물이 퇴적되며 홍수시 수위가 증가하는 원인이 되어 치수 안정성을 저해하고 토사물의 퇴적과 함께 오염 물질도 같이 퇴적되어 수질 악화를 야기할 수 있다. 이러한 보의 단점을 개선하기 위해 본 연구에서 경사형, 슬롯형, 역쐐기 천공형 유사배제 래버린스 보를 제안하였다. 각각의 제안된 보의 수리학적 설계인자 도출을 위해 FLOW-3D를 이용하여 수치실험을 수행하였다. 역쐐기 천공형 래버린스 보의 경우 천공의 영향인자인 단면적, 천공갯수, 직경, 천공높이를 변화시키면서 동일 유량조건에서 수치실험을 수행하였다. 천공의 단면적은 월류고가 기존의 일반형 래버린스 보의 월류 수심보다 보다 10 % 이하로 감소하는 경우에는 수심유지효과가 확보되는 것으로 판단하여 천공의 지름을 결정하였다. 이 결과를 이용하여 슬롯형 유사배제 래버린스 보의 설계인자도 도출하였으며 수심이 10 %이상 감소하도록 설계하여 홍수시 치수안전성을 증가시킬 수 있도록 하였다. 또한, 유사배제효율을 확인하기 위해 보의 상류부분에 particle 형태의 유사를 유입하여 배제효과를 확인하였으며 유입유사 조건은 수리실험에서 주로 사용하는 주문진 표준사조건(d_50 =0.56 mm, σ_g = 1.48)을 적용하였다. 바닥부에서의 난류로 인한 유사배제율 변화를 확인하기 위해 천공의 간격과 높이를 변경하면서 수치실험을 수행하여 유사배제율이 최대가 되는간격과 높이를 도출하였다. 경사형 유사배제 래버린스 보의 경우에도 동일한 흐름 및 유사조건으로 수치모의를 수행하였으며 바닥의 경사를 변화시키면서 경사에 의한 유사배제율 변화를 분석하여 유사배제율이 최대가 되는 경사를 제시하였다. 본 연구에서 도출된 영향인자를 고려하여 유사배제 래버린스 보를 적용하면 기존 보의 단점인 보의 직상류 부분의 유사 퇴적 문제를 일정부분 해소하고 유사연속성을 증가시켜 생태건강성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되며 유사배제 래버린스 보의 활용성을 높일 수 있을 것이라 기대된다.

하천에서 각종용수의 취수를 목적으로 일정수위를 유지시키는 수공구조물을 보라 칭한다. 이는 수자원 확보 측면에서 상당한 장점을 가지고 있다. 그러나, 보로 인하여 상류부분 유속의 감소가 일어나며 이로 인해 보부분에 토사물의 퇴적이 발생 하게 된다. 이는 홍수시의 수위가 증가하는 원인이 되며, 토사물의 퇴적으로 안정적인 치수효과를 기대할 수 없다. 갈수기시 기존 직선형 보에서는 물의 흐름이 없이 고이기 때문에 퇴적 토사물의 부패가능성으로 수생태 환경에 악영향을 끼칠 수 있는 문제가 있다. 이와 같은 보의 단점을 개선하기 위해 마루형 래버린스 보, 톱니형 래버린스 보가 제안되어 왔다. 본 연구는 기존의 일반사다리꼴 래버린스 보(그림1.(a) 참조)의 형상에 추가적으로 보의 하단부에 천공을 통하여 역쐐기형 천공 사다리꼴 래버린스 보(그림1.(b) 참조)를 제안하였다. 이는 흐름의 연속성과 유사배제능력의 향상으로 유사흐름의 연속성을 확보할 수 있다. 수치모의를 통하여 확인 할 수 있으며, 수치모의는 3차원 자유수면 해석에 자주 사용되고 있는 FLOW-3D를 활용 하였다. 수치모의의 방법으로는 Particle을 이용하여 유사흐름의 연속성을 확인하였다. 수치모의에서 사용되는 Particle은 주문진 표준사의 평균 입경 0.32 mm로 적용하였으며, 래버린스 보의 높이는 0.1 m로 조건은 동일하게 적용하였다. 수치모의를 통한 변수로써 천공의 크기(내부6mm 외부10mm, 내부10mm 외부15mm) 2 Case 및 천공의 개수(3∼5) 3 Case를 변경함으로써 총 6 Case를 모의하여 보았다. 유사배제 능력과 치수안정성을 확인하기 위해 월류 사이의 관계를 통하여 효율성을 검토 해보았다. 보의 하단부를 천공함으로써 홍수시가 아닌 갈수시의 월류 수위에 도달하지 못하더라도 물의 지속적인 흐름을 통하여 수생태 환경을 보존할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 국내에서는 산업의 발달에 따른 농경지의 도시화, 택지개발 및 농업용수 사용량 감소의 영향으로 매년 50∼150개 정도의 보가 폐기되고 있는 실정이며, 미국의 경우 기능을 상실한 보 또는 소규모 댐을 철거하여 어류의 생태 통로를 복원하고 수질을 개선하고 있는 추세이다(한국건설기술연구원, 2008). 또한, 보 하류부에 입경이 작은 토사가 퇴적되고, 굵은 입경은 보 상류에 퇴적되어 하천의 유사연속성이 유지되고 있지 못하고 있다. 이러한 보 하류부의 퇴적부는 점차로 그 용적이 증가하고, 육지화되는 특성을 나타낸다. 이러한 현상은 하도육역화 현상으로 정의하고 관련 관리 기술을 개발하고 있다(현대건설, 2011). 이와 관련하여 본 연구에서는 기능을 상실한 보를 개선하거나 대체하고 유사연속성을 유지하면서 생태적으로 하천의 종적연결이 가능하도록 퇴적방지용 하상구조(현대건설, 2011)를 제안하였다(그림 1). 본 연구에서는 퇴적방지하상구조의 홍수안정성과 유사연속성에 대한 효과를 분석하고 3차원 수치모형(FLOW-3D)을 이용하여 수리특성을 모의하였다. 수치모의에 사용된 수로 연장은 9.25 m이고 폭은 0.82 m이며 경계조건으로는 상류수심을 0.04, 0.08, 0.10, 0.15, 0.20 m로 적용하였으며, 하류경계조건은 Out flow로 설정하였다. 또한 상류수심이 0.15 m인 경우에 대해 퇴적방지용 하상구조의 폭을 0.74 m, 0.64 m, 0.54 m 로 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 퇴적방지용 하상구조의 폭이 수로 폭과 같은 경우 상류 수심이 증가할수록 운동에너지 및 총 에너지가 감소하는 것으로 나타났다. 퇴적방지용 하상구조 수리특성은 속도수두의 감소율과 흐름방향 와(vorticity)를 주요인자로 채택하여 분석하였다. 속도수두 감소율의 수치모의를 비교분석한 결과, 속도수두의 감소율 범위는 그림 2에 나타난 바와 같이 38.9%에서 73.1%로 나타났으며 상류측 수위가 증가할수록 감소율은 작아지는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 퇴적방지 하상구조에 의해 속도수두가 저감되어 하천의 홍수 안전성에 유리할 것으로 판단되었다. 흐름방향 와(vorticity)의 수치모의를 비교분석한 결과, 그림 3에 나타난 바와 같이 (-)방향(반시계방향) 와(vorticity)는 도수 현상에 의해 증가하는 것으로 나타나 상류에서 유입되는 부유사가 퇴적방지용 하상구조 형상에 의해 발생하는 와(vorticity)에 의해 교란되어 부유하게 되어 유사배제의 가능성이 높을 것으로 분석되었다. 이러한 결과, 퇴적방지용 하상구조가 홍수 안전성 확보와 유사배제에 효과가 있는 기술로 적용되는데 가능성이 있는 것으로 판단되었다. 향후, 수리모형실험이나 실제적용에 의한 모니터링 연구가 수행된다면 수리특성에 관한 기초자료가 도출되어 퇴적방지용 하상구조의 상용화가 가능할 것이다.

사다리꼴단면을 가진 광정횡월류위어에서의 흐름특성을 3차원 수치모의를 통해 분석하였다. 본 연구결과， 본류 수로의 푸르드수가 증가함에 따라 월류유량비와 횡월류 유량계수는 감소하는 경향을 보였다. 그리고 횡월류 유량이 증가하면서 월류부 하류 수로의 주흐름구간은 축소되며，횡윌류위어의 대안 측에 형성되는 재순환영역의 크기는 증가하는 양상을 보였다. 횡월류위어 측에서의 주흐름방향 수위분포는 위어 시점부에서 급격히 하강하여 점차 증가하다 위어 종점부에서 급격히 상

본 연구에서는 조력발전소 배수갑문의 형상과 배치에 따른 방류능력을 해석하는데 3차원 수치모의가 효과적으로 이용될 수 있음을 보였다. 3차원 수치모형은 RANS를 지배방정식으로 하는 FLOW-3D 모형을 이용하였다. 본 연구결과 배수갑문의 방류능력은 물받이길이와 도류벽의 접근각도에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 그리고 이의 개선 여부에 따라 이상의 방류량 차이가 발생하였다. 또한 방류량은 배수문과 수차구조물을 연결하는 구조물의 형상과 물받이 끝 사면

The Characteristics of atmospheric flow and dispersion of air pollutants in the mountainous coastal area were studied using three-dimensional model by the combination of land/sea breezes and transport. It was then applied to Pusan city. As the urban area considered in this study is located in a mountainous coastal area, the atmospheric flow is strongly affected by the land/sea breezes and mountain/valley winds. The typical effects of land/sea breezes on the dispersion and the characteristics of pollutants movement in the region were analysed. The model has been proved to be an useful tool to pridict real time air pollutants transport as shown by the results of application studies in Pusan, Korea which is an urbanized coastal area with mountainous topography. It was found that the pollutants are differently transported and concentrated as going inland by the influence of the sea breeze with topographic changes. By comparing the pollutants concentrations of the simulated results with those of the observational results, it is shown that simulated results in this study are in qualitative agreement with observational ones.

The land and sea breeze over the Pusan coastal area is studied by three dimensional mesoscale numerical model. According to the results of the simulation experiments, both Pusan areas and Kimhae areas, the sea breeze began at 0800LST and the strongest at 1500LST and then at 1800LST. After midnight, the sea breeze changed about the land breeze and become weaker than that of the sea breeze in the daytime. Comparisons between calculations and observations showed that the characteristics of diurnal variation and v-component of the wind velocity relatively is similar to the Pusan areas. On the Kimhae areas, however, observations showed time lag which compared to the results of simulation experiments in the velocity of sea breeze and diurnal variation. From the above results, comparisons between calculations and observations is much more similar to the coastal areas than on the inland area.