The present study used the hydrodynamic numerical model, with the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations (RANS) as its governing equations, to analyze overflow characteristics such as the discharge coefficient of circular-crested weir and the flow velocity and pressure distribution of weir crest. The simulation results well reproduced the overflow characteristics of the overfall of circular-crested weir both qualitatively and quantitatively. As for the discharge coefficient, rational results were yielded by the discharge coefficient equation proposed by Hager(1985) in the H1/Rb< 0.58 and by the discharge coefficient equation proposed by Samani and Bagheri(2014) in the H1/Rb> 0.58, respectively. Because most existing discharge coefficient equations were developed by disregarding the effects of the approach velocity, when they are applied, it is necessary to evaluate the effects of the approach velocity on the overflow head beforehand.

본 연구에서는 광정횡월류위어 설치 예정지 하류쪽 본류 흐름내에 소규모 보를 설치하는 경우, 위어의 월류량 개선효과를 수리실험을 통해 확인하였다. 위어는 선행연구를 통해 월류량 소통능력이 가장 우수한 것으로 확인된 1 : 1 사다리꼴 형상의 광정횡월류위어를 사용하였다. 위어높이와 수로높이는 각각 0.06 m와 0.2 m이고, 예비실험을 통해 보의 높이를 광정횡월류위어높이의 1/3인 0.02 m로 결정하였다. 하류쪽에 설치되는 보가 위어로 부터 떨어지는 거리에 대한 보의 높이의 비(Bh/Lb)가 0.05, 0.025, 0.0167인 경우 월류량의 변화를 분석하였다. 보의 위치가 위어에 가까울수록 단위폭당 월류량이 많아졌으며, 각 8.1%, 5.4% 및 3.9% 증가하는 것으로 나타났다. 기존의 광정횡월류위어 유량계수식에 Bh/Lb를 매개변수로 추가하여 새로운 유량계수식을 제시하였다. 또한 선행연구 및 기존 연구자들의 실험자료와 본 실험의 연구자료를 비교하였으며, 측정된 월류량과 계산된 월류량을 비교하여 새롭게 제안하는 유량계수식의 적용성을 확인하였다.

최근 세계 곳곳에서 강우량증가에 의한 홍수피해가 속출하고 있다. 돌발적으로 집중되는 강우에 의해 하천이 범람하고 제방이 붕괴되는 피해가 증가하는 추세이다. 하도 내 홍수위가 증가하여 제방이 월류하면 제방은 그 기능을 상실하여 점진적인 붕괴가 진행된다. 제방의 점진적인 붕괴는 많은 연구가 진행중이나 복잡한 붕괴 메커니즘과 다양한 영향인자들로 인해 이론적으로 명확게 규명되지 않았다. 또한 대부분의 기존연구들이 제방의 붕괴를 댐붕괴와 동일하게 가정하거나 급격한 붕괴 또는 하도의 흐름에 횡방향으로 분류가되는 횡월류 위어와 동일하게 가정하여 실제 제방붕괴 양상과는 상이측면이 있다. 따라서 본 연구에서는 비점착성 재질로 제방을 축조하고 하도의 흐름이 존재할 때, 하도의 횡방향으로 제방이 월류하는 수리실험을 수행하여 하도의 Froude 수와 제방의 붕괴폭 및 붕괴유량과의 관계를 분석하였다. 그 결과 제방의 붕괴유량은 횡월류 위어와는 다르게 하도의 흐름과 제방 단면의 충돌에 의한 2차적인 영향이 발생하였고 이로 인해 붕괴유량의 차이가 발생하였다. 또한 붕괴유량이 수평한 제내지를 전파하는 실험을 수행하여 하도조건에 따른 붕괴홍수파 전파각의 시간적인 변화를 분석하였다. 붕괴홍수파 전파각은 붕괴의 발달 정도에 따라 상류 또는 하류전파각이 변화하는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 댐붕괴나 횡월류 위어와는 구분되는 제방의 붕괴특성을 규명하였으며 이러한 특성이 제방붕괴에 대한 비상대처계획 수립 시에 적용한다면 최종 침수면적이나 침수심을 고려한 공간적인 계획뿐만 아니라 붕괴양상에 따른 시간적인 인자를 함께 고려한 계획이 수립될 수 있을 것으로 기대된다.

하천에서 보는 일반적으로 수위를 조절하거나 용수공급 등 물을 이용할 목적으로 하천을 횡단하여 설치한다. 보는 높이가 고정된 고정보와 조절되는 가동보가 있다. 기존에 설치되어 있는 고정보는 콘크리트 형태로 보 하단에 흐름의 절체를 유발시켜서 수질을 악화시키고 어류의 이동을 단절시키는 등 환경 문제를 일으키고, 보 상류에 토사의 퇴적에 의한 상류의 수위 상승에 의하여 내수침수를 일으키는 등 치수적으로 문제를 일으키고 있다. 최근에 하천환경에 대한 관심이 늘어나면서 기존의 고정보의 문제점을 보완하기 위하여 다양한 방식의 가동보가 개발되고 있다. 그 중 국내 중소하천에 설치되고 있는 가동보의 주요 방식은 크게 개량형 공압식 가동보, 고무보, 유압식 가동보, 유선형 자동보로 분류된다. 그러나 이러한 가동보에 대한 흐름특성 및 정확한 유량을 추정하기 위한 유량계수 산정에 대한 연구가 거의 진행되고 있지 않으며, 실제 현장에서 적용가능한 가동보의 설계 및 월류량을 추정하는데 많은 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 실내실험을 통하여 수쉬감지에 의한 자동 기립 및 전도가 가능하고, 저층수배출 장치를 통한 가동보 상류의 수질악화 방지로 중소하천에 가장 많이 설치되고 있는 개량형 공압식 가동보를 대상으로 다양한 유량변화에 대한 흐름특성을 분석하였다(그림 1과 그림 2). 길이가 12 m, 폭 0.6 m, 높이 0.5 m인 가변형 경사 수로를 이용하였으며, 실험이 진행되는 동안 하류단 수위조건은 등류수심을 유지하였다. 하상경사는 국내 중쇼하천의 경사도 분석을 통해 1/1000로 하였으며, 가동보 기립각도를 5가지(완전도복인 5, 30, 40, 50, 60도)로 구분하여 실험하였다. 다양한 실험조건에 대한 수위-유량관계곡선식을 개발하였으며(그림 3), Froude 상사법칙에 따라 흐름에 영향을 주는 주요 매개변수에 흐름특성을 분석하였다. 가동보 기립각도에 따라 유량계수(Cd)값은 0.61~0.75로 산정되었으며, 각도별로 상대위어길이가 증가하면 Cd값이 감소하는 경향을 보였다. 그러나 기립각도와 상하류수심간의 관계에서는 yc/y1값과 yc/y2값, F2가 증가하면 Cd값은 증가하였다.

최근 10년간 지진해일에 의해 해안에 인접한 많은 국가들이 피해를 입어왔다. 이로 인해 지진해일에 대한 관심이 증가하고 있고 효과적인 방재대책이 요구되고 있다. 현재 지진해일 방재대책은 침수심을 기준으로 시행되고 있다. 하지만 유체의 흐름에 의한 피해는 수심뿐만 아니라 유속의 영향을 고려해야한다. 본 연구에서는 유속의 영향을 고려할 수 있도록 위험유속의 개념을 적용하였고 지진해일 위험도 분석을 실시하였다. 인체가 어떤 수심의 흐름 내에 존재할 때 균형을 유지할 수 있는 최대 유속을 위험유속이라고 하고 이 위험유속은 유체 흐름에 대한 인명피해 산정의 기준이 된다. 실험을 통하여 위험유속을 산정하는 방법은 흐름이 존재하는 바닥상태와 실험대상이 착용하고 있는 피복상태의 영향을 많이 받는다는 한계점이 있다. 또한 유체 밀도에 대한 고려가 없기 때문에 해수 범람에 대한 흐름에는 적용이 힘들다는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 전도와 미끄러짐에 대해서 안정성을 평가할 수 있는 Jonkman and Pennings-Rowsell(2008)의 물리식을 사용하여 위험유속을 산정하였다. 강원도 주문진항을 연구 대상 지역으로 선정하고 위험유속을 적용하여 지진해일에 대한 위험도 분포를 산출하였다. 동해안에 영향을 미칠 가능성이 있는 가상지진해일 중 한 가지를 선정하고 전파에 대해 선형 천수방정식, 범람에 대해 비선형 천수방정식을 적용하여 수치모의를 실시하였다. 범람 시 침수심에 대응되는 위험유속을 구하고 이를 근거로 위험도를 측정하게 된다. 항구 내의 위험도를 산출하고 지역적으로 위험한 지역과 상대적으로 안전한 지역을 구별하여 지진해일 대피경로의 선정에 활용하였다. 또한 아동과 성인의 위험도를 비교하여 위험지역의 범위의 차이를 확인하였다.

최근 이상기후 및 극한 홍수 발생 빈도의 증가로 수공구조물의 붕괴위험이 증가하고 있다. 그 중 70%가 제방이며 특히 월류에 의한 붕괴가 40%에 달한다. 따라서 좀 더 효과적으로 홍수를 예측하고 피해를 줄이기 위하여 수리모형실험의 필요성이 대두되고 있다. 붕괴 모형을 기존에 모래로 축조하여 수행하는 실험은 시간과 인력의 소모가 심하여 경제적으로 비효율적이라는 단점이 있다. 따라서 좀 더 경제적이고 효율적으로 하기 위하여 수치모형을 통하여 해석을 하였다. 수치모의에 사용된 제방 모형의 형태는 10Cm의 정방형 형태를 한 셀로 하여 구성하였다. 각 셀의 이동은 3D스캐너로 측정한 수리실험 형상의 자료를 Kriging의 방식으로 보간하여 셀별 속도를 산정하여 수치모의 조건으로 적용하였다. 이동상 제방 모형의 길이는 2m로 하고 높이는 0.3m 사면경사는 1：2로 제작하였다. FLOW-3D를 통하여 수치모의를 한 결과 모래로 쌓은 제방을 이용한 수리실험과 유사한 수위와 월류량을 나타내었다. 따라서 좀 더 간편화된 수치모형을 통하여서 홍수의 메커니즘을 이해 할 수 있으며 수위와 월류량을 예측할 수 있을 것이다.

본 연구에서는 원심모형시험기를 이용하여 강원도 강릉시 소재 장현 저수지의 축소 모형에 대하여 월류 시 제체의 붕괴 거동 특성을 파악하고, 제체보호공법을 고찰하였다. 원심모형시험 시 모형 단면은 1/50로 축소하여 축조하였고 LVDT, 간극수압계를 설치한 후 월류시험을 수행하였다. 월류시험은 차수매트 보강방법에 따라 미설치 시, 상류사면 및 제정부근 설치 시, 상하류 사면 전체 설치 시 등으로 나누어 수행되었다. 원심모형시험 결과 차수매트 설치 시 제체의 세굴과 토사의 유출을 방지할 수 있다는 것을 확인하였으며, 특히 차수매트의 보강을 최소한으로 한 상류사면 및 제정부근 설치 시에 하류사면의 유실은 불가피하게 발생하지만 상·하류방향으로 발생되는 제체의 절단은 막을 수 있는 것으로 나타났다. 앞으로 자치단체 소관 소규모 저수지에서 집중호우로 인한 월류 상황 발생을 사전에 예측하여 제체보호공법을 적용한다면 우기 시 빈번하게 발생하던 저수지 붕괴 사고는 막을 수 있을 것이라 사료된다.

최근 하천의 흐름해석 분야에서는 수위 및 하상변동 양상과 오염된 지류유입으로 인한 본류에서의 유속분포 양상 및 혼합과정 등의 실제적인 문제를 해결할 수 있는 1, 2차원적 해석이 이루어지고 있으며, 이는 복잡한 하천을 균일화된 모양과 단순화된 방정식으로 일괄 적용함으로써 많은 한계점을 나타내고 있다. 본 연구에서는 서울시 관내 지방 2급 하천인 우이천 시험유역을 대상으로 하천의 물리적인 특성 변화에 따른 흐름해석을 수행하기 위하여 3차원 RANS (Re

본 연구에서는 홍수시 비점착성 제체 위를 월류하는 흐름에 의한 유체-고체 혼합류의 속도 분포와 판박형 세굴을 다루고 있다. 속도 분포는 입지-관성 법칙을 기초로 한 응력-변형률 관계식으로부터 구할 수 있었으며, 세굴 깊이는 Coulomb의 동역학적 법칙을 이용하여 구할 수 있었다. 상기 이론으로부터 구한 이론치를 검토하기 위해 실험을 실시하였으며, 실험치와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다. 본 연구에서 얻어진 속도 분포의 이론식은 유체-고체 혼합류의