홍수범람도 관측자료 수집을 위한 인공위성사진의 활용

성호제,양지로(사회자),정영훈,이승오 대한토목학회 2012 대한토목학회 학술대회 Vol.2012 No.10

사용자 입장의 침수관련 재난정보 제공을 위한 대피자 안정성 평가방안

성호제,김형준,이승오,Seong, Ho-Je,Kim, Hyeong-Jun,Lee, Seung-O 한국수자원학회 2020 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.53 No.4

고효율 지하유입시설에 의한 대심도터널 최적 수리성능 확보기술 개발

성호제,박인환,이동섭,Seong, Ho-Je,Park, In-Hwan,Lee, Dong-Seop 한국수자원학회 2017 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.50 No.12

접선식 및 다단식 나선 유입구 흐름 특성의 실험적 연구

성호제,이동섭,박인환 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.3

The vulnerability of urban disasters is increased with the rapid urbanization and industrialization, and the extreme rainfall event is increased due to the global climate change. Urban inundation is also increased due to the extreme rainfall event beyond the capacity limit of facility for the damage prevention. The underground detention vault and the underground drain tunnel are rapidly being utilized to prevent urban inundation. Therefore, the hydraulic review and design analysis of the inlet of the underground facility are important. In this study, the water level of the approach flow according to the inflow discharge is measured and the flow characteristic of the inlet (tangential and spiral) is analyzed. For the spiral inlet, the multi-stage is introduced at the bottom of the inlet to improve the inducing vortex flow at low discharge conditions. In case of the tangential inlet, the discharging efficiency is decreased rapidly with hydraulic jump in the high flow discharge. The rising ratio of the water level in the multi-stage spiral inlet is higher than the tangential inlet, but the stable discharging efficiency is maintained at low and high discharge conditions. And the empirical formula of water level-flow discharge is derived in order to utilize inlets used in this study. 급격한 도시화와 산업화로 도심 재난 취약성이 증가하고, 전 세계적인 기후변화로 인한 극한 강우사상의 발생빈도가 증가하고 있다. 기존 방재시설의 용량한계를 넘어선 극한 강우사상의 발생으로 도심 지역의 침수피해 또한 증가하고 있다. 도심 침수피해를 예방하기 위해 지하공간을 활용한 지하저류시설과 지하배수터널 활용이 급부상하고 있으며, 강우가 유입되는 지하유입구에 대한 수리학적 검토를 통한 성능 분석이 중요하다. 본 연구에서는 지하유입구로 활용되고 있는 접선식(tangential) 유입구와 나선식(spiral) 유입구에 대해 유입유량 변화에 따른 유입부 수위를 계측하고 흐름 특성 변화를 분석했다. 나선식 유입구의 경우, 저유량 조건에서의 와류 유도 효과를 개선하기 위해 유입부 바닥면에 계단형 다단식 구조를 도입했다. 접선식 유입구에서는 고유량 유입조건 아래 도수(hydraulic jump)가 발생하며 유량 배제 효과가 급격하게 감소했다. 다단식 나선(multi-stage) 유입구의 경우, 접선식 유입구보다 유입유량 증가에 따른 수위 상승률은 높지만 저유량 및 고유량 유입조건에 대해 안정적인 유량 배제 효과를 유지했다. 또한, 실험에서 사용된 유입구 모형이 활용될 수 있도록 접선식 유입구와 다단식 나선 유입구 모형에 대한 수위-유량 관계 실험식(empirical formula)을 제시했다.

접선식 유입구와 다단식 나선 유입구의 공기 배출 효과에 관한 실험적 연구

성호제,이동섭,박인환 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.4

급격한 기상변화로 인한 극한 강우와 집중폭우의 발생빈도 증가로 기존 수방시설의 한계 용량을 초과해 도심지 침수피해가 빈번하게 발생하고 있다. 최근 도시화 추세가 급격하게 빨라지면서 수방시설 등 사회기반시설에 대한 지하공간 개발의 필요성이 증가하고 있으며, 지하공간을 활용한 지하방수로와 지하저류지 기술이 급부상하고 있다. 본 연구에서는 지하유입시설의 대표적 형상인 접선식 유입구와 나선식 유입구에 대한 공기 배출 효과를 분석하기 위해 유입유량 변화에 따른 수직갱 내부 공기공동(air-core)의 형상 크기를 계측했다. 나선식 유입구의 경우, 저유량 유입조건에서 와류 유도 효과를 개선하기 위해 유입부 바닥면에 계단형 다단식 구조를 도입했다. 수직갱 내부 공기공동의 전체적인 평균 단면적의 경우, 다단식 나선 유입구가 접선식 유입구보다 10% 정도 크게 나타나 고유량 유입조건에서 높은 공기 배출 효과와 유입효율을 나타냈다. 접선식 유입구의 경우, 유입구가 가지는 고유 성능을 유지할 수 있는 최대 유량 조건을 초과하면서 공기 배출 효과가 감소하기 시작했다. 또한, 실험에서 사용된 접선식 유입구와 다단식 나선 유입구 모형에 활용 가능한 기초자료를 제공하기 위해 수직갱 내부 위치에 따른 공기공동 단면적에 대한 실험식(empirical formula)을 제시했다. Recently, urban inundation was frequently occurred due to the intensive rainfall exceeding marginal capacity of the flood control facility. Furthermore, needs for the underground storage facilities to mitigate urban flood are increasing according to rapidly accelerating urbanization. Thus, in this study, drainage efficiency in drain tunnel connecting to underground storage was investigated from the air-core measurements in the drop shaft against two types of inlet structure. In case of the spiral inlet, the multi-stage structure is introduced at the bottom of the inlet to improve the vortex induction effect at low inflow discharge (multi-stage spiral inlet). The average cross-sectional area of the air-core in the multi-stage spiral inlet is 10% larger than the tangential inlet, and show the highly air emission effect and the highly inflow efficiency at the high inflow discharge. In case of the tangential inlets, the air emission effect decreased after exceeding the maximum inflow discharge, which is required to maintain the inherent performance of the tangential inlet. From the measurements, the empirical formula for the cross-sectional area of the air-core according to locations inside the drop shaft was proposed in order to provide the experimental data available for the inlet model used in experiments.

홍수조절지 횡월류위어의 위치 변화에 따른 수위 저감 및 유량 분담 효과

성호제,박인환,이동섭,Seong, Hoje,Park, Inhwan,Rhee, Dong Sop 한국수자원학회 2018 한국수자원학회논문집 Vol.51 No.7

홍수조절지는 하천 제내지 측에 제방을 축조하고 제방 일부 구간에 횡월류위어를 설치해 일정규모 이상의 홍수사상 발생 시 홍수량 일부를 월류시켜 저류하는 홍수저감시설이다. 다양한 하천시설물이 존재하는 하천 내에서 홍수조절지의 운영 최적화를 위해서는 기존 시설과의 연계 운영을 함께 검토해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 하도 내 수문 시설의 영향을 고려해 홍수조절지 횡월류위어의 위치 변화에 따른 수로 내 수위 저감 및 유량 분담 효과를 분석하였다. 수문 시설의 영향을 고려하기 위해 수로 내 2문의 방사형 수문을 설치하였으며, 수문으로부터 상류 방향으로 횡월류위어의 위치를 이동시키며 수로 내 수위 변화와 횡월류위어의 월류량을 측정하였다. 실험 결과 횡월류위어의 위치가 수문에 가까울수록 수위 저감 효과가 크게 나타났으며, 유량 분담 효과는 큰 변화가 없는 것으로 확인되었다. 2개소 이상의 횡월류위어 운영 시에는 충분한 저류공간이 확보되어 횡월류위어의 위치에 따른 수위 저감 효과의 변화가 크지 않은 것으로 확인되었다. 또한, 수문 운영 시 1개소 횡월류위어의 위치 변화에 따른 수위 저감율을 경험식으로 산정해 향후 홍수조절지 계획 시 활용 가능한 기초자료를 제공하고자 한다. The detention reservoir is a hydraulic structure that constructs a levee on the inland of river and sets up side weir in a section of the levee, and this facility stores a part of the flood volume in case of a flood event over a certain scale. In order to optimize the operation of detention reservoir, it is necessary to review the linkage with existing facilities in the river. In this study, the effect of water level reduction and the flow distribution was analyzed according to the location of the side weir in the detention reservoir considering the run-of-the-river gate. Two radial gates were installed in the experimental channel, and the water level in channel and the overflow of weir were measured by moving the location of the side weir upstream from the gate. As a results of experiment, it was confirmed that the water level reduction is more remarkable as the location of the side weir was closer to the gate, and the effect of flow distribution is not greatly changed. When two or more side weirs were operated, it is confirmed that the sufficient storage space was secured and the water level reduction effect with the location of the side weir is not large. In addition, the water level reduction rate according to the location of the side weir was estimated by empirical formula and it is provided as basic data that can be used in the planning of the detention reservoir.

접선식 유입구와 다단식 나선 유입구의 수직갱 내 공기공동 형성에 관한 실험적 연구

성호제,이동섭,박인환,Seong, Ho-Je,Lee, Dong-Seop,Park, In-Hwan 한국수자원학회 2019 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.52 No.12

Radial Sluice gate의 진동해석을 통한 유체-구조 연성해석(Fluid-Structure Interaction)의 수치실험

성호제,이준선,류광현,이승오 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

하천정비 사업과 치수, 이수 목적의 하천시설물이 증가함에 따라 시설물의 구조적 문제로 인한 사회적 피해예방을 위해 유지관리에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 하천시설물 중 수문의 경우 개폐시 시간적, 공간적 흐름 변화가 크기 때문에 진동이 유발될 수 있다. 진동 발생 시 균열, 휨, 누수 등 안정성 문제가 발생하며 발생된 진동수가 구조물의 고유진동수와 일치하게 될 경우에는 공명현상으로 인해 붕괴될 수 있다. 이러한 피해 발생 후에는 많은 복구비와 노력이 필요하기 때문에 사전예방에 더 중점을 두어 설계해야한다. 종래의 진동해석 방법은 유체와 구조물의 해석을 각각 수행한 후, 시간 순서에 따라 유체의 해석결과를 구조물 해석의 초기 및 경계 조건으로 사용하였다. 따라서 수문의 부분 개방에 따른 유체흐름 변화에 의한 동수역학적 하중과 구조 변형에 의한 유체 흐름의 변화와 같은 지속적이고 상호적인 과정이 고려되지 않아 부정확성을 내포하였다. 반면에 FSI(Fluid-Structure Interaction) 분석은 유체와 구조물간의 상호작용을 시간과 공간에 있어 동시에 분석할 수 있어 이러한 부정확성을 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 기존에 수리모형 실험 결과가 있는 Radial Sluice gate를 선정하였으며 수리모형실험과의 비교를 통해 FSI 분석의 적용성을 검토하였다. 수치모형으로는 FSI 해석이 가능한 CFX를 이용하였으며 수문의 개방비율에 따른 구조물의 변위를 분석하여 진동수를 산정하였다. 그 결과 진동해석에 FSI를 적용하는 것이 적합함을 확인하였고 수리모형 실험 결과와 전체적인 경향이 유사하다고 판단하였다. 추후 수문의 개방비율 뿐만 아니라 개폐중에 발생하는 진동수 변화에 대해서도 해석한다면 수문 운영에 따른 진동안정성을 검토하는데 중요한 자료로 활용될 수 있을 것이다.

직선 개수로에서 Froude수 및 유량 변화에 따른 흐름과 하상변동 특성 연구

성호제,정영훈,류광현,이승오 한국방재학회 2012 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.11 No.-

급격한 기후변화와 무분별한 하천개발로 인한 하천특성의 변화는 치수 및 하천생태계 관리에 어려움을 주고 있으며 나아가 홍수 및 제방 붕괴로 인한 2차 피해를 유발시킬 수 있다. 하천특성은 흐름과 하상형태로 대표 될 수 있으며 하천특성과 관련된 각 인자들에 의한 하상형태 변화를 알 수 있다면 하천 및 생태계 관리에 중요한 단서를 제공 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 하천특성에 따른 하상변동을 정량화 할 목적으로 고정된 직선 개수로(폭 0.8 m, 길이 16 m, 높이 0.75 m)에서 실험을 진행한다. 하천특성과 관련된 각 인자들을 유량, 유속, 수위, Froude수, 하상재료로 결정하였고 하상재료로는 안트라사이트(D50 = 0.8 mm, S = 1.4)를 선택하고 하상경사는 일정하게 두었다. 실험은 크게 두 가지로 분류하여 첫 번째는 Froude수를 고정하고 유량 및 수위의 변화에 따른 하상변동을 관찰하는 방법이다. 두 번째는 유량을 고정하고 수위를 변화시켜 Froude수 변화에 따른 하상변동을 관찰하는 방법이다. 하상변동의 측정은 3D스캐너를 이용하며 획득 가능한 데이터로는 하상지형도와 하상고, 파장, 파고, 파상수가 있다. Froude수 및 유량 변화에 따른 흐름과 하상변동 특성의 결과를 정량화 할 주요인자로는 3D스캐너의 데이터 값을 대표 할 수 있는 파상수를 선택하였으며 하상지형도 및 파상수를 분석하여 각 실험조건별 정량화 가능여부를 판단 할 것이다. 이번 연구의 결과로 하천흐름 조건에 따른 하상변동을 예측할 수 있다면 치수 및 하천생태계와의 연관성도 고려하여 실 하천에서의 적용 및 관리와 하상 및 하천생태계의 변동도 예측할 수 있을 것이다.

수리실험을 이용한 지하유입시설 유입구 형상에 따른 수리학적 특성 분석

성호제 ( Ho Je Seong ),박인환 ( In Hwan Park ),이동섭 ( Dong Sop Rhee ) 한국안전학회(구 한국산업안전학회) 2018 한국안전학회지 Vol.33 No.4

In recent years, as flood damage caused by heavy rains increased, the great-depth tunnel using urban underground space is emerging as a countermeasure of urban inundation. The great-depth tunnel is used to reduce urban inundation by using the underground space. The drainage efficiency of great-depth tunnel depends on the intake design, which leads to increase discharge into the underground space. The spiral intake and the tangential intake are commonly used for the inlet facility. The spiral intake creates a vortex flow along the drop shaft and reduces an energy of the flow by the wall friction. In the tangential intake, flow simply falls down into the drop shaft, and the design is simple to construct compared to the spiral intake. In the case of the spiral intake, the water level at the drop shaft entrance is risen due to the chocking induced by the flowrate increase. The drainage efficiency of the tangential intake decreases because the flow is not sufficiently accelerated under low flow conditions. Therefore, to compensate disadvantages of the previously suggested intake design, the multi-stage intake was developed which can stably withdraw water even under a low flow rate below the design flow rate. The hydraulic characteristics in the multi-stage intake were analyzed by changing the flow rate to compare the drainage performance according to the intake design. From the measurements, the drainage efficiency was improved in both the low and high flow rate conditions when the multi-stage inlet was employed.