유량 지니계수를 이용한 유황분석방안

박태선 한국수자원학회 2021 한국수자원학회논문집 Vol.54 No.12

In this study, a new analysis method by using a “Discharge Gini Coefficient” is presented to determine the degree of inequality in daily discharge throughout the year. The Discharge Gini Coefficient can be calculated using the area relationship with the cumulative percentage of the daily mode discharge in the ascending order according to the cumulative percentage of the date of occurrence of the daily discharge throughout the year. The Discharge Gini Coefficient is presented as a value between 0 and 1, and the degree of inequality can be divided into 5 levels. The Discharge Gini Coefficient can be used to estimate the discharge stability of the downstream point relative to the upstream point. In addition, it is possible to quantify the influence of each reference discharge on the total inequality. The applicability of the Discharge Gini Coefficient was reviewed using long-term daily discharge data at eight points upstream and downstream of the four major rivers in Korea. The Discharge Gini Coefficient can also be used to analyze the discharge control effect in the downstream by the upstream dam. 본 연구에서는 연중 일유량의 불균등 정도를 파악하기 위해 “유량 지니계수”라는 새로운 개념의 분석방법을 제시한다. 유량 지니계수는 오름차순한 연중 일유량 발생일자의 누계백분율과 일최빈유량의 오름차순 누계백분율과의 면적관계를 이용하여 산정한다. 유량 지니계수는 0~1 사이의 값으로 표현되며, 불균등의 정도는 5단계로 구분할 수 있다. 유량 지니계수를 이용하면 상류 지점에 대한 하류 지점의 유량 안정도를 산정할 수 있다. 또한, 유황분석 기준유량별로 불균등에 미치는 영향의 정도를 수치적으로 파악할 수 있다. 4대강 본류 상‧하류 8개 지점의 장기간 일유량 자료를 이용하여 유량 지니계수의 적용성을 검토하였다. 유량지니계수는 상류 댐에 의한 하류에서의 유량조절 효과를 분석하는 데에도 활용될 수 있을 것이다.

하상계수가 큰 하천의 하도형성유량 산정

지운(Ji Un),장은경(Jang Eun Kyung),여운광(Yeo Woon Kwang) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 B Vol.31 No.4B

하천 정비 및 하천 복업사업의 기준유량이 되는 하도형성유량 산정은 안정하도 설계시 반드시 선행되어야 하는 것이다. 국내의 경우 하도형성유량 산정방법에 대한 연구가 많이 수행되지 않아 특정패턴을 도출하기가 어려운 실정이다. 국내하천의 경우 외국의 주요하천과 비교하여 하상계수가 크게 나타나는 특성으로 인해 외국사례를 국내에 적용하기에 어려움이 있다. 따라서 현재 구하도 복원이 진행 되고 있거나 계획되어 있는 만경강, 청미천, 함평천을 대상으로 하도형성유량 산정을 위해 만제유량, 특정 재현기간별 유량, 유효유량을 산정해보고 각각의 상호관계를 분석하여 하상계수가 큰 국내하천에 적용 가능한 하도형성유량을 제안하고자 한다. 만제유량은 대상유역의 지형자료를 이용한 HEC-RAS 모의를 통해 산정하였으며 특정 재현기간별 유량과 유효유량은 대상구간의 유량, 하상토, 유사 자료를 이용하여 산정하였다. 산정결과 하상계수가 큰 하천에서는 유효유량이 만제유량보다 크게 나타났으며 하상계수와 관련하여 특정 재현기간별 유량은 일관성 있는 특징이 없는 것으로 나타났다. The channel-forming discharge, which is a standard and single flow for the river maintenance and restoration project, should be estimated necessarily in the stable channel design. It is difficult to produce the specific pattern for the channel-forming discharge in the domestic rivers due to the insufficient researches and case studies. Also, it is improper to adopt the foreign cases for the domestic rivers and streams which have the high coefficients of river regime. Therefore, the channel-forming discharge possible to use for rivers with high coefficients of river regime is suggested in this study through analyzing the bankfull, specified recurrence interval, and effective discharges of Mangyeong River, Cheongmi Stream, and Hampyeong Stream for the abandoned channel restoration project. The bankfull discharge was calculated with geometric data using the HEC-RAS modeling and the flow, bed materials, and sediment data for the study reaches were used to estimate the specified recurrence interval and effective discharges. As a result for calculating the channel-forming discharge, the effective discharge was greater than the bankfull discharge in the river with high coefficient of river regime and the effective discharge was greater than the bankfull and there was no correlation between the coefficient of river regime and the characteristics of the specified recurrence interval discharges.

횡월류 수리모형실험을 통한 유량계수 산정식 개발

정태성(Cheong, Tae Sung),고택조(Ko, Teakjo),심기오(Shim, Kio) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.4

본 연구에서는 비교적 수집이 용이한 수리량 자료와 횡월류 위어 형상자료로부터 유량계수를 산정하는 공식을 개발하였다. 유량계수 산정식을 개발하기 위하여 소하천 특성이 반영된 수리모형실험을 수행하였다. 수리모형실험은 국립재난안전연구원 실험동에 구축된 길이 22 m, 높이 1 m 그리고 폭 2 m의 실험수로에서 수행되었다. 이때 횡월류 위어의 형태는 현장조사 결과를 토대로 월류부 마루높이가 없는 사각위어로 결정하였다. 유량계수 산정식 개발을 위하여 민감도 분석을 통해 물리적 의미를 갖는 프루드 수, 횡월류 위어길이, 하도경사 그리고 월류수심을 독립변수로 선정하고 비선형 다중회귀방법을 적용하였다. 본 연구에서는 개발된 유량계수 산정식의 거동을 상대적으로 비교·분석하기 위하여 기 개발된 산정식 중 정확도가 높은 것으로 밝혀진 공식과 본 연구의 산정식 결과를 실측치와 함께 비교하였다. 비교 결과 본 연구에서 개발된 산정식은 기존의 공식에 비해 유량계수의 거동을 잘 재현하고 있는 것으로 나타났다. New discharge coefficient equation which can be used to estimate discharge coefficient has been developed by using only hydraulic data and weir shape data easily obtained. Hydraulic experiments reflecting small stream characteristics has been performed to develop discharge coefficient equation. Hydraulic experiments has been performed in open channel which is 22 m long, 1m high and 2 m wide and established in National Disaster Management Institute, Korea. Rectangular side weir installed in the channel is determined by field research. Sensitivity analysis are performed to select physically meaningful parameters such as Froude Number, weir length, channel slope and depth as a dependent variables and nonlinear multiple regression method is used to develop new discharge coefficient equation. The new discharge coefficient equation results are compared with measured data and also discharge coefficients estimated from selected equations which can represent discharge coefficient well. New discharge coefficient equation which has been developed in this study is proven to be superior in explaining discharge coefficient of side flow weir more precisely compared to existing discharge coefficient equations.

FLOW-3D를 이용한 다양한 곡률에 대한 횡월류 위어의 유량계수 산정

정창삼(ChangSam Jeong) 한국방재안전학회 2015 한국방재안전학회 논문집 Vol.8 No.1

본 연구는 수치모형을 이용하여 만곡수로 외측에 설치된 횡월류 위어의 곡률반경에 대한 횡월류 유량계수를 분석한 연구이다. 곡률반경의 변화에 따른 만곡부의 중심각이 180°인 수로모형을 설계하였으며, FLOW-3D모형에 적용하여 유량계 수를 산정하고 직선 수로와 비교하는 방법으로 유량계수의 특성을 분석하였다. 모형의 적용성 검증을 위해 기존에 연구되었던 수리실험과 동일한 조건의 수치모의를 수행하였다. 하폭(b)을 고정시키고 곡률반경(Rc)을 변화시킴으로써 Rc/b의 변화에 따른 유량계수(CM)의 변화를 분석하고, 만곡수로의 월류량(Qwc)에 대한 직선수로의 월류량(Qwc)의 비를 분석하였다. 분석결과 유량 계수는 상류수심, 만곡수로의 곡률반경의 변화에 따라 유량계수는 변화하였으며, 직선과 만곡수로에 대해 분석을 수행하였기 때 문에 직선수로의 영향인자를 이용하여 만곡수로에 설치된 횡월류 위어의 월류량과 유량계수를 추정 가능 할 것이라 판단된다. In this study, the lateral overflow discharge coefficients for the curvatures of side weir on meandering channel were analyzed. The side weir installed in accordance with the variation of the radius of curvature of the central angle bends with 180°. FLOW-3D model is applied to calculate the discharge coefficients of the side-weir on meandering and straight channels and the characteristics of the discharge coefficients are analysed. In order to verify the numerical model, the results from the hydraulic experiment conducted by the former research are compared with the results simulated by FLOW-3D in the same conditions. The discharge coefficients are calculated for the ratio between curvature (Rc) and channel width (b), and the ratio between over flow discharge of the straight channel (Qwc) and the meandering channel (Qwc) are compared. As the result, the discharge coefficients depend on the weir depth on upstream, and the radius of curvature, so that the discharge coefficients of side weir on the meandering channel can be estimated by them on the straight channel.

하단배출형 연직 가동보의 방류량 산정

최용환,이지행,최흥식 한국방재학회 2016 한국방재학회논문집 Vol.16 No.5

The equations of discharge coefficient for under flow through the openness of vertical lift weir were developed for the calculation of free and submerged flows. In hydraulic characteristic analyses, the variation of upstream depth and the depth difference between up and down stream of gate depend on the gate openness and discharge. For free and submerged flows, the equations of discharge coefficient were developed by the definition of submergence ratio and the ratio of gate openness height to depth difference of up and down stream at gate in addition to the submergence ratio as well. Correlation analyses were carried out between flows of the experimental and the calculated by the developed equation of discharge coefficient. For free flow, the root mean square error (RMSE) and mean absolute percentage error (MAPE) were 0.0008 m 3 /s and 4.87%, respectively. There were 67% and 92% calculation discharges within the 68% and 95% confidence intervals (CI), respectively. For submerged flow, the RMSE and MAPE were 0.0006 m 3 /s and 4.18%, respectively. There were 75% and 94% calculation discharges within the 68% and 95% confidence intervals (CI), respectively, indicating a high degree of correlation between the experimental and calculate discharges results in the applicability. 연직가동 수문의 개도에 따른 자유월류와 잠수월류 형태에 따른 방류량의 산정을 위한 유량계수 관계식을 개발하였다. 수문의 상류수심의 변화와 수문의 상류와 하류의 수위차는 유량과 수문의 개도높이와 상관이 있음을 확인하였다. 자유월류와 잠수월류에 따른 잠수도를 정의하고, 이를 이용한 유량계수 관계식을 개발하였다. 잠수도와 더불어 수문의 개도높이와 수문의 상류와 하류의 수심차와의 비를 이용한 유량계수 관계식을 제시하였다. 개발한 유량계수 관계식을 이용한 방류량과 실험유량간의 상관분석을 수행하였다. 그 결과 자유월류에서는 RMSE는 0.0008 m 3 /s, MAPE는 4.87%, 68%와 95% 신뢰도 구간에는 각각 67%, 92%가 포함됨을 확인하였다. 잠수월류에서는 RMSE는 0.0006 m 3 /s, MAPE는 4.18%, 68%와 95% 신뢰도 구간에는 각각 75%, 94%가 포함됨을 확인하였다. 따라서 개발한 유량계수 관계식에 의해 산정한 방류량과 실험유량은 높은 상관이 있어 사용성이 있는 것으로 판단된다.

폭이 넓은 개수로에서의 예연횡월류위어 유량계수 산정

이동섭(Rhee Dong Sop),김창완(Kim Chang Wan) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 B Vol.28 No.5B

본 연구의 목적은 De Marchi 유량계수 C<SUB>M</SUB>의 개념을 이용하여 상대적으로 폭이 넓은 개수로에서 실험적으로 상류 조건의 직사각형 예연횡월류위어 유량계수에 대한 상류 프루드수, 위어 높이, 위어 길이, 본수로 폭의 영향을 확인하는 것이다. 수로 실험과 차원해석을 통하여 도출된 네 가지 중요 영향 변수, Fr₁, h/y₁, L/B, L/y₁의 영향을 관찰하고, 실험 결과를 바탕으로 새로운 예연횡월류위어 유량계수 산정식을 제안하였다. 분석 결과 폭이 넓은 개수로에서 예연횡월류위어 유량계수에 대한 Fr₁의 영향은 감소하는 것을 확인하였으며, h/y₁, L/B, L/y₁의 중요도가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 기존 연구자들의 실험 자료와 본 연구의 실험 자료를 비교 분석하여 기존 예연횡월류위어 유량계수 산정식의 적용성을 개선하였다. This study is investigating experimentally the effect of upstream Froude number, weir height, weir length, and main channel width on the discharge coefficient of rectangular sharp crested side-weirs under subcritical flow conditions in a relatively wide rectangular open channel based on the De Marchi discharge coefficient C<SUB>M</SUB>. The effects of four main influential parameters found by dimensional analysis, Fr₁, h/y₁, L/B, and L/y₁ are examined by the flume tests. New estimated equations for the discharge coefficients of sharp-crested side-weir are suggested based on the experimental results. The effect of Fr₁ for the discharge coefficient of sharp crested side weir is decreased in wide open channel and the relative importance of other influential parameters like h/y₁, L/B, and L/y₁ are increased. Also, the experimental results are compared with the results of other studies to extend the applicability of pre-suggested formulas for sharp-crested side-weir discharge coefficient.

Flood stage analysis considering the uncertainty of roughness coefficients and discharge for Cheongmicheon watershed

Shin, Sat-Byeol,Park, Jihoon,Song, Jung-Hun,Kang, Moon Seong 한국수자원학회 2017 한국수자원학회논문집 Vol.50 No.10

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. The objective of this study was to analyze the flood stage considering the uncertainty caused by the river roughness coefficients and discharge. The methodology of this study involved the GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) to quantify the uncertainty bounds applying three different storm events. The uncertainty range of the roughness was 0.025~0.040. In case of discharge, the uncertainty stemmed from parameters in stage-discharge rating curve, if  represents stage for discharge Q, which can be written as Q= A(h- B)C. Parameters in rating curve ( A, B and C ) were estimated by non-linear regression model and assumed by  distribution. The range of parameters in rating curve was 5.138~18.442 for A, -0.524~0.104 for B and 2.427~2.924 for C. By sampling 10,000 parameter sets, Monte Carlo simulations were performed. The simulated stage value was represented by 95% confidence interval. In storm event 1~3, the average bound was 0.39 m, 0.83 m and 0.96 m, respectively. The peak bound was 0.52 m, 1.36 m and 1.75 m, respectively. The recurrence year of each storm event applying the frequency analysis was 1-year, 10-year and 25-year, respectively.

Development of head loss coefficient formula at surcharged four-way combining square manhole with variation of inlet flow

Jo, Jun Beom,Kim, Jung Soo,Yoon, Sei Eui 한국수자원학회 2017 한국수자원학회논문집 Vol.50 No.12

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. The energy losses due to surcharged flow at four-way combining manhole, which is mainly installed in the downstream of urban sewer system, is the main cause of inundation in urban area. Surcharged four-way combining manholes form various flow configuration such as straight through, T-type, and four-way manholes depending on variation of inflow discharge in inlet pipes. Therefore, it is necessary to analyze change of energy loss and estimate head loss coefficients at surcharged four-way combining manhole with variation of inflow discharge ratio. The hydraulic experimental apparatus which can change inflow ratios were installed to analyze the flow characteristics at four-way combining manhole. In this study, to calculate the head loss coefficient according to change of the inflow discharge ratios at the surcharged four-way combining square manhole, the discharge conditions of 40 cases which the inflow ratios of each inlet pipe were changed by 10% interval was selected. The head loss coefficient at surcharged square manhole showed the lowest value of 0.40 at the straight manhole and the highest value of 1.58 at the 90° junction manhole. In the combining manholes (T-type and four-way), the head loss coefficients were calculated more higher as the lateral flow rate was biased. The contour map of head loss coefficient range was constructed by using the estimated head loss coefficients and the empirical formula of head loss coefficients was derived to consider the variation of inflow discharge ratios at the surcharged square manhole. The empirical formula could be applied to the design and assessment of the urban drainage system.

조력발전용 수문 형상에 따른 통수성능에 관한 실험적 연구 - II. 실험결과 및 분석

이달수(Lee, Dal-Soo),오상호(Oh, Sang-Ho),이진학(Yi, Jin-Hak),박우선(Park, Woo-Sun),조휴상(Cho, Hyu-Sang),안석진(Ahn, Suk-Jin) 한국해안해양공학회 2008 한국해안해양공학회 논문집 Vol.20 No.1

이 연구에서는 개수로시스템에 설치된 조력발전용 수문(sluice)에 대한 수리모형실험을 수행하여 취득된 자료의 분석 결과를 제시하였다. 실험은 수문 최소단면의 폭 및 바닥높이가 서로 다른 여섯 가지 수문 모형에 대하여 이루어졌다. 수문의 측면형상이 같을 경우에 수문 최소단면의 폭을 증가시킴으로써 수문의 유량계수는 대체로 증가하였지만, 유량이 작고 수문 상류측의 수위가 낮을 때는 유량계수가 증가하다가 감소하는 경향이 나타났다. 또한, 최소단면의 폭에 무관하게 최소단면의 바닥높이가 높은 경우에 유량계수가 크게 나타났다. 실험결과로부터 기존의 타당성조사 사업 등의 수문 설계시에 주로 적용하였던 유량계수 값은 과소산정되었으며, 따라서 유량계수 값을 상향조정하여 사용하는 것이 타당하다는 결론을 얻었다. In this study, the analysis results were presented for the experimental data of sluice for tidal power generation that were installed in an open channel flume. The experiment was carried out for the six different sluice models of different widths and bottom heights of the sluice throat section. If the side shape of the sluice was the same, the coefficient of discharge generally increased by increasing the width of the throat section. However, when the water discharge was small and the upstream water level was low, the coefficient of discharge increased for a while but decreased later with the increase of the throat section width. In addition, the coefficient of discharge was larger when the bottom height of the throat section was higher, regardless of the width of the throat section. It was concluded that the values of coefficient of discharge that were frequently used in the previous feasibility studies were underestimated so that should be adjusted to higher values.

가스터빈 프리스월 시스템의 유량계수 향상을 위한 베인형 프리스월러의 형상 최적화

이정수(Jungsoo Lee),이현규(Hyungyu Lee),김동화(Donghwa Kim),조진수(Jinsoo Cho) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.2

가스터빈의 이차 냉각 유로 설계는 터빈의 냉각 시스템 효율과 수명에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 요구되는 프리스월 시스템(Pre-swirl system) 조건을 만족하기 위해, 최적화기법과 전산해석을 이용하여 가스터빈 이차 냉각 유로에 적용되는 베인형(Vane type) 프리스월러(Pre-swirler) 형상을 최적화 하였다. 민감도 분석을 통해 4개의 형상설계변수를 선택하였으며 베인 출구의 유량계수 최대화를 목적 함수로 하였다. 근사모델은 크리깅모델을 사용하였으며 실험점을 얻기 위해서 OLHD 기법과 ALHD 기법을 사용하였다. 근사모델이 예측한 최적해와 해당 실험점에서의 전산해석 값 오차가 0.1% 이하일 때 최적화 과정을 종료하였다. 최적화 형상은 목의 수렴각을 감소시키고 수렴 구간을 증가시켜 냉각 유로 내부의 압력분포를 균일하게 하였으며, 베인 출구 유량계수는 기존 형상 대비 2.86% 증가하였다. The design of a secondary air system for the air delivery path of a gas turbine cooling system is very crucial because its performance could directly impact on the efficiency and the reliability of turbine cooling system. To meet the desired pre-swirl system performance, the geometry of a vane type pre-swirler was optimized to improve the discharge coefficient by using CFD analysis. Four design variables were selected after sensitivity analysis and the objective function was to maximize the discharge coefficient. The Kriging surrogate model was built and refined iteratively until the difference between predicted point and CFD result was less than 0.1%. The optimized model improved the uniformity of static pressure variation on the cooling path by decreasing converging angle and increasing converging length. As a result, the discharge coefficient of optimized model has a 2.86% increased over the discharge coefficient of the initial model.