수재해 불확실성을 고려한 보 구조물의 복합위험도 산정기법 개발; 강정고령보를 중심으로

남명준,이재영,정우영,신동훈 한국복합신소재구조학회 2018 복합신소재구조학회논문집 Vol.9 No.1

A small dam is of hydraulic structures, which is always exposed to risk by flood, and it’s very important to ensure structural safety. A probabilistic analysis, quantifying variable as a risk factor to ensure safety of small dam, identifying its coefficient of variation, which has become increasingly important. In this study, the risk of seepage failure of foundation within a small dam was estimated based on flood scenarios by rainfall quantile. The final compound risk was evaluated combining probabilities, related to seepage failure and flood level. The seepage failure probability was estimated by performing seepage analysis depending on the water level difference between upstream and downstream in small dam. The probable flood level was estimated by considering hydraulic uncertainty associated with channel geometry, and movable gate operation during the flooding season, applied a probable flood considering hydrologic uncertainty evaluated by Bayesian approach. The safety evaluation of small dam with probabilistic-based compound risk expect to use the index for hydraulic structure design in the future.

수력발전설비의 안전도 평가를 위한 수충격 해석 모형 개발

남명준,이재영,정우영 한국산학기술학회 2020 한국산학기술학회논문지 Vol.21 No.1

발전용 수력플랜트 분야는 기후변화 및 에너지 확보를 고려해 향후 지속적인 성장이 전망된다. 수력발전설비는 항상 수충격에 의한 위험에 노출되어 있고, 이에 대한 안정성 확보는 매우 중요하다. 수충격 현상은 밸브의 개도 조정이나 펌프와 터빈의 기동 및 정지 시 관로설비 전반에 걸쳐 발생하며, 예기치 못한 긴급 상황 시에는 더욱 현저하게 나타난다. 이와 같은 수충격에 대한 발전설비의 안정성 검토를 위해 본 연구에서는 수충격 발생 메커니즘을 반영된 특성선법을 적용한 수치해석기법(MOC-FDM: Method of Characteristic-Finite Dimensional Method, 이하 MOC-FDM)을 이용하여 전산수치 모형을 개발하였다. 개발모형은 발전설비의 주요시설인 저수지, 관로, 밸브, 펌프 등 경계조건을 반영하였고 가상시나리오 case를 적용하여 개발모형을 이용한 수치모의를 수행하였다. 개발모형 해석결과의 검증을 위해 발전설비의 주요 지점에서의 해석결과를 각각 제시하였다. 각 case 별 수충격 현상이 양호하게 재현되었으며, 상용모델의 수치해석결과와 비교분석 결과가 거의 유사하게 나타나 개발모형의 신뢰성을 확인하였다. 본 연구에서 제시된 전산수치 모델은 수력발전설비의 운영 중 발생할 수 있는 비정상상태의 유체 거동을 정교하게 예측함으로써 설비의 안정성 검토를 위한 유용한 도구로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

하천제방 붕괴의 불확실성을 고려한 확률론적 홍수위험지도 개발

남명준,이재영,이창희 중소기업융합학회 2019 융합정보논문지 Vol.9 No.11

In this paper, probabilistic flood risk maps were produced for levee break caused by possible flood scenarios. The results of the previous studies were employed for flood stages corresponding to hydrological extreme event quantified uncertainties and then predicted the location of a levee breach. The breach width was estimated by combining empirical equation considered constant width and numerical modeling considered uncertainties on compound geotechnical component. Accordingly, probabilistic breach outflow was computed and probabilistic inundation map was produced by 100 runs of 2D inundation simulation based on reliability analysis. The final probabilistic flood risk map was produced by combining probabilistic inundation map based on flood hazard mapping methodology. The outcomes of the study would be effective in establishing specified emergency actin plan (EAP) and expect to suggest more economical and stable design index. 본 연구에서는 홍수시나리오에 의해 발생한 제방붕괴에서 불확실성을 포함한 확률홍수위험지도를 산정하였다. 불확실성을 포함한 극치수문시나리오와 그에 따른 홍수위가 산정된 선행연구자료를 활용하였고 이에 따라 제방붕괴 예측지점을 산정하였다. 단순한 조건에 따른 일률적인 파제폭을 제시하는 경험식과 지반공학적 복합요소들에 대한 불확실성을 고려한 물리적 기반의 수치모의 방식을 결합하여 파제폭을 산정하였다. 이에 따라 확률론적 파제유입량을 결정하였고, 신뢰도를 기반으로 100회 모의수행을 통한 2차원 제내지 침수해석을 실시하여 확률침수심도를 작성하였다. 이를 통해 홍수위험지도 작성기법을 기반으로 확률침수심도와 결합하여 확률홍수위험지도를 작성하였다. 본 연구결과는 제내지의 비상대처계획(EAP)의 정량적 근거자료로 보다 경제적, 안정적인 설계지표 제시하는데 효과적일 것으로 기대된다.

급경사면의 세류간 침식에서 빗물튀김과 면상흐름의 상호작용

남명준,박상덕,이승규,신승숙,Nam, Myeong Jun,Park, Sang Deog,Lee, Seung Kyu,Shin, Seung Sook 한국수자원학회 2015 한국수자원학회논문집 Vol.48 No.7

Interrill erosion by the rainfall is divided into a detachment of soil particles by raindrop splash when raindrops having kinetic energy strike on the surface soil and a sediment transport by sheet flow of surface runoff. Rainfall kinetic energy is widely used as an indicator expressing the potential ability to separate the soil particles from soil mass. In this study, the soil erosion experiments of rainfall simulation were operated to evaluate the effects of rainfall kinetic energy on interrill erosion as using the strip cover to control raindrop impact. The kinetic energy from rainfall simulator was 0.58 times to that of natural rainfall. Surface runoff and subsurface runoff increased and decreased respectively with increase of rainfall intensity. Surface runoff discharge from plots of non-cover was 1.82 times more than that from plots with cover. The rainfall kinetic energy influenced on the starting time of surface and subsurface runoff. Soil erosion quantity greatly varied according to existence of the surface cover that can intercept rainfall energy. Sediment yields by the interaction between raindrop splash and sheet flow increased 3.6~5.9 times and the increase rates of those decreased with rainfall intensity. As a results from analysis of relationship between stream power and sediment yields, rainfall kinetic energy increased the transport capacity according to increase of surface runoff as well as the detachment of soil particles by raindrop splash. 강우에 의한 세류간 토양침식은 운동에너지를 갖는 빗방울이 지표면을 타격하여 발생하는 빗물튀김의 박리현상과 지표유출수의 면상흐름에 의한 토사입자의 운반으로 구분할 수 있다. 강우운동에너지는 토양입자를 토양체로부터 분리시키기 위한 강우의 잠재적인 능력의 지표로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 강우운동에너지가 세류간 토양침식에 미치는 영향을 파악하기 위해 강우의 충돌을 제어하는 스트립 커버를 이용한 토양침식 강우모의 실험을 수행하였다. 강우모의에 의한 강우운동에너지는 자연강우에 비해 0.58배 규모로 재현되었다. 강우강도가 증가함에 따라 지표유출량은 증가하고 지표하유출량은 상대적으로 감소하였다. 지표커버가 없는 사면으로부터 발생한 지표유출량이 지표커버가 있는 경우에 비해 평균 1.82배 증가하였다. 강우운동에너지는 지표유출 및 지표하유출 발생시간에도 영향을 끼쳤다. 빗물튀김과 면상흐름의 상호작용으로 토사유출량이 3.6~5.9배 증가하였으며 그 증가폭은 강우강도의 증가에 따라 감소하였다. 단위수류력과 토사유출량의 관계분석 결과 강우운동에너지는 빗물튀김에 의한 토양입자의 분리침식을 증가시킬 뿐만 아니라 지표유출수 증가에 따른 토사이송능력을 가중시켜 토사유출량을 크게 증가시키는 것으로 확인되었다.

유한요소법을 적용한 내수 및 외수 침수해석 모형 개발

남명준,이재영,이창희 중소기업융합학회 2021 융합정보논문지 Vol.11 No.12

This study develops a simulation model that performs flood analysis considering both urban and river flood. For the analysis of river flood, this study considers river overflow by levee breach, and reflects the concept of the dual drainage systems for the analysis of urban flood. In relation to the surface flood analysis, FEM technique is applied to the flood diffusion analysis in order to conduct the flow analysis of urban and river flood simultaneously. For the verification of the model, it is first applied to the conceptual model, and then applied to the actual watershed. It is expected that this study will be able to reduce flood damage and to prepare effective countermeasures to reduce flood damage. 본 연구에서는 내외수 범람을 동시에 고려하여 침수해석을 수행하는 시뮬레이션 모형을 개발하였다. 외수 침수해석을 위해 제방 월류 및 파제에 의한 하천범람 유입량을 고려할 수 있도록 하였고, 내수 침수해석을 위해서 이중배수체계 개념을 반영하도록 구성하였다. 지표면 침수해석과 관련하여 하천의 유동해석과 제내지의 유동해석을 통합적으로 수행하기 위해 유한요소법(FEM)을 적용하여 침수확산 해석을 수행할 수 있도록 하였다. 모형의 검증을 위해 우선 개념모델에 대해서 적용하였고, 이어서 실제 유역에 대해서 적용하였다. 본 연구를 통해 홍수로 인한 피해를 줄이고 홍수 피해를 저감하기 위한 효과적인 대책을 마련하기 위해 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Torque Ripple Reduction of an Interior PM Synchronous Motor by Compensating Harmonic Currents Based on Flux Linkage Harmonics

남명준,김종현,조관열,김학원,조영훈 전력전자학회 2017 JOURNAL OF POWER ELECTRONICS Vol.17 No.5

The back emf harmonics of a permanent magnet (PM) synchronous motor is a major source of torque ripple. For torque control applications including column fitted MDPS (motor driven power steering) systems, it is essential to reduce the mechanical vibrations due to torque ripples at low speeds. In this paper, a torque ripple reduction algorithm for interior PM synchronous motors is proposed. The harmonic currents that cancel the 6th order torque harmonic are added to the nominal dq currents for MTPA (maximum torque per ampere) operation. The compensated harmonic currents are derived from flux linkage harmonics based on a FFT analysis of the back emf harmonics. Simulation and experimental results verify that the 6th order torque harmonic and THD of the torque ripple are reduced by compensating the dq harmonic currents.

수문․수리학적/ 지반공학적 불확실성을 고려한 제방의 복합위험도 산정

남명준,이재영,이철우,김기영 한국수자원학회 2017 한국수자원학회논문집 Vol.50 No.4

본 연구에서는 발생가능한 홍수시나리오를 기반으로 하천제방의 복합위험도를 산정하고자 하였다. 이를 위해 불확실성을 고려한 수문학적/수리 학적/지반공학적의 위험도를 각각 MCMC (Markov Chain Monte Carlo), MCS (Monte Carlo Simulation), FOSM (First-Order Second Moment) 기법을 활용하여 해석하였으며, 이들 각각의 확률을 연계하여 결합확률 형태로 나타내었다. 적용대상 유역은 낙동강에 위치한 강정고 령보를 기점으로 상․ 하류 12.5 km 구간으로 선정하였으며, 구간내의 총 6구간의 제방이 포함된다. 수문시나리오는 제방 월류가 발생하는 100년/ 200년 빈도 신뢰구간 상한치(97.5%)의 홍수량이 사용되었고, 이에 따른 홍수위 해석을 수행하여 월류위험도를 산정하였으며 월류가 발생하지 않는 구간에서는 침투, 사면안정, 수위급강하 등 제방의 지반공학적 위험도를 산정하였다. 기존 결정론적 위험도 해석보다 확률론적 위험도 해석 에 의한 복합위험도가 제방설계에 보다 안정적, 경제적인 상승효과를 가져올 수 있을 것이며, 향후 수변구조물 설계에 지표로 사용될 수 있을 것으 로 기대된다. A probabilistic risk analysis of levee system estimates the overall level of flood risk associated with the levee system, according to a series of possible flood scenarios. It requires the uncertainty analysis of all the risk components, including hydrological, hydraulic and geotechnical parts computed by employing MCMC (Markov Chain Monte Carlo), MCS (Monte Carlo Simulation) and FOSM (First- Order Second Moment), presents a joint probability combined each probability. The methodology was applied to a 12.5 km reach from upstream to downstream of the Gangjeong-Goryeong weir, including 6 levee reaches, in Nakdong river. Overtopping risks were estimated by computing flood stage corresponding to 100/200 year high quantile (97.5%) design flood causing levee overflow. Geotechnical risks were evaluated by considering seepage, slope stability, and rapid drawdown along the levee reach without overflow. A probability-based compound risk will contribute to rising effect of safety and economic aspects for levee design, then expect to use the index for riverside structure design in the future.

수력플랜트 내 수압철관의 시나리오 기반 수충격 해석 및 안전도 평가

남명준,이재영,정우영 한국복합신소재구조학회 2020 복합신소재구조학회 학술발표회 Vol.2020 No.07

수력발전설비의 비정상 수충격 해석모형 개발

남명준,이재영 한국복합신소재구조학회 2019 복합신소재구조학회 학술발표회 Vol.2019 No.04

시나리오 기반 수력플랜트 설비의 취약성 평가

남명준(Myeong Jun Nam),이재영(Jae Young Lee),정우영(Woo Young Jung) 한국방재안전학회 2021 한국방재안전학회 논문집 Vol.14 No.1

최근 신재생 에너지를 활용한 친환경 발전시설의 중요성이 대두되고 있으며 수력발전소는 매우 중요한 전력생산 및 공급원이다. 수력발전소는 일반적으로 대규모로 운용되고 다중 시설이 연계되어 있어 안전성 확보가 매우 중요하다. 본 연구에서는 이러한 수력플랜트 설비의 안전성을 평가하기 위해 시나리오 기반의 수충격에 따른 수압관로의 취약성 평가를 수행하였다. 자체 개발한 수충격 해석모델(TRANSHAM)과 기존 상용모델(SIMSEN)의 모의결과 및 모니터링 자료와의 비교를 통해 해석모델의 신뢰성을 검증하였고, 실제 운영중인 수력플랜트에 적용하여 발전설비 운영 중에 발생 가능한 수충격 시나리오를 구성하였다. 이를 바탕으로 시나리오 기반의 수압관로의 수충격 해석 및 취약성 평가를 수행하였다. 내·외부 로딩조건을 고려한 시나리오별 모의 결과, 발전설비 운영에 따라 수압관로의 취약성이 상이하게 나타났으며 내·외부 로딩조건의 조합에 따라 수압관로의 취약성에 큰 영향을 미치는 것으로 예측되었다. 본 연구에서 제시한 시나리오 기반의 해석기법은 향후 수충격에 따른 발전설비의 취약성을 평가하는데 정량적인 도구로 활용될 것으로 기대된다. Recently, the importance of eco-friendly power generation facility using renewable energy has newly appeared. Hydropower plant is a very important source of electricity generation and supply which is very important to secure safety because it is commonly connected with multi facility and operated on a large scale. In this study, a scenario-based analysis method was suggested to assess vulnerability of a penstock system caused by water hammer commonly occurred in the operation of hydropower plants. A hypothetical hydropower plant was used to demonstrate the applicability of a transient analysis model. In order to verify reliability of the model, the prediction of pressure behaviors were compared with the results of commercial model (SIMSEN) and measured data, then a real hydroelectric power plant was applied to develop all potential water hammer scenarios during the actual operation. The scenario-based simulation and vulnerability assessment for water hammer in the penstock system were performed with internal and external load conditions. The simulation results indicated that the vulnerability of a penstock system was varied with the operating conditions of hydropower facilities and significantly affected by load combination consisting of different load scenarios. The proposed numerical method could be an useful tool for the vulnerabilityty assessment of the hydropower plants due to water hammer.