대심도 빗물저류배수시설 감세지 유무에 따른 바닥면 압력변화에 대한 실험 연구

오준오 (사)위기관리이론과실천 2022 Crisisonomy Vol.18 No.11

To prevent against urban floods, deep rainwater storage and drainage system have emerged as the ultimate solution for urban floods. In this study, we analyzed the changes in floor pressure depending on the with or without of the plunge pool and the depth through hydraulic experiments. The hydraulic experiment was conducted on a total of 28 types which 4 plunge pool depths and 7 inflow conditions. The experimental results show that the deeper the ground plunge pool depth, the lower the standard deviation and variance of the bottom pressure and the more the pressure stabilizes, but the effect of the hydrostatic pressure on the plunge pool depth increases the overall pressure. In addition, when hydrostatic pressure is included, the bottom pressure is 2.0 to 1.4 times the hydrostatic pressure, and when hydrostatic pressure is excluded, it is analyzed to be 1.0 to 0.4 times the hydrostatic pressure. If further research is conducted on changes in bottom pressure according to the depth of the vertical shaft - depth of the plunge pool, it is believed that economic and safety design guidelines for deep rainwater storage and drainage system can be presented. 도시에서 발생하는 홍수를 방어하기 위하여 대심도 빗물저류배수시설이 도시홍수의 근본적 해결방안으로 부각되고 있다. 본 연구에서는 대심도 빗물저류배수시설의 유입시설 중 감세지의 유무와 깊이에따른 바닥면 압력변화를 수리실험을 통하여 분석하였다. 수리실험은 감세지 깊이 4가지와 유입유량조건 7가지를 혼합한 총 28가지에 대하여 수행하였다. 실험 결과 감세지 깊이가 깊어질수록 바닥면압력의 표준편차, 분산이 감소하여 압력이 안정화 되었지만 감세지 깊이에 대한 정수압에 의한 영향으로 전체적인 압력이 증가하는 것으로 분석되었다. 또한 정수압을 포함하는 경우 바닥면 압력이 정수압대비 최대 2.0배 ~ 1.4배, 정수압을 포함하지 않는 경우 정수압 대비 최대 1.0배 ~ 0.4배인 것으로 분석되었다. 향후 수직갱의 깊이 – 감세지 깊이에 따른 바닥면 압력 변화에 대한 추가 연구가 수행된다면경제적이고 안정적인 대심도 빗물저류배수시설 설계 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

무독성 호안 블록의 수리적 안정성

오준오,전상미,박재현,Oh, Jun Oh,Jun, Sang Mi,Park, Jae Hyeon 응용생태공학회 2015 Ecology and resilient infrastructure Vol.2 No.2

최근 생태하천 복원 사업용으로 개발된 호안 공법에 대한 수리학적 설계기준이 부적절하여 이 공법이 적용된 하천에서 홍수기에 큰 경제적 손실을 유발하고 있다. 본 연구에서는 생태복원용으로 개발된 무독성 호안 블록을 실규모 수로에 설치하여 최고 유량 $3.0m^3/s$, 최고 유속 3.0 m/s에서 수리적 안정성을 평가하였다. 설치된 무독성 호안 블록은 실험 조건에서 상하 ${\pm}3mm$ 정도로 미미하게 이동하였다. 그러므로 실험에 적용한 무독성 호안 블록은 고유속에서 대규모 이동, 블록 파괴, 침상 침하 등이 나타나지 않는 것으로 보아 충분한 안정성을 확보한 것으로 판단되었다. The inappropriate hydraulic design criteria on the new revetment technique for the ecological river restoration project happens to lead to economic loss during the flood season. In this study, the hydraulic stability of the developed non-toxic revetment was evaluated at a maximum discharge of $3.0m^3/s$ and a maximum velocity of 3.0 m/s in a real scale experimental channel. The vertical movement of the non-toxic revetment block was in the range of ${\pm}3mm$ mm in the experimental conditions. The results show that the non-toxic revetment block was sufficiently hydraulically secured.

불규칙 단파가 신월저류배수시설의 수리적 안정성에 미치는 영향에 대한 실험 연구

오준오 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.5

Deep Tunnel system is a large-scale urban flood control facility installed underground in order to reinforce the lack of drainage systems in developed cities. In a structure like a deep tunnel system, the undular bore generated in the downstream causes a problem in the hydraulic stability of the tunnel. In this study, to investigate the influence of the undular bore on the hydraulic stability at the “Shinwol rainwater storage and drainage system”, under construction for the first time in the country, a hydraulic model experiment was conducted on various flooding inflow scenarios. As a result of the hydraulic model experiment carried out in this study, the undular bore generated downstream is trapped in the pipe while moving to upstream, pushes the compressed air. It is judged that overflow occurred by choking the vertical drop shaft in the process when this compressed air is being exhaust through the upstream vertical drop shaft and blocking flood inflow. In addition, the analysis of velocity of undular bore shows that the undular bore transfers energy, and at this time, the pressure rose in the pipe and the velocity increment occurred of the undular bore. Further studies are needed to predict the size and velocity of undular bore, which plays an important role in the hydraulic stability of the tunnel in the deep tunnel system. 대심도 터널은 기 개발된 도시의 부족한 배수관망 능력을 보강하기 위하여 지하에 설치하는 대규모 도시홍수 배제 시설물로 역 사이펀 관로 형태를 하고 있는 시설물이다. 대심도 터널과 같은 구조에서는 하류에서 발생한 불규칙 단파에 의하여 터널의 수리적 안정성에 문제가 발생한다. 본 연구에서는 국내 최초로 건설 중인 ‘신월 빗물저류배수시설’의 수리적 안정성에 불규칙 단파가 미치는 영향을 알아보기 위하여 다양한 홍수유입 시나리오에 대하여 수리모형실험을 실시하였다. 본 연구에서 수행한 수리모형실험 결과 하류에서 발생한 불규칙 단파가 상류로 이동하면서 관 내 포집되어 압축상태인 공기덩어리를 밀어내는데, 이 공기덩어리가 상류 수직유입구를 통하여 급배기 되는 과정에 수직유입구를 질식시키고 홍수유입을 차단하여 월류가 발생하는 것으로 판단된다. 또한 불규칙 단파의 이동속도를 분석한 결과 불규칙 단파가 이동하면서 에너지를 전달하고 이때 관 내 압력 상승 및 불규칙 단파의 속도 증가분이 발생하는 것으로 판단된다. 대심도 터널의 수리적 안정성에 중요한 역할을 하는 불규칙 단파의 크기 및 속도 예측을 위한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

신월 빗물저류배수시설의 연속강우 대비 안정적 운영을 위한 수리적 안정 특성에 대한 실험 연구

오준오,김영도,전상미 한국수자원학회 2020 한국수자원학회논문집 Vol.53 No.6

Urban flooding due to rapid urbanization has recently become frequent. In this study, a hydraulic model experiment was conducted on Shinwol rainwater storage and drainage system constructed for the first time in South Korea to prevent urban flooding. Experiments were preformed for 55 scenarios, of which 19 overflows occurred. In addition, the video analysis for the scenarios where the overflow occurred showd that the overflow occurred during the process of exhausting the pressurized air in the facility and the undular bore were moving. Results of this study, it was judge that it would be advantageous to maintain a completely drained or full-pipe condition for stable operation of the Shinwol rainwater storage and drainage system for continuous rainfall in the future. And it is necessary to additional research on the correlation for the magnitude of inflow discharge, overflow and undular bore. 급격한 도시화로 인한 도시홍수가 최근 들어 자주 발생하고 있다. 본 연구에서는 도시홍수를 방어하기 위해 국내최초로 건설중인 신월 빗물저류배수시설을 대상으로 수리모형실험을 실시하였다. 총 55가지 시나리오에 대한 실험을 실시하였는데 그 중 19가지 시나리오에서 월류가 발생하였다. 또한 월류가 발생한 시나리오에 대한 비디오 분석결과, 불규칙 단파가 이동하면서 시설 내 압축공기를 배기시키는 과정에 월류가 발생하는 것으로 분석되었다. 본 연구 결과를 바탕으로 향후 연속강우에 대한 신월 빗물저류배수시설에 대한 안정적 운영을 위해서 완전배수 또는 만관상태를 유지하는 것이 유리할 것으로 판단되고 유입유량의 크기, 월류, 불규칙 단파간의 상관관계에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

불규칙 단파에 의한 신월 빗물저류배수시설 내 압력상승에 관한 실험 연구

오준오,박재현,전상미,Oh, Jun Oh,Park, Jae Hyeon,Jun, Sang Mi 한국수자원학회 2020 한국수자원학회논문집 Vol.53 No.4

An underground deep tunnel system is a facility in form of a reverse siphon for an under flood defense structure. In this study, the 'Shinwol rainwater storage and drainage system', which is under construction for the first time in South Korea, in order to confirm the effects of undular bore and pressurized air on the hydraulic stability of the facility in various flood scenarios a hydraulic model experiment was performed. As a result of this study, it was analyzed that the undular bore generated downstream pushed the pressurized air collected in the facility while moving upstream, and the pressure inside the pipe increased at this time. It was analyzed that the pressure during the passage of the undular bore was greater than the sum of the static pressure and dynamic pressure at the time and overflow occurred when the cross-sectional size of the pressurized air was more than 40% of the cross sectional area of the tunnel. It is determined that this is correlated with the volume of pressurized air collected in the facility, and it is determined that it is necessary to study the relationship between velocity of undular bore and the volume of pressurized air in the future.

합천창녕보 운영수위에 따른 주변부 지하수위 변동 분석 연구

오준오(Jun Oh Oh),이종진(Jong Jin Lee),전상미(Sang Mi Jun) 위기관리 이론과 실천 2020 Crisisonomy Vol.16 No.8

4대강 사업으로 보가 건설되어 주변 농경지의 농업방식 및 재배작물이 변화하고 수무개방에 따른주민들의 갈등이 격화되고 있다. 본 연구에서는 합천창녕보 상류에 위치한 경상북도 고령군 우곡면객기리 일대를 대상으로 합천창녕보 수문개방에 따른 주변지역 지하수위 변동 특성을 분석하였다. 모의 시나리오는 하천수위, 함양특성, 지하수 이용 조건을 기준으로 작성하였다. 모의 결과 모든시나리오에서 기본적으로 낙동강 하천수위에 따라 지하수위가 결정되고 분기별 함양특성 및 지하수이용조건에 따라 일부 지하수위가 변화하는 것으로 분석되었다. 본 연구 결과 합천창녕보 수문개방에 따른 상류 지역의 지하수위 변동이 불가피하고 지하수 시설의 깊이가 얕은 일부 지역의 경우지하수 이용 장애가 발생할 것으로 판단된다. 향후 합천창녕보 수문 개방에 따른 주변지역 지하수문제 파악을 위해 지역에 대한 정확한 지반조사 및 지하수 평가가 필요하다고 판단된다. The construction of weirs in Nakdong River has altered the farming methods and cultivated crops of the surrounding farmland and the conflict among residents is increasing due to the opening of weir gates. In this study, the characteristics of groundwater fluctuations in the surrounding area due to the opening of the Hapcheon-Changnyeong weir gate were analyzed, focusing on the area of Gaekgi-ri, Ugok-myeon, Goryeong-gun in Gyeongsangbuk-do. The simulation scenario was based on the river water level, recharge characteristics, and the conditions for groundwater use. In all scenarios, it is found that the groundwater level was determined according to the level of Nakdong River and some groundwater levels changed by the characteristics of quarterly recharge characteristics and groundwater use conditions. This study found that fluctuations in the groundwater level in the upstream region are inevitable due to the gate opening of Hapcheon-Changnyeong weir and problems in groundwater use could occur in some areas with shallow groundwater facilities.

신월 빗물저류배수시설 감세지 깊이에 따른 바닥 압력 분포 특성 분석 연구

오준오(Jun Oh Oh),전상미(Sang Mi Jun),박창근(Chang Keun Park) 위기관리 이론과 실천 2020 Crisisonomy Vol.16 No.12

신월 빗물저류배수시설은 기 개발된 도시의 부족한 배수 능력을 보완하기 위하여 지하에 설치하는대규모 도시홍수 방어 시설물이다. 본 터널로의 원활한 홍수 유입을 위하여 수직유입구 하부에 설치하는 감세시설의 형태는 여러 가지 조건을 고려하여 결정되어진다. 본 연구에서는 신월 빗물저류배수시설의 적정 감세지 깊이를 산정하기 위하여 수리모형실험을 수행하였는데 실험 조건은 감세지조건 3가지와 유입 유량조건 6가지에 대하여 수행하였다. 그 결과 유입유량이 증가할수록 깊이가다른 3가지 감세지 시나리오 모두 바닥면에서의 최고압력은 증가하였다. 최대 압력의 경우 시나리오B와 C에서 비슷한 것으로 분석되었다. 그리고 깊이가 다른 3가지 감세지 시나리오에서 유량이 증가함에 따라 최고압력, 최소압력 측정위치가 변화하는 것은 상부 수직갱에서의 회전력에 의한 것으로판단된다. 본 연구의 결과를 바탕으로 신월 빗물저류배수시설의 적정 감세지 깊이는 시나리오B가가장 최적 인 것으로 판단된다. Shinwol rainwater storage and drainage system is a large-scale urban underground facility for flood protection to supplement insufficient drainage capacity of the existing cities. For the smooth flow of flood water into the main tunnel, several conditions are considered to determine the type of energy reduction facility to be installed below the drop shaft. In this study, a hydraulic model experiment was conducted to calculate the most appropriate depth of plunge pool for Shinwol rainwater storage and drainage system. The experimental scenarios were designed with three depths of plunge pool and six discharges. It is found that the maximum pressure on the bottom surface increased for all three depths of plunge pools when the inflow discharge increased. The change in the location with the maximum and minimum pressure according to the increase in the inflow discharge for each scenario was considered to be due to a rotatory force in the upper drop shaft. This study found the scenario B as the optimal depth for Shinwol rainwater storage and drainage system.

원형 다단 실린더식 선택취수시설에서 수위조건별 공기연행 및 취수효율에 관한 실험 연구

오준오(Jun Oh Oh),전상미(Sang Mi Jun),장용(Yong Jang) 위기관리 이론과 실천 2021 Crisisonomy Vol.17 No.3

선택취수시설은 양질의 원수공급, 농작물의 냉해방지, 저류수 비상배제 등의 목적을 가지고 있는시설물이다. 본 연구에서는 운문댐 신설비상상류시설 중 다단 실린더 게이트 형식의 선택취수탑을대상으로 여러 조건별 공기연행 발생여부와 정도, 취수유량, 취수효율을 수리모형실험을 통하여 평가하였다. 실험조건은 다단 실린더 게이트와 상류단 수위차 조건 6가지와 상류단과 하류단 수위차조건 9가지를 혼합한 54가지이다. 그 결과 다단 실린더 게이트와 상류단의 수위차가 작을수록 공기연행이 다발적이고 지속적으로 발생하며 발생강도 또한 강한 것으로 분석되었다. 또한 시설로의공기유입을 최소화하고 취수효율 0.9이상이 확보되는 비상방류 또는 선택 배제를 위해서는 다음과같은 조건이 만족해야 하는 것으로 판단된다. 다단 실린더 게이트의 높이와 상류단의 수위차 조건이2cm이상 경우와 상류단과 하류단의 수위차 조건이 50cm이하일 경우이다. The selective withdrawal facilities are facilities with the purpose of supplying high-quality raw water, preventing cold damage of crops, and emergency drainage of storage water in dam. In this study, the occurrence and degree of air entrainment, water intake flow rate, and water intake efficiency were evaluated through a hydraulic model experiment for a multi-stage cylinder gate type selective withdrawal tower among facilities upstream of the newly emergency drainage facilities in Unmun Dam. It was analyzed that the smaller the water level difference between the multi-stage cylinder gate and the upstream water level, the more frequent and continuous air entrainment occurred, and the intensity of occurrence was also strong. In addition, it is judged that the following conditions must be satisfied in order to minimize the inflow of air to the facility and emergency discharge or selective drainage that secured a water intake efficiency of 0.9 or higher. When the height of the multi-stage cylinder gate and the water level difference condition of the upstream are more than 2cm and the water level difference between the upstream and the downstream is less than 50cm.

울산 지역 물 분쟁 해결을 위한 지하수저류지 설치에 따른 주변부 지하수위 변화 특성 분석 연구

오준오(Jun Oh Oh),이종진(Jong Jin Lee),전상미(Sang Mi Jun) 위기관리 이론과 실천 2020 Crisisonomy Vol.16 No.5

과거 대규모 공업단지 조성과 소규모 댐 개발이 활발히 진행되었던 울산지역은 사연댐 수몰지역에서 문화재적 가치가 큰 반구대 암각화가 발견되면서 문화재 보존문제와 수자원 확보 문제가 부딪혀 수십 년간 사회문제가 되었다. 이에 본 연구에서는 울산 태화강 중류에 지하수저류지를 설치하였을 경우 사연댐 수위저하로 발생하는 물 부족량 해결 가능여부와 이에 따른 주변부 지하수위 변화에 대해 분석하였다. 그 결과 태화강 하천유지유량을 유지하는 상태에서 30,000㎥/day을 개발할 경우 365일 취수가 가능할 것으로 분석되었으며, 지하수저류지의 주변부 지하수위를 분석한 결과 지하수 저류지 상류부에서는 최대 0.5m 지하수위 상승이 하류부에서는 최대 4.0m의 지하수위 하강이 발생하는 것으로 분석되었다. 또한 지하수저류지에 취수시설을 적용하여 30,000㎥/day을 취수할 경우 취수시설 설치지점으로부터 약 650m 반경 내 지역에서 최소 0.3m 이상 지하수위 하강이 발생할 것으로 평가되었다. 향후 태화강 중류에 지하수저류지를 설치할 경우 반구대 암각화 보전을 위한 사연댐 수위저하로 발생하는 용수부족량 30,000㎥/day을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. In the Ulsan area, dam development was actively promoted for large-scale industrial and population growth, but the conflict between cultural property preservation and securing water supply security became a longstanding social issue since the discovery of the Bangudae petroglyphs in the Sayeon dam submerged area. This study aims to analyze groundwater level fluctuation in the surrounding area of the Ulsan Teahwa river to evaluate if the groundwater reservoir installed at the mid-stream of the river can resolve water shortage problem in the Ulsan Metropolitan city while preserving the Bangudae petroglyphs. The results show that a water intake facility with the capacity of 30,000㎥/day installed in groundwater reservoir is expected to ensure water intake all year long. It is also estimated that the groundwater level decreases by at least 0.3m in an area within a radius of about 650m from the facility. The groundwater reservoir installed at the mid-stream of the Teahwa river is expected to make up the shortage amount of water due to the reduction of water level for preserving the Bangudae petroglyphs, which could resolve the existing water disputes in Ulsan, Korea.

Visual-MODFLOW를 이용한 죽령터널 부근 지하수위 변동 분석

오준오(Jun Oh Oh),이종진(Jong Jin Lee),전주영(Ju Young Jeon) 위기관리 이론과 실천 2020 Crisisonomy Vol.16 No.4

철도수요 증가와 각 지자체의 철도 유치 희망이 커짐에 따라 철도시설의 증설이 불가피한 상황이다. 이에 본 연구에서는 중앙선 도담 ~ 영천 복선전철 건설 사업 중 죽령터널 공사가 상부 소백산 지역의지하수 환경에 미치는 영향을 Visual-MODFLOW를 이용하여 평가하였다. 이를 위하여 죽령터널 공사 단계를 총 7단계로 구분하였으며 단계별 유출지하수량 및 지하수위를 분석하여 공사 진행에 따른지하수위 영향 범위를 산정하였다. 그 결과 터널굴착이 시작됨에 따라 터널 내부 유출지하수량이증가하고 상부지역에서 지하수위가 하강하지만 터널굴착이 완료되고 차수작업이 진행됨에 따라 유출지하수량이 감소하고 하강했던 지하수위가 공사전 지하수위로 회복되는 것으로 분석되었다. 본연구 결과 죽령터널 공사로 인한 상부 소백산의 지하수 문제는 미미한 것으로 평가되며, 주변 남원천 및 죽령천에서의 기저유출량 감소로 인한 하천건천화 문제는 없을 것으로 판단된다. With a growing demand for railroads and the local government’s desire to attract railroads, the expansion of railway facilities is inevitable. This study used Visual-MODFLOW to evaluate the impact of construction of the Jungnyeong tunnel as the part of the Dodam-Yeongcheon double-track railroad project on underground water environments in the upper Sobeaksan area. The Jungnyeong tunnel construction project was divided into seven steps, for each of which the discharge level of groundwater level as well as groundwater level were analyzed to calculate the range of the impacts of construction. It is found that the amount of discharged groundwater increases and the groundwater level decreases as tunnel digging begins. As tunnel digging was completed and the grouting proceeded, however, the amount of discharged groundwater decreased and the groundwater level returned to the initial level before construction. The findings suggest that the groundwater problem in the Sobaeksan area due to the construction of the Jungnyeong tunnel would be minimal.