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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 201919CTAP-C143545-02
연구사업명 국토교통기술촉진연구사업
연구과제명 극한홍수 대응 다기능보 안정성 강화를 위한 초고속 흐름(5 m/s 이상)에서의 바닥전단응력 첨단계측 및 제트세굴 방지 원천 기술 개발
총 연구기간 2018-04-17 ~ 2019-12-31
연구책임자 박재현
당해년도
참여 연구원수
4명 총 연구기간
참여 연구원수
8명
당해년도
연구비
정부 : 220,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 220,000,000 원
총연구비 정부 : 370,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 370,000,000 원
연구기관명 인제대학교산학협력단
등록 발간번호 -
ISBN -
주요 내용 - 하천설계기준(한국수자원학회, 2009)에서는 중소하천의 일반적인 소규모 보를 대상으로 기준을 제시하고 있어 대하천에 적용된 중규모 이상의 보 구조물(고정보, 가동보 등)을 설계 및 유지관리 시 기술적 한계를 보이고 있음
- 다기능보에서 구조물 상하류부 세굴발생, 바닥보호공의 보호규모 결정 및 유지관리와 관련하여 보 운영에 따른 치수적 안정성 문제가 보고된 바 있음
- 기후변화에 따른 극한홍수에 대비하고, 최근 급격히 변화된 하천환경에 적응하여 적기에 반영할 수 있는 하상보호 및 유지관리 기술개발이 필요함
- 오리피스 하부의 초고속 제트세굴의 발생 현상을 규명하고, 이로 인한 하상입자의 재부상과 국부세굴 가속화 현상에 대한 경제적이고 효율적인 대책과 지속가능한 유지관리 방안이 요구됨

[최종목표]
- 최종 목표는 극한홍수 대비 다기능보 안정성 강화를 위한 제트세굴 방지 원천 기술개발에 있으며, 이를 위해 초고속 실험수로 및 첨단계측기기를 개발하여 수리구조 흐름을 분석하고, 제트세굴 수리특성을 고려한 하상보호구조물을 개발하고자 한다.
세부목표
o 오리피스 타입 초고속 실험수로 및 첨단계측기기 개발
o 초고속수로에서의 이동상실험을 통한 보 하류 제트세굴 현상 규명
o 제트세굴의 연직방향 부압 제어 및 대규모 침식 방지 기술 개발

[연구내용 및 범위]
1. 초고속 실험 수로 개발 : 5m/s 이상의 유속구현이 가능한 실험 수로 개발
목적
- 극한 홍수 시의 흐름구조를 구현하기 위해서는 유속이 매우 높아야함
- 또한 하천 횡단구조물의 피해는 다양한 유량, 수위, 유속에 의해서 발생할 수 있음
- 본 연구에서는 이러한 다양한 수리 현상 및 고유속을 재현할 수 있고, 이러한 흐름에서의 수리현상(수위, 유속 등)을 측정할 수 있는 초고속 실험수로를 개발하고자 함

2. 3D 바닥 응력 계측기 : 3D 바닥 응력 계측기 개발
목적
- 횡단구조물 하류부의 세굴 및 피해는 x, y 방향의 외력으로만 발생하는 것이 아니라 z방향의 압력 또는 부압에 의하여 발생한다.
- 본 연구에서는 횡단구조물에 작용하는 외력을 보다 정확히 분석하기 위하여 x, y 2방향의 바닥전단응력과 z방향의 압력을 측정할 수 있는 3D 바닥 응력 계측기를 개발하고 함

3. 초고속입자영상유속계(UlTRA-PIV) : 초고속입자영상유속계(UlTRA-PIV)
목표
유속이 5 m/s 이상이고, 유사가 있는 흐름에서 안정적으로 유속장을 정밀하게 측정할 수 있는 계측장비의 개발

4. 이동상 초고속 실험수로 개발 : 5m/s 이상의 유속구현이 가능하고 이동상 실험이 가능한 실험 수로 개발
목적
- 극한 홍수 시 횡단구조물 하류부는 빠른 유속, 유량 등에 의하여 세굴이 발생할 수 있으며, 상류부에의 유사유입량도 높은 편이다.
- 세굴 등의 횡단구조물 하류부의 피해는 유량, 유속, 수위 뿐만 아니라 상류부 유사 유입량에 의해서도 많은 영향을 받는다.
- 이러한 활발한 유사 이동을 구현하기 위하여 다양한 유사 입자의 연속제공이 가능한 이동상 초고속 실험수로를 개발하고자 함

5. 초고속 수리구조 해석프로그램 개발 : 초고속 수리구조 해석프로그램 개발
목적
- 초고속 PIV 시스템으로 측정된 영상을 안정적으로 정확하게 분석하고, 수위계, 유량계, 바닥전단력계와 연계하여 실시간으로 데이타를 취득 및 분석할 수 있는 종합적인 수리구조 해석 프로그램을 개발한다.

6. 제트세굴 수리특성 : 유속별, 이동상 입자별 제트세굴 수리특성 분석
목적
- 본 연구에서 개발한 고유속 실험수로 및 3D 바닥 응력 계측기를 이용하여 고유속(5m/s)에서의 제트세굴 수리특성을 분석하고자 함

7. 수리실험을 통한 연직방향 가속도에 의한 하상입자재부상 메카니즘의 이론 수립 : 연직방향 가속도에 의한 하상입자재부상 메카니즘의 이론 수립
목적
- 역압력경사하에서 경계층 분리현상 및 이차류에 의한 연직방향가속도의 하상입자재부상에 있어서의 역할 정량화

8. 제트세굴 수리특성을 고려한 하상보호구조물 개발 : 극한 홍수 대비 초고속 유속에 안전한 하상보호구조물 개발
목적
- 본 연구를 통해 제트세굴 수리특성을 규명하고, 제트세굴을 방지할 수 있는 하상보호구조물을 개발하고자 함
색인어 한글 다기능보 제트세굴 초고속입자영상 고속 유사수로 유사 재부상
영문 Multi-Functional Weir Jet Scouring UTLRA-PIV high speed sediment channel sediment resuspension
최종보고서 최종보고서_인제대학교.pdf
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