| 2차년도 |
오리피스 타입 초고속 실험수로 및 첨단계측기기 개발- 초고속흐름구조 재현(고정상 초고속 실험 수로 개발 및 실험)- 3D 바닥 응력 계측기 개발- 초고속입자영상유속계(ULTRA-PIV) 개발
|
1. 초고속 실험 수로 개발 : 5m/s 이상의 유속구현이 가능한 실험 수로 개발목적- 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 함성능목표- 국내외 실험 수로들은 대부분 고유속(5m/s)을 구현하기기 힘들며, 일부 고유속을 재현하는 수로의 경우는 대부분 경사형 수로임- 본 연구에서는 제트세굴을 구현하기 위하여 무경사 고유속(5m/s)수로를 개발할 계획임2. 3D 바닥 응력 계측기 : 3D 바닥 응력 계측기 개발목적- 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 함성능목표- 국내외 바닥응력 측정을 위한 기기 개발이 이루어져 있으나, 대부분 대상지점의 총 외력을 측정하는 기기로, 방향성을 가지고 대상지점의 지배력 또는 외력 특성을 면밀히 구분하여 측정하지는 못함- 본 연구에서는 x, y, z 방향의 외력을 모두 측정하여 대상지점의 외력을 보다 면밀히 측정할 수 있는 3D 바닥 응력 계측기를 개발하고 함3. 초고속입자영상유속계(UlTRA-PIV) : 초고속입자영상유속계(UlTRA-PIV)목표유속이 5 m/s 이상이고, 유사가 있는 흐름에서 안정적으로 유속장을 정밀하게 측정할 수 있는 계측장비의 개발성능목표- 일반적인 PIV 시스템에서 요구되는 복잡한 동기화 장치를 제거하고, 연속된 광원 및 초고속 카메라 시스템을 이용하여, 성능은 근본적으로 제고하고 사용하기에는 간단한 새로운 초고속 PIV 시스템을 구축한다. - 기존 시스템에 비하여 각 영상에 조사할 수 있는 빛의 강도가 현저히 떨어지므로, 입자의 산란 및 동역학적 반응특성을 고려하여 최적의 입자를 찾는 일 또한 매우 중요하다.
|
| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
- 2013년 1월 감사원은 다기능 보 구조물의 내구성 부족 등을 지적하였다. 감사 보고에 따르면, 다기능 보 설계기준이 미흡한 하천설계기준(한국수자원학회, 2009)의 강화 및 보완의 필요성을 제기하며, 보 하류부 세굴 및 하상안정성(보호공) 문제에 대한 근본적인 대책이 마련되지 못한 상태로 준 실규모 수리모형실험을 통한 근본적인 원인 분석 및 장기 대책 마련 필요이 필요하다는 내용을 감사결과로 보고하였다(감사원, 2013).- 이에 본 과제의 최종 결과물을 이용하여 중앙 및 지방 정부의 하천 관리자, 공공기관, 학계 및 산업계에서 하천관리, 설계 및 운영에 활용할 수 있을 것으로 기대됨- 개발된 기술을 보급함으로써 기 설치된 수공구조물 및 신설 수공구조물 하류부의 안정성 확보를 통한 하천의 치수 능력 향상- 본 연구개발을 통하여 취득한 기술과 자료는 보 하류부 하도의 물리특성을 고려한 하천관리 기술로 향후 신설 수공구조물(보 또는 댐)의 설계 및 시공에 응용할 수 있음- 본 과제를 통한 기술개발로 하천 뿐 아니라 해양 분야까지 확대 적용으로 관련 산업계의 활성화 유도- 본 연구개발을 통해 개발된 신뢰성, 효율성, 신속성, 정확성이 높은 바닥 응력 계측기를 이용하여 보 하류뿐만 아니라 하천호안공법의 안정성 평가 등에도 활용할 수 있음- 보 하류부의 수리적 안정성 평가 기술 개발을 통해 상용화 되는 공법 및 제품의 수리적 안정성 향상
|
| 사회 경제적 파급효과 |
- 본 과제 종료시 발생하는 성과물(특허 및 보고서)은 하천환경관련 건설 및 토목분야에 직접적인 형향을 미치게 될 것으로 판단됨- 기타 기술개발로 발생하는 소재 및 제품은 하천복원관련 소재 및 시공업체의 해외 수입대체 효과를 가져 올 것으로 판단됨- 과학기술의 사회적 수요와 책임이 증대되면서 삶의 질 향상에 부응하는 환경, 안전 등 공공복지 기술개발 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 ‘환경적으로 안전하고 건전한’ 생태환경 보전/복원 기술이 개인, 사회, 국가의 니즈에 차지하는 비중은 미래사회로 갈수록 증대되고 있음- 본 연구 사업은 공학적 기능을 강조한 치수 위주의 국가 하천정책의 대안을 제시- 본 연구를 통하여 개발된 기술의 적극적 활용 및 현장에의 적용을 위하여 국가사업구간에 시범적용이 가능하도록 관련부처의 적극적 협조가 필요- 하천환경 보전 및 복원에 적용되는 기술의 시방서(국토해양부, 환경부, 지방청, 지자체, 민간단체 등)로 활용- 현재 국내에서는 무수히 많은 하천복원 및 보전 기술들이 양산되고 있으나, 이들 기술의 안정성을 판단하고 검증할 수 있는 과학적 판단 기준이 마련되어있지 않음- 이에 따라 하천복원사업은 실험치가 아닌 경험치(관련업체가 제시하는 허용소류력 등)에 의존하거나, 과학적으로 검증되지 않은 자료로 작성된 환경부 생태하천조성지침에 의존하는 경우가 대부분임- 따라서 하천복원사업은 이수, 치수, 하천환경의 3대 기능 중 장소에 따라서는 치수안정성이 확보된 기술을 적용하여야만 하는 경우가 있으므로, 이를 뒷받침할 수 있는 적용기술의 치수안정성 평가 및 검증 기술이 필요함- 본 연구과제의 결과물과 같은 하천 복원 및 보전 기술의 수리적 안정성 평가를 위한 표준시험방법 구축에 대한 기술을 개발할 필요가 있음
|
| 활용방안 |
- 최종 성과물로서 개별 기술의 특허, 관련 구조물(하천 횡단 구조물)의 안정성 평가를 위한 적정 성능 기준 제시안 등은 해당 분야의 기술보고서 형태로 작성할 계획이며 이러한 보고서는 국가 및 지자체 등의 하천관련 사업 현장적용에 활용할 수 있음- 국토해양부의 고향의 강 살리기, 환경부 청계천 +20사업 및 생태하천조성사업과 더불어 단위 지자체에서 진행되고 있는 각종 생태하천복원사업에 활용하여 하천사업의 활성화에 기여
|
이 누리집은 대한민국 공식 전자정부 누리집입니다.
