• Title, Summary, Keyword: 부정류

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Probability of System Failure of Pipe Network with Surge Tank regarding Unsteady Flow (조압수조가 설치된 상수관망의 부정류를 고려한 불능확률)

  • Kwon, Hyuk-Jae;Lee, Cheol-Eung;Choi, Han-Kuy
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.651-655
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    • 2009
  • 본 연구에서는 컷 집합(cut set)개념과 파이프의 부정류를 위한 수치해석 결과를 이용하여 상수관망의 불능 확률을 정량적으로 산정하는 신뢰성 해석이 수행되었다. 특히 상수관망에서 중요한 운용형태의 하나인 밸브의 개폐효과에 따른 효과를 통하여 불능확률이 산정되었다. 먼저 부정류 수치해석을 위해서 작은 상수관망을 만들고 여러 가지 시나리오를 재현하였다. 이때 부정류 해석을 위해서 특성선법(the method of characteristics)모형이 사용되었다. 밸브의 개폐에 따라서 여러 가지 형태의 부정류가 발생되고 발생된 부정류를 상수관망의 불능확률을 크게 증가시킨다. 상수관망에서 컷 집합을 추출하여 기준지점에 배출유량(demand)가 도달하지 못할 확률을 불능확률로 규정하여 정량적으로 산정한다. 이를 위해서 컷 집합의 총 유량을 시간에 따라 평균하여 COV를 불능확률 산정에 이용한다. 부정류로 인한 파이프 유량의 변동이 심할수록 COV는 증가하고 결국은 컷 집합의 불능확률은 증가하게 된다. 그리고 똑같은 상수관망에 에너지 감쇠장치인 조압수조가 설치되어 부정류 압력파(pressure wave)를 크게 감소시켰을 때 불능확률을 비교하였다. 조압수조와 같은 압력감쇠장치가 상수관망의 부정류 효과와 불능확률을 크게 저감시키는 것을 알 수 있었다. 또한 신뢰성 해석 결과로부터 부정류가 불능확률을 급격히 증가시킨다는 것을 확인하였다. 따라서 부정류 효과를 고려한 신뢰성 해석은 상수관망의 운용, 관리, 감독, 그리고 설계와 계획을 위해서 필수적이라 할 수 있다.

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Determination of real-time monitoring places in water distribution system using unsteady analysis (상수관망에서 부정류 해석을 이용한 실시간 모니터링지점 선정)

  • Kwon, Hyuk-Jae
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.472-476
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    • 2012
  • 부정류 해석프로그램을 이용하여 각 절점에서 갑작스런 유량의 변화가 일어났다고 가정하여 부정류 해석을 수행하였다. 각 절점에서 소요유량(demand)이 추가로 발생할 경우에 대해서 부정류 해석을 수행하였다. 추가 소요유량이 발생하였다는 것은 그 절점에서의 누수량으로 간주할 수 있으므로 실제 일어날 수 있는 누수에 대한 민감도 분석을 하여 센서의 설치지점을 선정한다면 보다 더 정확한 모니터링 지점선정이 될 것으로 판단된다. 다음과 같은 두 가지 방법을 통하여 모니터링 최적지점 선정방법을 비교하였다. 첫 번째는 한 절점에서 갑작스런 소요유량의 변화가 발생하면 그로인해 부정류가 발생한다. 이때 각 절점에서의 압력변위와 유량변화가 발생한 절점의 압력비를 합하고 절점의 수로 평균하여 민감도 분석을 수행한다. 특정 절점에서 유량변화로 발생한 압력의 변화가 다른 절점에 얼마나 영향을 미치는지에 대한 기여도를 부정류 해석결과를 이용하여 정량적으로 산정하는 방법이다. 특정 절점에서 유량의 변화가 생겼으므로 부정류해석 결과는 누수가 없을 때 최초 계산하였던 각 절점에서의 압력이 크게 유동하게 된다. 이때의 최고치와 최저치의 차는 압력변위이고 최초압력과의 비를 합산하고 절점의 수로 평균한 값을 비교하였다. 이렇게 계산된 값이 가장 큰 절점이 모니터링 지점으로 우선 선정된다. 두 번째 방법은 유량변화로 발생한 절점의 압력변위와 그 절점의 최초압력의 비를 산정하는 방법이며 부정류해석결과를 이용하였다. 한 절점에서 유량을 변화시키고 부정류로 인해 발생하는 압력변위와 최초압력의 비를 합산하고 절점수로 평균하여 민감도 분석을 수행한 것이다. 어느 절점의 압력변위와 최초압력의 비를 정량적으로 산정하여 민감도를 분석하고 비교하였다.

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Probability of Pipe Breakage for Pipe Network with Surge Tank regarding Unsteady Effect (부정류 효과를 고려한 조압수조가 있는 상수관망의 파괴확률)

  • Kwon, Hyuk-Jae;Lee, Cheol-Eung
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.42 no.10
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    • pp.785-793
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    • 2009
  • Numerical model which can simulate the surge tank for unsteady flow was developed in the present study. Furthermore, reliability model which can calculate the probability of pipe breakage regarding unsteady effect was developed. For the risk estimation of pipe breakage and functional estimation of surge tank, probability of pipe breakage for pipe network with surge tank was calculated regarding unsteady effect. From the results, it was found that unsteady flow significantly increase the probability of pipe breakage and surge tank considerably decrease probability of pipe breakage as damping out the pressure oscillations.

Development of Discretized Combined Unsteady Friction Model for Pipeline Systems (관수로 합성 부정류 차분화 마찰모형의 개발)

  • Choi, Rak-Won;Kim, Sang-Hyun
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.45 no.5
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    • pp.455-464
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    • 2012
  • In this study, a combined unsteady friction model has been developed to simulate the waterhammer phenomenon for the pipeline system. The method of characteristics has been employed as the modeling platform for the integration of the acceleration based model and the frequency dependant model for unsteady friction. Both Zielke's model and Ramos model were also compared with pressure measurements of a pilot plant pipeline system. In order to validate the modeling approach, a pipeline system equipped with the high frequency pressure data acquisition system was fabricated. The time series of pressure, introduced by a sudden valve closure, were obtained for two Reynolds numbers. A trial and error method was used to calibrate parameters for unsteady friction model. The comparison between different unsteady friction contributions in pressure variation provided the comprehensive understanding in the pressure damping mechanism of waterhammer. The proper evaluation of unsteady friction impact is a critical factor for accurate simulation of hydraulic transient.

The Development of Discharge Control Apparatus in Unsteady Flow for Analysis of Flood Control Effects in Detention Basin with Side Weir (강변저류지 홍수조절효과 분석을 위한 유량조절장치 개발)

  • Hong, Sang-Jin;Kim, Seo-Jun;Yoon, Byung-Man
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.314-314
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    • 2011
  • 강변저류지는 하천변에 위치한, off-line 형 치수구조물로 하천의 수위 변화에 따라 저류량이 변한다. 그러므로 강변저류지의 홍수조절효과는 부정류 흐름 상태를 재현하여 모의해야 한다. 현재 국내에는 강변저류지 홍수조절효과 분석을 위해 주로 1차원 부정류 수치모형인 HEC-RAS를 사용하고 있다. 하지만 1차원 부정류 계산 결과에 대한 정확도 검증 없이 사용되고 있다. 따라서 이를 검증하고 보완할 수 있는 부정류 수리실험이 필요하다. 이에 본 연구에서는 상류 유입수문곡선을 재현할 수 있는 부정류 유량조절장치를 개발하였으며, 개발된 유량조절장치의 재현 능력을 검증하고 강변저류지 홍수조절효과 분석에 대한 적용 가능성을 확인하였다. 부정류 수리실험은 정규분포형 수문곡선과 이중 첨두를 가지는 수문곡선 및 다양한 첨두 지속시간을 갖는 수문곡선 형태에 대해 유량조절장치의 재현 능력을 검토하였다. 검토 결과 개발된 유량조절장치의 재현 수문곡선은 첨두 홍수량을 기준으로 약 1 % 이내의 오차를 보여 매우 만족스러운 결과를 얻었다. 향후 강변저류지의 홍수 조절효과 분석에 사용한다면 좀 더 현실적이고 정량적인 치수능력 평가가 될 수 있을 것이라 판단된다.

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Feasibility Analysis of HEC-RAS for Unsteady Flow Simulation in the Stream Channel with a Side-Weir Detention Basin (강변저류지가 있는 하도에서의 부정류 흐름 모의를 위한 HEC-RAS의 적용성 검토)

  • Kim, Seo-Jun;Hong, Sang-Jin;Yoon, Byung-Man;Ji, Un
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.45 no.5
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    • pp.495-503
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    • 2012
  • It is necessary to perform the precise analysis of unsteady flow for effective design of the side-weir detention basin installed in the river. Generally, the HEC-RAS program, which is a 1D unsteady numerical model, is mostly used to simulate the unsteady flow for rivers. However, it is difficult to have confidence of unsteady flow results simulated by HEC-RAS due to the lack of experimental data and field monitoring data for the channel with a side-weir detention basin. Therefore, the purpose of this study is to validate or verify the simulation results calculated by HEC-RAS through the experiments for the open channel with a side-weir detention basin using specially-designed unsteady discharge-supply system. The experimental cases included unsteady flows in the straight channel with and without a side-weir detention basin. Especially, for the case with a detention basin, the experiment was performed to consider only the free flow condition over the side-weir. The study results showed that values of water level and discharge obtained from HEC-RAS coincided reasonably with experimental results with the maximum error of 3% for water level and 1% for discharge in the case of the flow without the side-weir detention basin and 4% for water level and 2% for discharge with the side-weir detention basin.

Unsteady Flow Simulation in Small-Medium Rivers for Analyzing Future Inundation Characteristics based on Non-Stationarity (비정상성 기반 미래 침수특성 분석을 위한 중소하천 부정류 해석)

  • Ryu, Jeong Hoon;Kang, Moon Seong;Park, Jihoon;Jun, Sang Min
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.152-152
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    • 2016
  • 최근 기후변화의 영향으로 장마, 태풍 등 극한사상의 발생빈도와 강도가 비정상적인 증가 추세를 나타내고 있으며, 여름철 국지성 호우로 인한 농경지 및 도심 저지대 지역의 침수 피해가 발생하고 있다. 침수 피해에 대한 대책 마련을 위해서는 수공구조물 설계 기준을 초과하는 호우에 대한 홍수 영향을 분석할 필요가 있으며, 기후변화에 따른 강우자료의 변화 특성을 파악하기 위해서는 비정상성 (Non-Stationary) 가정이 수반되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 비정상성 빈도해석을 통해 중소하천을 대상으로 부정류 해석을 실시하고 미래 침수특성을 분석하고자 한다. 연구대상지는 상습 침수지역이 위치한 중소하천을 선정하였고, 각 유역에 가장 인접한 기상관측소로부터 강수량 자료를 수집하였다. 강수량 모의 자료는 국립기상과학원에서 제공하는 해상도 12.5 km의 지역 기후변화 시나리오를 이용하여 구축하였다. 구축한 강수량 자료는 정상성 및 비정상성 빈도해석을 각각 수행하였으며 비정상성 빈도해석 방법으로는 누적평균 방법 및 이동평균 방법을 적용하였다. 유역 유출량은 실무에서 설계홍수량 산정에 널리 이용되고 있는 HEC-HMS 모형으로 산정하였다. 유출량과 하천기본계획의 하천단면 측량자료를 1차원 부정류 해석 모형인 HEC-RAS 모형에 입력하고 부정류 해석을 실시하여 하천 홍수위를 모의하였다. 본 연구의 결과는 상습 침수 지역의 침수 피해에 대한 관리 대책을 수립하는데 기초자료로 사용할 수 있을 것을 사료된다.

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Unsteady Flow Analysis and Verification Using the Dry Season Discharge in Nakdong River (갈수기 실측 유량을 활용한 낙동강 부정류 해석 및 검증)

  • Han, Kun-Yeun;Jung, Je-Ho;Kim, Ji-Sung;Choi, Hyun-Gu
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.1088-1092
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    • 2006
  • 낙동강은 대표적인 수지상 하천망의 형태로서 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절, 지류 유입량, 비점원 유입량 등 계산영역 경계에서의 비정상상태의 수리조건과 수질관리 계획에 의해 일률적으로 오염이 부하되는 정상상태의 수질조건이 공존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 부정류 수질해석의 선행연구로 갈수기 및 저수기에서 안정한 해를 제공할 수 있는 부정류 수리모형을 개발하였으며, 낙동강에서 실측된 유량자료를 활용하여 개발된 모형의 적용성를 검증하였다. 또한 기존 범용 부등류 수질모형의 수리해석 결과와 비교하여 부정류 수리해석의 필요성을 확인하였다. 낙동강 물환경연구소에서 2004년, 2005년 환경기초조사사업의 일환으로 실측한 유량자료에 의한 본 모형의 모의결과, 동적 저유량의 낙동강 본류 유량 변동 특성을 정확히 모의하고 있는 것으로 판단되었으나 기존 정적 수질 모형에 의한 해석결과는 실측유량, 유속과 수리수심 등에 있어서 동적 해석 결과와 차이를 보이고 있으며, 이는 오염물의 종방향이송과 종확산계수 및 재포기계수 산정에 큰 영향을 미치는 유속, 수리수심 등의 수리량이 실제값과 상이하게 계산되어 수질해석의 불확실성을 가중시키는 결과를 도출하게 될 것으로 판단된다.

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Seepage Behavior with Unsaturated Soil-Water Characteristic in Reclaimed Deep Excavation Area (해안매립지 대심도 굴착지역의 불포화 함수특성에 따른 침투류 거동)

  • Shin, Bang-Woong;Lee, Heung-Gil
    • Journal of the Korean Geoenvironmental Society
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    • v.6 no.4
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    • pp.47-58
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    • 2005
  • Development of underground space is conducted for various useful facility and underground structures and deep excavation technology for reclaimed area has been researched and developed. The seepage flow and behavior of phreatic line in reclaimed area was predominated by transient flow caused by tidal action. Also the soil-water characteristic relation is most important factor for transient flow analysis, therefore the research about the soil-water characteristic is strongly required. In this paper, laboratory tests (pressure cell, desiccator, and tensiometer test) and theoretical analysis were performed to investigate the soil-water characteristic such as air-entry value, metric suction, and residual water content. And the feasibility of prediction method for soil-water characteristic are presented by transient seepage analysis and comparison between analysis results and in-situ measured seepage flux in LNG TK-00 storage tank. Based on the result of laboratory and theoretical analysis, Fredlund and Xing's method provide to work out well for reclaimed ground soils. Also, the transient analysis result is more reasonable and effective for design of deep excavation work in coastal and reclaimed ground.

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Estimation of Probable Flood Discharge and Flood Level Using Unsteady flow model in South Han River (부정류 모형을 이용한 남한강 구간의 확률 홍수량 및 홍수위 산정)

  • Kim, Jin-Su;Jun, Kyung-Soo
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • pp.599-603
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    • 2012
  • 본 연구에서는 부정류 계산 모형을 이용한 확률 홍수량 및 홍수위 산정 방법을 개발하고, 이를 한강 살리기 사업이 진행 중인 남한강 구간에 적용하였다. 우선 한강 살리기 사업 전과 후의 하도에 대하여 부정류 계산 모형을 각각 수립하였으며, 과거 발생한 홍수사상을 조사하였다. 사업 전 모형과 최근에 발생한 홍수사상을 이용하여 모형의 보정 및 검증을 실시하고, 추정된 매개변수를 사업 후의 하도에 대한 모형에 적용하였다. 대상 유역에 과거 발생한 홍수사상을 사업 후 모형으로 모의하여 각 홍수사상 별로 최대 홍수량 및 홍수위를 계산하였다. 이때 최대 홍수량 모의 결과들을 빈도해석 대상 자료군으로 사용하여, 연최대치 계열이나 부분 시계열에 대하여 빈도해석을 통하여 확률 홍수량을 산정할 수 있다. 본 연구에서는 장기간의 관측자료의 확보가 어려운 국내의 현실을 고려하여, 부분 시계열의 빈도해석 방법을 사용하여 확률 홍수량을 산정하였다. 다음으로 부정류 계산모형의 모의 결과인 최대 홍수량 및 홍수위 자료를 회귀분석하여 수위-유량 관계식을 유도하고, 각 빈도별 확률 홍수량을 관계식에 대입하여 확률 홍수량에 대응하는 확률 홍수위를 산정하였다.

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