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노해민 ( Hae Min Noh ),이호진 ( Ho Jin Lee ) 충북대학교 건설기술연구소 2019 建設技術論文集 Vol.38 No.2
하상부근에서의 이차류는 하천만곡부 수면에서의 원심력으로 인해 발생한다. 하상부근에서의 이차류는 하천만곡부 수면에서의 원심력으로 인해 발생한다. 이차류에 의해 유사는 외안부근에서 내안부근으로 운반되게 되어, 외안에서는 세굴, 내안에서는 퇴적이 발생하게 된다. 이차류에 의해 유사는 외안부근에서 내안부근으로 운반되게 되어, 외안에서는 세굴, 내안에서는 퇴적이 발생하게 된다. 그 결과 하천의 횡단방향으로 급한 경사가 생기게 되고, 흐름은 점점 외안부근에 집중되어 제방, 호안 등의 안정성에 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 구조물이 베인이다. 베인은 하천의 흐름방향과 유속을 제어하여 외안부근의 세굴을 제어하는 구조물이며, 다른 비슷한 의도로 만들어진 세굴방지공, 호안 등에 비해 친환경적이다. 본 연구에서는 하천의 흐름에 대해 지배방정식을 설정한 뒤, 그 지배방정식을 이산화하여 수치모의를 하였다. 수치모의 결과 모의하천에서 베인 미설치 시와 비교하여 유속은 약 0.26~0.53% 변화를 볼 수 있었고, 하상변동은 약 2.58~7.26% 만큼 변화한 것을 볼 수 있었다. 본 연구는 후에 실제 베인설계 시 기초자료 제공을 목적으로 한다. Secondary flow near bed are caused by centrifugal forces in the meandering river surface. Due to secondary flow, sand is transported from the outer bed to the inner bed, causing scour in the outer bed and deposition in the inner bed. As a result, steep slope is created in the river cross section, and flow is focused more and more on the outer bed, causing problems in the stability of bank and bank protection. The structure to solve this problem is vane. Vane is a structure that controls the flow direction and velocity of the stream to control the scour of outer bed, is more eco-friendly than others made with similar intentions. In the study, after establishing a governing equation for the flow of river, the then a numerical simulation was made using the it. The results showed that the flow velocity was changed by about 0.26~0.53% compared to the uninstalled vane in the simulated river, and that the bed height was changed by about 2.58~7.26%. The purpose of this study is to provide basic data for the actual vane.
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노해민(Hae Min Noh),이호진(Ho Jin Lee),김성덕(Sung Duk Kim) 한국방재안전학회 2023 한국방재안전학회 논문집 Vol.16 No.2
기후변화로 인하여 발생하는 집중호우와 슈퍼태풍은 우리나라에서 많은 피해를 야기한다. 이러한 피해를 저감하기 위해서 다양한 형태의 하천정비사업이 추진되고 있으나, 홍수기와 갈수기가 뚜렷한 우리나라에서는 하천 균형을 유지하기가 어렵다. 특히, 하천정비사업으로 설치된 하천구조물은 홍수기에 구조물 및 그 기초의 세굴이 발생되고 하상 변화 등 다양한 문제를 일으키고 있다. 이러한 하상세굴을 저감하기 위하여 하천의 만곡부에 다양한 베인이 많이 설치되며, 베인의 배치와 크기, 모양에 따라서 다양한 하상세굴 저감효과가 나타난다. 베인은 원심력에 의해 발생하는 2차 흐름과 반대 방향으로 2차 흐름을 다시 생성함으로써 외측 하상 주변의 세굴이 감소하고 퇴적이 촉진된다. 본 연구의 이론은 질량보존법칙을 만족하는 연속방정식과 운동량 보존을 만족하는 운동량방정식을 적용한 지배방정식을 이용하고, 다양한 조건 하에서 베인의 영향을 조사하기 위해 설계 요인에 따라 전체 평균 유속 변화율을 측정한다. 사다리꼴 베인과 사각형 베인 모두에서 평균유속과 횡단면 유속이 모두 감소하였고, 이는 베인 설치로 인해서 원심력을 갖고 유하하는 하천유속이 방해를 받아 유속이 저감되기 때문이다. 또한, 하천흐름 방향에 수직으로 또는 경사적으로 설치된 베인은 원심력에 의해 발생하는 2차흐름의 역방향으로 2차흐름을 발생시켜 원심력 2차흐름의 상쇄를 나타내기 때문에 베인의 효과가 나타난다. Recently, Heavy rains and super typhoons occurred by climate change cause a lot of damage in Korea. In order to reduce such damage, various types of river maintenance projects are being promoted, but it is difficult to maintain the balance of rivers in Korea with distinct flood and dry seasons. In particular, river structures installed as a river maintenance project cause various problems such as scouring of structures and their foundations during floods and river bed changes. In order to reduce such bed scour, various vanes are installed in the bend of the river, and various bed scour reduction effects appear depending on the size, arrangement, and shape of the vanes. The vane regenerates the secondary flow in the opposite direction to the secondary flow generated by the centrifugal force, thereby reducing scour around the outer bed and promoting deposition. The theory of this study uses the governing equation applying the continuity equation that satisfies the law of conservation of mass and the momentum equation that satisfies the conservation of momentum, and measures the overall average flow velocity change rate according to design factors to investigate the effect of vanes under various conditions. Both the average and cross-sectional flow velocities decreased in both the trapezoidal vane and the square vane. In addition, vanes installed perpen-dicularly or inclined to the direction of river flow generate a secondary flow in the opposite direction to the secondary flow generated by centrifugal force, thereby canceling the secondary flow of centrifugal force, so the effect of the vane appears.
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