KR101650251B1 - 3차원 수치해석을 통한 부유물 차단시설 입지 선정 방법 및 시스템 - Google Patents

3차원 수치해석을 통한 부유물 차단시설 입지 선정 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 수치모형을 활용하여 하천과 호소의 다양한 수위와 유입량 조건별 부유물의 거동특성을 고려하여 부유물 차단시설의 적합한 입지를 선정할 수 있도록 하는 3차원 수치해석을 통한 부유물 차단시설 입지 선정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 3차원 수치해석을 통한 부유물 차단시설 입지 선정 방법은 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 표면 유속장, 수온성층, 탁수분포, 밀도류 발생지점(plunging point) 정보를 포함하는 부유물 거동특성 정보를 산출한 후, 상기 산출된 부유물 거동특성 정보를 분석하여 해당 수역의 표면 유속이 낮은 지점, 밀도류 발생 직상류 지점을 선정하고 이 중 갈수기 비 건천화 지역을 부유물 차단시설 입지로 선정함으로써, 정확히 예측된 지점에 부유물 차단시설을 설치하여 부유물의 수거기간을 단축하고 부유물 차단시설의 파손 및 이전 설치 방지에 따른 예산을 절감할 수 있도록 제공된다.

Description

3차원 수치해석을 통한 부유물 차단시설 입지 선정 방법 및 시스템 {DECISION METHOD AND SYSTEM OF DEBRIS BLOCKING FACILITIES SITE ON RIVER USING 3-DIMENTIONAL HYDRODYNAMIC MODELS, AND THE SYSTEM}
본 발명은 부유물 차단시설 입지 선정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 3차원 수치모형을 활용하여 하천과 호소의 다양한 수위와 유입량 조건별 부유물의 거동특성을 고려하여 부유물 차단시설의 적합한 입지를 선정할 수 있도록 하는 3차원 수치해석을 통한 부유물 차단시설 입지 선정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
부유물은 홍수기 집중호우시 전국의 하천과 호소 유역에 공사장, 벌목지 및 농경지에서 발생하는 고사목, 영농폐기물 등 각종 쓰레기를 말하며, 호우시 하류에 위치한 호소와 하천으로 떠내려가서 호소와 하천의 수질을 오염시키고 경관을 훼손하는 주요 요인이 되고 있다.
이에 따라 호소/하천 관리기관에서는 유입된 부유물의 신속한 수거를 위해 적정위치에 부유물 차단시설을 설치하여 부유물의 호소내 확산과 하류 하천으로 떠내려가는 것을 차단하고 있다. 또한, 상기 부유물 차단시설을 통하여 확산이 차단된 부유물의 신속한 수거 및 임시보관을 위하여 부유물 차단시설 근거리에 부유물 적치장을 운영하여 수거한 부유물을 선별후 처리하고 있다. 이렇게 하천이나 호소에 설치되는 부유물 차단시설은 일반적으로 부유물의 이동을 차단하여 억류하는 스크린(Screen net)과, 상기 스크린을 연결하여 지지하는 와이어로프(Wire rope)와, 상기 스크린 및 와이어로프 등을 물을 뜨게 하는 부유체(Floating Body) 및 차단망을 육상 및 수중에서 지지하는 앵커를 포함하여 이루어진다. 또한, 부유물 적치장은 부유물 차단망에서 수거한 부유물을 적치장까지 운반하는 작업로, 선별 작업이 이루어지는 작업장 그리고 외부 반출을 위한 진입로로 이루어진다.
도 1은 종래 부유물 차단시설의 설치 일례를 나타낸 것이다.
이러한 부유물 차단시설은 현장 여건 검토를 통하여 입지가 선정되어 설치되는데, 종래의 부유물 차단시설은 일반적으로 폭이 좁은 협곡이나 접근성 등의 지형적 특징을 고려하여 입지가 선정된 후, 홍수기 표면 유속의 추정을 통하여 구조물이 설계되어 설치되게 된다.
하지만, 이렇게 지형적 특징만을 고려하여 부유물 차단시설의 입지를 선정하게 되면 부유물 차단시설이 지나치게 상류에 위치하거나 하류에 위치하게 되는데, 부유물 차단시설이 지나치게 상류에 위치하게 되면 갈수기 건천화 지점에서 홍수기에 급격히 증가되는 유속에 의해 파손되는 경우가 빈번하게 발생하며, 지나치게 하류에 위치하는 경우에는 상류에서 떠내려오던 부유물이 부유물 차단시설까지 도달하지 않아 활용성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 부유물 차단시설과 연계하여 근거리에 입지할 수밖에 없는 부유물 적치장 시설에 대하여 인근지역 주민들은 부유물 운반 및 작업과정에서 소음 발생, 교통장해 유발, 경관 저해 등을 이유로 차단시설의 철거 및 이전을 주장하여 심각한 갈등요인이 되고 있는 현실이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0093520호 (2009.09.02.)
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 3차원 수치모형을 활용하여 하천의 다양한 수위, 유입량 조건별 부유물의 거동특성을 파악하고 이를 통하여 부유물 차단시설의 적정한 입지를 선정할 수 있도록 의사결정을 지원하는 3차원 수치해석을 통한 하천 부유물 차단시설 입지 선정 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 수치해석을 통한 하천 부유물 차단시설 입지 선정 방법은 수역에 설치되는 부유물 차단시설의 입지를 선정하는 방법에 있어서, 설치 대상이 되는 수역의 표면 유속장, 수온성층, 탁수분포, 밀도류 발생지점(plunging point) 정보를 포함하는 부유물 거동특성 정보를 산출한 후, 상기 산출된 부유물 거동특성 정보를 분석하여 해당 수역의 표면 유속이 낮은 지점, 밀도류 발생 직상류 지점을 선정하고 이 중에서 갈수기 비 건천화 지역을 최종 부유물 차단시설 입지로 선정하게 된다.
상기 하천의 부유물 거동특성 정보는 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 좌우 및 상하 유속장 분포와, 국부적인 지역의 수온성층 및 탁수분포를 모의할 수 있는 3차원 수치모형을 통하여 모의되어, 해당 수역의 부유물 거동특성 정보가 산출되게 된다.
여기에서, 상기 3차원 수치모형은 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역이 하천인 경우 해당 지역을 격자로 분할되는 3차원 지형으로 구축하는 3차원 DELFT 3D 수치모형이 적용되고, 상기 수역이 호소인 경우 해당 지역을 격자로 분할되는 3차원 지원으로 구축하는 3차원 ELCOM 수치모형이 적용된다. 특히, 상기 수역이 호소인 경우, 상기 3차원 ELCOM 수치모형에 CAEDYM 수질-생태계모델이 연동되어 ELCOM-CAEDYM 수치모형이 적용될 수 있다.
또한, 상기 3차원 수치모델은 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 과거 부유물 대량 발생시의 유입량 및 200년 빈도 홍수량 유입시 조건에 대하여 초기 수위를 과거 부유물 대량 발생시 수위, 갈수위 및 풍수위에 따라 설정된 시나리오를 분석하여, 시나리오별 각 수역의 부유물 거동특성 정보를 산출하게 된다.
상기 3차원 수치모델은 시나리오 분석에 따라 해당 수역의 표면 유속장과 수온성층 및 탁수분포 정보를 산출한 후, 상기 산출된 표면 유속장과 수온성층 및 탁수분포 정보를 분석하여 밀도류 발생지점 정보를 산출하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 부유물 차단시설 입지로 선정되는 밀도류 발생지점 직상류는 밀도류 발생지점으로부터 1km 내지 10km 이내 상류 지점인 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 3차원 수치해석을 통한 하천 부유물 차단시설 입지 선정 시스템은 수역에 설치되는 부유물 차단시설의 입지를 선정하는 시스템에 있어서, 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 좌우 및 상하 유속장 분포와, 국부적인 지역의 수온성층 및 탁수분포를 모의할 수 있는 3차원 수치모형을 구축하는 3차원 수치모형 구축부와; 상기 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 과거 부유물 발생시의 유입량 및 200년 빈도 홍수량 유입시, 초기 수위와 갈수위 및 풍수위에 따라 시나리오를 구성하는 시나리오 설정부와; 상기 시나리오 설정부를 통하여 구성된 각 시나리오를 상기 3차원 수치모형 구축부를 통하여 구축된 3차원 수치모형을 통하여 분석하여 해당 수역의 표면 유속장, 수온성층, 탁수분포, 밀도류 발생지점(plunging point) 정보를 포함하는 부유물 거동특성 정보를 산출하는 부유물 거동특성 산출부와; 상기 산출된 부유물 거동특성 정보를 분석하여 해당 수역의 표면 유속이 낮은 지점, 밀도류 발생 직상류 지점을 선정하고 이 중에서 갈수기 비 건천화 지점을 부유물 차단시설 입지로 선정하는 부유물 차단시설 입지 선정부;를 포함하여 이루어진다.
상기 3차원 수치모형 구축부을 통하여 구축되는 3차원 수치모형은 상기 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역이 하천인 경우, 해당 지역을 격자로 분할되는 3차원 지형으로 구축하는 3차원 DELFT 3D 수치모형이 적용되고, 상기 수역이 호소인 경우, 해당 지역을 격자로 분할되는 3차원 지원으로 구축하는 ELCOM-CAEDYM 수치모형이 적용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 3차원 수치모형을 활용하여 하천의 수위 및 유입량 조건별 부유물의 거동특성을 고려하여 부유물 차단시설의 적정한 입지를 선정할 수 있으므로, 3차원 수치모형으로 정확히 예측된 지점에 차단망 및 적치장을 설치하여 부유물의 수거기간을 획기적으로 단축할 수 있으며, 부유물 차단시설의 파손 및 이전 설치 방지에 따른 예산을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 부유물 차단시설 입지에 대한 과학적, 객관적 근거를 제시할 수 있으므로 하천 주변 주민들과의 불필요한 오해와 갈등을 방지하여 민원을 최소화할 수 있으며, 홍수기 하천, 호소 관리의 핵심 이슈인 부유물 관리 기술력을 대내외적으로 인정받고, 데이터 기반의 과학적 부유물 관리기술 개발을 선도함으로써 기술경쟁력 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 부유물 차단시설의 설치 일례,
도 2는 본 발명에 따른 부유물 차단시설 입지 선정 시스템의 전체적인 네트워크 연결도,
도 3은 본 발명에 따른 부유물 차단시설 입지선정서버의 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 부유물 차단시설 입지선정 서버를 통하여 부유물 차단시설의 입지가 선정되는 과정을 나타낸 흐름도,
도 5는 본 발명에 따라 구축되는 소양강댐의 ELCOM 모형 격자 구성도 일례,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 최대 유속시 표면 유속장 분포 일례,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 밀도류 발생지점의 일례,
도 10은 상기 도 8을 통하여 분석되는 밀도류 발생지점이 신규 차단망의 하류 2km 지점에 형성된 일례,
도 11은 상기 도 9를 통하여 분석되는 밀도류 발생지점이 신규 차단망의 하류 5∼7km 지점에 형성된 일례를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부유물 차단시설 입지 선정 시스템의 전체적인 네트워크 연결도를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부유물 차단시설 입지 선정 시스템은 지리정보시스템(10)으로부터 지리 정보를 제공받고, 댐통합정보시스템(20)으로부터 댐 관련 정보를 제공받으며, 기상정보시스템(30)으로부터 기상 정보를 제공받아, 이를 통하여 하천의 부유물 차단시설의 최적화된 입지를 산출하여 선정하는 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)를 포함하여 이루어진다.
상기 지리정보시스템(10)(GIS ;Geographic Information System)은 지리와 관련된 정보를 수집 처리하여 보관하고 관리하는 서버 시스템으로서, 본 발명에서는 상기 지리정보시스템(10)으로부터 댐 건설 지역의 수치지형도 및 토지이용현황 정보를 제공받아 이용하게 된다. 상기 댐통합정보시스템(DIIS)(20)은 물관리센터에서 댐 운영에 관한 정보를 보관하고 관리하는 서버 시스템으로서, 본 발명에서는 댐통합정보시스템(20)으로부터 기간 또는 시간별 댐 운영 정보를 제공받아 이용하게 된다. 또한, 상기 기상정보시스템(30)은 기상청에서 운영하는 서버 시스템으로서, 본 발명에서는 이러한 기상정보시스템(30)으로부터 시간별 기온, 상대습도, 풍향, 풍속, 일사량, 대기압 등의 자료를 제공받아 이용하게 된다.
상기 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)는 지리정보시스템(10)과 댐통합정보시스템(20) 및 기상정보시스템(30)으로부터 관련 정보를 제공받아 3차원 수치모형을 구축하고, 이를 통하여 해당 수역의 부유물 거동특성을 분석하여 부유물 차단시설을 설치하기 적합한 입지를 선정하는 서버 컴퓨터이다. 즉, 상기 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)는 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 하천의 각 수역별 표면 유속장, 수온성층, 탁수분포, 밀도류 발생지점(plunging point) 등의 부유물 거동특성 정보를 산출한 후, 상기 산출된 부유물 거동특성 정보를 분석하여 표면 유속이 낮은 지점, 밀도류 발생 직상류 지점, 갈수기 비 건천화 지점을 포함하는 지역을 부유물 차단시설 입지로 선정하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부유물 차단시설 입지선정 서버의 블록 구성도를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)는 사용자로부터 데이터를 입력받고 처리되는 데이터를 표시하는 입력부(120) 및 출력부(130)와, 통신망을 통하여 외부 장치와 통신을 수행하는 통신부(140)와, 부유물 차단시설을 설치하고자 하는 수역의 3차원 수치모형을 구축하는 3차원 수치모형 구축부(150)와, 각 수역의 과거 데이터를 통하여 해당 수역에 대한 시나리오를 구성하는 시나리오 설정부(160)와, 각 시나리오에 따라 3차원 수치모형을 구동하여 부유물 거동특성을 산출하는 부유물 거동특성 산출부(170)와, 산출되는 부유물 거동특성을 분석하여 부유물 차단시설의 입지를 선정하는 부유물 차단시설 입지 선정부(180)와, 상기 각 구성부를 통하여 처리되는 데이터가 등록되는 데이터베이스(190)와, 상기 각 구성부의 동작을 제어하는 중앙제어부(110)를 포함하여 이루어진다.
상기 입력부(120) 및 출력부(130)는 사용자로부터 조작 데이터를 입력받아 처리하는 키보드나 마우스 등의 입력장치와 처리되는 데이터를 화면에 표시하는 모니터 등의 출력장치이며, 상기 통신부(140)는 통신망을 통하여 지리정보시스템(10)과 댐통합정보시스템(20) 및 기상정보시스템(30)과 통신을 설정하여 데이터를 송수신하는 통신 장치이다.
상기 3차원 수치모형 구축부(150)는 부유물 차단시설을 설치하고자 하는 수역을 3차원 수치모델로 구축하는 프로그램으로서, 이 3차원 수치모형 구축부(150)는 부유물 차단시설을 설치하고자 하는 수역의 좌우 및 상하 유속장 분포, 국부적인 지역의 수온성층 및 탁수분포를 모의할 수 있는 모델을 선정하여, 해당 수역의 지형 파일을 구축하고 유입 및 유출을 설정하게 된다. 본 발명의 실시예에서 상기 3차원 수치모형 구축부(150)는 대상 수역이 일반적인 하천인 경우, 지리정보시스템(10)과 댐통합정보시스템(20) 및 기상정보시스템(30)으로부터 제공되는 정보를 이용하여 하천수리해석 및 구조물 영향 평가에 사용되는 3차원 DELFT 3D 수치모형으로 대상 수역에 대한 정밀 3차원 지형을 구축하게 된다. 본 발명에 적용되는 상기 DELFT 3D 수치모형은 해안 강, 그리고 하구에 대해 종합적인 접근과 3차원 계산을 위해 통합된 소프트웨어 패키지로써 흐름, 토사이송, 파랑, 수질, 바닥지형 변화와 생태환경 모의를 수행할 수 있는 다차원 동수역학적 모의 모형이다. 한편, 본 발명에 따른 3차원 수치모형 구축부(150)는 대상 수역이 호소인 경우, 호수, 저수지, 하구, 해양의 수질 특성을 모의할 수 있는 3D 수리모델인 ELCOM 수치모형을 적용하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 ELCOM 수리모델에 3차원 수질-생태계 모형인 CAEDYM 모델과 연동하여 수리 및 수질을 모의할 수 있도록 하고 있는데, 이와 같이 ELCOM 수리모델과 CAEDYM 모델이 연동된 ELCOM-CAEDYM 수치모델은 호수와 저수지의 수질 및 생태계의 동적 모델링을 위한 3차원 수리 해석 결과를 제공하며, 특히 호소의 수온성층과 탁수밀도류, 부영양화를 모의하는데 우수한 특성을 제공하게 된다. 상기 3차원 수치모형 구축부(150)는 각 수치모형에 따른 대상 수역의 정밀 3차원 지역을 구축할 때, 가장 최근에 측량된 하천 지형 정보를 사용하여 해당 지형을 격자로 분할하게 되는데, 이러한 격자 분할은 하천의 지형을 최대로 반영하고 계산 시간을 최소화하며 계산 정확도를 극대화하기 위하여 직교곡선 격자망을 사용하게 된다. 이렇게 3차원 수치모형 구축부(150)를 통하여 구축되는 3차원 수치모형 정보는 3차원 수치모형 DB(191)에 등록되어 이용되게 된다.
상기 시나리오 설정부(160)는 3차원 수치모형을 구동시키기 위한 시나리오를 구성하는 프로그램으로서, 본 발명의 실시예에서 상기 시나리오 설정부(160)는 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 과거 부유물 대량 발생시 유입량, 200년 빈도 홍수량 유입시 조건에 대하여 초기 수위를 과거 부유물 대량 발생시 수위, 갈수위 및 풍수위에 따라 각각 시나리오를 설정하게 된다. 이러한 시나리오 설정부(160)를 통하여 구성되는 시나리오 정보는 시나리오 DB(192)에 등록되어 이용되게 된다.
상기 부유물 거동특성 산출부(170)는 시나리오 설정부(160)를 통하여 설정된 시나리오별로 3차원 수치모형을 구동하여 해당 수역의 부유물 거동특성을 산출하는 프로그램이다. 본 발명의 실시예에서 상기 부유물 거동특성 산출부(170)는 시나리오 조건에 따라 3차원 수치모형을 구동하여 해당 수역의 표면 유속장 분포, 수온성층 분포, 탁수 분포, 밀도류 발생지점(Plugging Point) 등의 정보를 부유물 거동특성 정보로 산출하게 된다. 이렇게 부유물 거동특성 산출부(170)에 의해 산출되는 부유물 거동특성 정보는 부유물 거동특성 DB(193)에 등록되어 이용되게 된다.
상기 부유물 차단시설 입지 선정부(180)는 부유물 거동특성 산출부(170)를 통하여 산출되는 부유물 거동특성 정보를 분석하여 부유믈 차단시설 입지를 선정하는 프로그램이다. 본 발명의 실시예에서 상기 부유물 차단시설 입지 선정부(180)는 산출되는 부유물 거동특성을 분석하여 표면 유속이 낮은 지점, 탁수 침강 및 부유물 분리가 일어나는 밀도류 발생지점 직상류, 갈수기에도 건전화되지 않는 지점 등을 파악하여 부유물 차단시설 입지로 선정하게 된다. 특히, 본 발명에서는 표면 유속이 낮은 지점과 밀도류 발생 직상류 지점 중 갈수기 비 건천화 지역을 최종 부유물 차단시설 입지로 선정하게 되는데, 이렇게 부유물 차단시설 입지 선정부(180)를 통하여 선정되는 부유물 차단시설 입지 정보는 부유물 차단시설 입지 DB(194)에 등록되어 이용되게 된다.
이하, 상기의 구성으로 이루어진 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)를 통하여 부유물 차단시설 입지가 선정되는 과정에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부유물 차단시설 입지선정 서버를 통하여 부유물 차단시설의 입지가 선정되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
단계 S110, S120 : 먼저, 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)는 부유물 차단시설을 설치하고자 하는 대상 수역을 선정한 후, 3차원 수치모형 구축부(150)를 통하여 해당 대상 수역에 대한 3차원 수치모형을 구축하게 된다(S120). 상기 부유물 차단시설 설치되는 대상 수역은 크게 하천 또는 호수로 구분되는데, 하천의 경우 하천수리해석 및 구조물 영향 평가에 특징이 있는 3차원 DELFT 3D 수치모형이, 호소의 경우 저수지 수온성층과 탁수밀도류 및 부영양향화 모의에 우수한 ELCOM-CAEDYM 수치모형이 적용되어, 해당 수역이 3차원 지형으로 격자 분할되어 하천의 유입 및 유출이 설정된다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 구축되는 소양강댐의 ELCOM 모형 격자 구성도 일례로서, 영역 내에 100m×100m×1m로 분할된 격자 셀이 모두 10,867,760개 존재하며, 물을 포함하는 셀은 모두 346,389개로 구성된다.
단계 S130 : 상기 과정을 통하여 3차원 수치모형이 구축되면, 시나리오 설정부(160)는 한국수자원공사 댐·유역관리처의 부유물 시설물 기준에 따라 시나리오를 구성하게 되는데, 이러한 시나리오는 크게 유입량 및 초기수위에 따라 설정된다. 다음의 표 1은 본 발명의 실시예에서 설정되는 시나리오 구성 일례를 나타낸 것으로, 집중 강우시의 유입량 및 200년 빈도 홍수량 유입시, 실제 부유물 발생시의 수위, 갈수위, 풍수위 등의 조건에 따라 6개의 시나리오를 구성하게 된다.
Figure 112014112576214-pat00001
단계 S140, S150 : 상기 과정을 통하여 시나리오가 설정되면, 부유물 거동특성 산출부(170)는 각 시나리오를 3차원 수치모형에 적용하여 구동시킴으로써(S140), 부유뮬 거동특성 정보를 산출하게 된다(S150). 즉, 구축된 3차원 수치모형에 시나리오를 통하여 설정된 조건을 입력하여 결과물을 산출하게 되는데, 이러한 3차원 수치모형의 결과물로는 해당 수역의 표면 유속장, 수온 성층, 탁수 분포, 밀도류 발생지점 등의 부유물 거동특성 정보가 포함된다. 상기 표면 유속장은 해당 수역의 표면 유속 분포를 의미하고, 수온 성층은 깊이에 따라 발생하는 수온 차이에 의해 물이 여러 층으로 분리되어 분포되는 것을 의미하며, 탁수 분포는 물의 밀도가 다르거나 부유물과 혼합되어 형성된 탁수의 분포를 의미한다. 또한, 밀도류 발생지점(Plunging Point)은 물이 밀도차에 의한 중력 작용으로 인해 다른 움직임을 보이는 지점을 의미하는데, 이 밀도류 발생지점은 표면 유속장과 수온 성층 및 탁수 분포에 따라 산출된다. 이러한 밀도류 발생지점에서는 탁수가 침강하고 부유물이 분리(부유)되는 특성을 보이게 된다.
단계 S160, S170 : 각 시나리오별 3차원 수치모형 구동에 따른 부유물 거동특성 정보가 산출되면, 부유물 차단시설 입지 선정부(180)는 산출된 부유물 거동특성 정보를 분석하여(S160), 부유물 차단시설 입지를 선정하게 된다(S170). 본 발명의 실시예에서 부유물 차단시설 입지 선정부(180)는 부유물 거동특성 정보를 분석하여, 표면 유속이 낮은 지점, 밀도류 발생지점 직상류 지점을 선정하고, 이 중에서 갈수기 비 건천화 지역을 최종 부유물 차단시설 입지로 선정하게 된다. 상기 표면 유속이 낮은 곳은 부유물 차단시설의 설치가 용이하고 부유물에 의해 차단시설이 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 밀도류 발생지점 직상류는 탁수 침강 및 부유물 분리가 이루어지기 전에 부유물을 차단하여 수거가 이루어질 수 있도록 하며, 갈수기 비 건천화 지점은 갈수기에도 물이 이동하기 때문에 부유물이 차단이 이루어질 수 있는 특징이 있다. 상기 과정을 통하여 부유물 차단시설 입지가 선정되면, 선정된 부유물 차단시설 입지에 부유물 차단시설이 설치되었을 경우에 대한 영향을 검토하게 된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 최대 유속시 표면 유속장 분포 일례를 나타낸 것이다. 도 6는 2009년 7월 집중강우시 소양강댐의 모의 결과로, 기존에 설치된 차단망 위치 대신 표면 유속이 느린 입지를 신규 차단망 위치로 선정하고 있다. 또한, 도 7은 200년 빈도 홍수 유입시 소양강댐의 모의 결과로, 선정된 신규 차단망 위치에서 유속이 작게 나타나고, 갈수위 및 실제 수위보다 풍수위시 최대유속이 작아지는 것으로 모의되었다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 밀도류 발생지점의 일례를 나타낸 것이다. 도 8은 2009년 7월 집중강우시 소양강댐의 모의 결과로, 종단면의 연직수온 및 밀도를 분석한 결과 밀도류 발생지점은 댐상류 약 32km 지점에서 발생하며, 이는 신규 차단망 설치지점의 하류방향 1∼2km 지점에 형성되고 있다. 또한, 도 9는 200년 빈도 홍수 유입시 소양강댐의 모의 결과로, 많은 유량으로 인해 밀도류 발생지점이 댐으로부터 약 26km 지점으로 하류쪽으로 이동되어 나타나는 것으로 분석되었다.
도 10은 상기 도 8을 통하여 분석되는 밀도류 발생지점이 신규 차단망의 하류 2km 지점에 형성된 일례를 나타낸 것이고, 도 11은 상기 도 9를 통하여 분석되는 밀도류 발생지점이 신규 차단망의 하류 5∼7km 지점에 형성된 일례를 나타낸 것이다. 이와 같이 밀도류 발생지점의 직상류, 바람직하게는 1Km 내지 10Km 이내에 부유물 차단시설이 설치되면, 밀도류 발생지점에서 분리되기 전에 부유물을 효과적으로 차단하여 수거할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)는 부유물 차단시설 설치 대상 수역에 대한 3차원 수치모형을 구축하고, 부유물 시설물 기준에 따라 해당 수역의 유입량 및 초기 수위별 시나리오를 구성한 후, 3차원 수치모형을 구동하여 부유물 거동특성 정보를 산출하고, 이를 분석하여 표면 유속이 낮은 지점, 밀도류 발생 직상류 지점을 선정하고 이 중에서 갈수시 비 건천화 지역을 최종 부유물 차단시설 입지로 선정하게 된다.
이러한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
10 : 지리정보시스템 20 : 댐통합정보시스템
30 : 기상정보시스템 100 : 부유물 차단시설 입지선정 서버
110 : 중앙제어부 120 : 입력부
130 : 출력부 140 : 통신부
150 : 3차원 수치모형 구축부 160 : 시나리오 설정부
170 : 부유물 거동특성 산출부 180 : 부유물 차단시설 입지 선정부
190 : 데이터베이스 191 : 3차원 수치모형 DB
192 : 시나리오 DB 193 : 부유물 거동특성 DB
194 : 부유물 차단시설 입지 DB

Claims (9)

  1. 수역에 설치되는 부유물 차단시설의 입지를 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)를 통하여 선정하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)의 3차원 수치모형 구축부(150)에서 상기 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 좌우 및 상하 유속장 분포와, 국부적인 지역의 수온성층 및 탁수분포를 모의할 수 있는 3차원 수치모형을 구축하는 단계와;
    (b) 시나리오 설정부(160)에서 상기 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 과거 부유물 발생시의 유입량 및 200년 빈도 홍수량 유입시 조건에 대하여 초기 수위를 과거 부유물 발생시 수위와 갈수위 및 풍수위에 따라 시나리오를 설정하는 단계와;
    (c) 부유물 거동특성 산출부(170)에서 상기 시나리오 설정부(160)를 통하여 구성된 각 시나리오를 상기 3차원 수치모형 구축부(150)를 통하여 구축된 3차원 수치모형을 통하여 분석하여, 상기 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 표면 유속장, 수온성층, 탁수분포, 밀도류 발생지점(plunging point) 정보를 포함하는 부유물 거동특성 정보를 산출하는 단계와;
    (d) 부유물 차단시설 입지 선정부(180)에서 상기 산출된 부유물 거동특성 정보를 분석하여 해당 수역의 표면 유속이 낮은 지점, 밀도류 발생 직상류 지점을 선정하고 이 중 갈수기 비 건천화 지역을 부유물 차단시설 입지로 선정하는 단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 3차원 수치모형은 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역이 하천인 경우 해당 지역을 격자로 분할되는 3차원 지형으로 구축하는 3차원 DELFT 3D 수치모형이 적용되고, 상기 수역이 호소인 경우 해당 지역을 격자로 분할되는 3차원 지형으로 구축하는 3차원 ELCOM 수치모형에 CAEDYM 수질-생태계모델이 연동되어 ELCOM-CAEDYM 수치모형이 적용되어,
    상기 3차원 수치모형은 상기 시나리오 분석에 따라 해당 수역의 표면 유속장과 수온성층 및 탁수분포 정보를 산출한 후, 상기 산출된 표면 유속장과 수온성층 및 탁수분포 정보를 분석하여 밀도류 발생지점 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 하천 부유물 차단시설 입지 선정 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 부유물 차단시설 입지로 선정되는 밀도류 발생 직상류 지점은 밀도류 발생지점으로부터 1km 내지 10km 상류 지점인 것을 특징으로 하는 하천 부유물 차단시설 입지 선정 방법.
  8. 지리정보시스템(10)으로부터 지리 정보를 제공받고, 댐통합정보시스템(20)으로부터 댐 관련 정보를 제공받으며, 기상정보시스템(30)으로부터 기상 정보를 제공받아, 이를 통하여 하천의 부유물 차단시설의 최적화된 입지를 산출하여 선정하는 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)를 포함하는 시스템에 있어서,
    상기 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)는
    상기 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 좌우 및 상하 유속장 분포와, 국부적인 지역의 수온성층 및 탁수분포를 모의할 수 있는 3차원 수치모형을 구축하는 3차원 수치모형 구축부(150)와;
    상기 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역의 과거 부유물 발생시의 유입량 및 200년 빈도 홍수량 유입시, 초기 수위와 갈수위 및 풍수위에 따라 시나리오를 구성하는 시나리오 설정부(160)와;
    상기 시나리오 설정부(160)를 통하여 구성된 각 시나리오를 상기 3차원 수치모형 구축부(150)를 통하여 구축된 3차원 수치모형을 통하여 분석하여 해당 수역의 표면 유속장, 수온성층, 탁수분포, 밀도류 발생지점(plunging point) 정보를 포함하는 부유물 거동특성 정보를 산출하는 부유물 거동특성 산출부(170)와;
    상기 산출된 부유물 거동특성 정보를 분석하여 해당 수역의 표면 유속이 낮은 지점, 밀도류 발생 직상류 지점을 선정하고 이 중에서 갈수기 비 건천화 지역을 부유물 차단시설 입지로 선정하는 부유물 차단시설 입지 선정부(180)와;
    상기 부유물 차단시설 입지선정 서버(100)를 통하여 처리되는 데이터가 등록되는 데이터베이스(190);를 포함하여 이루어지되,
    상기 3차원 수치모형 구축부(150)을 통하여 구축되는 3차원 수치모형은 상기 부유물 차단시설의 설치 대상이 되는 수역이 하천인 경우 해당 지역을 격자로 분할되는 3차원 지형으로 구축하는 3차원 DELFT 3D 수치모형이 적용되고, 상기 수역이 호소인 경우 해당 지역을 격자로 분할되는 3차원 지형으로 구축하는 3차원 ELCOM 수치모형에 CAEDYM 수질-생태계모델이 연동되어 ELCOM-CAEDYM 수치모형이 적용되고,
    상기 데이터베이스(190)는 3차원 수치모형 구축부(150)를 통하여 구축되는 3차원 수치모형 정보가 등록하는 3차원 수치모형 DB(191)와, 시나리오 설정부(160)의 시나리오 정보가 등록되는 시나리오 DB(192)와, 부유물 거동특성 산출부(170)에 의해 산출되는 부유물 거동특성 정보가 등록하는 부유물 거동특성 DB(193)와, 부유물 차단시설 입지 선정부(180)를 통하여 선정되는 부유물 차단시설 입지 정보가 등록되는 부유물 차단시설 입지 DB(194)로 구성되는 것을 특징으로 하는 하천 부유물 차단시설 입지 선정 시스템.
  9. 삭제
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113065689B (zh) * 2021-03-18 2023-11-07 中国水利水电科学研究院 一种多生境城市生态水系构建系统及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090093520A (ko) 2008-02-29 2009-09-02 한국수자원공사 유역통합 물관리 의사결정지원방법

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2011년 한국수자원학회*
韓 國 水 資 源 學 會 論 文 集, 第41卷 第12號 2008年 12月,PP. 1187~1198*
韓 國 水 資 源 學 會 論 文 集,第45卷 第5號 2012年 5月,PP465~472*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200016080A (ko) * 2018-08-06 2020-02-14 한국화학연구원 집진필터의 최적 위치 선정 방법 및 이를 이용한 미세먼지의 제거 방법
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