홈 > 강의소개
수리수문학Ⅱ(수리학)
이진녕 교수
건국대학교 대학원 토목공학과 석사과정
건국대학교 대학원 토목공학과 박사졸업
건국대학교 대학원 토목공학과 석사과정
건국대학교 대학원 토목공학과 박사졸업
건국대학교
서울시립대
현) 유니와이즈 전임교수
AI가 이끄는 스마트한 학습 경험, AI 튜터와 함께 더 빠르고, 더 깊게 학습하세요.
긴 강의 내용을 AI가 핵심만 요약하여 복습 시간을 단축시킵니다.
강의에서 가장 중요한 키워드와 개념을 자동으로 추출해 제공합니다.
학습한 내용을 바탕으로 AI가 생성한 퀴즈를 풀며 이해도를 점검합니다.
모르는 부분을 24시간 언제든 AI 튜터에게 질문하고 답변을 받습니다.
총 8개 챕터, 43강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
|---|---|---|
| 8장. 흐름의 측정 및 분석 | ||
|
[1강] 관수로 흐름의 측정 (1)
|
0:
54:
19
|
|
|
관수로 흐름 측정: 압력·정체관·Pitot관·오리피스 핵심 정리
• 압력 측정 장비: 액주계·버어돈 압력계·압력변환기(다이어프램·스트레인게이지·압전 센서 등)를 이용해 정압·동압을 측정하고, 전기 신호로 변환해 제어·데이터 수집에 활용 • 정체관·Pitot관 유속 측정: 베르누이 방정식을 이용해 수두차·액주계 높이차로 유속을 산정하며, 정체관은 $V=\sqrt{2gl}$, Pitot관은 $V=\sqrt{2g(h_1-h_2)}$를 사용하고, Reynolds 수·점성·정렬각·벽면 영향에 따른 보정계수 $C_p$ 고려 • 오리피스 유량 측정: 베나 콘트랙타·단면수축계수 $C_c$, 유속계수 $C_v$, 유량계수 $C_d=C_cC_v$, 흐름계수 $K$를 사용해 $Q=K A_0\sqrt{2g\Delta h}$ 또는 $Q=K A_0\sqrt{2\Delta p/\rho}$로 유량을 계산하며, 직경비·Reynolds 수-기반 $K$ 그래프와 다종유체 액주계의 비중차 보정(등가 물 수두) 적용 |
||
|
[2강] 관수로 흐름의 측정 (2)
|
0:
35:
26
|
|
|
관수로 유량 측정: 벤츄리미터·노즐·전자기유량계·로타미터·엘보우미터 정리
• 차압식 유량계(벤츄리미터·노즐·엘보우미터) : 베르누이·연속방정식 기반으로 압력수두차와 단면적 비를 이용해 $Q = C A \sqrt{2g\Delta h}$ 또는 $Q = K A \sqrt{(R/D)(\Delta p/\rho)}$ 형태로 유량을 산정하고, 계수(K, $C_d$, $C_n$)를 Re·직경비·형상에 따라 도표·경험식·검정으로 결정 • 비차압식 유량계(전자기 유량계·로타메터) : 전자기 유량계는 패러데이 유도 법칙에 따라 자장 내 전도성 유체의 기전력을 전기 신호로 변환해 유속·유량을 측정하고, 로타메터는 수직 원추형 관 내 플로트의 평형 높이를 가변면적으로 환산해 직접 유량을 판독 • 유량 계산 절차 구조화 : 액주계 읽기 → 물 수두(또는 압력)로 환산 → 단면적·직경비·곡률반경 산정 → 계수 가정·도표 보정 반복 → 유량·속도·Re 계산의 일관된 절차로 다양한 관수로 유량 측정장치의 공통 해석·설계·시험 대비 구조를 정리 |
||
|
[3강] 개수로 흐름 측정 (1)
|
0:
54:
24
|
|
|
개수로 위어 유량 측정: 예연위어, 사각·삼각·사다리꼴 공식 정리
• 개수로 유량 측정 방법: 한계수심 이용법과 예연위어(weir) 월류수심 측정법으로 구분, 위어 수두 H 측정과 Bernoulli 방정식·단면적분 기반 이론식 + 실험계수로 유량 산정 • 예연위어 형상과 계수: 사각형·삼각형·직각·사다리꼴 위어에서 수축(정수축·면수축·단수축)과 기하형상(H/P_w, θ, b)을 고려해 C_wr, C_wt 및 유효폭 b_0=b-0.1nH 적용 • 위어별 대표 유량 공식: 사각형 위어 Q=C_wr(2/3)√(2g)bH^(3/2), 프란시스식 Q=1.84b_0H^(3/2), 삼각형 위어 Q=C_wt(8/15)tan(θ/2)√(2g)H^(5/2), 직각·사다리꼴은 삼각형·사각형 부분 유량 분해·합산으로 산정 |
||
|
[4강] 개수로 흐름 측정 (2)
|
0:
48:
11
|
|
|
광정위어, 수문, Parshall flume의 유량 측정 정리
• 광정위어·수문 유량 측정: 광정위어의 한계등류 조건(적용 범위 0.08≤H/Lw≤0.5, yc=2/3H)과 위어계수 CWB를 사용하는 유량식 Q ∝ B H3/2, 수문의 자유 유출·잠수 유출 판정(a, y1, y3 비교) 및 Q = Cd a B √(2g y1)에서 유량계수 Cd 결정 구조 정리 • 유출 형상·계수 특성: 위어 상의 한계류 형성, 수문 하류의 사류·자유분출/잠수에 따른 Cd 변화, 상·하류 수심비와 개방 높이에 따른 실험적 계수(CWB, Cd)의 의존성과 그래프·표를 통한 계수 판독 절차 정리 • Parshall flume 계측수로: 목부에서 한계흐름을 이용해 상류 수심 Ha로 유량을 구하는 폭 W별 자유 유출 경험식(Q = K W Ha^n 형식), 잠수 조건(Hb/Ha 임계비와 폭 구간별 기준), 잠수 시 보정곡선과 보정계수로 ΔQ를 산정해 Q실제 = Q자유유출 − ΔQ로 보정하는 절차 정리 |
||
|
[5강] 자료분석
|
0:
59:
22
|
|
|
수리학 자료분석: 불확실성 분석과 회귀분석 핵심 정리
• 불확실성 분석 개념: 장비·자료획득·표본화 오차를 왜곡(bias)과 정확성(표준편차)으로 분해하여 총불확실성을 정규분포와 표준편차 기반으로 정량화 • 불확실성 전파(ΔR 식): 여러 독립 측정변수의 불확실성을 편미분 또는 증분 전파식으로 합성하여 결과값(예: 오리피스 유량계수 K)의 전체 불확실성 구간을 평가 • 회귀분석과 최소자승법: Y=CX^m 관계를 로그 변환해 y=b+mx 직선 회귀로 추정하고, 최소자승법 회귀계수 공식으로 C,m을 결정하여 이론식과 실험식의 일치성을 검증 |
||
| 9장. 지하수 흐름 | ||
|
[6강] 지하수의 생성과 성질 (1)
|
0:
43:
32
|
|
|
지하수의 생성과 성질(1): 분포, 공극률, 함수비 핵심 정리
• 지하수 수리학·지하수 분포: 이수·치수 관점의 지중 수분 저장·이동 분석, 지하수면을 경계로 한 비포화대(토양수대·현수대·모관수대)와 포화대 구조 및 모관상승·기저유출 기능 정리 • 토양수 상태·가용수분: 흡착수·중력수·모관수 구분, 함수능·시듦점·가용수분 정의와 토양 종류별 변동 특성을 통해 식물 생육 가능 수분 및 지하수 함양 가능량 평가 • 관정·공극률 η·함수비 θ·비산출량: 관정 구조와 지하수위 관측·양수 활용, 공극률과 함수비의 수식·범위·포화 조건(θ = η) 및 입자 크기·암석 종류별 공극 특성·비산출량을 통한 대수층 유효 저장량 산정 |
||
|
[7강] 지하수의 생성과 성질 (2)
|
0:
40:
56
|
|
|
지하수 투수능, 투수계수, 실험 및 비산출량 정리
• 투수능·투수계수·Darcy 법칙: 토양 공극 구조와 물성에 따른 투수능·투수계수 정의, Darcy 유속식 V = K(ΔH/L) 및 Darcy 유속·공극유속(Vs = V/η) 관계와 단위 체계 정리 • 투수계수 산정 실험: 정압수두 투수계의 K = QL/(HπR²) 식과 감소수두 투수계의 K ∝ ln(H1/H2) 식 유도 및 적용, 시료·수두관 치수·시간·온도(점성계수) 보정을 통한 K 산정 절차 정리 • 비산출량·저류상수: 포화 비피압 대수층의 비산출량(유효 공극률, 방출수량/총체적) 정의와 저류상수(비산출량의 소수표현) 개념, 투수계수·공극률과 연계한 대수층 저류·방출 특성 지표 정리 |
||
|
[8강] 대수층, 지하수 흐름
|
1:
08:
07
|
|
|
지하수 대수층과 Darcy 법칙, 지하수 흐름 정리
• 대수층 체계와 샘 형성: 대수층·난대수층·반대수층의 투수·차수 특성, 피압·비피압 대수층 구조와 오염 취약성, 샘·분수샘 발생 조건 정리 • Darcy 법칙과 유선망: Darcy 유속·공극유속·Reynolds수에 따른 적용 조건, 1D Darcy 식과 유선·등포텐셜선을 이용한 유선망 구성 및 누수량 산정 구조 • 피압·비피압 대수층 유량식: 피압대수층 유량식 Q = KDB (h₁−h₂)/L, 비피압대수층 Dupuit 공식 Q = KB (h₁²−h₂²)/(2L)의 유도 구조와 적용 조건 정리 |
||
|
[9강] 우물을 통한 양수
|
0:
39:
00
|
|
|
우물을 통한 양수 및 피압·비피압·누수피압 대수층 양수 개념 정리
• 우물 시스템: 지하수 양수를 위한 연직구멍 구조·케이싱·스크린·자갈층 설계와 시공·위생·지반조사 요소 및 오염 방지 조건 정리 • 피압·비피압 대수층 양수 해석: 방사상 정상 흐름과 Darcy 법칙, Thiem식 및 수두·반경 측정을 이용한 양수량 Q, 투수계수 K, 투과율 T 산정식 정리 • 누수피압대수층 및 누수 해석: 상부 비피압대수층–하부 피압대수층–반대수층 구조에서 Darcy 법칙과 연립방정식을 이용한 연직 누수, 수두분포, 손실수두 계산 원리 정리 |
||
|
[10강] 지하수 함양, 해수침입
|
0:
31:
20
|
|
|
지하수 함양 및 해수침입: 방법과 원인, 대책 정리
• 지하수 함양 개념·분류: 지표수·강우를 인위적으로 침투시켜 지하수 저류량을 증가시키는 과정으로, 수표면 증가방법(침투지법·하상변경법·도랑법·범람법), 우물을 통한 함양, 유도 지하수 함양으로 구분 • 지하수 함양 공법 체계: 침투지·하상변경·도랑·범람을 통한 광역 침투 설계, 함양정(우물) 주입 조건·막힘 요인·수질 관리, 하천 인접 양수정에 의한 유도 함양과 자연 여과 기능 및 적용 한계 • 해수침입 메커니즘·대책: 담수–해수 밀도차에 따른 평형 교란으로 발생하는 해수의 내륙·상향 침입 현상과, 과도한 양수·장애 제거·하부 해수 상승 원인, 해안 평행 우물 양수·담수 주입·불투수 차단벽·양수량 조절을 통한 예방·억제 전략 정리 |
||
| 10장. 하천유사 및 안정설계 | ||
|
[11강] 하천지형학, 하상의 형태
|
0:
59:
52
|
|
|
하천지형학과 하상 형태 핵심 정리 (수리학 10장 일부)
• 하천 유사론·하천 분류 개념: 유사의 침식·이송·퇴적 과정, 유년·장년·노년기의 연대적 분류, 직선·사행·망상하도의 형태 분류와 평형·안정하천 개념 정리 • 하천시스템 정성적 반응: 유량 Q·경사 S·유사량 Qs·입경 D50·만곡도 관계 및 Q·S ∼ Qs·D50 비례식으로 댐 건설 등 자연·인위 교란에 대한 하도의 평형 재조정 방향 정성적 예측 • 하상형태와 사주 유형: 평평하상·사련·사주(요곡·교호·횡·지류)·사구·천이사구·역사구·슈트 및 소의 크기·형상·수면과의 위상 관계를 기준으로 흐름저항·유사이송·안정 설계를 위한 하상 형상 체계 분류 |
||
|
[12강] 유사의 특성 (1)
|
0:
31:
31
|
|
|
Summary Content:
유사의 특성 관련 인자와 단일유사의 물리적 특성 요약 • 유사 특성 인자: 밀도·단위중량·비중·공칭·체·침강·침전직경·침강속도·표준침강속도·안식각·공극률 등 정의와 수리·퇴적·세굴 해석에 필요한 기초 물성 정량화 • 단일유사 물리적 특성: 점착성·비점착성 구분을 바탕으로 크기·모양(구상도·원상도·형상계수)·비중·단위중량·침강속도로 입자 거동·침식·퇴적 특성 규정 • 유사·물 혼합체 특성: 유사·물 부피·단위중량·부유유사 농도 관계식으로 혼합물 단위중량 산정, 실무 상수값(유사 비중 2.65, 물 단위중량 1 ton/m³) 활용한 수리계산 기반 제공 |
||
|
[13강] 유사의 특성 (2)
|
1:
02:
42
|
|
|
유사의 침강속도와 혼합유사의 물리적 특성 핵심 정리(수리학)
• 침강속도와 항력·Stokes 법칙: 유사 입자의 침강속도는 수중무게–항력 평형으로 정의되며, Stokes 영역($Re<0.1$)에서는 $C_D=24/Re$, $\omega=\dfrac{g(\rho_s-\rho_f)D_s^2}{18\mu}$로 단순화하고, 비 Stokes 영역에서는 형상계수와 $C_D$–Re 관계를 이용해 반복 계산으로 산정함 • 혼합유사 입도 특성: 혼합유사는 체분석·누가입경분포곡선으로 $D_{35},D_{50}$, 평균입경 $D_m$, 기하평균 $D_g$, 표준편차 $\sigma_g$를 정의해 입도 구조를 정량화하고, 퇴적층 단위중량은 Lane–Koelzer 식 $\gamma_m=\gamma_1+B\log T$와 성분별 가중평균으로 시간 변화 특성을 평가함 • 안식각·Shield 변수·대표입경: 수중 안식각은 입경과 함께 V자형 관계를 이루며, 한계전단응력 조건 $\dfrac{\tau_c}{\gamma_s' D_s}=k\tan\theta$에서 좌변을 Shield 변수로 정의하고, 혼합유사의 대표입경은 안식각–입경 곡선에서 동일 안식각에 대응하는 두 입경 중 작은 값을 택해 초기 움직임·세굴 설계에 적용함 |
||
|
[14강] 유사 입자의 이동조건
|
0:
42:
23
|
|
|
유사 입자의 이동조건과 Shields 곡선 개념 정리
• 유사 입자 초기 이동조건: 항력이 수중무게·부양력 모멘트 평형을 깨는 한계전단응력(τc) 도달 시 약한·중간·일반 이동으로 진행되는 하상 입자 이동 개시 기준 정리 • 한계전단응력 및 무차원수: 층류·난류에서 모멘트 평형으로 τc 식 도출 후 Shields 변수 F* = τc/[(γs-γ)Ds]와 경계 Reynolds수 Re* = u*Ds/ν로 무차원화하여 입자 크기·밀도·점성 영향 구조화 • Shields 곡선 활용: Re*–F* 곡선의 세 영역(매끈·천이·완전거칠) 특성에 따라 임계 F*값을 적용해 하상 안정 조건, 최소 입자 직경, 동수반경·허용 유속·수로폭 산정 절차를 제시하는 설계 기준 정리 |
||
|
[15강] 안정하도의 설계 (1)
|
1:
07:
00
|
|
|
안정하도 설계: 최대허용유속법·허용소류력법 정리
• 안정하도 개념·단면 형상: 세굴·퇴적을 동시에 제어하는 안정하도 개념과 침식 5단계, 만곡부 외측 침식·내측 퇴적, 사다리꼴 단면의 측면경사 z·b/d 비·여유고 결정 원리 정리 • 최대허용유속법: 하상 재료·입경·밀도비를 이용해 최대허용유속을 경험식(Mavis, Carstens, Neill, Mirtskhulava)·표·그래프로 산정하고 Q = VA, USBR·인도식 b/d 관계, Manning 공식을 이용해 안정 단면(b, d, z) 설계 절차 정리 • 허용소류력법: 소류력식 τ = γR_hS_0 및 한계소류력·마찰속도로부터 바닥·사면 소류력 분포, 소류력비 K 유도, Lane 식(τ_b = 0.4D_75) 적용, 사면 허용소류력–b/d–z–d–b–Q를 연계하는 단계적 설계 및 안전 검토 절차 정리 |
||
|
[16강] 안정하도의 설계 (2)
|
0:
47:
08
|
|
|
이상적인 안정하도 단면과 경험식에 의한 안정하도 설계 요약
• 이상적인 안정하도 단면·USBR 방법: 입자 초기 움직임·허용소류력 조건을 이용해 cosine 형상 횡단면을 유도하고, 최대수심 Dmax–단면적 A–평균유속 V–유량 Q 관계식으로 사다리꼴·복합단면 설계 절차 정식화 • Lacey–Kennedy 경험식·실트 인자 f: 실트 인자 f로 토질 특성을 정량화하고 V=1.17√(Rh f), Af²=3.8V⁵, Qf²=3.8V⁶, P=2.668Q¹ᐟ² 등 관계식으로 유속·동수반경 Rh·단면적 A·윤변 P·종단경사 S를 연계해 모래·실트 하도 안정단면 산정 • Lacey 안정하도 설계 절차: 주어진 유량 Q와 입경 D50에서 f 산정 후 V→A→Rh→P→S 순으로 계산하고, Manning식 n=0.022f⁰·⁵ 및 P–A–z(측면경사) 관계를 사용해 사다리꼴 단면의 폭 B·수심 D·수면폭 T를 해석적으로 결정 |
||
| 11장. 차원해석 및 상사이론 | ||
|
[17강] 차원해석의 필요, Buckingham의 파이정리
|
0:
57:
15
|
|
|
차원해석과 Buckingham 파이정리, 무차원수 정리
• 차원해석·상사이론: MLT·FLT 차원계를 이용해 물리량을 표현하고 무차원 곱으로 조합하여 실험 변수 수를 줄이고 모형–원형 상사 및 일반화된 경험식을 구성하는 방법론 • Buckingham 파이정리·파이항 도출: 관련 변수 N·참조차원 R 설정 후 N−R개의 무차원수(파이항)를 반복변수법 7단계(변수 선정, 차원표시, N−R 계산, 반복변수 선택, 파이항 구성·무차원성 확인, 파이항 간 함수식 표현)으로 체계적으로 결정하는 절차 • 대표 무차원수 체계: 관로 압력강하 예제의 ΔpD/(ρV²), Re=ρVD/μ를 포함해 Reynolds, Froude, Euler, Weber, Mach, Cauchy, Strouhal 수 등 각 무차원수의 정의식과 의미(힘·효과 비율) 및 적용 유동 유형을 정리하는 체계 |
||
|
[18강] 차원해석 및 상사이론 예제 문제 풀이
|
0:
39:
18
|
|
|
차원해석과 Buckingham Pi 정리를 이용한 마찰·항력 예제 정리
• Buckingham Pi 정리 적용 절차: 관련 변수·기본 차원·반복변수 선택을 통해 무차원수 개수 N−R 계산, 무차원수(Π군) 구성 및 MLT 지수 검산으로 무차원성 확인 • 관수로 마찰 차원해석: 전단응력·유속·관경·밀도·점성계수·조도에서 마찰계수 f, 레이놀즈수 Re=ρVD/μ, 상대조도 ε/D 도출하고 f = f(Re, ε/D)로 표현하여 Moody 도표와 연계 • 수중 구형 물체 항력 차원해석: 항력·유속·밀도·점성계수·구경에서 Π군으로 F_D/(ρV²D²), Re=ρVD/μ 도출, 항력계수 C_D = F_D/(½ρV²A) 정의 후 C_D = C_D(Re)로 정리하여 항력–Re 곡선과 연결 |
||
|
[19강] 수리학적 상사법칙 (1)
|
0:
43:
20
|
|
|
수리학적 상사법칙: 모형·원형 간 상사(similitude)를 통해 기하학적 상사(길이·면적·체적 비 L_r, L_r², L_r³), 운동학적 상사(속도·가속도·유량 비 L_r, T_r 조합), 동력학적 상사(힘·일·동력 비 ρ_r, L_r, T_r 조합)로 유동 특성을 스케일링하는 이론
기하학적·운동학적 상사: 모형과 원형의 형상·각도 동일(기하학적 상사)과 속도·가속도·유량·각운동량에 대한 비례식(V_r = L_r/T_r, α_r = L_r/T_r², Q_r = L_r³/T_r, θ_r = 1, N_r = 1/T_r, ω_r = 1/T_r²)을 이용해 시간비 및 유량·속도 환산 동력학적 상사와 응용: 힘·일·동력 비(F_r = ρ_r L_r⁴T_r⁻², W_r = ρ_r L_r⁵T_r⁻², P_r = ρ_r L_r⁵T_r⁻³)를 통해 펌프·터빈 등의 출력 스케일링, 수리모형 설계·실험조건 결정, 홍수 통제·여수로·하천 유동 해석에 활용 |
||
|
[20강] 수리학적 상사법칙 (2)
|
0:
49:
43
|
|
|
수리학적 상사법칙: 완전상사와 불완전상사, 무차원수 정리
• 수리학적 완전·불완전상사: 기하·운동학·동력학 상사 조건과 힘의 평형을 무차원수(Eu, Fr, Re, We, Ca)로 표현하고, 완전상사 불가능 시 Froude 우선·Reynolds 보정의 불완전상사 개념 정리 • Buckingham π-정리와 무차원수: 차원해석으로 무차원수 개수(n−r) 산정, Euler·Froude·Reynolds·Weber·Cauchy 수 정의 및 각 힘(압력·중력·점성·표면장력·압축력)/관성력 비로서의 물리적 의미와 상사 조건(Eu_r=Fr_r=Re_r=We_r=Ca_r=1) 제시 • 선박·유체 모형실험 응용: Reynolds 상사에 의한 이종 유체(공기–물) 항력 스케일링, Froude 상사로 속도비 V_r=L_r^{1/2}·Reynolds 상사로 ν_p/ν_m=L_r^{3/2} 유도, 선박 모형에서 마찰·파저항 분리 및 L_r^2·L_r^3 축척, 경계층 난류화·조도 보정으로 실선 총 저항 추정 절차 정리 |
||
|
[21강] 수리모형법칙
|
1:
02:
17
|
|
|
수리모형법칙과 Froude·Reynolds 상사 법칙 핵심 정리
• 수리모형법칙 개념: 완전상사 한계에서 지배력(중력·점성력 등)에 따른 무차원수(Euler·Froude·Reynolds·Weber·Cauchy 수)를 선택해 모형–원형 상사조건을 부여하는 규칙 • Froude 모형법칙: 중력 지배 자유수면·개수로 흐름에서 Fr 동일 조건($Fr_P=Fr_M$) 적용, 동일 유체 시 $V_r=L_r^{1/2}$, $T_r=L_r^{1/2}$, $Q_r=L_r^{5/2}$, $F_r=L_r^3$ 등 기하·운동·동력학적 상사 비를 길이비 지수로 정식화 • Reynolds 모형법칙: 점성력 지배 관수로·유선형 주위 흐름에서 Re 동일 조건($Re_P=Re_M$) 적용, 동일 유체 시 $V_r=L_r^{-1}$, $T_r=L_r^{2}$, $Q_r=L_r$, $F_r=1$ 관계와 밀도·점성 차이 시 $Re$ 식으로부터 $V_r·T_r·F_r$ 재산정하는 절차 정리 |
||
|
[22강] weber 모형법칙
|
0:
52:
22
|
|
|
웨버, 카우치, 복합 성분력 모형법칙 정리(수리학 상사법칙)
• Weber·Cauchy 모형법칙: 표면장력 지배 흐름(Weber 수, We=ρV²L/σ)·탄성력 지배 흐름(Cauchy 수, Ca=ρV²/E, Mach 수 Ma=V/√(E/ρ))에서 관성력 대비 표면장력·탄성력 비를 동일하게 유지하는 상사 조건 및 길이·속도·시간·유량·힘·동력의 스케일링 법칙 정리 • 수리학 상사 무차원수 체계: Weber·Cauchy·Mach·Froude(Fr=V/√(gL))·Reynolds(Re=VL/ν) 수를 이용해 지배력(중력·점성력·표면장력·탄성력)에 따른 기하·운동학·동력학 상사를 설정하고, 밀도비·표면장력비·탄성계수비·동점성계수비에 따른 물리량 비율( L_r, V_r, T_r, Q_r, F_r, P_r ) 관계 규명 • 복합 성분력 및 Fr–Re 동시 상사: 중력·점성력이 동시에 중요한 자유수면 흐름에서 Fr=Re 상사 조건으로부터 ν_r–L_r 관계(예: ν_r=L_r^{3/2})를 도출하여 모형 유체 선정·길이비·속도비·유량비 산정하고, 사각형 예연위어 유량 등 원형–모형 간 유량·수두 환산 절차에 적용하는 복합 상사 커리큘럼 구성 |
||
|
[23강] 수리모형실험
|
1:
03:
49
|
|
|
수리모형실험: 관수로·댐 여수로·개수로 상사법칙 정리
• 수리모형실험 일반 원칙: 관수로·댐 여수로·개수로로 흐름 유형을 구분하고, 지배력(점성력·중력)에 따라 상사법칙을 선정하며 기하학적 상사·측정 시스템·등류 형성 조건을 설정 • 관수로·댐 여수로 상사법칙: 관수로는 Reynolds 수 상사(관성력–점성력 지배)로 길이 축척비·조도 축척비·속도비·압력강하비를 결정하고, 댐 여수로는 Froude 수 상사(중력 지배)로 속도비·시간비·유량비( Lr¹ᐟ², Lr⁵ᐟ² )를 산정 • 개수로 왜곡모형과 Manning 상사: 개수로는 수평·연직 축척비가 다른 왜곡모형을 사용하고, Froude 상사와 Manning 공식(V = 1/n Rh²ᐟ³ S¹ᐟ²)을 상사비로 변환하여 유속비·유량비·경사비·조도계수비(Xr, Yr, n_r, Q_r = Xr Yr³ᐟ²) 및 광폭수로에서 Rh≈y 관계로 모형 설계·해석을 수행 |
||
| 12장. 수리구조물 설계 | ||
|
[24강] 수리구조물의 분류, 위어 (1)
|
0:
52:
15
|
|
|
수리구조물 분류와 예연위어·공기순환 설계 핵심 정리
• 수리구조물·위어 개념: 이수·치수를 위한 일반·특수 수리구조물 분류와 위어(예연·광정, 사각·삼각 등)의 수위 상승·유량 계측 기능 및 예연위어 수두·위어 높이 정의 정리 • 사각형 예연위어 유량 산정: 측면 수축이 없는 전폭 사각형 위어를 대상으로 Q = C' L H^{3/2} 기본식과 Bazin·Rehbock·SIAS 유량계수식, 적용범위 및 설계 시 측면 수축 제거·상류 길이·수두 측정 위치 조건 요약 • 수맥 형상·공기순환 설계: 부착·억압·자유·범람·잠수수맥 분류와 공기 부족에 따른 계측오차, 자유수맥 유지를 위한 단위폭당 공기량 q_air 공식과 하류 수심 Hp 산정, 공기주입관 손실식 기반 직경 결정 절차 정리 |
||
|
[25강] 위어 (2)
|
0:
55:
15
|
|
|
측면수축 사각형·삼각형·사다리꼴·수중 예연·광정 위어 유량식 정리
• 예연 위어 및 잠수 위어: 측면수축 사각형·삼각형(V-notch)·Cipolletti(사다리꼴) 위어에서 형상·수두 H·폭 L·지수 n에 따른 기본 유량식(Q∝H^{3/2}, H^{5/2})과 Francis식·Kindsvarer–Carter 보정, Villemonte·Mavis식에 의한 잠수 시 Q/Q₁ 보정 정리 • 광정위어 개념 및 분류: 정점부 길이 b에서 한계류 형성하는 광정위어의 에너지수두 관계(Q=C_d C_v A_c√{2g(H−h_c)}), H/b 비에 따른 광정·짧은 위어·예연 위어 구분과 사각형·끝단둥근·삼각형 광정위어의 A_c 정의·유량계수(C_d, C_v) 산정 구조 제시 • 위어 형상별 적용 조건: 각 위어형(사각형·삼각형·사다리꼴·광정)의 수두 범위, H/L·H/b·P_W·B 비 제약과 계수 C_d, C_v, C_e, K_L, K_H의 도표·실험식 기반 결정 절차를 통해 실제 수로에서 유량 측정·설계에 적용하는 방법 체계화 |
||
|
[26강] 암거 (1)
|
0:
59:
11
|
|
|
암거 유입부·출구부 통제와 수리 설계 핵심 정리
• 암거 수리 설계 개념: 성토 하부 배수 구조물에 대해 유입부·통로부·출구부를 기준으로 설계유량, 허용수두(HW), 경제적 단면을 결정하고, 유입부통제·출구부통제에 따른 통수능력·세굴 위험을 체계적으로 평가 • 유입부·출구부 통제 구조: 유입부통제는 HW와 입구 형상만으로 위어·오리피스 거동(비잠수·잠수·천이)을 통해 유량을 지배하고, 출구부통제는 여기에 조도 n, 단면·동수반경 Rh, 길이 L, 경사 S0, Tailwater(TW)를 추가해 A~E형 흐름(압력류·부분만관·사류/상류)과 배수위곡선을 결정 • 에너지·유속·세굴 설계 절차: 압력류 구간에서 에너지 방정식과 Manning식으로 입구손실 He·마찰손실 Hf·출구손실 Ho를 합산해 HW0 = TW + H 관계를 해석하고, FHWA 동수경사선법으로 부분만관 상류 흐름을 근사한 뒤, 출구부 수심(TW, dc, D 관계)에 따른 통수단면 A와 유속 V = Q/A를 산정하여 감세공·세굴방지공 설계를 수행 |
||
|
[27강] 암거 (2)
|
0:
42:
18
|
|
|
암거 설계 절차와 노모그래프 활용 개념 정리
• FHWA 암거 설계 절차: 설계양식 작성·노모그래프 기반 유입부통제/출구부통제 상류 수심·수위 산정·두 조건 비교 후 지배 수위 선택·조건 불충족 시 암거 형식·크기 재조정 반복 • 유입부통제·출구부통제 해석: 설계유량·암거 형상에 따른 $H_W/D$, 한계수심 $d_c$, 동수경사선 깊이 $h_0$, 유입 손실계수 $K_e$, 손실수두 $H$ 산정 및 FALL·조정길이 $L_1$ 반영 상류 수위 결정 • 출구부 유속·세굴 검토와 설계 예제: 통제 조건에 따른 출구부 유속 $V=Q/A$ 계산으로 세굴·하상보호 필요성 평가, 기준 수심비($1.2D$, $0.75D$)에 따른 개략법 적용성 판단, 예제 12-7을 통한 직경·재질 선정 절차 정리 |
||
|
[28강] 교량을 통한 흐름, 낙차공 및 대공, 보
|
0:
57:
23
|
|
|
교량을 통한 흐름, 낙차공·대공, 보의 수리학 설계 정리
• 교량 수리 특성: 교각에 의한 통수단면 축소·에너지 손실·수심 상승과 이를 해석하는 에너지 방정식·유량식·Yarnell 경험식 및 부등류(한계수심·도수) 연계 해석 정리 • 낙차공·대공 및 하상유지시설: 낙차공·대공의 개념·구성요소(본체·물받이·바닥보호공)·배치형식·하상세굴 방지 원리와 블라이식·국립건설시험소식에 의한 물받이 길이·두께·바닥보호공 길이 산정 체계 • 보 및 고정보 설계: 보의 정의·분류(목적·구조·형상)와 고정보 본체 단면·보마루표고·상단폭·저변폭·투수길이·차수벽 설계 원칙을 블라이 계수·수위차·월류수심·유량 조건과 연계해 정리 |
||
| 13장. 댐 및 부속 구조물 설계 | ||
|
[29강] 댐의 분류, 댐의 안정해석
|
1:
03:
06
|
|
|
댐의 분류와 중력식 댐 안정해석 핵심 정리
• 댐 분류 체계: 사용 목적(저류·분류·저지·다목적), 수리학적 설계(월류·비월류), 재료(흙채움·사력식·콘크리트 중력·아치·부벽식 등)에 따른 유형 정의와 구조·기초·여수로 요구조건 특징 정리 • 중력식 댐 작용 하중: 정수압 수평·연직력, 댐 자중, 부양력, 퇴사력, 지진력(댐·저수지 수체)에 대한 크기 산정식, 작용점 위치, 수평·연직 합력 및 모멘트 평형을 통한 반력·편심 계산 절차 정리 • 안정해석 기준: 전도안정(저항·전도 모멘트비 FS₀>1), 전단안정(마찰·앵커 저항 기반 FS_S 기준), 기초 지지력·인장 검토(중앙 1/3 조건 e≤B/6, p_t·p_h와 허용지내력 비교)를 활용한 설계 적합성 판정 절차 정리 |
||
|
[30강] 여수로 (1)
|
0:
49:
46
|
|
|
댐 여수로
• 여수로 개념 및 종류: 저류능력을 초과하는 홍수량을 안전 방류하는 댐 부속 구조물로, 통수능력·수리·구조 안정성 확보를 위해 자유낙하형·월류형·측수로형·나팔형·사이폰형 등으로 분류·설계 • 월류형 여수로 설계: 자유수맥 궤적과 WES 경험식 $y=\dfrac{x^{n}}{K H_d^{\,n-1}}$으로 노면곡선과 곡률반경 결정, 위어식 $Q = C L H_e^{3/2}$로 설계홍수량에 맞는 정상부 길이·정수두·유량계수 산정 • 측수로형 여수로 해석: 위어 유입유량 분포 $Q_x = C x H^{3/2}$와 운동량 보존식으로 수면고 변화 및 수면곡선(M2 등) 계산, 한계수심·등류수심·Manning식·축차계산법을 이용해 상류류/사류 판정 및 측수로 수리특성 설계 |
||
|
[31강] 여수로 (2), 여수로 상의 수문
|
0:
34:
54
|
|
|
나팔형·사이폰형 여수로와 여수로 상의 수문 종류 정리
• 나팔형·사이폰형 여수로: 공간 제약·수위 조절 목적의 폐합·관수로형 여수로로, 위어류·오리피스류·관수로류 흐름 상태에 따른 유량·허용수두·부압수두(공동현상) 및 손실수두 기반 설계·검토 체계 • 사이폰형 여수로 설계: 저수지–출구부 수두차와 부압수두 한계, 손실계수(K_e,K_f,K_b,K_o) 및 단면 변화 손실(H_ex)을 고려한 최대 유량·평균유속 산정과 허용수두 비교를 통한 안전성·보조 여수로 필요성 판단 • 여수로 상 수문 형식: 연직개폐식·테인터식·드럼식·굴림식 수문의 구조·작동 메커니즘·적용 경간·마찰·요구 장력·자동성 및 경험식 W = K L^{a} H^{b}에 의한 수문 무게 산정과 흙댐에서의 붕괴 위험성 중심 안전 설계 원칙 |
||
|
[32강] 도수
|
1:
08:
53
|
|
|
도수의 기본 특성, 길이, 수면곡선과 발생 위치·하류수위 조건 정리
• 도수 수리 특성: 사류→상류 전이 hydraulic jump에서 공액수심·도수 높이·비에너지·에너지 손실·효율을 Froude수(Fr1) 함수로 정식화하고 USBR 특성곡선으로 설계·운전에 적용 • 도수 형상·길이: 도수 길이와 수면곡선을 L/y2, x/hj–y/hj 등 무차원 변수와 Fr1 관계로 실험식·특성곡선화하여 감세수로 길이, 측벽 높이, 여유고 및 작용 수압 결정 • 도수 발생·하류수위 조건: 공액수심과 실제 하류수심(y2,y2') 및 Q–y2', Q–y2 곡선의 상대 위치에 따른 3가지 발생 위치 조건·5가지 하류수위 조건을 구분해, 턱·경사 에이프런·바닥고 조절로 도수를 포장 감세수로 내에 구속 설계 |
||
|
[33강] 감세수로의 부속구조물
|
0:
56:
05
|
|
|
감세수로 부속구조물과 USBR 감세공·롤러버킷·Baffle 에이프런 정리
• 감세수로 부속구조물 개념·선정 기준: 구조물 하류 세굴·에너지 과잉 방지를 위한 감세공(표준형 감세공, 롤러 버킷, Baffle 에이프런 등) 설치로 도수·와류를 이용해 에너지 감쇠, 지형·지질·수문·댐 종류·경제성 및 수리모형 실험을 통해 형식 결정 • USBR 표준형 감세공(Type-II·III·IV): 슈트블록·감세블록·편향블록·턱 조합을 이용해 도수 전 Froude 수(Fr₁)·수두·단위폭당 유량(q)에 따라 형식 선택, 도수 후 수심 y₂·필요 수심 y₂′(잠수율 5% 또는 10%)·감세수로 길이 L을 도수 공식과 관계곡선으로 산정 • 롤러 버킷·Baffle 에이프런 감세공: 하류수심이 크거나 잠수 도수로 표준형 감세공이 비효율적일 때 롤러 버킷(Solid/Slotted)으로 곡률반경 r, N_M·N_m·N_D를 도표로 결정해 와류 감쇠 유도, 소유량·부유물 적은 조건에서는 Baffle 에이프런을 여수로 경사면 상에 설치하여 허용 q, 한계수심 y_c, 블록 높이 H 및 간격(1.5H, 2H, 3H 규정)으로 에너지 손실 유도 |
||
|
[34강] 방류구조물
|
0:
43:
58
|
|
|
방류구조물의 구성과 방류수로 설계 및 손실수두 정리
• 방류구조물 및 방류수로 개념: 댐 저류수 방류를 위한 개수로·관수로형 방류구조물의 기능, 유량조절 수문·밸브 및 유입구·종말부·입·출구수로 등 구성요소와 자유수·압력류를 고려한 설계 원리 정리 • 방류수로 수리설계 이론: 개수로형 방류수로의 월류·자유·수중 오리피스 유량식, 관수로형 방류수로의 에너지 방정식과 전수두 HT–손실계수 KL 관계, 연속방정식을 이용한 설계방류량 Q 및 관로 단면·수두 결정 절차 정리 • 관수로 손실수두 산정: Darcy–Weisbach식과 Manning 조도계수를 이용한 마찰손실수두, 오물수거장치·입구부·만곡부·단면변화·밸브 등 미소손실수두의 h = K V²/2g 표현과 등가 손실계수로 통합해 Box형 방류수로 설계·해석에 적용하는 방법 정리 |
||
| 14장. 하천유사량 산정 및 분석 | ||
|
[35강] 소류사량 산정 (1)
|
1:
06:
01
|
|
|
하천유사량 산정 – 소류사량(Duboys·Einstein 공식) 집중 정리
• 소류사 개념 및 하천 안정성: 유사 종류(소류사·부유유사)와 하상 입자 침식·퇴적에 따른 하천 형상 변화·구조물 안정성 영향, 정상류 가정 하 경험식( Duboys, Einstein 등) 사용 체계 정리 • Duboys 소류사량 공식: 한계 전단응력·평균입경 기반 층모델로 유도된 경험식 $q_{bw}=\psi_D\tau_0(\tau_0-\tau_c)$ 구조, $\tau_0·\tau_c·\psi_D$ 정의와 Straub 도표를 이용한 소류사량 산정 절차 정리 • Einstein 소류사량 공식: 입자 도약운동·난류 변동을 고려한 확률론적 평형 모형, 무차원 전단력 함수·이송률 함수(Ψ*, Φ)와 도표를 이용한 입경 구간별 소류사량 계산 및 합산 절차(조도·층류저층·은폐·압력보정 계수 포함) 정리 |
||
|
[36강] 소류사량 산정 (2)
|
0:
29:
55
|
|
|
Meyer-Peter & Müller, Schoklitsch 공식에 의한 소류사량 산정 핵심 정리
• Meyer-Peter 및 Müller 공식: 혼합유사 소류사량 경험식으로 q_b, Q_s/Q, d_90, d_m, 하상조도계수 n_s 및 하상형상(광폭·사각형·사다리꼴)에 따른 ns 산정과 d_m=∑d_si i_b 계산 절차로 소류사량을 산정함 • Schoklitsch 공식: 균일유사·혼합유사로 구분해 G_s, q_s를 계산하며 구간별 평균입경 D_si(피트 단위 환산 필수), 무게비 i_b, 임계단위폭당 유량 q_0(계수 0.00532·0.0638)와 S, q 조합으로 소류사량을 구함 • 두 경험식 비교: 공통적으로 하상경사 S, 유량·수심(Q, q, d), 입경특성(d_90, d_m, D_si), 조도계수 등을 사용하나 Meyer-Peter & Müller는 단일식으로 혼합유사 특성을 반영하고 Schoklitsch는 구간별 q_si 합산 및 단위·계수 차이로 예측 소류사량에 차이가 발생함 |
||
|
[37강] 부유유사량 산정
|
0:
41:
41
|
|
|
부유유사량 산정 및 Rouse–Einstein 방법 핵심 정리
• 부유유사량·농도분포 이론: 부유유사 정의와 단위폭당 유사량 적분식(q_sv,q_sw), 난류확산–입자 침강 평형에 기반한 O’Brien–Christiansen식과 Rouse 농도분포식, Rouse수(Z_1,Z)의 무차원 지표로서 부유가능성·연직 농도분포 형상 설명 • 난류·매개변수 체계: 소류력·전단속도·로그 유속분포와 난류 와점성계수(ε_m), 확산계수(ε_s=βε_m), 침강속도(ω, Rubey 식) 및 대표입경·하상층 두께(a=2D)·무차원 두께(E=a/d) 등의 매개변수 구조 정식화 • Einstein 부유유사량 산정법: Rouse 농도분포와 로그 유속분포를 결합해 q_sw 적분식을 무차원화하고 계수(P_D,I_1,I_2)로 단순화한 계산 절차, 기준농도 C_a와 소류사량(q_bw,i_Bw) 연계식(C_a=1/11.6·i_Bw q_bw/(a u_*'))을 이용한 입경별·전체 부유유사량 산정 구조 정리 |
||
|
[38강] 총 유사량의 산정
|
0:
55:
42
|
|
|
총유사량 산정: Einstein, Colby, Ackers-White, Yang 공식 정리
• 총유사량 개념: 하천 총유사량을 소류사량+부유유사량의 합으로 정의하고, 수심·유사이송 조건에 따른 소류사/부유유사 비중 변화 및 직접 산정 경험식(Einstein, Colby, Ackers-White, Yang) 개념 정리 • 총유사량 대표 경험식: Einstein 방법의 입경별 비율식(소류사·부유유사·총유사 결합), Colby 공식의 한계유속·유속초과량·계수 A,B 및 그래프 기반 보정계수(A_F, C_F), Ackers-White 공식의 무차원 입자크기 D_gr·이동성 F_gr·유사이송 G_gr, Yang 공식의 단위하천강도(유속×경사)·무차원 한계유속·모래/자갈 이송식 구조 정리 • 산정 절차 구조: 각 공식별 공통 절차(수심·유속·입경·비중·점성계수 등 기초수리량 산정 → 전단속도·한계유속·무차원수 계산 → 하상유사 농도 C 또는 단위폭당 유사량 q_s 산정 → 하폭 곱으로 총유사량 Q_s 산정)를 비교·요약하여 적용 단계 체계화 |
||
|
[39강] 유사량 측정방법
|
0:
56:
04
|
|
|
하천 유사량 측정과 수정 Einstein 방법 핵심 정리
• 하천 유사 측정 체계: 소류사·부유유사·하상토 채취기 종류·보정·사용조건과 하상형태·음향장비 활용에 의한 유사량 정성·정량 산정 구조 • 부유유사 관측 설계: 수심·점적분 채취기 구조와 대표 기종, 횡단 방향 연직선 배치(EWI·EDI 등) 및 연직 방향 채취지점 선정(Straub·Ludy·등분할법 등)에 의한 평균 농도·입도분포 결정 절차 • 총유사량 및 수정 Einstein 방법: 부유유사·소류사·하상재료 입도분포를 이용한 단위폭당 유사량 산정, $Q'/Q$, $P_m$, $E'$, $\Psi$, $z_i'$ 등의 매개변수 정의와 세립·조립 입경별 $Q_{T i}$ 계산을 통한 총유사량 $Q_T$ 도출 과정 |
||
|
[40강] 유사분석
|
0:
36:
30
|
|
|
하천 유사농도 및 입경분포 분석 핵심 정리
• 유사농도 분석: 증발법·여과법 선택 기준(입자 구성·농도 범위), USGS 표준 절차에 따른 용기무게·용액무게·유사무게 분리 및 $C_{\text{ppm}}=\dfrac{W_s}{W_{sl}}10^6$, $C_{\text{mg/L}}$ 환산 구조 정리 • 평균 유사농도·부유유사량 산정: 소단면별 농도·유량으로 유량가중 평균농도 $C_s=\dfrac{\sum Q_i C_i}{\sum Q_i}$ 계산 후 $Q_s=C_s Q 10^{-6}$으로 단면 총 부유유사량(kg/s, ton/s) 산정 절차 및 예제 14-12 계산 흐름 정리 • 유사 입경분포 및 Oden 곡선: BW관을 이용한 시간·수심 제어 채수와 $L=100/B$, $M=K L$, $N=M/\sum M$, $O=C L$ 계산 구조, Oden 곡선(시간–잔류/누가량 곡선) 작성 및 접선 해석으로 특정 입경 구간 유사량(%) 판독하는 방법과 예제 14-13 절차 정리 |
||
| 15장. 하천교량 세굴분석 | ||
|
[41강] 교량세굴의 기본개념, 장기하상변동, 일반세굴
|
0:
48:
53
|
|
|
하천 교량 세굴 분석: 장기하상변동과 단면축소세굴 정리
• 교량 세굴 구성 요소: 장기하상변동·단면축소세굴·국부세굴의 정의와 총 세굴 깊이 산정 구조, 청정수세굴·혼탁수세굴 구분 및 한계유속·유사 이송 조건 정리 • 장기하상변동 및 일반세굴: 댐·저수지·토지이용 변화·하천 개수·만곡에 따른 장기 하상고 변화 평가, 일반세굴·단면축소세굴 발생 조건과 유사량 보존·전단응력 변화 메커니즘 정리 • 단면축소세굴 계산 체계: Laursen 혼탁수·청정수식 변수와 적용 절차, 한계유속 공식, 전단속도·침강속도에 따른 k₁ 결정, 장갑화 고려 설계 세굴깊이 선정 원칙(혼탁수·청정수 결과 중 작은 값 채택) 정리 |
||
|
[42강] 교각에서의 국부세굴 (1)
|
0:
54:
38
|
|
|
교량 교각 세굴분석: CSU공식, 다중교각, 압력흐름
• 교각 주변 국부세굴 메커니즘: 마제형·후류 와류, 청정수·혼탁수 세굴 개념, 세굴 영향 인자(유속·수심·교각폭·형상·접근각·하상형태·입도) 구조 정리 • CSU 공식 및 보정계수 체계: 기본 세굴식 구조(y_s/y_1, y_s/a), Froude수와 K1~K4(형상·접근각·하상형태·장갑화), 폭이 큰 교각 보정계수 K_w, 다중·경사진 교각 세굴 산정 절차와 상한·최소값 선정 원칙 정리 • 특수 조건 세굴 및 폭 산정: 압력흐름·연직 수축세굴(Arneson식)과 국부세굴의 합성, 한계유속·상대유속비 개념, 세굴 상단부 폭 W = y_s(K+cotφ)와 안식각·하단부 폭 비에 따른 설계 폭 결정 기준 정리 |
||
|
[43강] 교각에서의 국부세굴 (2)
|
1:
07:
22
|
|
|
하천교량 교대 세굴, 사석공 및 도류제·낙차공에 의한 세굴방지 정리
• 교대·교각 국부세굴 및 세굴깊이 산정: 교대 형상·방향·유효 제방길이·Froude수에 따른 국부세굴 메커니즘과 Froehlich·HIRE 세굴공식의 적용조건·계수 정의 및 설계 절차 정리 • 세굴방지 일반 설계 및 사석공 설계: 신설·기존 교량의 세굴위험 평가, 감시·보강·폐쇄 기준과 함께 교대·교각 주변 FHWA 사석 설계식, 피복 범위·두께·필터층 등 사석공 배치 규정 정리 • 도류제·낙차공 설계와 세굴 메커니즘: 도류제의 평면 형상·길이·정점표고·사석 보호 기준, 낙차공 하류 하상·측방세굴 메커니즘과 세굴깊이 산정식 및 하류 제방 보호구조 설계 원칙 정리 |
||
이진녕 교수님
수리수문학Ⅱ(수리학)
