초록 ▼

<TEX>${\bigcirc}$</TEX> 본 연구는 현장 조건, 준설선 특성, 흙의 종류 등을 고려하여, 흙과 물 혼합물의 배송농도 및 속도를 조절하는 고효율 최적 배송 기술과 준설 부유물 발생을 최소화 하는 고생산성 친환경 커터 헤드를 개발하여 현장 적용하고 실용화하는 것이다.
<TEX>${\bigcirc}$</TEX> 본 연구는 다음의 세 부분으로 구분되어 수행된다.
(1) 600마력, 4000마력, 20,000마력 급 대형 커터석션 준설선의 고효율, 최적 배송 시스템 개발

<TEX>${\bigcirc}$</TEX> 본 연구는 현장 조건, 준설선 특성, 흙의 종류 등을 고려하여, 흙과 물 혼합물의 배송농도 및 속도를 조절하는 고효율 최적 배송 기술과 준설 부유물 발생을 최소화 하는 고생산성 친환경 커터 헤드를 개발하여 현장 적용하고 실용화하는 것이다.
<TEX>${\bigcirc}$</TEX> 본 연구는 다음의 세 부분으로 구분되어 수행된다.
(1) 600마력, 4000마력, 20,000마력 급 대형 커터석션 준설선의 고효율, 최적 배송 시스템 개발 및 실용화
a. 준설선을 이용한 현장 배송 시험으로는 흙의 종류, 배송농도, 배송속도 등을 일정하게 유지 조절할 수 없기 때문에, 배송 조건을 임의로 조절할 수 있는 준설 루프 시험을 실시하여, 흙-물 혼합물의 흐름영역, 경계속도, 관 직경 효과, 곡관 손실들을 파악한다.
b. 인천 <TEX>${\bigcirc}{\bigcirc}$</TEX> 6,8 공구 현장과 태안 <TEX>${\bigcirc}{\bigcirc}$</TEX> 현장에 준설 배송 모니터링 시스템을 각각 설치하여 작업중인 준설선과 매립구역에서 실시간 습득되는 데이터를 종합하여 준설선의 성능을 분석하고 진단한다.
c. 준설루프 시험결과를 이용하여 이해된 흙-물 혼합물 흐름 메커니즘을 기반으로 하여 현장 준설선에서 습득한 데이터와 현장의 전체 공정, 예산, 공기 등을 반영할 수 있는 최적 배송 시스템을 구현한다.
(2) 600마력, 4000마력, 20,000마력 급 대형 커터석션 준설설과 호퍼용량 <TEX>$27,000m^3$</TEX>인 점보급 준설선의 친환경 고생산성 준설 기술의 실용화
a. 인천, 태안, 4대강 살리기 낙동강 2권역 <TEX>${\bigcirc}{\bigcirc}$</TEX> 준설매립 공사 현장에서 작업 중인 600마력, 4000마력, 20,000마력 급 커터석션 준설선의 운전 자동화 시스템을 작동시키고, 준설구역의 현장 지반 조건을 고려하여 준설 흡입 농도와 발생 부유물의 양을 임의로 조절할 수 있도록 준설선 운전 기술을 고도화한다.
b. 준설선 커터헤드의 시험실 규모 축소 모형을 제작하여, 커팅 탱크 (Cutting Tank) 커팅 내에서 커팅 속도, 커팅 깊이, 커터 모양 등을 변경하면서 조성된 다양한 흙에 대한 수중 커팅 메커니즘을 이해한다.
c. 커팅 탱크 시험으로부터 준설 부유물 발생 양을 최소화하기 위한 메커니즘을 정립하고, 4대강 살리기 낙동강 2권역 현장에서 작업 예정인 4,000마력 급 준설선의 커터와 콜롬보 항만공사 현장에서 작업 중인 <TEX>$27,000m^3$</TEX> 자항호퍼 준설선 및 부남호 준설공사 현장에 적용한다. 준설시 발생하는 부유물이 주변 지역에 미치는 생태학적 영향 분석 방법론을 정립한다.
(3) 초저부유물 발생 고농도 흡입 준설 기술 현장 적용
a. 커터석션 모형을 보완 제작하고, 초저부유물 발생 커팅탱크 시험을 설시하여 환경 모니터링 시스템을 정립한다.

Abstract ▼

<TEX>${\bigcirc}$</TEX> The research will be performed as follows dividing in 3 parts;
(1) Development and utilization of high-efficiency and optimum hydraulic transport system for 600hp, 4,000hp, 20,000hp class formation cutter suction dredgers.
a. The dredging loop test
- Vari

<TEX>${\bigcirc}$</TEX> The research will be performed as follows dividing in 3 parts;
(1) Development and utilization of high-efficiency and optimum hydraulic transport system for 600hp, 4,000hp, 20,000hp class formation cutter suction dredgers.
a. The dredging loop test
- Various hydraulic transport conditions are simulated, with flow regime
- water mixtures, boundary speed, pipe size effect, and bend loss effect are analyzed.
b. Installation of dredging hydraulic transport monitoring system 4 river restoration, Seamangeum, Taean (Incheon Songdo and Singapore Jurong Island site).
- Real-time data acquisition is carried out in the dredger and the reclamation area.
- Analysis on performance of dredger is conducted, based on monitoring results.
c. Dredging loop test result and dredger data are used to set up the optimum system.
(2) Utilization of eco-friendly and high productivity dredging technology.
(20,000hp class formation cutter suction dredgers and hopper dosage <TEX>$27,000m^3$</TEX> jumbo class dredgers)
a. Dredging efficiency can be increased with introduction of auto-operation system.
b. The underwater cutting mechanism can be understood from cutting tank test in which cutting speed and cutting depth, and the cutting shape are considered.
c. A mechanism to minimize the dredging floatage can be established from cutting tank test. This mechanism is then applied to the trailing suction hopper dredger and cutter suction dredger(4 river restoration, Seamangeum, Taean site, Colombo port site). It also analyzes ecological effect induced by dredging floatage.
(3) Application of the high solid concentration suction dredging technique that produces no floatage.
a. Modification of the cutter suction model, another cutting tank test that produces no floatage are performed to establish a environmental monitering system.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 8
• 목차 ... 9
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 10
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 10
• 1. 연구개발 개요 ... 10
• 2. 연구개발의 중요성 ... 12
• 제2장 국내${\cdot}$외 가술개발 현황 ... 30
• 제1절 국내외 관련 기술 및 산업 동향 ... 30
• 제2절 연구개발과제 및 대상기술의 중복성 ... 50
• 제3절 타 산업 및 국내외 연계${\cdot}$협력 가능성 ... 51
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 52
• 그림목차 ... 56
• 표목차 ... 67
• 제1절 서론 ... 70
• 1. 준설개론 ... 70
• 2. 준설 계획 ... 73
• 3. 국내외 환경 ... 77
• 4. 준설선의 종류 ... 82
• 가. 자항호퍼 준설선(Trailing Suction Hopper Dredger) ... 82
• 나. 펌프준설선(Stationary Suction Dredger) ... 85
• 다. 제트펌프 준설선(Jet Pump Dredger) ... 91
• 라. Grab Hopper 준설선 ... 92
• 제2절 준설루프시험(Dredging Loop Test) ... 93
• 1. 이론적 접근 ... 93
• 가. 단순한 유체들의 흐름에 대한 기본적인 관계들 ... 93
• 나. 단순 유체들의 층류 및 난류에 있어서의 마찰 ... 97
• 다. 슬러리 흐름에 대한 기본적인 관계 ... 106
• 라. 액체 속에서의 고체의 침전 ... 111
• 2. 준설루프 구성 및 계측기 ... 121
• 가. 준설루프 구성 ... 121
• 나. 사용된 계측기 ... 124
• (1) 방사선 밀도계(Radioactive Density meter) ... 124
• (2) 유량계(Flowmeter) ... 125
• (3) 회전 속도계(Tachometer) ... 127
• (4) 압력계 ... 127
• 3. 준설루프 시험 결과 및 분석 ... 128
• 가. 시험방법 및 계획 ... 128
• 나. 준설루프 시험결과 ... 129
• (1) 수평 배관에서의 마찰 손실 ... 129
• (2) 200mm 직경의 곡관 손실 ... 137
• 다. 준설루프 시험결과 분석 ... 141
• 제3절 준설모니티링 및 최적배송 시스템 ... 146
• 1. 시스템 개요 ... 146
• 2. 준설 모니터링 및 최적 배송 시스템 구축 ... 149
• 가. 시스템 개발환경 ... 149
• 나. 모니터링 항목 및 시스템 구축 ... 149
• (1) 모니터링 항목 ... 149
• (2) 모니터링 시스템 구축 ... 152
• (3) 프로그램 ... 155
• 3. 준설모니터링 시스템 현장 적용 ... 161
• 가. 준설 현장 개요 ... 161
• 나. 시스템 구축 ... 163
• 다. 준설 모니터링 결과 ... 166
• 라. 준설 모니터링 결과 분석 ... 168
• 마. 송도 ${\bigcirc}{\bigcirc}$현장 준설 모니터링 시스템 구축 ... 171
• (1) 시스템 개요 ... 171
• (2) 모니터링 결과 ... 175
• 4. 최적배송 시스템 현장 적용 ... 176
• 가. 배송 소모 동력과 시스템 저항 ... 176
• (1) 준설루프시험 결과 ... 177
• (2) Proto-Type 준설선 시험결과 ... 179
• (3) 토론 ... 182
• 나. 현장 적용 및 경과분석 ... 183
• (1) 현장개요 ... 183
• (2) 현장적용 ... 203
• (3) 준설 작업 분석 및 개선 ... 205
• 제4절 커팅탱크 시험 및 환경 커터 헤드 mock-up 개발 ... 214
• 1. 서론 ... 214
• 2. 연구내용 및 방법 ... 214
• 3. 이론적 배경 ... 215
• 가. Reynolds 응력 ... 215
• (1) Boussinesq의 와동점성계수 ... 215
• (2) Prantl의 혼합거리 이론 ... 215
• (3) Kannan의 역학적 상사의 가설 ... 216
• (4) 높은 Reynolds 수(Large Reynolds Numbers) ... 216
• 나. Particle Image Velocimetry(PIV) 기본원리 ... 217
• (1) 오류벡터 해석방법 ... 218
• (2) Data validation ... 219
• (3) 오류벡터의 대체작업 ... 220
• 4. 실험용 모형제작 ... 220
• 가. 실험 수조 ... 220
• 나. 크라운 커터 ... 221
• 다. 크라운 커터 ... 222
• 라. 환경 크라운 커터 ... 223
• 마. PIV 실험장치 ... 224
• 바. 준설효율 실험조건 ... 224
• 5. 크라운 커터 유동장 특성 ... 227
• 가. 유동장 실험조건 ... 227
• 6. 운영방법에 따른 준설 영향 평가 ... 231
• 가. 크라운커터 효용 실험 ... 231
• (1) 준설효율 실험 조건 (개방형) ... 231
• (2) 개방형 준설효율 실험결과 ... 232
• (3) 준설효율 실험결과 비교${\cdot}$분석 ... 233
• (4) 준설효율 실험 조건 (폐쇄형) ... 233
• (5) 폐쇄형 준설효율 실험결과 ... 234
• 나. 커터헤드 주변의 유동장 분석 ... 235
• (1) 커터헤드 주변의 유동장 분석 실험 조건 ... 235
• (2) 커터헤드 주변의 유속 특성 분석 ... 236
• (3) 유속장 비교(흡입, 비흡입)실험결과 비교${\cdot}$분석 ... 241
• (4) 커터헤드 주변의 난류강도 분포특성 분석 ... 242
• (5) 커터헤드 주변의 난류강도 분포특성 비교${\cdot}$분석 ... 244
• (6) 각도별 커터헤드 주변의 난류강도 분포특성 분석 ... 245
• (7) 각도별 커터헤드 주변의 난류강도 분포특성 비교${\cdot}$분석 ... 247
• 다. 운영 방법에 따른 준설 영향 평가 ... 248
• (1) 크라운커터 실험 조건 및 결과 ... 248
• (2) 크라운커터 효율 실험 결과 ... 249
• (3) 크라운커터 효율 실험 결과 비교${\cdot}$분석 ... 251
• 라. 크라운 커터의 실험조건 ... 252
• (1) 크라운 커터 결과 ... 253
• (2) 크라운 커터 결과 비교${\cdot}$분석 ... 255
• (3) 친환경 크라운 커터 결과 ... 255
• (4) 친환경 크라운 커터 사진 자료 ... 257
• (5) 친환경 크라운 커터 결과 비교${\cdot}$분석 ... 258
• 7. 친환경 커터 헤드 mock-up 개발 ... 259
• 가. 커터 헤드 mock-up 개발 개요 ... 259
• (1) 배경 ... 259
• (2) 기존 준설 작업 검토 ... 259
• (3) 기존 준설 방법 검토 ... 261
• (4) 준설여수 재순환 친환경 커터헤드(안) ... 263
• (5) 기존 준설 설계 검토 ... 263
• 나. 이론적 고찰 ... 265
• (1) Sediment resuspension ... 265
• (2) Characteristic resuspension factors ... 266
• (3) Hayes (2005 Unpublished) ... 267
• (4) Adjusting the Characteristic Resuspension Factor ... 268
• (5) Characteristic Resuspension Rate Adjustments for Cutterhead Dredge ... 268
• (6) NEAR FIELD MODEL ... 269
• (7) Far-field Model - Cutterhead Dredges ... 271
• 다. 준설부유물 발생 및 이동 해석 ... 272
• (1) 해석 프로그램 DREDGE 개요 ... 272
• (2) 해석 결과 ... 273
• 라. 친환경 준설헤드 설계 ... 275
• (1) 친환경 준설헤드 설계 초기 착안 ... 275
• (2) 친환경 커터 후드의 기능 ... 276
• (3) 친환경 준설 후드 설계 검토 ... 276
• (4) 친환경 커터 후드 구성 및 제어 장치 ... 284
• (5) 친환경 준설헤드 도면 ... 285
• 마. 친환경 커터 후드의 기대효과 및 결론 ... 287
• (1) 친환경 커터 후드의 기대효과 ... 287
• (2) 결론 ... 289
• 제5절 환경 모니터링 및 부유물 해석 ... 290
• 1. 개요 ... 290
• 가. 준설에 의한 생태계 영향 ... 290
• 나. 환경 모니터링 개요 ... 294
• 2. 부유물 해석 기법 개발 ... 296
• 가. 준설시 토질별 유보율과 유실율 ... 296
• 나. 부유물 해석기법 연구 동향 ... 296
• 다. 부유물 해석기법 개발 ... 298
• 3. 환경모니터링 방안 및 부유물 해석기법 적용 ... 306
• 가. 인천 ${\bigcirc}{\bigcirc}$준설현장 ... 306
• 나. ${\bigcirc}{\bigcirc}$제철화학 준설현장 ... 309
• 다. 충남 ${\bigcirc}{\bigcirc}$호 준설현장 ... 311
• 4. 결론 ... 333
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 334
• 제1절 당해연도 연구목표의 달성도 ... 334
• 1. 연구개발 수행 전도율 ... 334
• 2. 연구개발 목표의 달성도 ... 335
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 337
• 제1절 당해연도 연구성과의 활용방안 및 기대효과 ... 337
• 1. 연구성과의 활용방안 ... 337
• 2. 연구성과의 기대효과 ... 338
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 342
• 제7장 참고문헌 ... 343
• List of symbol ... 350
• [붙임 1] 자체평가의견서 ... 354
• 끝페이지 ... 359