수리학

수리학(水理學, Hydraulics)은 정지 혹은 유동상태에 있는 물의 역학적인 해석을 위한 학문의 분야로서, 정지하고 있거나 흐르고 있는 모든 형태의 유체의 제반 정역학 및 동역학적 문제를 해결하기 위한 유체역학(流體力學, Fluid Mechanics)의 원리는 수리학에도 그대로 적용될 수 있다. 따라서, 이 책의 표제인 수리학에서는 토목공학 분야에서 주 관심사가 되는 유체인 물에 관한 역학적인 기본원리를 유체역학의 이론에 의해 전개하고, 이들 원리를 기초로 하여 자연계에서 발생하는 여러 가지 수리학적 문제를 실질적으로 해결하는 방법을 광범위하게 취급하고 있다. 원래 유체역학은 고체역학의 경우보다 현상자체가 복잡하여 해석적 방법만으로는 항상 만족할 만한 결과를 얻을 수는 없으므로 각종의 실험적, 내지는 경험적 요소에 힘입어 실제 문제를 해결하게 됨이 보통이다. 예를 들면, 물의 이용과 관리를 위한 수리구조물의 경우, 흐름은 유한장(有限場) 내에서 발생하므로 경계조건이 복잡하여 순수한 해석적 방법만으로는 문제의 해결이 곤란하므로 여러 가지 실험결과에 의한 경험적 방법을 응용하게 된다. 이러한 이유 때문에 이 책에서는 복잡한 이론적 혹은 수학적 전개에 의한 물의 흐름 분석방법을 지양하고 각종 수리현상의 이론적 개념을 쉽게 파악함으로써 초보자가 실제문제를 쉽게 이해하고 해석할 수 있도록 하는 데 최선을 다 하였다. 즉, 각종 수리현상의 원리를 서술하는 기본식을 유도하고 이들 식의 물리적 의미를 강조하였으며, 실제문제의 결과에 기본식을 적용하는 방법을 예제풀이를 통해 설명하였다. 또한 학생들이 실제문제의 풀이에 숙달될 수 있도록 하기 위해 각 장의 마지막 부분에는 충분한 수의 연습문제를 수록하였다. 이 책의 내용은 모두 3개 편으로 편성되어 있다. 제1편에서는 물의 물리적 성질을 비롯하여 정수역학, 동수역학, 관수로 내 물의 흐름 해석을 위한 기본원리 등 기초수리학(基礎水理學) 혹은 기초유체역학의 범주에 속하는 내용들을 다루었으며, 제2편에서는 기초수리학의 원리를 응용하여 관수로(管水路) 및 개수로(開水路) 내 실제 흐름을 해석하는 방법과 토사의 유송역학 및 이를 기본으로 하는 침식성수로(浸蝕性水路)의 안정설계방법 등을 다루고 있고, 제3편에서는 수리학 분야의 실무에서 자주 접하게 되는 기타 응용수리분야인 수리구조물(水理構造物)의 설계이론, 수력기계(水力機械)의 작동원리 및 선택방법, 하천 및 하구를 포함하는 각종 수공구조물의 모형실험을 위한 수리모형 이론(水理模型 理論)과 결과분석의 절차, 지하수(地下水)와 침투류(浸透流)의 흐름 이론, 그리고 관수로와 개수로 내 흐름의 측정계기(測定計器)와 방법 등을 다루었다.

Part 01 Chapter 1 물의 기본성질 1.1 서 론 1.2 유체의 정의 1.3 물의 세 가지 상태 1.4 차원과 단위 1.4.1 차원 1.4.2 단위 1.5 물의 밀도, 단위중량 및 비중 1.6 물의 점성 1.7 물의 표면장력과 모세관현상 1.8 물의 압축성과 탄성 Chapter 2 정수압과 부력 및 상대적 평형 2.1 서 론 2.2 정수압의 크기와 작용방법 2.3 정수압의 연직방향 변화 2.4 정수압의 전달 2.5 압력의 측정기준과 단위 2.6 압력측정 계기 2.6.1 수압관 2.6.2 버어돈 압력계 2.6.3 액주계 2.7 수중의 평면에 작용하는 힘 2.7.1 수면과 평행한 평면의 경우 2.7.2 수면에 경사진 평면의 경우 2.7.3 수면에 연직인 평면의 경우 2.8 수중의 곡면에 작용하는 힘 2.9 원관의 벽에 작용하는 동수압 2.10 부력과 부체의 안정 2.10.1 부력 2.10.2 부체의 안정조건 2.11 상대적 평형 2.11.1 정수의 평형방정식 2.11.2 수평 등가속도를 받는 수체 2.11.3 연직 등가속도를 받는 수체 2.11.4 회전 등가속도를 받는 수체 Chapter 3 흐름의 운동법칙 3.1 서 론 3.2 흐름의 분류 3.2.1 정상류와 부정류 3.2.2 1차원, 2차원 및 3차원 흐름 3.3 속도와 가속도 3.4 연속방정식 3.4.1 1차원 흐름의 연속방정식 3.4.2 2차원 및 3차원 흐름의 연속방정식** Chapter 4 비압축성 이상유체의 흐름 4.1 서 론 4.2 1차원 Euler 방정식 4.3 1차원 Bernoulli 방정식 4.4 에너지 개념에 의한 1차원 Bernoulli 방정식의 유도** 4.5 유한단면을 가진 유관에 대한 1차원적 가정** 4.6 1차원 Bernoulli 방정식의 응용 4.6.1 Torricelli의 정리 4.6.2 피토관(Pitot tube) 4.6.3 벤츄리미터 4.6.4 개수로 흐름에의 응용 4.7 기계적 에너지를 포함하는 1차원 Bernoulli 방정식 4.8 2차원 Euler 방정식** 4.9 2차원 Bernoulli 방정식 4.10 역적-운동량방정식 4.11 운동량방정식의 응용 4.11.1 만곡관의 벽에 작용하는 힘 4.11.2 단면 급확대관에서의 에너지 손실 4.11.3 고정된 날개에 작용하는 힘 4.11.4 이동하는 날개에 작용하는 힘 4.11.5 반동터빈과 원심펌프에의 응용** 4.11.6 개수로 내 수리구조물에 작용하는 힘 Chapter 5 비압축성 실제유체의 흐름 5.1 서 론 5.2 Reynolds의 실험과 그 의의 5.3 층류와 난류의 특성** 5.4 고정 경계면상의 유체 흐름 5.5 실제유체 흐름의 유속분포와 그 의의 5.6 유체의 점성으로 인한 마찰력과 에너지 손실 5.7 유체경계층 이론** 5.7.1 층류경계층의 특성 5.7.2 난류경계층의 특성 5.8 박리현상** Chapter 6 관수로 내 정상류 해석의 기본 6.1 서 론 6.2 관수로 내 실제유체 흐름의 기본방정식 6.3 관마찰 문제에 대한 차원해석 6.3.1 Buckingum의 정리 6.3.2 관마찰에의 차원해석법 응용 6.4 관마찰 실험결과 6.5 관수로 내 층류의 유속분포와 마찰손실계수 6.6 관수로 내 난류의 유속분포와 마찰손실계수 6.6.1 매끈한 관내의 난류 6.6.2 거치른 관내의 난류 6.6.3 상업용관 내 난류의 마찰손실계수 6.6.4 매끈한 관과 거치른 관의 판별 6.7 관수로 내 난류의 유속분포에 대한 7승근 법칙** 6.8 비원형단면을 가진 관수로에서의 마찰손실 6.9 관수로 내 흐름 계산을 위한 경험공식 6.9.1 Chezy의 평균유속 공식 6.9.2 Hazen-Williams의 평균유속 공식 6.9.3 Manning의 평균유속 공식 6.10 미소 수두손실 6.10.1 단면 급확대손실 6.10.2 단면 점확대손실 6.10.3 단면 급축소손실 6.10.4 단면 점축소손실 6.10.5 만곡손실 6.10.6 밸브에 의한 손실 Part 02 Chapter 7 관로시스템 및 관망 내 흐름의 해석 7.1 서 론 7.2 관수로 내 정상류 문제의 유형 7.3 단일 관수로 내의 흐름 해석 7.3.1 두 수조를 연결하는 등단면 관수로 7.3.2 수조에 연결된 노즐이 붙은 관 7.3.3 직렬 부등단면 관수로 7.3.4 펌프 혹은 터빈이 포함된 관수로 7.3.5 사이폰 7.4 복합 관수로 내의 흐름 해석 7.4.1 병렬 관수로 7.4.2 다지관수로 7.5 관망의 해석 7.5.1 손실수두와 유량 간의 관계 7.5.2 Hardy-Cross 방법 7.5.3 컴퓨터 프로그램에 의한 관망해석** 7.6 관로시스템에서의 과도수리현상** 7.6.1 수격작용의 발생과정 7.6.2 수격작용에 대한 최대압력 7.6.3 조압수조 Chapter 8 개수로 내의 정상등류 8.1 서 론 8.2 흐름의 분류 8.2.1 정상류와 부정류 8.2.2 등류와 부등류 8.3 흐름의 상태 8.4 개수로 단면 내의 유속분포 8.5 등류의 형성 8.6 등류의 경험공식 8.6.1 Chezy 공식 8.6.2 Kutter-Ganguillet 공식 8.6.3 Manning 공식 8.7 복합단면수로의 등가조도 8.8 등류의 계산 8.8.1 등류의 유량계산 8.8.2 등류수심과 평균유속의 계산 8.8.3 등류의 수로경사 계산 8.9 최량수리단면 8.9.1 구형 단면수로 8.9.2 제형 단면수로 8.10 폐합관거 내의 개수로 흐름 302 Chapter 9 개수로 내의 정상부등류 9.1 서 론 9.2 비에너지와 한계수심 9.2.1 비에너지의 정의 9.2.2 수심에 따른 비에너지의 변화 9.2.3 수심에 따른 유량의 변화 9.2.4 한계수심의 계산 9.2.5 수로경사의 분류 9.3 비 력 9.4 흐름 상태의 전환 9.4.1 상류에서 사류로의 전환 9.4.2 사류에서 상류로의 전환 9.5 도수의 해석 9.6 점변류의 기본방정식 9.6.1 기본방정식의 유도 9.6.2 기본방정식의 변형 9.7 점변류 수면곡선형의 특성 9.7.1 완경사 및 급경사 수로상의 점변류 9.7.2 한계경사 수로상의 점변류 9.7.3 수평 수로상의 점변류 9.7.4 역경사 수로상의 점변류 9.7.5 수면곡선의 경계조건 9.8 점변류 수면곡선의 분류 9.8.1 M-곡선(   ,   ) 9.8.2 S-곡선(      ) 9.8.3 C-곡선(     ) 9.8.4 H-곡선(    ∞ ) 9.8.5 A-곡선(   은 존재하지 않음) 9.9 흐름의 지배단면 9.10 복합수면곡선의 합성 9.11 점변류의 수면곡선계산 9.11.1 직접축차계산법 9.11.2 표준축차계산법 9.11.3 표준축차계산법의 전산화 9.11.4 HEC-RAS/RMA-2/Flow-3D 9.12 교각에 의한 배수영향 9.13 개수로 내 사류의 변이현상** 9.14 사류수로변이부의 설계** 9.14.1 단면축소부의 설계 9.14.2 단면확대부의 설계 9.14.3 단면만곡부의 설계 Chapter 10 토사의 유송과 침식성 수로의 안정설계 10.1 서 론 10.2 토사유송의 형태와 하상의 형상 10.3 유사의 수리학적 성질 10.3.1 토사입자의 크기와 모양 및 비중 10.3.2 토사입자의 침강속도 10.4 토사입자 이동의 한계조건 10.4.1 Shields의 실험적 연구 10.4.2 White의 해석적 연구 10.4.3 한계조건의 응용 10.5 소류사량의 계산 10.5.1 DuBoys의 소류사량 공식 10.5.2 Einstein-Brown의 소류사량 공식 10.5.3 Einstein의 소류사 함수법 10.5.4 기타 소류사량 공식 10.5.5 소류사량 공식의 비교평가 10.6 부유유사량의 계산 10.6.1 부유유사의 연직방향 농도분포 10.6.2 부유유사량 계산방법 10.7 전 유사량의 계산 10.8 저수지 내 퇴사** 10.9 침식성 인공수로의 안정설계 10.9.1 최대 허용유속법 10.9.2 허용소류력법 10.9.3 평형수로 개념에 의한 방법** Part 03 Chapter 11 수리구조물 11.1 수리구조물의 분류와 기능 11.2 수리설계의 역할 11.3 댐과 저수지 11.4 중력식 댐의 안정해석 11.4.1 중력식 댐에 작용하는 힘 11.4.2 중력식 댐의 안정해석기준 11.5 위어의 수리학적 특성 11.6 댐 여수로 11.6.1 월류형 여수로 11.6.2 측수로형 여수로 11.6.3 사이폰형 여수로 11.6.4 나팔형 여수로 11.7 댐 여수로의 수문 11.8 감세용 구조물 11.8.1 도수의 기본특성 11.8.2 도수의 길이와 수면곡선 11.8.3 도수의 발생위치와 하류수위조건 11.8.4 감세수로의 부속구조물 11.8.5 표준형 감세공의 설계 11.9 방류용 구조물 11.9.1 방류용 구조물의 구성 11.9.2 개수로형 방류수로의 수리설계 11.9.3 관수로형 방류수로의 수리설계 11.9.4 관수로형 방류수로의 각종 손실수두 11.10 도로암거 11.10.1 암거 내 흐름의 분류와 수리특성 11.10.2 암거의 상류수심 결정을 위한 노모그램 11.10.3 도로암거의 수리설계 Chapter 12 수력펌프와 터빈 12.1 서 론 12.2 동력과 효율 12.3 원심형 펌프 12.4 방사형 터빈 12.5 축류형 펌프 및 터빈 12.6 충격식 터빈 12.7 터빈 방류관 12.8 펌프와 터빈에서의 공동현상** 12.9 펌프의 선택방법 12.10 펌프와 터빈의 비속도와 상사성 Chapter 13 수리학적 상사와 모형이론 13.1 서 론 13.2 수리학적 상사 13.2.1 기하학적 상사 13.2.2 운동학적 상사 13.2.3 동역학적 상사 13.3 수리학적 완전상사 13.4 수리모형법칙 13.4.1 Reynolds 모형법칙 13.4.2 Froude 모형법칙 13.4.3 Weber 모형법칙 13.4.4 Cauchy 모형법칙 13.4.5 동력과 점성력이 동시에 지배하는 흐름 13.5 불완전 상사 13.6 폐합관로의 수리모형 13.7 수리구조물의 수리모형 13.7.1 위어와 수문모형 13.7.2 댐 여수로 모형 13.7.3 감세공 모형 13.8 개수로의 수리모형 13.9 수력기계의 수리모형 Chapter 14 지하수와 침투류의 수리 14.1 서 론 14.2 지하수의 생성과 지하암의 성질 14.3 지하수의 연직분포 14.4 대수층의 종류와 투수능 14.5 지하수흐름의 기본방정식 14.5.1 Darcy의 법칙 14.5.2 지하수흐름 방정식의 일반형 14.6 정상 일방향 흐름 14.6.1 피압대수층 내의 흐름 14.6.2 비피압대수층 내의 흐름 14.7 양수정으로의 방사상 정상류 14.7.1 피압대수층으로부터의 양수 14.7.2 비피압대수층으로부터의 양수 14.7.3 비가 내릴 경우의 비피압대수층으로부터의 양수** 14.8 피압대수층 내 양수정으로의 방사상 부정류 14.8.1 Theis 방법 14.8.2 Jacob 방법 14.9 영상정방법에 의한 양수정해석 14.10 해수의 침입에 의한 지하수의 오염** 14.11 댐 기초지반을 통한 침투류 14.12 흙댐의 본체를 통한 침투류 Chapter 15 수류의 계측 15.1 서 론 15.2 유체의 주요 성질측정 15.2.1 유체의 밀도측정 15.2.2 유체의 점성계수 측정 15.3 점유속의 측정 15.4 압력의 측정 15.5 관수로에서의 유량측정 15.5.1 벤츄리미터

윤용남 학 력 1959. 2.∼1963. 2. 육군사관학교 졸업, 이학사 1965. 2.∼1967. 2. 미국 University of Illinois 대학원, 공학석사(수공학) 1968. 9.∼1970. 9. 미국 University of Illinois 대학원, 공학박사(수공학) 경 력 1971. 2. ∼ 1982. 8. 육군사관학교 교수부 토목공학과, 조교수, 부교수, 교수 1983. 9. ∼ 2006. 2. 고려대학교 토목 ․ 환경공학과 교수 1994. 5. ∼ 2006. 2. 고려대학교 방재과학기술연구센터 소장 1996. 6. ∼ 1998. 6. 고려대학교 대학본부 관리처장 1986. 9. ∼ 1988. 2. 한국건설기술연구원 원장(제2대) 1999. 3. ∼ 2001. 2. 한국수자원공사 비 상임이사 2002.11. ∼ 2003. 4. 국무총리실 수해방지대책기획단 민간위원장 2006. 3. ∼ 2010. 12. (주)삼안 상임고문 2011. 1. ∼ 현재 (주)이산 상임고문 학술단체경력 1999. 3. ∼ 2001. 2. 한국수자원학회 회장 2002. 2. ∼ 2004. 2. 한국물학술단체연합회 회장 2002. 2. ∼ 2004. 5. 한국방재협회 회장 1999. 3. ∼ 2001. 2. 한국대댐회 부회장 1995. 5. ∼ 1997. 2. 대한토목학회 부회장 2004. 5. ∼ 2007. 6. 국제대댐회(ICOLD) 부총재 2004. 7. ∼ 2007. 8. 아세아－대양주 지구과학회(AOGS) 수문과학부문 회장 2005. 5. ∼ 2008. 2. 한국방재협회 명예회장 2007.10. ∼ 2009. 5. 한국자연재해저감산업협회 회장 수 상 ∙ 정부포상 보국훈장 삼일장(1980), 대통령 표창(1980), 국민훈장 동백장(2000), 옥조근정훈 장(2006) ∙ 학술단체 포상 대한토목학회 논문상(1979), 한국수문학회 학술상(1981), 대한토목학회 학술상 (1986), 한국대댐회 학술상(1992), 한국수자원학회 학술상(1994), 대한토목학회 공로상(1997), 국제 물과학 ․ 공학회(ICHE) 특별봉사상(2000), 일본수문수자원학 회(JSHWR) 국제상(2002), 국제대댐회(ICOLD) 명예 회원상(2003), 한국방재협 회 공로상(2005), 한국대댐회 공로상(2010) 저 서 토목공학개론(공저, 청문각, 1973) 수문학(태창출판사, 1974) 수문학－기초와 응용 －(청문각, 1976) 수리학－기초편－(공저, 청문각, 1979) 기초수리실험법(청문각, 1980) 확률의 기초개념(공동번역, 형설출판사, 1981) 수리학－기초와 응용－(청문각, 1984) 공업수문학(청문각, 1987), 수문학－기초와 응용－(청문각, 2007) 기초수문학(청문각, 2008)