• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.60 no.2
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• pp.120-134
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• 2023

In this study, hydrodynamic characteristics of dam break flow were investigated by a series of experiments. The experiments were performed in a 2-D rectangular flume with obtaining instantaneous images of dam break flow to capture the free surface elevation, and pressure distributions on vertical wall and bottom of the flume. The initial water depth of the dam break flow was changed into 3 different heights, and the gate opening speed was changed during the experiments to study the effect of the gate speed in the dam break flow. Generation of dam break phenomena could be classified into three stages, i.e., very initial, relatively stable, and wall impact stages. The wall impact stage could be separated into 4 generation phases of wall impinge, run-up, overturning, and touchdown phases based on the deformation of the free surface. The free surface elevation were investigated with various initial water depth and compared with the analytic solutions by Ritter (1892). The pressures acting on the vertical wall and bottom were provided for the whole period of dam break flow varying the initial water depth and gate open speed. The measurement results of the dam break flow was compared with the hydrodynamic characteristics of green water phenomena, and it showed that the dam break flow could overestimate the green water loading based on the estimation suggested by Buchner (2002).

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.1
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• pp.51-60
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• 2016

The purpose of this study is to examine the control function of discharged flow due to the shape and plane arrangement of permeable submerged breakwater. For the discussion on it in detail, 3-dimensional numerical model based on PBM (Porous Body Model), which is able to simulate directly interaction of Fluid Permeable structure Seabed has been used to simulate water discharge in a NWT (Numerical Water Tank). To verify the applicability, LES-WASS-3D is analyzed comparing to the experimental result about propagation characteristics of dam-break wave through a permeable structure. Using the results obtained from numerical simulation, the effects of the shape and plane arrangement of submerged breakwater on reducing velocity and flow induction have been discussed related to the mean flow distribution and vertical distributions of horizontal velocities around ones.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.495-495
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• 2022

충적하천에 댐이 건설되면 하류 하천의 식생환경에 변화를 주게 된다. 이입, 활착 및 성장과정을 거치는 제외지 식생은 하천의 유량이 증가하면 소류력과 세굴로 인해 쓸려 내려가기 때문에, 일반적으로 홍수기를 거치면 식생 활착 및 성장 이전의 사주 모습으로 복귀하게 된다. 그러나 댐의 홍수조절 기능은 홍수기에도 하류 하천에 식생을 정착시킬 만큼 큰 소류력을 발생시키지 않아 결국 식생의 성장에 기여하게 된다. 또한 댐은 상류로부터 공급되었던 세립토를 차단시켜 하류 하천의 하상 표면을 조립화 시키게 되는데, 이는 하상의 고정력을 증대시켜 식생의 안정적인 성장을 돕게 된다. 하천에 식생이 자리잡게 되면 홍수 시 흐름에 대한 저항력의 증가로 수위가 높아질 수 있고 제방에 자리 잡은 식생의 이탈은 제방의 붕괴 위험을 증가시킬 수 있고, 식생 사주의 발달이 지속되면 이동사주에서 정지사주로 변화되어 기존의 충적하천 자체가 사라지게 될 수도 있고, 하류 하천의 수리 및 유사 거동 특성도 변화시켜, 기존과 다른 하천 경관 및 수생태계 출현할 수 있다. 국내에서는 2000년대부터 이러한 하천 제외지 사주의 식생 활착이 가속화되어 왔으며, 특히 내성천, 황강 등 댐이 건설된 낙동강 지류 하천에서 이런 현상이 두드러지게 나타났다. 이에 따라 관련된 많은 조사·연구들이 수행되었으며, 변화 원인으로 홍수조절, 유사공급 변화 및 기후변화가 제시되었다. 그러나 댐이 건설되지 않은 하천(비조절 하천)에 대한 조사와 같은 비교군 지역의 정량적 분석은 상대적으로 부족하여, 정확한 제외지 식생 증가에 대한 원인을 규명하지 못하였다고 판단된다. 이에 비조절 하천이라 판단되는 감천을 대상으로 식생의 변화 양상을 분석하고, 유사 및 기후변화 등과의 관계를 본 연구에서 제시하였다. 감천은 상류에 김천부항댐이 건설되었으나, 댐의 영향범위가 전체 유역면적의 약 6%로 비조절 하천에 가깝고 사주가 발달된 충적하천이므로, 하천 본류에 댐이 건설된 다른 지역과의 비교군으로 적합하다고 판단하였다. 대상 지점은 상, 중, 하류의 사주가 발달된 지역으로 선정하였고, 본 연구에서 개발된 이미지 처리기법을 적용하여 사주 면적을 계산하였다. 분석결과 식생역으로 전환된 모래 사주의 면적은 봄~초여름 강우량과 밀접한 관계가 있는 것으로 파악되었다. 특히 초여름까지 가뭄이 지속될 때, 식생역은 증가하였다. 그러나 식생 활착 이전에 큰 유량 발생 시 식생이 쓸려 내려가고 유사가 그 자리를 대체하여 다시 사주가 발달하는 과정을 보여 주어, 감천의 사주 식생역의 증가 추세는 없는 것으로 파악되었다. 향후 댐이 본류에 건설된 조절 하천과의 비교를 통해 사주의 식생역 증가에 대한 댐 건설의 영향을 파악할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.357-361
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• 2008

홍수는 인간이 지구상에 생존하기 전부터 발생하여왔다. 그러나 최근 들어 홍수 규모가 대형화되었고, 그 발생빈도도 증가하고 있다. 최근에는 지구온난화가 가속화 되면서 전 세계적으로 높은 강도의 기상이변들이 속출하고 있다. 우리나라도 예외는 아니어서 지난 100년 동안 기온이 약 $1.5^{\circ}C$ 가량 상승하였고, 집중호우나 태풍과 같은 극단적인 기상현상들로 인한 피해가 날이 갈수록 심해지고 있다. 이러한 이상기후에 따른 태풍, 집중호우 등의 대규모 호우로 인해 댐 및 제방 붕괴와 같은 비상상황이 초래될 수 있다. 잇따른 피해들을 통해 홍수침수 범위의 예측 분석을 통한 홍수위험 및 다양한 홍수위험지도 작성의 필요성이 대두되었다. 본 연구에서는 다양한 종류의 홍수위험지도의 개발을 위해 금호강과 태화강을 대상유역으로 선정하고, 1차원 분석(하천흐름)에는 미국 기상청의 FLDWAV 모형을 적용하였고 2차원 분석(범람흐름)에는 2차원 비정형 격자기법 침수해석 모형을 적용하였다. 1차원 및 2차원 수치해석 모형을 대상유역에 적용한 모의를 통하여 실제 홍수에 대한 제방의 붕괴 및 월류에 따른 유량을 산정하였고, '침수심 지도'와 '홍수유속 지도'를 작성하였으며, 또한 홍수위험 강도를 표현하기 위해 유속과 수심을 이용하여 홍수위험에 대한 '홍수위험강도 지도'를 작성하였다. 다양한 홍수위험지도는 홍수방어대책에 대한 평가와 개발, 또한 개발지역에 대한 선택에 이용될 수 있으며, 실제 홍수시 홍수위험지도에 나타난 긴급대피지역의 모든 주민들에 대해서 피난경고를 미리 발령하는 등의 방법으로 이용이 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.31 no.3
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• pp.279-290
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• 1998

The height and speed of the shock wave are critical data in flood-control operations or in the design of channel walls and bridges along rivers with high flow velocities. Therefore, a numerical model is needed for simulating flow discontinuity over a wide range of conditions. In this study, a governing equation. As a Riemann solver Roe(1981)'s one is used. The model employs the modified MUSCL for handling the unstructured grids in this research. this model that adopts the explicit tradditional twl dimmensional dam break problems, two hydraulic dam break model is simulations, and a steady state simulation in a curved channel. Conclusions of this research are as follows : 1) the finite volume method can be combined with the Godonov-type method that is useful for modeling shocks. Hence, the finite volume method is suitable for modeling shocks. 2) The finite volume model combined with the modified MUSCL is successful in modeling shock. Therefore, modified MUSCL is proved to be valid.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.34 no.2
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• pp.187-195
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• 2001

In this study, a numerical model describing the shallow-water equations is newly developed by using a TVD scheme. The model has a second-order accuracy in time and space and is free from nonphysical oscillations, even in the vicinity of large gradients. Because a upwind based TVD scheme requires a Riemann solver, the HLLC scheme is employed in this model. To calibrate the applicability and accuracy, the developed model is used to simulate dam-break waves in an ideal channel and a sloshing flow n a paraboloidal basin. Agreements between numerical predictions and analytical solutions are very resonable.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.253-253
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• 2021

천수방정식에 대한 불연속 갤러킨 기법 (DG) 모형은 주로 양해법 기반으로 개발되어 적용되어 왔으나, 바닥마찰항의 처리, 과도한 CFL 조건 등의 불리한 점이 지적되어 왔으며, 이로 인하여 실제 적용에서 FDM, FEM 등 다른 고전적인 수치기법과 비교하여 경쟁력을 갖기 어려웠다. 이에 대한 대안으로써, 최근, 불연속 갤러킨 기법에 대한 음해법 기반의 모형이 연구되고 있으며, 다소 복잡한 알고리즘에도 불구하고 적용이 확대되고 있다. 또한, 널리 알려진 바와 같이, 천수방정식의 실제 하도에 대한 적용에 있어 문제점 중 하나는 나비에-스토크스 방정식으로부터 유도할 때 사용된 정수압 가정으로 인하여, 하도의 계단과 같은 불연속 지형에 적용이 용이하지 않다는 것이다. 본 연구에서는 기존에 개발된 불연속 갤러킨 음해법에 불연속 지형의 해석을 위한 표면경사법(surface gradient method)을 결합하여 이러한 문제에 효과적으로 대응할 수 있는 기법을 제시하였다. 개발된 모형의 검증을 위하여, 제방 등 하도 구조물 위의 장주기 조석흐름, 홍수파, 계단 등을 포함하는 댐 붕괴류 모의에 적용하고 실용적인 기능성을 검증하였다. 향후 구조물이 많은 국내 하천에 적용이 가능할 것으로 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.38 no.2
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• pp.155-166
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• 2005

Upwind schemes are very well adapted to the discontinuous flow and have become popular for applications Involving dam break flow, transcritical Slow, etc. However, upwind schemes have been applied mainly to the idealized problems not to the natural channels with irregular geometry so far because of the error due to source terms. In this paper, the new type of upwind discretization of source terms, which uses the normalized Jacobian to discretize the source terms, is proposed. As results of tests to flows with source terms by the upwind models, the method proposed in this paper is proved as efficient and accurate. This generalized method for differencing source terms is simple and might beapplicable to diverse type of flux upwind discretization scheme in finite difference method.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.18 no.1
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• pp.537-544
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• 2017

An experimental study was carried out to investigate the characteristics of the propagation distance of a flood wave considering the levee failure speed in a flat inundation area. The Ritter solution for one dimensional flow was considered to formulate the experimental results and a representative form with coefficients of k and m, which consider the three dimensional flow characteristics, was applied. The experiments showed that the propagation velocity of the wave front in the inundation area was influenced by the levee breach speed as well as the initial water level, which is a significant variable representing the flood wave behavior. In addition, coefficients k and m are not constants, but variables that vary with levee breach speed. An empirical formula was also suggested using the experimental results in the form of the relationships between k and m. In this study, a large-scale experiment for flood inundation was carried out to examine the behavior of flooding in the inundated area and the relationships between the levee breach speed and wave-front propagation velocity were suggested based on the experimental results. These research results are expected to be used as the baseline data to draw a flow inundation map, establish an emergency action plan, and verify the two-dimensional numerical model.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.7
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• pp.511-522
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• 2011

Two-dimensional shallow water model based on the cut cell and the adaptive mesh refinement techniques is presented in this paper. These two mesh generation methods are combined to facilitate modeling of complex geometries. By using dynamically adaptive mesh, the model can achieve high resolution efficiently at the interface where flow changes rapidly. The HLLC Reimann solver and the MUSCL method are employed to calculate advection fluxes with numerical stability and precision. The model was applied to simulate the extreme urban flooding experiments performed by the IMPACT (Investigation of Extreme Flood Processes and Uncertainty) project. Simulation results were in good agreement with observed data, and transient flows as well as the impact of building structures on flood waves were calculated with accuracy. The cut cell method eased the model sensitivity to refinement. It can be concluded that the model is applicable to the urban flood simulation in case the effects of sewer and stormwater drainage system on flooding are relatively small like the dam brake.