• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.65-65
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• 2021

보를 월류하는 흐름에 대하여 하류 수심이 보의 높이보다 낮고, 보 월류 후 수심의 공액수심보다 작거나 크고 같은 경우를 각각 자유도수와 수중도수라고 한다. 수중도수가 발생하는 경우 하류 수심이 보의 경사면을 따라 흐르는 하강류를 덮게 되며 유속을 감쇄시키기 때문에 최대 유속은 자유도수에 비해 매우 작게 발생한다. 그러나 수중도수는 자유도수에 비해 에너지 감쇄 효율이 낮기 때문에 도수구간의 거리가 증가하게 된다. 따라서 인명피해를 발생시키는 도수구간 재순환영역의 길이를 검토하는 것이나 보 하류 바닥보호공 길이 설계를 위해 수중도수에서의 흐름에 대하여 검토하는 것은 중요하다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 보 월류 후 발생하는 수중도수를 수치모의하고 평균흐름과 난류량의 종방향 변화에 대하여 검토하였다. 기존 실험수로에 k-ω SST 난류모형을 사용하여 모형의 적용성을 검토하였다. 다양한 하류 수심을 설정하여 평균흐름과 난류량에 대한 침수도의 영향 및 자유도수 계산결과와 벽면 제트 결과를 함께 비교하였다. 검토 결과 수중도수는 평균흐름과 난류량의 변화율이 자유도수보다 작고 벽면 제트보다는 큰 것을 확인하였다. 또한 침수도가 증가되면서 평균흐름과 난류량의 변화율이 작아지는 것을 확인하였다. 이것은 침수도의 변화에 따른 역압력경사의 차이에 의한 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.98-98
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• 2022

도수는 사류가 상류로 천이되며 흐름이 불연속적으로 변하는 현상이다. 도수는 롤러와 벽 제트와 같은 흐름이 발생하는 영역으로 구분되며 큰 에너지 손실을 발생시키므로, 보나 댐과 같은 수리시설물에서는 에너지 소산을 위한 목적으로 도수를 발생시킬 수 있다. 도수구간 중 롤러 영역에서는 공기가 유입되어 복잡한 3차원 2상 흐름을 발생시키므로 공기방울의 거동에 대한 정밀한 모의는 매우 중요한 것으로 평가된다. 그러나 현실적으로 롤러 영역에서의 작은 공기방울까지 재현하는 것은 어려운 일이다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 수문 아래에서 발생하는 자유도수를 수치모의하고 연행된 공기량에 대한 특성을 검토하였다. 롤러 영역에서 격자의 해상도를 다르게 하여 도수구간 내 공기의 체적비와 공기방울의 크기 및 공기방울의 거동을 분석하였다. 실내 실험자료에 난류모형을 적용하고 그 결과와 비교하여 모의 결과의 적정성을 확인하였다. 또한 도수구간에서 공기방울 거동의 정밀한 모의가 평균흐름 및 난류량의 종방향 변화에 미치는 영향을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1889-1893
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• 2008

본 연구에서는 완경사 계단형 낙차공에서 하류수심 변화에 따른 도수 형태의 변화와 WTF 흐름 특성에 대한 분석을 수행하였다. 일정한 유량에서 하류수위를 증가시키면 도수 형태가 달라지는데 특히 계단 끝단에서 완전도수, 잠김도수(B점프), downward curved jet, upward curved jet, wave type flow(WTF)가 차례로 나타났다. 잠김도수에서는 표면 롤러 현상이 관찰되었고 curved jet에서는 큰 유속 감세 없이 파가 하류까지 전달되었다. WTF에서는 사류흐름이 바닥 recirculation 구역의 영향으로 변형되면서 wave 형태의 도수를 발생시켰다. 하류수위를 점점 증가 시키면 도수의 발생 위치가 계단 위쪽으로 이동하며 잠김도수와 WTF가 번갈아가며 발생하였다. 하류수위가 높아질수록 도수의 규모는 작아졌으며 표면 롤러도 미약해지는 경향을 보였다. 세 가지 유량조건에 따른 WTF의 규모를 비교한 결과 유량이 증가할수록 WTF의 크기가 증가하였으며 무차원화한 WTF의 형상은 거의 비슷한 것으로 나타났다. 계단형 낙차공은 기존낙차공에서 발생하는 도수와 달리 WTF가 발생되므로 이에 대한 분석이 필요하다. WTF가 발생하는 구간의 수위는 하류수위보다 높아지기 때문에 하천 설계 시 하천 접합부의 조건(구수부지설치, 제방설치 등)에 따라 wave의 높이가 설계의 중요 인자로 고려되어야 할 것이다. WTF는 지금까지의 계단형 낙차공 설계 시 고려되지 못한 부분으로서 차후에 계단형 구조물 또는 계단식 변형 구조물 설계 시 주요 자료로 활용 될 것이다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.33 no.6
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• pp.2303-2315
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• 2013

In general, the waterway was installed for drain water from steep slope and waterway cover was set up to prevent overflow and water separation at berm of waterway. In this study, hydraulic experiment was conducted to analyze the flow characteristics and enact standard design criteria of the waterway. Hydraulic experimental apparatus which can change the slope of waterway and the length of berm were installed to analyze of flow characteristics at the waterway. The slopes of waterway were $40^{\circ}$, $50^{\circ}$, $60^{\circ}$, and $70^{\circ}$ and the range of discharge were 1.0~5.6 ${\ell}/s$. The flow in berm was distinguished two types such as hydraulic jump and splash flow. These kinds of flows depended on the rates of discharge in waterway. When inlet discharge was below 1.1~2.0 ${\ell}/s$, the separation phenomenon of water was generated at upper and lower portion in berm by the splash flow. The scattering range of water particles and length of water separation was measured depending on the slope of waterway. The start point of scattering was about 20 cm(1.3B) from the place connected upper waterway with brem and the length of water separation was till 210 cm(3.5B) from the place connected lower waterway with brem. Therefore, the waterway cover needed to install from starting of berm to 1B and from the lower part of berm to 3.5B.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.95-95
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• 2019

보를 월류하는 흐름은 유량에 따라 상이한 흐름특성을 보인다. 즉, 유량이 증가함에 따라 사류 (supercritical flow), 완전도수 (complete hydraulic jump), 수중도수 (submerged hydraulic jump), 그리고 잠긴흐름 (plunge pool)으로 천이한다. 각 흐름영역에 따른 하상전단응력의 변화는 보의 물받이와 하상보호공을 설계하는데 중요하다. 본 연구에서는 계산유체동역학을 이용하여 보를 월류하는 흐름을 수치모의하여 각 흐름의 수리적 특성을 분석하였다. 이를 위하여 Flow3D를 이용하여 RANS 방정식을 수치해석 하였으며, 난류모형으로 RNG $k-{\epsilon}$ 모형을 이용하였다. 수치모의를 통하여 각각의 흐름에 대하여 평균유속, 하상전단응력, 그리고 흐름저항계수의 종방향 분포를 제시하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.43 no.6
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• pp.749-762
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• 2023

A depth-integrated model with an approximate Riemann solver for flux computation of the shallow water equations was applied to hydraulic jump experiments. Due to the hydraulic jump, different flow regimes occur simultaneously in a single channel. Therefore, the Weisbach resistance coefficient, which reflects flow conditions rather than the Manning roughness coefficient that is independent of depth or flow, has been employed for flow resistance. Simulation results were in good agreement with experimental results, and it was confirmed that Manning coefficients converted from Weisbach coefficients were appropriately set in the supercritical and subcritical flow reaches, respectively. Limitations of the shallow water equations that rely on hydrostatic assumptions have been revealed in comparison with hydraulic jump experiments, highlighting the need for the introduction of a non-hydrostatic shallow-water flow model.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.66-66
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• 2017

Hydraulic jump is typically designed to occur over low-haed dam spillways and weirs in the river. An important engineering application of the hydraulic jump is to dissipate the intense kinetic energy of the flows over such hydraulic structures. Turbulent flow and roller-like vortex riding up the free sureface of the jump cause most of the energy dissipation. We carry out a high resolution three-dimensional numerical simulations of a submerged hydraulic jump in a spillway and compare numerical results with a laboratory measurement obtained by the PIV. The numerical results further show the dynamic behavoirs of the inner and outer layers of the submerged wall-jet and the recirculating roller of the hydraulic jump.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1737-1740
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• 2006

본 연구에서는 1차원 수치모형을 이용하여 댐 여수로에서 발생하는 흐름을 해석하였다. 본 연구에서 사용한 1차원 수치모형은 매우 복잡한 지형에 적용이 가능하며, 상류가 사류가 동시에 발생하거나 도수가 발생하는 흐름도 해석할 수 있는 모형이다. 이 모형은 해석해를 가지는 도수의 경우에 적용하여 검증된 바 있으며, 자연하천의 보에서 발생하는 불연속 흐름에 대해서도 적용된 바 있다. 또한 매우 불규칙한 자연하천에서 발생하는 흐름도 효과적으로 모의할 수 있다. 본 연구에서는 댐 여수로 흐름 해석을 평가하기 위해 단순화된 하도에서 발생하는 불연속 흐름에 대해 이론적인 해와 비교하였다. 또한 댐 수리모형 결과에 수치모형을 적용하여 빈도별로 발생하는 흐름을 해석하였다. 해석결과 여수로에서 발생하는 매우 작은 수심을 정확하게 모의하였으며, 여수로 직하류부에서 발생하는 도수의 발생위치, 발생 전후의 수위도 잘 모의하는 것으로 나타났다. 또한 여수로 및 도수 전후에 발생하는 유속도 정확하게 모의하는 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서는 1차원 수치모형을 여수로 뿐만아니라 댐 상류 하천, 저수부, 여수로 접근수로, 여수로, 도수, 하류하천등으로 구성되는 전 구간의 흐름을 동시에 모의하기 적용하였다. 적용 결과 댐 저수지 상류 하천과 저수지, 저수지와 접근수로, 접근 수로와 여수로, 여수로와 도수, 도수 발생 후와 하류하천 등에서 복잡하게 형성되는 흐름을 동시에 잘 모의하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 사용한 1차원 수치모형을 이용하면 댐 여수로나 저수지, 연계되어 있는 상하류 하천에서의 흐름을 동시에 해석할 수 있기 때문에 향후 수리모형실험과 연계하여 댐 설계에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 전망된다.지는 것으로 평가되었다. 그러나 본 연구결과를 통하여 투수성 포장과 지하수에 관련된 매개변수의 집적과 분석결과는 현장기술 적용 시 매개변수의 유용한 선택과 도시유역의 물 순환 건전화 대안기술 적용에 효과적인 방법론을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.첨두홍수량을 저류하기 위해서 상대적으로 넓은 저류면적이 필요한 것으로 나타난다. 대등한 수위감소값의 홍수저감효과를 발휘하기 위해서 본 연구에서는 On-Line 저류지 면적은 Off-Line 저류지에 비 두배 이상이 필요한 것으로 보여졌다.들에 관한 정보는 종종 현장관측에서 조차 무시되는 경우가 많다. 이에 본 연구에서는 수질모형의 매개변수 중 특히 수리특성에 관련된 매개변수들이 수질에 미치는 영향을 파악하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 적용된 수질모형은 QualKo를 사용하였으며, 대상 하천은 낙동강 본류 경남구간 시점 부근인 회천 합류 전부터 낙동강 본류 경남구간 종점 부근인 밀양강 합류 전까지의 경남 오염총량관리 기본계획 시 구축된 모형 매개변수를 바탕으로 분석을 수행하였다. 일차오차분석을 이용하여 수리매개변수와 수질매개변수의 수질항목별 상대적 기여도를 파악해 본 결과, 수리매개변수는 DO, BOD, 유기질소, 유기인 모든 항목에 일정 정도의 상대적 기여도를 가지고 있는 것을 알 수 있었다. 이로부터 수질 모형의 적용 시 수리 매개변수 또한 수질 매개변수의 추정 시와 같이 보다 세심한 주의를 기울여 추정할 필요가 있을 것으로 판단된다.변화와 기흉 발생과의 인과관계를 확인하고 좀 더 구체화하기 위한 연구가 필요할 것이다.게 이루어질 수 있을 것으로 기대된다.는 초과수익률이 상승하지만, 이후로는 감소하므로, 반전거래전략을 활용하는 경우 주식투자기간

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.63-63
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• 2018

최근 이상기후로 인한 국지성 호우의 발생빈도 및 강우강도의 증가는 하천횡단구조물의 안정성에 문제가 되고 있다. 하천 횡단구조물(보, 물받이공 등)의 파괴는 국부 세굴(bed scour), 파이핑(piping), 구조물 본체의 불안정성 등의 원인으로 발생되고 있으며, 이 중에서 구조물 본체의 불안정성은 도수(hydraulic jump)로 인한 압력변이도 주요 원인이 될 수 있다 (Bower and Toso, 1988; Kazemi, F. et al., 2016). 그러나, 현재 직접적인 파괴 원인인 세굴 등에 대한 연구에 비해 압력변이로 인한 구조물의 파괴원인을 분석하는 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 다양한 흐름조건을 발생시켜, 하천횡단구조물 주변의 도수특성 및 도수로 인한 압력변이에 대하여 수리실험 및 수치모의를 통하여 검토하고자 한다. 수리실험에 사용하는 수로는 길이 10 m, 폭 0.3 m, 높이 0.4 m이며 상류로부터 2.5 m 떨어진 곳에 보(weir)를 설치하였다. 실험조건은 다양한 흐름조건에 따른 도수 발생을 검토하고자 상하류 수위를 조절을 통해 Froude 수의 범위를 1 < Fr < 10로 설정하였다. 압력변이는 전압형 압력계(Model : UNIK 5000, 압력 측정 변위 : -2 ~ 5 kPa)를 사용하였으며, 보(weir) 하류단에서 2.5 cm 간격으로 천공하여 측정하였다. 또한 3차원 모형인 FLOW-3D 모형을 이용하여 실험수로를 재현하였으며, 도수 발생 위치, 도수 길이, 도수 발생 시 압력변이에 대하여 실험결과와 수치모의 결과를 비교하여 수치모형을 검증하였다. 최종적으로 Froude 수에 따른 도수특성(도수 발생위치, 도수 길이 등) 및 최대 압력변이를 무차원화 하여 나타내었다. 본 연구는 도수 발생 시 압력변이로 인한 구조물 파괴분석에 대한 기초가 되는 기본적인 연구이나, 향후에는 물받이공 길이, 두께 등 하천횡단 구조물 설계인자 도출에 선행연구로 발전할 수 있다고 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.11
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• pp.1011-1019
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• 2021

This study presents numerical simulations of submerged jump and washed-out jump resulted from the flow over the embankment type weir. Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) equations are solved with the k-𝜔 SST turbulence model. Validations are carried out using the experimental results in the literature, revealing that computed roller shape, free surface, and mean velocity are in good agreement with measured data. The volume fractions of water of the submerged jump and washed-out jump are compared, and the characteristics of the two flows from the double-averaged volume fractions of water are presented. The condition under which the transition occurs from the submerged jump to washed-out jump is presented by the relation between the relative embankment length and submergence factor via numerical simulations by changing the weir length, discharge, and tailwater depth.