• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.4B
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• pp.371-378
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• 2006

In this study, a theoretical equation was derived based on Odgaard (1986) and Chang (1988) to reveal the streamwise variation of the secondary flow in meandering channels. The new equation describes the transverse component of the secondary flow as a function of streamwise and vertical directions. To validate the proposed equation, hydraulic experiments were conducted in laboratory meandering channels having different sinuosity. Comparison of experimental results with the proposed equation and an existing equation revealed that the equation was in good agreement with the measured data. However, the existing equation overestimated the transverse velocity. Investigation of the variation of the secondary flow with respect to hydraulic parameters based on the new equation showed that the secondary flow tended to increase as the sinuosity, the roughness, and the aspect ratio became larger. Also, streamwise profile of the secondary flow was sensitive to variations of the roughness and the aspect ratio.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1679-1683
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• 2007

최근 우리나라에서 하천 및 유역 환경의 급격한 변화로 인하여 하천 형태가 많이 변하고 있는 추세이다. 특히 사행하는 모래 하천에서 만곡부 사주의 형태 변화가 커지고 있다. 이 연구에서는 이와 같은 모래 하천의 만곡부에서 사주의 변화 특성을 평가하고 그 원인을 파악하기 위하여 이동상 수리모형 실험을 실시하였다. 실험에서 하천 및 유역의 여러 상황 변화를 감안하여 유량, 유사 공급량, 공급 시간, 하천 변형 등 다양한 조건을 상정하였다. 연구 대상하천은 낙동강 본류이며, 중점 수리모형 실험대상 구간은 우리나라의 전통민속마을인 안동 하회마을을 태극형으로 감싸면서 사행하는 만곡부이다. 이동상 실험규모는 수평축적 1/110, 수직축적 1/50로 왜곡도가 2.2로써 비교적 대규모이다. 모형 하상재료는 입경 0.29 mm의 석탄분(anthracite)을 채택하였으며, 현장에서 하상재료조사와 상사해석을 통해 결정하였다. 실험 결과, 유량과 유사 공급량 변화에 따른 사주 변화가 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다. 특히 유사 공급이 이루어지지 않을 때 국지적 퇴적양상을 보였다. 이는 사주 내 식생활착으로 이어지는 계기가 될 수 있음을 확인할 수 있었다. 그리고 설계홍수량 규모에서 구하도와 과거 사주가 재현되었는데, 이는 지역주민을 통해 입증되었다. 또한 천연기념물인 만송정 주변의 모래둔덕의 형성과정이 입증되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.883-888
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• 2007

일반적인 하천의 흐름방향으로 발생하는 주흐름(primary flow)에 중첩하여 주흐름 방향의 수직단면에 이차류(secondary flow)가 발생하게 되며 이러한 이차류의 발달은 투입된 오염물질의 횡혼합을 증대시킨다. 오염물질의 혼합은 이송(advection)과 확산(diffusion) 또는 분산(dispersion)의 과정으로 설명되며 본 연구에서는 수로전체의 혼합과정을 설명하기 위해서 이송 확산 방정식을 적용하였다. 본 연구에서는 실험수조를 $150^{\circ}$의 중심각을 갖는 S자 형태의 만곡수로를 제작하여 유량조건은 15, 30, $60\;{\ell}l/sec$의 세 가지 경우로, 수심은 15, 20, 30, 40 cm의 경우로 총 12 케이스의 실험을 수행하였다. 유속장의 측정은 Sontek사의 3차원 micro-ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)를 이용하였다. 오염물질 확산실험은 소금물 용액에 주변수와의 밀도차를 없애기 위해서 메탄올 용액을 첨가하여 추적자로 이용하여 농도장의 분석을 일본 KENEK사의 전기전도도계(conductivity meter)와 Gartner사의 DAS(data acquisition system)를 이용하여 횡방향 유속장의 분포와 오염운의 거동을 비교하여 다음과 같은 결론을 얻게 되었다. 주 흐름은 직선구간에서는 중앙에서 최대 유속을 나타내며, 좌우대칭적인 유속분포의 모습을 보이고, 만곡부에서는 수로안쪽을 따라 최대유속이 발생하였다. 수로의 직선구간에서는 최대유속이 발생하는 즉, 중앙에서의 오염물질의 분산이 가장 활발하게 이뤄졌으며 농도의 퍼짐형상인 오염운 역시 만곡부에서는 수로만곡부의 안쪽을 따라 확산 이동함을 알 수 있었다. 만곡부 외측에서는 오염물질의 정체현상이 일시적으로 발생하며, 유속구조의 횡방향 비대칭구조로 인한 종 횡방향의 분리현상이 발생하고, 오염운의 중첩현상이 종방향으로 연속되게 나타난다. 향후 수심방향 거동을 포함한 3차원적 분석이 요구되며 이 연구결과는 2차원적 수치해석의 적용 및 분석 자료로써 이용이 가능하다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.12
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• pp.979-991
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• 2004

In this study, RMA2 and RMA4, the 2-D depth-averaged models, were employed to simulate the two-dimensional mixing characteristics of the pollutants in the natural streams. The velocity and depth were first calculated using RMA2, 2-D hydrodynamic model, and then the resulting flow field was inputted to RMA4, 2-D water quality model, to compute the concentration field. RMA models were verified using the velocity and concentration data measured in S-curved meandering channel. The results showed that the RMA2 model simulated well the phenomenon that the maximum velocity line is located at the Inner bank of meandering channel, and the RMA4 model was well adapted to reproduce the general mixing behavior and the separation of tracer clouds. Comparing model simulations with measured data in the field experiments, RMA2 model simulated well general flow field and tendency that the maximum velocity line skewed toward the outer bank which were found in field experiments. The simulations of RMA4 model showed that the center of the tracer cloud tends to follow the path in which the maximum velocity occurs. In this study, the dispersion coefficients are fine-tuned based on the measured coefficients calculated using field concentration data, and the results show reasonable agreement with predictive equations.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.2B
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• pp.161-170
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• 2006

A tracer test technique using a radioisotope was proposed to investigate pollutant mixing characteristics in rivers. The main advantages of radioisotope as a tracer in field tests are that it can be detected easily, and that its detection range is quite large. Also, using the radioisotope, the amount sorbed by the bed material and the biota may be a minimum. Field tracer tests were conducted at seven different sites in natural rivers with various meandering pattern. Based on the acquired data, the behavior of the tracer cloud in the intermediate-field was examined two-dimensionally, and dispersion coefficients were calculated using several evaluation methods. Results revealed that the tracer cloud was transported skewed to the outer bank and dispersion coefficients in bends were larger than those in straight reaches.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.406-410
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• 2016

하도 식생은 흐름 및 유사의 거동에 영향을 미치며, 하도의 지형변화를 일으킨다. 또한 하천에서 생태계 서식처 형성을 하는데 영향을 주며 하천경관을 향상시킨다. 그러나 홍수시에 흐름의 저항을 증가시키고 수위를 상승하여 하천범람을 일으킨다. 따라서 홍수에 안전하고 하천 경관을 유지하면서 하천환경과 조화를 이루는 하도 식생관리 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 실내실험을 통하여 유량의 변화에 따른 식생대에서 퇴적과정과 하도의 변화 과정을 분석하였다. 실내실험은 길이가 10 m이고, 수로 폭이 0.6 m인 가변형 경사수로에서 수행하였다. 식생패치는 폭이 0.28 m, 길이 1.0 m로 2.0m 간격으로 교대로 3개 설치하였다. 식생패치는 지름이 5 mm이고, 길이는 0.25 cm인 아크릴봉을 이용하여 제작되었으며, 식생 밀도는 $1.76m^{-1}$이었다. 흐름은 식생이 없는 주수로에 집중되었고, 식생대와 주수로 사이에 와류가 형성되면서 하상이 세굴되었다. 식생대에서는 흐름이 감소되면서 유사가 퇴적되었다. 식생대를 따라 교호사주가 형성되었으며, 사행이 형성되었다. 유량이 증가하면서 식생대에서 퇴적 면적은 증가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2046-2050
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• 2008

현재까지 우리나라에서 주로 사용되고 있는 2차원 흐름 해석 모형은 미연방 도로국(U.S. Federal Highway Administration)과 연계하여 Brigham Young University에서 개발된 SMS(Surface-Water Modeling System)모형이다. SMS모형 중 이송 확산 모형으로는 RMA-4가 포함되나 이 모형은 최신 수치기법을 반영하지 못하는 등의 문제점들로 인해 실제 물리적 현상을 모의에 있어서 한계를 가지고 있다. 따라서 물리적 현상에 대한 적절한 모의를 위해 여러 개선과정을 거쳐 RAM4가 개발되었다. 본 연구를 위해 점적분 유사량 측정기(P-61)와 대하천 유속계를 사용하여 대상구간의 SS자료 및 유속의 2차원적 분포를 취득하였고, SMS의 Pre-processing 기능을 이용하여 유한요소망을 구성하였다. 구성된 유한요소망과 흐름모형인 RMA-2를 사용하여 대상구간의 유속장을 모의하였다. 이때 모의된 유속장과 현장에서 취득한 유속분포를 비교하여 RMA-2를 검증하였고, SS자료와 RAM4로 모의된 농도장을 비교하여 RAM4를 검증하였다. 검증된 두 모형을 바탕으로 대상 구간에서 다량의 점오염원이 투입되는 가상의 시나리오를 선정 및 적용하여 오염물 이송 및 확산 거동에 대해 살펴보았다. 본 연구의 대상 하천은 형산강으로써, 유역 내에 경주시와 포항시가 위치하고 이 두 도시를 잇는 산업도로가 형산강 본류 위를 지나고, 또한 두 도시를 관류하고 있어 다른 국가하천과 마찬가지로 지속적이고 안정적인 수질관리가 필요한 하천이다, 모의구간은 형산강 본류 중 No. 68(안강 수위관측소 상류 약 350 m)에서 No. 48(부조 수위관측소 하류 약 200 m)까지로서, 약 4.3 km 구간을 모의 하였다. 모의구간 시점에서 약 0.35 km 지점에 산업도로의 일부분인 강동대교, 0.98 km 지점에 왕신천 유입, 1.35 km 지점에 수중보, 1.8 km 지점에 국당1교, 3.2 km 지점에 국당2교가 위치하며 구간 내에는 만곡 및 사행, 특히 수중보 전 후로 사주가 발달해있어 2차원 흐름 및 이송확산 모의에 적합하다고 판단되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2008.02a
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• pp.791-794
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• 2008

The transport and dispersion of pollutants in natural river is a principal issue in intake station management. To study the pollutant transport in natural rivers, the effect of meandering and confluence of tributary on mixing process have to analyzed. The objective of this study is to simulate the mixing and transport of pollutants for operating water gate of Nakdong Estuary Barrage around the intake station. Mulgeum intake station being used as drinking water sources for Pusan. The flow around the intake station is influenced by operating water gate of Nakdong Estuary Barrage which is located downstream. The water gate system includes ten individual gates. The minor gate is usually opened according to elevation of the sea. When the river flow increases, the main water gate is opened. Daepo stream, tributary of the Nakdong river, is on opposite side of the intake station. The pollutants from Daepo stream often flows into the intake station acoording to the flow pattern. In this study, based on this simulation results, proper water gate operation which can minimize negative impact will be provided.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.7
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• pp.455-465
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• 2017

Understanding of the two-dimensional velocity field is crucial in terms of analyzing various hydrodynamic and fluvial processes in the riverine environments. Until recently, many numerical models have played major roles of providing such velocity field instead of in-situ flow measurements, because there were limitations in instruments and methodologies suitable for efficiently measuring in the broad range of river reaches. In the last decades, however, the advent of modernized instrumentations started to revolutionize the flow measurements. Among others, acoustic Doppler current profilers (ADCPs) became very promising especially for accurately assessing streamflow discharge, and they are also able to provide the detailed velocity field very efficiently. Thus it became possible to capture the velocity field only with field observations. Since most of ADCPs measurements have been mostly conducted in the cross-sectional lines despite their capabilities, it is still required to apply appropriate interpolation methods to obtain dense velocity field as likely as results from numerical simulations. However, anisotropic nature of the meandering river channel could have brought in the difficulties for applying simple spatial interpolation methods for handling dynamic flow velocity vector, since the flow direction continuously changes over the curvature of the channel shape. Without considering anisotropic characteristics in terms of the meandering, therefore, conventional interpolation methods such as IDW and Kriging possibly lead to erroneous results, when they dealt with velocity vectors in the meandering channel. Based on the consecutive ADCP cross-sectional measurements in the meandering river channel. For this purpose, the geographic coordinate with the measured ADCP velocity was converted from the conventional Cartesian coordinate (x, y) to a curvilinear coordinate (s, n). The results from application of A-VIM showed significant improvement in accuracy as much as 41.5% in RMSE.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.110-110
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• 2015

하천 복원을 위해서는 자연 상태에서의 복원 대상 하천의 거동에 대한 지형학적 정보가 필요하다. 하지만, 국내 하천은 대부분 개수되어 있고, 참조하천으로 활용할만한 하천 역시 찾기가 어려운 실정이다. 이에 대상 하천의 과거 자연 상태에서의 자료와 현재 자료를 병용함으로써 지형학적 분석에 필요한 정보를 얻는 방법을 제시하였으며, 미호천과 내성천을 대상으로 분석을 실시하였다. 분석은 강턱하폭, 강턱유량과 하도 패턴(channel pattern), 그리고 하천의 유형과 관계된 지배적인 프로세스에 초점을 맞추었다. 분석 결과 강턱하폭은 강턱유량에 비례하여 증가하였으며, 그 경향성은 기존의 연구 결과와 대체로 일치하였다. 강턱유량과 하도경사간의 관계를 분석한 결과 미호천은 사행하천과 망상하천의 특성을 나타내는 반면, 내성천은 대부분의 구간에서 망상하천 특성을 보이는 것으로 나타났다. 하도경사와 하폭수심비 관계를 이용하여 지배적인 프로세스를 분석한 결과 미호천은 사구-연흔의 특성을 나타내고 있으나 내성천은 하류에서는 망상하천 특성이 지배적인 반면, 상류에서는 여울-소 내지는 평하상 특성이 지배적인 것으로 나타났다. 현재와 자연상태로 판단되는 과거 시점의 자료를 병용하여 분석한 결과들은 정비된 하천의 자료를 이용한 분석 결과에 비해 합리적인 것으로 나타났다.