• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.1
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• pp.1-13
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• 2020

The most common approach for computing engineering flow problems at high Reynolds number is still the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) computations based on turbulence models with wall functions. The recently developed generalized wall functions blending between the wall-limiting viscous and the outer logarithmic relations ensure a smooth transition of flow quantities across two regions. The performances and convergence properties of widely used turbulence models with wall functions that are applicable for turbulence kinetic energy (TKE), turbulent and specific dissipation rates, and eddy viscosity are presented through a series of near wall flow simulations. The present results show that RNG k-𝜖 model should be carefully applied with small tolerance to get the stable solution when the first grid lies in the buffer layer. The standard k-𝜖 and RNG k-𝜖 models are not sensitive to the selection of wall functions for both TKE and eddy viscosity, while the k-ω SST model should be applied together with kL-wall function for TKE and nutUB-wall functions for eddy viscosity to ensure accurate and stable boundary conditions. The applications to a backward-facing step flow at Re=155,000 reveal that the reattachment length is reasonably well predicted on appropriately refined mesh by all turbulence models, except the standard k-𝜖 model which about 13% underestimates the reattachment length regardless of the grid refinement.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.1
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• pp.61-72
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• 2016

In Korea, the aquifers at the coastal areas are mostly shallow alluvial unconfined aquifers. To simulate the flow and dispersion in unconfined aquifer, a FDM model has been developed to solve the nonlinear Boussinesq equation. Related analysis and verification have been executed. The iteration method is used to solve the nonlinearity, and the model shows 3-D shape because it is a 2-D y model that consider the undulation of water table and bottom. For the verification of the model, the output of flow module is compared to the 1-D analytic solution of Lee (1989) which have the drawdown or uplift boundary condition, and the two results show almost the same value. and the mass balance of dispersion module shows about 10% error. The developed model can be used for the analysis and design of the flow and dispersion in the unconfined aquifers. The model has been applied to the estuary area of Ssangcheon watershed, and the parameters have been deduced as a result : hydraulic conductivity is 90 m/day, and longitudinal dispersivity is 15 m. And the analysis with these parameters shows that the wells are situated in the influence circle of each others except for No. 7 well. Groundwater discharge to sea is $3700m^3/day$. And the chlorine ion ($cl^-$) concentration at the pumping wells increase at least 1000 mg/L if groundwater dam is not exist, so the groundwater dam plays an important role for the prevention of sea water intrusion.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.19 no.6
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• pp.557-564
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• 2007

The effect of wave and current interactions on regular wave transformation over a submerged elliptic shoal is investigated based on numerical simulations of the Vincent and Briggs experiment [Vincent, C.L., Briggs, M.J., 1989. Refraction-diffraction of irregular waves over a mound. Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, 115(2), pp. 269-284]. The numerical simulations are conducted by constituting two numerical model systems: a combination of SWAN(a wave model) plus SHORECIRC(a current model) and a combination of REF/DIF 1(a wave model) plus SHORECIRC. A time dependent phase-resolving wave-current model, FUNWAVE, is also utilized to simulate the experiment. In the simulations, the breaking-induced currents defocus waves behind the shoal and bring on a wave shadow zone that shows relatively low wave height distributions. The computed results of the two model systems agree better with the measurements than the computed results obtained by neglecting wave-current interaction do. However, it is found that the radiation stresses for standing waves are misevaluated in the wave models. In addition, the results of FUNWAVE show very good agreement with the measurements. The agreement indicates that it is necessary to take into account the effect of breaking-induced current on wave refraction when wave-breaking occurs over a submerged shoal.

• Journal of the Korean Geographical Society
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• v.46 no.6
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• pp.673-692
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• 2011

Advances in computer technology have enabled us to develop and use numerical landscape evolution models (NLEMs) for exploring the dynamics of geomorphic system from a variety of viewpoints which previously could have not been taken. However, as of yet there have been no trials using or developing NLEMs in Korea. The purpose of this research is to develop a 2 dimensional NLEM on a geological time scale and evaluate its usefulness. The newly developed NLEM (ND-NLEM) treats bedrock weathering as one of the major geomorphic processes and attempts to simulate the thickness of soil. As such it is possible to model the weathering-limited as well as the transport-limited environment on hillslopes. Moreover the ND-NLEM includes not only slow and continuous mass transport like soil creep, but also rapid and discrete mass transport like landslides. Bedrock incision is simulated in the ND-NLEM where fluvial transport capacity is large enough to move all channel bed loads, such that ND-NLEM can model the detachment-limited environment. Furthermore the ND-NLEM adopts the D-infinity algorithm when routing flows in the model domain, so it reduces distortion due to the use of the steepest descent slope flow direction algorithm. In the experiments to evaluate the usefulness of the ND-NLEM, characteristics of the channel network observed from the model results were similar to those of the case study area for comparison, and the hypsometry curve log during the experiment showed rational evidence of landscape evolution. Therefore, the ND-NLEM is shown to be useful for simulating landscape evolution on a geological time scale.

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.20 no.2
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• pp.247-258
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• 2014

To evaluate the influence of the external force components on the littoral currents in the Gusipo beach, Jeonbuk, West Coast of Korea where a wide tidal sand flat developed, a coupled hydrodynamic model considered real time tidal currents and wave-induced currents was constructed in which the EFDC for tides and tidal currents, the SWAN for waves and the SHORECIRC for wave-induced currents were used as the hindcasting models. A series of field observations for tides, tidal currents and incident waves were carried out and especially to observe the littoral currents in the tidal sand flat, the GPS mounted and light weight drogues were used. Also wind data were collected from the adjacent weather station. To analyze the littoral current components, the numerical drogue tracking results considered real time winds, tides and waves were compared with the field drogue data. The drift speed of numerical drogues was reproduced as the range of 68.0~105.2% compared with the field data and the velocity error of main direction component showed a good result as -16.7~10.0%. As a result, in the mild slope tidal flat including wide surf zone, the tides and winds were the major affection component of the littoral currents, on the other hand, the wave-induced currents seemed the minor component when the incident wave heights were relatively small.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.234-234
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• 2022

도로에서의 우수를 원활하게 처리하기 위해서 빗물받이 및 연결관 등의 노면 배수시설이 설치되고 있으며, 노면 배수는 측구부를 통해 흘러 빗물받이 유입부로 차집되고 연결관을 통해 하수관거로 배수된다. 그러나 최근 국내 기상패턴의 변화로 국지성 집중호우와 같이 시간당 강우량 증가로 도로부와 저지대에서 배수시설의 배수불량에 따른 도심지 내수침수 피해가 발생하고 있다. 이에 정부에서는 다양한 우수관거 개선사업, 빗물펌프장, 지하저류조와 같은 방재시설을 설치하고 있으나 우수유출저감시설은 대규모 예산이 소요되고 실제 침수지역에 피해 저감효과에 대한 효용성 문제에 대한 제기뿐만 아니라 과밀화된 도심지에서는 지하공간 활용에 한계가 있는 실정이므로 도심지의 다양한 공간을 활용한 도시 배수 및 저류시설에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 유휴 공간인 도로 측구부 공간을 활용하여 도로 노면수를 저류 및 지체할 수 있는 노면수 측구 저류시설의 개념을 제시하고 측구저류조의 활용성을 판단하기 위하여 빗물받이 유입구, 빗물받이, 측구 저류조 및 빗물받이와 측구저류조 연결부에서의 노면수 유입, 유출 및 저류 등의 다양한 흐름 변화를 확인하기 위하여 Fluent 모형의 적용성을 분석하였다. 수치모의 전체 형상은 50x50cm 크기의 빗물받이를 기준으로 양쪽에 2m 길이의 측구 저류조를 원형관으로 연결하여 1/5 축소모형으로 구성하고 격자는 빗물받이 유입부, 빗물받이 및 측구 저류조 내부의 복잡한 3차원 흐름을 모의하기 위해 사면체와 육면체로 조밀하게 생성하였다. 다상유동해석을 위해 VOF(Volume of Fluid)방법을 적용하였고, 수치해석 방법으로는 비정상류, 난류 모형으로는 SST k-ω모형을 적용하였다. 수치모의 조건으로는 설계빈도별(5~30년) 우수유출량을 산정하여 유입 유량별 기존 빗물받이 유입부에서의 유입흐름, 빗물받이 내부에서의 와 발생흐름, 측구 저류조 및 연결관에서의 흐름을 구현하여 분석하였다. 수치모의 결과 빗물받이 유입부에서 연결관을 통한 측구 저류조로 유입되는 유입흐름과 빗물받이 하단부의 배수관을 통해 유출되는 흐름을 정상적으로 구현하였으며, 빗물받이 유입부 및 측구 저류조 연결관에서의 유속변화도 확인할 수 있었다. 또한 빗물받이와 측구 저류조에서 다양한 흐름을 구현하기 위한 Flunet 모형의 적용성을 검토하였으며, 향후 수리실험을 통하여 실제 흐름과의 매개변수 최적화 및 다양한 도로 조건의 변화를 고려한 수치모의 분석을 통하여 지속적인 모형의 검증이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.279-283
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• 2018

하천의 조도계수는 흐름에 대한 하도의 저항 정도를 표시하는 지표로서, 하천의 다양한 수리 계산을 실시할 때 가장 중요한 기본 자료 중 하나이다. 이러한 조도계수는 하도의 형상, 하상 재료, 유량의 크기 등에 의해 영향을 받는다. 본 연구에서는 하천의 유량 규모에 따른 조도계수의 변화 정도를 수리 실험과 수치 모의를 통해 간접적으로 검토하였다. 유량 조건별 수리 실험은 한국건설기술연구원의 하천실험센터 내 직선 수로에서 수행하였고, 수치 모의는 HEC-RAS를 이용하였다. 유량 조건은 하천실험센터의 펌프 가동의 정도를 고려하여 5개로 구분하였고, 각각의 유량 조건에 대하여 유량을 실측하였다. 실측에 따른 유량의 규모는 $0.23{\sim}1.91m^3/s$로 나타났다. 각각의 유량 조건에 대하여 수치 모의의 검증을 위해 6개 지점에서 수위표와 초음파 수위계를 이용하여 수위를 계측하였고, 이 가운데 최하류 지점의 수위는 HEC-RAS 모형의 하류단 경계조건으로 이용하였다. 실험 하도 구간의 총 연장은 372 m 이고, 횡단구조물이 없는 지점을 제외하면 대부분 20 m 간격으로 총 21개의 하천 단면을 입력하여 HEC-RAS를 구성하였다. 각각의 유량 조건에 대한 수치 모의 모형은 5개 수위 계측 지점의 수위 오차가 최소화되도록 조도계수를 변화시켜 보정되었다. 그 결과, 각각의 유량 조건에 대한 수치 모의 결과의 평균 오차는 0.01~0.02 m로 계산치와 관측치가 매우 근사하였다. 결정된 조도계수는 0.041~0.075의 범위를 가지는 것으로 분석되었고, 유량의 증가에 따라 큰 폭으로 감소하다가 특정한 값에 수렴하는 것으로 검토되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.199-199
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• 2011

유량을 측정하는 수로 중 가장 많이 사용되고 있는 유량 계측 수공구조물은 위어와 파샬플륨이다. 하지만 위어는 직상류부분에 유사가 퇴적되는 단점을 가진 반면, 파샬플륨의 경우 부유사의 침전이 일어나지 않는 장점이 있다. 또한 파샬플륨의 손실수두는 위어의 약 25%에 불과하므로 파샬플륨이 계측수로로써 위어보다 상대적으로 유리하다. 현재 파샬플륨 내 흐름 특성에 관한 연구는 많이 이루어져 있으나 구조물 하류구간에서 발생하는 세굴에 관한 연구는 다소 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 유랑을 측정하는 계측 수공구조물인 파샬플륨의 하류구간 세굴을 수치모의를 통해 검토한 후 이를 바탕으로 물받이 길이를 산정하였다. 수치모의의 적정성 평가를 위해 국제표준화기구(ISO)에서 제시한 ISO No.1에 대해 세굴에 관한 수리모형실험을 실시한 후 수치모의와 비교한 결과 세굴 경향성이 유사하게 나타났다. 파샬플륨 규모별로 하류구간 세굴을 수치모의 한 결과 세굴 경향은 흐름에 따라 크게 4단계로 나뉘었다. 각 단계별로 도수의 위치가 다르며, 이로인하여 세굴 경향이 바뀌는 것으로 나타났다. 특히 도수의 발생 위치가 파샬플륨 내부에서 하류로 이동하면서 세굴심과 세굴 거리가 점차 증가하는 경향을 보였다. 따라서 도수의 발생 위치가 옮겨지기 전 최대 세굴심과 세굴 거리를 이용하여 물받이 길이를 결정하였으며, 도수의 발생 위치를 물받이 위치에 고정시키기 위하여 물받이 형상을 정수지형 물받이로 결정하였다. 산정된 물받이 길이 및 형상의 적정성을 검증하기 위하여 물받이를 ISO No.1에 적용한 후 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 최대 세굴심은 설치전에 비하여 27.3% 감소하였으며 이에 따라 제시된 물받이는 적정하다고 판단된다. 추후 세굴에 관한 수리모형실험과 수치모의의 결과 비교시 최대세굴심 구간을 제외한 부분의 차이발생의 원인과 다른 형상의 물받이에 관하여 연구를 수행한다면 파샬플륨을 설계시 참고자료로 활용될 수 있을 것이며, 세굴로 인한 파샬플륨의 손상을 방지하는데 기여할 것이라고 기대된다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.22 no.1
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• pp.47-57
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• 2010

Subgrid scale stabilization method is applied to Woo and Liu(2004)'s extended Boussinesq FEM numerical model to eliminate the 2dx wiggles. In order to optimize the computational efficiency, Hessian operator is introduced and the matrix of velocity vector is combined to one matrix for solving matrix equations. The mass lumping technique is also applied to the matrix equations of auxiliary variables. The newly developed code is applied to simulate Vincent and Briggs(1989)' wave transformation experiments and the results show that the numerical solution is almost wiggle-free and it matches very well with experimental data. Due to improvement of computational efficiency and wiggle reduction, it is plausible to apply this model to a realistic problem such as harbor oscillation problems.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.341-341
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• 2016

2차류는 주흐름 방향 유속에 비하여 작지만 유속을 재분포 시켜 흐름의 교란을 발생시키는 매우 중요한 인자이다(Woo, 2001). 2차류는 만곡부, 합류부, 분류부에서 흐름분리와 함께 나타나는 흐름특성 중 하나이지만 각 지점별로 2차류의 분포는 서로 상이하다. 하지만 국내에서는 만곡부에서의 2차류에 대한 영향에 대해서만 주로 연구가 이루어졌으며, 합류부와 분류부에 대해서는 연구가 아직 체계적으로 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 합류부와 분류부에서 2차류 영향을 고려한 2차원 수치모형을 적용하여 흐름특성 변화를 수치모의 하였다. 2차류 흐름을 고려한 수치모의를 위해 TELEMAC-2D 수치모형을 이용하였으며, 2차류의 영향을 고려하지 않고 계산한 SUPG기법을 적용한 모의결과에 대하여 Bernard and Schneider(1992)가 제안한 경험계수를 적용 후 그 결과를 실험결과와 비교분석하였다. 합류부(confluence)에서는 본류와 지류의 유량비가 증가할수록 흐름분리구역 길이와 최대폭이 증가하지만, 분류부(Bifurcation)에서는 분류수로 유량비가 증가할수록 흐름분리구역 길이와 최대폭이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 2차류를 제외한 수치모의에서 실내시험에서 제시한 분류유량비와 수심 및 유속분포를 동시에 충족시키기 어렵다. 반면 2차류 영향을 고려시 분기수로내 통수능을 감소시키는 흐름분리구역과 2차류의 상호작용에 의한 흐름정체효과로 분류유량비가 감소하였으며, 2차류 영향을 고려하여 모의한 결과 분류부 수치모의의 안정성과 정확성을 향상되었다. 하지만 본 모형에서 적용한 2차류 흐름관련 매개변수는 흐름특성에 따라 시행착오법에 따라 산출해야 하는 특성 때문에 향후에 추가적인 연구가 필요하다.