• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.140-140
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• 2018

다수의 자연 하천은 사행의 형태를 가지고 있으며 자연 상태에서의 직선 하천 형태는 비율이 20% 이하이다. 이러한 하천의 사행 형상으로 인하여 편수위 발달, 횡방향 압력의 불균형, 그리고 수심차에 의한 원심력이 발생하여 이차류 흐름이 발생된다. 정확한 이차류 구현을 위해서는 3차원 모형을 사용하는 것이 바람직하나, 3차원 모형의 격자 구성과 사용에서는 상당한 시간 및 노력이 요구되기 때문에 수심적분 2차원 모형을 사용하면서도 이차류의 영향을 구현하기 위한 연구들이 이루어졌다. 본 연구에서는 이러한 이차류의 영향을 2차원 모형으로 구현하고자 하였으며 이를 위해 이차류 연직 분포에 대한 기존 연구를 검토하여 새로운 이차류 공식을 개발하였다. 그리고 한국건설기술연구원 하천실험센터의 실규모 실험을 통해서 이차류 공식에 사용되는 계수를 보정하였다. 이처럼 개발된 식은 이차원 수리해석 모형인 HDM-2D에 적용되었다. HDM-2D는 수심 적분된 2차원 운동량 방정식을 지배방정식으로 사용하는 수리해석모형으로서, 이차류의 영향을 반영하기 위하여 개발한 황방향 유속의 연직분포식을 분산 응력항에 대입하여 이차류에 의한 전단 효과를 구현하였다. HDM-2D 흐름 모의 수행 결과와 하천실험센터 실험결과와 비교하여 이차류 효과가 주 흐름 유속의 분포에 미치는 영향을 확인하였다. 분석 결과, 모의 결과는 실험에서 발생하는 유속의 주 흐름 분포가 바깥쪽으로 편중되는 현상을 적절하게 재현함을 알 수 있었다. 모의 결과를 통해 HDM-2D 모형이 이러한 이차류 영향을 구현할 수 있음을 확인하였으며, 사행수로에서 주 흐름분포의 재분배는 하천 환경에서 유사 이동 및 오염물 이동에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.28 no.5B
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• pp.547-558
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• 2008

With the advent of super cargo ship due to the explosive increase in the amount of cargo shipped via seas, some mega ports are under construction in South Korea, to accommodate the super cargo ship, and some of them already enter their final phase. To sustain the harbor tranquility, mega ports usually comprise huge vertical type breakwaters which are intrinsically vulnerable to the attack of long waves. In this rationale, we present the chamber type breakwater with a circular curtain wall - Eco-breaker 2, to alleviate the reflection of long waves and numerically investigate the hydraulic characteristics of Eco-breaker 2. As a wave driver, we use the Navier-Stokes eq., the most robust wave driver, using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) and LES (Large Eddy Simulation). For the verification of numerical results, we also carried out hydraulic model test. It is shown that Eco-breaker 2 can effectively alleviate the reflection of long waves with its inherited large organized eddies encompassing the water chamber and some region off the curtain wall of varying size. It is also shown that the scope and strength of large organized eddies strongly depends on the incident wave period, and the reflection coefficient can be lowered to 0.18 by tuning the size of water chamber such that resident time at the chamber is just short of the half period of incident waves. Based on these results, we present the specification of Eco-breaker 2 to boost its use on the development of water environment friendly harbor worldwide.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.271-271
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• 2019

하천에서의 식생은 하천의 조도 및 흐름특성을 변화시키는 요인 중 하나로서 하천 내의 식생밀도 변화로 인하여 발생한 하상변동은 장기적으로 하천내의 하중도가 발생하거나, 식생으로 인해한 방향으로 편중된 흐름으로 인하여 제내지 방향으로의 하천 침식이 발생하고, 이에 따라 구조물의 안정성에 영향을 미치는 등 하천의 중 장기 계획 시 고려해야할 중요한 요인이다. 이에 따라 식생 모형을 이용한 다양한 흐름특성 분석 실험들이 수행되었으나, 대부분의 연구에서는 식생을 단순화하여 모형으로 사용하였기 때문에 실제 식생에 대한 영향성을 보기에는 한계가 존재한다. 건설기술연구원의 하천실증연구센터에서는 이러한 식생의 영향을 분석하기 위하여 네덜란드의 Deltares, 핀란드의 Aalto 대학 등과 함께 다년간 국제공동연구를 수행하였으며, 금번 소개하는 실험에서는 식생밀도에 따른 흐름변화, 하상변동 및 환경 변화 등의 검토를 목적으로 하였다. 실험은 총 2가지 유량 조건에 대하여 수행되었으며, 실험 중 흐름의 안정화를 확인하기 위하여, 유출수조에는 6개의 압력식 수위계를 설치하여 실험기간동안 유출수조에서의 수심변화를 측정하였고, 하도에는 실험구간 상 하류에 SonTek의 SL-1500 및 SL-3000을 이용하여 지속적으로 수심을 측정하고, 이 외에도 하류단에 2개의 압력식 수위 측정장비를 설치하여 수심을 모니터링하였다. 실험에 사용된 식생은 높이 약 1.5m의 2가지 밀도로 폭 2m, 길이 4m의 규모로 설치하였고, 광파기와 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 실험 전 후의 식생 주변 및 전 실험구간의 하상을 측량하였다. 흐름특성 분석을 위한 수리 측정은 Nortek사의 Vectrino를 이용하여 측정하였고, 총 24개 측선에 대하여 각 측선별 5 ~ 10개의 유속자료를 측정하였으며, 각 측점별로 90초간 자료를 수집하였다. 흐름특성 분석에 사용된 유속자료는 이상치를 제거한 후 수행되었으며, 이상치의 제거는 표준편차의 3배 이상의 편차를 갖거나, 측정자료의 자기상관도가 70% 이하인 값들은 제거한 후 분석을 수행하였다. 흐름 분석을 위한 측정자료를 이 외에도 캠코더를 이용한 표면유속영상 측정기법과 ADCP를 이용한 측정도 병행하였으나, 본 연구에서는 Vectrino로 측정된 결과만을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.77-77
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• 2018

한국 건설기술연구원의 하천실증연구센터는 기존에 불가능했던 준 실규모 하천실험, 생태실험, 치수분야 대형 모형실험 및 하천관련 기준수립을 위한 치수분야 수요와 하천 구조물의 품질성능평가 등을 목적으로 설립된 대규모 하천실증연구센터이다. 안동 하천실증연구센터는 총면적 $193,051m^2$의 부지에 하천의 일반적인 형상을 갖고 있는 완경사, 급경사, 만곡수로가 있으며, 수리량 측정 실험을 위한 초음파 유속계, 프로펠러 유속계, 전자식 유속계 등의 유속 측정 장비를 보유하고 있고, Total Station, Lidar, RTK-GPS 등 지형 측량에 사용할 수 있는 장비들도 보유하고 있어, 하천관련 실험을 수행하기에 충분한 여건을 보유하고 있다. 하천실증연구센터는 2013년부터 내 외부활용에서 활용할 수 있도록 지원을 수행하였으며, 총 118건의 하천 수리 및 생태분야, 지반분야 등 다양한 토목분야의 연구자들이 하천실증연구센터를 방문하여 실험을 수행하였고, 국내 기관 및 대학뿐만 아니라 미국의 Iowa 대학, Idaho 대학, USGS, 네덜란드 Deltares, 프랑스 Irstea 등 외국의 대학 및 기관에서도 방문하여 실험 및 공동연구를 수행하였다. 안동 하천실증연구센터의 활용 범위와 활용 건수가 지속적으로 증가함에 따라 자체적인 검토 및 외부의 의견에 따라 센터의 실험시설에 대한 개선이 필요한 사항이 발생하게 되었다. 하천실증연구센터의 수로는 기존의 지반위에 성토를 하여 인공적으로 건설하였기 때문에 일반적인 실내의 실험수로와는 다르게 하상에서의 침투가 발생하며, 이에 따라 하류방향으로 흐름이 진행될수록 유량의 변동이 발생하게 된다. 이에 따라 침투로 인해 발생하는 유량의 변동이 하도 유량 공급의 안정화에 미치는 영향에 대한 신뢰성 검증의 필요성이 필요하다고 판단되어 펌프에서의 유량 공급 및 하도내에서의 유량 안정화에 대한 검증 실험을 수행하고자 한다. 유량 공급에 대한 검증 실험은 크게 두 단계로 구성하였다. 첫 번째 단계는 펌프의 유량 공급에 대한 검증실험을 수행하고, 두 번째 단계에서는 동일한 조건내에서 하류의 지하수 수심, 공급수조의 수심, 하도내의 수심과 ADV 및 ADCP로 측정된 유량과의 관계를 통해 하도내의 유량이 얼마나 일정하게 공급되고, 하류방향으로 갈수록 유량 손실의 경향에 대한 실험을 계획하였으며, 전체적인 실험은 장기적으로 각 수로에 대하여 수행하는 것을 목표로 하였으며, 본 실험단계에서는 완경사 수로를 대상으로 하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.6
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• pp.1753-1764
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• 2014

Numerical flow simulation models in the riverine environments have been widely utilized for analyzing flow dynamics in various degrees in researches and practical applications. However, most of the simulated results have been validated based on the data from indoor experimental models or very limited in-situ measurements. Therefore, it has been required to more accurately validate the performance of the numerical models in terms of the detailed field observations. In particular, it was also hard to validate the performances of the existing numerical models in the real meandered river channels that encompass more sophisticated flow and geometric structures. Recently, advancements of the modern flow measuring instrumentations such as acoustic Doppler current profilers (ADCPs) enabled us to efficiently acquire the detailed flow field in the broad range of river channels, thus that it became to be possible to accurately validate any numerical models with the field observations. In this study, based on the detailed flow measurements in a actual meandered river channel using ADCP, we validated FaSTMECH model in iRIC in terms of water surface elevation, which is relatively new but began to get highlighted in the research areas. As the validation site, a meandering channel in River Experiment Center of KICT was chosen, which has 6.5 m of width, 0.38m of flow depth, 1.54 m3/s of flow discharge, 0.61 m/s of mean flow velocity, and 1.2 of sinuosity. As results, whereas the FaSTMECH precisely simulated water surface elevation, simulated velocity field in the bend did not match well with ADCP dataset.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.28 no.1B
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• pp.11-20
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• 2008

The spillway type of small and midsize dams in Korea is almost overflow weir. To examine flood control capacity of overflow spillway, FLOW-3D was applied to Daesuho dam and analysis was focused on the discharge of dam spillway by changing weir shape. Overflow phases and discharges of linear labyrinth weir and curved labyrinth weir were compared with those of existing linear ogee weir. Hydraulic model experiment was performed to verify numerical result. Verification results showed that overflow behaviors and flow characteristics in the side channel by hydraulic model experiment and numerical simulation are well matched, and water surface elevation at side wall coincides with each other. When the reservoir elevation was increased up to design flood level, in case of the linear ogee weir the flow over the crest ran through smoothly in the side channel, whereas in cases of linear labyrinth weir and curved labyrinth weirs, the flow discharge was increased by 40 cms, and the flow over the weir crest, rotating counter-clockwise, was submerged in the side channel. The results of the water level-discharge curve revealed that labyrinth weir can increase discharge by 71% compared to the discharge of linear ogee weir at low reservoir elevation since it can have longer effective length. But as water surface elevation rises, the slope of water level-discharge curve of labyrinth weir becomes milder by submergence and nappe interference in the side channel.

• 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.