• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.895-899
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• 2009

실제 하천에서는 지형적 이산화에 따른 복잡성으로 인해 마름/젖음 현상이 발생하며 그로 인해 작은 수심에서 수치해석의 안정성에 영향을 주어 해석을 불가능하게 한다. 자연수로는 저수시 및 평수시에 물을 소통시키는 주수로부와 홍수시 수위 상승에 따라 주수로부에서부터 범람하게 되는 홍수터로 구성된다. 홍수터는 홍수류의 일시적인 저장이나 하류로 흐름을 전달하는 복합수로의 부분으로 사용된다. 자연수로에서 이와같은 흐름구조는 불규칙한 단면형상, 조도계수 등에 의해서 더욱 복잡하게 나타난다. 본 연구에서는 복잡한 지형과 자연 하천구조에 대한 동역학적인 흐름특성을 해석하고 오염물질의 이송-확산 해석 및 토사이송 해석과 연계하기 위해서 개발된 RAM-2 모형에 동수역학적 해석을 실시하였다. RAM-2 모형에는 대상하도에 대한 마름/젖음의 처리를 위해 흐름의 시간별 수위상승 및 하강 속도를 고려한 Deforming Grid 기법을 적용하였으며, 이에 대한 적용성을 검토하기 위해 마름/젖음 조건을 가지는 실험수로와 홍수터를 가진 사다리꼴 단면 그리고 실제 하도에 대해 적용하여 그 결과를 살펴보았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.992-996
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• 2006

2005년부터 홍수기 유입된 탁수를 조기방류함에 있어서 안동댐과의 연계운영을 통한 탁도저감 대책이 수립되었으며, 이와 더불어 하류하천의 탁도관리 시스템 구축이 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 하류하천의 탁도관리를 지원하는 모형을 구축함으로써 안동 및 임하댐의 연계운영을 통한 하류하천 탁도관리방안을 수립하고자 한다. 기본적으로 시간적인 변동이 심한 댐 방류시나리오를 입력자료로 구성하여 탁도자료와 함께 하류하천의 영향거리를 분석하고 자연흐름에 의한 탁도저감을 평가하고자 함이 연구의 골자가 된다. 본 연구에서는 임하 및 안동댐의 호내 탁도분포를 조사하고 하류하천의 지점별 탁도를 측정함과 동시에 동적수질모형인 KoRiv1-win 모형을 사용하여 하류단 탁도를 계산할 수 있도록 구성하였으며 댐직하류 구간에 대해서는 2차원 유한요소 흐름해석 모형인 SMS모형을 사용해서 모의를 수행하였다. 2차원 및 1차원 수리해석 및 수질해석결과를 바탕으로 탁수전파 거리 및 탁도도달 시간을 산정함하고 하류단 탁도저감을 위한 저수지 연계운영에 활용할 수 있도록 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.248-252
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• 2010

홍수기 호우로 인한 피해는 대부분 하천구역에서 발생되며, 이러한 피해는 인간에게 직 간접적으로 영향을 미치게 된다. 자연 상태의 하천형상은 대부분 호우로 인한 홍수로 인해 자연스럽게 만들어지게 되며, 대부분 사행하천의 형태를 띠게 된다. 사행하천에서의 흐름의 기하학적 특성은 성장이나 사멸, 또는 두 가지 모두의 형태를 보인다. 사행하천에서의 흐름 및 유속 분포는 하천제방 보호, 주운, 취수, 그리고 유사 이동 및 퇴적 패턴과 관련하여 실용적인 관점에서 연구하여야 하는 하천수리학에서는 매우 중요한 주제이다. 그리고 사행하천은 특히 만곡부가 교호적으로 나타나는 곳에서의 흐름구조가 매우 복잡하다. 이러한 사행하천에서는 회전방향이 교호적으로 바뀌는 나선형의 흐름(2차류)이 3차원적으로 발생하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 사행하천이 많은 국내 하천특성을 고려하여, 하천 만곡부에서의 흐름특성을 분석하고자 하였으며 2차원 CCHE2D 와 3차원 FLOW3D 모형을 적용하였으며 가상 하도에 대하여 수리모형 실험의 실측치와 비교하여 모형의 정확성과 안정성을 검증하였다. 그리고 남강댐 하류에 대하여 만곡부의 흐름특성(유속 분포 및 최대유속경로, 수위분포, 2차류 거동, 편수위, 전단응력 분포 등)을 분석함으로써, 하천 만곡부에서의 수리적 특성을 보다 정확하게 제시하고자 한다. 모의 분석결과 동일 하도에 대하여 유량을 변동시킬 경우, 유량이 증가할수록 만곡부에서의 수리영향이 더욱 뚜렷해짐을 알 수 있었고 2차원 모형보다 3차원모형의 결과의 정확도가 더 높은 것으로 분석되었다. 곡률반경이 1,300~1,600 정도인 실제하천에 적용한 결과, 수위의 경우 2차원 결과가 3차원 결과보다 최대 3%정도 수위가 높은 것으로 나타났으며, 또한, 상관계수가 평균 0.91의 값을 보이고 있어 2차원모형과 3차원모형의 결과가 비교적 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 흐름 분석을 통해서 만곡부에서의 최대유속은 최정점(apex)에서 보다는 오히려 최정점 이전 하도의 내측에서 발생하였으며, 정점에서의 종단유속은 감소하지만 횡단유속은 오히려 크게 증가하는 경향을 보이고 있었다. 따라서 하천설계시 사행하천의 제방 안정성 확보를 위하여 종단유속 뿐만 아니라 횡단유속 또한 고려할 필요가 있음을 확인하였다. 또한 남강댐 하류 만곡부에서의 내측 및 외측의 수위를 분석한 결과, 제방 외측의 수위가 평균수위에 비해 최대 약 37cm정도 증가하는 것으로 분석되었다. 따라서 만곡부에 대한 하천제방설계시 좌, 우안의 여유고를 일률적으로 적용하기 보다는 만곡에 따른 흐름특성을 분석하여 설계에 적용하여야 안정성 및 경제성을 동시에 확보할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1780-1783
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• 2010

최근 물부족이나 빈번한 홍수와 가뭄을 발생시키는 것으로 예측되는 기후변화에 대응하고 하천을 문화생태공간으로 회복시키기 위해 국가하천에 대한 대규모의 사업이 실시되고 있다. 따라서 하천의 효율적인 이수 및 치수 방안을 수립하고, 그 적용방안을 논의하여 보다 나은 결과를 얻기 위한 논의가 필요하다는 인식이 확산되고 있다. 본 연구에서는 2차원 수리모형인 SMS(Surface Water Modeling System)와 1차원 수리모형인 HEC-RAS를 이용하여 낙동강의 지류인 밀양강에서의 흐름 특성을 분석하였다. 밀양시에서 낙동강 하류 합류점까지의 흐름을 HEC-RAS를 이용하여 1차원 분석을 실시하고, 이를 이용하여 2차원 모형인 RMA2를 모의한 후 대상 유역의 흐름을 분석하여 수리학적 특성을 파악하고 홍수기 시 대상유역에 대한 효과적인 관리방안을 수립하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.2033-2037
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• 2009

호소내의 흐름은 중력의 영향을 받는 하천의 흐름과는 달리 열수지에 의한 밀도류 및 바람 등에 영향을 크게 받아 특유의 유동특성을 나타낸다. 본 연구에서는 EFDC(Environmental fluid Dynamics Code, 미국 버지니아 해양연구소 개발) 모델을 이용하여 호소 내 수치모의를 실시하였다. 복잡한 지형을 형성하고 있는 호수 내의 유동특성의 정밀도를 향상시키기 위해서는, 흐름특성을 고려한 grid작성이 중요하다. 본 연구에서는 1:3000, 1:5000 축척의 수치지도를 이용하여 장흥호의 하상단면 값을 추정하였으며, GIS를 이용하여 (${\Delta}x$, ${\Delta}y$)=100m로 DEM을 생성하였다. 그리고 구성된 DEM값을 이용하여 정밀도가 높은 최종 Cartesian grid(active cell=706)를 구축하였다. EFDC를 이용한 장흥호의 수치모의 결과 호수내의 흐름은 수면을 통한 열 교환에 의한 수온 밀도류를 형성하고 있으며, 수온성층의 형성과 파괴가 호수 흐름을 형성하는 큰 인자로 작용한다는 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 호에 유입되는 하천부분에서는 유입되는 수온에 따라 흐름특성이 변하며, 유입수온에 따라 호수 내 관입위치가 변하여 표면흐름, 내부흐름, 저부흐름 등의 흐름특성을 보인다 이상과 같이, 호수내의 흐름특성을 열수지, 외력에 의해서 크게 변동하며 해석대상역의 지역특성을 반영한 수리현상의 정확한 재현 없이는, 이 유동해석결과를 입력치로 하는 수질모델링 결과는 신뢰도에 심각한 문제를 발생시킨다고 할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 1989.07a
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• pp.123-132
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• 1989

자연하천에서의 흐름특성을 해석하기 위해 Boundary - fitted(BF) coordinate system을 응용하여 유한차분법에 의한 2차원모델을 개발하였다. BF coordinates는 경계면의 형상에 관계없이 적용할 수 있으며 모든 계산은 기본식의 좌표변환을 통해 직각좌표계에서 행해지므로 경계조건의 입력에 용이하다. Physical domain(X - Y 좌표계)에서 하천의 형상을 입력하면 Grid generation에 의해 모든 계산은 Computational domain($\varepsilon$ - n 좌표계)에서 행해진다. Computational domain에서의 유한차분법은 half - time step으로 ADI 방법을 이용했고, 한 방향의 유속과 수위를 Double sweep으로 풀었다. 유속, 수위 및 하상의 격점망은 Staggered grid system을 사용했으며 geometric elements는 각 격점별로 계산하였다. 본 모델을 이용하므로써 불규칙한 수로나 하천의 흐름상태를 해석할 수 있으므로 흐름의 종단, 횡단방향의 유속분포, Superelevation을 구할 수 있고 하천의 계획, 관리, 제방의 호안이나 구조물의 설치등으로 일어나는 수리학적 영향등을 예측할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.594-598
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• 2012

최근 들어 국가하천의 주요구간에 대규모 보가 설치되고 있으며 설치된 고정보와 가동보는 형식에 따라 부분적으로 상이한 기능을 나타내나 기본적으로 상류의 수위가 일정하게 유지되도록 하여 하천 내 수자원을 확보하는데 기본적인 목적이 있다. 그러나 이로 인해 치수 및 하천환경에 많은 변화가 예상되므로 발생 가능한 하천관리의 문제점을 최소화하기 위해서는 하천정비에 따른 수리학적 영향을 검토할 필요가 있다. 본 연구에서는 4가지 형식의 고정보 본체의 형식별 월류능력을 수치해석모형인 Flow-3D 모형을 이용하여 검토하여 하천에서 고정보 설계시 단면형식 결정의 기초자료로 활용할 수 있도록 하였다. 이를 위해 선정된 고정보 단면의 형상에 따라 보 하류측 사면형태 및 경사별 월류량 검토를 수행하였으며 하류관리수위가 없을 때와 있을 때의 월류량과 하류부 흐름양상을 분석하였다. 고정보 단면 형식 선정을 위한 분석결과 적용된 4가지 유형중 선행한 월류능력별 수치해석 결과에서는 월류능력, 월류수맥의 수충, 구조체의 수축 팽창에 의한 불안정성 등을 종합적으로 고려할 때 오지형이 가장 적합한 구조인 것으로 검토되었다.

• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.347-355
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• 2015

최근 활발한 하천개발을 통하여 하안에는 많은 식생도입이 주류를 이루고 있다. 통상 하안에 자생하고 있는 조밀한 식생은 수리학적 저항이 증가되고 통수능이 감소되어 수위상승을 초래한다. 본 논문에서는 수리 해석 모형을 활용하여 중소규모 3개소의 하천을 대상으로 자연 상태와 조밀한 식생 분포에 해당하는 11가지 조도계수 모델조건을 적용하여 수리특성 변화를 분석하였다. 각 하천별 전 구간에서 식생에 의하여 하천정비계획에서 분석된 수위보다 1.2~2.7m가 상승하는 것으로 분석되었다. 각 하천별로 계획된 여유고 0.6~1.2m를 감안하면 계획홍수 이상의 강우가 발생될 경우 적절한 대책수립이 필요한 것으로 분석되었다. 분석 결과에 의하면, 하천변 식생이 활착되면 하천의 규모, 하상경사에 관계없이 수리학적 흐름 특성은 매우 민감하게 변화되는 것을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.252-252
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• 2021

하천 합류부의 흐름거동은 단일 하천 흐름거동에 비해 복잡한 흐름 특성을 나타낸다. 하천의 본류와 지류가 만나는 합류지점에서는 유량비, 합류각의 변화에 따라 전단면(shear plane), 재순환류(recirculation zone)가 발생할 수 있다. 이러한 하천 합류부의 복잡한 흐름특성은 하상의 침식 또는 퇴적을 야기할 수 있고, 수심의 변화, 수생태 변화 등을 일으켜, 하천환경 변화에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 2차원 흐름해석모형 HDM-2D를 이용하여 하천합류부에서 2차원 흐름 모의를 수행하였으며, 합류각의 변화에 따른 흐름특성 변화를 분석했다. HDM-2D 흐름모의 결과의 검증을 위해 90° 각도의 합류수로에 대한 Weber et al.(2001)의 실험결과를 이용했다. 그 결과, 합류지점 하류에서 발생하는 재순환류 및 수위하강, 유속의 변화 등의 수치모의결과가 실험결과와 유사한 변화를 나타냈다. 지류 합류 각도의 변화에 따른 하류 흐름변화를 비교하기 위해 3가지 합류부 각도(30°, 45°, 60°)에 대해 흐름모의를 수행했다. 합류지점의 흐름특성을 분석하기 위해 합류지점의 계산격자를 세밀하게 구성했다. 합류지점 하류에서 발생하는 재순환류의 길이와 최대 폭의 변화로부터 재순환류 발생면적을 계산하였으며, 합류각도의 변화에 따른 흐름특성을 비교 분석 하였다. 흐름모의 결과, 본류와 지류의 합류각이 30°일 때 합류부 내측의 재순환류가 거의 발생하지 않았으며, 합류각이 45°이상일 때 합류각 증가에 따라 재순환류의 폭과 너비가 증가하는 결과를 나타냈다. 또한 합류각 증가에 의해 재순환류 발생 면적이 증가함에 따라 합류부 하류의 수심이 더 큰 폭으로 감소하는 결과를 나타냈다.