• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.477-477
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• 2016

하천 내 식생에 의한 유속차이는 활발한 에너지 교환에 기인하며 하천 내 흐름 변화에 큰 변화를 가져온다. 또한 식생에 의한 하천 침식과 퇴적의 반복은 하천 지형 변화의 대표적인 원인 중 하나이다. 따라서 본 연구에서는 소하천을 대상으로 관목류(버드나무류)를 식재하여 식생유무 및 밀도 차이에 대한 흐름패턴 및 유속 변화를 분석하였다. 식생은 고밀도(식생 수 : $38/m^2$)와 저밀도(식생 수 : $10/m^2$)로 구분하였으며 유속 측정은 ADCP와 micro-ADV를 이용하여 비교하였다. 실험 유량은 식생 침수 정도에 따라 부분침수($0.5m^3/s$), 완전침수($3.7m^3/s$)로 나누어 실험을 수행하였다. 실험결과 ADCP와 ADV에 의한 유속값은 유사하게 나타났으며 고밀도일수록 식생에 의한 항력으로 인해 느린 흐름을 보였다. 또한 부분침수 시 식생 내 수심 증가로 인한 흐름 변화가 발생하였으며 완전침수 시에도 식생 유무 및 밀도에 따라 흐름 패턴이 바뀌는 것으로 나타났다. 향후 이 연구는 하천 침식 등을 고려한 수목식재 계획 수립에 기초자료로 사용될 수 있으며 다양한 식생을 대상으로 조도계수 변화, 흐름특성 분석 등이 추가적으로 연구되어야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.587-587
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• 2012

현재 대부분 하천관리의 흐름해석에서 주가 되었던 1차원 분석은 하천 단면에 따른 횡적인 수면차, 유속분포를 분석할 수 없다는 단점을 가지고 있으며, 특히 유량 및 유속이 급속도로 늘어나는 홍수시에는 그 오차가 더욱 커질 수 있다. 반면에 2차원 모형의 흐름해석은 사행하천의 흐름 특성과 만곡부에서의 종 횡방향 수면경사 및 양안의 수면차와 합류지점의 횡방향 흐름 등의 영향을 고려할 수 있으며 1차원 해석과는 달리 전 단면에 걸쳐 유속 및 수위 분포를 나타낼 수 있어 실제흐름에 가까운 수리량을 얻을 수 있다. 본 연구를 위해 적용된 해석모형인 SMS는 미국 Brigham Young 대학의 환경모형연구실과 미공병단(USACE)의 수로실험국(WES) 등에서 개발한 프로그램으로서 RMA2, RMA4, SED2D 모형 등으로 구성되어 있다. 각각의 모형은 수리 동역학적 해석, 오염물 이송확산 해석, 유사의 이송 및 퇴적 해석이 가능하며 이 중 RMA2를 이용한 2차원 흐름해석을 통하여 보다 적합한 하천관리에 이용가능하도록 하고자 한다. 연구대상 지역은 제주도 한천 하류부로서 제주도 하천 특성상 평상시 건천의 상태를 이루고 있으나 태풍 및 집중호우시 홍수유출이 발생하여 수위가 급격하게 상승하는 양상을 보인다. 대표적인 예로 태풍 '나리'시 최대 일강우량 420mm로 인한 인근 지역에 0.5 ~ 1.5m의 침수흔적을 보이고 있다. 본 연구에서는 2011년 최고수위를 기록한 태풍 '무이파'를 대상으로 하였으며 대상지역의 Kalesto를 이용한 수위-유속 자료를 이용하여 산출된 유량을 경계조건으로 사용하였고 격자망 형성을 위한 지형 데이터는 지형도 및 측량자료를 이용하여 구축하였다. 사용된 대표적인 매개변수는 하상의 조도계수를 나타내는 Manning의 n값과 유체의 밀도, 속도구배, 구조 등 여러 가지의 유체조건에 따라 변하는 성질인 와점성계수(eddy viscosity)로 요약할 수 있으며 Manning의 n값은 하천설계기준에 따른 하천기본계획의 조도계수를 사용하였고 와점성계수는 적합한 흐름 분포를 결정하기 위해 흐름이 안정될 때까지 변화시켜 해석을 시행하였다. 해석결과 만곡부에서는 급한 흐름을 보이고 있으며 최대하폭 구간에서는 완만한 흐름이 나타나 사행하천의 흐름특성과 횡적인 하천단면에 따른 변화, 하상고 차이로 인한 유속분포를 확인할 수 있으며 이는 보다 유용한 하천관리에 이용가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.168-168
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• 2015

자연하천의 주요한 특징 중 하나인 하천의 사행은 직선수로에서 예측되는 유속분포를 왜곡시키며 매우 복잡한 흐름구조를 형성한다. 이는 하상 경계면에서 발생하는 전단응력 분포의 변화를 야기하는데 하상 경계면에서의 전단응력은 다양한 경험적 관계에 의존하는 유사이동의 한계 소류력 산정 및 오염물질 거동해석의 분산계수 산정에 많은 영향을 미치게 된다. 물리적인 관측을 통한 하상 경계면에서의 전단응력의 관측은 다소 제한적이며 많은 비용을 요구한다. 따라서 하상 경계면에서 발생하는 전단응력의 경우 수심의 20% 이하의 연직 유속분포를 벽법칙에 적용하여 추정하는 방법이 주로 이루어지고 있다. 벽법칙을 이용한 하상 경계면의 전단응력을 계산하는 경우 대수중복층의 유속 분포 $u/u^*=(1/{\kappa})ln(zu^*/{\nu})+B$에서 무차원상수 ${\kappa}$와 B의 적절한 추정이 요구되어 진다. 일반적으로 무차원상수 ${\kappa}$와 B는 수리학적으로 매끄러운 벽면에서 대략 ${\kappa}=0.4$, B=5.5로서 경험적으로 이용되고 있다. 본 연구에서는 직선수로 및 다양한 사행수로의 3차원 흐름장 모의를 수행하여 벽법칙의 대수 중복층을 따르는 주흐름 방향 유속의 연직분포를 비교하였다. 수치모의 소프트웨어로서 Linux 기반의 OpenFOAM이 사용되었으며 모델의 검증을 위해 Chang(1971)에 의해 수행 된 사행수로에서의 유속장 관측 결과와 비교하였고 수치모의 결과가 실험 관측치와 잘 일치하는 것으로 판단되었다. 수치모의에 적용 된 사행수로의 형상은 Hey(1976)에 의해 제안 된 사행하천의 지형학적 인자들 간에 관계를 이용하여 사행도 1.03에서 2.42까지 총 7개의 사행수로 지형을 생성하였다. 사행도의 변화에 따라 만곡부 정점에서 대수중복층 구간의 주흐름 방향 유속의 연직분포를 비교한 결과, 본 연구에서 생성 된 모든 사행수로에서 대수중복층 구간의 무차원 유속 $u^+$와 무차원 거리 $z^+$가 로그 분포를 따르는 것으로 나타났으나 경험적으로 사용되었던 무차원상수 B의 경우 사행도가 증가 할수록 대수적으로 감소하는 경향이 나타났다. 본 연구에서는 이러한 관계가 무차원 상수 B값에 미치는 영향을 반영하여 수리학적으로 매끄러운 벽면에서 적용이 가능한 수정된 대수중복층 식을 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1631-1635
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• 2006

본 연구에서는 레이놀즈응력모형(RSM: Reynolds Stress Model)을 이용하여 사다리꼴 개수로 흐름을 수치모의 하였다. 측벽 경사에 따른 사다리꼴 개수로 흐름을 수치모의 하였으며 계산된 평균유속 분포는 기존의 실험 결과와 비교하였다. 그 결과 개발된 레이놀즈응력이 사다리꼴 개수로 흐름을 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다. 또한 사다리꼴 수로에서는 직사각형 개수로 흐름과 달리 velocity dip 현상이 발생하지 않는 것으로 나타났다. 특히 측벽 경사가 32..인 사다리꼴 수로에서의 평균유속 및 바닥 전단응력 분포는 측벽 경사가 큰 경우와 다른 형태의 평균유속 및 전단응력 분포가 형성되는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.238-238
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• 2019

산지계곡에는 큰 자갈이나 호박돌이 무더기로 퇴적되어 있어서 대규모 공극을 구성한다. 호우시 이 돌무더기 내부에 빠른 흐름이 형성되고 이에 따른 퇴적사면의 급격한 변동이 발생하기도 한다. 본 연구에서는 대공극 매질의 흐름은 산지계곡에 퇴적된 균일 직경을 가진 구형 입자로 구성된 대규모 공극 매질을 구성하고, 비 Darcy 흐름의 유속에 미치는 입경의 영향을 수리실험으로 조사하였다. 실험에 사용된 구형 입자는 크기가 15.5mm, 25mm, 36.5mm인 유리구슬이고, 조성된 매질의 공극율은 Table 1과 같으며, 실험에서 침투거리는 40cm로 하였다. 실험유량은 0.98~15.41 t/s이고 입자 Reynolds 수는 120~4,580의 범위였다. 동수경사가 증가하면 매질의 단면평균 유속이 비선형적으로 증가하였다. 입경이 작을수록 유속과 동수경사 사이의 비선형적 경향이 더 크다(Fig.1). 동일한 동수경사에서 매질의 입경이 클수록 유속이 빠르게 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.313-313
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• 2023

이 연구에서는 침수식생 조건에서 식생 형태 별 frontal area, solid volume fraction이 유속 분포에 미치는 영향을 분석하고, 흐름측정결과로부터 식생 형태에 따른 난류흐름특성을 분석하기 위하여 수행 되었다. 식생흐름 구현을 위하여 5 cm의 간격으로 총 257개의 모형식생을 전체 영역에 배치했다. 유속측정위치는 수위측정결과에 따라 흐름이 안정화되는 구간에서 연직방향으로 17개 지점에서 측정한 후 앙상블 평균하여 분석했다. Branch의 유무에 따라 Type I과 II로 구분하여 각 식생에 대해 유속의 연직분포를 측정한 결과, Branch가 없는 Type I에서는 유속이 지속적으로 감소하는 반면, Type 2에서는 Frontal area가 급격히 증가하는 Branch 구간에서 유속이 급격히 감소한 후 Trunk 구간에서 유속이 다시 증가하는 변화를 보였다. Velocity Spectrum 분석 결과, 모든 지점에 대해 평균한 결과 고주파수 영역에서 -5/3 law를 따르는 것으로 나타나 전체 영역에서 isotropic & homogeneous 난류흐름이 발생함을 확인했다. 난류흐름특성 계산결과, Turbulent kinetic energy(k)를 mean kinetic energy(K)로 무차원화하여 연직분포를 비교했을 때 -k/K는 모두 식생에 근접하며 증가했다. Shear production(P_s)의 계산결과로부터 전단흐름에 의한 난류운동에너지 생성영향분석결과, Type I과 II가 식생경계의 mixing interface 부근에서 급격히 증가하는 분포를 보였으며, 이는 시간평균유속분포에서 분석한 결과와 일치한다. Wake production(P_w)의 연직분포계산결과, P_s와 유사하게 식생경계 부근에서 상승하는 결과가 나타났으며, 이는 식생경계에서 발생하는 Large scale eddy로 인해 발생함을 알 수 있다. 마지막으로 x-방향 난류확산계수로부터 scale factor(α_x)의 연직분포를 계산한 결과, 식생경계부근의 mixing interface에서 증가한 후 식생영역 내에서 감소하는 분포를 나타냈다. z-방향 난류확산 계수의 scale factor(α_z)는 α_x에 비해 작게 계산되었다. 이러한 결과는 오염물질의 연직확산이 식생경계에서 증가한 후 식생 내부에서 감소하여 오염물질, 부유사 등의 축적이 이뤄질 것으로 예상된다. 이는 가지로 인해 식생저항이 증가할 경우 용존성 물질의 혼합이 감소하여 식생의 저장대 효과가 증가함을 의미한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.141-141
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• 2018

자연하천에 존재하는 식생은 동식물에게 주거지를 제공할 뿐만 아니라 영양염류 흡착 및 정화작용을 통해 수질을 개선시키는 역할을 한다. 이러한 식생하천에 오염물질이 유입될 경우 식생에 의한 흐름 교란 작용으로 인해 오염물의 확산거동에 큰 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 식생하천에서의 오염물질 혼합특성을 분석하기 위해 식생모형 실험을 수행하였고, Fischer et al (1979)이 제시한 이론식을 실험결과에 적용하여 종분산계수를 산정하고자 한다. 본 연구에서는 자연하천을 재현하기 위해 실험수로에 수중식생 모형을 설치한 후 ADV-Vectrino유속계를 이용하여 유속을 측정하였으며 실험을 통해 식생흐름에서의 유속분포 자료를 취득하고 이를 바탕으로 종분산계수를 산정하였다. 먼저 수중 식생흐름에서 연직유속분포를 측정한 결과, 식생이 존재하는 바닥근처에서는 유속이 느리다가 비식생 구간으로 가면서 유속이 증가하는 분포를 나타낸다. 또한 이 설치된 테스트 구간에 밀도와 유량변화에 따른 케이스를 적용하여 비교 및 분석을 한 결과 식생 밀도를 고정시키고 유량을 증가 시켰을 때 식생구간과 식생이 없는 구간에서의 유속도 증가하는 경향을 보였으며, 유량을 고정시키고 식생의 밀도를 순차적으로 높였을 경우 식생구간에서의 유속이 점차적으로 줄어드는 경향을 보였다. 다음으로 분산계수를 결정하는 방법에는 농도자료를 이용하는 방법과 유속자료를 이용하는 방법이 있는데 본 연구에서는 유속자료를 Fischer et al. (1979)의 이론식에 적용하여 분산계수를 산정하는 방법을 적용하였다. Fischer et al. (1979)가 제시한 식에서 먼저 전단 유속 값을 산정하기 위해 벽법칙 (Karman, 1930), 레이놀즈 전단응력 그리고, 난류운동에너지 (Graf, 1998) 방법을 사용한 후 복잡한 난류 흐름에 적용하기 가장 적합하다는 난류운동에너지 방법을 적용하여 전단 응력이 가장 크게 나온 식생모델 끝단에서의 값을 사용하였다. 그 결과, 수중 식생이 존재하는 흐름에서 무차원화 시킨 종분산계수는 6.89-9.78로 나타났다, 이는 Elder (1959)의 수심 적분을 통해 제시한 종분산계수 값 5.93보다 크다. 즉, 수중 식생이 존재할 경우 종분산계수는 식생이 존재 하지 않을 때 보다 증가하는 것으로 보여 진다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.9 no.4
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• pp.91-97
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• 2009

The flow is changed by the structure which goes across the river. The structure with debris causes high water level and overflow. The changed flow, which caused by pier and stream characteristics like velocity and slope, was analysed by 2D model. After rainfall, the influences of increased discharge were evaluated. Velocity was simulated in the channel by SMS (Surface water Modeling System) using RMA2, and high velocity values were found in the steep and narrow reach. Highest velocity value around piers was showed in the middle of space between two piers. The increased discharge due to rainfall increases velocity and changes flow contour considerably.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.362-366
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• 2005

종방향 유속의 연직분포 흐름 특성을 파악하기 위해서 중심각이 $180^{\circ}$인 급변곡선수로에서 실험을 수행하였다. 3차원 유속장 측정은 side-looking ADV를 이용하였다. 실험결과, 흐름이 하류 방향으로 진행함에 따라서 최대 종방향 유속이 하상 근처에서 발생하였으며, 이차류에 의한 이송모멘텀의 분포 값이 바뀌는 단면에서 종방향 유속의 연직분포가 대수분포를 만족하지 않음을 파악하였다 직선하천과는 달리 만곡부 내에서 흐름이 하류방향으로 진행함에 따라서 종방향 유속의 연직분포가 변형되는 현상과 관련된 메카니즘은 지형학적 원인에 의한 원심력 작용은 이차류를 발생시키며, 이로 인해 이송 모멘텀이 종방향 유속의 연직분포를 변형시킨다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.177-177
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• 2015

개수로에서 식생은 항력을 발생하여 평균유속을 감소시킬 뿐만 아니라, 식생영역과 비식생영역의 경계에서 유속 차를 발생시켜 일반 개수로 흐름보다 복잡한 흐름구조를 형성한다. 또한, 식생은 개수로 흐름에서 부피를 차지하여 식생영역의 유량을 감소시킨다. 일반적으로 식생이 식재된 개수로 흐름을 수치모의 할 경우 체적비를 고려하지 않을 때가 많다. 하지만 물과 식생의 체적비가 높을 경우, 식생에 의한 부피를 고려하지 않으면 실제 유속을 과다산정 하여 흐름모의가 정확하지 않다. 그러므로 식생이 있는 흐름을 정확히 수치모의하기 위해 식생의 체적비를 고려하여 실제 유속을 산정하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 식생된 개수로 흐름의 수치모의에서 체적비 도입의 필요성을 분석하였다. $k-{\varepsilon}$ 난류모형을 이용하여 수치모의를 수행하였고, 지배방정식에 식생항을 추가하여 식생이 식재된 개수로 흐름을 모의하였다. 식생 체적비를 고려하기 위해 지배방정식에 식생 체적비에 관한 항을 추가하였다. 체적비 도입의 필요성을 알아보기 위해 선행연구의 침수식생 실험수로를 대상으로 수치모의하였다. 식생밀도가 낮은 경우 식생 체적비의 고려 유 무가 모의결과에 미치는 영향이 작았으나, 식생밀도가 높은 경우에는 식생 체적비를 고려한 경우가 보다 정확한 모의결과를 도출 할 수 있었다.