• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.11
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• pp.933-942
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• 2021

The surface image velocimetry was developed to measure river flow velocity safely and effectively in flood season. There are a couple of methods in the surface image velocimetry. Among them the spatio-temporal image velocimetry is in the spotlight, since it can estimate mean velocity for a period of time. For the spatio-temporal image velocimetry analyzes a series of images all at once, it can reduce analyzing time so much. It, however, has a little drawback to find out the main flow direction. If the direction of spatio-temporal image does not coincide to the main flow direction, it may cause singnificant error in velocity. The present study aims to propose a new method to find out the main flow direction by using a fast Fourier transform(FFT) to a spatio-temporal (image) volume, which were constructed by accumulating the river surface images along the time direction. The method consists of two steps; the first step for finding main flow direction in space image and the second step for calculating the velocity magnitude in main flow direction in spatio-temporal image. In the first step a time-accumulated image was made from the spatio-temporal volume along the time direction. We analyzed this time-accumulated image by using FFT and figured out the main flow direction from the transformed image. Then a spatio-temporal image in main flow direction was extracted from the spatio-temporal volume. Once again, the spatio-temporal image was analyzed by FFT and velocity magnitudes were calculated from the transformed image. The proposed method was applied to a series of artificial images for error analysis. It was shown that the proposed method could analyze two-dimensional flow field with fairly good accuracy.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.700-700
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• 2012

산지유역은 하천을 따라서 도로가 발달되어 있어서 대부분의 도로가 홍수시 하천의 영향을 많이 받는다. 산지하천은 경사가 급하고 만곡수충부가 많이 발달되어 있기 때문에 홍수시 유속이 빠르고 만곡수충부의 편수위가 매우 크다. 이는 만곡부 호안 파괴와 도로 유실의 피해를 일으키는 경우가 많다. 따라서 대부분의 산지하천 만곡수충부에는 홍수피해 방지를 위해 콘크리트 옹벽호안으로 되어 있다. 그러나 콘크리트 옹벽은 조도가 작기 때문에 유속이 더 빠르게 되고 편수위를 한층 증대시킬 수 있다. 산지하천 만곡수충부의 편수위를 줄이기 위해서는 접근유속을 줄여야 하나 산지하천 특성으로 볼 때 접근유속 저감을 위한 공학적 방법은 제한적이다. 따라서 만곡수충부의 유속을 줄이는 방법으로 콘크리트 옹벽호안의 조도계수를 증대시키는 것이 효과적일 수 있다. 본 연구에서는 개수로 측벽에 수직돌출줄눈이 설치되었을 때 흐름에 미치는 수리효과를 개수로 수리실험으로 파악하고자 한 것이다. 실험결과 돌출줄눈의 간격이 수직돌출줄눈의 무차원 폭이 9일 때 평균유속이 가장 작게 나타났다. 이는 돌출줄눈의 간격이 개수로 내부흐름의 유속분포, 최대유속발생 위치, 유수단 면적의 크기에 영향이 미치기 때문이다. 따라서 개수로 측벽 수직돌출줄눈의 간격을 조절함으로써 개수로 유수저항의 크기를 조절할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.16-16
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• 2021

전자파표면유속계(Microwave Water Surface Current Meter)를 이용한 홍수기 유량측정은 교량과 같은 구조물을 이용하여 안전 및 측정위치의 흐름조건 등의 이유로 측정의 한계가 발생한다. 이런 문제점을 개선하기 위해 전자파표면유속계를 드론(Drone)과 결합하여 하천에서의 유량측정에 이용하였다. 전자파표면유속계는 비접촉식 유속측정 장비로 하천의 표면유속을 측정하고 유량산정을 위해 환산계수 0.85를 적용하여 평균유속을 산정하고 있다. 환산계수 0.85는 하천의 각 횡측선 수심-유속분포를 일반적인 분포로 가정하고 표면유속에 0.85를 곱하여 평균유속을 산정한다(Rantz, 1982). 그러나 하천의 측정위치 및 흐름특성에 따라 유속분포가 변화하기 때문에 국외 많은 연구에서 환산계수의 범위를 0.72에서 1.72까지 제시한 바 있다(Johnson and Cowen, 2017). 따라서 환산계수 0.85의 일률적인 적용은 부정확한 유량산정을 초래할 수 있어 측정위치에 적절한 환산계수 산정이 필요하다. 본 연구에서는 2020년 금강의 지류인 봉황천에 위치한 금산군(황풍교) 관측소에서 드론과 전자파표면유속계를 이용해 측정한 표면유속과 ADCP를 이용하여 동시 측정한 평균유속의 비교를 통해 환산계수를 산정하여 평균유속 산정의 정확도를 높이고자 하였다. 전자파표면유속계로 측정한 6개 성과 중 ADCP와 동시 측정한 4개의 성과를 분석하여 환산계수를 산정하였다. 측정성과별 측선수는 16~17개로 홍수터로 월류하여 비정상흐름이 발생한 측선은 제외하고 측선별 환산계수는 0.66에서 1.09의 범위로 나타났고, 성과별 환산계수의 평균치는 0.90에서 0.93 범위로 산정되었다. 환산계수가 일반적인 수치보다 높게 산정된 것은 측정위치 하류 약 600m에 위치한 콘크리트 고정보의 영향이 홍수 시 흐름의 수위-유속분포에 영향을 미쳐 높게 산정된 것으로 판단된다. 따라서 유량산정에 있어 환산계수는 4개 성과에서 산정된 환산계수의 평균치인 0.92를 적용하여 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.372-376
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• 2005

본 연구에서는 다양한 유량 조건 하에서 수로의 만곡이 존재하고 하중토가 존재하는 비교적 복잡한 지형에 대한 수리모형실험에 LSPIV기법과 기존 점유속계(2차원 전자기유속계)를 함께 적용하고 그 결과를 비교하여 복잡한 흐름에 대한 LSPIV의 적용성을 검토하였다. LSPIV를 이용한 표면유속장과 2차원 전자기유속계를 이용하여 1점법으로 측정된 유속장을 비교할 때, 수로 만곡과 같은 지형적 특성으로 인한 유속분포의 특성이 유사하게 관측되었으며, 홍수시의 주변고수부지 및 하중도 침수로 인해 복잡한 흐름구조가 발생하는 경우에는 LSPIV를 이용한 표면유속장 측정을 통하여 흐름특성을 더욱 명확하게 관찰할 수 있었다. 측정된 유속자료 및 하도단면자료를 이용하여 홍수량을 산정해 본 결과 하도횡단면이 비교적 단순한 경우에는 표면유속과 점유속을 이용해 계산한 홍수량 간의 차가 크지 않았으나 하도단면이 복잡한 경우에는 계산된 홍수량 사이의 차가 크게 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.447-451
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• 2006

하천 식생은 흐름에 의해 영향을 받으며, 역으로 식생은 흐름에 영향을 주기도 한다. 이처럼 식생과 흐름은 상호 유기적인 관련성을 가진다. 또한 식생에 의한 흐름의 변동은 하천 유사이동에도 영향을 주어 하상변동을 발생시킨다. 본 논문은 흐름에 의한 식생영역의 변동을 다루었으며, 각 식생별 흐름에 따른 하상 세굴과 퇴적 양상, 식생 종류별 서식에 적합한 흐름 특성 여건과 수질 특성을 검토하였다. 검토 결과 개여뀌는 홍수 전에는 왕성한 성장을 하였으나, 홍수 이후 높은 소류력과 토사 이동에 의해 쉽게 유실된 것으로 판명되었다. 반면 달뿌리풀은 홍수 이후 비교적 높은 소류력과 유속 및 토사 이동에도 견디며 훼손 정도가 크지 않았다. 달뿌리 풀은 개여뀌에 비해 유속이 빠르고 수심이 낮아 Froude수가 큰 범위의 흐름 조건에서 서식하였다. 또한 달뿌리풀 영역에는 세굴이, 고마리 영역에서는 주로 퇴적이 발생되었다. 한편 달뿌리풀은 흐름의 유속을 줄이게 하여 하상세굴이 더 이상 진전되지 않도록 하는 세굴악화 방지기능을 가짐을 알 수 있었다. 수질특성과 관련하여, 달뿌리풀은 DO가 높은 범위에서 서식하고 있으며 다른 식물에 비해 비교적 T-N이 작고 BOD가 낮은 범위에 서식함을 알 수 있는데, 이는 하천의 상류에 서식하는 전형적인 형태라고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Contents Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.315-316
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• 2011

하천에 침입한 식생은 흐름 저항을 증가시키며, 이로 인해 유속이 감소하고 홍수위가 증가하며 하천 지형 변화에도 상당한 영향을 미치게 된다. 이 연구는 한강하류부에 위치한 장항습지 식생이 홍수위에 미치는 영향을 분석하기 위한 연구이다. 홍수 흐름 예측에는 이차원 흐름모형을 사용하였으며, 식생의 영향은 조도계수를 변화시키는 방법을 사용하였다. 장항습지의 수목 밀생지역에서 유속이 약 60% 이상 감소되는 것으로 나타났으며, 저수로에서 유속은 약 20~30% 증가되는 것으로 나타났다. 좌안으로 접근할수록 유속의 증가가 두드러지는 것으로 예측되었다. 식생을 고려했을 때, 유속이 좌안으로 치우치고 장항습지의 경계 부근에서 줄어드는 현상은 장항습지의 성장과도 관련이 있는 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.645-648
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• 2010

본 연구에서는 복단면 사행수로의 흐름특성과 수위특성을 정량적으로 분석하고자 코사인 유도형(cosine-generated) 복단면 만곡 수로 실험 자료를 기초로 3차원 수치모의를 수행하였다. 수치모의에는 3차원 수치모의 프로그램인 Flow3D을 사용하였고, 난류 모델은 RNG ${\kappa}-{\epsilon}$ 모델을 사용 하였다. 수치모의 결과는 실험 결과와의 비교를 통하여 평면유속분포 및 유속벡터, 만곡부 단면에서의 수위분포 등으로 분석하였고, 이는 이전의 실험결과와 일치하는 것으로 나타난다. 특히, 평면 유속분포는 수위 증가에 따라 저수로 중심의 최대 유속선이 만곡 내측으로 이동하는 것이 모의되었다. 이런 흐름구조는 다른 연구자들이 이전까지 연구한 실험 및 수치모의 결과와도 일치한다. 또한, 수위 분포 결과에서는 사행하도의 원심력에 의한 흐름특성인 만곡부 내측과 외측의 수위차가 미세하게 발견되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.41 no.7
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• pp.669-679
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• 2008

The present study examines similarity of behavior between an overtopping wave generated by a plunging wave and a dam-break flow through hydraulic model tests. The dam-break flow has been employed to estimate the overtopping effect on the basis of the dam-break flow's behavior similar to the overtopping. In this study, the overtopping velocity was measured by a modified image technique using bubble and bubble texture images called bubble image velocitmetry. From the measurements, the vertical profiles of horizontal overtopping velocity at cross-sections along the deck were presented and discussed. Maximum velocity and depth-averaged velocity at each cross-section were compared with an analytical solution solving the dam-break flow, Ritter's solution. The initial water depth of importance for the solution was determined from the tested wave condition and the overtopping measurements. The comparison shows that the solution with the initial water depth estimated using the front velocity of the overtopping wave is in good agreements with the measurements.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.592-596
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• 2007

본 연구에서는 구조물 전면에서 발생하는 권파와 그 이후 발생하는 처오름과 월파의 유속장을 계측하기 위하여 수리모형실험을 실시하였으며, 실험결과를 이용하여 월파의 유속분포를 나타내는 경험식을 제안하였다. 구조물 전면에서 내습파랑이 쇄파된 이후, 구조물을 월파하는 동안에 유체의 흐름은 넓은 연행기포의 지역을 형성하며 다위상(multiphase)상태가 된다. 쇄파에 의한 구조물 주위에서의 유체흐름 중 연행기포가 없는 영역의 유속 측정에는 입자화상유속계(particle image velocimetry, PIV)기법을, 연행기포 영역에서의 유속 측정에는 기포화상유속계(particle image velocimetry, BIV)기법을 적용하였다. 두 기법을 이용하여 측정된 유속장으로부터 구조물 주위에서의 쇄파, 처오름 및 월파시의 최대유속을 계측하였다. 구조물 위로 월파된 유체 흐름 분포는 비선형적인 특성을 보여주며, 시간별 최대유속은 주로 유체의 전면부에서 발생하는 것으로 나타났다. 또한 무차원화된 유속분포로부터 구조물 위에서의 월파시 유속분포가 자기상사성(self-similarity)을 갖는다는 것을 알 수 있었으며, 이를 이용하여 월파의 유속분포를 위한 실험적 경험식을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.189-193
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• 2010

RMA-2, Telemac-2D, River2D 등 기존의 대부분 국내외 상용모형에서는 내부 경계인 하천구조물과 외부 경계인 측벽에서의 경계조건을 활동조건(slip condition)으로 가정하여 흐름장을 계산하였다. 그러나 실제로 벽면에서는 마찰력에 의해 흐름이 존재하지 않는 무활조건(no slip condition)이 물리적으로 타당하다. 따라서 본 연구에서는 내부구조물인 교각이 존재하는 영역에서의 수평 2차원 유속분포를 구하기 위해 천수방정식을 Galerkin법과 Newton-Raphson법에 의해 이산화한 수치모형을 개발하였다. Yulistiyanto 등(1998)이 수치모의 및 수리실험에 사용한 조건을 채택하여 벽면에서의 접선방향 유속이 존재하는 활동조건과 벽면에서 유속이 없는 무활조건을 부여하고 교각을 포함한 수로에서 유속, 수위 및 전단분포를 해석하였다. 활동경계조건을 적용한 경우 교각 표면을 따라 큰 유속이 분포하고 후면에서도 관성력에 의해 흐름방향 유속이 두드러지게 나타났으나 무활조건을 적용한 경우 교각 후면에서 와가 형성되고 후류현상이 두드러지게 나타났다. 무활조건을 적용한 경우 교각 전면부에서는 선수파(bow wave)가 4 cm정도 높게 나타났으며 교각 측면부에서는 2 cm 높게 나타났다. 반면 교각 후면에서는 후류의 영향으로 수면이 2 cm 낮게 분포하였다. 교각부에 작용하는 전단력을 분석한 결과 무활조건을 적용한 경우가 활동조건을 적용한 경우에 비해 최대 6배 높은 전단력이 나타났다.