• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.93-93
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• 2019

식생이 있는 개수로 흐름의 분석이 중요한 이유는 식생이 흐름 특성과 유사이송 및 하상변동에 영향을 주어 복잡한 흐름 현상을 만들어 내기 때문이다. 식생 밀도, 식생 길이, 식생이 식재된 형태에 따라 흐름의 현상이 달라지며, 흐름 특성의 변화로 인해 하상 및 주변 하천구조물에 영향을 줄 수 있다. 하천의 식생은 대부분 폭과 길이가 제한된 모습으로 존재하는 경우가 많으며, 식생이 존재하는 영역에서는 식생항력에 의해 유속이 감소하고 식생이 없는 영역에서 유속이 증가한다. 식생항력에 의해 변화된 흐름 특성은 일정 거리를 지나면 평형상태에 도달하게 되며, 식생의 경계면에서는 전단층이 발달하여 모멘텀의 교환이 활발하게 발생하는 현상을 보인다. 식생 흐름의 특성을 분석하기 위해 수치모형으로는 식생 흐름의 강한 비등방성을 모의할 수 있는 비등방성 수치모형이 적합하다. 본 연구에서는 부분 식생이 식재된 개수로에서 RSM (Reynolds stress model)을 이용하여 식생과 식생 주변의 흐름 특성 및 난류량을 분석하였다. 흐름의 변화에 따라 크게 3 구간으로 나누어 흐름 특성을 파악할 수 있으며, 식생의 밀도와 식생 영역의 폭의 길이에 따라 각 구간의 길이가 달라지는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1946-1950
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• 2010

감조하천은 조석파의 영향으로 자연하천과 달리 매우 복잡하고 다양한 흐름특성을 보인다. 흐름이 하류에서 상류 방향으로 흐르기도 하며, 유속분포는 왜곡되어 수면 근처보다는 하상 근처의 유속이 큰 형태를 보이기도 한다. 또한 만조시 수면경사는 바다의 조위가 하천의 수위보다 높은 역경사를 보이고, 수위변화량은 조위의 변화에 따라 변동하게 되는 복잡한 흐름특성을 보인다. 이와 같은 흐름특성은 감조구간의 하상변동, 생태환경, 수질 등에 큰 영향을 미치게 되기 때문에 조사, 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 감조하천 구간에서 3차원 유속측정장비인 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)로 측정된 자료 및 수위관측소의 수위자료를 활용하여 시간변화에 따른 수위변화량 및 유속분포 특성을 분석하고, 수면경사, 수위변화량 등과 유량과의 관계를 분석함으로서 향후 다양한 연구에 활용할 수 있는 자료를 제공하고자 한다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제4회(2015년)
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• pp.618-622
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• 2015

어도(fishway)란 강이 댐과 같은 인공물로 막혀있을 때 물고기가 지나갈 수 있도록 만든 통로이다. 본 연구에서는 전산유체해석 프로그램인 EDISON_CFD 시스템을 활용하여 아이스하버식 어도 내 월류부(rollway)에서 유체의 수직흐름특성을 분석하였다. 어류는 소상과 강하시 어도 내의 흐름에 민감하므로, 흐름에 영향을 주는 요인을 분석하는 것은 중요한 문제이다 어도는 2차원으로 간략화하여 모델링하였으며, 강의 유속, 어도의 기울기, 월류부 높이를 변화시키며 이들이 어도 내의 흐름특성과 어떤 관계가 있는지 분석하였다. 또 속도 증가에 따른 수면파의 파장 변화를 프로우드수와 연관지어 설명하였고, 레이놀즈수가 어도 내의 흐름특성과 밀접한 관련이 있음을 확인하였으며 기 설치된 어도의 문제점을 보완할 수 있는 방법을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.321-321
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• 2011

최근 기상이변으로 인하여 예측이 어려운 게릴라성 집중호우 등의 증가로 재해 및 재난이 빈번하게 발생하고 있으며, 특히 도시지역에서의 홍수피해로 막대한 인명과 재산피해가 발생하고 있다. 도시지역내로 유입되는 홍수는 다양한 형태와 크기를 가지는 건물과 도로의 배치에 의해 크게 영향을 받으며, 매우 복잡한 흐름특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 도시지역이 조밀한 건물군으로 구성되어 있을 경우 홍수의 대부분은 도로와 교차점을 통해 흐르므로 도시지역 내에서 홍수로 인한 피해를 저감하기 위해서는 도로 교차로에서의 홍수파의 전파특성을 분석하는 것이 중요하다. 교차로는 세 개 또는 네 개의 도로가 대칭 또는 비대칭으로 연결되어 있으며, 일반적으로 교차로에서의 흐름은 유입되는 유량이 상대적으로 적고 도로의 경사가 비교적 완만한 경우 상류 특성을 나타내나 이와 반대일 경우에는 상류 및 사류가 공존하는 복잡한 수면형을 나타낸다. 본 연구에서는 도지지역 내 도로 교차점에서 유입경사 변화에 따른 도로 교차부에서의 흐름특성을 수치모의 결과와 수리실험 결과와 비교하였다. Case 1은 수로의 유입경사가 3%일 경우 도로 교차로에서 수위 및 흐름특성을 수치모의결과와 비교한 결과 조도계수가 0.0086일 경우 RMSE 값은 X축에서는 0.0023, Y축에서는 0.0042로 수로중심에서의 수심분포가 잘 일치 하였으며, 흐름특성 또한 수치모의결과와 잘 일치하는 경향을 보였다. Case 2에서는 검증결과를 바탕으로 유입경사가 3%와 5%일 경우 도로와 교차점에서의 흐름특성을 수치적 방법을 통해 분석하였으며, 유입경사가 변화함에 따른 수면흐름특성을 모의하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.404-408
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• 2004

인공순환수로 실험구간에 반구구조물을 설치하지 않은 경우와 설치할 경우의 흐름특성을 분석하기 위하여 수치모의를 수행하였다. 수치모의는 FLUNET가 제공하는 RNG $k-\varepsilon$ 모형과 Reynolds Stress 모형을 사용하였으며 음파유속계(ADV)를 이용하여 측정한 결과와 비교분석 하였다. 수치모의와 실험결과의 상관성을 분석한 길과, RNG $k-\varepsilon$과 Reynolds Stress 모형의 계산결과와 실측값의 상관계수는 반구구조물을 설치하지 않은 경우 0.60 - 0.63, 반구구조물을 설치한 경우 0.75 - 0.78로 큰 차이가 없었다. 그러나 계산반복회수의 경우 RNG $k-\varepsilon$ 모형이 Reynolds Stress 모형에 비하여 2 - 5배 정도 빠르다. 두 모형의 걸과가 크게 차이가 나지 않으므로 순환수로 내의 흐름특성을 분석하기 위한 모형으로 수렴속도가 빠른 RNG $k-\varepsilon$ 모형을 선정하였다. 수치모의 결과와 "흐름 메카니즘에 의한 깔따구의 분포(I)- 실험"의 깔따구 분포경향을 비교한 결과 깔따구는 전반적으로 유속과 난류강도가 작은 곳에 분포하였으며 실험구간에 반구구조물이 있는 경우에는 구조물의 상${\cdot}$하류에 깔따구가 분포하였다. 이차류 또한 깔따구의 분포에 영향을 미친다. 향후 흐름특성에 따른 저서생물의 분포경향을 분석을 위하여 전산유체역학의 기법들을 적용하면 깔따구 등의 저서성 대형무척추 동물의 분포와 흐름특성의 관계를 저렴한 비용으로 분석할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.1469-1473
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• 2004

Non-Darcy흐름에 따른 호안제체의 흐름과 배수갑문을 통한 유출입 특성을 고려한 체절구간의 수리특성분석 도형에 의한 해석결과는 실측자료와 비교적 잘 일치하여 개발된 모형의 적용성이 있음을 보여주었다. 실측치와 비교한 계산결과는 본간(1958) 식에 의한 계산이 나(1987)에 의한 방법보다 비교적 정확하게 계산할 수 있음을 보여주었다. 아울러 완전 또는 불완전 월류의 구분이 없이 잠수도에 의한 계산을 통해서 하나의 유량계수 관계곡선을 사용하여 간편하게 사용할 수 있는 나 식의 사용성을 보여 주었다. 본간 식과 나 식에 의한 계산 값이 실측치보다는 유출입 특성이 크게 나타나고 있는 것으로 나타났다. 따라서 현장에서의 체절구간의 불규칙적인 단면 양상을 감안한 유량계수의 조정이 필요할 것으로 판단된다. 일반적으로 체절구간의 수리특성의 분석을 위해서 제체구간 유량의 고려는 Darcy 흐름에 기초하여 분석한 것이 지금까지의 분석이다. 제체를 통과는 유량과 개방구간을 통과하는 유량의 비가 체절구간이 좁을수록 크게 나타나 제체의 정확한 유출임 특성을 고려한 체절구간의 수리특성을 분석해야할 필요가 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.72-72
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• 2015

최근 이상기후로 집중호우와 강우패턴이 변화하고 있다. 하지만 변화하는 환경을 고려하지 않은 내배수시설 설계로 내수 침수 피해가 증가하여 인명 및 재산 피해가 급증하고 있다. 이에 도시지역의 내수침수에 대한 대책으로 재내지의 초과 우수를 하천으로 강제 배수시키기 위한 빗물펌프장의 역할이 점점 중요해지고 있다. 도심지역의 집중호우에 대응하기 위해서는 빗물펌프장의 목표 배수량을 실제 배수할 수 있는지에 대한 여부가 도시지역의 내수침수를 효율적으로 방어하는데 있어 중요한 요소가 될 것이다. 하지만 현재 빗물펌프장의 설계 시 펌프 흡입부 내 흐름특성을 고려하지 못하고 있어 펌프의 효율에 대한 불확실성이 큰 것이 사실이다. 따라서 펌프 가동 시 흡입부 주변의 흐름특성에 대한 연구가 필요하다. 기존 펌프 흡입부의 실험적 연구에서는 색소를 이용한 vortex의 생성 위치 및 경향을 정성적으로 파악하거나 ADV등의 유속계를 이용하여 흡입부 주변의 흐름특성을 지점별로 분석하는 연구들이 수행되었다. 하지만 빗물펌프장의 펌프 흡입부 주변의 흐름은 펌프 가동에 따라 매우 복잡한 와류가 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해서는 정량적인 유속장 분석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 비접촉식 유속 측정이 가능하고 유속장 측정이 가능하다는 장점을 갖고 있는 입자영상유속계(PIV: Particle Image Velocimetry)를 이용하여 펌프 흡입부 주변의 흐름특성을 분석하였다. 펌프 흡입부의 흐름특성을 분석한 결과 흡입관 내 유속분포의 편중 현상에 접근유속의 영향이 큰 것으로 나타났다. 또한 흡입유속에 비해 접근유속이 빠른 경우 흡입관 내 유속분포는 상류측에서 횡방향 와류가 발생하여 흡입에 방해가 되는 것을 확인하였고, 하류측으로는 흡입 방향으로 유속이 발생하는 것으로 나타났다. 따라서 향후 펌프 흡입관내 상류측부분의 와류를 감소시키기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.49-49
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• 2020

하천 보 상류영역에서 발생하는 박리 흐름을 분석하기 위해 실험수로에 하천보 모형을 설치하고, 보 주변에서 발생하는 흐름 구조를 입자 영상 유속계(PIV)로 이용하여 정밀하게 측정하였다. 본 연구에 사용된 보는 하천 설계기준을 따른, 전방 수직벽과 하류 경사램프가 있는 유한한 마루 길이 보이다. 실험 조건은 보 상·하류부 수심으로 인한 4가지 흐름(Hydraulic jump, Plunging jet, Surface wave, Surface jet)을 기반으로 설정하여 수리조건에 따른 유속 특성을 규명하였다. 실험에서 측정한 수직-수평방향 평균 유속·유선도를 분석한 결과, 보 전방의 하부에서 재순환 흐름이 관측되었고, 역방향 흐름도 이 지역에서 발견되었다. 유속 편차의 제곱 평균(Root Mean Square) 흐름장에서 보 전방과 재순환 흐름 영역에 불안전한 흐름이 강하게 발견되었다. 역방향 흐름은 박리 흐름에서 발견되는 주요 특성으로, 역방향 흐름의 전체 면적을 매 관측마다 측정하여 이를 분석한 결과, 재순환 흐름의 면적은 오른쪽으로 기울어진 분포를 가지고, 항상 0보다 큰 값을 가지는 것으로 나타났다. 재순환 면적에 따른 흐름 특성은 역방향 흐름 면적에 대한 조건부 평균을 이용하여 파악했는데, 조건부 평균의 구간은 재순환 흐름의 중심에서 지배적인 주기값을 이용했다. 역방향 흐름이 작은 영역에선, 보 상류의 흐름이 재순환 흐름으로 말려들어가는 열린 박리흐름이 나타나며, 역방향 흐름이 큰 경우에는 재순환 영역의 흐름은 보 상류의 흐름과 분리되는 닫힌 박리흐름이 발생하였다. 역방향 흐름이 가장 큰 경우, 보 전방의 박리흐름은 보의 상단을 넘는 것으로 관찰되었다. 이러한 결과를 통해 보 마루에서 발생하는 박리흐름이 보 전방에 박리흐름에 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 조건부 평균된 역방향 흐름의 면적과 박리 지점(separation point)의 관계를 분석한 결과, 역방향 흐름의 오른쪽으로 기울어진 분포와 대규모 흐름 방출 현상이 관측되었다. 박리 지점의 위치와 수리 매개변수의 관계를 분석한 결과, 상류의 수심 증가에 따라 증가하는 경향이 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.557-557
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• 2012

최근 기상변화로 인한 게릴라성 집중호우 등의 증가로 재해 발생이 빈번하게 발생하고 있으며, 특히 도시지역에서의 홍수피해로 막대한 인명과 재산피해가 발생하고 있는 실정이다. 도시지역 내로 유입되는 홍수는 매우 복잡한 흐름특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 홍수의 대부분은 도로와 합류부를 통해 흐르므로 도시지역 내에서 홍수로 인한 피해를 저감하기 위해서는 도로 교차로에서의 홍수파의 전파특성을 분석하는 것이 중요하다. 교차로에서 흐름은 유입되는 유량이 상대적으로 적고 도로의 경사가 비교적 완만한 경우 상류 특성을 나타내나 이와 반대일 경우에는 상류 및 사류가 공존하는 복잡한 수면형을 나타낸다. (Mignot, 2005) 현재까지 국내외적으로 홍수흐름 분석에 관한 대부분의 수치적 연구에서는 주로 수직방향으로의 홍수파 변화양상에 대해서는 무시하며, 물의 압력이 정수압이라는 2차원적 가정으로 수행되어져 왔다. 그리고 대부분의 연구는 도시지역을 구성하는 건물 등이 홍수흐름에 어떤 영향을 미치는가 및 직각 교차로에 대한 분석을 수행하였으나 사각 교차로에 대한 홍수흐름에 대한 연구는 아직 미비한 실정이다. 본 연구는 3차원 수직모형을 이용하여 사각 수로 합류부에서의 상류 및 사류에 대한 흐름특성을 수리모형실험 결과와 비교분석하였다.