• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.415-420
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• 2009

공학 분야에 있어서 수치 해석적 연구가 많은 주목을 받고 있다. 경제적 측면을 비롯한 다양한 측면에 있어서 모의의 간편성으로 인해 하천에서의 수리학적 거동모의에 수치해석 모의 분석법이 쓰이고 있는데 모의결과의 비교 및 검증을 위해서는 현장 실험 혹은 모형실험이 선행되어야만 한다. 본 연구에서는 강재로 제작된 S자 형태의 만곡부를 두 개 갖고 있는 사행수로 실험 장치를 제작하여 두 가지 유량조건 (30, 60 ${\ell}$/sec.)과 두 가지 하류단 수위조건 (30, 40 cm)에 대하여 수평 2차원 유속분포 자료를 이용하였다. 유속장의 자료는 Sontek사에의 3차원 micro-ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)를 이용하여 측정하였다. 주 흐름은 직선구간에서는 중앙에서 최대 유속을 나타내며, 좌우대칭적인 유속분포의 모습을 보이고, 만곡부에서는 수로안쪽을 따라 최대유속이 발생하였다. 이는 만곡부의 정점부분에서의 이차류 발생 및 소멸에 의한 연직방향 유속분포를 통해 발생되는 현상이라 사료된다. 또한 본 연구에서는 2차원 하천해석 상용프로그램인 RAMS (베타버젼)와 SMS를 이용하여 흐름해석을 수행하였다. 실험 자료와의 비교를 통하여 두 가지 상용프로그램의 경우 모두 다소 과대 산정되는 것을 알 수 있었고, 만곡부와 직선부의 유속분포에 대한 모의결과는 RAMS (RAM2)의 결과가 보다 실험결과와 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 위와 같은 유속분포의 분석을 통하여 각각의 상용소프트웨어의 적용성을 비교해 보았으며 향후 오염물질 거동해석 모형을 실험수로에 적용하여 그 결과를 비교할 수 있을 것으로 예상한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.200-200
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• 2021

하천은 용수공급, 관개, 친수활동, 산업활동 등 인간의 활동에 중요한 역할을 한다. 이에 따라 수질관리는 필수적이며 유기물, 중금속, 화학물질 등의 용존물질들은 수질문제에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서 하천에서의 용존물질의 혼합 거동을 파악하기 위한 연구가 지난 수십년간 이루어지고 있다. 하천 흐름에 따른 오염물질의 이동 및 확산 거동을 예측하기 위하여 1차원 추적모형이 활용되는데, 그 중 하천저장대 모형(Transient Storage Model, TSM)은 자연하천의 복잡하고 불규칙한 수리·지형적인 특성을 단순하게 반영할 수 있다는 장점때문에 가장 많이 사용된다. 하지만 TSM은 매개변수에 대한 의존성과 불확도가 크며, TSM의 저장대에서의 농도분포에 대한 지수함수형태의 모델링이 하상간극수역(Hyporheic zone)에서의 저장대 특성을 반영하기에 구조적으로 부정확하다는 단점이 제기되고 있다. 최근 이러한 TSM의 단점을 보완하고 하천에서의 저장대 메커니즘을 보다 정확하게 구현하고자 체류시간분포(residence time distribution)를 이용한 확률론적 저장대 모델링 프레임워크가 등장하고 있다. 본 연구에서는 본류대와 저장대에서의 오염물질의 체류시간분포를 분리하여 해석하고 이를 전달함수(transfer function)를 이용한 합성곱으로 결합한 형태의 프레임워크를 적용하여 모델링하였다. 상기의 모형을 검증하기 위하여 2019년 감천의 4.85km 구간에서 추적자 실험을 실시하였다. 실험 당시 유량은 12.9 m³/s로 풍수기에 해당되며 평균 유속은 약 0.6 m/s로 측정되었다. 모형의 매개변수는 추적자 실험으로부터 최적화 기법을 통해 역모델링기법으로 결정하였다. 제안된 모형에 의한 모의 결과를 추적자 실험에서의 농도측정자료와 비교한 결과, 평균 0.988의 결정계수를 보여 매우 높은 정확도를 보이고 있음을 알 수 있었다. 저장대특성을 나타내는 농도곡선의 꼬리부에 대하여 같은 조건에서 1차원 이송-분산(ADE) 모형, TSM의 모의결과와도 비교한 결과 본 모형은 추적자 실험 농도측정 결과와 평균 0.195의 오차율을 보이며, 이는 ADE 모형과 TSM의 오차율인 14.03과 1.866에 비해 매우 정확한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1017-1021
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• 2006

인공순환수로에 정육면체 수리구조물을 구간별로 설치하여 흐름특성에 따른 깔따구의 서식경향을 조사하였다. 정밀한 흐름특성을 분석하기 위하여 난류계산을 수행하였으며, 인공순환수로에 깔따구를 투입하고 3일경과 후 깔따구의 개체수를 조사하였다. 인공순환수로는 단면 폭 29cm, 높이 30cm인 구조로 제작되었으며 직선구간의 길이는 120cm이다. 인공순환수로의 직선구간에 길이 10cm의 정육면체 수리구조물을 20cm 간격으로 양쪽 벽면부에 4개씩 균일하게 설치하였다. 자연하천에서 채집된 원수를 수심 20cm가 되도록 투입한 후 유기물을 하상에 고르게 깔고, 회전날개를 이용하여 평균유속 10cm/s로 안정화 시킨 후 깔따구 투입하였다. 실험시작 3일 경과 후, 깔따구의 서식경향을 조사한 결과 깔따구는 수리구조물 직하류부에 주로 서식하였다. 이는 주 흐름방향 유속분포가 수리구조물 후방에서 급격히 작아져 깔따구들이 정착하기 좋은 환경을 제공하기 때문인 것으로 판단된다. 또한 인공순환수로 직선구간의 안쪽 벽면과 바깥쪽 벽면의 깔따구 개체수는 안쪽 벽면이 바깥쪽 벽면에 비하여 2배 정도 많다. 이는 수리구조물 사이 안쪽 벽면 하상의 시계방향 회전흐름 때문으로 분석되며 상대적으로 이러한 흐름은 바깥쪽 벽면에서 작다. 실험 및 수치해석 결과, 깔따구는 상대적으로 유속이 작은 곳에 서식하며, 이차류의 경향에 따라 서식처를 이동하는 것으로 분석되었다. 향후 생태적 기능을 고려하여 다양한 수리학적 조건 하에서 난류계산 및 유속측정을 통한 연구가 필요하다. 이와 같은 연구는 친환경적으로 하천을 복원시키는데 유용한 자료를 제공할 수 있을 것으로 생각된다.은 silt나 clay보다 입경이 큰 모래나 자갈을 경유 하면서 오염물의 저감효과가 감소한 것으로 판단된다. 그러나 유입유량의 대부분이 표면으로 유출된다는 점을 고려할 때 표면유출수의 오염도를 낮추는 것이 유입오염물 저감효과에 보다 큰 효과가 있을 것으로 판단된다.문에 자료의 이상적 유지 관리가 이루어지며 복잡한 2차원 수질해석 모형을 수월하게 운영할 수 있는 시스템으로 개발하였다.제외하면, 부자측정 방법에 의한 유량산정시 가장 큰 오차원인은 홍수시 측정된 유속측선의 위치와 홍수 전후로 측정된 횡단면상의 위치가 일치하지 않는 점과, 대부분 두 측정 구간의 평균값을 대푯값으로 사용한다는 점이다. 본 연구는 다년간의 유량 측정 및 검증 경험과 자료를 토대로 현장에서 부자를 이용하여 측정된 측정성과를 정확도 높은 유량자료로 산정하는데 있어서의 문제점을 도출하고, 이로 인해 발생하는 오차를 추정하여 그 개선방안을 제시해 보고자한다. 더불어 보다 정확한 유량 산정을 위한 기준과 범주를 제시하고자 한다.리적 특성을 잘 반영하며, 도시지역의 복잡한 배수시스템 해석모형과 지표범람 모형을 통합한 모형 개발로 인해 더욱 정교한 도시지역에서의 홍수 범람 해석을 실시할 수 있을 것으로 판단된다. 본 모형의 개발로 침수상황의 시간별 진행과정을 분석함으로써 도시홍수에 대한 침수위험 지점 파악 및 주민대피지도 구축 등에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 있을 것으로 판단되었다.4일간의 기상변화가 자발성 기흉 발생에 영향을 미친다고 추론할 수 있었다. 향후 본 연구에서 추론된 기상변화와 기흉 발생과의 인과관계를 확인하고 좀 더 구체화하기 위한 연구가 필요할 것이다.게

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.5B
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• pp.563-572
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• 2006

In designing the coastal structures, the accurate estimation of wave forces on them is very important. Recently, the empirical formulae such as Goda formula are widely used to estimate wave forces, as well as 2-D hydraulic and numerical model tests. But, sometimes, these estimation methods mentioned above seem to be unreasonable to predict 3-D structure of wave pressure on the coastal structures with 3-D plane arrangement in the real coastal area. Especially, in case of consideration of phase difference at harbor and seaward sides of the large-sized coastal structures like a composite breakwater, it is easily expected that the real wave pressures on each section of coastal structure have 3-D distribution. A new numerical model of 3-D Large Eddy Simulation, which is applicable to permeable structure, is developed to clarify the 3-D structure of wave pressures acting on coastal structure. The calculated wave forces on 3-D structure installed on the submerged breakwater show in good agreement with the measured values. In this study, the composite breakwater is adopted as a representative structure among the large-sized coastal structures and the 3-D structure of wave pressures on it is discussed in relation to the phase difference at harbor and seaward sides of it due to wave diffraction and transmitted wave through rubble mound.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.15 no.2
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• pp.116-126
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• 2003

In this study, a method that leads to make a simple decision on important parameters in analysis of wave field in permeable rubble-mound, block-mound breakwater, such as penetration velocity of incident waves and resistance coefficient, is introduced. A model that could analyze wave field of permeable breakwater in harbor, by applying these methods and arbitrary transmission coefficient boundary condition to a time-dependent mild-slope equation, was introduced. The verification of the model was done by carrying out 2-D physical model test on permeable breakwater, measuring the change in water surface elevation, comparing the computation result with time series, and comparing the result gained from the 3-D physical model test on permeable block-mound breakwater in an field harbor with the computation result in terms of regional wave height ratio in a harbor.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.24 no.6
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• pp.400-403
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• 2012

Laboratory experiments were conducted for tsunami inundation to an urban area with large building roughness. The waterfront portion of the city of Seaside which is located on the US Pacific Northwest coast, was replicated in 1/50 scale in the wave basin. Tsunami heights and velocities on the inundated land were measured at approximately 31 locations for one incident tsunami heights with an inundation height of approximately 10 m (prototype) near the shoreline. The inundation pattern and speed were more severe and faster in some areas due to the arrangement of the large buildings. Momentum fluxes along the roads were estimated using measure tsunami inundation heights and horizontal fluid velocities. As expected, the maximum momentum flux was near the shoreline and decreased landward. Inundation heights and momentum flux were slowly decreased through the road with buildings on each side. The results from this study showed that the horizontal inundation velocity is an important factor for the external force of coastal structures.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.970-975
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• 2005

측면웨어(side weir)는 본류의 수위가 한계수위 이상으로 상승할 경우 본류로부터 저류지나 분수로(distributary channel)로 흐름을 전환하기 위하여 사용하는 수공구조물이다. 최근 들어 치수와 관련된 계획에서 본류의 홍수량 중 일부를 저류지나 홍수 우회수로로 전환시키는 시설에 대한 관심이 높아지고 있다. 측면웨어가 하천에 설치되는 경우, 측면웨어 부근 표층부의 흐름은 측면웨어의 영향을 크게 받으며, 수의바닥이나 측면웨어에서 떨어진 지점의 흐름은 측면웨어의 영향을 작게 받는 등 측면웨어 주변부는 3차원적인 흐름특성을 보인다. 또한 측면웨어를 월류하는 흐름이 일반 웨어와 같이 웨어 마루부에 대하여 직각방향으로 흐르지 않고 본류의 유속에 따라 비스듬하게 흐르게 된다. 이러한 흐름특성으로 인해 측면웨어를 통과하는 유량은 본류의 하폭, 본류의 흐름특성, 측면웨어의 길이 및 설치위치 등에 따라 각기 다르게 산정되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 기존 측면웨에에 관한 연구를 정리하고 상용 프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 측면웨어가 설치된 경우의 흐름을 해석하였다. 해석결과는 기존 실험연구에 바탕을 둔 이론식과 비교하였다. 계산격자는 구조물 부근의 흐름이 급변하는 곳은 격자크기를 작게, 흐름의 변화가 완만한 곳은 격자크기를 크게 하였다. 경계조건으로 상류는 유량, 하류는 수위경계를 입력하였다. 본 수치모의결과와 이론식을 이용하여 산정한 월류량을 비교한 결과 약 $10-30\% 내외의 오차가 발생하는 것으로 나타났다. 본류의 흐름은 웨어의 길이가 짧을수록 상$\cdot$하류단의 수위차가 작아지며 유속의 경우 웨어길이가 길고, 높이가 낮을수록 빨라진다. 측면웨어 주변부 흐름의 경우, 웨어의 길이가 짧을수록 방류강도가 강하고 횡방향의 수면변위가 급하게 형성되고 있음을 알 수 있다 또한, 웨어의 길이가 상대적으로 길어질 경우에는 3차원적 흐름특성에 의하여 유속의 분포가 다양하여 이론식과 결과의 오차가 점점 더 커짐을 알 수 있다. 본 연구는 사각형수로에 측면웨어가 설치된 경우, 월류량과 수리학적 거동을 해석할 때 수치모형실험이 수리모형실험과 더불어 유용한 해석도구로 이용될 수 있음을 보인 깃으로 이후 관련 구조물의 설계와 해석 시 참고자료로 이용 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.19 no.6
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• pp.606-613
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• 2007

This study investigates the behavior of a plunging wave and its associated runup and overtopping through velocity measurements and suggests an empirical formula for overtopping velocities on a structure. The plunging wave breaking in front of the structure generates very bubbly flow fields. For measurements of the two phase flow field of the breaking wave, particle image velocimetry and a modified optical method were employed. The obtained velocity fields were discussed in respect of the process of wave impinging, runup and overtopping. The overtopping velocity distribution is found to have a nonlinear profile showing a maximum magnitude at its front part. The relationship of self-similarity among dimensionless parameters is observed and used to obtain the regression formula to depict the overtopping velocity.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.3
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• pp.249-262
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• 2011

In this study, in order to reduce the numerical oscillation due to the unbalance between source and flux terms as the HLLC scheme is applied to the flow analysis on the irregular bed topography, a unstructured finite volume model based on the well-balanced HLLC scheme and the shallow water equations is developed and applied to problems of dam-break waves. The well-balanced HLLC scheme considers directly the gradient of bed topography as the flux terms is calculated. This scheme provides the good numerical balance between the source and flux terms in the case of the application to the steady-state transcritical flow. To verify the numerical model developed in this study, it is applied to three cases of hydraulic model experiments and a field case study of Mapasset dam failure (France). As a result of the verification, the predicted numerical results agree relatively well with available laboratory and field measurements. The model provides slightly more accurate results compared with the existing models.