• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.229-233
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• 2018

사행하천 만곡부에서는 원심력에 의한 편수위와 2차류 현상 등 흐름에 변화가 생긴다. 2차류는 흐름의 유속구조를 변화시키고 횡방향 흐름을 만곡의 외측부로 이동시키며, 유사이송, 제방침식, 하상변동 등에 영향을 미친다. 따라서 사행하천 만곡부에서 수치모의 시에 2차류에 하도변화를 연구한는 것은 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 2차원 수치모형인 Nays2DH를 이용하여 Kinoshita 사행하도(Kinoshita Meandering Channel)에서 2차류와 사행도가 흐름에 미치는 영향을 모의하였다. 2차류 강도가 증가함에 따라, 만곡부 외측에서 수심이 증가하고, 흐름의 방향이 만곡부 외측으로 편향되어 유속이 증가하였다. 만곡부 내측에서는 유속이 감소하고, 와도가 증가하였다. 하상변동 분석 결과, 2차류 강도가 증가함에 따라, 만곡부 내측에서 하상고가 상승하며, 변화 폭이 증가하였다. 만곡부 외측에서 하상이 깊게 세굴되고 세굴심이 하류로 이동하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.588-593
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• 2006

자연하천은 일반적으로 만곡수로나 사행수로 형태를 보이고 있으며, 직선수로에서와 달리 원심력에 기인한 이차류 영향을 받게 된다. 이차류에 의해서 수면에서는 만곡부 바깥쪽으로, 하상에서는 만곡부 안쪽으로의 흐름특성을 보이게 된다. 만곡부 안쪽으로 가해지는 하상 전단응력에 기인하여 하상에서의 입자가 만곡부 안쪽으로 이송되며, 결과적으로 만곡부 안쪽에는 점사주가, 바깥쪽에는 소(pool)가 생성된다. 또한 지형경사의 생성으로 입자에 가해지는 중력효과도 변화된다. 따라서 이와 같은 자연하천의 흐름과 하상변동을 수치모의 하기 위해서는 만곡부 이차류 특성을 고려한 모형이 필요하다. 본 연구에서는 수심 적분된 흐름방정식과 하상토 보존방정식 (Exner equation)을 이용한 하상변동을 위한 비연계 수치모형을 위해서 하상토 보존방정식의 유한요소 알고리즘을 개발하였다. 하상토 보존방정식은 흐름 특성에 따른 평형 유사량의 공간변화율을 이용하여 일정 기간 동안의 하상 변화량을 계산한다. 이 때 이차류에 의한 하상 전단응력의 편각 및 지형경사 변화에 따른 실제 입자의 이송방향을 보정하여 평형 유사량이 계산된다. 이러한 보정식을 적용시키기 위해서는 유속성분의 공간변화량 및 지형경사의 공간성분이 필요하다. 유한요소법은 연속성 변수를 이산화시켜 근사해를 구하는 수치기법의 일종이기 때문에, 요소망이 불규칙적으로 구성되었을 경우 임의의 절점에서 연속성을 지닌 변수의 공간변화율을 계산하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 평형 유사량 계산 시에 절점이 아닌 요소 내부에서 평형 유사량을 계산하는, 하상토 보존방정식의 새로운 유한요소 알고리즘을 개발하고, 새로운 알고리즘을 적용시킨 수치모형의 검증을 행하였다. 경계조건 알고리즘의 검증으로 위해서 Soni 등 (1980)이 행한 상류 유입 유사량에 따른 하상변동을 수치 모의하고 실험치와 비교하였으며, Sutmuller와 Glerum (1980)이 수행한 만곡수로에서의 하상변동을 모의하고 실험과 비교하였다. 새로운 알고리즘을 적용시킨 하상토 보존방정식의 유한요소 수치모형의 결과는 매우 안정적이며, 실험과 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 본 수치모델은 현재 균일한 입자의 하상토만을 고려하므로, 입자분급이나 하상 장갑화 현상 등은 무시한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.135-135
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• 2019

수제는 만곡부의 유로 조정이나 하상보호와 같은 하천공학적인 목적을 가진 수공구조물이다. 본 연구에서는 개수로 만곡부에 수제 설치 시 외측벽과 수제 사이의 거리에 따라 하상변동이 어떤 차이가 있는지를 파악하기 위해 이동상 수리실험을 했다. 본 연구에서는 폭 1.45 m, 길이 24 m인 $90^{\circ}$ 만곡수로에 $4.2{\times}8.4cm$의 직사각형 단면 수제를 외측으로부터 이격하여 2열로 설치하였다. 하상재료는 $d_{50}$이 3.3 mm인 잔자갈을 사용했고 하상경사는 1/300로 하였다. 실험은 평균 유량 163 l/s를 3시간 동안 공급했고, 종료 후 만곡부의 주요횡단면별 하상고를 측정했다. 여기서 실험별 이격거리는 8.4 cm, 14 cm, 19.6 cm로 하였다. 실험 결과 외측벽과 수제 사이의 거리가 멀어질수록 만곡부의 최대세굴심은 커지고 그 발생 위치는 하류로 이동하는 경향을 보였다. 만곡부 최대세굴이 발생한 횡단면 형상은 만곡 내측에서 외측방향으로 무차원 위치 $y_1$(=내측에서의거리/폭)가 0.27보다 작으면 퇴적에 의해 하상이 상승하고, 0.35보다 클 때는 세굴에 따른 하상저하가 나타났다. 만곡 외측벽 부근 하상은 이격거리가 짧을수록 수제 설치에 의한 하상고 변화가 작았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.230-230
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• 2022

최근 기후변화로 인해 예측이 어려운 국지성 호우가 빈번하게 발생하고 있다. 국지성 호우는 대량의 홍수를 일으켜 유송잡물을 동반한 흐름을 야기할 수 있다. 대량의 유송잡물이 하상에 퇴적되면 통수능을 저하시키기도 하며 식생효과와 마찬가지로 유목주변으로 유속이 증가하면서 세굴현상이 발생하게 되는데, 이는 하상저하를 일으키며 수공구조물의 안정성에 지속적으로 피해를 줄 수 있다. 기후변화는 또한 강우패턴을 변화시켜 식생의 성장과 활착에도 영향을 미치게 된다. 본 연구지역인 내성천 회룡포의 경우, 2015년 대가뭄 발생 이후 식생활착으로 인해 식생대 면적이 증가하고 잇는 상황이다. 이는 연구지역의 흐름과 사주교란 및 하상변동에도 큰 영향을 미칠 것으로 판단되며, 특히 식생의 증가는 유송잡물의 증가를 야기 할 수 있기 때문에 식생과 유송잡물의 영향이 하천에 미치는 영향을 예측하는 연구가 필요할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 2차원 흐름모형인 Nays2D와 입자법기반의 유목동역학 모형을 활용하여 식생과 유송잡물이 하상변동에 미치는영향에 대한 수치실험을 수행하고 결과를 분석하였다. 여기서, 식생의 경우, 식생성장모형을 적용하여 시간에 따라 식생이 성장하여 항력이 증가하는 것으로 가정하였으며 유송잡물의 경우, 하상에 퇴적되는 유송잡물의 개수와 면적만큼 항력이 증가하는 것으로 가정하였다. 흐름의 경계 조건은 일반화된 부정류 수문곡선을 입력하였으며 초기 하도의 형상은 일정한 경사를 가지는 평지로 가정하여 부정류에 따라 하상변동이 발생하는 것으로 모의하였다. 시뮬레이션 결과, 유송잡물보다 식생대 번성이 하상변동에 상대적으로 큰 영향을 주는 것으로 나타났으며, 유송잡물의 경우 국부적으로 퇴적 분포되어 그 주변으로 침식을 일으키는 것으로 나타났다. 또한 유송잡물은 하안의 얕은수역에서 주로 퇴적되었다. 본 연구는 만곡부 하상변동에 대해 식생과 유송잡물을 고려하여 예측모의를 수행한 사례로서, 식생과 유송잡물이 흐름과 하상변동에 미치는 영향을 이해하는데 도움이 될 것으로 판단된다. 또한 이는 추후에 식생을 고려하는 하천관리방안을 수립 시, 식생과 유송잡물의 영향을 물리적으로 설명할 수 있는 근거자료로 제시할 수 있을 것으로 보인다.

• Water for future
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• v.29 no.4
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• pp.177-186
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• 1996

The analytical approach to determine transverse sand bed slope at river bend are based on two phases that the flow is considered as fully developed flow and the bed is fluvial having bed load. All existing methods are theoretically derived from the initiation of motion of the particles at river bed. They assume that the Shields parameter has a constant value of 0.06. In this study, the variability of Shields parameter due to the differences of shape of grain size distribution is considered. Therefore the parameter is not a constant, 0.06, but depends on the shape of the grain size distribution. This result gives good agreement to estimate transverse bed slope with actual field data at river bend.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.33 no.1
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• pp.111-121
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• 2000

A numerical model which can analyze the flow and bed topography characteristics of a single bend and continuous one was suggested using the equations of mass, momentum, the vertical distribution of secondary flow, and the transverse bed slope. The calculated flow and bed topography characteristic values were compared with the experimental data in a single bend, and the predicted path of maximum streamwise velocity in continuous bends also compared with the Vadnal and Chang's data. The comparisons gave good results. A curved channel with 180 degrees was used. Sand and anthracite were selected as bed materials in the movable bed experiments. The model application of this model to the sand bed and the anthracite one accorded well with the observed values in the experiments. This model was proved to be useful for predicting the flow and bed topography with the change of bed materials. The results of this research could be used to construct and control curved channels as a fundamental information.mation.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.39 no.2
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• pp.297-306
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• 2019

Since the centrifugal force acts on the flow in the curved channel, a transverse water surface gradient occurs and the thalweg is biased toward the outer bank. The submerged vanes may be used to solve various engineering problems of the curved channels. In order to analyze the influence of an attack angle and the distance between the vane arrays on the river bed variation and the superelevation in a bend, movable bed hydraulic experiments were conducted in a $90^{\circ}$ curved rectangular channel of a small-size gravel bed. Installing the submerged vanes in the bend increases the maximum scour depth. But if vanes are installed in a uniform obtuse angle, the scour depth may be reduced. If the flow rate in the channel bend with vanes equals to the channel forming discharge, the location of the maximum scour depth moved to the downstream and the superelevation increased. However if the flow rate is smaller than that, the location of the maximum scour depth moved upstream and the superelevation decreased. The channel bed change and the superelevation due to the installation of the submerged vanes have been dependent on the interaction of the attack angle, the flow rate, and the distance between the arrays.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.664-668
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• 2010

유역 내 효율적 수자원관리 및 이 치수 계획수립을 위해 수계별 혹은 지역별로 다양한 형태의 하천정비 사업이 시행되고 있으며, 사업의 대부분은 통수능 확보를 위한 확폭 및 홍수피해방지를 위한 제방의 보강이 주를 이루고 있다. 그러나 이러한 하천정비사업 계획의 검토를 위하여 횡방향 흐름을 고려할 수 없는 1차원 HEC-RAS 모형이 주로 이용되고 있으며, 이는 만곡부와 같은 복잡한 흐름특성이 발생하는 구간에서의 정비 사업 후 흐름특성 변화 및 하상의 안정성에 대한 평가를 위해 1차원 수치모형의 적용이 제약적임을 의미한다. 본 연구에서는 용담댐 하류부 대유리에 위치한 만곡부를 대상으로 2차원 수치모형인 CCHE2D를 이용하여 정비사업 전 후의 흐름특성 변화에 대한 분석을 수행하였다. 분석결과, 만곡부 정점부의 단면축소로 흐름의 통제가 발생하던 구간에서 정비사업 후 유속과 소류력이 감소되었으며, 상류측으로 수위가 크게 저하하였다. 또한, 정비사업 후 상류측에서 유속과 소류력의 증가가 관측되었으며, 만곡부 내측으로 유속과 소류력의 중심이 이동함에 따라 제방의 안정성에 영향을 줄 수 있음을 확인할 수 있었다. CCHE2D모형은 자연하천의 만곡부와 같은 복잡한 흐름이 발생하는 구간의 분석을 위하여 효율적으로 이용될 수 있으며, 모형 내 하상변동 모듈과의 연계모의를 통해 제방의 안정성 및 하상의 안정성 평가를 위한 수리학적 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.64-64
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• 2016

하천은 인간에게 용수의 이용 및 하천호안의 휴식처로써의 이용을 통해 직접적인 영향을 주고, 하천구조물의 심미적 영향, 랜드마크로써의 역할을 통해 간접적인 영향을 준다. 또한, 하천은 하천생태계에 서식하는 동 식물에게 영향을 준다. 그러나 하천유사로 인해 통수능이 감소하고, 하천구조물 주변에 침식을 야기할 뿐만 아니라, 댐과 저수지에 유사의 퇴적으로 저수용량의 감소시킨다. 그러므로 이를 예측하는 것은 경제적, 환경적으로 중요하다. 하상변동의 모의를 위해 기존의 2차원 모형은 만곡흐름에서 유동의 helical flow를 고려하지 않아 예측이 부정확하였다. 본 연구에서는 천수방정식을 이용한 하상변동 수치모의에 helical flow의 영향을 고려하였다. 하천과 같은 천수영역에서의 흐름 및 하상변동을 해석하기 위하여 수심평균 된 Navier-Stokes equations인 천수방정식을 이용하였다. 지배방정식은 곡선 좌표계에서 유한체적법으로 차분하였고, 비엇갈림격자를 사용하였다. 지배방정식의 닫힘 문제를 해결하기위해 0-방정식 난류모형을 사용하였고, "time marching" 기법의 적용을 위해 계산단계분할 방법을 이용하였다. 비엇갈림격자의 사용으로 인해 검사체적의 면에서의 유속이 필요하여 pressure-velocity coupling을 사용하여 유속의 진동을 줄였다. 또한, 만곡부의 helical flow를 모의하기위해 helical flow intensity model을 도입하였다. 앞에서 계산한 흐름을 바탕으로 유사량 산정공식과 Exner 방정식을 이용하여 하상변동을 모의하였다. 흐름의 검증, helical flow의 영향에 대한 확인, 하상변동의 적용을 위해 선행연구의 실험이 사용되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.3
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• pp.291-300
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• 2012

We conducted a three-dimensional numerical simulation by using the FLOW-3D, with RANS as the governing equation, in an effort to track the dam-break wave.immediately after a dam break.in areas surrounding where the dam break took place as well as the bed change caused by the dam-break wave. In particular, we computed the bed change in the movable bed and compared the variation in flood wave induced by the bed change with our analysis results in the fixed bed. The analysis results can be summarized as follows: First, the analysis results on the flood wave in the L-shaped channel and on the flood wave and bed change in the movable-bed channel successfully reproduce the findings of the hydraulic experiment. Second, the concentration of suspended sediment is the highest in the front of the flood wave, and the greatest bed change is observed in the direct downstream of the dam where the water flow changes tremendously. Generated in the upstream of the channel, suspended sediment results in erosion and sedimentation alternately in the downstream region. With the arrival of the flood wave, erosion initially prove predominant in the inner side of the L-shaped bend, but over time, it tends to move gradually toward the outer side of the bend. Third, the flood wave in the L-shaped channel with a movable bed propagates at a slower pace than that in the fixed bed due to the erosion and sedimentation of the bed, leading to a remarkable increase in flood water level.