• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.4 no.1
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• pp.24-33
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• 2017

This study investigates the flow characteristics and bed changes with discharge using a two-dimensional numerical model, Nays2DH. The water depth at the outer part of curved channel is formed deeper from the narrow part after passing through the curved part. The point bar is developed in the wide section and water depth is shallow in the inside of the curved section. The flow is concentrated in the outer pater of the meandering section, which leads to the deep water. In the downstream section where the straight line formed, the flow is concentrated at the center of the bed. Alternating deep water and shallow places are generated due to the continuous formation of meandering. These characteristics are formed by the influence of strong two-stream flow in meandering stream. The dimensionless tractive force is also large in the region where the flow velocity is concentrated. However, in the narrow and sharp meandering river reaches, the pattern of bed changes and the spatial distribution patterns of flow velocity and dimensionless tractive force are inconsistent in the narrow and sharp meandered reaches due to the strong secondary flow.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.261-261
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• 2021

자연하천은 직선하천보다 만곡하천으로 존재하는 경우가 많다. 하천의 만곡부에서 2차류 흐름과 나선형 흐름, 원심력이 수충부와 외측제방에 작용하여 하상에 국부적인 세굴이 발생한다. 세굴이 발생하게 되면 수충부나 외측제방에 붕괴나 피해가 일어날 수 있다. 세굴의 피해를 줄이고 만곡부유로를 조정하기 위해 날개형 수제를 설치할 수 있다. 날개형 수제를 설치한 하상은 수제의 두께, 길이, 높이, 간격, 위치, 배열 등에 따라 다르게 반응한다. 본 연구에서는 만곡 개수로에 잠긴 날개형 수제를 설치할 때 만곡 외측에서 수제 열까지의 거리가 만곡부의 유심선 변화에 미치는 영향을 이동상 개수로 수리실험으로 조사하였다. 이동상 수리실험은 폭 1.16 m, 깊이 1 m, 길이 24 m인 90° 만곡 개수로에 d₅₀이 3.3mm인 잔자갈을 깔아 하상경사 1/300로 정리한 후 수제를 설치하는 순서로 이루어졌다. 수제는 폭 20mm, 길이 70mm의 직사각형 단면 목재로 제작하여 설치하였고, 실험별 이격거리는 외측 제방으로부터 8.4 cm, 14 cm, 19.6 cm로 하였다. 실험유량은 140l/s로 3시간 동안 흘린 뒤 하상측정장치를 이용하여 주요 횡단면별 하상고를 측정하였다. 측정한 데이터를 이용하여 최심하상고의 크기와 위치, 유심선의 변화 등을 분석하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.5B
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• pp.469-479
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• 2006

In order to investigate characteristics of the primary flow and the secondary currents in meandering channels, the laboratory experiments were conducted in S-curved channels with angle of bend, $150^{\circ}$, and sinuosity of 1.52. The experimental conditions was decided varying average depth and velocity. Under these experimental conditions, spatial variations of the secondary currents in multiple bends were observed. The experimental results revealed that the distribution of primary flow in straight section is symmetric without respect to the experimental condition and the maximum velocity line of the primary flow occurs along the shortest path in experimental channel, supporting the result of previous works. The secondary currents in second bend became more developed than those in first bend. Particularly, the outer bank cell developed distinctively and the secondary current intensity was low at the straight section and high at the bends, periodically. Also, the secondary current intensity at the bends was as twice to three times as that at the straight section, and has its maximum value at the second bend. The turbulent flow characteristics of meandering channel was investigated with turbulent intensity of the primary flow and Reynolds shear stress. It was observed that the turbulent intensity is increasing when the velocity deviation of the primary flow is large whereas Reynolds shear stress increases when both the velocity deviation of the primary flow and the secondary current are large.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.5B
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• pp.447-457
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• 2006

This paper presents a numerical model for the simulations of 2D depth-averaged flows. The shallow water equations are solved numerically by the Characteristic Dissipative Galerkin (CDG) finite element method. For validation, the developed model is applied to the hydraulic jump. The computed results are compared with the analytical solution, revealing good agreement. In addition, flow in a contracting channel showing standing waves is simulated. The calculated water surface profile appears to be qualitatively consistent with the observed data. The foregoing results indicate that the model is capable of simulating the abrupt change in flow field. Next, the model is applied to the flow in a $180^{\circ}$ curved channel. The simulated results show that the velocity near the inner bank is faster than that near the outer bank and the water depth near the inner bank is shallower than that near the outer bank. However, the simulated results show that the velocity distribution across the channel is almost uniform in the bend except the reach close to the end of the bend. This is due to the limitation of the governing equations in which the transverse convection of momentum by the secondary flows along a channel bend is not taken into account.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.883-888
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• 2007

일반적인 하천의 흐름방향으로 발생하는 주흐름(primary flow)에 중첩하여 주흐름 방향의 수직단면에 이차류(secondary flow)가 발생하게 되며 이러한 이차류의 발달은 투입된 오염물질의 횡혼합을 증대시킨다. 오염물질의 혼합은 이송(advection)과 확산(diffusion) 또는 분산(dispersion)의 과정으로 설명되며 본 연구에서는 수로전체의 혼합과정을 설명하기 위해서 이송 확산 방정식을 적용하였다. 본 연구에서는 실험수조를 $150^{\circ}$의 중심각을 갖는 S자 형태의 만곡수로를 제작하여 유량조건은 15, 30, $60\;{\ell}l/sec$의 세 가지 경우로, 수심은 15, 20, 30, 40 cm의 경우로 총 12 케이스의 실험을 수행하였다. 유속장의 측정은 Sontek사의 3차원 micro-ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)를 이용하였다. 오염물질 확산실험은 소금물 용액에 주변수와의 밀도차를 없애기 위해서 메탄올 용액을 첨가하여 추적자로 이용하여 농도장의 분석을 일본 KENEK사의 전기전도도계(conductivity meter)와 Gartner사의 DAS(data acquisition system)를 이용하여 횡방향 유속장의 분포와 오염운의 거동을 비교하여 다음과 같은 결론을 얻게 되었다. 주 흐름은 직선구간에서는 중앙에서 최대 유속을 나타내며, 좌우대칭적인 유속분포의 모습을 보이고, 만곡부에서는 수로안쪽을 따라 최대유속이 발생하였다. 수로의 직선구간에서는 최대유속이 발생하는 즉, 중앙에서의 오염물질의 분산이 가장 활발하게 이뤄졌으며 농도의 퍼짐형상인 오염운 역시 만곡부에서는 수로만곡부의 안쪽을 따라 확산 이동함을 알 수 있었다. 만곡부 외측에서는 오염물질의 정체현상이 일시적으로 발생하며, 유속구조의 횡방향 비대칭구조로 인한 종 횡방향의 분리현상이 발생하고, 오염운의 중첩현상이 종방향으로 연속되게 나타난다. 향후 수심방향 거동을 포함한 3차원적 분석이 요구되며 이 연구결과는 2차원적 수치해석의 적용 및 분석 자료로써 이용이 가능하다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.31 no.3
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• pp.291-301
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• 1998

The objective of this study is to analyze the characteristics of flow and bed topography with changing bed material in a 180-degree, with constant-radius curved experimental channel. Sand($D_{50}$ = 0.56 mm, s = 2.65) and anthracite($D_{50}$ = 0.26 mm, s = 1.54) were selected as bed materials. The maximum scour depth was found to be about two times for the mean flow depth at the outer bank of bend angle $30^{\circ}~60^{\circ}$, and in case of anthracite, it was found upper part of bend angle $5^{\circ}~15^{\circ}$ than that of sand. Regardless of bed materials the path of maximum streamwise velocity is skewed inwards in the upper part of the bend, the maximum velocity shifts outwards, and it lagged downward as bed roughness increases. The maximum skewed angle of flow grows faster in the smooth bottom than in the rough one, and its value also increases. The secondary flow in anthracite bottom was measured larger than that of sand one, and two cells of secondary flow was found in this experiment.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.56-56
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• 2020

하도식생은 흐름과 유사의 이송에 영향을 주고, 하도의 지형변화를 일으키는데 중요한 역할을 하다. 하도 식생의 밀도가 증가하면, 하안의 안정성이 증가하고 하안침식이 감소하며, 사주의 형상과 거동에 영향을 준다. 또한 하천의 사행발달 및 하천의 지형변화에 영향을 준다. 식생의 성장과 밀도는 홍수 및 하상변동에 의하여 영향을 받으며, 이는 흐름 및 하천의 지형에 영향을 준다. 따라서 본 연구에서는 하도식생에 의한 사행하천의 발달과정을 2차원 수치모형을 적용하여 분석하였다. 하도식생의 생의 성장과 소멸과정을 고려하여 식생밀도를 고려하여 사행하천의 변화 과정을 분석하였다. 초기에 하안침식이 발생하고, 하폭이 증가하였다. 특히, 흐름이 집중되는 만곡부에서 하안침식이 증가하며, 하도의 사행도가 증가하였다(Fig.1(b)). 시간이 증가하면서 만곡부 내측에서 고정사주 내측에서 scroll bar가 발달하며, 만곡부 외측에서는 하안침식이 발생하고, 사행도가 증가하였다. 또한 식생의 침수시간이 감소하고 식생의 성장률은 증가하였다(Fig.1(c)). 식생의 밀도가 증가함에 따라 사행도는 증가하였다. 식생의 밀도가 증가함에 따라,

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.2
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• pp.89-97
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• 2017

Turbulent flow structure in the high amplitude meandering channel is complex due to secondary recirculation with helicoidal motions and shear layers formed by flow separation from the curved sidewall. In this work, the secondary flow and the superelevation of the water surface produced in the high-amplitude Kinoshita channel are reproduced by the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) computations using the VOF technique for resolving the variation of water surface elevation and three statistical turbulence models ($k-{\varepsilon}$, RNG $k-{\varepsilon}$, $k-{\omega}$ SST). The numerical results computed by a second-order accurate finite volume method are compared with an existing experimental measurement. Among applied turbulence models, $k-{\omega}$ SST model relatively well predicts overall distribution of the secondary recirculation in the Kinoshita channel, while all three models yield similar prediction of water superelevation transverse slope. The secondary recirculation driven by the radial acceleration in the upstream bend affects the flow structure in the downstream bend, which yields a pair of counter-rotating vortices at the bend apex. This complex flow pattern is reasonably well reproduced by the $k-{\omega}$ SST model. Both $k-{\varepsilon}$ based models fail to predict the clockwise-rotating vortex between a pair of counter-rotating vortices which was observed in the experiment. Regardless of applied turbulence models, the present computations using the VOF method appear to well reproduce the superelevation of water surface through the meandering channel.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1757-1760
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• 2008

본 연구에서는 유한요소 모델인 RMA-2를 이용하여 격자의 구성방법에 따른 만곡수로에서의 흐름특성분석을 비교하였다. 수치모의는 격자구성에 따라 균일격자망의 모형과 타원형 편미분 방정식을 이용한 모형에 대하여 실시하였다. 균일 격자망의 모형은 직선부에서는 가로세로비율에 따라 직사각형 격자를 구성하였고 곡선부에서는 곡률구간을 일정한 각도로 나누어 구성하였으며, 타원형 편미분 방정식을 이용한 모형은 격자간의 직교성을 만족하도록 구성하였다. 본 연구의 수치 모의는 Shukry(1950)의 $180^{\circ}$ 만곡수로실험과 동일한 조건으로 실시하였으며 각 지점에서의 합성 유속분포를 실험값과 비교하였다. 실험결과, 만곡부에서 타원형 편미분 방정식을 이용한 모형의 수치모의 결과는 균일격자를 이용한 모형에 비해 실험값과 잘 일치함을 알 수 있었다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.10 no.5
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• pp.125-133
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• 2010

In general, curved bends raises a risk of overtopping due to floods and also threatens a bank safety due to a local flow concentration. This study aims to test the applicability of CCHE2D model for experimental flumes with two different types of bends and then investigate flow characteristics in the sharply-curved bend of a natural channel. The results demonstrated that the percent error of water level was within 4.9% for experimental flume applications and the simulated spatial distribution of velocity matched the observed results very closely. The calibrated model based on the experimental flumes was also applied to analyze the flow characteristics in natural channel bends of the Daeyu reach, located in a downstream of the Youngdam Dam. The results showed that in upstream, the simulated water level by the CCHED was observed at 1.5 m higher than the 1-D numerical model (HEC-RAS) result since the HEC-RAS could not represent the bend geometry effect on streamflow. However, the calculated results by several empirical formula support that the CCHE2D is suitable for the super elevation simulation as well as flood stage and velocity in a natural channel bend.