• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.159-163
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• 2008

본 연구에서는 2-방정식 난류모형을 이용하여 사면을 따라 발달하는 하층밀도류의 시간에 따른 이동현상에 대해 살펴보았다. 이를 위해 타원형의 편미분 방정식을 지배방정식으로 구성하고, 난류 완결을 위해 k-$\varepsilon$ 난류모형을 이용하였다. 개발된 모형을 이용하여 경사의 사면을 따라 진행하는 연속 유입 밀도류를 수치모의 하였다. 완전 발달된 하층밀도류의 거리에 따른 주흐름방향 유속 분포, 체적 농도를 계산하였고, 이를 기존의 실험결과와 비교하였다. 실험과 수치모의 결과가 잘 일치함을 확인하였다. 또한, 불연속 유입 밀도류의 시간에 따른 진행 상황을 수치모의하여 밀도류와 주변수체의 경계부에서 Kelvin-Helmholtz 불안정에 의한 와(渦)가 형성되는 것을 확인하였으며, 밀도류 선단부의 진행 속도와 주변수체의 유입에 대해 고찰하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.63-63
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• 2017

우리나라에서 홍수기에는 하천에 부유사를 포함한 수체가 침강되어 하층 밀도류 형태로 전파된다. 온도로 성층화가 심하게 되지 않은 댐의 경우 하층 밀도류로 댐체까지 전파되고, 유출되어 하류로 흘러가거나 차단되어 담수된다. 침사용 저수지는 하류에 있는 저수지에 유사 전파를 막기 위해 건설된 댐으로, 이를 잘 관리하기 위해서는 밀도류의 차단에 대한 연구가 필수적이다. 따라서 본 연구의 목적은 층적분 모형을 사용하여 밀도류의 전파와 이에 따른 저수지의 유사 차단 현상을 모의하는 것이다. 이를 위하여 1차원 수치모형을 제시하였으며 실내실험 자료에 적용하여 밀도류의 전파 및 차단 양상을 분석하였다. 모의 결과 소류사는 대부분 상류단에서 퇴적되고, 부유사가 밀도류에 포함되어 하류단까지 전파되고, 차단되는 것을 확인하였다. 또한, 질량보존과 운동량 보존에 의해 저수지 전체에서 밀도류 두께가 증가되며 담수되는 현상을 확인하였다. 담수된 밀도류의 포집효율에 영향을 미치는 인자를 분석하고, 포집효율에 대한 각 입자의 민감도 분석을 수행하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.11 no.2
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• pp.27-37
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• 1991

The behavior of a negative buoyant flow flowing into a small reservoir is analysed by experiments and dimensional analysis. The nondimensional plunge point, head velocity, head travel distance and the dilution of density current are dependent on the inflow densimetric Froude number, Fre. The thickness of density current, flow pattern and density difference are different from two cases as follows; before the front of head arrive at the downstream end and after. Before the arrival, the thickness of density current is dependent on Fre and after the arrival, time and Fre. It was found that they can be expressed as power laws.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.32 no.1
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• pp.83-94
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• 1999

In continental margins, turbid underflows which are not confined to a given channel, are free to spread laterally as well as longitudinally. Lateral spreading can reduce substantially the run out distance of flows along continental shelves and slopes. Laboratory experiments with a large tank, employing saline density currents as surrogates for fine-grained turbidity flow, coupled with dimensional analysis, have been used to develop a simple expression for lateral spreading rates of two-dimensional flows on sloping beds. characteristic length and time are determined by the flow discharge and buoyancy flux at the inlet. By knowing the initial width of the flow, the spreading law can be used to estimate the maximum width of the current at different times as well as the longitudinal spreading rate. Predictions for flows compare favorably against observations.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.3B
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• pp.231-237
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• 2009

This study presents a numerical model to simulate density currents developing two dimensionally. The ${\kappa}-{\varepsilon}$ model is used for the turbulence closure. Elliptic flow equations are solved by the finite volume method. In order to investigate the applicability of the numerical model, discontinuous density currents are simulated numerically. The vortices due to the instability at the interface are simulated, showing a good agreement with the experimental visualizations in the literature. It is also investigated that the transition from slumping phase to inertial phase occurs when a bore generated at the end wall overtakes the front. However, the propagation of the density current is retarded compared with the experimental results. Two-dimensional modeling seems to have an effect on underestimating the front velocity of the density current.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.173-173
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• 2012

중력류는 두 유체 사이에서 물질의 종류 또는 온도차로 인한 밀도 차이에 의해 발생되는 유체의 흐름을 말하며, 자연환경에서는 저수지에서의 중층탁류, 사막에서의 모래 폭풍, 하구에서의 염수쐐기 등이 그 예이다. 여름철에 강우가 집중되는 우리나라는 홍수에 의한 범람, 침수 등이 발생할 뿐만 아니라 댐이나 하천, 호수 등에 흙탕물이 유입되어 중간층에 정체하는 중층탁류에 의한 피해가 자주 발생하고 있다. 과거에 중층탁류는 일시적인 현상에 불과하였으나 오늘날에는 인공적으로 형성된 정체성 호수나 하천에서 장기간 체류하여 생태계의 교란과 수질 악화를 초래하고 있다. 중층탁류에 의한 피해를 저감시키기 위해서는 본래 자연 상태의 하천이나 호수와 같이 온도분포가 비선형적으로 성층화 된 상태에서 탁수가 유입되어 중층탁류가 형성되는 과정과 흐름 특성을 이해하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 중력류 흐름 해석을 위한 실험 장치를 개발하였다. 실험 장치 중 수조의 제원은 1200 $700{\times}300mm$이며, 수조 상부에는 가열장치를 설치하였고, 수조 하부에는 냉각장치를 설치하였다. 이들 장치들을 가동하여 깊이에 따른 자연현상에서의 비선형적인 온도 단면을 재현한다. 수리 실험방법은 깊이 방향으로 온도에 따라 비선형적으로 성층화 된 유체 내로 경사가 있는 판을 따라 수조내의 성층화된 유체의 중간 온도 혹은 밀도를 가진 유체를 침입시킨다. 침입유체는 성층화된 유체 내에서 초기에는 중력에 의해 운동량을 갖고 경사면을 따라 일정한 속도로 흘러내려 간다. 이후 바닥으로 하강 한 후 부력에 의해 상승하여 동일한 밀도층의 위치에서 횡방향으로 전파하게 된다. 이 연구에서는 이와 같이 비선형적으로 성층화된 유체 내에서의 침입 중력류의 흐름 특성을 실험적으로 관측하고 분석한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1658-1662
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• 2009

최근 들어 기후 변화로 인한 이상 강우 현상과 기록적인 집중 강우로 탁수 발생의 빈도와 강도가 증가하고, 탁수의 장기간 하류 방류로 인해 경제적인 피해가 발생할 뿐만 아니라 환경적으로도 중요한 문제로 대두되고 있다. 저수지로 유입된 탁수의 시공간적 분포 예측 결과의 신뢰도는 탁수 밀도류 해석의 정확도에 가장 큰 영향을 받으므로 유입 하천수의 밀도 거동에 대한 정확한 해석이 필요하다. 따라서 탁수의 거동해석은 수리 및 수질의 연동 모의(Coupled modeling)가 필수적이다. 본 연구의 목적은 수리 및 수질의 연동 해석이 가능한 2차원 횡 방향 평균 모형(CE-QUAL-W2)을 소양호에 구축하고, 기록적인 강우 사상을 보인 2006년 수문조건에서의 모형의 적용성과 한계점을 평가하는데 있다. 구축한 소양호 탁수 예측 모델을 2006년 탁수사상에 적용한 결과, 홍수 사상으로 이중 첨두 유량이 발생한 후 저수지 내에서 중층 밀도류와 바닥밀도류의 두 가지 밀도류 형태가 혼재하여 진행되는 현상이 적절히 모의되었다. 하지만, 저수지내에서 측정한 탁수 수괴(plume)의 시공간적 수직분포(profiles)는 모의결과와 다소 편차를 보였으며, 특히 저수지 바닥 인근에서 모델은 실측값을 과대평가 하였다. 오차의 원인은 모델 입력 자료의 불확실성과 수치모델의 불확실성으로 판단된다. 따라서 향후 탁수 거동 모델링과정의 불확실성을 최소화하고 모의결과의 신뢰도를 개선하기 위해서 극한탁수 사상에서 발생하는 수리학적 현상과 SS 입자 동력학에 대한 이론적 연구와 입력 자료의 정확한 산정을 위한 현장 실험이 필요하다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.26 no.4
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• pp.253-266
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• 2014

The ECOM3D is used to study the circulation characteristics and density current from the Sumjin River runoff in the Kwangyang Estuarine System, South Sea, Korea. Annual mean value of $120m^3/s$ was imposed from the Sumjin River. The numerical model results in terms of tidal height, current and salinity field show satisfactory with skill scores over 90%. The current velocity showed the range of 1~2.5 m/s during flood and ebb phases. In particular, very strong flow occur in the narrow Channels of Noryang, Daebang and Changson exceeding over 2.0 m/s. The tidal residual currents in the various locations in the Kwangyang Estuary showed the range of 1~21 cm/s, The density-driven current through the Yeosu and Noryang Channels are about 12 cm/s and 4 cm/s, respectively. The current path through the Yeosu Channel is deflected toward west Bank. Based on budget analysis of the volume flux, the volume flux through the Yeosu Channel and the Noryang Channel were estimated to be 97.4 and $22.1m^3/s$ accounting for the 81.5% and 18.5% of total flux, respectively.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.50 no.1
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• pp.55-64
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• 2017

This study presents a numerical model for simulating turbidity currents using the ULTIMATE scheme. For this, the layer-averaged model is used. The model is applied to laboratory experiments, where the flume is composed of sloping and flat parts, and the characteristics of propagating turbidity currents are investigated. Due to the universal limiter of the ULTIMATE scheme, the frontal part of the turbidity currents at a sharp gradient without numerical oscillations is computed. Simulated turbidity currents propagate super-critically to the end of the flume, and internal hydraulic jumps occur at the break-in-slope after being affected by the downstream boundary. It is found that the hydraulic jumps are computed without numerical oscillations if Courant number is less than 1. In addition, factors that affect propagation velocity of turbidity currents is studied. The particle size less than $9{\mu}m$ does not affect propagation velocity but the buoyancy flux affects clearly. Finally, it is found that the numerical model computes the bed elevation change due to turbidity currents properly. Specifically, a discontinuity in the bed elevation, arisen from the hydraulic jumps and resulting difference in sediment entrainment, is observed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1838-1842
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• 2008

본 연구에서는 하구 유입 하천에서 발생하는 염수쐐기의 형상 및 거동특성을 구명하기 위하여 정상상태 염수쐐기 실험을 수행하였다. 길이에 비해 상대적으로 폭이 좁은 개수로의 상류부분에는 담수를 지속적으로 공급할 수 있는 담수공급장치를 설치하였고, 정상상태의 염수쐐기를 발생시키기 위하여 염수수조 측면에 지속적으로 염수를 공급할 수 있는 염수공급수조를 설치하였다. 실험조건은 담수 방류량과 이층류의 밀도차의 영향을 고려한 밀도프루드수(densimetric Froude number)를 기준으로 선정하였다. 실험결과 각 케이스별 염수쐐기의 형상은 중앙부에서 약간의 산포된 양상을 제외하고는 거의 선형을 이루는 것으로 관찰되었다. 경계층의 형상과 두께는 이층류의 농도장을 측정하고 밀도변동성분을 고려한 표준편차를 통하여 산정하였다. 그리고 염수쐐기의 선단부에 해당하는 리차드슨수와 경계층 두께와의 비교 등을 통해서 경계층의 양상을 파악하였다.