• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.434-438
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• 2005

본 연구에서는 개수로 흐름에서 전단속도의 분포를 조사하였다. 이를 위해 직사각형 개수로 흐름과 복단면 개수로 흐름에 대한 DNS 자료를 이용하였으며, 계산된 전단속도는 기존의 실험자료 및 수치해석결과와 비교$\cdot$분석되었다. 평균흐름장에서는 직사각형 개수로 흐름의 경우, 자유수면 부근에서 내측이차흐름이 발생하는 것을 볼 수 있었으며, 복단면 개수로 흐름에서는 주수로와 홍수터의 접합부 부근에서 쌍와가 생성되는 것으로 나타났다. 이차흐름의 최대크기는 체적평균된 주흐름방향 유속의 약 $5\%$로서, 직사각형 개수로 흐름에서 발생되는 것보다 더 강하다는 것을 알 수 있었다. 이러한 이차흐름의 영향으로 주흐름방향 평균유속의 등속선이 편향된 것으로 나타났다. 본 DNS에서 전단속도가 최대값을 갖는 지점은 직사각형 개수로 흐름의 경우 자유수면이며, 복단면 개수로 흐름의 경우 접합부인 것으로 나타났다. 이는 기존 LES 결과와 동일하지만, 실험연구와는 다른 결과이다. 접합부에서 이러한 차이를 보이는 이유는 실험에서 마찰속도를 산정하기 위해 사용하는 방법의 부적합성에 있는 것으로 나타났다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.4 no.1
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• pp.54-62
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• 2017

This study investigated compound open channel flow using OpenFOAM Large Eddy Simulation (LES). Large eddy simulations were carried out by solving the filtered continuity and momentum equations numerically. One equation LES and non-uniform grid were applied to capture the anisotropic turbulence and secondary flow near the wall. The results of large eddy simulations of turbulent flow in a compound open channel with deep and shallow flood plain depths are presented. These LESs are validated with experimental data, resulting in a good agreement between measured and calculated data. The role of anisotropic turbulence in generating secondary currents is illustrated.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1-5
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• 2009

하천의 수위와 유량에 대한 정확한 정보는 이수, 치수와 같은 수자원 관리에 있어서 가장 기본 물리량이며, 각종 물이용 분쟁 해결, 수공구조물의 설계, 하천의 유사량 산정 및 수리 수문모형의 개발, 검증을 위한 기초자료로 이용된다. 그러나 유량의 직접 계측은 많은 비용이 소요되며, 홍수시에는 계측이 불가능하다. 지속적인 유량자료의 실측은 얻는 것은 매우 어렵다. 따라서 최근 수치 모형을 이용하여 수위-유량 곡선을 예측하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 복단면 및 불규칙한 하상을 갖는 개수로의 수위-유량 곡선 및 단위유량 예측모형을 개발하고자 한다. 수심 적분된 2차원 운동량 방정식으로부터 정상류와 등류 조건을 가정하여 지배방정식을 구성하였으며, Manning 조도계수를 사용하여 자갈 및 모래와 같은 하상재료에 의한 전단력을 산정한다. 또한 식생항력을 이용하여 홍수터 및 제방의 식생이 수위-유량에 미치는 영향을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.238-238
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• 2011

복단면 하도는 홍수소통을 위한 상부 하도와 생태계 서식처 강화와 유사이송능력 개선, 경제적인 유지유량의 확보 등을 도모하는 자연적인 저수로 하도로 구성된다. 그러므로 갈수기와 홍수기의 유량차가 큰 하천에서, 복단면 하도는 하천 공학, 환경 생태 관점에서 다양한 이점을 제공한다. 그러나 복단면 하도에서의 흐름저항, 조도계수, 통수능, 수위-유량관계, 횡방향 유속분포, 그리고 하상전단응력 분포는 단단면 하도와 상이하며, 중요한 차이점은 주수로부와 홍수터부 사이의 유속차로 인하여 발생하는 활발한 운동량 교환에 의해 추가적인 전단층이 생성되는 점이다. 주수로와 홍수터 사이에서 발생된 경계전단력(Apparent Shear Force, ASF)은 하천의 전반적인 통수능을 감소시켜 홍수의 하도내 저류효과를 증가시킬 수도 있다. 또한 주수로 및 홍수터가 분담할 수 있는 유량은 경계전단력에 민감하기 때문에, 홍수터에 수목 식재, 구조물 설치 등을 계획할 경우 정량적인 항력저항의 산정을 위하여 매우 중요하다. 현재까지 복단면에서 발생하는 경계전단응력을 추정하는 다양한 방법들이 개발되었으며, 각각의 방법으로 부터 경계전단력을 정량적으로 예측할 수 있다. 그러나 대부분의 방법이 실험에 근거한 경험적 방법이므로 각 식의 개발에 사용된 자료에만 적합할 수 있는 한계가 있으며, 균일한 수로의 기하학적 변수(전단면과 주수로의 하폭비, 홍수터와 주수로의 수심비, 홍수터와 주수로의 조도비, 주수로의 하폭대 수심비 등)에 의한 식으로 구성되어 수치모형에서 직접 활용하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 복단면 경계전단력 산정을 위하여 개발된 다양한 연구결과들을 비교 검토하고, 기존문헌 또는 웹상에서 가용한 수리실험 자료들을 이용하여 각 방법에서 계산된 유량과 실측 유량을 비교함으로써 각 방법이 지닌 한계를 분석하였다. 본 연구에서 검토된 5가지 방법은 Knight and Demetriou (1983)(이하 KD), Wormleaton and Merret (1990)(이하 WM), Cristodoulou (1992), Bousmar and Zech(1999) (이하 BZ) 그리고 Moreta and Martin-Vide (2010)(이하 MM)이다. BZ 방법을 제외하고 나머지 방법들은 전체 유량의 비교에서 5% 이내의 오차를 나타내었다. 그러나 나머지 4가지 방법 중 주수로부 유속의 비교에 있어서는 소규모 수로 실험자료만 이용한 KD 방법이 5% 이상의 오차를 나타내어 정확도가 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서 비교적 단순한 형태의 Cristodoulou (1992) 방법이 적용하고자 하는 수로의 규모와 무관하게 복단면 유량예측에 적합할 것으로 판단된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.3B
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• pp.253-262
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• 2006

The present paper presents a direct numerical simulation of turbulent flows in a compound open-channel. Mean flows and turbulence structures are provided, and they are compared with the numerical data and measured data available in the literature. The simulated results show that twin vortices are generated near the juncture of the main channel and the floodplain and their maximum magnitude is about 5% of bulk streamwise velocity. At the juncture, the simulated wall shear stress becomes the maximum unlike the experimental data. A quadrant analysis shows that both sweeps and ejections become the main contributor to production of Reynolds shear stresses. A conditional quadrant analysis reveals that the directional tendency of dominant coherent structures determines the production of Reynolds shear stress and the pattern of twin vortices.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.43 no.6
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• pp.517-524
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• 2010

In this study, the 1D apparent shear stress model for vegetated compound open-channel flows was suggested. To consider the effect of momentum exchange between main channel and floodplain, the eddy viscosity concept was used in the present model. The interfacial eddy viscosity in the interface of main channel and floodplain was determined from the 3D Reynolds stress model. The evaluated interfacial eddy viscosity appears to be good agreement with those proposed previously. To investigate the effect of interfacial eddy viscosity, sensitive analysis was carried out. the computed backwater profiles are nearly identical with respect to the value of the interfacial eddy viscosity. However, the discharge conveyed by the floodplain changes is proportional to the interfacial eddy viscosity. Finally, the changes of the interfacial eddy viscosity due to the vegetation density and vegetation height were examined. The computed results of interfacial eddy viscosity are in proportion to the vegetation density and vegetation height, and the interfacial eddy viscosity has a range of $(2-5)\;{\times}\;10^{-4}$.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.941-945
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• 2007

도시하천에서 환경적 기능이 중요성을 더해가면서 복단면의 홍수터에 교목이 식재 되어지는 경우가 있다. 그러나 식생은 하천의 흐름저항을 크게 하고 통수능을 감소시켜 수위상승이나 국부적인 유속 증가를 유발할 수 있으므로 하천에 식생대를 조성하거나 향후 관리를 위해서는 식재로 인해 변화되는 수리학적 특성들을 이해하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 본 연구에서는 하천복원의 주 대상이 될 수 있는 도시하천의 홍수터에 교목의 식재 가능성을 알아보기 위해 수리실험을 실시하였다. 실험수로는 우리나라 도시하천의 대부분이 홍수터를 갖는 복단면임을 고려하여 복단면 형태로 제작하였으며, 실험은 길이 16 m, 폭 0.8 m, 높이 0.9 m이고 벽면이 아크릴로 된 직사각형 가변 경사 개수로 실험 장치를 이용하였다. 수로경사는 0.5 %, 실험 식생의 밀도는 4.4 %로 고정하고, 실험유량을 $0.03{\sim}0.04\;m^3/s$, 수심(h)과 홍수터 폭(w)의 비(h/w)를 1.2, 1.7, 2.2로 변화시키면서 실험을 실시하였다. 실험결과 최대 수심변화는 유량이 $0.04\;m^3/s$이고 수심/홍수터 폭 비가 1.2일때 약 4 %로 측정되었고, 저수로에서의 유속의 증가 범위는 단면 평균유속에 비교하여 약 $50{\sim}85\;%$로 확인되었다. 이는 복단면에서의 저수로 유속은 홍수터에 식재가 되었을 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 더욱 빨라짐을 의미한다. 따라서 복단면의 홍수터에 교목을 식재할 경우에는 식재에 의한 수위상승 영향 보다는 저수로에서의 유속증가에 더 많은 관심을 가질 필요가 있다고 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.5 no.4
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• pp.199-209
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• 2018

In river design, consideration of bed shear stresses is necessary to secure stability of levee and floodplain. In this study distributions of bed shear stresses in compound open channels are analyzed through numerical simulation for various width and depth. LES solver in OpenFOAM is applied to 12 cases of compound channel shapes considering secondary flow which effects distributions of bed shear stresses. By the results time averaged velocity distributions, secondary currents, and distributions of bed shear stresses are analyzed. Overall distributions of bed shears in floodplain show that higher shear stresses are seen in left of floodplain and the shears decrease toward right of floodplain. However, high local variations in shear stresses are shown due to the secondary flow effects. In shallow floodplain, bed shear stresses show low value below 0.8 times of averaged bed shear. In deep floodplain, bed shear stresses show high value over 1.2 - 1.4 times of averaged bed shear.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.403-407
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• 2007

본 연구에서는 개수로 흐름에서의 오염물질 거동 특성에 대해 분석하였다. 이를 위해 개수로 흐름을 등류상태로 가정하여 3차원의 수직모형을 구성하고 운동량 방정식과 스칼라 수송방정식에서의 난류 폐합을 위해 레이놀즈응력 모형 및 GGDH 모형을 사용하였다. 개발된 모형을 이용하여 복단면 수로에서 오염물질이 점으로 주입된 경우에 대해 난류 흐름 및 오염물질의 농도 분포를 수치모의 하고 기존의 실험 데이터와 비교하였다. 그 결과 개발된 모형이 개수로 흐름에서의 평균유속 및 난류구조, 오염물질의 농도 분포 등을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 특히, 이차흐름의 영향으로 인해 최대 농도 값의 위치가 거리에 따라 이동하는 것으로 나타났으며, 농도 분포 역시 정규분포에서 거리에 따라 점차 왜곡되는 것으로 확인되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.3
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• pp.265-276
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• 2007

An understanding of the hydraulic characteristics in the compound channel with vegetation is important in designing stream restorations or managing the floodplain. A laboratory flume of 16 m long and 0.8 m wide was used for analysis of the hydraulic characteristics in the single section channel and the compound channel with artificial vegetation. Slope of experimental channel is 0.5 %. Discharges are ranged from $0.2\;m^3/s\;to\;$0.4\;m^3/s$. The experiments were done by changing water depth ratio, vegetation density and vegetation location. When water depth ratio in the single section channel with vegetation increase up to 3.5, the results showed that the increment of water depth due to vegetation may be ignored in practice. The maximum increment of water depth was measured up to 6 % in the compound channel with vegetation and the range of velocities increment in the low flow channel was from 25 % to 85 % compared with section average velocities. As the vegetation densities increase and water depth ratios decrease, the velocity of the low flow channel increased. The range of roughness coefficients in the vegetated reaches were estimated from 0.055 to 0.14 in the single section channel and from 0.063 to 0.085 in the compound channel using HEC-RAS and RMA-2 model.