• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.5
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• pp.455-464
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• 2012

In this study, a combined unsteady friction model has been developed to simulate the waterhammer phenomenon for the pipeline system. The method of characteristics has been employed as the modeling platform for the integration of the acceleration based model and the frequency dependant model for unsteady friction. Both Zielke's model and Ramos model were also compared with pressure measurements of a pilot plant pipeline system. In order to validate the modeling approach, a pipeline system equipped with the high frequency pressure data acquisition system was fabricated. The time series of pressure, introduced by a sudden valve closure, were obtained for two Reynolds numbers. A trial and error method was used to calibrate parameters for unsteady friction model. The comparison between different unsteady friction contributions in pressure variation provided the comprehensive understanding in the pressure damping mechanism of waterhammer. The proper evaluation of unsteady friction impact is a critical factor for accurate simulation of hydraulic transient.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.599-603
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• 2012

본 연구에서는 부정류 계산 모형을 이용한 확률 홍수량 및 홍수위 산정 방법을 개발하고, 이를 한강 살리기 사업이 진행 중인 남한강 구간에 적용하였다. 우선 한강 살리기 사업 전과 후의 하도에 대하여 부정류 계산 모형을 각각 수립하였으며, 과거 발생한 홍수사상을 조사하였다. 사업 전 모형과 최근에 발생한 홍수사상을 이용하여 모형의 보정 및 검증을 실시하고, 추정된 매개변수를 사업 후의 하도에 대한 모형에 적용하였다. 대상 유역에 과거 발생한 홍수사상을 사업 후 모형으로 모의하여 각 홍수사상 별로 최대 홍수량 및 홍수위를 계산하였다. 이때 최대 홍수량 모의 결과들을 빈도해석 대상 자료군으로 사용하여, 연최대치 계열이나 부분 시계열에 대하여 빈도해석을 통하여 확률 홍수량을 산정할 수 있다. 본 연구에서는 장기간의 관측자료의 확보가 어려운 국내의 현실을 고려하여, 부분 시계열의 빈도해석 방법을 사용하여 확률 홍수량을 산정하였다. 다음으로 부정류 계산모형의 모의 결과인 최대 홍수량 및 홍수위 자료를 회귀분석하여 수위-유량 관계식을 유도하고, 각 빈도별 확률 홍수량을 관계식에 대입하여 확률 홍수량에 대응하는 확률 홍수위를 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1259-1263
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• 2008

인천청라 경제자유구역내의 중앙호수공원을 대상으로 100년빈도 홍수시 Off-Line저류지로써 횡월류부에 가동보 설치에 따른 공촌천 홍수조절효과를 분석하였다. 서해조위 및 배수갑문 운영 등의 다양한 변수를 고려해야 하는 본 하천의 특성상 흐름상태의 시 공간적 변화를 고려하고 Off-Line 저류지 해석에 있어 실제 지형을 충분히 반영할수 있는 HEC-RAS 부정류 해석을 수행하였다. 부정류 모의 시 가동보의 도복을 합리적으로 검토 하기 위해 도복발생 시간을 기준으로 2단계에 걸쳐 부정류 모의를 수행하였다. 즉, 1단계에서 호수공원 횡월류 Weir높이를 가동보 높이로 고정하고 부정류 모의를 수행하여 공촌천의 호수공원 횡월류부 지점의 수위가 가동보 높이와 같아지는 시간을 찾고, 2단계에서 그 시간을 기준으로 호수공원 횡월류 Weir높이를 가동보가 없을 때의 높이로 부정류 모의를 수행하여 공촌천의 내수위를 검토하였으며, 가동보가 설치되지 않았을 때의 결과와 비교하여 가동보 설치에 따른 홍수조절효과를 분석하였다. 본 연구방법에서 검토된 공촌천 내수위의 적정성을 검토하기 위하여 배수갑문 운영에 따른 수위 변화를 모의 할 수 있는 Gate 모형으로 공촌천 하류의 배수갑문 지점에 대한 내수위를 산정하였으며, 하천 상류구간의 배수영향을 HEC-RAS를 이용한 부등류 모의를 추가적으로 수행하여 본 연구방법의 결과와 비교 검토하였다. 공촌천의 내수위 비교를 통한 홍수조절효과 분석결과 $2{\sim}3cm$ 정도의 홍수조절 효과가 있는 것으로 분석되었으며, 본 연구에서 제안한 방법이 가동보 설치에 따른 홍수조절효과분석 시 적용이 가능하리라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.152-152
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• 2016

최근 기후변화의 영향으로 장마, 태풍 등 극한사상의 발생빈도와 강도가 비정상적인 증가 추세를 나타내고 있으며, 여름철 국지성 호우로 인한 농경지 및 도심 저지대 지역의 침수 피해가 발생하고 있다. 침수 피해에 대한 대책 마련을 위해서는 수공구조물 설계 기준을 초과하는 호우에 대한 홍수 영향을 분석할 필요가 있으며, 기후변화에 따른 강우자료의 변화 특성을 파악하기 위해서는 비정상성 (Non-Stationary) 가정이 수반되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 비정상성 빈도해석을 통해 중소하천을 대상으로 부정류 해석을 실시하고 미래 침수특성을 분석하고자 한다. 연구대상지는 상습 침수지역이 위치한 중소하천을 선정하였고, 각 유역에 가장 인접한 기상관측소로부터 강수량 자료를 수집하였다. 강수량 모의 자료는 국립기상과학원에서 제공하는 해상도 12.5 km의 지역 기후변화 시나리오를 이용하여 구축하였다. 구축한 강수량 자료는 정상성 및 비정상성 빈도해석을 각각 수행하였으며 비정상성 빈도해석 방법으로는 누적평균 방법 및 이동평균 방법을 적용하였다. 유역 유출량은 실무에서 설계홍수량 산정에 널리 이용되고 있는 HEC-HMS 모형으로 산정하였다. 유출량과 하천기본계획의 하천단면 측량자료를 1차원 부정류 해석 모형인 HEC-RAS 모형에 입력하고 부정류 해석을 실시하여 하천 홍수위를 모의하였다. 본 연구의 결과는 상습 침수 지역의 침수 피해에 대한 관리 대책을 수립하는데 기초자료로 사용할 수 있을 것을 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.1
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• pp.29-39
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• 2016

Accurate quantitative assessment of flood control effect of side-weir detention basin as a flood countermeasure was highly required, in which one-dimensional HEC-RAS model has been widely utilized in practice. When the submerged overflow occurred particularly driven by limited storage capacity of a given detention basin, HEC-RAS model could not be sufficiently applicable by guaranteeing acceptable accuracy without reliable benchmark dataset. From this perspective, a dedicated unsteady experiment was planned and carried out to physically realize such submerged overflow for accommodating better accuracy. Subsequently, the experimental results were applied to validate and calibrate HEC-RAS unsteady modeling to provide flood control effect of the detention basin for various inflow scenarios. After following this procedure, the modelled results indicated that there appeared within -5% of difference in stage height and maximum 2.4% accuracy to assess the flood control effect, thereby ensuring the calibrated HEC-RAS unsteady model to be accurate with practically acceptable error range.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.123-123
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• 2023

하천이 바다와 만나는 하구(河口, estuary)지역은 조위의 영향을 강하게 받아 하천 수위의 낙폭이 크고, 하상(河床)의 변동 또한 심하다. 때문에 이러한 감조구간은 홍수위 산정에 있어서도 일반하천에 비해 보다 세심한 주의가 요구된다. 우리나라 4대강 중 한강을 제외한 낙동강, 금강 및 영산강은 하구언 설치로 인해 이미 하구로서의 기능을 상실한 상황이다. 반면 한강 하류 구간은 북한과의 접경지역이라는 지리적, 상황적 특수성으로 인해 하구언 설치가 불가능하였기에 지금까지 감조상태를 유지하고 있다(Park and Baek, 2017). 지금까지 계획홍수위 산정시 일반하천이든 감조하천이든 간에 그 고유의 특성을 고려치 않고 정상-부등류(steady-nonuniform flow) 모의를 하는 것이 일반적인 관례이었다. 하지만 2018년 개정된 하천설계기준에 따르면 감조하천 구간에서는 반드시 부정류(unsteady flow) 모의를 수행하도록 규정하고 있다. 이에 따라 2020년 고시된 한강(팔당댐~하구) 하천기본계획(변경) 보고서에는 부정류해석을 통한 홍수위 산정분이 수록되어 있다. 문제는 "한강하구는 서해조석의 영향을 받는 감조하천이기는 하나 계획홍수량 유하시 한강에 미치는 조위의 영향은 미미하므로..."라는 결론을 도출하면서 부정류해석 결과 대신 부등류해석 결과를 계획홍수위로 결정했다는 것이다. 본 연구에서는 한강의 종점 유도지점을 기점으로 조석을 하류단 경계조건으로 부여하는 부정류 해석을 수행하여 한강하천기본계획(2020)의 홍수위와 비교하였다. 그 결과 본 연구에서 산정한 홍수위가 하구에서부터 신곡수중보 하류구간까지는 하천기본계획의 그것과 상당한 차이를 보였다. 한강하류 구간은 계획홍수량 발생시에도 조석의 영향을 받는 감조구간이므로 고시된 계획홍수위의 재검토가 필요해 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.243-243
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• 2022

댐은 일반적으로 하천관리에 있어서 인간에게 용수를 공급하고 홍수를 조절하는 등의 발전을 목적으로 건설되어 운영되고 있다. 그러나 하류하천은 댐 건설에 의해 흐름에 대한 연속성이 차단되어 첨두 홍수량과 유사량이 현저하게 감소한다. 첨두 홍수량의 감소로 퇴적된 유사는 이동하지 못해 고착화가 진행되고 식생이 침입하여 번성하게 된다. 하천에 식생이 발달하게 되면, 안정성이 증가하고 생태계 서식처를 형성하며 하천경관을 개선시키는 이점이 있다. 그러나 조도의 증가와 통수능의 감소로 인한 유속감소와 수위상승을 발생시켜 홍수범람을 야기할 수 있다. 따라서 이러한 상황에 대응하기 위해서는 식생대의 밀도에 따른 흐름을 분석하여 바람직한 하천관리방안 연구가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 2차원 흐름모형을 활용하여 황강 합천조정지댐 직하류 구간의 수목군을 고려한 부정류 계산을 통해 하도의 수위 및 유속을 예측모의하는 방법론을 제시하고 모의결과를 분석하였다. 상류단 경계조건은 과거 집중호우로 인하여 대홍수가 발생하였던 2020년 합천조정지댐 방류량 중 첨두발생 기간의 유량을 입력하였으며, 하도의 식생밀도를 산정하고 입력하기 위해 현장조사를 수행하였다. 수치모의 시 식생밀도는 총 4가지 Case(식생현황, 전체벌채, 식생개선, 식생존치)로 나누어 모의를 수행하였다. 모의결과, 직하류 만곡부 유입구간에서 외측으로 흐름이 집중되어 수심과 유속이 증가하였으며, 만곡부 외측의 식생대로 인해 식생대에서는 유속이 감소하고 수심이 증가하며, 식생대 주변 하류의 내측으로 흐름이 집중되어 수심과 유속이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 합천조정지댐의 실운영방류량과 황강의 실제식생밀도를 반영하여 수치모의를 하였기 때문에 흐름과 식생관리에 따른 실무적 대책방안 마련에 도움이 될 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 활용한 분석방법과 결과들은 합리적인 하천관리방안을 구축하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1088-1092
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• 2006

낙동강은 대표적인 수지상 하천망의 형태로서 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절, 지류 유입량, 비점원 유입량 등 계산영역 경계에서의 비정상상태의 수리조건과 수질관리 계획에 의해 일률적으로 오염이 부하되는 정상상태의 수질조건이 공존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 부정류 수질해석의 선행연구로 갈수기 및 저수기에서 안정한 해를 제공할 수 있는 부정류 수리모형을 개발하였으며, 낙동강에서 실측된 유량자료를 활용하여 개발된 모형의 적용성를 검증하였다. 또한 기존 범용 부등류 수질모형의 수리해석 결과와 비교하여 부정류 수리해석의 필요성을 확인하였다. 낙동강 물환경연구소에서 2004년, 2005년 환경기초조사사업의 일환으로 실측한 유량자료에 의한 본 모형의 모의결과, 동적 저유량의 낙동강 본류 유량 변동 특성을 정확히 모의하고 있는 것으로 판단되었으나 기존 정적 수질 모형에 의한 해석결과는 실측유량, 유속과 수리수심 등에 있어서 동적 해석 결과와 차이를 보이고 있으며, 이는 오염물의 종방향이송과 종확산계수 및 재포기계수 산정에 큰 영향을 미치는 유속, 수리수심 등의 수리량이 실제값과 상이하게 계산되어 수질해석의 불확실성을 가중시키는 결과를 도출하게 될 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.5
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• pp.495-503
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• 2012

It is necessary to perform the precise analysis of unsteady flow for effective design of the side-weir detention basin installed in the river. Generally, the HEC-RAS program, which is a 1D unsteady numerical model, is mostly used to simulate the unsteady flow for rivers. However, it is difficult to have confidence of unsteady flow results simulated by HEC-RAS due to the lack of experimental data and field monitoring data for the channel with a side-weir detention basin. Therefore, the purpose of this study is to validate or verify the simulation results calculated by HEC-RAS through the experiments for the open channel with a side-weir detention basin using specially-designed unsteady discharge-supply system. The experimental cases included unsteady flows in the straight channel with and without a side-weir detention basin. Especially, for the case with a detention basin, the experiment was performed to consider only the free flow condition over the side-weir. The study results showed that values of water level and discharge obtained from HEC-RAS coincided reasonably with experimental results with the maximum error of 3% for water level and 1% for discharge in the case of the flow without the side-weir detention basin and 4% for water level and 2% for discharge with the side-weir detention basin.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.240-244
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• 2019

본 연구에서는 2차원 수치모형(Nays2DH)을 적용하여 금강 상류에 건설된 세종보를 중심으로 보 개방 후에 홍수량 변화에 의한 하도의 지형변화 과정을 분석하였다. 수치모의를 위한 홍수량은 금남수위표에서 2018년 1월부터 2018년 12월까지 각 시간별 유량을 일반화(normalizing) 하여 하였다. 부정류 홍수량은 2018년 7월의 홍수량 $3,341m^3/s$을 적용하였으며, 부정류의 첨두유량($3,341m^3/s$)이 발생시간은 28시간이고 유출량은 $108.1m^3/s$으로 설정하였다. 수치모의 시간은 120시간으로 설정하여 사주의 발달, 이동, 사주의 형상 및 하도 지형변화를 분석하였다. 첨두유량은 $2,281m^3/s$, 2차 첨두유량은 $3,515m^3/s$, 3차 첨두유량은 $4,259m^3/s$으로 각각 26시간, 107시간, 200시간 동안 발생하는 부정류를 적용하였다. 수치모의 구간은 세종보를 중심으로 상하류 6.5 km 구간을 설정하였으며, 보는 완전히 개방된 것으로 설정하였다. 단일 홍수가 유입될 때 보다, 3개의 홍수가 연속으로 유입될 때에는 보 상류에서 사주의 크기가 크고, 사주의 수가 증가하며, 저수로의 변화가 다양하였다. 흐름이 집중되는 구간에서 하상은 깊게 세굴 되어 하천구조물의 안정과 주의가 필요하다. 그러나 하도의 다양성과 역동성이 크게 개선되는 특성을 보여주었다. 하상의 종방향 특성을 고려할 때, 세종보 하류에서는 하상고가 상승하는 특성을 보여 주었으나, 하상고가 불규칙한 특성을 보여주었다. 이는 단일홍수에 비해하여 하도의 역동성이 큰 것을 의미한다, 사주의 이동속도는 1차 첨두유량일 때 가장 빠르게 나타났지만, 이후 2차 및 3차의 유량이 더 많았지만 사주의 이동속도가 감소하였다. 보를 완전개방 하였을 때는 흐름이 안정화 되어 이동속도 변동폭이 작아졌다.