• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2002.10a
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• pp.624-627
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• 2002

Experimental study showed that the existing mathematical model doesn't fully describe the lateral motion of a moving web fur different operating conditions. So, a physically interpretable model of lateral motion of a moving web in a typical web guidance system, operated at Konkuk Univ., was developed using the system identification technique. A well-known Least Square Method based on ARX model was used for the system identification. Lateral displacement of the web was measured at the exit of each span by infrared sensors. The model obtained from identifying a linear time-invariant system for a typical operating condition yields an improved prediction capability of the lateral dynamics of the moving web compared to other mathematical models proposed in literature.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.248-252
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• 2010

홍수기 호우로 인한 피해는 대부분 하천구역에서 발생되며, 이러한 피해는 인간에게 직 간접적으로 영향을 미치게 된다. 자연 상태의 하천형상은 대부분 호우로 인한 홍수로 인해 자연스럽게 만들어지게 되며, 대부분 사행하천의 형태를 띠게 된다. 사행하천에서의 흐름의 기하학적 특성은 성장이나 사멸, 또는 두 가지 모두의 형태를 보인다. 사행하천에서의 흐름 및 유속 분포는 하천제방 보호, 주운, 취수, 그리고 유사 이동 및 퇴적 패턴과 관련하여 실용적인 관점에서 연구하여야 하는 하천수리학에서는 매우 중요한 주제이다. 그리고 사행하천은 특히 만곡부가 교호적으로 나타나는 곳에서의 흐름구조가 매우 복잡하다. 이러한 사행하천에서는 회전방향이 교호적으로 바뀌는 나선형의 흐름(2차류)이 3차원적으로 발생하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 사행하천이 많은 국내 하천특성을 고려하여, 하천 만곡부에서의 흐름특성을 분석하고자 하였으며 2차원 CCHE2D 와 3차원 FLOW3D 모형을 적용하였으며 가상 하도에 대하여 수리모형 실험의 실측치와 비교하여 모형의 정확성과 안정성을 검증하였다. 그리고 남강댐 하류에 대하여 만곡부의 흐름특성(유속 분포 및 최대유속경로, 수위분포, 2차류 거동, 편수위, 전단응력 분포 등)을 분석함으로써, 하천 만곡부에서의 수리적 특성을 보다 정확하게 제시하고자 한다. 모의 분석결과 동일 하도에 대하여 유량을 변동시킬 경우, 유량이 증가할수록 만곡부에서의 수리영향이 더욱 뚜렷해짐을 알 수 있었고 2차원 모형보다 3차원모형의 결과의 정확도가 더 높은 것으로 분석되었다. 곡률반경이 1,300~1,600 정도인 실제하천에 적용한 결과, 수위의 경우 2차원 결과가 3차원 결과보다 최대 3%정도 수위가 높은 것으로 나타났으며, 또한, 상관계수가 평균 0.91의 값을 보이고 있어 2차원모형과 3차원모형의 결과가 비교적 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 흐름 분석을 통해서 만곡부에서의 최대유속은 최정점(apex)에서 보다는 오히려 최정점 이전 하도의 내측에서 발생하였으며, 정점에서의 종단유속은 감소하지만 횡단유속은 오히려 크게 증가하는 경향을 보이고 있었다. 따라서 하천설계시 사행하천의 제방 안정성 확보를 위하여 종단유속 뿐만 아니라 횡단유속 또한 고려할 필요가 있음을 확인하였다. 또한 남강댐 하류 만곡부에서의 내측 및 외측의 수위를 분석한 결과, 제방 외측의 수위가 평균수위에 비해 최대 약 37cm정도 증가하는 것으로 분석되었다. 따라서 만곡부에 대한 하천제방설계시 좌, 우안의 여유고를 일률적으로 적용하기 보다는 만곡에 따른 흐름특성을 분석하여 설계에 적용하여야 안정성 및 경제성을 동시에 확보할 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.11 no.3
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• pp.191-200
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• 2011

Levee failure cause the huge amount of damage to human and property. Overflow and erosion of levee are primary cause of a break in a levee but the analysis of breach pattern and impact is partially inadequate. The flow characteristics of meandering rivers are very important in field of river hydraulics that should be studied in practical viewpoints relating to river levee. In meandering the secondary flow that rotary direction is changed reciprocally occurs in three dimension is known. In this study flow characteristics of local river are considered and of meandering channels are analyzed using CCHE2D and FLOW3D. The stability and accuracy of models are examined comparing the measuring and analyzed data for the experimental channel and natural river(Namgang). Consequently, the flow characteristics in a meandering river are suggested precisely and it is essential that river levees having meandering river should be analyzed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.976-980
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• 2005

자연하천과 같은 사행수로에서 발생하는 이차류는 흐름 분포를 왜곡시킴으로써, 유사이동, 하상과 제방침식, 하천의 지형변형 등에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 또한, 이차류는 주 흐름방향에 수직으로 발생하기 때문에 자연하천에 유입된 오염물의 횡방향 혼합에도 지대한 역할을 한다. 따라서, 본 연구에서는 사행수로에서 이차류의 특성을 정량적으로 분석하고자 중심각이 $120^{\circ}$인 두 개의 만곡부로 이루어진 사행수로에서 실험을 수행하였다. 실험수로는 직사각형 단면과 자연형 단면 두 가지 형태로 제작하였으며, 자연형 단면 하상은 베타함수를 이용하여 제작하였다. 이차류의 정확한 측정을 위해 3차원 유속측정 장치인 micro-ADV를 이용하였다. 실험조건으로는 직사각형 단면과 자연형 단면에서 평균수심과 유량을 달리하여 실험을 총 12회 수행하였다. 실험결과, 직사각형 단면수로에서의 주 흐름의 최대유속선은 수로의 가장 짧은 경로를 따라 발생하였는데, 이는 Shiono와 Muto (1998)의 결과와 일치한다. 자연형 단면 수로에서의 주 흐름은 직사각형 단면 수로에서의 주 흐름 거동과 비슷한 양상을 보였다. 이것은 실제 자연하천 만곡부에서의 주흐름 거동(최대유속선이 최심선을 따라 발생)과는 상이한 결과였다. 그 첫째 원인은 실험수로의 조도가 일반적인 실제하천의 조도를 상사법칙에 맞게 계산한 값보다 작았기 때문이다. 그리고 두 번째 원인은 실험수로의 하폭대 수심비율은 실제하천의 하폭대 수심비율보다 컸기 때문인 것으로 사료된다. 이차류의 정량적인 분석을 위해 각 측정지점별로 횡방향, 수심방향 유속을 그려본 결과, 직사각형 단면에서는 하나의 셀이 존재하는 반면에 자연형 단면에서는 셀이 두개 존재함을 알 수 있었다. 이는 자연하천에서도 발견되는 현상이다. 실제 자연하천에서는 주 셀이 바깥제방 셀보다 큰 형태를 보이지만, 실험수의에서의 셀의 형태는 주 셀보다 바깥제방 셀이 더 크게 발생하는 것으로 밝혀졌다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 조도가 작음으로 인한 것으로 판단된다. 이차류 강도를 계산한 결과, 직사각형 단면 수로의 최대값은 두 번째 만곡 유입부지점(U2)에서 가장 크게 나타났으며. 자연형 단면 수로에서 최대값은 두 번째 만곡을 조금 지난 (U4)지점에서 가장 크게 나타났다. 자연형 단면에서는 하폭 대 수심비가 커질수록 이차류강도가 크게 나왔으나, 직사각형 단면에서는 반대로 나왔다. 그리고, 자연형 단면의 이차류 강도는 직사각형 단면보다 크게 나타났다. 특히, 직사각형 단면의 이차류강도는 첫 번째 만곡부분보다 두 번째 만곡부분이 더 크게 나타나는 현상만 보였지만, 자연형 단면의 이차류 강도는 앞서 언급한 특징 외에 만곡부에서 증가하고, 직선부에서 감소하는 주기적인 형태를 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.415-420
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• 2009

공학 분야에 있어서 수치 해석적 연구가 많은 주목을 받고 있다. 경제적 측면을 비롯한 다양한 측면에 있어서 모의의 간편성으로 인해 하천에서의 수리학적 거동모의에 수치해석 모의 분석법이 쓰이고 있는데 모의결과의 비교 및 검증을 위해서는 현장 실험 혹은 모형실험이 선행되어야만 한다. 본 연구에서는 강재로 제작된 S자 형태의 만곡부를 두 개 갖고 있는 사행수로 실험 장치를 제작하여 두 가지 유량조건 (30, 60 ${\ell}$/sec.)과 두 가지 하류단 수위조건 (30, 40 cm)에 대하여 수평 2차원 유속분포 자료를 이용하였다. 유속장의 자료는 Sontek사에의 3차원 micro-ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)를 이용하여 측정하였다. 주 흐름은 직선구간에서는 중앙에서 최대 유속을 나타내며, 좌우대칭적인 유속분포의 모습을 보이고, 만곡부에서는 수로안쪽을 따라 최대유속이 발생하였다. 이는 만곡부의 정점부분에서의 이차류 발생 및 소멸에 의한 연직방향 유속분포를 통해 발생되는 현상이라 사료된다. 또한 본 연구에서는 2차원 하천해석 상용프로그램인 RAMS (베타버젼)와 SMS를 이용하여 흐름해석을 수행하였다. 실험 자료와의 비교를 통하여 두 가지 상용프로그램의 경우 모두 다소 과대 산정되는 것을 알 수 있었고, 만곡부와 직선부의 유속분포에 대한 모의결과는 RAMS (RAM2)의 결과가 보다 실험결과와 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 위와 같은 유속분포의 분석을 통하여 각각의 상용소프트웨어의 적용성을 비교해 보았으며 향후 오염물질 거동해석 모형을 실험수로에 적용하여 그 결과를 비교할 수 있을 것으로 예상한다.

• 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.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.7
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• pp.527-540
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• 2004

In order to investigate characteristics of the primary flow and the secondary currents in the meandering channel, laboratory experiments were conducted in the meandering channel made up of alterative bends haying 120。 arc angle. Experiments were performed in two types of cross-sections, a rectangular cross-section and a curved cross-section which was made to adopt a beta probability function. Three-dimensional velocity fields were measured using a micro-ADV. As the result of experiments, in case of the rectangular cross-section, the primary flow occurred taking the shortest course, which is similar to the result of previous researches. In case of the curved cross-section, the primary flow was expected to occur along the thalweg. but it occurred almost along the shortest way. This is considered due to effects of bottom roughness and sinuosity Not only a main cell but also a secondary cell of secondary currents were clearly shown by mean of the stream function. The secondary current intensity has the maximum value near the apex of the second bend for cases of both rectangular and curved cross-sections. However, the value of the secondary current intensity for the curved section is slightly larger than that for the rectangular cross-section. Also, in case of the rectangular cross-section, the higher the ratio of width to depth is, the larger the secondary current intensity is.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.1B
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• pp.35-45
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• 2009

In this study, a laboratory experiment has been performed on a S-curved channel with two curved sections. In the experiments, effects of 3-D velocity structures on mixing characteristics of tracer material were investigated. As a result, it was clearly noticed that the primary flow travels taking the shortest course of the meandering channel and has a very ununiform distribution at the bends. The secondary cell which was developing at the first bend disappears at the crossover, and then, at the next bend, secondary cell is re-developing in the opposite direction. The experimental results show that mixing of tracer is significantly affected by the combined action of ununiform primary flow and secondary cell. The ununiform primary flow separates the tracer cloud in the longitudinal direction, and the secondary cell further separates the retarding tracer cloud mainly in the transverse direction. As a result, these complex flow structures cause separation and spreading of tracer cloud both in the longitudinal and in the transverse directions. The measured dimensionless transverse dispersion coefficients calculated using 2-D routing procedure ranges 0.012-0.875, and is generally proportional to width to depth ratio (W/h). The predicted values calculated by the theoretical equation overestimate slightly the measured transverse dispersion coefficients.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.4B
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• pp.371-378
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• 2006

In this study, a theoretical equation was derived based on Odgaard (1986) and Chang (1988) to reveal the streamwise variation of the secondary flow in meandering channels. The new equation describes the transverse component of the secondary flow as a function of streamwise and vertical directions. To validate the proposed equation, hydraulic experiments were conducted in laboratory meandering channels having different sinuosity. Comparison of experimental results with the proposed equation and an existing equation revealed that the equation was in good agreement with the measured data. However, the existing equation overestimated the transverse velocity. Investigation of the variation of the secondary flow with respect to hydraulic parameters based on the new equation showed that the secondary flow tended to increase as the sinuosity, the roughness, and the aspect ratio became larger. Also, streamwise profile of the secondary flow was sensitive to variations of the roughness and the aspect ratio.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1679-1683
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• 2007

최근 우리나라에서 하천 및 유역 환경의 급격한 변화로 인하여 하천 형태가 많이 변하고 있는 추세이다. 특히 사행하는 모래 하천에서 만곡부 사주의 형태 변화가 커지고 있다. 이 연구에서는 이와 같은 모래 하천의 만곡부에서 사주의 변화 특성을 평가하고 그 원인을 파악하기 위하여 이동상 수리모형 실험을 실시하였다. 실험에서 하천 및 유역의 여러 상황 변화를 감안하여 유량, 유사 공급량, 공급 시간, 하천 변형 등 다양한 조건을 상정하였다. 연구 대상하천은 낙동강 본류이며, 중점 수리모형 실험대상 구간은 우리나라의 전통민속마을인 안동 하회마을을 태극형으로 감싸면서 사행하는 만곡부이다. 이동상 실험규모는 수평축적 1/110, 수직축적 1/50로 왜곡도가 2.2로써 비교적 대규모이다. 모형 하상재료는 입경 0.29 mm의 석탄분(anthracite)을 채택하였으며, 현장에서 하상재료조사와 상사해석을 통해 결정하였다. 실험 결과, 유량과 유사 공급량 변화에 따른 사주 변화가 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다. 특히 유사 공급이 이루어지지 않을 때 국지적 퇴적양상을 보였다. 이는 사주 내 식생활착으로 이어지는 계기가 될 수 있음을 확인할 수 있었다. 그리고 설계홍수량 규모에서 구하도와 과거 사주가 재현되었는데, 이는 지역주민을 통해 입증되었다. 또한 천연기념물인 만송정 주변의 모래둔덕의 형성과정이 입증되었다.