• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.31 no.5B
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• pp.467-474
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• 2011

Debris flow is one of the most hazardous natural processes in mountainous regions. The degradation of discharge capacity of drainage facilities due to debris flows may result in damages of properties and casualty as well as road. Understanding and accurate reproducing flow behaviour of debris flows at various conditions, such as sediment volume concentration and approaching channel and culvert slopes, are prerequisite to develop advanced design criteria for drainage facilities to prevent such damages. We carried out a series of laboratory experiments of debris flows in a rectangular channel of constant width with an abrupt change of bottom slope. The experimental flume consists of an approaching channel part with the bed slope ranging $15^{\circ}$ to $30^{\circ}$ and the test channel with slope ranging from $0^{\circ}$ to $12^{\circ}$ which mimics a typical drainage culvert. The experiments have been conducted for 22 test cases with various flow conditions of channel slopes and sediment volume concentration of debris flows to investigate those effects on the behaviour of debris flows. The results show that, according to sediment volume concentration, the depth of debris flow is approximately 50% to 150% larger than that of fresh water flow at the same flow rate. Experimental results quantitatively present that flow behaviour and deposit history of debris flows in the culvert depend on the slopes of the approaching and drainage channels and sediment volume concentration. Based on the experimental results, furthermore, a logistic model is developed to find the optimized culvert slope which prevents the debris flow from depositing in the culvert.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.14 no.5
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• pp.1177-1189
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• 1994

This paper aims to develop the numerical model for prediction of the channel migration by analyzing of sediment and flow characteristics with patterns of channel in alluvial rivers. Flow in rivers constitutes to be the meandering or the braided form and rarely straight channel through morphologically stable patterns with mutual actions between the flowing water and bed materials. In order to develop the model for simulation of the channel migration, the channels are divided into two types with positive or negative sign by the direction of curvature radius of the centerline channel ($r_c$). That is, the single bend-channel consists of only one curvature of positive or negative sign and the multi-bend channel consists of two more curvatures of positive or negative sign, respectively. The model analyzes the sediment and flow characteristics under the influence of superelevation, spiral motion, irregularity in bed topography and depth-averaged velocity of channels. For reliability of this model, the single bend-channel and the multi bend channel are compared with experiment data in other models and the measured field data in the Keum-River, respectively. As a result, the both com parisians turn out to be excellent.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.31 no.3
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• pp.170-179
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• 2019

In this study, the wave responses in a 'Y'shape water channel resonator for amplifying wave energy of a low density has been investigated. A water channel resonator is composed of the long channel and wave guider installed at the entrance. If the period of the incident waves coincides with the natural period of the fluid in a water channel resonator, resonance occurs and the internal fluid amplifies highly to a standing wave form. In order to analyze the wave response in a water channel resonator, we used the matched asymptotic expansion method and boundary element method. The both results were in good agreement with the results of the model test carried out in the two-dimensional wave tank of Jeju National University. Wave guider has an optimum length and installation angle according to the period of the incident wave, and especially effective in enhancing the amplification factor in a period range deviated from the resonance period. It is expected that the wave energy can be effectively extracted by placing the point absorber wave energy converter at the position of anti-node where the maximum wave height is formed by the internal fluid resonance.

• 한국해양학회지
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• v.30 no.1
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• pp.13-26
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• 1995

In this paper three turbulence models including two-equation model by Blumberg and Mellor (1987), one-equation model with mixing length formula of Blackadar's (1962), and zero-equation model of Prandtl's (1925) were compared in homogeneous, unstratified channel flows. Steady flows which a steep-sided trapezoidal trench with uniform discharge, tidal flow and steady wind-driven flow in finite channels are considered in detail. Steady flows in a trench and tidal flows in a finite channel were reproduced fairly accurately and there was virtually no difference among results of three turbulence models. However, In case of steady wind-driven flow only two-equation model reproduced the important features of experimental data. the other two models underestimated the surface velocity. In tidal and wind-driven flows with negligibly small adjective and diffusive effects, the two-equation model gives rise to parabolic profile of eddy viscosity with maximum at the mid0depth, and the one and zero equation model based on Blackadar formula linear profile with maximum at the surface.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.31 no.4B
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• pp.333-341
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• 2011

This study analyzed the propagation of dam-break waves in an area directly downstream of a dam by using 3D numerical modeling with RANS as the governing equation. In this area, the flow of the waves has three dimensional characteristics due to the instantaneous dam break. In particular, the dam-break flows are characterized by a highly unsteady and discontinuous flow, a mixture of the sharp flood waves and their reflected waves, a mixture of subcritical and supercritical flow, and propagation in a dry and movable bed. 2D numerical modeling, in which the governing equation is the shallow water equation, was regarded as restricted in terms of dealing with the sharp fluctuation of the water level at the dam-breaking point and water level vibration at the reservoir. However, in this 30 analysis of flood wave propagation due to partial dam breaking and dam-break in channels with $90^{\circ}$ bend, those phenomena were properly simulated. In addition, the flood wave and bed profiles in a movable bed with a flat/upward/downward bed step, which represents channel aggradation or degradation, was also successfully simulated.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.36 no.4
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• pp.138-148
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• 2024

Multi-resonance wave energy converter can generate efficient power generation by complexly utilizing the resonance phenomenon of waves even when waves propagate normally. As the wave is amplified by resonance, the power generation efficiency of the multi-resonance wave energy converter increases, and the shape of the resonance part needs to be optimized to maximize power generation efficiency. The multi-resonance wave energy converter amplifies waves in the seiche resonance part and the channel resonance part. In this study, CFD numerical experiments were performed under various conditions such as the length and location of the channel resonance part to analyze the sensitivity for each condition and derve the optimal shape of the channel resonance part.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.281-281
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• 2019

수리모형실험은 수로 내에서 장시간 파랑을 발생시킬 경우, 수로 내에 반사 파랑의 성분이 누적될 수 있어 상당한 계측 오차를 발생시킬 우려가 있어 수리모형실험 결과의 검증이 필요하다. 일반적으로 수리모형실험 결과의 검증을 위해서는 동일 실험을 무수히 반복하여 불확실성을 제거하거나 다양한 수리실험실에서 수리모형실험을 수행하고 결과를 분석하여 불확실성을 제거할 수 있다. 그러나 이는 엄청난 시간과 노력은 물론 막대한 실험비용이 소요되기 때문에 경제적으로 효용성이 매우 낮아 현실적으로 수행이 어렵다. 이에 비해 수치모형실험은 상대적으로 저렴한 비용으로 수행할 수 있으며, 다수의 실험을 수행하지 않아도 불확실성을 제거할 수 있어 수리모형실험의 검증에 효율적이다. 일반적으로 난류 거동을 동반하는 복잡한 구조물 주변의 흐름 해석에는 3차원 CFD 모형이 필요하다. 특히, 병렬연산이 가능한 CFD 모형을 활용하면 수리모형실험에서도 재현이 쉽지 않은 다양한 조건에 따른 복잡한 흐름을 해석할 수 있어 효용성이 점점 증가하고 있다. 그러나 복잡한 구조물이 존재하게 되면 구조물에 재현에 막대한 격자구조가 필요하여 현실적으로 적용이 쉽지 않다. 이에 대한 대안으로 복잡한 구조물을 비교적 큰 격자에서 재현할 수 있는 가상경계법을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가상경계법은 Navier-Stokes 방정식에서 유체 내에 존재하는 고체를 모멘텀 이론으로 대체하여 고려하는 기법으로 수치모델링 수행 시 매질을 유체만으로 구성할 수 있어 안정적으로 적용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 과업에서는 다양한 분야에서 널리 활용되고 있는 3차원 CFD 모형인 OpenFOAM®기반으로 파랑해석에 필요한 경계조건을 계산할 수 있는 olaFlow를 활용하여 복잡한 구조물을 지나는 파랑해석을 수행하기 위해 가상경계법을 olaFlow에 도입한 수치 알고리즘을 개발하였다. 개발한 수치알고리즘을 활용하여 복잡한 구조를 수치모델에서 재현하였으며, 수치모델에 적용된 수치 알고리즘의 안정성에 대해 고찰하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.3B
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• pp.271-278
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• 2006

In design of groyne series, groyne spacing is a important factor and have an effect on not only the characteristics of backward and recirculation flow in groyne zone but also flow field in main channel. It is necessary study about flow pattern of recirculation zone and main channel that is a cause of bad change, local scour and bank erosion by groyne spacing. In this study, flow variation of groyne zone and main chanel for spacing of groynes were analyzed from the experiment results in order to offer a fundamental data that can be used to decide the proper groyne spacing. Experiments were conducted 12 cases for groyne spacing(L) by groyne length(l) rate and the velocity profile was measured using LSPIV and ADV. From the results, two vortex flows developed in recirculation zone for L/l=3~9 and three vortex flows developed over L/l=10. The velocity of backward flow in recirculation zone was decreased up to 20% over L/l=4. The velocity of main channel flow was increased from 1.3 to 2.0 times by groyne spacing and the rate of velocity increased by increasing groyne spacing. The maximum velocity occurred in 0.7~0.8 times of groyne spacing downstream of upper groyne.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.524-524
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• 2023

하천 내 식생의 분포는 흐름저항의 증가와 수위상승에 큰 영향을 미치는 요소 중 하나이다. 동일한 단면정보를 가졌더라도 식생이 분포하는 하도는 식생이 없는 하도에 비해 흐름저항으로 인해 유속이 현저히 느려져 홍수위 상승을 유발하기 때문이다. 따라서 식생의 종류, 크기, 분포 형태, 잎의 밀도 등에 따라 흐름저항계수를 정량화하며 흐름을 정확히 예측하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 2019년 한국건설기술연구원 하천실험센터에서 진행된 식생하도에 대한 실규모 실험의 조건과 지형정보를 HEC-RAS(Hydrologic Engineering Center's River Analysis System) 1차원 수치모형에 입력하고, 식생 패치의 분포를 고려한 Manning's n의 공간적 분포 및 적용방식에 따른 수면 경사 재현 정확도에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 실험은 상단 폭 11 m, 경사 1:2(V:H)의 사다리꼴 단면을 가진 실규모 수로에서 70 m 길이의 구간을 대상으로 진행되었다. 실험 구간 내 6개의 압력식 수위계를 설치해 수위 측정 및 수면 경사 산정을 실행하였다. 실험 조건으로 적용된 인공 식생패치의 분포 및 밀도 조건은 3가지로 큰 패치와 작은 패치로 구성된 조밀한 조건, 단일 패치로 구성된 조밀한 조건, 단일 패치로 구성된 성긴 조건이었으며, 모두 정수(emergent)상태로 진행되었다. 적용된 패치의 형상은 내성천에서 조사된 자연 형태의 식생패치 형태를 참고하였으며, 버드나무 종을 모사하였다. 실험 조건에 따라 유량은 각각 평균 1.5 cms와 2.7 cms로 공급하였으며, 평균 수심은 약 1 m로 측정되었다. 위 실험 내용을 바탕으로 수치모의를 위한 경계조건과 지형정보를 수립하였으며 모의 케이스는 크게 두 가지로, 수로 내 식생의 분포를 종방향으로 고려한 케이스와 횡방향으로 고려하여 조도계수를 적용한 케이스로 분류하였다. 모의에 적용된 조도계수는 실험에서 획득한 데이터와 베르누이 방정식을 활용하여 산정되었으며, 두 케이스에 대한 모의 결과는 실험에서 관측된 수위와 비교하였다. 본 연구에 따르면 여러 개의 식생패치가 정수상태로 존재하는 하천에 대한 1차원 수치모의 시 식생의 분포를 종방향으로 고려하여 하나의 구간조도계수를 적용하는 방식이 종횡단면의 식생패치 위치를 고려한 조도계수를 세분화하여 적용하는 방식에 비해 수위 계산 정확도가 상대적으로 높은 것으로 나타났다.

• Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.32 no.1
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• pp.87-102
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• 1990

개방식과수로는 낮은 압력으로 다량의 용수를 수송할 수 있는 장점을 갖고 있으나 유량변동에 의한 서어징현상이 현저한 것이 단점이다. 관로내의 흐름을 안정시키기 위해서는 이 서어징의 특성이 규명되어 대규모의 서어징에 대한 대책이 강구되어야 할 것이다. 개방식관수로계의 서어징을 강성수주이론으로 계산하기 위하여 운동방정식 연속방정식가 스탠드 수조의 중간벽에 설치된 언의 월유공식등을 조합한 기초방정식이 유도되었다. 본 연구의 수치해석 모델은 가장 일반적인 4차의 Runge-Kutter 방법을 사용하였으며, 이 모델의 정당성과 프로그램의 유통성을 검증하기 위하여 수리모형실험치와 수치해석치가 비교되었다. 그 결과 관로에 공기의 혼입이 없는 경우에는 실험치와 해석치가 실용상의 지장이 없는 정도로 잘 일치되었지만, 공기의 혼입이 발생되는 경우에는 실험치가 해석치에 비해 약간 크게 나타나서 이 경우에도 서러징의 해석이 가능한 새로운 모델의 개발이 필요한 것으로 생각된다. 또한 본 강성수주 모델을 이용하여 현재 서어징 문제로 곤란을 받고 있는 일본 자하연 비파호 부근의 용수간선을 대상으로 그 서어징의 특성과 개선방법을 경계한 결과 개설 개방식관수로계의 스탠드 중 매3개소 스탠드마다 1개소 스탠드의 하류측 수조 수면적 확장하는 것이 타당성이 있는 것으로 해석되었다.