• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.42-42
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• 2015

사행수로에서의 원심력은 비선형적인 압력분포를 야기하여 이차류, 편수위 등과 같은 불규칙하고 복잡한 흐름을 발생시킨다. 일반적으로 이들 흐름은 난류이고 매우 3차원적이며 자유수면과의 상호작용이 중요한 역할을 할 수도 있다. 환경, 유사이동, 지형 변화와 관련된 환경 수리학적 관점에서 사행수로에서의 흐름을 이해하고 설계하기 위해서는 이러한 복잡한 3차원 흐름을 정확하게 계산하는 것이 매우 중요하다. 이 연구에서는 유한차분법에 근거한 3차원 흐름해석 모형을 이용하여 사행수로에서의 난류 흐름을 모의하고자 한다. 지배방정식은 3차원 비정상 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식이며, 난류 해석을 위해서 공학적으로 널리 이용되고 있는 난류 모형 중 k-omega 모형을 이용한다. 수치모형은 시간과 공간에 대해서 2차 정확도의 이산화 기법을 적용한다. 자유수면의 변동은 이상(two-phase) VOF (volume of fluid) 기법을 이용하여 계산한다. 수치모형의 적용 대상은 기존 문헌에서 제시되어 있는 키노시타 사인곡선을 이용하여 만든 폭 60cm의 사행수로에서 후르드수 0.23 그리고 레이놀즈수 41,700의 조건에서 발생시킨 난류 흐름이다. 적용한 난류모형들을 이용하여 해석한 결과들을 유속벡터분포와 수위의 항으로 비교분석하여 사행수로에서 발생되는 이차류와 편수위 변화 재현에 대한 수치모형의 적용성을 평가하고 각 난류모형들의 특성을 제시한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.438-443
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• 2007

개수로 흐름에 대한 연구는 1700년대 중엽 Chezy에 의해 이론적인 기초를 다졌으며, 광범위하고 조직적인 관측연구는 Darcy(1803-1858)에 의해 약 150년 전에 폭 2m, 길이 600m에 이르는 수로에서 실험관측을 수행하고자 시도하였다. Darcy의 동료이자 후계자인 Bazin은 제한된 조건의 현장관측뿐 아니라 다양한 조건의 수로를 제작하여 실험관측을 수행하였으며 그의 실험자료는 Bazin 자신 뿐만 아니라 Manning이나 Ganguillet와 Kutter 등 여러 연구자들의 경험식 개발에도 이용되었다. Nikuradse(1933)의 균일조도 원형관수로 실험결과로부터 관로 흐름은 층류, 천이층류, 완난류, 천이난류, 전난류 등 다섯 종류의 흐름특성을 가지고 있음을 확인하였고 Bazin(1829-1917)과 varwick(1945)의 실험결과로부터 개수로 흐름에서도 관로 흐름과 마찬가지로 층류, 천이층류, 완난류, 천이난류, 전난류 등 다섯가지의 흐름특성이 존재함을 알 수 있다. 본 연구에서는 기존의 지수형 마찰계수 산정식에서 단순히 조고만의 함수였던 ${\alpha}$에 물의 기본적인 성질인 표면장력, 점성력, 밀도와 자연 하천의 경사, 수심, 수면, 폭, 조고의 영향을 고려한 수심에 관한 무차원수 $Y_h$, 수면 폭에 관한 무차원수 $Y_b$, 조고에 관한 무차원수 $Y_k$를 도입하였다. 따라서 개수로 흐름 해석에 있어서 기존의 마찰계수 산정치보다 여러 영향을 반영하여 정확한 값을 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권4호
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• pp.525-532
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• 2022

목포항은 우리나라에서 가장 많은 연안여객선과 연안여객선의 항로를 운영 중이며, 지형적인 영향으로 목포항으로 입출항하는 연안여객선은 서남해안 곳곳의 좁은 수로를 통항하고 있다. 상대적으로 대형선박이 이용하는 항로에 비하여 연안여객선이 이용하는 좁은 수로에 대한 해상교통환경의 안전성을 체계적으로 검토한 사례는 찾아보기 어렵다. 이에 본 연구에서는 목포항 항계 부근에 위치한 좁은 수로에 대하여 대상이 되는 연안여객선의 통항 안전성을 항만 및 어항설계 기준에서의 항로 폭, 수심, 굴곡도 기준에 따라 분석하였다. 분석 결과, 맥도와 달리도 사이의 좁은 수로 폭이 대상 연안여객선이 통항 가능한 전장의 1.5배보다 좁을 뿐만 아니라, 수로의 굴곡 정도가 기준값인 30°를 초과하여 조선이 쉽지 않고, 좁은 수로 인근에 어구가 다수 존재하여 통항 시 지장을 초래하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구의 결론으로, 동 좁은 수로에서 대상 연안여객선의 주간 단독 통항 및 야간·시계제한·저조 시의 경우 항내의 지정 항로로 우회하여 통항할 것을 개선방안으로 제시하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.1465-1474
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• 1994

직립벽(直立壁) 전면(前面)에 중복파(重複波)가 작용할 때 직립벽에 설치된 수로(水路)에 발생하는 비정상류(非定常流) 흐름을 Fourier 전개기법의 비선형(非線形) 중복파 이론을 적용하여 해석하였으며 그 결과를 수리실험(水理實驗)을 통하여 검증하였다. 전반적으로 비선형이론은 선형이론(線形理論)과 비교하여 수로(水路)내의 유량변화를 더 잘 예측함을 확인하였다. 투수성(透水性)의 분석결과 수로내 유량변화의 폭은 파고(波高), 주기(週期)가 클수록, 수로연장(水路延長)이 짧을수록 커짐을 확인하였으며 이들간의 상관관계를 명확히 파악하기 위한 무차원(無次元) 관계식을 제시하였다. 수로의 해수교환기능(海水交換機能)과 직접 관련이 있는 일주기당(一週期當) 평균수량(平均水量)은 수로가 수면하(水面下) 바닥 근처에서는 음방향(陰方向)의 값이 나타날 수 있음을 이론과 실험을 통하여 확인하였고, 최대(最大) 수량(水量)은 입구(入口)가 정수면(靜水面)에 위치하는 수로에서 발생함을 보였다. 아울러, 중복파의 주기가 길수록 그리고 수로의 연장이 짧을수록 해수교환 효과면에서 유리함을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.147-147
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• 2011

이상기후 및 극한 홍수 발생빈도의 증가 등으로 인해 많은 수공 구조물이 붕괴 위험에 노출되어 있다. 사전 피해 예방 및 경감을 위해 다양한 수공구조물의 붕괴 현상에 대하여 수리실험적 접근방법을 통한 현상이해 및 예상결과 비교 검증이 필요하다. 그 중에서 제방붕괴에 대한 수리실험은 수치모의를 통한 분석의 어려움 때문에 대부분 모형실험을 통해서 이루어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 실제규모의 제방붕괴 선행실험의 측정결과를 활용하여 실험설계에 이용 하였다. 모형은 실험공간의 규모를 고려하여 축척을 1:10 으로하고, 하도내 흐름 안정을 위해 수로의 길이 는 16, 저폭은 $b\geq10h$를 만족하는 하천으로 설계하여 b를 3m로 설정 하였다. Fr수는 0.29로 원형과 동일하게 하고, 그에 따른 유량 ( )는 0.538m/s로 하였다. 실제 모형 제작에서는 현장 실험실의 펌프용량에 따른 가용유량 ($Q__{max}$)의 제약에 따라 수로가 직선이고 좌우가 대칭인 점을 감안하여 폭을 1/2로 절단 하고 유량은 $0.269m^3/s$(Q/2)를 공급하였다. 위와 같이 모형제작을 위한 실험 설계시 현장 여건을 고려하여 모형을 변형할 경우 EIM(Experimental Information Modeling)을 이용한 수리영향에 대한 분석을 통한 설계검증이 필요하다. FLOW-3D를 이용한 3차원 수치모의를 통하여 동일 지점에서의 유속과 수심을 분석하여 흐름양상을 비교 하였으며, 유속과 수심의 측정위치는 그림 1에 도시하였다. 수치모의 결과 측정지점에서의 수위가 하도 바닥을 기준으로 0.25m로 동일할 경우 수로 단면에 대한 유속 분포가 제방을 기준으로 2b/3까지는 유사한 경향을 보였다. 그 결과, $b\geq10h$인 수로에서 제방붕괴를 위한 모형 설계시 하도 폭을 1/2만 만들 경우에도 실험의 신뢰성이 확보된다는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.451-451
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• 2018

박층류 자연정화공법은 수로의 폭을 넓히고 수심을 낮추어 박층류를 조성하고, 이를 이용하여 하천을 정화하는 공법이다. 박층류가 조성되면 낮은 수심에서 상대적으로 느린 유속 조건이 형성되며 이 때 박층부에 침전된 오염물질은 자갈층 표면에 형성된 생물막에 의해 산화 분해되어 제거된다. 박층류에 의한 오염물질 제거는 생물막의 형성, 생물 산화를 위한 용존산소량 등이 중요한 인자로 작용하며, 박층부를 조성하기 위해서는 수심 10 cm, 유속 30~50 cm/s 의 조건이 적절하다. 본 연구에서는 박층류에 의한 자연정화 성능을 평가하기 위하여 용인시 오산천 일부 구간 고수부지에 사석자갈을 이용한 박층류 자연정화공법이 적용된 차집수로를 설치하고, 오산천으로 유입되는 농수로의 물을 공급하여 오염물질의 농도 변화를 측정하였다. 측정된 항목은 T-N, T-P, COD, DO 등이며, 측정 결과 박층류 자연정화 수로를 유출부에서의 오염물질의 농도가 유입부에서보다 저감되는 것을 확인 할 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권5B호
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• pp.449-458
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• 2008

본 연구의 목적은 De Marchi 유량계수 $C_M$의 개념을 이용하여 상대적으로 폭이 넓은 개수로에서 실험적으로 상류 조건의 직사각형 예연횡월류위어 유량계수에 대한 상류 프루드수, 위어 높이, 위어 길이, 본수로 폭의 영향을 확인하는 것이다. 수로 실험과 차원해석을 통하여 도출된 네 가지 중요 영향 변수, $Fr_1$, $h/y_1$, L/B, $L/y_1$의 영향을 관찰하고, 실험 결과를 바탕으로 새로운 예연횡월류위어 유량계수 산정식을 제안하였다. 분석 결과 폭이 넓은 개수로에서 예연횡월류위어 유량계수에 대한 $Fr_1$의 영향은 감소하는 것을 확인하였으며, $h/y_1$, L/B, $L/y_1$의 중요도가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 기존 연구자들의 실험 자료와 본 연구의 실험 자료를 비교 분석하여 기존 예연횡월류위어 유량계수 산정식의 적용성을 개선하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.687-699
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• 2001

침식률 측정장치인 SEDFLYME을 사용하여 직접 측정한 침식률 자료를 이용하는 퇴적물 수송에 관한 2차원 모형이 개발되었다. 개발된 모형은 현장 적용성을 높이기 위하여 경계밀착좌표계를 수평방향에 대해 사용하며, 퇴적물 이동 모의시 침식률 산정에서 불확실성을 줄이기 위해 침식률 측정자료를 직접 사용한다. 개발된 모형은 부유사와 소유사 이동을 모두 고려한다. 모형의 정확성을 검토하기 위하여 1차원 수로에서 장갑화 현상을 모의하고 실험자료와 비교하였다. 비교한 결과에 의하면, 본 모형은 기존의 1차원 모형의 연구결과에 비하여 입도분포 변화과정을 보다 정확히 모의하였다. 또한, 수로폭이 확장하는 2차원 수로에서 퇴적과 침식 현상을 모의한 결과, 모형은 정상적으로 작동하였으며 장갑화 현상이 침식과 퇴적을 억제하는 데 기여하는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.1335-1342
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• 2014

고해상도의 원격탐사 영상을 이용하여, 이안류에 의한 해저지형변화를 분석하기 위한 연구가 해운대에서 처음으로 수행되었다. 고해상도의 해저지형 정보를 위하여, Compact Airborne Spectrographic Imager (CASI)-1500 센서로 관측한 반사도와 수심 실측자료가 이용되었다. 구체적으로, 반사값의 최대값을 CASI-1500의 420nm 부터 597nm 파장대에서 구하고, 동시에 지상 검증된 47지정의 해저지형 측정값을 비교하여 경험적으로 산정하였다. 비교결과, 상관계수 0.76이며, RMSE는 1.1m이었다. CASI초미세분광센서의 공간해상력은 바닥의 지형도를 놀라울만큼 상세하게, 특히 해변에 포함되어 있는 이안류에 따른 결과를 세밀하게 표출하였다. 이안류에 의하여 깎여진 두 개의 수로는 그 폭과 경사면에서 주변지역에 비해 뚜렷한 특징이 도출되었다. 왼쪽의 수로가 넓은 폭과 완만한 경사를 보여주는 반면, 오른 쪽의 수로는 약간 좁은 폭과 왼쪽에 비해 약간 급한 경사를 보여주었다. 수치적으로 계산된 해저지형도는 평탄하지 않은 외해의 바닥모양이 이안류에 의한 표류사의 이동과 퇴적에 관련되어 있고, 그것은 수백 미터의 외해에 이른다는 것을 알 수 있었다. 따라서 퇴적된 표류사는 이안류가 없는 지역의 수심에 비하여 지형학적인 변화가 증가되는 것으로 평가되었다. 표류사는 수로의 밖에 해변을 따라 매년 양빈하는 양의 2배가량 됨을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.146-150
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• 2011

본 연구에서는 길이 35.6m, 폭 4m, 사행도 1.8의 2회 사행하는 복단면 사행하도의 상류 직선부와 만곡 정점부 6개 지점에 폭 0.4m, 길이 0.8m의 타원기둥 형태의 부유 구조물을 구성하여, 0.25m, 0.40m의 수심 조건으로 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과자료 중에서 부유 구조물 주변의 흐름특성을 국부적으로 분석해 본 결과 부유 구조물이 없을 때의 흐름과는 상당히 다른 흐름특성들이 발견되었는데, 특히 그 중에서도 부유 구조물 아래에서 작용하는 상승류와 부유 구조물로 인한 단면 이차류의 분리가 두드러졌다. 이와 함께 수로 유입부와 유출부 사이의 총 수두 값 변화도 수로 내 부유 구조물의 유무에 따라 다르게 나타났다. 그리고 이러한 결과들 모두 동일 측선 상에서라도 부유 구조물의 위치가 바뀌면 다른 양상으로 나타났다. 본 연구에서는 하도 내에 부유 구조물이 있을 때 부유 구조물의 위치에 따른 통수능 및 흐름특성의 변화를 3차원 수치모의 결과를 통하여 보여준다. 그리고 그 결과들은 하도 내 부유 구조물을 설치 할 때, 검토대상에 부유 구조물 뿐 아니라 하도형태 및 하천의 흐름특성도 함께 포함되어야 함을 뒷받침해준다.