• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.spc1
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• pp.1037-1048
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• 2023

Fishways are constructed to ensure the fish migration because river-crossing structures such as dams and weirs cut off the stream longitudinal connectivity and influence on aquatic ecosystems. However, the passage efficiency of fishes varies depending on flow characteristics in the fishway and fish species. In this study, three-dimensional numerical simulations are carried out using a RANS model and the volume of fluid method for resolving free surface fluctuations to calculate the turbulent flow in the pool and weir type fishway. The Flow velocity and turbulent kinetic energy in the pool of fishway are analyzed according to variation of the upstream water level and the length of pool. The present numerical simulations reasonably well reproduce the stream flow and plunging flow characteristics in the pool. The simulation results show that the stream flow changes to the plunging flow as the length of the pool increases. When the upstream level increases, the stream flow becomes more evident. Key parameters related to the fish migration within the fishway such as the flow velocity and the turbulent kinetic energy are examined to assess the ascending possibility of fishes.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.1
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• pp.33-42
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• 2022

In this study, flow patterns in the ice-harbor fishway were analyzed according to fluctuations of the upstream water level, an increase of weir interval, and the presence or absence of orifices using a three-dimensional commercial numerical model, Flow-3D. In order to prove the suitability of the numerical simulation results, the flow velocity and flow rate at the exit of the fishway were observed using a 3D ultrasonic velocimetry on an actual ice-harbor fishway installed downstream of the Daegok bridge in Gyeongan-Cheon. Four types of turbulence modules can be selected for the Flow-3D model. As a result of verification with observation data, the RNG model best described the flow characteristics in the ice-harbor fishway. The velocity structure in the fishway according to fluctuations of the upstream water level was simulated. The results showed that the plunging flow and the streaming flow were mixed at the lowest water level. When the water level increased about 10 cm or more from the lowest water level, the plunging flow disappeared in all pools and only the streaming flow occurred. Contrary to expectations, even when the water level is rose a little, the flow simply occurred mainly on the streaming flow. If the interval between the weirs is increased, both the plunging flow and the streaming flow are showed continued even if the water level rises. In addition, compared to the case where there are no orifices at the bottom of the weirs, the plunging flow tends to be generated in several pools. It is necessary to prevent blocking orifices through active management so that various flow patterns in the fishway can be generated in multiple pools.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1818-1822
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• 2008

Generally, not only in order to design three dimensional hydraulic structures such a spillway and to investigate the hydraulic phenomena concerning hydraulic facilities, but also to grasp shape and stability, we simulate actuality phenomenon through hydraulic model experiments. However, it requires too much times, expense and space to perform hydraulic model experiments, as well as it is very difficult to measure reduced scale of actual hydraulic structures. Besides, surface tension can exert fair effect in experiment result, and occasionally an experiment of various case is impossible actually. Therefore, there is necessity to draw proper early result through numerical analysis, and if decide the case of a hydraulic model experiment through the numerical analysis and compare the result, finally economical and reasonable design hydraulic structures are available. This study performs numerical analysis of overflow spillway and an experimental study of hydraulic model tests to design the optimal spillway and suggest a better design to improve hydraulic conditions. From the measurements, revised designs for an hydraulic structure are suggested and consequent improvement effects by the new design are also investigated.

• 한국공간정보시스템학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.436-440
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• 2007

ArcView와 연동하는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)은 수문평가 도구로써 사용되는 모형이다. 이러한 SWAT모형은 유역의 서로 다른 표면 특성을 반영할 수 있도록 대상유역을 몇 개의 소유역으로 나누고 소유역 내에서 유사한 특성을 나타내는 HRU으로 세분화한다. 모형에서는 유역부분과 수체부분으로 나누어 모의가 이루어지며 각 소유역에서 물수지식에 따라 강우량, 지하수로의 침투량, 증발산량, 그리고 표면 유출량을 산정한다. SWAT 모형은 많은 입력 자료가 있으며 그 중에서도 소유역 개수와 HRU개수가 SWAT 모형의 결과에 많은 영향을 미칠 것으로 생각되어 본 논문에서는 이에 대한 영향을 분석하였다. 연구 대상지역은 함평천 유역으로 전라남도 함평군과 무안군 사이에 위치하고 있으며 유역의 면적은 $196.4km^2$이고 유역의 대부분이 산지와 농업지역으로 이루어져 있다. SWAT 모형을 모의하기 위한 지형자료는 1:25,000 수치지도, 농업과학기술원의 1:25,000 정밀토양도, 환경부의 토지피복도를 사용하였고 기상자료와 강우자료는 목포기상관측소의 자료를 사용하였다. 매개변수를 추정하기위해 환경부의 오염총량관리 세유역을 사용하였으며 모의 결과를 실측치와 비교함으로서 매개변수를 추정하였다. 추정된 매개변수를 이용하고 연구대상지역의 소유역 개수와 HRU개수를 여러 가지로 변화시켜 모의하였으며 그 결과를 실측치와 비교하여 최적 소유역 개수와 HRU 개수를 추정하였다. 본 연구의 결과는 SWAT모형 수행시 소유역의 면적에 대한 객관적인 기준을 제시할 수 있을 것이다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.21 no.3
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• pp.556-563
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• 2020

Most of a BIPVS (Building Integrated Photovoltaic System) is installed on the rooftop or wall of a building. Therefore, the main factor to consider for selecting the installation site is the shadow effects produced by the surrounding buildings. On the other hand, when the photovoltaic was installed on soundproof walls, shadow effects were produced by not only surrounding buildings but also the surrounding trees. Therefore, a different data model and algorithm with the BIPVS case are essential for proper installation sites selection of a SIPVS (Soundproof wall Integrated Photovoltaic System). This paper deals with the DSM (Digital Surface Model)-based proper installation site analysis for SIPVS. First, the solar incident and altitude angles of the installation candidate sites (solar panel) during the year were calculated. Second, the shadow effects (shadowed or unshadowed) were determined for the candidate sites at each time with the DSM. Third, the amount of solar radiation was calculated with the incident angle for the candidate sites at an unshadowed period. The proper installation site of the SIPVS could then be selected by comparing the accumulated annual solar radiation for each candidate. The proposed algorithm was implemented as a prototype (Java program). From the experiment, the order of the installation suitability was determined among the nine candidates. The proposed algorithm could be used for proper BIPVS installation site analysis aimed at the lower part of a building and calculation of the expected power production.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.253-253
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• 2021

천수방정식에 대한 불연속 갤러킨 기법 (DG) 모형은 주로 양해법 기반으로 개발되어 적용되어 왔으나, 바닥마찰항의 처리, 과도한 CFL 조건 등의 불리한 점이 지적되어 왔으며, 이로 인하여 실제 적용에서 FDM, FEM 등 다른 고전적인 수치기법과 비교하여 경쟁력을 갖기 어려웠다. 이에 대한 대안으로써, 최근, 불연속 갤러킨 기법에 대한 음해법 기반의 모형이 연구되고 있으며, 다소 복잡한 알고리즘에도 불구하고 적용이 확대되고 있다. 또한, 널리 알려진 바와 같이, 천수방정식의 실제 하도에 대한 적용에 있어 문제점 중 하나는 나비에-스토크스 방정식으로부터 유도할 때 사용된 정수압 가정으로 인하여, 하도의 계단과 같은 불연속 지형에 적용이 용이하지 않다는 것이다. 본 연구에서는 기존에 개발된 불연속 갤러킨 음해법에 불연속 지형의 해석을 위한 표면경사법(surface gradient method)을 결합하여 이러한 문제에 효과적으로 대응할 수 있는 기법을 제시하였다. 개발된 모형의 검증을 위하여, 제방 등 하도 구조물 위의 장주기 조석흐름, 홍수파, 계단 등을 포함하는 댐 붕괴류 모의에 적용하고 실용적인 기능성을 검증하였다. 향후 구조물이 많은 국내 하천에 적용이 가능할 것으로 사료된다.

• Journal of the KSME
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• v.34 no.9
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• pp.688-697
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• 1994

유체유동이나 열전달 그리고 물질전달 (물질의 혼합 및 확산) 또는 이들 현상이 복합적으로 나 타나는 각종 기계의 설계와 성능 해석을 하기 위해서는 그 현상을 지배하는 편미분 방정식들의 해를 수치적으로 구해야 한다. 유동 상태가 충류 유동인 경우는 지배 방정식의 수가 알고자 하는 미지변수 즉 속도, 압력, 온도, 농도 등의 개수와 같고 또한 이들 변수들의 변동이 그리 심하지 않기 때문에 적절한 수치 해법을 사용하면 그 해를 구할 수 있다. 그러나 난류유동의 경우에는 변수들이 시간상으로 또한 공간적으로 대단히 심하게 변동(fluctuation)하기 때문에 공 학적으로 우리가 원하는 정보들, 즉, 표면 마찰저항이나 양력, 얼전달 계수, 물질 확산계수 등을 현재 수준의 전자계산기로 계산하는 데는 계산시간이 엄청나게 소요될 뿐만 아니라 변수 저장 메모리도 과도하게 차지하기 때문에 실제적인 계산 방법이 되지 못하고 있다. 이러한 이유로 변수들의 순간 변화 상태를 나타내는 지배 방정식들을 해석하는 대신에 이들 지배 방정식의 시 간평균을 취하여 유도한 난류 방정식들을 사용하게 된다. 그러나 이 시간 평균 과정에서 파생 되는 또 다른 미지의 난류 변수들 때문에 난류 지배 방정식에 있어서는 그 지배 방정식의 개수 보다 미지 변수의 개수가 많아져서 난류 지배 방정식을 풀기 위해서는 시간평균 과정에서 나타난 난류 변수들을 원래 있던 미지 변수들의 함수나 방정식의 형태로 가정할 필요가 있게 되는데 이 가정되는 함수 관계들을 난류 계산 모형이라고 한다. 난류 계산 모형은 물리적인 통찰과 직관에 의해서 실용적인 형태로 가정되기도 하지만 최근에는 논리적으로 엄격한 모형 원칙에 따른 수 학적인 방법으로 유도되고 있는데 이 글에서는 일반 독자들이 쉽게 이해할 수 있도록 마하수가 낮은 2차원 비압축성 난류 유동을 예로 들어 x-y 직교 좌표계에서 표현되는 난류 계산 모형들을 소개하고 앞으로듸 발전 방향을 개관하며 현재의 응용 사례들을 예로 들어 모형의 성능을 비교 하여 보기로 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.249-249
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• 2019

하천에서 하상과의 접촉 없이 부유 상태로 이동하는 유사는 부유사로 정의된다. 부유사의 이동은 유사 입자의 침강 속도와 난류의 섭동 성분에 따라 결정된다. 실제 하천에서 부유사는 단일 크기가 아닌 여러 크기의 유사 입자가 혼재된 상태로 존재하는데, 유사의 이동을 보다 정확히 이해하기 위해서는 침강 속도를 결정하는 유사 입자 크기의 분포에 대한 이해가 요구된다. 진흙과 같은 점착성 유사의 경우에는 모래와 같은 비점착성 유사와는 달리 입도 분포를 구성하는 유사 입자의 크기가 끊임없이 변화한다. 이러한 유사의 특성 변화는 유사 알갱이 표면의 전자기적 점착력으로 인한 응집 현상(Flocculation Process)에서 기인한다. 응집 현상으로 인해 점착성 유사는 물과 유사 입자의 덩어리인 플럭(Floc)을 형성하며, 플럭의 특성은 지속적으로 변화한다. 따라서 점착성 유사의 이동을 이해하기 위해서는 흐름 특성 및 입도 분포뿐만 아니라 플럭의 응집 현상에 관한 이해가 함께 이루어져야함을 알 수 있다. 본 연구에서는 플럭의 응집 현상으로 인한 크기 변화와 입도 분포를 이해하기 위한 모형 개발의 방법론을 제시하고자 한다. 입도 분포 모형의 개발을 위해 추계학적 접근법이 이용되며, 추계학적 접근법을 이용하여 수치 실험을 수행하기 위해 몬테-카를로 방법이 적용되었다. 입도 분포 모형과 유사 이동 모형의 결합을 통해 흐름 내 부유 상태로 이동하는 점착성 유사 입도 분포에 관한 수치 모형 개발이 가능하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.461-461
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• 2016

이상기후로 인하여 제방붕괴에 대한 위험성이 높아지고 있고, 이로 인해 발생하는 제내지 내 붕괴 홍수파에 대한 연구가 증가하고 있다. 특히 홍수파 선단의 이동 속도 추정은 제내지의 위험성을 예측하고, EAP 등을 수립하는데 매우 중요한 자료가 될 수 있다. 제내지에서의 선단 홍수파에 대한 예측을 하기 위해서는 해당 지역의 하천특성, 수리특성 및 제방 등 수공구조물 특성뿐만 아니라, 제내지의 지형 및 토지이용 현황 등을 조사하여 수리실험이나 수치모의를 수행해야 하는 것이 일반적이다. 수치해석의 경우 수리실험에 비하여 경제성 및 효율성 측면에서 뛰어날 수 있으나, 제방 붕괴과정 및 메커니즘을 반영하기가 불가능하다. 이에 반해 수리모형실험의 경우 제방붕괴 양상 및 그 과정의 재현이 가능하기 때문에, 제내지에서의 선단홍수파 전파에 관한 보다 정확한 양상을 파악할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 실험은 실제 크기의 하천이 아닌 축소모형 또는 개수로에서 수행되었기 때문에, 초기 홍수파의 전파가 축척효과(Scale effect)의 영향을 받을 가능성이 매우 크다. 특히 선단 홍수파의 경우 파가 진행되면서 수심이 낮아지고, 유속이 느려지기 때문에 그 영향은 점차 증대된다고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 이러한 초기 선단 홍수파의 표면장력 영향을 고려한 보정 계수 산정에 대한 연구를 수리실험을 통해 수행하였다. 연구는 크게 4가지 과정으로 구성되었다. 첫째는 농도-표면장력의 관계 규명이며, 둘째는 표면장력-홍수파 전파 속도 관계 규명이다. 셋째는 표면장력과 Weber Number(We)의 관계를 도출하는 것이며, 마지막은 We를 이용하여 한계조건을 제시하는 것이다. 실험은 계면활성제의 농도를 변화시켜가며, 얇은 유리관(D=1.0 mm)에서 물의 상승 높이 및 접촉각을 측정하여 농도와 표면장력의 관계를 측정하였으며, 이러한 결과를 바탕으로 물의 표면장력을 변화시켜 가며 $0.5(B){\times}0.3(L){\times}0.2(H)m$의 Head-tank에 설치된 수문을 빠르게 개방하여, 홍수파가 퍼지는 양상을 관측하였다. 홍수파의 이동 속도는 진행시간에 따라서 퍼짐 넓이를 측정하여 제곱근을 취하는 방식으로 평균속도를 산정하였다. 이러한 관계를 이용하여 표면장력이 없을 경우의 이동속도 및 ??를 도출하였다. 본 연구를 통해 홍수파 전파 특성에 대한 수리실험 자료를 바탕으로 Weber 수를 도출하여 표면장력의 영향을 받는지 여부를 판단할 수 있으며, 표면장력의 영향을 받을 경우, 제시된 결과를 이용하여 홍수파 선단의 속도를 보정할 수 있다. 본 연구 결과는 토대로 축소모형으로 수행되는 홍수파 전파에 대한 수리실험결과의 보정 기초자료로 매우 유용할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 1989.07a
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• pp.113-114
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• 1989

원자력, 화력발전소, 제철소 등의 다양한 임해 공업시설로부터 방출되는 냉각용 온배수는 연안일대 해수의 열균형을 파괴시켜 생태계의 보존 및 환경관리에 좋지 못한 영향을 야기케 된다. 이러한 영향은 해안 또는 만내의 수중온도를 전반적으로 높일뿐 아니라 가동중단시 갑자기 수온을 떨어뜨려 해양생물상에 피해를 줄수도 있다. 또한 온배수에 의하여 온도가 상승된 해수가 취수구를 통하여 재순환되어 냉각기능의 부진을 초래하게되면 발전효율 또는 기계가동율을 저하시키게 된다. 이러한 측면에서 온배수의 확산에 대한 정성, 정량적인 예측은 환경영향평가, 취.배수구 설계조건의 산정 등에 매우 중요한 문제라 하겠다. 본 연구는 정지수역으로 유입하는 3차원 정상류 표면온배수 해석모형의 개발로서 개발된 모형의 수치실험을 통하여 온배수 확산의 물리적 특성을 규명한다. 지배방정식에 나타나는 Reynolds 응력항($)과 온도유동 프럭스항($)의 해석에서 필요한 난류모델은 k-$\varepsilon$ 모형에 난류 평균자승 온도유동($) 및 그 감쇄방정식을 추가한 4-방정식 모델로서 구성하였다. 아울러 3차원 정상류 모형에서 야기되는 타원형 방정식을 포물형 방정식의 형태로 전환하여 효과적으로 해석할 수 있도록 모델의 특성을 정리하였다. 본 모델의 검증을 위하여 Lal 및 Rajaratnam(1977)의 물리적 실험값과 비교해본 결과 온배수 거동의 물리적현상이 잘 일치하였다. 또한 McGuirk 및 Rodi(1979)에 의해 개발된 2-방정식 k-$\varepsilon$ 난류모형의 해석결과에 대하여 비교분석을 실시하였다.