• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.38 no.10 s.159
• /
• pp.841-849
• /
• 2005

Two-phase flows, e.g. sediment-laden flow and bubbly flow, have two different flow profiles; flow velocity and sediment velocity. To measure velocity distributions of two-phase flows, it is necessary to use sophisticated instruments which can separate velocity profiles of two-phases. For bubbly flows, PIV (Particle Image Velocimetry) or PTV (Particle Tracking Velocimetry) has given fairly good velocity profiles of two-phases. However, for sediment-laden flows, the applications of PIV or PTV has not been so successful, because the sediment particles introduced to the flow kept the images from being analyzed. A new algorithm, which consists of several image analysis methods, is proposed to analyze sediment-laden flows. For detection algorithm, threshold method, edge detection method, and thinning method are adapted, and for finding matching pair PIV and PTV routines are combined. The proposed method can (1) detect sediment particles with irregular boundaries, (2) remove reflected images and scattered images, and (3) discriminate tracer particles from reflected images of sediment particles.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.21-21
• /
• 2022

충적하천의 하상과 제방은 흐름에 의해 쉽게 침식되는 사립자들로 구성되어 있다. 흐름이 더욱 강해지면 커다란 입자들도 움직이게 되고 더욱 커지면 결국 모든 입자들이 움직인다. 이렇게 흐름에 의해 하상과 제방을 구성하는 사립자들이 움직이기 시작하는 상태를 한계운동이라 하며, 이때의 흐름조건을 한계조건이라 한다. 한계조건은 이동상 수리학의 시작으로, 이때부터 흐름은 물과 유사의 혼합이라는 이상류가 되어 순수한 물의 흐름보다 더 복잡하게 된다. 개수로는 관수로와 달리 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 상대적으로 매우 작으므로 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측벽에서만 작용하게 된다. 한계조건은 이러한 추상적인 의미에 앞서 바닥이 침식되지 않는 하도나 수로의 설계 등에 기본적인 자료가 된다. 개수로에서 경계면의 전단응력을 힘으로 표시하는 것을 통상 소류력이라 하며, 개수로 경계면에서 전단응력의 분포도; 이른바 단면의 평균 전단응력의 개념을 도입하여 해석하고 설계기준으로 제시되고 있다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 건설기술연구원 하천실험센터의 급경사수로에서 연구를 진행하였으며, 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고자 연구를 진행하였고, 연구결과를 기존의 소류력 산정방법과 비교하였다. 본 연구에 사용된 장치는 실규모 실험을 위해 제작되었으며, 실규모 적용성 검토를 위해 실험실에서 충분한 검증실험을 거친 후 실규모 실험에 적용하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.303-303
• /
• 2015

하천에서의 유사이송은 하상의 변화를 야기 시키고 하천의 흐름특성에도 영향을 미치는 주요 현상이다. 유사이송은 하상을 구성하고 있는 모래나 점토질 입자가 물의 흐름을 따라 이동하는 것을 의미하는데, 유사 입자가 균일하지 않고 재질 또한 다양하여 입자에 작용하는 외부 힘을 계산하기 힘들기 때문에 유사 이송을 예측하기에는 많은 어려움이 있다. 이런 이유로 좀 더 확실한 유사이송량을 추정하기위한 많은 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 1967년 Engelund와 Hansen에 의해서 개발된 공식을 이용하여 하상변동을 계산하였다. Engelund-Hansen 공식은 총유사량을 산정하는 과정에서 부유사량과 소류사를 구분하여 계산한다. 이 공식은 유사이송 함수를 유도하기 위해 수류력 개념과 상사원리를 이용하였다. 본 연구는 대상유역으로 금강 백제보 인근 10 km 구간을 선정하였고, 모의는 2014년도에 생산된 수문자료를 이용하였다. 유사이송은 대부분이 빠른 유속이 발생하는 홍수기에 집중된다. 그러므로 보다 정확한 하상변동을 파악하기 위해서는 홍수기를 포함한 장기간의 계산이 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 모의기간을 365일로 결정하였다. 모의결과는 금강을 가로지르는 백제보가 하천의 흐름변화를 야기함에 따라 하류에서는 국부적인 세굴이 발생하는 것으로 나타났다. 특히 가동보 직하류에서 비교적 많은 세굴이 발생하였고 세굴 된 유사는 인근에 퇴적이 되고 있음을 알 수 있었다. 이런 국부적인 하상변동은 생태계의 불균형을 가져올 수 있으며, 하천구조물의 내구성을 약화시키는 요인으로 작용한다. 그러므로 이러한 재해를 예방하기 위해서는 하상변동의 예측이 필수적이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.174-174
• /
• 2021

지표면에서 소규모의 요철로 이루어진 미세지형 (Micro Topography)은 자연 지형의 일반적인 특징이다. 지표면에서의 흐름해석 시 이러한 미세지형에 의한 효과를 정확히 고려하기 위해서는 고해상도의 지형격자를 사용하여야 하나, 대부분의 지표유출모델은 미세지형이 존재하지 않는 저해상도의 거친 표면으로 간주함으로써 바닥 마찰 효과를 증가시켜 미세지형에 의한 영향을 대략적으로만 반영한다. 본 연구에서는 보다 정확한 강우-유출 및 유사-유출 해석을 목적으로 고해상도의 지형격자를 사용하여 미세지형을 포함한 건조 및 반건조 지대에서의 흐름을 수치적으로 모의하였다. 미세지형의 형태는 마루와 골 사이가 직선으로 이루어진 파동의 형태로 이상화 하였으며, 파동의 진폭과 파장을 조절하여 다양한 형태의 미세지형을 고려하였다. 수치모형은 흐름의 움직임에 대한 Saint-Venant 방정식과 침식 및 유사이송에 대한 Hairsine-Rose 방정식을 함께 계산하는 통합모형인 tRIBS-FEaST를 사용하였다. 수치 모의 결과에서 나타난 미세지형의 핵심 영향은 최대 유량 및 유사량 도달시간의 지연, 유사 입자 크기별 유사-유출량 증감, 그리고 하천 유출(stream flow)의 생성이었다. 또한, 미세지형의 형태에 따라 미세지형과 강우-유출 및 유사-유출 사이에 비례 혹은 반비례 관계가 성립함을 보였다. 수치 모의 결과를 종합적으로 검토하여 미세지형이 강우-유출과 유사-유출에 미치는 영향에 대해 논의하였으며, 기존 Manning 거칠기 계수를 통한 해석 방법의 적부를 판단하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.76-76
• /
• 2018

하천에서의 유사이송과 하상변동을 분석하는 대표적인 방법으로는 현장에서 유사량이나 하상고를 측정하여 분석하는 실측에 의한 방법, 수리모형 실험과 수치모형을 이용하는 방법이 있다. 이 중에서 실측에 의한 방법은 시간과 비용의 한계로 수치해석모형을 이용한 연구가 많이 이루어 지고 있다. 현재까지 개발된 다양한 하상변동 수치모형들은 유사이송 상태를 평형 유사이송 상태를 가정하고 개발되어 왔다. 평형 유사이송은 흐름과 하상재료 등의 조건이 발생시킬 수 있는 유사이송능력과 실제 유사이송률이 동일하다고 가정하는 것이다. 그러나, 실제 유사이송에서는 흐름 및 지형 등의 변화에 따라서 지속적으로 새롭게 형성되는 유사이송능력에 실제 유사이송률이 빠르게 도달하지 못하면서 유사이송능력과 유사이송률 사이에 시 공간의 격차가 발생하게 된다. 이러한 상황을 비평형 유사이송이라고 하며 지속적인 하상 상승 및 저하가 발생하는 구간, 댐과 같은 구조물에 의해서 유사의 연속성이 차단되는 구간, 하상재료가 불연속한 구간 등에서 주로 발생하는 것으로 알려져 있다. 비평형 유사이송을 수학적으로 모의하기 위한 대표적인 방법에는 적응거리계수와 회복계수를 이용하는 방법이 있다. 위의 계수들은 흐름 및 하상 특성을 이용하여 공간에 대한 유사이송의 지체현상을 고려하는 방법으로 이를 산정하기 위한 다양한 공식들이 제시되고 있다. 그러나, 각 공식들에 의해서 제시되는 값에 많은 차이가 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 실내실험과 수치실험을 통해서 평형/비평형 유사이송 및 집중형/분포형 적응거리계수를 고려한 모의 결과를 비교하였으며, 적응거리계수 산정공식에 따른 비평형 유사이송 모의 결과를 비교하였다. 본 연구에서 적용한 실내실험에 대해서는 평형 유사이송보다는 비평형 유사이송을 고려한 경우와 비평형 유사이송 공식을 이용하여 적응거리계수를 분포형 매개변수로 이용하는 경우가 실제 하상변동 모의 결과에 더 근접한 수치실험 결과를 제공하는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
• /
• 2009.04a
• /
• pp.424-427
• /
• 2009

소프트웨어 버스마크는 프로그램을 식별하는데 사용될 수 있는 프로그램의 고유한 특징을 말한다. 본 논문에서는 자바 메소드의 제어 흐름 그래프 유사도에 기반한 자바 버스마크를 제안한다. 제어 흐름 그래프 유사도는 노드의 유사도와 에지의 유사도로 나누어 계산하였다. 노드의 유사도는 인접 노드의 유사도를 함께 고려했으며, 에지 유사도는 이미 매칭된 노드들 사이의 거리를 측정하는 방법을 사용했다. 본 논문에서 제안한 버스마크를 평가하기 위해서 서로 다른 프로그램을 구별할 수 있는 신뢰도와 프로그램 최적화나 난독화에 견딜 수 있는 강인도에 대한 실험을 하였다. 실험 결과로부터 본 논문에서 제안하는 버스마크가 기존의 정적 버스마크보다 신뢰도가 높으면서도 난독화나 컴파일러 변경에 강인하다는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.310-310
• /
• 2020

자연하천에서 식생의 성장은 유속 및 수위 변화에 중요한 영향을 미치며, 따라서 식생으로 인한 흐름저항은 흐름과 유사이송 모델링을 위한 중요 매개 변수가 된다. 즉, 수치 모델을 활용함에 있어 식생의 흐름 저항을 정확하게 추정하는 것이 매우 중요하며, 보다 정확한 추정을 위해 실험 혹은 현장 데이터를 활용한 보정과정이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 식생 패치를 포함한 인공 수로의 흐름 모의를 위해 실규모 실험 수로에서 측정된 유속 및 수위 데이터를 활용하여 모델보정을 수행하고자 한다. 이를 위해 공간 분포 별로 각기 다른 흐름 저항식의 적용이 가능하며, 식생 저항 공식을 포함하고 있는 Delft3D 모델을 활용하였다. 또한 실규모 수로에서의 유속 및 수위 데이터 수집을 위해 한국건설기술연구원 하천연구센터에서 실험을 수행하였다. 실험 구간의 길이는 약 120 m이고 하폭은 11 m이며, 국내 하천에서 보이는 식생패치의 유사한 형태를 재현하기 위해 하천 내 가장 많이 활착되어있는 버드나무와 유사한 형태의 인공식생을 제작하였다. 인공 식생은 지그재그로 배치되었으며, 식생의 전체 높이는 1.1 m이고, 각 패치 당 23그루의 인공 식생이 총 8개 패치에 식재되었다. 모의 조건은 상류단 유입 유량 2.805 ㎥/s, 하류단수위 98.764 m의 정류 조건을 적용하였다. 또한 식생 패치 구간에서의 흐름 저항 추정을 위해 Delft3D 모델 내에서 선택가능 한 Baptist의 비침수(Non-submerged)식을 적용하였으며, 항력계수 결정을 위해 1과 1.5를 적용하여 측정 수위와 비교하였다. Delft3D의 흐름 모의 결과, 항력계수 1.5를 적용했을 때, 측정 수위와 거의 일치하는 것으로 나타났으며, 항력계수 1.0을 적용했을 경우, 측정 수위에 비해 다소 낮게 모의되는 것으로 나타났다. 또한 항력계수 1.5인 경우 식생 패치 구간에서 평균 0.65 m/s의 유속이 발생하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.34 no.4
• /
• pp.327-333
• /
• 2001

Particle tracking velocimetry (PTV) is introduced and applied to the fall-velocity measurement. The fall velocities of sediment particles were measured using PTV in the still water and compared with the values presented in the existing literature. Comparison shows that PTV measures the fall velocities accurately. This result enables the measurement of fall velocity in the turbulent flows, which was not possible with conventional methods.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.618-622
• /
• 2006

충적 선상지(alluvial fan)는 자갈이나 유사가 과도하게 이송되어 부채모양으로 퇴적된 것으로서, 하류로 하폭이 증가하는 곳에서 형성된다. 충적 선상지는 유사가 이송하는 하천, 토석류, 그리고 박층류에 의해 형성된다. 토석류는 자갈에서부터 상대적으로 작은 진흙에 이르기까지 운반하는 밀도체이다. 충적하천의 흐름은 사행하천 및 망상하천에 이르는 흐름을 말하며, 박층류는 기본적으로 비하천 홍수류로서, 한 홍수사상에 대하여 선상지에서 부분분할로 형태로 흐른다. 본 연구에서는 충적 선상지에 대한 공학적인 문제를 검토하기 위한 예비연구로서 유입부에서 유사량의 유입조건에 따른 충적 선상지 델타의 형성 과정을 수치모형을 이용하여 파악하였다. 본 모형은 2차원 모형으로서, 이동경계좌표계를 사용하였고, 수치해석 기법으로는 CIP법이 이용되었으며, wet/dry를 고려하여, 유입 유사량의 변화에 따른 특성을 파악하였다. 초기에는 급격하게 선상지의 높이가 급격하게 증가하며, 유입 유사량의 증가에 따라 선상지의 높이가 평형상태를 유지하는 시간이 짧은 것을 보여주고 있다. 선상지의 면적은 유입 유사량이 적을 경우에는 평형상태가 지속적으로 유지되며, 완만한 증가 현상을 보여주었다. 유입 유사량이 증가할 경우에는 초기에 급격한 상승을 하다가 평형상태가 없이 지속적으로 상승하는 것을 보여주었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.106-106
• /
• 2016

매립공사시 매립토의 유실로 인한 공사기간의 지연, 공사비 증액 등이 발생할 수 있다. 이에 대한 정량적인 예측은 매우 중요하나, 그에 대한 연구는 상대적으로 미비하다. 본 연구에서는 매립토의 유실은 유입된 유사와 호안 표면의 유사가 흐름에 의해 공사구간을 빠져나간 양이라 정하였다. 매립공사에서 유실량의 산정은 매립물량 산정과 직결되며 이는 경제성 부분에서 매우 중요하다. 그러나 국내에서는 경험에 의존한 유실율을 기준으로 매립물량을 결정하고 있는 실정이고, 현장계측으로도 유실량을 정량적으로 판단하기 쉽지않다. 따라서 본 연구에서는 호안 주변의 흐름 특성을 고려한 매립토의 유실량을 정량적으로 평가하기 위한 방안으로 실험적 연구를 수행하였다. 수리실험은 길이 13.0 m, 폭 5.0 m의 직사각형 단면의 광폭 수로에서 수행하였으며 일정한 양의 유사를 유입하기 위해 자체 제작한 유사공급장치를 사용하였다. 매립토의 특성을 고려하기 위하여 일반모래($d_{50}=0.621mm$, SG=2.72)와 안트라사이트($d_{50}=1.547mm$, SG=1.61) 두 가지 유사를 사용하였고, 매립토 유실요인 중 흐름특성에 의해 외부로 유실되는 양을 보다 명확히 규명하기 위해 유사를 유입하기 전과 후의 양을 각각 직접 채취하는 원시적인 방법과 3D 스캔을 통한 방법을 이용하여 평가한 유실율과 비교 검토해 보았다. 두 가지 방법에 대한 상대오차는 최대 3.12%로 나타났다. 흐름조건에 따른 매립토의 유실율은 살펴보면 두 가지 유사 모두 한계유속(Vc)을 넘어서는 순간, 급격히 유실율이 증가하였고, 일반모래는 약 10 % 안트라사이트는 약 30%로 각각 나타났다. 향후 매립토의 특성인자의 영향을 명확하게 구분하기 위해 다양한 매립토를 활용하여 보다 많은 조건하에서 실험을 수행한다면 매립토의 유실량 산정의 정확성을 높일 수 있을 것이라 기대된다.