• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.54-58
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• 2012

하천에 설치된 보의 상류는 유사의 퇴적이 발생하며 하류 하도는 보에 의한 유사 차단 효과로 하상하강이 기대된다. 보 상류 퇴적이 진행되면 저수량이 감소하며 심할 경우 보 자체의 안전도 위협할 수 있다. 또한, 하류 하도에 세굴 및 하강현상이 지속되면 흐름 및 하도의 불안정과 하천 시설물의 안전을 위협하게 된다. 따라서 보 건설에 따른 하도의 퇴적 및 침식 현상을 예측하여 장차 발생할 수 있는 문제를 사전에 예측하는 것은 공학적으로 매우 중요하다. 본 연구에서는 수심적분 2차원 모형에 기초하여 유동 및 하상변동을 모의하는 RAM6 모형을 이용하여 금강 세종보에 적용하였다. RAM6는 흐름특성 변화에 따라 하상이 평형상태로 변화되는 과정을 시간에 따라 모의하고, 하상변화에 따른 흐름특성의 변화를 연계하여 모의하는 2차원 유한요소 모형이다. 세종보를 기준으로 상 하류 2 km, 총 4 km 구간에 대해 수치모의를 실시하였다. 세종보 상하류의 2차원 모의를 위하여 보 주위의 지형정보와 흐름정보를 입력하였다. 보의 제원은 높이 4 m이며, 가동보 223 m, 고정보 125 m로 총연장은 348 m 이다. 보 주위의 흐름과 퇴적 및 침식에 대해 모의하고 이 결과에 대하여 고찰하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.169-169
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• 2015

유사 입자의 크기는 유사의 특성 및 그에 따른 거동 변화에 중요한 영향을 미친다. Stokes 침강 속도 모형에서 유사의 침강 속도에 가장 많은 영향을 주는 인자는 유사의 크기인 것 또한 확인된다. 유사 입자의 크기가 약 $60{\mu}m$보다 작은 유사들은 알갱이 사이의 점착력을 무시할 수 없다. 이로 인해 유사들은 응집 현상을 겪으며 입자 본래의 크기보다 크기가 큰 플럭을 형성하는 점착성 유사로 분류된다. 응집 현상이란, 흐름 내 점착성을 띠는 일차입자(Primary Particle)가 응집과 파괴를 반복하며 플럭을 형성하는 현상을 뜻한다. 입자 간의 충돌을 통해 응집이 진행되며 난류 전단으로 인해 형성된 플럭의 파괴가 발생한다. 많은 연구에서 점착성 유사의 충돌을 야기하는 가장 지배적인 원리는 난류라 알려져 있다. 이러한 응집 현상으로 인하여 플럭의 크기와 밀도는 지속적으로 변화를 겪으며 비점착성 유사와 다른 특징들을 보인다. 흐름에 존재하는 유사의 이동은 이송-확산 방정식을 통해 표현된다. 이송-확산 방정식은 시간 변화에 따른 농도의 변화를 입자의 침강과 난류 및 유사 자체의 특징에 의한 확산으로 해석한다. 침강속도로 대변되는 이송과 달리, 확산은 난류흐름 내에서 유사가 확산되는 정도를 정량화하기 위한 인자가 요구된다. 난류에 의한 유사의 확산은 유사 자체 특성에 따른 물질 확산에 비하여 매우 큰 값을 가지며, 이를 확산 계수로 개념화 한다. 확산계수는 와점성계수와 Schmidt 수(${\sigma}_c$)의 비로 정의된다. ${\sigma}_c$는 난류의 점성과 난류로 인한 부유과정에 의해 유사가 확산되는 정도를 나타낸다. 이에 따라 ${\sigma}_c$의 변화가 유사의 부유 및 침강거동에 많은 영향을 미칠 것이라 판단되나, 국내외에서 수행된 연구 동향에서는 ${\sigma}_c$를 0.5부터 1.0 사이의 상수를 적용하여 수행되었다. 이에 본 연구에서는 ${\sigma}_c$의 크기에 따라 달라지는 유사의 부유 및 침강 변화에 의한 총 부유량을 살펴보고자 한다. 유사의 점착성을 고려할 수 있는 1DV 수치 모형을 이용하여 비점착성 유사와 점착성 유사를 대상으로 수치연구를 수행하며, 유사의 크기 및 ${\sigma}_c$의 변화에 따른 총 부유량 경향을 살펴본다. 그 결과, 점착성 유사는 ${\sigma}_c$의 증가에 따라서 유사의 총 부유량이 증가하는 현상이 나타난 반면 비점착성 유사는 ${\sigma}_c$의 증가에 따라 유사의 총 부유량이 감소하는 경향이 나타났다. 그러나 크기가 아주 작은 비점착성 유사를 대상으로 수치 연구를 수행한 결과, ??에 따른 총 부유량의 경향은 유사의 점착성에서 기인하는 것이 아닌 입자의 크기로부터 야기되는 특성이라는 결론이 도출되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.959-964
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• 2005

본 연구에서는 수리실험을 통해 단일 돌출수제 설치에 따른 흐름중심선과 수제 하류부의 흐름분리영역의 특성을 파악하였다. 흐름중심선은 최대유속이 발생되는 유선을 의미하며, 수제 설치로 인한 수제 선단부 흐름분리 현상은 흐름 중심선의 형태를 변화시킨다. 이러한 주요 특성들은 수제길이 및 투과율과 밀접한 연관이 있으며, 제방의 침식방지 및 수로의 흐름제어라는 수제설치의 목적을 고려해 볼 때 매우 중요한 변수라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 수리실험을 통해 단일 돌출수제의 길이 및 투과율 변화에 따른 수제 주변의 흐름장을 LSPIV(Large Scale Particle Image Velocimetry)를 이용하여 측정하고, 수제길이 및 투과율에 따른 흐름 중심선과 흐름분리 영역의 특성을 파악하였다. 실험결과, 흐름중앙선과 흐름분리영역의 폭은 Fr 수에 따라 큰 변화를 보이지 않으나 수제의 길이 및 투과율에 따라 변화하는 것으로 나타났으며, 이러한 변화 경향은 흐름중앙선과 흐름분리영역이 유사한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.1041-1046
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• 2005

본 연구에서는 수리실험을 통해 단일 돌출수제 설치에 따른 흐름중심선과 수제 하류부의 흐름분리영역의 특성을 파악하였다. 흐름중심선은 최대유속이 발생되는 유선을 의미하며, 수제 설치로 인한 수제 선단부 흐름분리 현상은 흐름 중심선의 형태를 변화시킨다. 이러한 주요 특성들은 수제길이 및 투과율과 밀접한 연관이 있으며, 제방의 침식방지 및 수로의 흐름제어라는 수제설치의 목적을 고려해 볼 때 매우 중요한 변수라 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 수리실험을 통해 단일 돌출수제의 길이 및 투과율 변화에 따른 수제 주변의 흐름장을 LSPIV(Large Scale Particle Image Velocimetry)를 이용하여 측정하고, 수제길이 및 투과율에 따른 흐름 중심선과 흐름분리 영역의 특성을 파악하였다. 실험결과 흐름중앙선과 흐름분리영역의 폭은 Fr 수에 따라 큰 변화를 보이지 않으나 수제의 길이 및 투과율에 따라 변화하는 것으로 나타났으며, 이러한 변화 경향은 흐름중앙선과 흐름분리영역이 유사한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.64-64
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• 2016

하천은 인간에게 용수의 이용 및 하천호안의 휴식처로써의 이용을 통해 직접적인 영향을 주고, 하천구조물의 심미적 영향, 랜드마크로써의 역할을 통해 간접적인 영향을 준다. 또한, 하천은 하천생태계에 서식하는 동 식물에게 영향을 준다. 그러나 하천유사로 인해 통수능이 감소하고, 하천구조물 주변에 침식을 야기할 뿐만 아니라, 댐과 저수지에 유사의 퇴적으로 저수용량의 감소시킨다. 그러므로 이를 예측하는 것은 경제적, 환경적으로 중요하다. 하상변동의 모의를 위해 기존의 2차원 모형은 만곡흐름에서 유동의 helical flow를 고려하지 않아 예측이 부정확하였다. 본 연구에서는 천수방정식을 이용한 하상변동 수치모의에 helical flow의 영향을 고려하였다. 하천과 같은 천수영역에서의 흐름 및 하상변동을 해석하기 위하여 수심평균 된 Navier-Stokes equations인 천수방정식을 이용하였다. 지배방정식은 곡선 좌표계에서 유한체적법으로 차분하였고, 비엇갈림격자를 사용하였다. 지배방정식의 닫힘 문제를 해결하기위해 0-방정식 난류모형을 사용하였고, "time marching" 기법의 적용을 위해 계산단계분할 방법을 이용하였다. 비엇갈림격자의 사용으로 인해 검사체적의 면에서의 유속이 필요하여 pressure-velocity coupling을 사용하여 유속의 진동을 줄였다. 또한, 만곡부의 helical flow를 모의하기위해 helical flow intensity model을 도입하였다. 앞에서 계산한 흐름을 바탕으로 유사량 산정공식과 Exner 방정식을 이용하여 하상변동을 모의하였다. 흐름의 검증, helical flow의 영향에 대한 확인, 하상변동의 적용을 위해 선행연구의 실험이 사용되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.259-259
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• 2021

하상을 구성하는 사립자들이 흐름에 의해 움직이기 시작하는 상태를 한계운동이라 하며, 한계운동이 시작될 때의 흐름조건을 한계조건이라 한다. 흐름에 부유되어 이동하는 부유사의 농도분포를 정확하게 산정하기 위해서는 하상재료의 침식율을 정확하게 산정하는 것이 필요하다. 특히 하상재료에 다양한 크기의 하상재료가 혼합되어 있을 때에는 차폐효과(Hiding-Exposure Effect)에 대한 고려가 필요하다. 여기서 차폐효과란, 동일한 크기의 사립자들로 구성된 균질 하상에 비해 비균질 하상에서 굵은 사립자가 흐름에 더 많이 노출되어 한계소류력이 감소하고, 잔 사립자의 한계소류력이 굵은 사립자로 인해 증가하는 현상을 의미한다. 하상토의 차폐효과는 Shields (1936)에서 제안된 무차원 한계소류력을 각 사립자의 크기별로 산정 한 후 보정계수를 곱해 고려해주는 것이 일반적이다. 이에 본 연구에서는 하상재료의 차폐효과가 부유사의 연직방향 농도분포에 미치는 영향을 살펴보았다. 연구를 수행하기 위해 하상토의 입도분포를 바탕으로 차폐효과를 고려하고 연직방향으로의 유사농도를 계산하는 유사이동모형을 개발하였다. 수치모형의 검증은 실험실 실험자료와의 비교를 통해 수행되었다. 수치모의 결과로부터 차폐효과를 고려하지 않는 경우에는 하상에서의 침식율이 과다하게 산정되는 것으로 나타났으며, 불균질한 하상재료로 구성된 하천에서 부유사의 연직방향 유사농도를 정확하게 계산하기 위해서는 차폐효과에 대한 고려가 필요하다는 결론이 도출되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2010.02a
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• pp.97.2-97.2
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• 2010

본 연구에서는 남구미대교, 왜관낙동강대교가 통과하는 낙동강 본류의 구미, 칠곡구간 9.23km에 대하여 설계홍수량과 평수량에 대한 흐름분석과 공사시 발생가능한 부유사 농도를 산정하여 부유사의 거동에 대해 2차원 유한요소모형인 RAMS와 SMS 모형을 이용하여 모의하였다. 흐름모의를 실시한 결과, RAMS 및 SMS 모형에 의해 산정된 수위 및 유속 결과가 기본계획보고서에서 제시된 수위 및 유속과 유사하게 산정되고 있었으며, 교량 주변의 흐름분포도 RAMS 및 SMS모형의 결과가 유사하게 모의 되고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 공사강도에 따른 발생가능한 부유사 농도를 산정하고 공사가 이루어질 위치 2지점을 가정하여 각각 RAMS 및 SMS모형을 이용하여 부유사 거동을 모의하였다. RAMS 및 SMS 모형에 의한 모의결과, 두 모형 모두 각 지점 하류 100m 부근의 부유사농도가 30~40, 15~20ppm의 범위로 부유사 농도를 보이고 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.302-302
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• 2015

본 연구에서는 PMP 조건하에서 농업용 목적의 시례저수지의 가상붕괴에 따른 홍수파 해석을 통해서 하류부에 대한 수리학적 분석을 실시하였다. 그리고, 사력댐으로 구성된 댐 제체의 붕괴로 인한 유사 이송을 모의하고 이로 인한 하류부에서의 영향을 분석하였다. 이를 위하여 경상남도 김해에 위치한 시례저수지 유역을 대상으로 수리 수문자료 및 하천현황을 상세히 조사하고 댐의 가상 붕괴로 인한 하류부 홍수파 해석 및 댐 본체의 유실에 따른 유사의 이송으로 인해 발생 가능한 하류부에서의 영향을 분석하였다. 시례저수지의 댐 형식은 흙댐으로써, 구성방식은 침하량이 적은 중심코아형이며 댐 높이는 34.3 m, 유역면적은 3.13 km이다. 본 연구에서는 하천에서의 흐름과 유사이송 계산이 가능한 1차원 수치 모형인 CCHE1D를 이용하였다. 적용 모형은 확산파 및 동역학적 방정식을 모두 고려한다. 또한, 비평형 이송 모형을 사용하여 유사의 발생과 퇴적을 산정하고 비균질 상태의 유사 이송을 계산 하는데 있어서 하천 단면형의 변화와 하상물질의 구성 상태, 제방침식, 수로 확폭의 과정과 함께 산정된다. CCHE1D는 하상물질의 공극률과 non-equilibrium adaptation length, mixing layer thickness 등의 여러 변수들을 현재까지 개발된 식들을 제공하며, 토사이동해석을 위한 공식은 SEDTRA 모듈, Wu et al(2000) 공식, 수정 Ackers and White(1973) 공식, 수정 Engelund and Hansen(1967)이 사용된다. 비균질 유사이송과 bed deformation, bed-material sorting은 완전연계과정(coupling)로, 유사와 흐름방정식의 계산은 반연계과정(semi coupling)을 적용하여 계산하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.93-93
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• 2019

식생이 있는 개수로 흐름의 분석이 중요한 이유는 식생이 흐름 특성과 유사이송 및 하상변동에 영향을 주어 복잡한 흐름 현상을 만들어 내기 때문이다. 식생 밀도, 식생 길이, 식생이 식재된 형태에 따라 흐름의 현상이 달라지며, 흐름 특성의 변화로 인해 하상 및 주변 하천구조물에 영향을 줄 수 있다. 하천의 식생은 대부분 폭과 길이가 제한된 모습으로 존재하는 경우가 많으며, 식생이 존재하는 영역에서는 식생항력에 의해 유속이 감소하고 식생이 없는 영역에서 유속이 증가한다. 식생항력에 의해 변화된 흐름 특성은 일정 거리를 지나면 평형상태에 도달하게 되며, 식생의 경계면에서는 전단층이 발달하여 모멘텀의 교환이 활발하게 발생하는 현상을 보인다. 식생 흐름의 특성을 분석하기 위해 수치모형으로는 식생 흐름의 강한 비등방성을 모의할 수 있는 비등방성 수치모형이 적합하다. 본 연구에서는 부분 식생이 식재된 개수로에서 RSM (Reynolds stress model)을 이용하여 식생과 식생 주변의 흐름 특성 및 난류량을 분석하였다. 흐름의 변화에 따라 크게 3 구간으로 나누어 흐름 특성을 파악할 수 있으며, 식생의 밀도와 식생 영역의 폭의 길이에 따라 각 구간의 길이가 달라지는 것을 확인하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.1
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• pp.73-81
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• 2016

This study investigates the development of lower channels and sediment sorting processes in the vegetated channels with the mixed sediment. The sediment discharges fluctuate with time and decrease with vegetation density. The bed changes with irregular patterns, and the sediment particles in the vegetated zone at the surface of bed are fine. The dimensionless geometric mean decreases with vegetation density. The fine sediment particles are trapped by vegetation, and the bed between main steam and vegetated zone increases. Moreover, the particle sizes are distributed irregularly near the zone. The hiding functions decrease with dimensionless particle size. However, the functions increase with vegetation density, which is confirmed by decreasing sediment discharge with vegetation. The lower channel is stable and the migration decreases in the condition of $0.5tems/cm^2$. However, the migration of the lower channel in the condition of $0.7stems/cm^2$ increases due to the increased sinuosity and new generated channels in the sedimentated vegetation zone.