• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.229-233
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• 2018

사행하천 만곡부에서는 원심력에 의한 편수위와 2차류 현상 등 흐름에 변화가 생긴다. 2차류는 흐름의 유속구조를 변화시키고 횡방향 흐름을 만곡의 외측부로 이동시키며, 유사이송, 제방침식, 하상변동 등에 영향을 미친다. 따라서 사행하천 만곡부에서 수치모의 시에 2차류에 하도변화를 연구한는 것은 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 2차원 수치모형인 Nays2DH를 이용하여 Kinoshita 사행하도(Kinoshita Meandering Channel)에서 2차류와 사행도가 흐름에 미치는 영향을 모의하였다. 2차류 강도가 증가함에 따라, 만곡부 외측에서 수심이 증가하고, 흐름의 방향이 만곡부 외측으로 편향되어 유속이 증가하였다. 만곡부 내측에서는 유속이 감소하고, 와도가 증가하였다. 하상변동 분석 결과, 2차류 강도가 증가함에 따라, 만곡부 내측에서 하상고가 상승하며, 변화 폭이 증가하였다. 만곡부 외측에서 하상이 깊게 세굴되고 세굴심이 하류로 이동하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.516-516
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• 2023

하천 만곡부 외곽 하안부의 빠른 유속은 침식을 유발하고 내측의 느린 유속은 토사 퇴적의 원인이 된다. 이는 하천 지형을 지속적으로 변화시키는 원인이 되고 나아가 하천 주변의 환경뿐만 아니라 안정성에도 문제를 일으킨다. 하천의 안정성과 수생태계 보존을 위해서는 수제와 같은 인공 구조물을 설치하여 하도의 안정을 유지할 수 있다. 수제는 후류에 느린 유속을 발생시켜 침식을 예방하고 제방과 하안을 보호한다. 그러나 수제 주변에서 발생하는 강한 와류는 국부 세굴을 유발하여 구조물의 안정성을 저해하기도 한다. 본 연구에서는 이동상 수리실험을 통해 수제 주변에서 발생하는 국부 세굴 및 후류에서의 하상 변동을 측정하였다. 수리실험은 길이 10 m, 폭 0.44 m, 높이 0.59 m인 수로에서 D50 = 2.98 mm인 모래를 사용하였고 하상변동은 하상이 평형상태에 이르렀을 때 물의 흐름을 멈추고 측정하였다. 실험 결과를 바탕으로 평형상태의 하상변동과 시간 변화에 따른 세굴심 변화를 도출하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.102-102
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• 2021

광양만의 해수교환은 주로 여수해만을 통해 이루어지고, 만의 동측에는 노량수로를 통해 진주만으로의 해수교환이 일어나고 있으며, 만의 북측에는 섬진강을 끼고 있다. 광양항 건설 전 만내의 수심은 약 10 m 이내로 얕았으며, 만의 입구인 여수해만과 노량수로에서의 수심은 약 20 m 이상이었다. 광양만은 1982년 광양제철소의 건설을 시점으로 하여 광양항의 확장 개발, 폐기물처리장 건설 등으로 인한 매립이 진행되었다. 특히, 섬진강 하구는 광양만 개발 전에는 넓은 조간대 퇴적층의 발달로 다양한 생태계환경을 유지하고 있었으나, 광양항 건설 및 하구에서 모래 준설 등으로 인해 근래에 와서는 해수의 역류가 심각한 상태이다. 1982년 광양제철소 건설이후 계속적으로 광양만을 개발함으로써 해양환경에 큰 변화가 발생하였다. 따라서, 본 연구에서는 광양만 개발 전·후의 조석 및 해수유동의 변화특성을 해석하기 위해 조석 및 조류에 대한 현장관측과 3차원 해수유동 수치모형실험을 수행한 후 남해도를 둘러싸고 있는 광양만, 진주만 등의 조석 및 조류의 변동특성을 해석하였다. 광양만 개발 전·후의 해수유동의 변동특성을 해석하기 위해 김 등(1999)에 의해 개발된 3차원 layer·level 혼성 해수유동 모델을 광양만, 진주만을 포함하는 남해도 주변해역에 적용하여 30일간의 수치계산결과를 이용하여 해수유동의 변동특성을 해석하였다. 모델에서 격자간격은 동서-남북방향 동일하게 200 m, 시간간격은 20 sec, 계산영역은 동서방향으로 52 km, 남북방향으로 65 km인 260×325 격자체계로 구성 운영하였다. 외해 개방경계에서 조위는 수로국에서 관측한 조위와 본 연구에서 관측한 조위를 보간하여 사용하였다. 광양만 개발전·후의 조류의 변동특성을 수치해석한 결과 여수해만에서는 광만만 개발전이 개발 후보다 유속이 강하게 나타났으나, 노량수로에서는 개발 후가 개발전보다 유속이 훨씬 강하게 나타났다. 이와 같은 현상은 광양만 개발로 광양만으로 유입되는 조량이 감소함으로 인해 여수해만에서는 유속이 감소한 것으로 생각된다. 노량수로에서 개발 후가 개발전보다 유속이 증가한 것은 여수해만을 통해 유입한 해수가 개발 후에는 광양만의 해수면적 감소로 광양만의 서측으로 유입하는 조량이 감소한 반면에 광양만의 북측(섬진강 하구) 또는 동측(노량수로)으로 유입하는 조량이 많기 때문인 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.10 no.6
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• pp.381-388
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• 2000

The temperature and velocity fluctuations occurred by the baroclinic instability in the melt for Czochralski crystal growth method were experimentally investigated. Wood's metal, which has similar Pr number to the silicon melt, was used as the working fluid and azimuthal velocity was measured using incorporated magnet probe. The azimuthal velocities near the free surface are faster than velocities near the bottom and the rotational velocities near the model crystal become very fast. The results of measured temperature fluctuation as increasing rotation rate were shown that baroclinic instability occurred at the region of Ro<1.01, Ta>$9.63{\times}10^8$. In these region, the fluctuations of temperature and velocity have the same frequency.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.916-920
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• 2007

ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)는 유수의 흐름을 방해하지 않으면서 물 속으로 일정 주파수의 초음파를 전송하고, 부유하는 입자들에 의해 산란되어 돌아오는 반향을 수집, 도플러효과를 이용하여 유속을 측정하는 장비이다. ADCP는 하천을 횡단하면서 순간적인 유속을 측정하므로 시간평균한 평균유속과의 차이가 발생하지만 1초에 1회 이상의 빠른 속도로 연직유속분포를 수집하면서 이를 공간적으로 평균함으로써 순간유속이 갖는 변동성을 완화시키는 특징을 갖는다. 본 연구에서는 ADCP를 활용하여 사행하천에서 수평방향 2차원 유속분포를 측정하고자 하였다. 만곡부가 교호적으로 나타나는 사행하천의 흐름구조는 매우 복잡하다. 특히 주 흐름의 수직인 단면에 나선형의 2차류가 관찰되는데, 이는 원심력과 횡방향의 수면경사 및 난류의 상호작용으로 발생된다. 주 흐름의 유속과 다른 분포를 나타낸다. 본 연구에서는 이찬주 등(2005)이 제시한 공간평균기법과 이동경로 수정을 통하여 측선별 2차원 유속분포를 측정하여 기 개발된 RAMS(서울대학교, 2007)를 적용하고 이를 검증하기 위한 자료를 확보하고자 하였다.

• 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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• 2010.05a
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• pp.1887-1891
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• 2010

전자파표면유속계를 이용한 홍수유속측정에 있어서 수심평균유속환산계수로 0.85를 표면유속에 일률적으로 적용하도록 제시하고 있다. 그 동안 이의 적절성 여부에 대한 논의가 꾸준히 지속되어져 왔다. 이에 전자파 표면유속계를 개발하고 상품화하여 보급시킨 개발 주체의 입장에서 이에 대한 검증을 시도하였다. 이의 검증을 위해서 가장 중요한 것은 정해진 측정지점의 유량측정시각의 정확한 유량을 파악해야 함은 필수조건이다. 하지만 유량측정지점의 유량의 참값은 알기는 참으로 어려운 일이다. 이에 지금까지는 댐의 방류량을 참값이라고 가정을 하고 여러 가지 기기를 이용한 유량측정을 실시하여 각 기기의 측정오차를 비교하는 기준유량으로 댐방류량을 이용하였다. 따라서 본 연구에서는 방류량의 정확성 파악에 의하여 수심평균유속환산계수의 적정성 여부를 검토하고자 하였다. 또한 이에 대한 이론적인 접근의 방법으로서 유속분포곡선식으로부터 수심평균유속환산계수를 산정하여 이를 기존에 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위해서 적용하였던 계수와 비교를 하였다. 기존의 수심평균유속환산계수로 이용한 0.85에 대한 이론적인 검증을 위해서 Power law형의 유속분포식으로부터 수심평균유속환산계수를 유도한 결과 하상의 재료에 따라 0.833 (거친 하상)~0.875 (부드러운 하상)의 범위에 분포하였다. 이는 환산계수로 이용하고 있는 0.85는 유속분포가 크게 변동하지 않은 경우에 수심 평균유속을 환산하는데 이용함에 무리가 없음을 보여준다. 기존의 대청댐 방류량을 이용한 수심평균유속환산 계수를 산정한 결과를 분석한 결과 환산계수가 0.828~0.868의 범위에 분포하고 있다. 즉 기존의 수심평균유속환산계수로 이용을 하고 있는 0.85와 비교했을때 ${\pm}3%$의 오차를 보이고 있음을 알 수 있다. 대청댐 방류량에 대한 검증을 위해서 여러 가지 기기를 이용한 동시 유량 측정을 실시하였고, 전자파표면유속계로 측정한 표면유속에 기존의 수심평균유속환산계수 0.85를 적용했을때의 유량산정 결과를 다른 방법에 의한 측정 결과 및 방류량과 비교를 실시하였다. ADCP 측정은 유량조사사업단과 한국수자원공사 충청지역본부의 도움을 받아 실시하였는데, 유량조사사업단은 9회 측정하여 평균한 유량이 242.0 cms, 충청지역본부에서는 6회 측정하여 평균한 결과가 234.6 cms이었고, 전자파표면유속계로 측정한 표면유속을 이용하여 산정한 유량이 249.0 cms이었으며, 동시유량 측정당시 방류량은 242 cms이었다. ADCP를 이용한 유량측정에 있어서, 각 측정시의 유량측정 오차가 최대 20% 까지 나타나고 있다. 반면 대청댐의 발전 방류량은 거의 일정한 수준을 유지했던 것을 감안할 경우 유량측정 기간에 하류의 조정지댐으로 인한 배수효과의 영향으로 ADCP를 이용한 유량측정값에 변동이 발생한 것으로 추측된다. 전반적으로 부자를 제외하고는 사용된 유량측정 방법들이 거의 동일한 값을 보임을 알 수 있다. 또한 표면유속에 기존의 환산계수를 적용하여도 유량산정이 다른 방법과 유사하게 산정됨을 알 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.93-93
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• 2012

하천의 수면 폭, 평균수심, 평균유속은 유량과 함께 변화한다. 이들의 관계는 멱함수의 형태로 표현될 수 있으며, 변동성을 바라보는 관점에 따라 두 가지로 구분된다. 하나는 시간에 따른 변동성으로 한 지점에서 서로 다른 주기를 갖는 유량들의 폭, 수심, 유속과의 관계(지점수리기하, at a station hydraulic geometry)이며, 다른 하나는 공간적 변동성으로 하천의 하류 방향으로 가면서 나타나는 유량과 폭, 수심, 유속과의 관계(하류수리기하, downstream hydraulic geometry)이다(Leopold and Maddock, 1953). 두 가지 수리기하의 경우 모두 자연 하천의 프랙털 특성(fractal)을 보여주는 예라 할 수 있다. Dodov and Foufoula-Georgiou (2004)는 Stall and Fok (1968)의 자료를 재분석한 결과, 지점수리기하의 지수 값이 해당 지점에서의 유역면적에 관한 함수로 표현될 수 있음을 발견하였다. 그러나, 이러한 멀티 프랙털 특성은 모든 하천유역에서 발견되는 것은 아니며, Dodov and Foufoula-Georgiou (2004)가 통계적으로 분석한 대상유역의 결과도 그 유의성에 논란의 여지가 있다고 볼 수 있어서, 현대 수문지형학의 남겨진 숙제라고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 수리기하의 멀티 프랙털 특성을 수문학적 동질성 여부라는 측면에서 탐구하였다. 이를 위해 본 연구에서는 기존 수리기하 관계식과 차별되는 무차원변량을 이용한 새로운 관계식을 제안하였으며 이를 관측 자료에 적용하여, 멀티 프랙털 특성의 존재 여부를 고찰하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.510-510
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• 2012

최근 4대강 살리기 등 하천 개발 사업으로 인한 하천환경의 변화로 하도 내 유사의 세굴 및 퇴적 문제가 제기되고 있으며 이에 대한 대책수립이 요구되고 있는 실정이다. 국외의 경우 이미 수제와 같은 수공구조물의 설계 가이드와 유로 확보 및 하도 안정화를 위한 목적의 수제가 실제 하천에 적용된 사례를 확인할 수 있으며 경험적 공식 등을 통해 이미 실용화 단계에 있다. 그러나 국내의 경우 소수의 수제 설치 등 제한적인 연구만이 진행되고 있을 뿐 하도 안정화를 위한 적절한 기술 개발이 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 하도안정화를 위한 구조적 대책의 일환으로 이동상 수리모형 실험을 통해 단일 및 연속수제를 이용함에 있어 수제 설치에 따른 하상변화의 특성을 지배하는 매개변수(수심, 후루이드 수, 유속 등)를 검토하였다. 연구 결과 후루이드 수와 수심 뿐만 아니라 평균 유속 와 한계유속 $V_r$을 무차원화한 $V/V_{cr}$ 값이 하상 변동 양상에 지배적인 영향을 미친다는 사실을 확인하였다. 수제주변의 정량적 세굴 및 퇴적 깊이와 범위는 물론 수제가 수제부 하류에 미치는 하상 변화의 영향 범위를 지배하는 인자들의 상관관계를 유도하였다. 본 연구에서 확인한 수제 설치 시 하상변동 특성을 지배하는 주요인자들과 이들의 상관관계는 하상의 안정성 확보 및 수제 설계 가이드라인 수립을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1358-1362
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• 2007

자연하천에서 합류부 흐름 및 하상변동 특성이 매우 복잡하기 때문에 하천 복원 사업을 수행하면서 합류부에서 이에 대한 분석이 간과되고 있다. 특히 합류부 주변에 설치된 교량이 흐름에 미치는 영향에 대해 연구가 매우 부족한 실정이다. 본 연구에서는 실제 교각의 배치, 형상 및 제원이 고려된 격자망을 이용하여 합류부 주변에 위치한 교량에 의한 흐름 특성을 분석하였다. 연구 대상 구간은 대전광역시를 관통하여 흐르는 갑천과 지류인 유등천이 합류하는 지점으로서, 빈도별 홍수량(200년 빈도)에 대하여 흐름특성을 분석하였다. 유등천은 합류점 상류부에서 갑천 고속화도로를 위한 교량이 건설되기 전보다 설치 후에 유속 분포 변화가 크게 나타나며, 특히 우안 고수부지 지역에서 유속 감소가 뚜렷하게 나타났다. 또한 교각 설치 후 수심 분포는 배수영향으로 증가하지만 증가량은 0.2m 미만으로 크지 않았다. 합류 후 단면에서는 수심 분포가 교량 설치 전후 전체적으로 일치하는 형태를 나타내고 있지만, 유속은 좌안에서 우안으로 갈수록 교량 설치 전 유속이 설치 후 유속보다 크게 나타나는 현상이 나타나고 있다. 교량 설치 후 좌안에 단위 폭당 유량과 유속이 증가하고, 우안에서는 유속이 감소하며 홍수량이 증가할수록 그 특징은 뚜렷하게 나타나고 있다.