• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.11
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• pp.1011-1019
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• 2021

This study presents numerical simulations of submerged jump and washed-out jump resulted from the flow over the embankment type weir. Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) equations are solved with the k-𝜔 SST turbulence model. Validations are carried out using the experimental results in the literature, revealing that computed roller shape, free surface, and mean velocity are in good agreement with measured data. The volume fractions of water of the submerged jump and washed-out jump are compared, and the characteristics of the two flows from the double-averaged volume fractions of water are presented. The condition under which the transition occurs from the submerged jump to washed-out jump is presented by the relation between the relative embankment length and submergence factor via numerical simulations by changing the weir length, discharge, and tailwater depth.

• Proceedings of the Korea Contents Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.461-462
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• 2011

하천에 침입한 식생이 흐름에 미치는 영향은 현장조사와 수리모형실험을 통해 다양한 연구가 진행되고 있지만 하천의 흐름이 식생에 미치는 영향이나 상호작용에 대해서는 아직 초보적인 수준에 머물러 있다. 국내의 하천에서 버드나무는 일열로 흐름방향에 평행하게 이입되어 활착되는 현상이 두드러지게 나타나고 있고 있으며, 이 연구는 실험실 개수로에 모형 나무를 일렬로 배열하여 식생이 완전히 잠긴 경우와 부분적으로 잠긴 경우에 대하여 수리모형실험을 수행하였다. 수리모형 실험결과 나무의 개수에 따라 수위의 변화가 나타남을 확인할 수 있으며, 빈 공간의 존재를 나타내는 나무의 간격에 따라서도 영향을 받음을 알 수 있었다. 이 연구는 수리모형실험을 통하여 식생의 개수, 잠긴 정도, 흐름 상태에 따른 유속과 수위 분포의 변화를 분석하고자 연구를 수행하였으며 이 결과는 식생저항모형 개발과 이차원 흐름모형의 검보정에 활용할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.95-95
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• 2019

보를 월류하는 흐름은 유량에 따라 상이한 흐름특성을 보인다. 즉, 유량이 증가함에 따라 사류 (supercritical flow), 완전도수 (complete hydraulic jump), 수중도수 (submerged hydraulic jump), 그리고 잠긴흐름 (plunge pool)으로 천이한다. 각 흐름영역에 따른 하상전단응력의 변화는 보의 물받이와 하상보호공을 설계하는데 중요하다. 본 연구에서는 계산유체동역학을 이용하여 보를 월류하는 흐름을 수치모의하여 각 흐름의 수리적 특성을 분석하였다. 이를 위하여 Flow3D를 이용하여 RANS 방정식을 수치해석 하였으며, 난류모형으로 RNG $k-{\epsilon}$ 모형을 이용하였다. 수치모의를 통하여 각각의 흐름에 대하여 평균유속, 하상전단응력, 그리고 흐름저항계수의 종방향 분포를 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.466-466
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• 2016

최근 들어 보의 환경적인 측면을 고려한 저낙차형 구조물 설치가 요구되면서 고정보의 형태도 다양하게 제안되고 있다. 그러나 실무에 적용하기 위한 고정보의 설계 가이드라인은 매우 한정적이며 대부분 보 하류부에 대한 세굴이나 세굴 방지에 대한 연구가 주를 이루고 있다. 따라서 본 연구는 국내 중소하천에 설치된 고정보의 물리적 제원 변경에 의한 수리적 특성을 분석함으로써 환경적인 측면을 고려한 저낙차형 고정보 설계 시 반영할 수 있는 기초자료를 제공하는데 목적이 있다. 이를 위해 경사형 및 계단형 보에 대해 crest 변화에 따른 기본적인 유량계수를 도출하였으며 수위-유량 관계 곡선을 개발하였다. 또한 유량과 crest 등과 같은 수리학적 조건을 변화시켜 자유 흐름 조건 및 잠긴 흐름 조건의 흐름특성을 분석하였다. 실험은 crest 길이에 따라 총 4개의 case로 나누어 수행하였다. 각 case 별 총 8개 유량조건에 대해 각각 자유흐름과 잠긴 흐름에서의 수위를 측정하였으며 정확한 흐름 및 수위 계측을 위해 디지털 카메라와 캠코더를 활용하였다. 분석결과 같은 유량조건에서는 crest가 증가할수록 수위 값도 증가하였으며 유량별 수위의 범위는 경사형 보가 계단형 보 보다 넓은 것으로 나타났다. 향후 본 연구 결과는 현장에서 고정보에 대한 crest 설계 시 충분히 고려될 수 있는 자료가 될 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.12
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• pp.961-969
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• 2016

Due to the recent requirement of installing low-head structures considering environmental aspects, various types of fixed weir have been suggested. However, the design guideline of transverse structures for practical application is very limited. The purpose of the present study is to analyze the hydraulic properties of the fixed weirs installed at the small and middle sized rivers of Korea depending on the physical specifications to provide fundamental data that may be reflected to the design of a low-head fixed weir considering the relevant environmental aspects. The basic discharge coefficient of slope-type and step-type weirs depending on change of crest was estimated, and a stage-discharge curve was developed. In addition, the flow properties under free flow and submerged flow conditions were analyzed by varying the hydraulic conditions such as discharge and crest.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.10
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• pp.743-752
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• 2019

The flow in the meandering channel is characterized by the spiral motion of secondary currents that typically cause the erosion along the outer bank. Hydraulic structures, such as spur dike and groyne, are commonly installed on the channel bottom near the outer bank to mitigate the strength of secondary currents. This study is to investigate the effects of submerged vanes installed in a $90^{\circ}$ meandering channel on the development of secondary currents through three-dimensional numerical modeling using the hybrid RANS/LES method for turbulence and the volume of fluid method, based on OpenFOAM open source toolbox, for capturing the free surface at the Froude number of 0.43. We employ the second-order-accurate finite volume methods in the space and time for the numerical modeling and compare numerical results with experimental measurements for evaluating the numerical predictions. Numerical results show that the present simulations well reproduce the experimental measurements, in terms of the time-averaged streamwise velocity and secondary velocity vector fields in the bend with submerged vanes. The computed flow fields reveal that the streamwise velocity near the bed along the outer bank at the end section of bend dramatically decrease by one third of mean velocity after the installation of vanes, which support that submerged vanes mitigate the strength of primary secondary flow and are helpful for the channel stability along the outer bank. The flow between the top of vanes and the free surface accelerates and the maximum velocity of free surface flow near the flow impingement along the outer bank increases about 20% due to the installation of submerged vanes. Numerical solutions show the formations of the horseshoe vortices at the front of vanes and the lee wakes behind the vanes, which are responsible for strong local scour around vanes. Additional study on the shapes and arrangement of vanes is required for mitigate the local scour.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.49 no.1
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• pp.29-39
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• 2016

Accurate quantitative assessment of flood control effect of side-weir detention basin as a flood countermeasure was highly required, in which one-dimensional HEC-RAS model has been widely utilized in practice. When the submerged overflow occurred particularly driven by limited storage capacity of a given detention basin, HEC-RAS model could not be sufficiently applicable by guaranteeing acceptable accuracy without reliable benchmark dataset. From this perspective, a dedicated unsteady experiment was planned and carried out to physically realize such submerged overflow for accommodating better accuracy. Subsequently, the experimental results were applied to validate and calibrate HEC-RAS unsteady modeling to provide flood control effect of the detention basin for various inflow scenarios. After following this procedure, the modelled results indicated that there appeared within -5% of difference in stage height and maximum 2.4% accuracy to assess the flood control effect, thereby ensuring the calibrated HEC-RAS unsteady model to be accurate with practically acceptable error range.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.11
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• pp.957-967
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• 2015

It was reviewed for the 2D numerical simulations to evaluate the effects of flood control by detention basin, even if stage-discharge relationships for the side weir were not known. A 2D depth-integrated numerical model was constructed by the application of the finite volume method to the shallow water equations as a numerical method and the introduction of an approximate Riemann solver for the accurate calculation of fluxes. Results by the model were compared with those by the laboratory test for the cases of free overflow and submerged flow over a side weir between the channel and storage. The difference between simulated and measured discharge coefficients for the case of free overflow is very small. In addition, the results by simulations were in good agreement with those by experiments for the submerged flow over a side weir and its mechanism was reproduced well. Through this study the discharge coefficients of side weirs can be accurately determined by the 2D numerical model and a considerable degree of accuracy can be achieved to evaluate the effect of flood defenses by detention basins. Thus, it will be expected to apply this model practically to the plan of detention basins, the evaluation of design alternatives, or the management of the existing ones.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.581-581
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• 2012

경사면의 잠김과 드러남(wetting and drying)에 대한 천수방정식의 수치 실험으로서 그 전선 근처에서 수심이 매우 작은 경우, 수심이 작을 때 2차 정확도를 위한 MUSCL의 적용 여부, 그리고 마찰 적용의 한계 수심 등에 대해 수심경사법(DGM)과 수면경사법(SGM)을 비교 검토하였다. 먼저, 포물선형 융기에서 정상상태의 기준해와 비교하고 하류에서 배수(drain)가 되는 경우를 상정하였다. 그리고 삼각형 바닥 턱을 지나는 댐 붕괴 흐름에 대한 실험의 결과와 비교하였다. 마지막으로 유사난수 발생에 의한 불규칙 바닥 구간을 지나는 가상 댐 붕괴 흐름에 대해 모의하였다. 정상 상태의 잠긴 바닥(wet bed)에 대해 정수 상태에서 SGM의 선평형성(well-balancedness)이 만족되었으나, 흐름이 상류와 사류일 때 각각 DGM과 SGM에서 유량 변동이 있음을 확인하였다. 드러난 바닥(dry bed)으로 흐름이 진행될 때 수심이 음의 값이 되지 않도록 잠김 드러남 전선근처에서 수심이 매우 작아지는 경우($<1{\times}10^{-6}m{\sim}1{\times}10^{-5}m$) 수심을 0으로 강제하고, n이 0.011과 0.04인 경우 수심이 각각 $1{\times}10^{-4}m$와 $1{\times}10^{-2}m$보다 작은 경우 마찰의 적용을 배제하는 것이 불가피하였다. SGM에 의한 MUSCL에서 수심이 $5{\times}10^{-5}m{\sim}5{\times}10^{-2}m$보다 작을 때 1차 정확도로 회귀가 불가피하였으나, DGM에서는 그와 같은 정확도의 훼손이 나타나지 않았다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.2
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• pp.109-120
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• 2018

In this study, we conducted flume experiments to investigate the three-dimensional flow structures around a half-submerged spur dike in a straight open channel flume. The experiments were carried out under the two different Froude numbers, 0.10 and 0.18. The results were compared with the previous experimental result conducted for non-submerged spur dike. Three-dimensional instantaneous velocities were measured using Acoustic Doppler Velocimetry (ADV) and water elevation data were collected using ultra sonic distance sensor. The results show that submergence conditions of the spur dike largely influence the three-dimensional flow structures around a spur dike.