• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.6B
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• pp.573-581
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• 2006

This paper presents a turbulence modeling of the open-channel flows over smooth-rough bed strips. A Reynolds stress model is used for the turbulence closure. The simulated mean flow and turbulence structures are compared with the previously reported experimental data. Comparisons reveal that the developed Reynolds stress model successfully predicts the mean flow and turbulence structures of open-channel flows over smooth-rough bed strips. The computed flow vectors show cellular secondary currents, of which the upflow occurs over the smooth bed strip and the downflow over the rough bed strip. It is found that the cellular secondary currents affect the mean flow and turbulence structure. A budget analysis of the streamwise vorticity equation is also carried out to investigate the mechanism by which the secondary currents are generated.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.127-127
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• 2023

지표수와 하상 경계층에서 발생하는 흐름 교환은 하천, 호소, 연안, 해안 등 자연계에 존재하는 수환경시스템에서 일반적으로 나타나는 수리학적 특성으로서, 흐름 교환이 발생하는 경계층 아래 하상층 영역을 혼합대(hyporheic zone)라 부른다. 수질오염사고 등에 의해 외부의 오염물질이 하천 내 유입될 경우, 혼합대 흐름에 의해 하상층으로 침투되고 지표수 대비 유속이 느린 하상 내 공극 흐름에 의해 거동함에 따라 이들의 하천 내 체류시간이 증가하게 된다. 따라서, 본 연구에서는 지표수와 하상 흐름을 연계한 수치해석 방법을 적용하여 혼합대가 지표수 내 용질 체류시간에 미치는 영향을 분석하였다. 먼저 연직 2차원 Reynolds 평균 Navier-Stokes(RANS) 방정식과 Darcy 방정식을 연계하여 지표수와 하상 내 흐름을 해석하였다. 지표수 영역은 RANS 방정식을 이용하여 모의하였고, 지표수 흐름해석에서 얻어진 하상의 압력장을 경계조건으로 하여 Darcy 방정식과 함께 하상 내 흐름을 모의하였다. 여기서 하상의 형태는 자연계 하천에서 일반적으로 관찰되는 사련하상(Ripple bed)으로 모사하였다. 이후, 지표수-하상 연계모의를 통해 얻어진 흐름 결과를 바탕으로 지표수-하상 경계층에서 용질거동을 모의하였다. 흐름 모의결과를 과거 실험자료와 비교한 결과, 지표수 영역 내연직흐름 분포를 정확하게 재현하였고, 동시에 혼합대 흐름 구조에 큰 영향을 미치는 지표수-하상 경계층 압력 분포 역시 관측값과 유사하게 나타났다. 용질거동 해석을 통해 얻어진 용질의 체류시간을 분석한 결과, 혼합대 흐름이 고려된 경우(투수성 하상)와 고려되지 않은 경우(불투수성 하상)를 비교했을 때 전자에서 체류시간 분포의 감수곡선이 길어지고 첨두농도가 감소하는 것으로 나타났다. 아울러, 지표수 영역의 유입부 경계의 평균 유속이 증가함에 따라 최대 체류시간이 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 지표수-하상 경계층에서의 압력 경사가 커져 혼합대 내 유속이 증가함에 기인하는 것으로 분석되었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.5 no.3
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• pp.156-162
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• 2018

This research aimed at analyzing comparison results between in gravel and sand bed with respect to the detailed Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) measurement in a velocity, depth, and flow rate data based on Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) measurement result. Conclusionally, similar results were shown for gravel and sand bed in velocity, depth and flow rate data using ADV and ADCP measurement. The results of the flow rate show a relative error mean of 3.5 - 4.8% in the gravel bed and 0.02 - 3.2% in the sand bed, which is better performance than the mean error of 5% suggested by United States Geological Survey (USGS). The results can be used as a basis data for the measurement of ADCP and potentially able to be utilized for the more detailed uncertainty analysis of ADCP flow rate measurement.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.464-464
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• 2017

경사가 급한 산지하천은 대부분 전석이 산재한 자갈하상으로 되어 있다. 전석은 계곡이나 사면에서 발생한 토석류의 일부로 하천에 유입하여 하류로 이송되는 중에 하상에 퇴적된다. 이후 발생하는 홍수에 따라서 거대 전석은 단속적 이동하기 때문에 하천 흐름을 방해하는 돌출장애물로서 기능하는 경우가 많다. 본 연구에서는 개수로 흐름의 장애를 유발하는 돌출물이 경계층 높이에 어떤 영향을 미치는 지를 파악하기 위하여 장애물 돌출높이의 변화가 경계층고에 미치는 영향을 수리실험으로 조사하였다. 본 연구인 경계층분포 실험은 폭 0.6m, 길이 9m인 순환식 유량공급 개수로에서 진행하였으며 실제 경계층 측정 길이는 폭 0.6m, 최대 길이 1.2m, 수심 0.2m이다. 개수로에 돌출장애물을 부착 후 3차원 유속계를 이용하여 유속을 측정하였다. 유속계의 측정간격은 수로 방향, 폭 방향, 수심방향으로 각각 1cm씩 이동하며 유속 u, v, w를 측정하였으며 이때 흐름의 평균유속은 0.51m/s이다. 실험에 사용된 돌출 장애물의 크기는 가로와 세로는 6cm, 길이 6~10cm인 직육면체 콘크리트이다. 포설된 하상재료의 평균입경은 20.5mm의 강자갈이며 포설된 높이는 평균 20.5mm이다. 실험방법은 개수로 바닥에 돌출장애물을 부착 후 그 하류에서 수심, 유량, 유속, 수온을 측정한다. 또한 하상재료를 포설하고 위와 같은 방법으로 실험을 진행 후 결과를 비교, 분석한다. 본 연구는 결과를 정리하면, 동일한 높이의 돌출장애물이 있을 경우 개수로 유속분포는 자갈하상에서 기울기가 더 급하였다. 돌출 장애물에서 하류로 갈수록 무차원 경계층 두께는 감소하는 경향을 보였으나 자갈하상인 경우에는 진동을 나타내고 있어서 하상의 조도가 경계층 안정에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 자갈하상과 같이 하상의 조도고가 클 때 경계층 변화에 미치는 기구를 파악하는 연구가 필요하다.

• Journal of Korean Society of Forest Science
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• v.81 no.3
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• pp.263-272
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• 1992

In a torrential river, the flow of debris forms deposits in the river bed, which show the characteristics of the channel bed movement in the watershed. The annual rings of the trees, in the natural evenaged forests on the deposits, indicate when each deposit occurred. Based on the topographical and vegetational indicators on the sediment of Yongcheon and Yeounae rivers, the movement occurrence years were estimated. 1. The cross sectional shapes of deposits in torrential river are in tiers and even-aged forests tend to establish on each tier. 2. Generally the older the forest age is, the higher the height of step from the lowest base tend to become, which indicates discrete movement in magnitude and frequency. 3. The ages of trees indicate the year when deposition occurred, and so may be useful as plant indicator to get spatial-temporal information of deposits. 4. The deposits volumes(F. V.) were dependent on the age distribution of deposits in length, average width and average height. And the average width and the average height of deposits were increasing with the age.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1042-1046
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• 2006

지석천 중하류는 영산강의 제1지류로서 전라남도의 화순을 가로지르는 국가하천 구간이다. 이 구간(대초천 합류점${\sim}$화순천합류점)의 하천경사는 약 1/640 이며, 하천주변에는 충적평야가 발달해 있다. 이와 같은 하도의 하상재료는 자갈/모래의 혼합사가 분포하는 것이 일반적인 특성이지만, 2005년 현재 선격자법에 의한 조사결과 평균입경$(d_{50})$은 8cm 전후의 작은호박돌/매우굵은자갈로 구성되어 있는 특이성을 보이고 있다. 문헌에 따르면 1978년 하상재료의 평균입경은 $1.59{\sim}2.23cm$로서 20여년동안 하상재료는 매우 조립화되고, 하상은 장갑화되었음을 확인할 수 있었다. 이러한 현상은 지석천 유역의 농업화와 도시화에 따른 하도정비 및 유황의 변화에 기인한 것으로 여겨진다. 본 연구에서는 항공사진 분석 및 현장조사를 통하여 하천지형학적 변화와 사주의 식생피복상태의 변화에 대한 분석을 수행하여 하도특성변화를 정량적으로 분석하고자 하였다. 결과적으로 지석천에서 하천의 역동성이 크게 감소함으로써 다지형(망상) 하도로 하도선형이 변화하고, 식생사주의 면적이 확대되었으며, 하상저하가 발생함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.801-805
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• 2009

하천의 골재는 도로, 항만, 주택건설 등 다양한 건설재료로 이용되어 왔으며 급속한 산업화와 더불어 국가건설사업, 지방자치단체의 수익사업으로 인해 골재 수요가 급격히 증가해 왔다. 그러나 체계적인 조사 및 연구가 없이 무분별하게 행해진 하천준설은 하상저하, 하천의 불안정, 하상의 장갑화 등 물리적 영향뿐만 아니라 주변 하천의 식생, 저서생물의 서식처 등 수서생태계의 파괴, 하천정화능력 저하, 교각의 노출 등 생물적 경제적인 측면에서 악영향을 미치고 있다. 본 연구에서는 하천준설사업이 꾸준히 진행 중에 있는 낙동강 유역의 감천을 연구대상지역으로 선정하여, 2차원 수치모형인 RMA-2를 이용하여 준설에 따른 동수역학적 흐름특성의 변화를 모의하고, SED2D를 이용하여 단기하상변동을 예측하였다. 지형자료는 수치지도 및 실측자료를 토대로 하여 구축하였으며, 준설 전 후의 하상변동을 모의해 비교 분석한 결과, 하도중심에서의 흐름특성은 준설전에 비해 수위가 평균 0.85 m 저하되었고, 하상은 평균 0.56 m 저하되었다. 대상유역의 수위와 유속은 준설전에 비해 준설후에 안정적인 특성을 나타냈다. 또한, 준설전 후 전반적으로 하상상승이 발생하였으며 이는 상류에서의 유사유입량이 많아 퇴적이 많이 일어난 것으로 판단되며, 준설후는 준설전에 비해 하류에서의 퇴적량이 적게 나타났으며 이는 준설구간에서의 퇴적으로 인해 하류 유사이송이 적게 일어난 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 하천준설에 따른 하천환경 및 물리적 영향을 최소화하고, 교란하천의 복원 및 관리 등에도 활용될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.291-291
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• 2017

본 연구에서는 합천댐 방류량에 영향을 받는 황강을 대상으로 하천의 수리기하학적 분석을 통해 장기하상변동 모의를 위한 모의유량을 생성하였다. 낙동강 합류부로부터 상류로 3.5 km 구간을 대상으로 실측된 20개 횡단면에 대한 만제지표를 분석하였으며, 각 횡단면의 만제지표를 이용하여 대상구간의 평균 만제유량을 산정하였다. 대상구간의 평균 만제유량은 $177.37m^3/s$로 나타났다. 산정된 만제유량을 이용하여 황강의 연간 총 유출량을 추정하였으며, 추정된 연간 총 유출량은 $8,513.76m^3/s$로 나타났다. 추정된 황강의 연간 총 유출량은 합천댐의 월별 방류량 비를 통해 월별 유출량으로 배분/생성하였다. 생성된 황강의 월별 유출량 비율과 인근의 실측 하천인 낙동강의 월별 유출량 비율을 비교한 결과 국내하천의 일반적인 특성인 몬순강우 사상에 따른 하천의 월별 유출량과 갈수기와 홍수기 전반에 걸쳐 차이가 있음을 확인하였다. 아울러 댐하류 하천의 장기하상변동 모의를 위한 모의유량의 사용성 확인을 위해 2013-2014년에 실측된 1년간의 하상변동 양상과 비교 분석하였다. Case 1 (추정된 연간 총 유출량을 합천댐 방류량 비를 통해 생성한 모의유량)과 case 2 (인근 하천인 낙동강의 유출량 비를 통해 배분된 모의유량)을 이용하여 장기하상변동 모의를 수행한 결과 case 1에서 실측 하상과 유사한 결과가 나타남을 확인하였다. 따라서 댐하류 하천의 장기하상변동 모의는 일반적인 국내의 강우사상에 따른 하상변동 분석과 차이가 있음을 확인하였으며, 상류에 위치한 댐 방류량을 고려한 하상변동 분석이 필요함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.240-240
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• 2022

하천을 안전하고 효율적으로 관리하기 위해서는 하상재료, 하천형태, 하천유황 등 자연적 또는 인위적 변화에 의한 하상변동의 해석과 예측이 수행되어야 한다. 하상변동은 하천의 일정구간을 기준으로 상류단면으로부터 유입되는 유입 유사량과 하류단면을 통해 유출되는 유사량의 차이에 의해 구간 내에서 발생하는 하상의 상승 또는 저하가 발생하는 현상을 말한다. 이러한 하상변동은 하천의 이수와 치수, 환경변화에 복합적으로 영향을 미치게 된다. 이에 본 연구에서는 댐 직하류를 대상으로 K-River 모형과 HEC-RAS 모형을 이용하여 하상변동을 계산하고, 각 모형으로부터 얻어진 모의 결과를 비교 분석하였다. K-River 모형의 하상변동 모의를 위한 경계조건을 구성하기 위해 하상토의 입도분포를 입력하고, 유역의 월별 평균 강수량과 댐 유입량을 이용하여 비유량법을 이용하였으며, 산출된 유입량을 바탕으로 댐방류량을 결정하였다. 유사량 공식의 선정은 하천 및 하상토의 특성에 맞추어 적절히 활용하여야 하나, 본 연구에서는 테스트를 목적으로 Engelund-Hansen 공식, Yang 공식, Laursen 공식 등 5가지의 유사량 공식을 선정하였다. HEC-RAS 모형의 경우 최근 유사 부정류모의 기능이 개발되었으나, 테스트 결과 안정적으로 모의가 수행되지 않아 준정류 조건을 적용하여 수행하였다. HEC-RAS와 K-River의 모의 결과를 비교한 바에 따르면 정량적인 차이가 나타나지만, 하상고의 상승 및 하강 경향은 대체로 일치하는 것으로 확인되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.70-70
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• 2015

하천에서의 수문/수리적 특성은 주수로의 다양한 지형학적 형태로 나타난다. 특히 흐름과 수반된 유사량의 변화는 하천의 지형학적, 수리기하적 특성을 지배하며, 하도의 물리적 시스템을 변화시켜 동적 평형에 이르게 된다. 하천에서 하도 형성에 지배적인 역할을 하는 수리특성은 하도형성유량으로 지배유량이며, 보통 만제유량을 사용한다. Dunne and Leopold(1978)는 만제유량을 유사의 이송, 하천의 사행, 유선형의 변화 등 하천의 일반적인 형태를 변화시키며, 주수로의 특성을 형성하는 유량으로 정의하였다. 이와 같이 수리 지형학적 특성을 반영하는 만제유량은 하천의 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 한강 수계 20개 하천, 27개 수위 관측소의 최소 10년 이상의 실측 자료를 기반으로 다년간의 연평균 실측유량을 산정하였으며, McCandless(2003)가 제시한 지형학적 만제지표를 이용하여 추정한 만제유량과의 상관성을 분석하였다. 추정된 만제유량은 HEC-RAS model을 이용하여 만제하폭, 만제수심, 만제 시 평균유속을 산정하였다. 27개 지점의 실측유량과 만제유량의 상관성 분석결과 만제유량은 연평균 일유량의 7.7배로 나타났다. 따라서 만제유량을 7일 평균유량(1 week mean discharge)으로 정의하였으며, 수정된 7일 유량과 만제유량의 RMSE는 13.90 m/s, MAPE는 9.94 %로 상관성이 매우 높게 나타났다. 또한 만제유량과 만제하폭, 만제수심, 평균유량, 구간경사와 상관성 분석결과 개별적으로의 상관성은 나타나지 않았으나, 만제하폭, 수심, 평균유량과 만제유량에 대한 회귀 분석을 실시한 결과 $R^2$는 0.911로 매우 높게 나타났으며, 구간경사를 추가하여 분석한 결과 $R^2$가 0.914로 증가하였다. 따라서 만제유량은 수리 기하학적 특성이 모두 반영된 하천 특성을 나타내는 복합적인 지표임을 확인하였다. 아울러 만제유량을 통해 추정된 연평균 유량($48{\cdot}Q_{bf}$)을 우리나라의 월간 유출량 분포 비율을 이용하여 일유량으로 배분/생성하였으며, 생성된 일유량을 통해 CCHE2D model을 이용하여 하상변동 모의를 수행하였다. 대상 구간은 병성천 최하류로부터 상류로 7 km 구간이며, 2013년 1월과 12월 측량 자료를 통한 1년간의 실제 하상 변동 자료와 2013년 실측 유량자료에 따른 하상변동 모의 결과 및 만제유량에 의해 배분/생성된 일유량에 따른 하상변동 모의 결과를 비교하였다. 비교 분석 결과 7일 평균 유량으로 정의된 만제유량을 통해 배분/생성된 유량의 수치모의 결과는 실제 측량자료 및 실측유량자료에 따른 하상변동 결과와 매우 일치하는 것을 확인하였다.