• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.2
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• pp.147-157
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• 2022

The backward-facing step (BFS) is a benchmark geometry for analyzing flow separation occurred at the edge and resulting development of shear layer and recirculation zone that are occupied by turbulent flow. It is important to accurately reproduce and analyze the mean flow and turbulence statistics of such flows to design physically stable and performance assurance structure. We carried out 3D RANS computations with widely used, two representative turbulence models, k-ω SST and RNG k-ε, to reproduce BFS flow at the Reynolds number of 23,000 and the Froude number of 0.22. The performance of RANS computations is evaluated by comparing numerical results with an experimental measurement. Both RANS computations with two turbulence models appear to reasonably well reproduce mean flow in the shear layer and recirculation zone, while RNG k-ε computation results in about 5% larger velocity between the outer edge of boundary layer and the free surface above the recirculation zone than k-ω SST computation and experiment. Both turbulence models underestimate the shear stress distribution experimentally observed just downstream of the sharp edge of BFS, while shear stresses computed in the boundary layer downstream of reattachment point are agree reasonably well with experimental measurement. RNG k-ε modeling reproduces better shear stress distribution along the bottom boundary layer, but overestimates shear shear stress in the approaching boundary layer and above the bottom boundary layer downstream of the BFS.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.41 no.8
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• pp.773-784
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• 2008

The present study was carried out to examine flow properties in linear drainage channels such as road surface drainage facilities. The finite difference formulation for the varied flow analysis was solved for flow profiles in the channels. Starting the first step at the control section, the Newton-Raphson method was applied for producing numerical solutions of the equation. We considered two types of linear drainage channels, a channel with one outlet at downstream end and a channel with two outlets at both ends. Moreover, the flow analysis for various channel slopes was performed. However, we considered channels with the two outlets of slopes satisfying the condition that the both ends are the control section. The maximum of those slopes was decided from the relation between the channel slope and the location of control section. The flow of a channel with one outlet was calculated upward and downward from the control section existing in channel or upward from the control section at downstream end. The flow of a channel with two outlets at both ends were calculated for upstream and downstream channel segments divided by the water dividend, respectively and the flow analysis was completed when the water depth at the water dividend calculated from upstream end was equal to that calculated from downstream end. If the slope was larger than the critical slope, the channel with two outlets was likely to behave like the channel with one outlet. The maximum water depth was investigated and compared with that calculated additionally from the uniform flow analysis. The uniform flow analysis was likely to lead a excessive design of a drainage channel with mild slope.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.618-622
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• 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
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• 2007.05a
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• pp.756-760
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• 2007

삽교천 홍수예보시스템은 1999년에 개발되어 현재까지 운영되고 있으나, 개발 이후 유역특성의 변화를 반영한 모형 개선이 이루어지지 않았고, 삽교천 하구둑의 영향을 고려한 모형은 개발되어 있지 않은 실정이다. 이 지역 중에서 특히 천안/아산지역은 급격한 인구증가와 산업화 및 도시화에 의해 면적당 자산의 고도화가 증가하며, 이에 따라 홍수시 피해잠재능은 점점 증가하고 있는 상황이다. 또한, 하구둑의 영향을 고려한 모형을 개발하여 정확한 홍수예보를 위한 전산시스템의 개선자료를 제공할 필요가 있다. 따라서 삽교천 하구둑에 의한 배수영향을 고려하기 위해 FLDWAV모형을 이용하고, 삽교천 하구둑 수문조작에 따른 내수위(하류경계 조건)를 예측하는 모형을 개발하여 하구둑 운영을 고려한 연계모형을 개발하였다. 향후 설치될 우강지점에 대한 수위자료가 구축되면 예측의 정확도를 검증할 수 있으며, 홍수예보시 정확성을 높일 수 있을 것이다.

• The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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• v.13 no.3
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• pp.141-147
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• 1984

2차원 채널 입구에서의 꿰떼 난류 유동하는 찬 물 위를, 같은 방향으로 빠르게 난류 유동하는 수증기의 응축은 액체필름 초기상태의 과냉 정도에 의하여서 응축능력이 정하여진다. 수증기와 액체의 채널 입구에서의 균일한 속도 및 온도, 그리고 채널 입구에서 액체와 증기가 차지하는 체적비, 즉 액체필름과 채널 높이를 알고 있을 때, 하류로 유동하면서 응축이 일어나는 현상을 예측하는 모델을 제안하고, 실험치와 비교한 것이다. 채널 입구에서 윗쪽으로는 더운 기체, 아래쪽으로는 찬 액체가 평행한 방향으로 유동하면서 접촉하고 평균적인 액체필름의 두께와 단열된 채널 벽체를 가정하여서, 기본방정식으로 연속방정식, 운동방정식을 세우고. 에너지와 운동량 전달 메카니즘 사이에 유사성이 존재한다고 가정하였으며, 전단응력의 크기는 필자의 모델을 적용하였다. 기본방정식을 기체 속도, 액체 속도, 필름의 두께, 압력에 대해서 수치해를 구하여서 동일조건 하에서 실험한 데이터와 비교하였다. 수증기와 액체 경계면에서의 전단응력은 매우 좋은 일치를 보여주고 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.34 no.5
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• pp.543-549
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• 2001

This research estimated stream discharges indirectly by hydraulic channel routing. Only stage data from three stage stations and river cross section data were used to estimate Manning roughness coefficients and to compute stream discharges. When the discharges were estimated a stage-stage set of conditions was used for upstream-downstream boundary conditions. The research used the data from the upper Mississippi River. The hydraulic channel routings were performed by DWOPER (operational dynamic wave model). The global optimization program of SCE-UA was used to improve the roughness coefficient estimation module of the modified Newton-Raphson method in DWOPER. The results from SCE-US were better. For the case study of a flood, most estimated discharges except a few show errors within 10%.

• 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.

• Water for future
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• v.24 no.4
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• pp.49-58
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• 1991

Flood routing in the Youngsan River was performed for the flood event of July, 1989 by two finite difference methods. The Saint Venant eq., a kind of hyperbolic partial differential equation is employed as governing equation and the explicit scheme (Leap Frog) and implicit scheme (Preissmann) are used to discretize the GE. As for the external boundary conditions, discharge and tidal elevation are upstream and downstream BC, respectively and estuary dam is included in internal BC. Lateral inflows and upstream discharges are the hourly results from storage function method, At Naju station, a Relatively upstream points in this river, the outputs are interpreted as good ones by comparing two numerical results of FDMs with the observed data and the calibrated results by storage function method. and two computational results are compared at the other sites, from middle stream and downstream points, and thus are considered reliable. Therefore, we can conclude from this research that these numerical models are adaptable in simulating and forecasting the flood in natural channels in Korea as well as existing hydrologic models. And the study about optimal gate control at the flood time is expected as further study using these models.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.393-393
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• 2020

최근 기후변화 등의 영향으로 2019년 우리나라에 영향을 준 가을 태풍은 링링, 타파, 미탁 등 3개로 근대 기상관측이 시작된 이래 가장 많은 가을 태풍이 한반도에 상륙했다. 특히, 경주시는 태풍 미탁으로 인해 97억원의 재산피해와 수해복구에 225억원이 소요될 것으로 예상되어 특별재난지역으로 선포되었다. 이러한 홍수로 인한 피해를 줄이기 위해 환경부에서는 한강, 낙동강, 금강, 영산강 홍수통제소를 설립하여 강우 및 수위관측소를 이용한 홍수에 대한 지속적인 모니터링과 홍수특보 발령 등을 수행하고 있다. 본 연구에서는 하천 홍수에 의한 침수피해를 방지하고자 수리학적 홍수예측 모형을 구축하고 이를 홍수예보에 활용할 수 있도록 하였다. 대상지역인 경주시 형산강 유역에는 현재 14개의 강우관측소와 9개의 수위관측소가 운영되고 있으며, 홍수특보 대상 지점으로 경주시(강동대교)와 포항시(형산교) 2개 지점이 있다. 형산강 유역은 현재 수문학적 홍수예측 모형을 운영하고 있으나 수위관측소 기준으로만 예측이 가능하여 정확한 예보를 위해서는 수리학적 홍수예측 모형을 구축이 필요하다. 수리학적 홍수예측 모형의 구축을 위해서는 현 상황의 하천단면, 횡단구조물 및 변화된 유역환경을 반영할 수 있는 모형의 구축이 필요하기 때문에 2013년에 수립된 형산강 하천기본계획을 참고하였으며, 모형은 홍수통제소에서 운영중인 1차원 수리해석 모형인 FLDWAV를 이용하였다. 또한, 2019년 태풍 미탁 사상을 대상으로 검보정을 실시하기 위해 상류단 경계조건으로는 경주시(서천교) 수위관측소의 유량, 하류단 경계조건으로는 포항항 조위관측소의 조위를 이용하였고 7개의 유역 유출량을 측방유입으로 구성하였다. 본 연구에서 구축된 수리학적 홍수예측 모형을 통해 기존 형산강 유역에 대한 홍수 예보 업무를 보완하여 효과적인 방재대책 마련이 가능할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.102-102
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• 2017

갈수시 하천의 수질문제는 다양한 요인에 의해 발생하고 제어된다. 수질 그 자체는 상류나 지류의 점오염원과 비점오염원의 증가 또는 예상치 못한 추가적인 오염원의 유출에 직접 영향을 받으며, 조류 등의 발생도 영향인자인 수온 및 일사량 또는 바람에 의존적이다. 최근 수년간은 특히 빈번한 가뭄조건의 발생으로 인하여 갈수기의 강우 및 유출량이 저조하여 상대적으로 하천의 조류발생이 다수 발견되고 보고된 바 있다. 이와 같은 수질의 이상상태를 일시적으로라도 제어하기 위한 방편으로 유량의 증가, 인위적인 하천 수위의 변동 및 유속 변동 등이 고려될 수 있으며, 이를 위해서는 상류의 댐과 하천의 다기능보 등의 조절을 탄력적으로 수행하여야 한다. 이와 같은 시설물 운영효과는 수질문제의 원인을 근본적으로 해결하는 것은 아니지만, 이의 일시적인 효과를 극대화하기 위해서는 기존의 수리 수질 모델링이 이상 수질 발생시의 방제 및 사후분석 등을 중심으로 이루어진 부분을 넘어서, 사전 설정된 조건에 의한 예측모의와 가이드라인의 연계방식이 효과적일 것이다. 본 연구는 수질 이상이 빈번히 발생되었던 낙동강의 칠곡 하류 하천을 중심으로 2차원 CE-QUAL-W2 모형과 EFDC모형을 병행 모의하여 다기능보 인근의 표층과 저층의 수온(밀도) 성층화 및 이의 해소와 관련된 수리모의 및 수질인자에 대한 영향을 분석하였다. 수리모형 구축의 적정성은 현장의 실측 수온과 모의결과 비교를 통해 확인하였으며, 구축된 수리 수질 모델을 이용하여 추가방류량 3~23백만$m^3$ 규모에서 발생하는 수리적인 수층혼합 현상과 일시적으로 저감가능한 수질개선 효과가 의미있는 수준으로 나타날 수 있음을 예측하였다. 또한, 다기능보의 수문방류 모의시에 개방조건을 0.3~3.5m로 달리하여 방류기간 중 총방류량이 유사하더라도 최대방류량 또는 유속이 충분치 않은 경우에는 혼합효과가 급격히 감소함을 알 수 있었다. 연구에서 밝혀진 조건들을 향후 보다 효과적으로 수치모의하기 위한 방안으로서 EFDC모형의 내부경계조건을 다기능보의 문비조건(RSG, Lift 등)에 맞게 조정하는 방법을 제안하고 그 적용성을 검토한 뒤 모형을 부분 수정하여 제시하였다.