• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.2
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• pp.145-156
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• 2011

Two dimensional numerical model of high-order accuracy is developed to analyze complex flow including transition flow, discontinuous flow, and wave propagation to dry bed emerging at natural river flow. The bed slope term of two dimensional shallow water equation consisting of integral conservation law is treated efficiently by applying quasi-steady wave propagation scheme. In order to apply Finite Volume Method using Fractional Step Method, MUSCL scheme is applied based on HLL Riemann solver, which is second-order accurate in time and space. The TVD method is applied to prevent numerical oscillations in the second-order accurate scheme. The developed model is verified by comparing observed data of two dimenstional levee breach experiment and dam breach experiment containing structure at lower section of channel. Also effect of the source term is verified by applying to dam breach experiment considering the adverse slope channel.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.1
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• pp.25-34
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• 2013

In this study, the development processes of multiple bars in the channels with erodible banks were investigated by double Fourier analysis. The initially straight channels in the experiment flume were widened with eroding the side banks, and the multiple bars were generated and grew due to stalling of the sediment on the bed. The bars migrated downstream and the size of the bars increased with time. The flow was separated around the bars, and the bed and banks near the bars were scoured due to the impinged secondary flow. The morphologic changes were accelerated by the bank erosion, which affected the fluctuations of sediment discharge downstream. The double Fourier analysis of the bed waves showed that 1-1 mode (alternate bar) was dominant at the initial stage of the channel development. As time increased, 2-3 mode (central or multiple bars) was dominant due to the increased width to depth ratio. Moreover, the number of bars in a cross section of the channel were increased due to the non linearity of alternate bars. The width to depth ratio was increased by the bank erosion, which affected the bar migration and the bar wavelength. However, the dimensionless tractive force was decreased by it.

• The Korean Journal of Quaternary Research
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• v.16 no.1
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• pp.17-27
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• 2002

Analysis of No. 199∼145 cross-sections set up by the Ministry of Construction (1978) in the middle reaches of the Sumjin River around Sunchang, Daegang, and Goksung areas have been done for delineating the changes In fluvial geomorphic features. The entire river-bed in the study area has been considerably degraded since 1978. In some cross-sections, the thalweg shillings are observed. Two aspects are responsible for the erosion-dominant environment. First, flow velocity has been increased. Human activities including wetland destruction, ex-channel destruction and artificial levee construction reduced the channel width, and fixed the channel geometry. This has resulted in increase of the water velocity. Pebble and granule∼coarse sand are prevailing on the river-bed, indicate the high speed of the currents. Second, aggregate has been intensively mined during 1980s∼1990s around the areas. Especially, in the right side of the cross-sections No. 188∼187 and the left side of the cross-section No. 155, erosion toward under the artificial levee is remarkable. This can be led to bank failure in case of heavy rainfall.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.587-587
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• 2012

현재 대부분 하천관리의 흐름해석에서 주가 되었던 1차원 분석은 하천 단면에 따른 횡적인 수면차, 유속분포를 분석할 수 없다는 단점을 가지고 있으며, 특히 유량 및 유속이 급속도로 늘어나는 홍수시에는 그 오차가 더욱 커질 수 있다. 반면에 2차원 모형의 흐름해석은 사행하천의 흐름 특성과 만곡부에서의 종 횡방향 수면경사 및 양안의 수면차와 합류지점의 횡방향 흐름 등의 영향을 고려할 수 있으며 1차원 해석과는 달리 전 단면에 걸쳐 유속 및 수위 분포를 나타낼 수 있어 실제흐름에 가까운 수리량을 얻을 수 있다. 본 연구를 위해 적용된 해석모형인 SMS는 미국 Brigham Young 대학의 환경모형연구실과 미공병단(USACE)의 수로실험국(WES) 등에서 개발한 프로그램으로서 RMA2, RMA4, SED2D 모형 등으로 구성되어 있다. 각각의 모형은 수리 동역학적 해석, 오염물 이송확산 해석, 유사의 이송 및 퇴적 해석이 가능하며 이 중 RMA2를 이용한 2차원 흐름해석을 통하여 보다 적합한 하천관리에 이용가능하도록 하고자 한다. 연구대상 지역은 제주도 한천 하류부로서 제주도 하천 특성상 평상시 건천의 상태를 이루고 있으나 태풍 및 집중호우시 홍수유출이 발생하여 수위가 급격하게 상승하는 양상을 보인다. 대표적인 예로 태풍 '나리'시 최대 일강우량 420mm로 인한 인근 지역에 0.5 ~ 1.5m의 침수흔적을 보이고 있다. 본 연구에서는 2011년 최고수위를 기록한 태풍 '무이파'를 대상으로 하였으며 대상지역의 Kalesto를 이용한 수위-유속 자료를 이용하여 산출된 유량을 경계조건으로 사용하였고 격자망 형성을 위한 지형 데이터는 지형도 및 측량자료를 이용하여 구축하였다. 사용된 대표적인 매개변수는 하상의 조도계수를 나타내는 Manning의 n값과 유체의 밀도, 속도구배, 구조 등 여러 가지의 유체조건에 따라 변하는 성질인 와점성계수(eddy viscosity)로 요약할 수 있으며 Manning의 n값은 하천설계기준에 따른 하천기본계획의 조도계수를 사용하였고 와점성계수는 적합한 흐름 분포를 결정하기 위해 흐름이 안정될 때까지 변화시켜 해석을 시행하였다. 해석결과 만곡부에서는 급한 흐름을 보이고 있으며 최대하폭 구간에서는 완만한 흐름이 나타나 사행하천의 흐름특성과 횡적인 하천단면에 따른 변화, 하상고 차이로 인한 유속분포를 확인할 수 있으며 이는 보다 유용한 하천관리에 이용가능할 것으로 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.30 no.5
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• pp.561-570
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• 1997

The feature of this paper is (1) to analyze the characteristics of rainfall-runoff relationship with kinematic wave theory, (2) to study the computational model to estimate the sediment yield, (3) to analyze the effects of bed change by transport formulas and the number of watershed division, and (4) to verify the model application with observation of channel data and measurement of rainfall, runoff, sediment discharge in Pyung-Chang River Basin. The calculated time of concentration of peak discharge occured little earlier than the actual, but the tendency of hydrograph coincided with observation. The shape of sediment hydrographs was similar to the water hydrograph. Based on above results, the applicability of the model was verified in detail. As the number of watershed division increased, the difference between the measured runoff and sediment values and the estimated ones decreased. The result of calculation with Yalin's formula for surface and Acker-White's one for channel gave the best agreement with the measured data among the six selected sediment transport foumulas.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.291-291
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• 2018

하천 및 수자원의 효율적인 관리와 더불어 다양한 수공구조물의 운영 및 관리를 위해서 구조물 주변에서 발생하는 불연속 흐름 및 급변류 등의 현상과 구조물 운영을 반영한 수치해석 기법을 이용한 모델 개발의 중요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 하천의 불연속 흐름을 모의하기 위한 1차원 흐름해석 모형(K-River)을 개발하였다. 본 모형은 천이류와 급변류를 수치적으로 안정하게 처리하기 위하여 지배방정식을 보존형 Saint-Venant 방정식으로 선정하고, FVM과 Forward Euler 방법을 이용하여 이산화를 수행하였다. 수치흐름률을 계산하기 위해서 불규칙 단면과 하상의 급경사 등에 신뢰도가 높은 기법으로 판단되는 근사 Riemann해법 중 하나인 HLL flux를 이용하였다. 개발된 K-river 모형의 검증을 위해서 해석해가 존재하는 타원형의 하상융기가 있는 하도에 적용하였으며, 국내에서 하천 설계 및 관리를 위해서 광범위하게 이용되고 있는 1차원 흐름해석 모형인 FDM기반의 HEC-RAS 모의결과와 비교 검토를 수행하였다. 그 결과, FDM기법에서는 모의되지 않는 일부 급변류 패턴을 개발 모형을 통해 모의가능하였으며, 전체적으로 K-River가 기존 모형 보다 해석해에 근사한 결과를 나타내었다. 또한, 배수문을 비롯하여 합류부, 분류부, 펌프장, 암거 등이 설치되어 운영되고 있는 아라뱃길에 적용하여 K-River의 적용성을 평가하였다. K-River를 이용하여 아라뱃길의 흐름분석을 수행한 경우가 HEC-RAS를 이용한 경우보다 수위와 유량의 유동을 시간에 따라 세밀하게 모의하였으며, 이는 배수효과에 의한 파의 전달이 FDM기법 대비 정확히 모의되기 때문으로 판단된다. 추후 연구에서는 현재보다 시간간격을 상세화 하여 수집된 관측수위를 통해 추가적인 검증을 수행하고, 다양한 특성을 가진 타 하천 등에 적용하여 모형의 적용성을 확대하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.299-299
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• 2020

국내외 발생하는 재난 중 70% 이상이 물과 관련된 재해로 분류되며, 집중호우와 태풍으로 인한 하천범람 및 내수침수 등으로 많은 피해를 발생시키고 있다. 특히 최근 발생하는 피해 양상은 과거에 발생하지 않았던 극한 강우로 인해 돌발적으로 발생하는 경우가 빈번하게 발생하고 있어 이에 따라 사전에 예측하여 미리 대비하는 선제적인 홍수 대비 시스템이 요구되고 있다. 선제적인 홍수 대비 시스템의 구축 여부는 정확한 하천 흐름 예측을 필요로 한다. 하지만 하천의 흐름은 댐붕괴, 제방붕괴, 하천 하상의 변동 등 다양한 상황에서 급격한 흐름의 변동이 발생하며, 이는 하천 흐름 예측에 장애물로 작용하여 정확도를 떨어뜨리는 요인이 된다. 특히 국내에는 산악지형과 수공구조물에 의한 불연속 단면이 다수 존재하고 있어 그 예측 결과에 대한 정확성에 대한 요구가 더욱 부각되고 있다. 그렇기 때문에 해당 문제를 해결하기 위한 다양한 기법들이 개발되어 실무에 적용되고 있으나 어떤 기법이 국내 하천특성에 적합한지 파악할 수 없으며, 그 정확성과 안정성에 측면에서 여전히 많은 문제점을 가지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 불연속 흐름이 빈번하게 발생하는 국내 하천 특성에 적합한 수치 기법을 확인하고자 유량보존특성을 만족하는 유한체적기법 중 국내외적으로 다수 사용되었던 기법들을 비교 및 평가하였다. 불연속 흐름의 대표적인 예제로서 'Dam-break problem'과 충격파 해석 및 홍수기와 갈수기에 따른 하천 하상의 마름/젖음에 대한 평가를 할 수 있는 Toro's Riemann problems에 적용하여 비교하였으며 그 결과 값을 정량적인 수치로 나타내었다. 이를 통해 국내 하천 특성에 적합한 수치 기법을 선정하였으며. 향후 국내하천 환경을 만족할 뿐만 아니라 하천 종사자들의 요구에도 부합한 하천흐름해석 모형의 개발 시 많은 기여가 될 것이라 판단된다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.21 no.6
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• pp.470-479
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• 2009

The local scour in waves can be thought of as very complex synthetic processes which is influenced by geology of bed material, bed flow in the sea and hydraulics condition. The most research until now be targeted at the scour depth and therefore the local scour width in waves has not been investigated as well. The size of wave or bottom velocity at the bed is direct cause of the local scour among lots of the scour effect factors, and the scour depth and width can be estimated through interrelationship analysis with scour area to use the dimensionless parameters including these such as Keulegan-Carpenter number, Ursell number etc. In this paper, to find out closely relation with the dimensionless parameters and scour width, performed an experiment with the variations of pipe diameters, wave heights and wave periods and then analyzed it. As the result, while Reynolds number and period parameter were seen to disperse local scour width largely, Shields number, KC number and Ursell number appeared good interrelationship. Specially, Shields number doesn't much affect the scour depth but has good relation for the scour width.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.31 no.6
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• pp.479-484
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• 2007

For calculation of wave field for design of coastal and port structures, generally the wind fields from inland observation record or the predicted waves from deep water wave transformation model are being used. However, for the first case, as we should revise the wave data adopting correcting parameters depending on the distance from the coast and location, it is difficult to extract water waves from wind field. Furthermore, for the second case, because of the calculation which executed under very large grid sizes in the wide domain, the simulation(wave transformation) implied uncertainty in the near shore area and shallow region. So it's difficult to obtain exact data from the simulation. Thus, in this study the calculation of wave field on shallow water is accomplished using the observed data of typhoon 'Maemi' in the Korea Eastern South sea. Moreover, for the accuracy of the calculated wave field, we compared and studied the observed data of wave height and direction on the vicinity of the Ulsan waters. It is proved that the results of this study is more accurate than the existing method with showing ${\pm}1.3%$ difference between observed and calculated wave height distribution in Ulsan waters

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.42 no.12
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• pp.1079-1089
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• 2009

The objective of this study is to develop the accurate, robust and high resolution two-dimensional numerical model that solves the computationally difficult hydraulic problems, including the wave front propagation over dry bed and abrupt change in bathymetry. The developed model in this study solves the conservative form of the two-dimensional shallow water equations using an unsplit finite volume scheme and HLLC approximate Riemann solvers to compute the interface fluxes. Bed-slope term is discretized by the divergence theorem in the framework of FVM for application of unsplit scheme. Accurate and stable SGM, in conjunction with the MUSCL which is second-order-accurate both in space and time, is adopted to balance with fluxes and source terms. The exact C-property is shown to be satisfied for balancing the fluxes and the source terms. Since the spurious oscillations in second-order schemes are inherent, an efficient slope limiting technique is used to supply TVD property. The accuracy, conservation property and application of developed model are verified by comparing numerical solution with analytical solution and experimental data through the simulations of one-dimensional dam break flow without bed slope, steady transcritical flow over a hump and two-dimensional dam break flow with a constriction.