• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.295-295
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• 2017

본 연구에서는 2차원 수리모형을 이용하여 자연하천에 보가 없는 경우, 직선 보, 경사 보 3가지 경우로 적용하여 2차원 수리분석을 실시하여 상 하류 수리특성을 검토하여 향후 하천개설 및 하도 설계의 기초자료를 제공하고자 한다. 보의 배치가 하천에 미치는 영향으로 수리특성의 변화와 유속의 변화, 토사의 이동 등 하도 내 흐름 특성의 2차원 해석결과를 도출함으로써 하도 내 횡단구조물 설치에 따른 기초적인 자료를 제공하고자 한다. 보 설치로 인한 하천 주변 친수 공간 발달로 인한 여가시설, 이동편의를 위한 도로설치 등 공간조성 설계 시 기초자료로 활용가능 할 것이다. 연구대상 하도구간은 경주 시내를 통과하는 형산강의 남천합류부 2.7km 지점부터 경주시 천북면 모아리에 위치한 모아수위관측소까지 약 8.7km 구간이다. 연구대상 유역인근에 위치한 수위관측소는 경주, 모아 관측소가 있으며 수리해석을 위한 경계조건으로 활용하였다. 연구대상 구간의 상류 부근에 경주 북천이 합류하고 있으며 현재 월령보가 경사 방향으로 설치되어져 있다. 본 연구에서는 상류경계 입력자료 계획홍수량은 형산강하천기본계획보고서(2011)을 참고하였으며, 경주 금장대 부근 합류하는 북천의 계획홍수량은 북천하천기본계획보고서(2011)를 참고하였다. 하류 경계입력자료 계획홍수위도 형산강하천기본계획보고서(2011) 참고하여 2차원 수리특성을 분석하였다. 수문량에 따른 홍수위 변화특성을 분석한 결과 풍수량과 100년 빈도 홍수량에 대해서 직각보 최대수위가 높게 분석되었으며, 유속에 대해 분석한 결과 풍수량과 100년 빈도 홍수량에 대해서 직각보가 경사보보다 물넘이 부분에서 최대유속이 빠르게 분석되었다. 또한 보가 없을 경우와 풍수 시 흐름특성을 분석한 결과 유선방향이 현재의 경사보 방향과 일치하는 것으로 분석된다. 이상의 연구결과를 검토할 때, 직각보 상류에 자전거 교량을 건설할 때 최대 유속이 발생하는 위치에는 교량기초공이나 교각 부분의 보강이 필요할 것으로 판단된다. 둔치 주변 유속변화가 발생할 수 있으므로 수위와 유속을 동시에 고려한 친수시설을 설치할 필요가 있는 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1812-1816
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• 2009

이미지 해석에 의한 유속장 측정방법은 유체역학분야에서 지난 30 여년 동안 많이 활용되어온 속도측정 기법으로 오늘날에는 이를 수공학 분야에서 이를 유량측정 등 수리현상 해석에 활용하려는 시도가 다각적으로 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서는 이미지 해석에 의한 유속장 측정방법을 용담댐 시험유역에 적용하여 그의 자연하천에서의 적용성을 검토하고자 한다. 이미지 해석에 의한 유속장 측정방법은 PIV(Particle Image Velocimetry)로 통칭되고 있으며, PIV는 seeding, illumination, recording, 및 image processing의 네 가지 요소로 구성된다. seeding을 위해서 유체를 따라 흐를수 있는 작은 입자를 유체에 첨가한다. 유체를 따라 흐르는 입자들의 선명한 이미지를 얻기 위해서illumination이 필요하다. PIV를 이용하여 흐름을 해석하기 위한 illumination은 일반적으로 이중펄스 레이저가 이용된다. 이렇게 유속장 해석을 하려는 유체에 대하여 seeding 및 illumination이 준비되면 단일노출- 다중 프레임법, 혹은 다중노출-단일 프레임법으로 흐름을 recording을 한다. image processing은 이미지를 다운로드하고, 디지타이징 및 화질향상을 하는 전처리(pre-processing), 상관계수의 산정에 의한 유속 벡터의 결정 및 에러 벡터를 제거하고 유속장을 그래프화하는 후처리(post-processing) 과정으로 구성된다. LSPIV(Large Scale PIV)는 PIV의 기본원리를 근거로 하여 기존의 PIV에 비하여 실험실 내에서의 수리모형실험이나 일반 하천에서의 유속측정과 같은 큰 규모$(4m^2\sim45,000m^2$)의 흐름해석을 할 수 있도록 Fujita et al.(1994)와 Aya et al.(1995)이 확장시킨 것이다. PIV와 비교시 LSPIV의 다른 점은 넓은 흐름 표면적을 포함하기 위하여 촬영시에 카메라의 광축과 흐름 사이의 각도가 PIV에서 이용하는 수직이 아닌 경사각을 이용하였고 이에 따라 발생하는 이미지의 왜곡을 제거하기 위하여 이미지 변환기법을 적용하여 왜곡이 없는 정사촬영 이미지로 변환시킨다. 이후부터는 PIV의 이미지 처리 방법이 적용되어 표면유속을 산정한다. 다만 이미지 변환을 PIV 이미지 처리 전에 하느냐 후에 하느냐에 따라 유속장 해석결과에 차이가 있다. PIV의 네가지 단계를 포함하여 LSPIV의 각 단계를 구분하면, seeding, illumination, recording, image transformation,image processing 및 post-processing의 여섯 단계로 나뉘어진다 (Li, 2002). LSPIV를 적용시 물표면 입자의 Tracing을 위하여 자연하천에서 사용하기에 적합한 환경친화적인 seeding 재료인 Wood Mulch를 사용하여 유속을 측정하였다. 적용지점은 용담댐 상류의 동향수위관측소 지점으로 이 지점은 한국수자원공사의 수자원시험유역이 위치하고 있다. 이미지의 촬영은 가정용 비디오 캠코더 (Sony DCR-PC 350)을 이용하여 두 줄기의 흐름에 대하여 각각 약 5분 동안의 영상을 촬영한후 이중에서 seeding의 분포가 잘 이루어진 약 1분간을 추출한후 이를 이용하여 PIV 분석에 이용하였다. 대체적으로 유속장의 계산이 무난하게 이루어지었으나 비교적 수질 상태가 양호하고, 수심이 낮고, 하상재료가 자갈로 이루어져 있어 비슷한 색상의 seeding 재료를 추적하기 어려운 구간이 발생한 부분에서는 유속의 계산이 정확히 이루어지지 않았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 1989.07a
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• pp.123-132
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• 1989

자연하천에서의 흐름특성을 해석하기 위해 Boundary - fitted(BF) coordinate system을 응용하여 유한차분법에 의한 2차원모델을 개발하였다. BF coordinates는 경계면의 형상에 관계없이 적용할 수 있으며 모든 계산은 기본식의 좌표변환을 통해 직각좌표계에서 행해지므로 경계조건의 입력에 용이하다. Physical domain(X - Y 좌표계)에서 하천의 형상을 입력하면 Grid generation에 의해 모든 계산은 Computational domain($\varepsilon$ - n 좌표계)에서 행해진다. Computational domain에서의 유한차분법은 half - time step으로 ADI 방법을 이용했고, 한 방향의 유속과 수위를 Double sweep으로 풀었다. 유속, 수위 및 하상의 격점망은 Staggered grid system을 사용했으며 geometric elements는 각 격점별로 계산하였다. 본 모델을 이용하므로써 불규칙한 수로나 하천의 흐름상태를 해석할 수 있으므로 흐름의 종단, 횡단방향의 유속분포, Superelevation을 구할 수 있고 하천의 계획, 관리, 제방의 호안이나 구조물의 설치등으로 일어나는 수리학적 영향등을 예측할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.238-242
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• 2010

본 연구에서는 만곡하천에서 본류와 지류의 합류각에 따른 수치모의 결과를 이용하여 합류부에서의 유속변화와 수위변화를 분석하는데 목적이 있다. 적용대상지역은 조양강과 용탄천 합류부로서, 만곡하천에 지류가 합류하며 유속과 수위가 변하는 지역이다. 합류부에서 지형변화에 따른 합류부에서의 유속과 수위 변화를 알아보기 위하여 본류와 지류가 합류되는 부분의 합류각 변화에 따른 수치모의를 실시하였다. 자연형 하천에 가까운 수치모의를 위하여 조양강과 용탄천의 관측값(유량 및 수위 자료)을 적용하여 수치모의를 실시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.298-298
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• 2023

전자파표면유속계는 홍수량 측정을 위해 사용되는 비접촉식 유속계로, 전자파를 발사한 후 수표면에 반사되는 전자파의 도플러 효과를 이용하여 표면유속을 측정하는 기기이다. 국제적으로 1980년대부터 홍수량 측정의 어려움을 극복하기 위해 하천 유량측정 업무에 활용하였다. 전자파표면유속계를 이용하여 정확한 표면유속을 측정하기 위해서는 측정 위치, 방향, 노출시간, 환경 등을 고려해야 한다. 여기서 노출시간은 표면유속 측정을 위해 전자파를 흐름 상태의 수표면에 노출시키는 시간을 의미한다. 특히, 노출시간은 유속에 따라 결정되며, 빠른 유속일수록 측정에 필요한 노출시간이 짧아진다. 그러나 노출시간이 너무 짧으면 측정 유속값이 부정확하거나 불안정해질 수 있으며, 반대로 너무 길면 수위 등 측정조건이 변화하여 측정값이 부정확해질 수 있다. 따라서 홍수량 측정을 위해 전자파표면유속계의 표면유속 측정의 적정한 노출시간을 설정해야 한다. 본 연구에서는 전자파표면유속계의 적정한 노출시간 검토를 위해 안동하천실험센터에서, 표면유속 최대 4.92 m/s에서 최소 0.457 m/s 범위의 19개 유속 조건에서 노출시간을 10초에서 40초까지 5초 간격으로 변화시키며 표면유속을 측정하였다. 현재 국내외 가이드라인에서 권고하고 있는 노출시간 30초에서 측정된 표면유속과 각 노출시간에서 측정된 표면유속의 정확도 검증을 통해 유사한 값을 가지는 표면유속을 검토하여, 수위변화에 대응하여 홍수량 측정을 위한 최소 노출시간을 검토하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2008.02a
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• pp.195-198
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• 2008

In this study we analyzed flood runoff and flood characteristics of an small urban river basin which is in an apartment complex in Yewol-Dong, Buchun-Si, Gyunggi-Do. A little discharge normally flows in the river, however this small river has a relatively high potential of flood damage risk in the flood season due to the high flood level and velocity. Therefore we used the GIS data, cross section data in the river, HEC-RAS model, etc. for investigating safety of a river against flood runoff and also we investigated the stability of hydraulic structures and ability of flood prevention in the river. As the result of investigation, we found that the river had the risk of flood damage occurrence due to the hydraulic structures constructed for various purposes in the river. So we should analyze backwater effect by the structures and consider the risk factors can be occurred by the flood runoff and velocity for more safe design of a small river basin in the residential area such as an apartment complex in the urban area.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.385-385
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• 2021

하천에서 실제로 유속 2.0m/s 이상 발생할 시 유량측정은 매우 급변하는 유속과 수위변화에 따른 측정값의 불확실성, 운영적인 측면에서의 시·공간적 한계 등으로 고유량에 대해 정확한 유량을 산정하기 어려운 실정이다. 그리고 국가하천은 최소 80년 빈도 이상, 지방하천은 최소 50년 빈도 이상의 확률강우량 채택을 통해 고유량에 해당하는 계획홍수량을 산정하고 있으나, 실제로 높은 호우의 빈도는 쉽게 발생하지 않아 유량측정성과가 부재하거나 매우 극소수에 불과한 상황이다. 따라서 유량측정성과는 대상하천의 계획홍수량(계획홍수위) 이하의 수준, 즉 중규모 수위 이하의 구간에서 대부분의 성과를 가지고 있으므로 고유량 산정은 고수위 외삽추정식에 의존할 수밖에 없다. 고수위 외삽추정은 대체로 기 유량측정성과(h, q)와 통수단면적(AD^1/2) 자료를 이용하는 Stevens 방법을 주로 이용하며, 이 방법은 하폭에 비해 수심이 비교적 작은, 얕은 하천과 기 유량측정성과가 추정하려는 고수위 구간에 근접한 경우에 적용성이 매우 용이하다고 할 수 있다. 설마천 유역 전적비교 수위관측소의 경우는 수위 4.110m까지 최대로 통수할 수 있으며, 하폭은 24.230m, 관측 최고수위는 3.194m, 유량측정성과 최대수위는 1.613m(40.303m³/s)이다. 설마천 유역에 대해 Stevens 방법을 적용하는 경우 위 조건을 만족하지 않으므로 다른 방법으로의 접근이 필요하다. AMC-III 조건의 선행강수량과 지속기간 1시간을 갖는 최대강우강도별 관측도달시간 자료를 통해 관계식을 유도하였으며, 강우 빈도해석의 결과인 지속기간 1시간의 빈도별 강우강도에 해당하는 도달시간을 유속으로 환산하는 과정을 거쳤다. 그 결과 유속은 1.808m/s(2년 빈도_43.3mm)~4.254m/s(500년 빈도_101.9mm)이며, 기 유량측정성과의 결과인 수위, 통수단면적, 유속, 유량, 최대강우강도(86.1mm_80년 빈도)가 발생했을 때의 해당 유속(도달시간 환산값), 수위, 통수단면적을 통해 최종적으로 빈도(년)별 유속, 수위, 유량을 결정하였다. 한국하천일람(2018)에서 제시된 설마천 전체 유역의 80년 빈도 계획홍수량(315m³/s, A=17.59km²) 값은 전적비교 수위관측소(A=8.48km²)와 직접적인 비교는 어렵지만, 유역면적비(0.482)를 적용한 추정된 계획홍수량은 약 152m³/s 볼 수 있다. 상기의 빈도별 유속, 수위, 통수단면적 결과인 80년 빈도(86.1mm)-유속(3.594m/s)-수위(3.194m)-통수단면적(53.197m²)에 해당하는 계산된 유량은 191.212m³/s로 분석되었다. 그리고 최대통수가 가능한 수위 4.110m의 계산된 유량은 313.674m³/s(약 424년 빈도 추정, 유속 4.203m/s, 통수단면적 74.761m²)로 결국에는 빈도(년)에 해당하는 수위-유량관계식(고수위 외삽추정식)을 통해 고유량을 산정할 수 있었다.

• Water for future
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• v.48 no.4
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• pp.22-29
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• 2015

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1799-1803
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• 2008

표면영상유속계는 하천 표면의 영상을 분석하여 유속을 산정하는 매우 실용적이며 간편한 장비이다. 그러나, 표면영상유속계를 이용하여 유량을 산정하고자 할 경우, 하천 표면의 평면 측량 자료와 하천의 단면 측량 자료가 반드시 필요하다. 이 때문에 표면영상유속계의 간편성과 유용성에도 불구하고, 이용자들이 쉽게 이용하기 어렵다는 그릇된 인식을 줄 수 있다. 만일 효율적이고 간편하게 하천의 단면을 추정할 수 있다면, 표면영상유속계를 마치 일반적인 프로펠러 유속계처럼 쉽게 이용할 수 있을 것이다. 이 연구는 일반적인 평면 측량없이, 두 대의 비디오 카메라로 이루어진 표면 영상 유속계를 이용하여 하천 평면을 계측하는 방법을 개발하는 것이다. 이를 통하여 표면 영상 분석 과정을 반자동화할 수 있게 된다. 두 대의 카메라를 이용한 평면 측량은 사진 측량 분야이나 컴퓨터 비전 분야에서 오랫 동안 연구되어 왔다. 이 기법을 표면영상유속계에 적용함으로써 간단하게 하천의 평면 좌표를 구할 수 있도록 하였다. 두 대의 카메라에 대해서는 직접 선형 변환법을 이용하여 내부 표정과 외부 표정을 수행하여 변환의 매개 변수들을 추정하였다. 추정된 변수들과 공간 전방 교회법을 이용하여 하천의 고정된 기준점들의 좌표를 측정한다. 측정된 좌표점들은 기울어진 영상을 연직으로 사영된 평면으로 변환하는 데 이용되며, 이 과정을 통하여 번거로운 하천의 평면 측량 과정을 생략할 수 있게 되었다. 온천천에 실제 적용하여 본 결과, 결과는 아직은 만족할 만한 정도는 아니나, 보다 정밀한 카메라의 보정 등을 통하여 보다 나은 결과를 도출할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.694-698
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• 2010

하천의 만곡부에서는 유량에 따라 흐름특성이 달라지고, 하도의 변화가 끊임없이 일어난다. 만곡부의 흐름변화 현상을 파악하기위해 정형화된 하도를 가정하여 개수로 실험을 하거나 수치모형을 이용하여 연구하고 있다. 하지만 실제 자연 하천에 적용한 사례는 많지 않은 실정이다. 본 연구에서는 만곡 자연하천에 대한 흐름특성을 분석하기위해 2차원 수치모의 모형인 CCHE2D 모형을 이용하여 평창강 본류 청령포 만곡부를 모의하였다. 평창강의 계획빈도인 50년, 100년 및 200년 빈도별 확률 홍수량을 적용하여 대상하천을 분석하였다. 모의 결과 유속분포는 만곡부 외측보다 내측에서 유속이 빠르게 나타나며, 최대 유속선은 최단거리에 근접하는 것을 볼 수 있었다. 만곡부 외측에서는 흐름분리가 발생하였으며 와류의 발생을 볼 수 있었다. 또한 홍수시 청령포의 요곡사주부분이 침수되어 침식을 예상할 수 있었다. 본 연구에서는 기존의 개수로 실험 연구와 비교하여 만곡부에 적용 시 불안정한 해석과 계산 결과를 산정하는 2차원 수치모형의 실제 하천에 적용성을 검증하였고, 평창강의 빈도별 홍수량을 모의하여 비교 분석함으로써 홍수시 사행하천의 흐름특성과 침식에 대한 기초자료를 제시하였다.