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Standards of private sector for debris flow hydraulic model experiment (토석류 수리모형실험 단체표준 제정 현황)

  • Eun Cheul Jang;Byeong Wook Lee;Dongwoo Ko;Jae-Seon Yoon
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2023.05a
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    • pp.7-7
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    • 2023
  • 국내뿐만 아니라 세계적으로도 산사태 발생에 따른 토석류 피해가 빈번하게 발생하고 있으나 아직 토석류 거동에 대한 물리적인 특성을 규명하고, 실험 등을 통한 면밀한 검토가 안 되었다. 토석류는 집중호우 시 토사 내 함수량의 증가로 인해 또는 지진, 화산 발생 시 지각 변동으로 인해 사면의 저항력이 약화되어 발생한다. 이러한 토석류는 재해를 일으키는 매우 위험한 자연 현상이며, 그 규모에 따라 하류부에 큰 피해를 발생시킬 수 있다. 국내에서 수행된 토석류 관련 연구들은 해외에서 주로 수행된 기초연구 결과를 이용한 토석류 피해 발생예측, 위험지도 작성, 토석류 방지 구조물 개발 등의 응용연구가 대부분이며 소규모 모형을 제작하여 수리실험이 진행되었다. 김기환 외(2008)은 토석류 확산형태와 흐름 속도에 대한 모형실험을 수행하였으며, 김영일과 백중철(2011)은 토석류 유동과 퇴적 특성에 대한 실험을 수행하였다. 미국의 경우 미지질조사국(USGS, U.S Geological Survey)에서 1994년부터 지금까지 100 m 길이의 대형 경사수로를 이용하여 토석류 수리모형실험을 수행하고 있으며 이를 통해 토석류의 수위, 충격력, 전파속도, 유출 후 퇴적형상 등에 대한 다양한 실험데이터를 제시하고 있다. 그러나, 현재까지 국내외 토석류 실험에 대한 표준실험방법과 기준이 정립되지 않아 실험결과의 신뢰성을 명확히 증명하기 어려운 실정이다. 토석류로 인한 가장 직접적인 피해 인자인 토석류의 충격력과 전파속도를 수리모형실험을 통해 정량적으로 파악하기 위한 시험 표준으로 시험 절차, 시험 방법 및 적정한 측정장비의 사양 등을 단체표준을 통해 제공함으로써 시험의 불확실성을 최소화하고, 명확한 프로세스에 따른 시험 결과의 신뢰성과 일관성을 확보하고자 한다. 국토교통연구인프라운영원에서는 단체표준 개발을 위한 시험기관협의체를 구성하고, 이해관계인들의 의견을 반영한 토석류 충격력과 전파속도 측정방법(안)을 2022년에 7월 작성하였으며, 현재 이해관계자들의 의견을 수렴하고 중소기업중앙회에 심의를 상정한 상태이다.

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Urban Flood Modeling with Anisotropic Porous Shallow Water Model (비등방 다공성 2차원 천수모형을 적용한 도시홍수 모델링)

  • Kim, Byunghyun;Kim, Hyun Il;Han, Kun Yeun
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2020.06a
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    • pp.414-414
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    • 2020
  • 고전 천수방정식을 적용한 2차원 도시홍수 모델링에서는 지형의 정확한 반영을 위해 고해상도 격자가 요구되며 이는 많은 계산시간과 노력을 필요로 한다. 최근에는 다공성 천수방정식을 적용한 도시홍수해석으로 많은 계산 노력이 요구되는 도시홍수모델링의 한계를 극복한 연구가 많이 이루어지지고 있다. 이러한 연구는 도시 홍수에서 흐름이 공간적으로 변화할 때 불균일 공극이 존재하므로 격자의 크기를 다르게 하여 이러한 불균일성을 해결하고자 하는 등방성 천수모형의 적용에서 시작되었다. 하지만, 등방성 공극을 고려한 도시홍수 해석모형은 대표요소체적(REV)보다 더 큰 격자의 적용을 해야 하는 제한성을 가진다. 반면, 비등방성 공극은 대표요소체적의 적용이 필요하지 않아 불균일 공극의 크기에 관계없이 이론상으로는 동일한 해상도의 격자가 사용가능하긴 하지만, 실제 도시홍수 해석에서 중요하면서도 도전적인 연구이다. 본 연구에서는 도시홍수의 효율적 계산을 위해 비등방성 공극을 고려한 적분형 다공성 천수방정식을 기반으로 하는 2차원 도시홍수 해석모형을 개발하였다. 모형의 개발을 위해, 적용 격자내에서 도시지역의 건물이 차지하는 길이 및 면적을 산정하고 그 값을 2차원 천수방정식에 적용 가능하도록 체적공극(𝜙j)와 면적공극(𝜓k)을 2차원 고전 천수방정식에 추가하였다. 개발모형은 고전 천수방정식, 등방성 공극 고려(미분형 다공성) 천수방정식 및 비등방성 공극 고려(적분형 다공성) 천수방정식의 적용이 가능하여, 각 모형에 적합한 2차원 격자 생성, 각 모형의 매개변수를 보정 그리고 정확성, 효율성, 적용성이 비교 가능하다. 각 모형의 정확성과 효율성 비교를 위해 3가지의 오차 비교 (구조적 오차, 격자크기 오차, 공극 모형 오차), 계산시간 비교, 공간 변동성 검증을 위한 수심 종단형상 비교하였다.

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Numerical Experiments of Bar Migration in Meandering Channels (사행하천에서 사주의 이동특성에 관한 수치실험)

  • Jang, Chang-Lae;Jung, Kwansue
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.26 no.2B
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    • pp.209-216
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    • 2006
  • This study is to analyse the characteristics of bar migration, which is important roles to bank erosion and meandering development, for the meandering channels with erodible bed by using a 2-D numerical model in the generalized coordinate systems. The results of the numerical experiments showed that the features of bar migration were affected by the meandering wavelength to the width ratio, and had a relatively good agreement with the criterion for bar migration through a bend suggested by Kinoshita and Miwa (1974). The bar migrated with speed in the channel with long wavelength and broad width, and the criterion for bar migration was increased. The bar celerity was decreased abruptly near the criterion.

On hydraulic characteristic analysis of landslide tsunami (산사태 지진해일의 수리특성 분석에 관한 고찰)

  • Seo, Minjang;Lee, Changmin;Lee, Woo-Dong
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2022.05a
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    • pp.203-203
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    • 2022
  • 일반적으로 지진해일은 지진, 화산에 의한 융기 또는 침강에 따른 급작스러운 해저지각 운동에 의해 발생하며, 이에 따른 수위변동과 유체운동을 일컫는다. 그 밖에 해안/해저 산사태, 운석 낙하, 빙하 붕괴와 같이 암석, 토사, 얼음, 운석이 바다, 호수의 수면과 충돌하여 해일이 발생하기도 한다. 이 산사태 해일의 피해사례는 많지 않지만, 대부분 인명피해를 동반한다. 이에 과거부터 수리모형실험을 통해 산사태로 생성된 해일의 전파과정을 조사하는 연구들이 수행되었다. 최근에는 컴퓨터 성능향상과 다양한 수치모델이 개발됨에 따라 수치해석이 많이 수행되고 있다. 그러나 산사태 해일의 생성을 직접 모의하기 위해서는 유체-구조 상호작용(FSI; fluid-structure interaction)을 고려할 수 있는 전산유체역학(CFD; computational fluid dynamics)해석이 요구되는 관계로 활발한 연구가 진행되지 않고 있다. 본 연구에서는 FSI에 기초하여 충돌모의에 특화된 LS-DYNA를 이용하여 산사태 해일의 생성, 전파 그리고 직립벽(댐)에서의 처오름 및 파압 등을 검토한다. 그리고 낙하물의 형상, 낙하 높이에 따라 생성된 해일이 댐에 미치는 영향을 분석한다. 또한, 이용하는 LS-DYNA 해석의 타당성 및 유효성을 확인하기 위하여 기존 수리모형실험에서 생성된 산사태 지진해일과 비교·검증한다. 수치해석 결과, 동일한 체적의 낙하물에서는 폭이 좁을수록 최대파고가 낙하물에 근접해 생성되었고, 폭이 넓을수록 파장이 길어지는 것을 확인할 수 있었다. 낙하물의 낙하높이가 높을수록 산사태 지진해일의 파고가 크게 생성되었다. 낙하물로부터 600m 지점에서 설치한 댐에서의 산사태 지진해일의 처오름은 파고 및 파장이 클수록 증가하였다. 산사태 지진해일의 파압 역시 처오름에 상응하게 나타났다. 그러므로 호소에서 산사태 해일이 발생한다면, 댐 및 제방의 안정성에 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다.

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An investigation of effect of density difference on mixing at confluence channel in the Nakdong River (낙동강 합류부에서 밀도차가 수체 혼합에 미치는 영향 분석)

  • Lee, Minjae;Park, Yong Sung
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2022.05a
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    • pp.94-94
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    • 2022
  • 본류와 지류가 만나는 하천 합류부에서 발생하는 복잡한 흐름 구조는 하상변동에 영향을 주며, 본류와 다른 특성을 보이는 지류의 유입은 수질과 수생태계에도 영향을 준다. 합류부는 하천 변화의 다양성을 보이기 때문에 하천 관리 측면에서 중요한 구간으로, 흐름 및 혼합 특성 이해가 중요하다. 합류부에서의 흐름 및 혼합은 본류와 지류의 유량비, 밀도차, 단차, 합류각, 하도형상 등의 영향으로 그 양상이 달라지며, 흐름장 및 두 수체에 의한 이송물질의 혼합이 이루어졌다고 간주하는 혼합거리는 지류가 본류에 미치는 영향 범위 분석을 위한 중요한 매개변수이다. 본 연구에서는 합류부 흐름에 미치는 주요 인자 중 유량비와 밀도차가 합류부 흐름 및 혼합에 미치는 영향을 수치해석을 통해 분석하고, 조건의 변화에 따른 혼합거리를 예측해 보고자 한다. 본 연구의 대상 지역인 낙동강-황강 합류부는 다기능보와 댐의 운영에 따라 유입 유량 및 유량비가 조절되며, 여름철에는 황강의 수온이 낙동강보다 평균 4℃ 이상 낮으며, 9℃(지류 20℃; 본류 29℃) 이상의 수온차가 발생하기도 한다. 이 경우 밀도비는 0.998로 밀도류가 발생할 수 있는데, 밀도류가 발생할 경우 수표면과 저층이 분리되어 흐르기 때문에 동일 유량 조건에서도 혼합 양상은 달라진다. 밀도류가 발생하기 위해서는 수표면과 저층이 분리되는 성층이 발달해야 하는데, 이는 유속 또는 유량의 범위에 따라 성층의 발달 여부가 달라질 수 있다. 이러한 현장 조건을 반영한 수치해석을 통해 다양한 유량 조건(유량비)에서 밀도의 차이(수온차)가 합류부의 흐름 및 혼합에 미치는 영향을 분석해 보고자 하며, 합류부에서 밀도차에 의한 흐름의 변화 조건을 무차원수(Richardson number, Densimetric Froude number 등)를 통해 정량화해보고자 한다. 이는 지류가 본류에 미치는 영향의 정도와 범위를 파악함으로써 하천 관리를 위한 관측망 및 현장 조사의 범위 선정의 기초자료 마련뿐 아니라 본류의 수온 변화가 발생할 수 있는 범위의 파악을 통해 수생태계에 미치는 영향 파악을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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Geomorphological significance and role of the sand bars of major river valleys in the South Korea - case study on the Nakdong river valleys - (한국 하천 모래톱의 지형학적 의미와 효능 - 낙동강 하곡을 사례로 -)

  • OH, Kyung-Seob;YANG, Jae-Hyuk;CHO, Heon
    • Journal of The Geomorphological Association of Korea
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    • v.18 no.2
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    • pp.1-14
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    • 2011
  • Remarkable development of sand bars is an important characteristic of fluviatile landform of Korea. Their development owes, in one part, to the supply of abundant sandy materials to river valley floor, originated from the weathering of essentially granitic rocks, distributed almost all over the country. It owes, in other part, to river valley disposition presenting many angular sinuosity guided by fracture grid, impeding regular migration of sandy materials along valley floor. Besides, high amplitude of river discharge fluctuation of the country plays is proved to be favorable hydrological factor for the development of the sand bars. The sand bars play important roles in favor of river hydro-ecological environment. They mitigate the amplitude of discharge fluctuation regime. In flood spell, sand grains in the main channel migrate so as to broden wet section. At the spell of low water level, they newly accumulate as to impede rapid stream discharge. Especially high quantity of reserved water in porous space of sand bar is preciously available both for human livelihood and for ecological environment.

The Sensitivity Analysis and Safety Evaluations of Cable Stayed Bridges Based on Probabilistic Finite Element Method (확률유한요소해석에 의한 사장교의 민감도 분석 및 안전성 평가)

  • Han, Sung-Ho;Cho, Tae-Jun;Bang, Myung-Seok
    • Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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    • v.11 no.1
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    • pp.141-152
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    • 2007
  • Considering uncertainties of random input data, it is more reasonable to use probabilistic method than the conventional deterministic method for the design of structures or for the assessment of the responses of structures, which are designed as safe even under extreme loads. Therefore, to assess the quantitative effects of the constructed cable stayed bridge by the input random variables, a sensitivity analysis is studied. Using perturbation method, an analysis program is developed for the iterative probabilistic finite element analyses and sensitivity analyses of the cable stayed bridge, except the initial shape analysis. Monte-Carlo Simulations were used for the verification of the developed program. The results of sensitivity analysis shows the governing effects of external loads. Because the results also provide the sensitive effects of the stiffness of members and the magnitudes of prestressing force of cables, the developed

Appraisal Study on Tensile Test Method of Mechanical Properties of FRP Composite Used in Strengthening RC Members (구조보강용 FRP 복합체의 역학적 특성치 분석을 위한 인장시험방법 평가 연구)

  • You, Young-Chan;Choi, Ki-Sun;Kang, In-Seok;Kim, Keung-Hwan
    • Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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    • v.12 no.1
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    • pp.73-80
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    • 2008
  • Experimental study has been performed in order to construct the standard test methods and appraisal criteria by investigating the influence of specimen types(property, width, layers) and loading rate on the tensile characteristics of FRP used in strengthening RC structures. The FRP composite tested in this study are the unidirectional CFRP sheet/strip and the bidirectional GFRP sheet. Test variables consist of the various width ranging from 10mm to 25mm and number of CFRP sheets plied up to 5 layers. Test results indicated that maximum tensile strength and minimum coefficient of variation are recorded at each different width according to the fiber types and weaving directions. Also, the average tensile strengths of CFRP sheets are decreased as the number of layer of CFRP sheet are increased.

Re-Analysis of Clark Model Based on Drainage Structure of Basin (배수구조를 기반으로 한 Clark 모형의 재해석)

  • Park, Sang Hyun;Kim, Joo Cheol;Jeong, Dong Kug;Jung, Kwan Sue
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.33 no.6
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    • pp.2255-2265
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    • 2013
  • This study presents the width function-based Clark model. To this end, rescaled width function with distinction between hillslope and channel velocity is used as time-area curve and then it is routed through linear storage within the framework of not finite difference scheme used in original Clark model but analytical expression of linear storage routing. There are three parameters focused in this study: storage coefficient, hillslope velocity and channel velocity. SCE-UA, one of the popular global optimization methods, is applied to estimate them. The shapes of resulting IUHs from this study are evaluated in terms of the three statistical moments of hydrologic response functions: mean, variance and the third moment about the center of IUH. The correlation coefficients to the three statistical moments simulated in this study against these of observed hydrographs were estimated at 0.995 for the mean, 0.993 for the variance and 0.983 for the third moment about the center of IUH. The shape of resulting IUHs from this study give rise to satisfactory simulation results in terms of the mean and variance. But the third moment about the center of IUH tend to be overestimated. Clark model proposed in this study is superior to the one only taking into account mean and variance of IUH with respect to skewness, peak discharge and peak time of runoff hydrograph. From this result it is confirmed that the method suggested in this study is useful tool to reflect the heterogeneity of drainage path and hydrodynamic parameters. The variation of statistical moments of IUH are mainly influenced by storage coefficient and in turn the effect of channel velocity is greater than the one of hillslope velocity. Therefore storage coefficient and channel velocity are the crucial factors in shaping the form of IUH and should be considered carefully to apply Clark model proposed in this study.

Studies on the selection in soybean breeding. -II. Additional data on heritability, genotypic correlation and selection index- (대두육종에 있어서의 선발에 관한 실험적연구 -속보 : 유전력ㆍ유전상관, 그리고 선발지수의 재검토-)

  • Kwon-Yawl Chang
    • KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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    • v.3
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    • pp.89-98
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    • 1965
  • The experimental studies were intended to clarify the effects of selection, and also aimed at estimating the heritabilities, the genotypic correlations among some agronomic characters, and at calculating the selection index on some selective characters for the selection of desirable lines, under different climatic conditions. Finally practical implications of these studies, especially on the selection index, were discussed. Twenty-two varieties, determinate growing habit type, were selected at random from the 138 soybean varieties cultivated the year before, were grown in a randomized block design with three replicates at Chinju, Korea, under May and June sowing conditions. The method of estimating heritabilities for the eleven agronomic characters-flowering date, maturity date, stem length, branch numbers per plant, stem diameter, plant weight, pod numbers per plant, grain numbers per plant and 100 grain weight, shown in Table 3, was the variance components procedures in a replicated trial for the varieties. The analysis of covariance was used to obtain the genotypic correlations and phenotypic correlations among the eight characters, and the selection indexes for some agronomic characters were calculated by Robinson's method. The results are summarized as follows: Heritabilities : The experiment on the genotype-environment interaction revealed that in almost all of the characters investigated the interaction was too large to be neglected and materially affected the estimates of various genotypic parameters. The variation in heritability due to the change of environments was larger in the characters of low heritability than in those of high heritability. Heritability values of flowering date, fruiting period (days from flowering to maturity), stem length and 100 grain weight were the highest in both environments, those of yield(grain weight) and other characters were showed the lower values(Table 3). These heritability values showed a decreasing trend with the delayed sowing in the experiments. Further, all calculated heritability values were higher than anticipated. This was expected since these values, which were the broad sense heritability, contain the variance due to dominance and epistasisf in addition to the additive genetic variance. Genotypic correlations : Genotypic correlations were slightly higher than the corresponding phenotypic correlations in both environments, but the variation in values due to the change of environment appeared between grain weight and some other characters, especially an increase between grain weight and flowering date, and the total growing period(Table 6). Genotypic correlations between grain weight and other characters indicated that high seed yield was genetically correlated with late flowering, late maturity, and the other five characters namely branch numbers per plant, stem diameter, plant weight, pod numbers per plant and grain numbers per plant, but not with 100 grain weight of soybeans. Pod numbers and grain numbers per plant were more closely correlated with seed yields than with other characters. Selection index : For the comparison and the use of selection indexes in the selection, two kinds of selection indexes were calculated, the former was called selection index A and the later selection index B as shown in Table 7. Selection index A was calculated by the values of grain weight per plant as the character of yield(character Y), but the other, selection index B, was calculated by the values of pod numbers per plant, instead of grain weight per plant, as the character of yield'(character Y'). These results suggest that selection index technique is useful in soybean breeding. In reality, however, as the selection index varies with population and environment, it must be calculated in each population to which selection is applied and in each environment in which the population is located. In spite of the expected usefulness of selection index technique in soybean breeding, unsolved problems such as the expense, time and labor involved in calculating the selection index remain. For these reasons and from these experimental studies, it was recognized that in the breeding of self-fertilized soybean plants the selection for yield should be based on a more simple selection index such as selection index B of these experiments rather than on the complex selection index such as selection index A. Furthermore, it was realized that the selection index for the selection should be calculated on the basis of the data of some 3-4 agronomic characters-maturity date(X$_1$), branch numbers per plant(X$_2$), stem diameter(X$_3$) and pod numbers per plant etc. It must be noted that it should be successful in selection to select for maturity date(X$_1$) which has high heritability, and the selection index should be calculated easily on the basis of the data of branch numbers per plant(X$_2$), stem diameter(X$_3$) and pod numbers per plant, directly after the harvest before drying and threshing. These characters should be very useful agronomic characters in the selection of Korean soybeans, determinate growing habit type, as they could be measured or counted easily thus saving time and expense in the duration from harvest to drying and threshing, and are affected more in soybean yields than the other agronomic characters.

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