• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.655-659
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• 2008

본 연구에서는 3차원 수치모의를 통하여 횡방향 하상형상 및 격자형 이차흐름 구조의 생성 메커니즘을 분석하였다. 이를 위해 곡선좌표계에서의 지배방정식을 구성하고, 난류 폐합을 위해 Speziale(1987)가 제안한 비등방성 k-$\varepsilon$모형을 이용하였다. 또한 Exner 방정식을 이용하여 시간에 따른 하상변동을 예측하였다. 그 결과 바닥과 측벽 사이에서 발생되는 바닥 이차흐름의 하향류에 의해 측벽 부근부터 하상이 침식되고, 침식된 유사량은 이차흐름의 횡방향 유속에 의해 이동되어 퇴적되어, 결국 횡방향으로 연속적인 언덕 및 저면과 같인 하상형상이 생성되는 것으로 나타났다. 또한 시간에 따른 이차흐름 및 바닥 전단력, 하상고의 변화에 대해 살펴보았다.

• Water for future
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• v.26 no.1
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• pp.103-114
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• 1993

Migration characteristics with forms of channels and bed conditions are studied by constant-radius curve (CRC), sine-generated curve (SGC) and small-wave theory (SWT) method. For channels which are meandering and of which bed conditions are of coarse materials, transverse bed slope, depth and velocity distributions are predicted by CRC and SGC method, and the results are compared with measured field data, And for fine bed-materials of the sinuous channels, lateral and downvalley migration rates are computed by SWT method. It is confirmed from this investigation that transverse mass-flux factor plays significant roles in determining of magnitude and direction of meander migration.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.28 no.6B
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• pp.643-651
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• 2008

In the present paper, turbulent open-channel flows over longitudinal bedforms are numerically simulated. The Reynolds- averaged Navier-Stokes equations in curvilinear coordinates are solved with the non-linear $k-{\varepsilon}$ model by Speziale( 1987). First, the developed model is applied to rectangular open channel flows for purposes of model validation and parameter sensitivity studies. It is found that the parameters $C_D$ and $C_E$ are important to the intensity of secondary currents and the level of turbulent anisotropy, respectively. It is found that the non-linear $k-{\varepsilon}$ model can hardly reproduce the turbulence anisotropy near the free surface. However, the overall pattern of the secondary currents by the present model is seen to coincide with measured data. Then, numerical simulations of turbulent flows over longitudinal bedforms are performed, and the simulated results are compared with the experimental data in the literature. The simulated secondary currents clearly show upflows and downflows over the ridges and troughs, respectively. The numerical results of secondary currents, streamwise mean velocity, and turbulence structures compare favorably with the measured data. However, it is observed that the secondary currents towards the troughs were significantly weak compared with the measured data.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.99-99
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• 2011

하천에서 위어 하류단의 세굴은 매우 중요한 현상이며 위어 형상에 따른 수리학적 흐름특성이 세굴거리 및 세굴심에도 영향을 미치므로, 적절한 하상보호공 설계를 위해 다양한 위어 하류단의 세굴 규모 및 세굴 형상을 산정하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 사다리꼴 래버린스 위어를 적용하여 일반적인 직선형 위어와 비교하였으며, 3차원 수치모의를 통해 하류단의 세굴 규모를 분석하였다. 현재 세굴 방지를 위하여 설치되는 위어 하류부 물받이 및 하상보호공의 설계 기준은 월류흐름에 의해 발생되는 하류부 세굴영향에 대한 고려가 미흡하며, 대부분 설계자료가 광정위어 및 예연 위어 형태만을 고려하고 있어 위어의 형상변화에 따른 고려 또한 부족한 실정이다. 따라서 하류부 세굴방지공의 안전하고 경제적인 설계를 위하여 위어의 형상 변화에 따른 위어 하류부 세굴 특성 분석에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서 적용한 래버린스(labyrinth) 위어는 수로 내에 설치된 횡방향 직선형 위어의 단면 형상을 변경하여 월류길이를 증가시킨 긴 마루(long crested) 위어 형태의 일종이다. 일반적으로 래버린스 위어는 월류량 증대, 수질개선 및 수심유지 효과가 필요한 수공구조물에 이용되어 하천에 적용될 경우, 관련 수공구조물의 수심 확보 측면에서 기여할 수 있는 구조물로 잘 알려져 있다. 수로폭과 유입유량을 알고 있을 경우 기존 연구자들에 의해 제시한 공식에 의해 직선형 위어의 하류단의 세굴거리와 세굴심을 산정할 수 있으며, 본 연구에서 제시한 세굴거리 비와 세굴심 비를 통해 래버린스 위어의 세굴거리 및 세굴심을 예측할 수 있었다. 분석결과 래버린스 위어의 하류단의 세굴거리는 직선형 위어에 비해 감소하고 세굴심은 증가하였으며, 총 마루길이 당 유입유량과 유입유량 조건에 따른 세굴거리 비 및 세굴심 비 변화를 통해 통수능 및 래버린스 위어의 마루길이 변화에 따른 세굴 영향범위를 조절할 수 있는 것으로 분석되었다. 추후 다양한 유량조건과 확폭비를 고려한 연구를 수행한다면 래버린스 위어의 마루길이에 따라 하상보호공 설계시 중요한 인자인 세굴거리와 세굴심을 조절할 수 있으며, 위어 형상에 따른 하류단 세굴 규모를 산정과 더불어 확장된 하상보호공 설계자료로 이용할 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.223-227
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• 2010

하천의 수위와 유량에 대한 정확한 정보는 이수, 치수와 같은 수자원 관리에 있어서 가장 기본적인 기초자료가 된다. 하천 수위와 유량 자료를 확보하기 위한 지속적인 직접 계측 방법은 많은 시간과 비용이 소모되며, 홍수 시에는 위험성이 존재하여 자료 확보가 불가능하다. 따라서 수치모형을 이용한 수위-유량 자료의 예측과 활용이 필요하며, 2차원 수치모형의 경계조건을 설정할 경우에도 활용할 필요성이 있다. 본 연구에서는 복단면 개수로 및 불규칙한 하상을 보이는 횡단면 상에서의 단위유량 예측을 위한 유한요소모형을 개발한다. 지배방정식은 Wark 등 (1990)이 제시한 운동량방정식을 이용하며, 단면형상과 Manning 조도계수, 그리고 수위를 알면, 결과적으로 흐름방향 단위유량의 횡방향 분포를 얻을 수 있다. 개발된 모형의 검증을 위해 실측 자료와 비교하며, 또한 Darcy-Weisbach 마찰계수를 이용하는 Darby와 Thorne (1996)의 모형 결과와도 비교한다. 검증된 모형의 알고리즘을 2차원 모형의 상류단 경계조건 설정에 활용하여, 절점별 유입유량을 차등분배 시켰을 때와 그렇지 못했을 때의 결과를 비교한다. 또한 수위를 경계조건으로 입력하였을 때 개발 모형을 활용하여 유입유량을 예측하는 활용방안을 제시한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.31 no.3
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• pp.269-277
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• 1998

Laboratory flume experiments to investigate the characteristics of the flows and local scour around circular bridge pier in a curved channel are performed. In this study, the effect of a circular collar device for controlling the depth of scour is examined. The scour depth with a collar is about 40% of the scour depth without collar in the straight course of the flume while it is about 44% of the scour depth without collar at the location of 150' in the curved channel. As the results of experiments using the collar of which diameter is twice of pier, the reduction of scour depth is the most effective in a straight channel when the location of collar is 0.2h( h:depth) below the channel bottom. And, the reduction of scour depth is the most effective in a curved channel when the location of collar is 0.1h below the channel bottom.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.2
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• pp.157-167
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• 2011

A numerical model was developed to predict the stage-discharge curve and lateral distribution of unit discharge in open channels with nonuniform cross section or compound open-channels. The governing equation is the one-dimensional momentum equation based on assumptions of the steady and uniform flow conditions in the longitudinal direction and the uniform water surface elevation in a cross section. Vegetative drag force term was included in governing equation in order to reflect the effect of floodplain vegetation on the flow characteristics. Finite element method was applied to obtain the numerical solution of the governing equation. Stage-discharge curve and lateral distribution of unit discharge for a given water surface are calculated based on input data, such as the cross sectional geometry, Manning's roughness coefficient, vegetative information and longitudinal slope of channel bed. The developed model was verified by comparing the calculated results with the observed data and the results of Darby and Thorne's(1996) model and the nonlinear k-$\epsilon$ model. The verified model was applied to estimate the upstream boundary conditions in two-dimensional flow model. The numerical results using laterally distributed unit discharge were compared with those obtained using uniformly distributed unit discharge in two-dimensional flow model.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.174-174
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• 2016

하천은 침식작용과 퇴적작용에 의해 유사를 하류방향으로 이동시킨다. 하천의 침식작용은 하상을 변화시키고 교량, 보 등의 하천 구조물의 안전성을 저해하여 국민의 재산과 생명에 막대한 피해를 입힌다. 또한 퇴적작용은 상류로부터 이동한 유사를 하도 내에 퇴적시켜 하천의 형상을 변화시키고, 통수면적을 감소시켜 홍수기에 범람 빈도와 규모를 증가시킨다. 이처럼 부유사 자료는 하천 구조물의 설계, 수자원 개발 및 관리를 위한 하천계획의 전반에 있어 매우 중요한 자료이지만, 국내의 경우 유사량 측정방법에 대한 연구가 미비하여 대부분 유사량 채집기를 활용한 직접 측정이 이루어지고 있다. 하지만 유사량 채집기를 활용한 관측은 매우 제한된 지역에서 간헐적으로 실시되고 있어 측정 자료가 부족한 실정이다. 이러한 한계를 극복하고자 간접적인 측정 방식을 개발하였으나 우리나라의 강우 특성상 홍수기를 거치면서 하천의 수리학적 특성이 변화하여 관계식의 신뢰도가 떨어지며 자주 갱신해야 한다는 어려움이 있다. 본 연구에서는 횡방향 유속과 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 측정하는 H-ADCP(SonTek, SL-3000)와 레이저 회절을 이용하여 지점의 입도분포와 부유사 농도를 측정하는 레이저부유사측정기(LISST : Laser In-Situ Scattering and Transmissometry)를 이용하여 자료를 취득하였다. 그리고 취득된 신호대잡음비, 부유사 농도간의 관계분석을 통해 회귀식을 구축한 후, 초음파 산란도로 정의되는 신호대잡음비를 활용하여 실내 실험수로의 부유사량을 산정하였고 실측 부유사량과의 비교를 통해 오차 분석을 실시하였다. 오차 분석 결과 실측 부유사량은 138.15g/s, 추정 부유사량은 165.372g/s로 신호대잡음비를 이용하여 추정한 부유사량이 약 19% 과다산정 하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 현재 우리나라에 다수 설치되어 있는 수평초음파도플러유속계(H-ADCP)를 활용한 지속적인 부유사량 관측의 토대를 마련할 것으로 사료된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.30 no.2B
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• pp.199-209
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• 2010

A finite element model for analyzing surface water flow was developed. Shallow water equation was discretized and solved by Galerkin and Newton-Raphson method. Triangular or rectangular elements can be mixed together to construct meshes. The algebraic equation was solved by frontal method which is very efficient in finite element problem. The developed model was applied to rectangular meandering channel with two bends and transverse velocities and water depth distributions were examined. High velocity was located near the inner bank at the apexes of the bends and velocity distribution was symmetrical about the centerline at the midsection of two bend and super elevation also occurred. Simulation results showed very good agreement with measured data. Another numerical simulation was carried out in mild, steep, adverse and abrupt bottom change slope and channels with weir. 12 water surface profiles of gradually varied flow were correct in terms of hydraulic interpretation.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.10
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• pp.743-752
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• 2019

The flow in the meandering channel is characterized by the spiral motion of secondary currents that typically cause the erosion along the outer bank. Hydraulic structures, such as spur dike and groyne, are commonly installed on the channel bottom near the outer bank to mitigate the strength of secondary currents. This study is to investigate the effects of submerged vanes installed in a $90^{\circ}$ meandering channel on the development of secondary currents through three-dimensional numerical modeling using the hybrid RANS/LES method for turbulence and the volume of fluid method, based on OpenFOAM open source toolbox, for capturing the free surface at the Froude number of 0.43. We employ the second-order-accurate finite volume methods in the space and time for the numerical modeling and compare numerical results with experimental measurements for evaluating the numerical predictions. Numerical results show that the present simulations well reproduce the experimental measurements, in terms of the time-averaged streamwise velocity and secondary velocity vector fields in the bend with submerged vanes. The computed flow fields reveal that the streamwise velocity near the bed along the outer bank at the end section of bend dramatically decrease by one third of mean velocity after the installation of vanes, which support that submerged vanes mitigate the strength of primary secondary flow and are helpful for the channel stability along the outer bank. The flow between the top of vanes and the free surface accelerates and the maximum velocity of free surface flow near the flow impingement along the outer bank increases about 20% due to the installation of submerged vanes. Numerical solutions show the formations of the horseshoe vortices at the front of vanes and the lee wakes behind the vanes, which are responsible for strong local scour around vanes. Additional study on the shapes and arrangement of vanes is required for mitigate the local scour.