• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.335-335
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• 2021

하천의 홍수터는 평상시 수면위로 노출되어 국민의 여가생활을 위한 공원, 주차장 등으로 활용되다 홍수기 수위가 상승하면 침수되는 하천공간이다. 홍수범람 면적 또는 홍수위 산정을 위한 수치모의 시, 홍수의 평면적인 변화를 분석하기 위해서는 1차원 모의결과와 지형정보를 연계하여 범람면적을 산정하거나 2차원 수치모형의 격자를 대상공간에 대하여 구축한 후 모의를 수행한다. 1차원 수치모형은 계산효율이 우수하고 지류의 합류에 의한 영향을 다수 반영하거나, 긴 구간의 하천단면 구축을 통하여 경계조건이 수치해석 결과에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 그러나 지형의 영향으로 발생하는 국부적인 유속변화와 유향의 평면적인 분포에 의해 발생하는 범람면적의 변화를 반영하기 어렵다. 홍수범람을 고려하여 제작하는 홍수위험지도는 2차원 수치모형의 결과를 기반으로 한다. 2차원 수치모형은 하도의 만곡, 제방의 형상 등과 같은 지형에 의한 유속장의 변화, 흐름영역의 수축 및 확대에 의한 유속의 변화 등을 자세히 반영할 수 있는 장점이 있다. 반면에 수치격자 생성 및 계산결과 도출에 소요되는 시간이 길고 계산영역 설정의 한계로 인하여 경계조건이 흐름해석결과에 영향을 미칠 수 있는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 국내외적으로 1차원과 2차원 수치해석기법을 연계하여 하나의 모형으로 구축한 1-2차원 수치해석 모형이 개발 또는 적용되고 있다. 1-2차원 연계해석기법은 1차원 해석영역과 2차원 해석영역을 연계함에 있어서 흐름방향 연계와 횡방향 연계로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 1차원과 2차원 수치해석을 연계하는 기법에 따라서 발생하는 수치모의결과를 비교하고 적용성을 검토하였다. 수리실험 관측결과가 있는 사례에 모형을 적용한 후, 한강지형에 수치모형을 적용하고 그 결과를 비교한다. 또한, 계산에 소요되는 시간을 비교하기 위하여 2차원 수치격자의 해상도를 다양하게 적용하여 수치실험을 수행한다. 분석결과를 기반으로 홍수위험지도 제작, 홍수위산정 및 홍수예보 등에 새로운 기술의 적용성을 검토한다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.20 no.4
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• pp.580-589
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• 2019

Indonesia has a very short supply of electricity. As a solution to this problem, plans for construction of thermal power plants are increasing. Thermal power plant require the cooling water system to cool the overheated engine and equipment that accompany power generation, and the circulation water pump chamber among the cooling water system are generally designed according to the ANSI (1998) standard. In this study, the design criterion $20^{\circ}$ for the spreading angle of the ANSI (1998) of the layout of the circulating water pump chamber can not be satisfied on the K-coal thermal power plant site condition in Indonesia. Therefore, 3-D numerical model experiment was carried out to obtain a hydraulically stable flow and stable structure. The Flow-3D model was used as numerical model. In order to examine the applicability of the Flow-3D model, the flow study results around the rectangular structure of Rodi (1997) and the numerical analysis results were compared around the rectangular structures. The longitudinal velocity distribution derived from numerical analysis show good agreement. In order to satisfy the design velocity in the circulating water pump chamber, a rectangular baffle favoring velocity reduction was applied. When the approach velocity into the circulating water pump chamber was occurred 1.5 m/s ~ 2.5 m/s, the angle of the separation flow on the baffle was occurred about $15^{\circ}{\sim}20^{\circ}$. By placing the baffle below the separation flow angle downstream, the design velocity of less than 0.5 m/s was satisfied at inlet bay.

• 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.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.5B
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• pp.459-467
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• 2006

In this study, hydraulic and numerical model experiments were performed to analyze and improve the effects of flow-rate increase in the intake canal of Boryeong Thermal Power Plants on the flow condition in the circulation water pump (CWP) chambers. Based on the numerical simulation results, when the flow-rate increased in the circulation water intake canal, the velocity in the canal and vertical vorticities in the circulation water pump chambers increased and hence the vortex occurrence potential would be greatly increased. It was found by performing hydraulic model experiments that the velocity distribution near the bottom in the inlet of the circulation water pump chambers was highly non-uniform while the velocity distribution near the water surface was nearly uniform. To reduce the non-uniformity in the velocity distribution, triangular flow deflectors were devised. The installation of the flow deflectors in the inlet of circulation water pump chambers was successfully to reduce velocity non-uniformities and to remove flow reversal problems.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.9 no.3
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• pp.125-131
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• 1997

In order to analyze the feasibility of the drain layer construction method, which is one of the beach protection methods, a hybrid model is constructed by combining the wave model and the seepage flow model. The used wave model is the analytic solution given by Shuto (1972). and the seepage flow model is used by Richards equation which governs the saturated-unsaturated flow in the porous media. It is concluded by the sensitivity analysis of the hybrid model that the most sensitive parameter in the flow field within the beach is the saturated hydraulic conductivity. The developed hybrid model will be efficiently used in the analysis of the parameter when the drain layers are constructed in the beach, if the field datas are obtained more.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.4
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• pp.349-360
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• 2012

A horizontally curvilinear non-hydrostatic free surface model that was applicable to three-dimensional viscous flows was developed. The proposed model employed a top-layer equation to close kinematic free-surface boundary condition, and an isotropic k-${\varepsilon}$ model to close turbulence viscosity in the Reynolds averaged Navier-Stokes equation. The model solved the governing equations with a fractional step method, which solved intermediate velocities in the advection-diffusion step, and corrects these provisional velocities by accounting for source terms including pressure gradient and gravity acceleration. Numerical applications were implemented to the wind-driven currents in a two-dimensional closed basin, the flow in a steep-sided trench, and the flow in a strongly-curved channel accounting for secondary current by the centrifugal force. Through the numerical simulations, the model showed its capability that were in good agreement with experimental data with respect to free surface elevation, velocity, and turbulence characteristics.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.11 no.2
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• pp.95-106
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• 1999

A numerical model is represented to calculate the wave fields such as the reflected waves, the transmitted waves and the depth-averaged velocities over submerged breakwaters for the normally incident wave trains of nonlinear mono-chromatic wave and solitary wave. The finite amplitude shallow water equations with the effects of bottom friction are solved numerically in time domain using an explicit dissipative Lax-Wendroff finite difference method. The numerical model is verified by comparisons with the other numerical results and the measured data. It is found that the submerged breakwater may be more useful for protecting the energies of monochromatic waves rather than solitary waves. Finally, the armor stability on submerged breakwater is indirectly analyzed using the hydrodynamic characteristics of flow fields.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.33 no.2
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• pp.181-193
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• 2000

This paper presents the flow and the suspended sediment movement over ripples for oscillatory flows. A new numerical model system is developed, and applied to a laboratory experimental condition of regular waves and a fictitious condition of irregular waves. The flow field is obtained from a programme proposed by Kim et. al.(1994), which is a modified version of SOLA based on SMAC scheme. The sub-model solves the continuity and Reynolds momentum equations in the x-z plane. The wave orbital velocities, shear stresses, and pressure are all reasonably reproduced by the model. The model results on the vertical velocity component show good agreement with the measurements. The suspended sediment transport sub-model is newly set up to solve the advection-diffusion equation of suspended sediment using a split method, and involving a special shear entrainment from the whole ripple surface. The calculated suspended sediment concentrations for regular waves show reasonable agreement with measurements at Deltaflume. The model results for random waves show that the suspended sediment concentration is higher than those for regular waves and that the sediment diffuses higher than for regular waves with the significant wave height and the peak wave period of the irregular waves.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.537-542
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• 2004

오염물질의 이송${\cdot}$확산 과정을 해석하기 위하여 계산효율이 높은 3차원 퍼프모형을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 퍼프모형은 추적방법에 따라 전방추적모형과 후방추적모형으로 나눌 수 있으며, 이 두 가지 추적방법은 계산효율과 수치오차에 있어서 상이한 특성을 나타내었다. 전방추적 퍼프모형은 일정한 시간간격을 가지므로 정상상태의 연속오염원의 경우에 각각의 퍼프들이 동일한 질량을 갖는다. 그러므로 전방추적 퍼프 모형은 각 퍼프들간의 중첩정도가 일정하지 않다. 이에 관한 오차분석을 수행하기 위하여 본 연구에서는 무차원 퍼프중첩계수를 정의하였다. 퍼프중첩계수란 퍼프의 크기에 대하여 퍼프중심간의 거리가 떨어진 정도를 나타내는 무차원수로서 너무 작은 경우에는 정확도가 떨어지고 너무 큰 경우에는 계산효율이 감소한다. 전방 추적 퍼프모형의 경우, 중첩계수가 작은 초기구간에는 정확도가 떨어지며, 시간이 지남에 따라 중첩계수가 필요이상으로 증가하여 계산효율이 떨어지는 것으로 나타났다. 이에 비해 일정한 중첩정도를 갖는 후방추적 퍼프모형의 경우에는 전 영역에 걸쳐서 정확도와 계산효율이 높은 것으로 나타났다. 하지만 일정한 시간간격 마다 농도장을 계산하고자 할 때, 전방추적법은 단 한번의 전체계산을 통하여 수행가능하지만 후방추적법의 경우에는 매 출력시간마다 초기시점까지 반복해서 계산해야하는 단점이 있다. 경계처리에 있어서 입자추적모형과 상이한 방법을 사용하는 퍼프모형은 폐경계에서는 입자추적모형과 동일한 결과를 나타내지만 개경계에서는 다른 결과를 나타내었다. 또한 오염원이 임의의 공간적 분포를 갖는 경우, 퍼프모형은 입자추적모형보다는 적은 수의 퍼프를 사용할 수 있지만 이에 따른 경계면에서의 수치오차를 발생하였다. 본 연구에서는 개발된 퍼프모형을 검증하고 장${\cdot}$단점을 분석하기 위하여 흐름이 일정한 경우와 전단흐름의 경우에 대하여 이송${\cdot}$확산 수치모의를 수행하였으면, 이를 각각의 경우의 해석해 결과와 비교${\cdot}$분석하였다. 후방추적 퍼프모형은 전방추적 퍼프모형에 비하여 사용된 퍼프수와 관계없이 작은 오차를 발생하였으며, 전체적으로 퍼프 모형이 입자모형보다는 훨씬 적은 수의 계산을 통해서도 작은 오차를 나타낼 수 있다는 것을 알 수 있었다. 그러나 Gaussian 분포를 갖는 퍼프모형은 전단흐름에서의 긴 유선형 농도분포를 모의할 수 없었고, 이에 관한 오차는 전단계수가 증가함에 따라 비선형적으로 증가하였다. 향후, 보다 다양한 흐름영역에서 장${\cdot}$단점 분석 및 오차해석을 수행한 후에 각각의 Lagrangian 모형의 장점만을 갖는 모형결합 방법을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.12
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• pp.979-991
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• 2004

In this study, RMA2 and RMA4, the 2-D depth-averaged models, were employed to simulate the two-dimensional mixing characteristics of the pollutants in the natural streams. The velocity and depth were first calculated using RMA2, 2-D hydrodynamic model, and then the resulting flow field was inputted to RMA4, 2-D water quality model, to compute the concentration field. RMA models were verified using the velocity and concentration data measured in S-curved meandering channel. The results showed that the RMA2 model simulated well the phenomenon that the maximum velocity line is located at the Inner bank of meandering channel, and the RMA4 model was well adapted to reproduce the general mixing behavior and the separation of tracer clouds. Comparing model simulations with measured data in the field experiments, RMA2 model simulated well general flow field and tendency that the maximum velocity line skewed toward the outer bank which were found in field experiments. The simulations of RMA4 model showed that the center of the tracer cloud tends to follow the path in which the maximum velocity occurs. In this study, the dispersion coefficients are fine-tuned based on the measured coefficients calculated using field concentration data, and the results show reasonable agreement with predictive equations.