• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.170-170
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• 2015

우리나라는 매년 하절기에 급격한 강우로 인해 홍수의 발생빈도가 급격히 높아지고 있다. 이러한 홍수 발생으로 인한 재산 인명의 피해는 연평균 약 2조억원에 달하고 있다. 이러한 홍수 피해를 방지하기 위해 다양한 연구를 하고 있으며 본 연구에서는 홍수 흐름의 정확한 예측을 통해 홍수 피해 저감을 목표로 하고 있다. 기존의 연구에서는 홍수 흐름 예측을 하는데 있어 부정류 상태로 흐르는 홍수량에 따른 범람의 위치와 범위를 산정하는 것에 중점을 두었다. 그러나 홍수의 흐름은 물에 토사가 섞여 흐르는 혼합체의 흐름이기 때문에 홍수위 모의하는데 있어 물성치도 고려되어야 한다. 이러한 물성치 변화에 따라 홍수 흐름도 영향을 받을 것이라 생각하여 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서 Non-Newtonian 특성을 고려하기 위해 Non-Newtonian 흐름과 일반적인 홍수 모의가 가능한 수치모형을 사용하였다. 사전 연구로 일반 사행수로 형태를 구성하고 사행수로에서의 흐름 물질을 달리하여 흐름 모의를 수행하였다. 흐름물질은 크게 물과 토석류로 나뉘고 토석류는 항복응력과 점성 등을 달리하였다. 또한 다양한 유량으로 흐름 모의를 하여 흐름 범람 시의 특징도 비교해 볼 수 있었다. 모의 결과 사행수로에서 흐름의 차이를 볼 수 있었으며 다양한 형태로 결과를 분석해 보았다. 흐름의 속도와 수심을 다양한 흐름 단면으로 비교하였고 범람되는 지역의 범위와 위치도 비교해 볼 수 있었다. 이러한 흐름 특성은 사행수로에서 곡률이 있는 부분에서 확실하게 확인할 수 있었으며, 홍수 흐름을 모의할 때 Non-Newtonian 특성과 같이 흐름에 영향을 미칠 수 있는 다른 특성에 대해도 고려해야 한다는 연구 가능성을 제시할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.339-339
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• 2015

우리나라는 매년 하절기에 급격한 강우로 인해 홍수의 발생빈도가 급격히 높아지고 있다. 이러한 홍수 발생으로 인한 재산 인명의 피해는 연평균 약 2조억원에 달하고 있다. 이러한 홍수 피해를 방지하기 위해 다양한 연구를 하고 있으며 본 연구에서는 홍수 흐름의 정확한 예측을 통해 홍수 피해 저감을 목표로 하고 있다. 기존의 연구에서는 홍수 흐름 예측을 하는데 있어 부정류 상태로 흐르는 홍수량에 따른 범람의 위치와 범위를 산정하는 것에 중점을 두었다. 그러나 홍수의 흐름은 물에 토사가 섞여 흐르는 혼합체의 흐름이기 때문에 홍수위 모의하는데 있어 물성치도 고려되어야 한다. 이러한 물성치 변화에 따라 홍수 흐름도 영향을 받을 것이라 생각하여 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서 Non-Newtonian 특성을 고려하기 위해 Non-Newtonian 흐름과 일반적인 홍수 모의가 가능한 수치모형을 사용하였다. 사전 연구로 일반 사행수로 형태를 구성하고 사행수로에서의 흐름 물질을 달리하여 흐름 모의를 수행하였다. 흐름물질은 크게 물과 토석류로 나뉘고 토석류는 항복응력과 점성 등을 달리하였다. 또한 다양한 유량으로 흐름 모의를 하여 흐름 범람 시의 특징도 비교해 볼 수 있었다. 모의 결과 사행수로에서 흐름의 차이를 볼 수 있었으며 다양한 형태로 결과를 분석해 보았다. 흐름의 속도와 수심을 다양한 흐름 단면으로 비교하였고 범람되는 지역의 범위와 위치도 비교해 볼 수 있었다. 이러한 흐름 특성은 사행수로에서 곡률이 있는 부분에서 확실하게 확인할 수 있었으며, 홍수 흐름을 모의할 때 Non-Newtonian 특성과 같이 흐름에 영향을 미칠 수 있는 다른 특성에 대해도 고려해야 한다는 연구 가능성을 제시할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.309-313
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• 2005

한강 하류부의 잠실 및 신곡 수중보가 흐름에 미치는 영향을 적절히 모의할 수 있도록 FLDWAV 모형을 수정, 개선하였다. 고정좌 측에서 발생하는 월류형 흐름에 대해서는 월류 유량 관계식을, 가동보 측에서의 하도형 흐름에 대해서는 Manning 형의 유량관계식을 각각 적용함으로써 복합적인 형태의 수중보 흐름을 모의하도록 하였다. 월류 유량식으로는 수중 위어형 및 자유 월류형 흐름에 대한 식들이 적용 가능하며, 가동보 개방 시 또는 미개방 시의 흐름을 모두 모의할 수 있다. 모형의 적용성을 검증하기 위하여 수중보 지점에서의 다양한 조건에 대하여 계산을 수행한 결과, 각 경우에 대한 배수효과가 잘 모의되었다. 평수시 흐름에 대한 모의 기능을 검사한 결과, 수중보의 존재로 인한 수위의 불연속성이 잘 모의되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.177-177
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• 2015

개수로에서 식생은 항력을 발생하여 평균유속을 감소시킬 뿐만 아니라, 식생영역과 비식생영역의 경계에서 유속 차를 발생시켜 일반 개수로 흐름보다 복잡한 흐름구조를 형성한다. 또한, 식생은 개수로 흐름에서 부피를 차지하여 식생영역의 유량을 감소시킨다. 일반적으로 식생이 식재된 개수로 흐름을 수치모의 할 경우 체적비를 고려하지 않을 때가 많다. 하지만 물과 식생의 체적비가 높을 경우, 식생에 의한 부피를 고려하지 않으면 실제 유속을 과다산정 하여 흐름모의가 정확하지 않다. 그러므로 식생이 있는 흐름을 정확히 수치모의하기 위해 식생의 체적비를 고려하여 실제 유속을 산정하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 식생된 개수로 흐름의 수치모의에서 체적비 도입의 필요성을 분석하였다. $k-{\varepsilon}$ 난류모형을 이용하여 수치모의를 수행하였고, 지배방정식에 식생항을 추가하여 식생이 식재된 개수로 흐름을 모의하였다. 식생 체적비를 고려하기 위해 지배방정식에 식생 체적비에 관한 항을 추가하였다. 체적비 도입의 필요성을 알아보기 위해 선행연구의 침수식생 실험수로를 대상으로 수치모의하였다. 식생밀도가 낮은 경우 식생 체적비의 고려 유 무가 모의결과에 미치는 영향이 작았으나, 식생밀도가 높은 경우에는 식생 체적비를 고려한 경우가 보다 정확한 모의결과를 도출 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.310-310
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• 2020

자연하천에서 식생의 성장은 유속 및 수위 변화에 중요한 영향을 미치며, 따라서 식생으로 인한 흐름저항은 흐름과 유사이송 모델링을 위한 중요 매개 변수가 된다. 즉, 수치 모델을 활용함에 있어 식생의 흐름 저항을 정확하게 추정하는 것이 매우 중요하며, 보다 정확한 추정을 위해 실험 혹은 현장 데이터를 활용한 보정과정이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 식생 패치를 포함한 인공 수로의 흐름 모의를 위해 실규모 실험 수로에서 측정된 유속 및 수위 데이터를 활용하여 모델보정을 수행하고자 한다. 이를 위해 공간 분포 별로 각기 다른 흐름 저항식의 적용이 가능하며, 식생 저항 공식을 포함하고 있는 Delft3D 모델을 활용하였다. 또한 실규모 수로에서의 유속 및 수위 데이터 수집을 위해 한국건설기술연구원 하천연구센터에서 실험을 수행하였다. 실험 구간의 길이는 약 120 m이고 하폭은 11 m이며, 국내 하천에서 보이는 식생패치의 유사한 형태를 재현하기 위해 하천 내 가장 많이 활착되어있는 버드나무와 유사한 형태의 인공식생을 제작하였다. 인공 식생은 지그재그로 배치되었으며, 식생의 전체 높이는 1.1 m이고, 각 패치 당 23그루의 인공 식생이 총 8개 패치에 식재되었다. 모의 조건은 상류단 유입 유량 2.805 ㎥/s, 하류단수위 98.764 m의 정류 조건을 적용하였다. 또한 식생 패치 구간에서의 흐름 저항 추정을 위해 Delft3D 모델 내에서 선택가능 한 Baptist의 비침수(Non-submerged)식을 적용하였으며, 항력계수 결정을 위해 1과 1.5를 적용하여 측정 수위와 비교하였다. Delft3D의 흐름 모의 결과, 항력계수 1.5를 적용했을 때, 측정 수위와 거의 일치하는 것으로 나타났으며, 항력계수 1.0을 적용했을 경우, 측정 수위에 비해 다소 낮게 모의되는 것으로 나타났다. 또한 항력계수 1.5인 경우 식생 패치 구간에서 평균 0.65 m/s의 유속이 발생하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.503-503
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• 2023

Hwang(2022; J.KWRA, 55, 10)은 수심 적분 모형으로 불연속 지형을 경사로 완화하지 않고 직접 해석하는 Hwang(2015; J.KSCE, 35, 6)의 기법이 적용된 수치 모형의 정확도를 높이기 위해 지형 전면에 실제로 작용하는 정수압 분포와 차이를 해명하는 흐름률 보정 계수(flux correction coefficient)를 도입하였다. 직각 광정 위어 실험 중에서 널리 알려진 다섯 가지 월류 실험으로부터 218회의 시행을 추려 실험과 모의에서 월류량 값이 서로 잘 일치하는 흐름률 보정 계수를 각각 산정하였는데, 이때 광정 위어를 지나는 흐름을 모의하기 위해 계산 영역을 평면 2차원으로 두고 삼각형 계산 격자로 분할하였다(Hwang, 2022). 실험에 사용된 실험 수로들이 수로의 길이 방향으로 그 폭이 일정하므로 옆벽의 영향이 크지 않다면 수로의 단위 폭에 모형을 적용함으로써 계산 영역의 차원을 한 수준 낮출 수 있다. 실질적으로 1차원 모의가 되어 모의 시간을 획기적으로 줄일 수 있으므로 다양한 분석이 가능하겠으나, 2차원 모의로부터 결정된 흐름률 보정 계수를 수정없이 그대로 적용하는 것이 적절한지 검토할 필요가 있다. 이 연구에서는 Hwang(2022)이 검토한 218회의 직각 광정 위어 실험 시행에 수로의 단위 폭에 불연속 지형을 직접 해석할 수 있는 Hwang(2015)의 1차원 모형을 적용하고 모의와 실험에서 월류량의 차이가 최소가 되는 흐름률 보정 계수를 각각 산정하였다. 결정된 흐름률 보정 계수의 평균값을 별도로 선정된 두 가지 직각 광정 위어 실험에 적용하였으며, 보정에 따른 모형의 성능을 평가하기 위해 Willmott의 일치 지표(index of agreement)를 이용하였다. 흐름률 보정 계수를 적용하였을 때, 한 실험 경우에 대해 모형의 성능이 대폭 개선됨을 확인하였고 성능 개선이 미미한 나머지 실험 경우는 보정 전에 일치 지표가 이미 상당히 높은 편이었다. 2차원 문제에 이어 1차원 모형의 적용에서도 흐름률 보정 계수를 결정함으로써 계단이나 직립 보와 같은 불연속 지형을 넘나드는 천수 흐름의 월류량을 더 쉽고 정확하게 파악할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.98-98
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• 2022

도수는 사류가 상류로 천이되며 흐름이 불연속적으로 변하는 현상이다. 도수는 롤러와 벽 제트와 같은 흐름이 발생하는 영역으로 구분되며 큰 에너지 손실을 발생시키므로, 보나 댐과 같은 수리시설물에서는 에너지 소산을 위한 목적으로 도수를 발생시킬 수 있다. 도수구간 중 롤러 영역에서는 공기가 유입되어 복잡한 3차원 2상 흐름을 발생시키므로 공기방울의 거동에 대한 정밀한 모의는 매우 중요한 것으로 평가된다. 그러나 현실적으로 롤러 영역에서의 작은 공기방울까지 재현하는 것은 어려운 일이다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 수문 아래에서 발생하는 자유도수를 수치모의하고 연행된 공기량에 대한 특성을 검토하였다. 롤러 영역에서 격자의 해상도를 다르게 하여 도수구간 내 공기의 체적비와 공기방울의 크기 및 공기방울의 거동을 분석하였다. 실내 실험자료에 난류모형을 적용하고 그 결과와 비교하여 모의 결과의 적정성을 확인하였다. 또한 도수구간에서 공기방울 거동의 정밀한 모의가 평균흐름 및 난류량의 종방향 변화에 미치는 영향을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.429-433
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• 2005

본 연구에서는 레이놀즈응력모형(RSM: Reynolds Stress Model)을 이용하여 부분 식생된 개수로 흐름을 수치모의 하였다. 부분 식생된 개수로 흐름에서의 평균유속 및 난류구조를 수치모의 하고 기존의 실험결과와 비교하였다. 그 결과 개발된 모형이 식생된 개수로 흐름을 매우 잘 예측하는 것으로 나타났다. 특히, 이차흐름 벡터도를 수치모의 한 결과 식생구간과 비식생 구간에서 방향이 서로 다른 새로운 이차흐름 구조가 형성되는 것으로 나타났다. 또한 주흐름방향으로의 최대유속이 비식생 영역의 수면 아래에서 발생되고, 식생 및 비식생 영역의 경계면에서 난류량이 최대 값을 갖는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.341-341
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• 2016

2차류는 주흐름 방향 유속에 비하여 작지만 유속을 재분포 시켜 흐름의 교란을 발생시키는 매우 중요한 인자이다(Woo, 2001). 2차류는 만곡부, 합류부, 분류부에서 흐름분리와 함께 나타나는 흐름특성 중 하나이지만 각 지점별로 2차류의 분포는 서로 상이하다. 하지만 국내에서는 만곡부에서의 2차류에 대한 영향에 대해서만 주로 연구가 이루어졌으며, 합류부와 분류부에 대해서는 연구가 아직 체계적으로 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 합류부와 분류부에서 2차류 영향을 고려한 2차원 수치모형을 적용하여 흐름특성 변화를 수치모의 하였다. 2차류 흐름을 고려한 수치모의를 위해 TELEMAC-2D 수치모형을 이용하였으며, 2차류의 영향을 고려하지 않고 계산한 SUPG기법을 적용한 모의결과에 대하여 Bernard and Schneider(1992)가 제안한 경험계수를 적용 후 그 결과를 실험결과와 비교분석하였다. 합류부(confluence)에서는 본류와 지류의 유량비가 증가할수록 흐름분리구역 길이와 최대폭이 증가하지만, 분류부(Bifurcation)에서는 분류수로 유량비가 증가할수록 흐름분리구역 길이와 최대폭이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 2차류를 제외한 수치모의에서 실내시험에서 제시한 분류유량비와 수심 및 유속분포를 동시에 충족시키기 어렵다. 반면 2차류 영향을 고려시 분기수로내 통수능을 감소시키는 흐름분리구역과 2차류의 상호작용에 의한 흐름정체효과로 분류유량비가 감소하였으며, 2차류 영향을 고려하여 모의한 결과 분류부 수치모의의 안정성과 정확성을 향상되었다. 하지만 본 모형에서 적용한 2차류 흐름관련 매개변수는 흐름특성에 따라 시행착오법에 따라 산출해야 하는 특성 때문에 향후에 추가적인 연구가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.309-309
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• 2020

직립 구조물을 지나는 천수 흐름의 해석에서 구조물에 의한 영향이 지배적인 그 전면과 비교적 덜한 그 위의 영역으로 구분하여 흐름률을 계산하는 새로운 기법이 제안되었으며, 그 모의 결과는 정확해, 가상의 문제에 대한 3차원 모의 결과, 그리고 실험 결과와 대체로 만족스런 일치를 보였다(Hwang, 2015; Hwang, 2016). 또한, Hwang (2019)은 측면 위어에 대한 부정류 실험(Kim, 2013)에서 직립의 측면 위어를 통해 수로와 저류지 사이의 흐름이 교환되는 실험 경우에 적용하여 새로운 기법에 의한 수치 모형을 시험한 바 있다. 이 연구에서는 측면 위어에 대한 Kim (2013)의 나머지 실험 경우에 대해서도 Hwang (2015)의 기법을 적용하여 불연속 지형을 이루는 직립 측면 위어의 월류량을 평가하였다.