• 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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• 2008.05a
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• pp.1742-1746
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• 2008

지금까지의 대부분의 2차원 수리해석 모형은 상류와 사류가 혼재된 불연속적인 천이류 흐름을 해석하기에 계산의 정확도 및 현실성에서 많은 문제를 보이고 있으며, 특히 계산과정에서 나타날 수 있는 마른하도의 처리에 있어서 많은 어려움을 겪고 있다. 본 연구의 목적은 유한체적기법을 사용하여 상류와 사류가 혼재하는 불연속적인 하천 천이류를 안정적으로 해석하기 위해 개발된 고정확도 수치모형의 자연하도 적용에 있으며, 또한 마른 하도로 전파되는 흐름 모의 및 계산과정에서 나타날 수 있는 마른하도 처리의 어려움을 해결함으로써 모형의 정확도와 안정성을 검증하여 실제 하천에서의 모형 적용성을 검토함에 있다. 이를 위해 본 연구에서는 흐름의 전파양상을 정확하게 반영할 수 있는 상류이송기법인 Godunov 기법과 관심격자의 좌우 격자 정보를 모두 사용하는 대표적 중앙차분기법인 Beam-Warming 기법의 장점을 모두 반영한 가중평균흐름률 (Weighted Average Flux) 기법을 사용하여 사각격자망의 구성을 통해 자연하도에 적용시킬 수 있는 2차원 유한체적모형을 개발하고자 하였고, 개발된 모형의 안정성, 정확도, 적용성을 검증하기 위해 직사각형 수로, 큰 사행비를 가진 만곡수로에 적용하고, 그 결과를 수리모형 실험결과와 비교, 분석하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.1
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• pp.45-55
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• 2015

In this study, when seawall or harbor gate is installed for coastal disaster prevention, a two-dimensional water analysis in the bay is carried out to consider the flood amount of river inflow and effect of harbor gate. The Yeongsan river and the port Mokpo area are selcected for the study region. Then, by analyzing the hydraulic characteristics of flood flow of the Yeongsan river, we analysed the compatibility of the results in the two-dimensional hydrodynamic model. A tw-odimensional water analysis were conducted for the four cases considering whether a harbor gate is installed or not, and whether the inland water boundary condition is considered or not, also with open sea boundary condition. The results of the two-dimensional water analysis shows that water level change near the port Mokpo area is mainly caused by the discharge of the estuary barrage of the Yeongsan river because the harbor gate was installed. In addition, it is revealed that the volume of reservoir created by the harbor gate and the estuary barrage is too much small compared to the volume of the discharge from the Yeongsan river. Therefore, when the harbor gate is installed in the open sea, we concluded that a flexible management between the harbor gate and the estuary barrage of the Yeongsan river is required. A initial water level of the bay and outflow from the harbor gate are proposed for disaster prevention in the coastal area of port Mokpo.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.248-252
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• 2010

홍수기 호우로 인한 피해는 대부분 하천구역에서 발생되며, 이러한 피해는 인간에게 직 간접적으로 영향을 미치게 된다. 자연 상태의 하천형상은 대부분 호우로 인한 홍수로 인해 자연스럽게 만들어지게 되며, 대부분 사행하천의 형태를 띠게 된다. 사행하천에서의 흐름의 기하학적 특성은 성장이나 사멸, 또는 두 가지 모두의 형태를 보인다. 사행하천에서의 흐름 및 유속 분포는 하천제방 보호, 주운, 취수, 그리고 유사 이동 및 퇴적 패턴과 관련하여 실용적인 관점에서 연구하여야 하는 하천수리학에서는 매우 중요한 주제이다. 그리고 사행하천은 특히 만곡부가 교호적으로 나타나는 곳에서의 흐름구조가 매우 복잡하다. 이러한 사행하천에서는 회전방향이 교호적으로 바뀌는 나선형의 흐름(2차류)이 3차원적으로 발생하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 사행하천이 많은 국내 하천특성을 고려하여, 하천 만곡부에서의 흐름특성을 분석하고자 하였으며 2차원 CCHE2D 와 3차원 FLOW3D 모형을 적용하였으며 가상 하도에 대하여 수리모형 실험의 실측치와 비교하여 모형의 정확성과 안정성을 검증하였다. 그리고 남강댐 하류에 대하여 만곡부의 흐름특성(유속 분포 및 최대유속경로, 수위분포, 2차류 거동, 편수위, 전단응력 분포 등)을 분석함으로써, 하천 만곡부에서의 수리적 특성을 보다 정확하게 제시하고자 한다. 모의 분석결과 동일 하도에 대하여 유량을 변동시킬 경우, 유량이 증가할수록 만곡부에서의 수리영향이 더욱 뚜렷해짐을 알 수 있었고 2차원 모형보다 3차원모형의 결과의 정확도가 더 높은 것으로 분석되었다. 곡률반경이 1,300~1,600 정도인 실제하천에 적용한 결과, 수위의 경우 2차원 결과가 3차원 결과보다 최대 3%정도 수위가 높은 것으로 나타났으며, 또한, 상관계수가 평균 0.91의 값을 보이고 있어 2차원모형과 3차원모형의 결과가 비교적 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 흐름 분석을 통해서 만곡부에서의 최대유속은 최정점(apex)에서 보다는 오히려 최정점 이전 하도의 내측에서 발생하였으며, 정점에서의 종단유속은 감소하지만 횡단유속은 오히려 크게 증가하는 경향을 보이고 있었다. 따라서 하천설계시 사행하천의 제방 안정성 확보를 위하여 종단유속 뿐만 아니라 횡단유속 또한 고려할 필요가 있음을 확인하였다. 또한 남강댐 하류 만곡부에서의 내측 및 외측의 수위를 분석한 결과, 제방 외측의 수위가 평균수위에 비해 최대 약 37cm정도 증가하는 것으로 분석되었다. 따라서 만곡부에 대한 하천제방설계시 좌, 우안의 여유고를 일률적으로 적용하기 보다는 만곡에 따른 흐름특성을 분석하여 설계에 적용하여야 안정성 및 경제성을 동시에 확보할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.436-440
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• 2006

하천에 대한 수질해석을 위해 범용적으로 사용되는 QUAL2E 모형은 대상구간에 유사한 수리 특성을 가지는 구간(reach)을 설정하여 주어진 유량에 대해 동일한 수심과 유속을 가지도록 구성되어 있다. 하지만 실제 자연하도에서는 여러 가지 수공구조물이나 지형변화로 인해 흐름변화가 매우 다양하게 발생하고 있다. 본 연구에서는 범용적으로 사용되고 있는 DWOPER 모형이나 HEC-RAS 모형과 같은 1차원 수리해석모형의 부등류 모의결과를 QUAL2E 모형에서 활용함으로써 실제 하천에서 발생하는 국부적인 흐름특성을 수질해석에 반영할 수 있는 수리연계모듈을 개발하였으며, 이를 한강의 팔당댐 하류구간에 대해 적용하였다.

• Journal of Wetlands Research
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• v.15 no.1
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• pp.91-103
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• 2013

In this Research, in order to improve problems of not enough technical validation and structural and hydraulic stability evaluation when nature-friendly revetment block is applied to field, hydraulic stability evaluation according to hydraulic behavior change of porosity soil block for vegetation reinforcement that secures ecological function was reviewed. By selecting object section, numerical analysis and hydraulic model experiments were performed; for numerical analysis, by using 1-dimensional numerical analysis model HEC-RAS and 2-dimensional numerical analysis RMA-2, one-dimensional(1D) and two-dimensional(2D) numerical analysis were performed; by applying Froude's similarity law, reduced-scale hydraulic model experiments according to vegetation existence were performed. In hydraulic model experiment, for validity of experiment result, the result of velocity and tractive force of reduced-scale hydraulic model experiments was converted to prototype so that it can be compared and reviewed under the same condition of one-dimensional(1D) and two-dimensional(2D) numerical analysis result; as a result, it was confirmed that comparatively united result appeared, and by comparing prototype-converted tractive force result with revetment's allowable tractive force coming from an existing research, block's hydraulic stability was suggested.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1609-1613
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• 2008

국내에서 하천 정비 사업을 수행할 경우에 HEC-RAS와 같은 1차원 수치모형을 이용하여 개략적으로 홍수위 및 단면평균 유속 분석을 통한 치수안전성을 검토하고 있다. 그러나 1차원 모형은 교량이나 보 등의 하천 횡단구조물에 의한 수위 상승 구간을 정확히 산정하기 어려우며 지류가 유입하는 합류지점이나 하도형상이 급변하는 지점에서의 국부적인 흐름의 변화양상을 계산하기에는 많은 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 감천과 직지사천이 합류하는 구간을 대상으로, 1차원 수치모형인 HEC-RAS와 2차원 모형인 FLUMEN을 이용하여 수위 및 유속분포 등 수리특성을 비교 분석하여 그 특성을 파악하였다. 모형의 적용 결과, 두 모형 모두 김천교 수위국의 실측치에 대해 절대오차율평균이 5% 이내이며 상관계수 및 결정계수가 1에 가까운 값을 보여 비교적 정확한 모의 결과를 보여주었다. 또한 두 모형 모두 교량 직상류부의 수위상승과 직하류부의 수위하강의 양상은 비교적 동일하게 나타났다. 그러나 수리구조물에 대한 영향을 1차원 모형이 잘 반영하지 못하기 때문에 합류부 상류구간의 교량 단면에서 수위 및 유속분포의 차이는 비교적 크게 나타났으며, 특히 합류부 직상류부의 교량단면에서의 수위분포는 $15{\sim}20%$ 정도의 차이가 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.419-423
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• 2005

2차원 하천흐름. 유사이동, 오염확산 해석을 위해서는 유한요소법(FEM) 등을 활용한 수치해석 모델이 사용되며, 이 때 모델링을 위해서 모의영역은 2차원의 요소망으로 구성하게 된다. 기존 국내 연구에서는 이러한 2차원 요소망 생성 및 수치해석을 위해 SMS 및 CCHE2D와 같은 외국의 상용 프로그램을 이용하였으나, "수자원의 지속적 확보기술개발 사업"의 일환으로 수행중인 "RAMS(River Analysis and Modeling System) 개발" 과제를 통해 순수 국산 2차원 수리해석 소프트웨어가 개발 중에 있다. 본 연구에서는 RAMS를 비롯한 기타 수리해석 모델에서 사용 가능한 2차원 범용 요소망 생성 프로그램을 개발하고자 다양한 요소망 생성 기법 및 국외 상용 2차원 수리해석 모델 프로그램에서의 메쉬 생성방법 등을 분석하여 프로토타입 메쉬 생성기를 개발하였다. 현재 개발 중인 요소망 생성 프로그램은 요소망 생성을 위한 기본 기능 외에도 생성된 요소망 데이터를 RAMS에 포함되어 있는 다양한 2차원 유한요소 모형의 입력자료 형태로 변환함으로써 수리해석에 적용가능하다. 이러한 범용 2차원 요소망 생성 프로그램의 개발은 안정적인 수치해석의 기반을 제공하고 다양한 하천흐름, 유사, 수질 해석 모델과 연계함으로써 하천의 수리학적인 거동을 보다 정확히 모의할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.175-175
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• 2011

하천을 횡단하는 구조물은 흐름을 지체시켜 상 하류에 급격한 수위차를 발생시키며, 이에 동반되는 국부유속의 증가는 제방 및 하상을 세굴시킨다. 제방 및 하상 세굴은 하천횡단구조물의 구조적 안정성에 영향을 주어 불안정한 상태에 이르게 할 수 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 하상유지시설 및 제방 보호공 등의 대책을 하천설계기준에 제시하고 있다. 하천설계기준에는 하천횡단구조물 보호시설의 종류, 설치길이 등이 명시되어 있으나, 보호공 제원 선정에 대한 구체적인 설계공식을 제시하지 않아 보완이 필요한 상황이다. 보호공 제원 선정 설계기준은 설계유속을 1차원 단면평균 유속으로 활용하는 국외의 설계공식을 활용할 수 있다. 그러나, 하천횡단구조물 주변의 흐름은 매우 복잡하므로 국외 설계공식을 그대로 적용하기에 앞서서 이에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 하천횡단구조물 주변의 흐름을 2차원 수치모형으로 재현하고 그 결과를 1차원 수치모의 결과 및 수리실험 관측결과와 비교하였다. 실험수로에 각기 다른 제원의 보호공을 설치하고 관측한 임계상태의 수리상황을 1, 2차원 수치모형으로 재현하였다. 각각의 모형에서 도출된 수리상황 결과를 비교 분석하여 보호공 제원 결정 공식을 검토하였다. 또한, 실제 하천구간에 임의의 보와 수제를 설치하고, 계획홍수량에서의 흐름특성을 비교하였다. 1, 2차원 모형에 의하여 도출된 관계를 분석함으로써, 하천횡단구조물 설계시 적용할 수 있는 보호공 제원 결정 설계공식을 제안하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.36 no.5
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• pp.761-776
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• 2003

Numerical models were employed to investigate the hydrodynamics of water flow in the lake behind a dam and the spillway where supercritical flows and negative pressures are likely to occur. In this study, 2-D model, RMA2 was employed to examine the upstream flow pattern and 3-D CFD model, FLUENT was used to evaluate the three-dimensional flow in the approaching region and flow distributions in the spillways and discharge culverts. The bathymetry and the details of structures were carefully taken into consideration in building the models. The results from applying the 2-D model for the planned Hantan River Dam show that large eddies, the velocity of which reaches up to 1 m/s are occurring in several places upstream of the dam. That means that the 2-D numerical model could be utilized to investigate the two-dimensional flow patterns after the construction of a dam. Three-dimensional numerical results show that the approach flow varies depending on stages and discharge conditions, and velocities at spillways, discharge culverts, and sediment flushing tunnels are differently distributed. The velocity distributions obtained from the numerical model and a hydraulic model at the centerline of spillways 100 m upstream of the dam show reasonably similar results. It is expected that 2-D and 3-D numerical models ate useful tools to help optimize the dam design through investigating the flow patterns in the spillway and at the upstream of the dam, which is not always feasible in hydraulic modeling.