• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권1호
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• pp.45-55
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• 2015

본 연구에서는 연안지역의 방재를 위하여 외해에 방조제를 설치하였을 때 유입하천의 홍수량을 고려하여 만내의 2차원 수리분석을 실시하였다. 대상지역으로 영산강과 목포항 해역을 선정하였으며, 먼저 영산강 살리기 사업으로 인한 하상준설 및 하도변화에 따른 영산강의 수위영향을 검토하기 위하여 HEC-RAS 모형을 적용하여 1차원수리분석을 실시하였다. 또한, 전세계적으로 사용되고 범용 및 상용화 되어있는 2차원 동수역학 모형인 SMS의 CMS-Flow 모델을 이용하여 외해에 Harbor Gate 설치를 통한 2차원 수리분석을 하고, 영산강의 홍수량에 대한 수리학적 흐름의 특성을 분석함으로써 2차원 모형의 적합성을 검토하였다. 2차원 수리분석은 방조수문 설치 유 무와 내수경계조건으로 영산강 유입량 적용 유무을 고려한 4가지 경우에 대하여 외해 경계조건을 부여하여 실시하였으며, 2차원 모형의 적용 결과 방조수문 설치로 인하여 목포항 해역의 해수면 변화는 영산강 하구둑의 방류량이 지배적이며, 방조수문과 하구둑에 의해 만들어진 저수지의 용적량이 방류량의 용적에 비해 많이 부족하므로 방조수문 설치시 영산강 하구둑과 방조수문의 유기적인 운영이 필요하다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국습지학회지
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• 제15권1호
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• pp.91-103
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• 2013

본 연구에서는 자연친화적인 호안 블록의 현장 적용시 충분한 기술적인 검증과 구조적, 수리학적 안정성 검토 등이 제대로 이루어지지 않고 있는 문제점을 개선하기 위해 생태적 기능을 확보할 수 있는 식생강화를 위한 다공성 소일 블록에 대하여 수리적 거동 변화에 따른 수리학적 안정성을 검토하였다. 대상구간을 선정하여 수치해석 및 수리모형실험을 실시하였으며 수치해석을 위해 1차원 수치해석모형인 HEC-RAS와 2차원 수치해석모형인 RMA-2를 이용하여 1, 2차원 수치해석을 실시하였고, Froude 상사법칙을 적용하여 식생 유, 무에 따른 축척된 수리모형실험을 실시하였다. 수리모형실험의 경우 실험결과에 대한 타당성을 위해 축척된 수리모형실험의 유속 및 소류력 결과를 원형으로 환산하여 1, 2차원 수치해석결과와 동일한 조건하에 비교 검토하였고 그 결과 비교적 일치된 결과가 나타난 것으로 확인되었으며 이에 따른 원형으로 환산된 소류력 결과를 기존 연구결과인 호안의 허용소류력과 비교함으로써 블록의 수리학적 안정성을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.761-776
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• 2003

본 연구에서는 사류 및 부압이 발생하는 자유수면을 가진 댐 상류 및 여수로에서 물의 흐름의 동수역학적인 거동을 파악하기 위하여 수치모형을 적용하였다. 댐 건설시, 댐 상류에서의 유동을 알아보기 위하여 2차원 수치모형인 RMA2를 이용하였고, 접근부에서의 3차원적 흐름과 여수로, 방류관 등에서의 흐름분포를 평가하기 위하여 3차원 CFD 프로그램인 FLUENT를 사용하였다. 수치모의에서는 지형 및 구조물에 관한 세부인자들이 수치모형을 구성하는 데 사용되었다. 한탄강 댐에 적용한 2차원 수치모의 결과, 댐 상류부 여러 지점에서 최대 유속이 1 m/s에 이르는 와류가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 2차원 수치모형이 댐 건설 후 상류하천의 2차원적 유황을 규명하는 데 유용하게 활용될 수 있음을 의미한다. 3차원 수치모의 결과, 수위와 방류조건에 따라서 댐 직상류의 3차원 접근 흐름의 변화가 발생하고 있으며, 여수로, 방류관, 배사관으로 배출되는 유속이 상이하게 나타나고 있음이 밝혀졌다. 댐 상류 100 m지점에서 댐 여수로 중심선에 대한 유속 분포 모의치를 수리모형실험에서의 측정치와 비교한 결과, 두 값이 비슷하게 나타났다. 본 연구 결과, 2, 3 차원 수치모형이 댐 상류부 및 여수로의 흐름을 해석하는 데 있어서 수리모형실험에서 쉽게 수행하기 어려운 다양한 조건을 모의함으로써 댐 설계 최적화에 기여할 수 있으리라 판단된다.