• 물과 미래
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• 제48권10호
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• pp.63-70
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• 2015

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1750-1754
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• 2010

구조물 주변의 국부세굴에 대한 예측은 현장관측 및 수리실험 결과를 이용한 다양한 경험식과 수리모형 실험, 수치 모의 등을 통하여 이루어진다. 본 연구에서는 최근 국내에서 많이 사용되고 있는 3차원 수치모형인 FLOW-3D의 세굴분석 능력 검토를 제고하기 위하여 민감도 분석을 실시하였다. FLOW 3D의 입력 매개변수는 평균입경(Average particle diameter), 유사 비중(Density of the sediment particle), 한계 무차원 소류력(Critical Shields number), 세굴 조절개수(Scour erosion adjustment), 한계 유사비(Critical sediment fraction), 점착성 유사비(Cohesive sediment fraction), 유사 항력(sediment drag force), 안식각(Angle of repose)이 있다. 이 중에서 평균입경, 안식각, 세굴조절개수, 한계 유사 fraction 등의 매개변수에 대해 초기값을 중심으로 일정 비율로 구분하여 민감도 분석을 실시하였다. 주요 매개변수의 민감도 분석 결과는 수리실험 결과치와 비교 검토 후에 민감도의 변화 범위와 선행하여 조정할 수 있는 매개변수를 제시할 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 수공구조물 주변의 국부 세굴에 관한 해석시 FLOW-3D를 이용한 분석에서 보다 신뢰도 높은 결과 산출이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.696-696
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• 2012

호안은 유수의 침입으로부터 제방 및 하안의 침식 피해를 방지하기 위해 제방에 설치되는 구조물이다. 침식에 의한 제방 및 호안의 대표적인 붕괴특성 중에는 만곡부, 하천 급경사, 지형의 간섭효과 등이 있다. 특히, 만곡부는 원심력, 2차류 등에 의한 수위상승 및 유속증가로 제체에 응력 집중이 발생되어 안정성 저하를 유발할 수 있다. 또한, 만곡부의 흐름 방향전환 현상은 하도내 통수능 저하를 발생시켜 홍수피해를 가중시킬 수 있다. 따라서 하천특성상 만곡부에 의해 발생할 수 있는 홍수피해 요소를 저감시킬 수 있도록 적합한 피해저감대책을 마련할 필요가 있다. 제방의 보강대책으로서 활용되고 있는 호안은 역학적인 측면에서 외력과 저항력의 크기에 따라 안정성이 평가되어야 하며 지역여건 등에 따른 만곡부의 수위상승 및 제방 침식 등을 고려한 설계가 수행되어야 한다. 국내 실무에서 적용되고 있는 호안설계방법은 하천설계기준 해설(2009)을 참고하고 있는데, 흐름현상 및 만곡부 특성 등에 대하여 경험과 이론의 양면을 고려한 설계를 수행하도록 제안하고 있다. 이는 호안 안정성에 대한 역학적 검토 방법의 한계로 비합리적 설계가 될 우려가 있다. 따라서 만곡부에 의한 유속 및 소류력 등 흐름특성을 고려한 정량적인 평가기법이 요구되는 상황이다. 본 연구에서는 수리실험을 통해 만곡에 의한 흐름영향과 수리학적 거동 및 설계요소를 파악하고자 만곡부에 사석호안공을 설치하여 흐름전환 및 유속변화에 따른 사석호안공의 이탈현상을 재현하였다. 실험수로는 곡률반경( )이 4.5 m인 만곡부가 3개소 발생하는 폭 2.3 m, 길이 25 m의 다중 사행수로 형태이다. 실험수로 우안의 1V:2H 경사면에 10, 20, 30, 40, 50 mm 사석을 크기별로 설치하여 만곡에 의한 유속변화 등 흐름현상과 호안공 이탈을 관찰하였다. 수리실험은 고정상으로 수행되었으며 정상류 흐름조건에서 공급유량별 하류단 수위 조절을 통해 만곡부내 호안 공 이탈을 발생시키는 설계인자를 도출하고자 유속과 수심을 측정하였다. 실험결과를 바탕으로 사석호안공 설계시 1차원 접근유속에 만곡 영향을 고려하여 대표유속으로 적용하는 방법의 특성을 파악하고, 사석호안공의 이탈유속과 만곡에 의한 흐름특성간의 상관관계를 분석하여 제원결정기법을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.719-723
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• 2010

일반적으로 유량측정방법 중에서 파샬플룸은 유속이 매우 느리거나 토사유입이 많은 지점에서 위어에 비해 상대적으로 유리한 유량 계측기이다. 국제표준화기구(ISO : International Organization for Standardization)에서 파샬플룸의 규모별 규격화된 경험식을 제안하고 있으나 수리모형실험이나 수치모의를 통한 체계적인 연구는 다소 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 ISO 규격 파샬플룸에 대하여 경험식과 수치모의를 비교하여 파샬플룸에 대한 수치모의의 적정성을 검토하였고 ISO 규격을 따르지 않는 임의규격의 파샬플룸에 대하여 동일 조건의 수리모형실험 및 수치모의 결과로 비교 검토하였다. 수리모형실험에서는 다양한 유량 유입조건 및 수심조건에 따른 파샬 플룸 내 상 하류 수심을 측정하였으며, 수치모의를 통해 측정된 값과 비교한 결과 오차는 평균 4% 내외로 나타났다. 수치모의결과를 이용하여 유량산정공식을 도출한 후, 실험값과 비교하였다. 그 결과 오차는 최대 2.3%로 나타났으며 이에 따라 파샬플룸의 규모를 결정하기 위한 수치모의는 타당한 것으로 판단된다. 파샬플룸의 규모결정시 실제 지형과 유입부 형상 등을 고려한 수치모의를 수행하고 본 연구에서 배제했던 잠수월류에 대해서도 추후 연구를 수행한다면 1차원적인 경험식이나 측정시 오차가 발생하기 쉽고 수행 과정이 까다로운 수리모형실험을 보완할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권2호
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• pp.109-120
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• 2018

본 연구에서는 직선 개수로 내 설치된 50% 잠긴 수제 모형 주위에서 발생하는 3차원 흐름 현상 연구를 위한 수리모형실험이 수행되었다. 수리모형실험은 두 가지 Froude 수($Fr{\simeq}0.10$와 $Fr{\simeq}0.18$)에서 수행되었다. 그리고 본 실험 결과를 잠기지 않은 수제 실험결과(Jeon and Kang, 2016)와 비교하여 수제의 잠김 흐름 발생에 따른 흐름 변화를 관찰하였다. 시간평균유속과 난류에너지를 구하기 위해 초음파 유속계를 이용해 3차원 실시간 유속을 측정하였고 시간평균 수위를 측정하기 위해 초음파 거리 센서를 이용해 실시간 수위를 측정하였다. 수제의 잠김 흐름 발생은 3차원 유속분포에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1264-1268
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• 2005

본 연구에서는 2002년부터 2004년까지 3년에 걸쳐 한강고수부지(반포지구)에서 수목 식재에 따른 수리적 영향을 수치모형 및 현장조사를 통하여 평가하였다. RMA-2모형을 이용하여 분석한 결과 수목 식재전$\cdot$후로 수위는 3 cm 증가하고 유속은 4 cm/s 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 식재로 인한 수리량의 변화는 매우 미미한 것으로 나타났다. .현장조사를 통해 얻은 실측자료도 홍수 시 수목 식재에 의한 하천수리특성에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 매년 홍수기간 동안 보여 지는 침수양상에 따라 수리특성이 상이하게 나타났다. 그러므로 지속적인 자료 수집을 통하여 다양한 침수상황에 다른 기초 수리자료를 축척하고 정밀 분석할 필요가 있다. 또한 수리모형실험을 통해 현장조사 및 수치모형 결과와 비교$\cdot$분석하여 상호보완 할 필요성이 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.140-140
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• 2018

다수의 자연 하천은 사행의 형태를 가지고 있으며 자연 상태에서의 직선 하천 형태는 비율이 20% 이하이다. 이러한 하천의 사행 형상으로 인하여 편수위 발달, 횡방향 압력의 불균형, 그리고 수심차에 의한 원심력이 발생하여 이차류 흐름이 발생된다. 정확한 이차류 구현을 위해서는 3차원 모형을 사용하는 것이 바람직하나, 3차원 모형의 격자 구성과 사용에서는 상당한 시간 및 노력이 요구되기 때문에 수심적분 2차원 모형을 사용하면서도 이차류의 영향을 구현하기 위한 연구들이 이루어졌다. 본 연구에서는 이러한 이차류의 영향을 2차원 모형으로 구현하고자 하였으며 이를 위해 이차류 연직 분포에 대한 기존 연구를 검토하여 새로운 이차류 공식을 개발하였다. 그리고 한국건설기술연구원 하천실험센터의 실규모 실험을 통해서 이차류 공식에 사용되는 계수를 보정하였다. 이처럼 개발된 식은 이차원 수리해석 모형인 HDM-2D에 적용되었다. HDM-2D는 수심 적분된 2차원 운동량 방정식을 지배방정식으로 사용하는 수리해석모형으로서, 이차류의 영향을 반영하기 위하여 개발한 황방향 유속의 연직분포식을 분산 응력항에 대입하여 이차류에 의한 전단 효과를 구현하였다. HDM-2D 흐름 모의 수행 결과와 하천실험센터 실험결과와 비교하여 이차류 효과가 주 흐름 유속의 분포에 미치는 영향을 확인하였다. 분석 결과, 모의 결과는 실험에서 발생하는 유속의 주 흐름 분포가 바깥쪽으로 편중되는 현상을 적절하게 재현함을 알 수 있었다. 모의 결과를 통해 HDM-2D 모형이 이러한 이차류 영향을 구현할 수 있음을 확인하였으며, 사행수로에서 주 흐름분포의 재분배는 하천 환경에서 유사 이동 및 오염물 이동에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.571-575
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• 2012

하구역에서의 대표적인 수리특성인 염수쐐기현상에 대한 정확한 이해는 하구역 수질 및 환경관리 측면에서 필수적인 사항이다. 본 연구에서는 정상염수쐐기 경계층 거동에 대한 실험적 연구결과와 3차원 전산유체역학 프로그램인 FLOW-3D를 이용한 수치모의 결과를 비교해봄으로써 염수쐐기현상에 대한 3차원 수치모형의 적용성을 살펴보았다. FLOW-3D를 이용하여 실험장치의 수로구간을 구성하고 경계조건으로 염수의 수위와 담수의 유량을 입력하였으며 밀도차를 두어 이층류가 발생하도록 모의하였다. 모의결과를 통해 시간평균농도와 표준편차를 무차원화하여 단면별 연직분포를 알아보고 각 단면을 중첩하여 경계층의 거동을 살펴보았으며 염수쐐기길이와 염수심을 무차원화하여 밀도프루드수의 변화에 따른 염수쐐기형상을 살펴보았다. 그리고 각 결과를 기 수행된 실험결과와 비교해 보았다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.49-56
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• 2023

해안구조물 설계시 허용평균월파량은 설계요소 중의 하나이며, 구조물의 마루높이는 구조물의 안전, 보행자의 안전 및 운영 등에 요구되는 월파량 이하가 되도록 하여야 한다. 본 연구에서는 경사식구조물의 기하학적 형상을 고려하고, 다양한 수심조건에서 평균월파량 계측을 위한 2차원 수리실험을 수행하였다. 수리실험은 서로 다른 파형경사, 상대여유고, 상대파고 등을 적용하여 수행되었다. 실험결과를 이용하여 경사식구조물의 평균월파량을 산정할 수 있는 경험식을 제안하였다.