• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.615-619
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• 2010

4대강 살리기 프로젝트 중 하나인 금강 살리기에는 현재 금남보, 금강보, 부여보가 신설 예정이다. 본 연구에서는 금강 살리기 사업 중 부여보에 대하여 계획홍수량인 100년빈도 유량의 흐름 예측을 위한 1 2차원 수치해석과 수리적인 형상을 실제 흐름으로 관찰하기 위한 수리모형실험을 실시하여 부여보의 치수안정성을 검토 및 분석하였다. 본 연구를 위하여 1차원 수치해석은 HEC-RAS모형, 2차원 수치해석은 SMS RMA2 모형을 사용하였다. 수리모형 실험은 부여보 기준 상 하류 3km 구간에 대하여 축척 1/60 정상모형으로 제작하였다. 그 결과 부여보 상 하류구간에서 원활한 흐름특성이 나타났으며, 100년빈도 유량에 대하여 수치해석과 수리모형실험 모두 계획홍수위를 넘지 않는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.403-407
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• 2007

본 연구에서는 개수로 흐름에서의 오염물질 거동 특성에 대해 분석하였다. 이를 위해 개수로 흐름을 등류상태로 가정하여 3차원의 수직모형을 구성하고 운동량 방정식과 스칼라 수송방정식에서의 난류 폐합을 위해 레이놀즈응력 모형 및 GGDH 모형을 사용하였다. 개발된 모형을 이용하여 복단면 수로에서 오염물질이 점으로 주입된 경우에 대해 난류 흐름 및 오염물질의 농도 분포를 수치모의 하고 기존의 실험 데이터와 비교하였다. 그 결과 개발된 모형이 개수로 흐름에서의 평균유속 및 난류구조, 오염물질의 농도 분포 등을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 특히, 이차흐름의 영향으로 인해 최대 농도 값의 위치가 거리에 따라 이동하는 것으로 나타났으며, 농도 분포 역시 정규분포에서 거리에 따라 점차 왜곡되는 것으로 확인되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권4호
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• pp.349-360
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• 2012

본 연구에서는 3차원 점성 흐름에 적용될 수 있는 비정수압 자유수면 모형을 수평방향 직교 곡선좌표계에서 개발하였다. 개발된 수치모형은 엇갈린 격자를 사용함으로써 발생되는 자유수면에서의 경계조건 종결 문제를 수면층 방정식을 도입하여 해결하였으며, 난류의 유동 해석을 위한 폐합식으로 등방성의 k-${\varepsilon}$ 난류모형을 이용하였다. 본 연구에서 운동량방정식은 이송-확산항만으로 중간단계의 유속을 예측하고, 압력 및 중력을 포함하는 생성항과 연속방정식을 결합하여 다음 시간단계의 유동장을 결정하는 계산 단계 분리법을 이용하였다. 수치모형의 적용성 평가를 위하여 폐쇄된 2차원 수조에서의 취송류, 급경사를 가지는 2차원 수로에서의 흐름, 원심력에 의한 이차류 흐름특성 분석을 위한 3차원 급변 만곡류에 대한 모의를 실시하였다. 수치모의 예측치는 수리모형 실험값과 수위, 유속, 난류특성 등에서 일치하는 양상을 보이는 것이 확인되었다.

• 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 2022년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2022

바닥에서 생성되는 난류는 순간적으로 강한 모멘텀을 바닥에 전달함과 동시에 바닥에 있는 입자를 움직이게 한다. 경계층 내 난류 운동에 대한 분석은 다양한 유사 이송 문제를 이해하기 위해 필수적이며 이에 따라 많은 선행 연구들은 실험실 실험을 통해 해당 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 선행 연구에서 사용하지 못했던 진보된 실험 방법을 활용하여 바닥 경계층 내의 난류 운동에 대해 확인하고 해당 운동에 의해 관성 입자의 움직임이 어떻게 발생하는지에 대하여 물리적으로 설명하고자 한다. 다양한 흐름 조건에서 3가지의 입경 크기를 가지는 모래 입자를 가지고 실험을 수행하였으며, 실험 조건별 고해상도 유속장 및 관성 입자의 움직임은 3차원 입자 영상 유속계 (Particle Image Velocimetry; 이하 PIV)와 입자 추적 유속계 (Particle Tracking Velocimetry; 이하 PTV)를 동시에 적용하여 파악하였다. 취득된 3차원 유속장과 입자 궤적을 기반으로 실험 조건별 흐름 및 입자 거동 특성에 대해 분석하였으며, 관성 입자의 움직임을 발생시키는 3차원 난류 운동은 측정된 유속장에서 산정한 Q-criterion 값을 기반으로 도식화하였다. 측정값 내에는 난류 운동에 대한 정보와 더불어 잡음이 포함되어 있으므로 이를 제거하고자 적합 직교 분해 (Proper Orthogonal Decomposition; 이하 POD) 방법을 적용하였다. 그리고 POD로 추출한 유속장을 통해 바닥면 부근에 존재하는 헤어핀 와류 운동 혹은 와류 묶음과 같은 난류 고유 구조를 파악하였다. 해당 와류 운동들의 3차원 난류 특성을 확인하고자 비등방성 불변 지도(anisotropy invariant map)를 활용하였으며 경계층 내부에서 난류의 형태가 흐름 방향으로 늘어진 럭비공 형태임을 확인하였다. 마지막으로, 입자의 움직임을 발생시키는 난류 이벤트를 결정하고자 사방구 분석 (Quadrant analysis) 기법을 적용하였으며 흐름 조건별로 입자를 움직이게 하는 난류 이벤트는 달라짐을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.252-252
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• 2021

하천 합류부의 흐름거동은 단일 하천 흐름거동에 비해 복잡한 흐름 특성을 나타낸다. 하천의 본류와 지류가 만나는 합류지점에서는 유량비, 합류각의 변화에 따라 전단면(shear plane), 재순환류(recirculation zone)가 발생할 수 있다. 이러한 하천 합류부의 복잡한 흐름특성은 하상의 침식 또는 퇴적을 야기할 수 있고, 수심의 변화, 수생태 변화 등을 일으켜, 하천환경 변화에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 2차원 흐름해석모형 HDM-2D를 이용하여 하천합류부에서 2차원 흐름 모의를 수행하였으며, 합류각의 변화에 따른 흐름특성 변화를 분석했다. HDM-2D 흐름모의 결과의 검증을 위해 90° 각도의 합류수로에 대한 Weber et al.(2001)의 실험결과를 이용했다. 그 결과, 합류지점 하류에서 발생하는 재순환류 및 수위하강, 유속의 변화 등의 수치모의결과가 실험결과와 유사한 변화를 나타냈다. 지류 합류 각도의 변화에 따른 하류 흐름변화를 비교하기 위해 3가지 합류부 각도(30°, 45°, 60°)에 대해 흐름모의를 수행했다. 합류지점의 흐름특성을 분석하기 위해 합류지점의 계산격자를 세밀하게 구성했다. 합류지점 하류에서 발생하는 재순환류의 길이와 최대 폭의 변화로부터 재순환류 발생면적을 계산하였으며, 합류각도의 변화에 따른 흐름특성을 비교 분석 하였다. 흐름모의 결과, 본류와 지류의 합류각이 30°일 때 합류부 내측의 재순환류가 거의 발생하지 않았으며, 합류각이 45°이상일 때 합류각 증가에 따라 재순환류의 폭과 너비가 증가하는 결과를 나타냈다. 또한 합류각 증가에 의해 재순환류 발생 면적이 증가함에 따라 합류부 하류의 수심이 더 큰 폭으로 감소하는 결과를 나타냈다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권5호
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• pp.1463-1476
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• 2014

본 연구에서는 파랑과 흐름이 공존하는 하구 주변의 수리특성 및 지형변동특성을 이해하기 위하여 새롭게 3차원 지형변동 모델을 개발함과 더불어 3차원 파동장 모델과 양방향 연성 수치모델을 제안하였다. 그리고 파랑-흐름 공존장에서의 파고분포, 연직유속분포, 해저파이프라인 저면의 지형변동 및 고립파 내습 시에 해빈 저면 부유사 농도의 시간분포에 관한 수리모형실험결과들과 비교 분석하여 개발한 연성 수치모델을 검증하였다. 이로써 본 연구에서 개발한 연성 수치모델의 타당성 및 유효성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 이 연성 수치모델이 파랑과 흐름이 공존하는 하구지역의 지형변동 예측에 적용이 가능한 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.338-338
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• 2016

준설은 흙 또는 모래, 자갈을 파내는 작업을 말하는 것으로, 준설의 목적은 수로, 하천, 항만공사에서 수심의 증가 및 수심을 유지하기 위함이다(산업안전대사전, 2004). 이러한 준설은 하천의 흐름 특성 및 제반 여건 변화를 수반하기도 한다. 준설 직후 낮아진 하상으로 인하여 수위가 감소되는 경우가 있으며, 반면에 수위 저하를 동반하지 않는 경우(저수지와 연결된 준설), 준설 부근에 퇴적이 발생하며 이는 하천의 수위 상승으로 연결될 수 있다. 이러한 수위 상승은 홍수 시 제방의 월류 가능성을 높이는 등 하천의 치수 안전성에 문제를 야기할 수 있다. 본 연구에서는 준설로 인한 하천의 수위 상승에 초점을 맞추었다. 기존 연구에서는 대부분 이러한 현상분석을 위해 수치해석을 이용하였으며, HEC-6, CCHE2D, GSTARS 등의 1, 2차원 수치해석 프로그램을 이용하였다. 그러나 1, 2 차원 수치모형은 수심에 따른 흐름특성을 충분히 반영하지 못하는 한계점을 가진다. 이에 본 연구에서는 3차원 수치해석 모형인 SCHISM을 이용하였다. SCHISM은 하구역의 흐름특성을 분석하기 위해 개발된 프로그램으로, 본 연구와 같이 단면의 급 확대부의 수치해석에 적합한 프로그램이라고 판단된다. 기존연구를 바탕으로 하상변동에 영향을 주는 인자를 산정하여 무차원화 하였으며, 하상 변동량 및 수위상승 영향의 민감도 분석을 수행하였다. 무차원인자는 준설깊이/상류수심(H/hu), 하류하폭/상류하폭($W_d/W_u$), 하류수심/상류수심($h_d/h_u$), 유량(Q)으로 결정하였다. 수치해석에 이용된 지형은 1: 2 경사의 제방을 가진 직선수로이며, 준설 구간을 기준으로 상 하류 각각 1,000 m의 길이를 확보하였다. SCHISM 수치모의를 통하여 민감도 분석을 수행한 결과 모든 수치해석 case에서 퇴적으로 인한 상류수위의 증가를 확인 할 수 있었다. 또한 하류수심/상류수심은 준설부 퇴적 및 상류 수위 상승에 가장 큰 영향을 주는 인자로 나타났다. 본 연구는 하천 준설 계획 시 참고자료로 활용이 가능할 것이며, 준설로 인한 하천수리특성 변화의 선행연구로써 의미가 있다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1348-1352
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• 2007

국내에서는 만곡 하천 횡단 구조물에 의한 흐름 분석이 대부분이며, 만곡부 상 하류에 걸쳐 사교(skew bridge)의 형태로 존재하는 교량에 의한 흐름 분석이 부족한 실정이다. 따라서 불규칙 삼각망을 이용하여 유한 체적법에 기반을 둔 2차원 모형으로 FLUMEN 모형을 선정하여 만곡부 상 하류에 사교형태로 위치한 교량에 의한 흐름 특성 변화를 분석하였다. 만곡부 상 하류부에 걸쳐 교량 건설 전후의 5개 횡단면과 하천중심선을 기준으로 3개의 종단면 흐름 특성을 분석하고, 1차원 수리모형 결과와 비교하였다. 만곡 상류부에 위치한 교량 상류 수심 분포는 대략 2.7%의 상승을 나타내고 유속은 우안에서 교량 건설 전보다 증가하며, 좌안 근처에서는 감소하여 분포하였다. 또한 만곡 출구부에 위치한 교량 하류부에서는 수심의 횡단분포는 교량 건설 전후 거의 일치하지만, 유속은 교량 건설 전보다 만곡 내측 주변에서 증가하고, 최대 유속 또한 약 6.5% 증가하여 만곡 내측에서의 단위 폭당 유량 증가가 명확하게 나타났다. 만곡부에서는 교량 건설 후 유속은 $4.39{\sim}7.02%$ 감소하며, 수심은 교량 건설 전에 비해 $3.27{\sim}4.76%$ 증가하여 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1397-1401
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• 2007

낙동강에 위치한 하회마을의 점사주는 상류에 안동 및 임하 다목적댐이 건설되면서, 수량이 조절됨에 따라 토사수리학적 특성이 상당히 변화되었으며, 식생이 발생하는 등 옛 모습을 상실해 가고 있는 지역이다. 이 연구는 낙동강의 중상류에 위치한 하회지구에 평면 이차원 하상변동 및 수질예측 수치모형인 KU-RLMS 모형을 적용하여 하회마을 앞의 점사주에 영향을 미치는 수리학적 특성 변화를 규명할 목적으로 수행하였다. KU-RLMS 모형은 하천 및 저수지의 국부적인 수리, 수질, 유사이동 해석을 위해 개발된 평면 이차원 비정상 수치모형이다. 직사각형 격자를 사용하는 유한차분법의 단점을 보완하기 위해, 흐름 계산을 위한 지배 방정식은 3차원 Reynolds 방정식으로부터 수심적분된 2차원 연속방정식과 운동량방정식을 불규칙한 경계를 현실적으로 모사할 수 있는 직교곡선 좌표계로 변환한 방정식을 사용한다. 안동다목적댐과 임하다목적댐의 방류량, 수공구조물 설치 여부 등을 고려하여 수치모의조건을 결정하였으며, 각 조건에 대한 흐름 변화특성을 분석하였다.