• 대한토목학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.111-121
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• 1993

본 연구는 충적하천(沖積河川)에서 실측된 자료를 이용하여 한 하천지점에서 유량의 변화에 따른 하상형태의 변화와 그에 따른 하천마찰의 변화를 검토하는 것이다. 본 연구는 다음과 같은 조건의 하천상태에 국한한다: (1) 하폭 100m 내외의 중규모 하천, (2) 하천선형이 직선이고 하천단면의 변화가 적어 하상마찰 이외에 특별한 에너지 손실요인이 없는 하천, (3) 프루우드 수가 0.5 이하인 저수류영역(低水流領域) 하천. 본 연구에서 얻은 주요 결론을 요약하면 다음과 같다: (1) 매닝의 조도계수(粗度係數)는 평탄하상(平坦河床)의 경우 0.02정도에서 사구(砂丘) 형성시 0.05 정도로 2배 이상 증가한다. (2) 충적하천의 조도계수는 Strickler 공식 형태의 고정상 하천에 대한 조도계수 추정방법으로는 얻을 수 없다. (3) 기존의 하천시설기준에 수록된 이동상 하천에서의 조도계수 추정방법은 실제하천에 적용하는데 있어 한계가 있으며, 우리나라 자료를 이용한 구체적인 연구가 요망된다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제7권4호
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• pp.435-460
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• 2017

The main objective of this study is to investigate the turning and zig-zag maneuvering performance of the well-known naval surface combatant DTMB (David Taylor Model Basin) 5415 hull with URANS (Unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes) method. Numerical simulations of static drift tests have been performed by a commercial RANS solver based on a finite volume method (FVM) in an unsteady manner. The fluid flow is considered as 3-D, incompressible and fully turbulent. Hydrodynamic analyses have been carried out for a fixed Froude number 0.28. During the analyses, the free surface effects have been taken into account using VOF (Volume of Fluid) method and the hull is considered as fixed. First, the code has been validated with the available experimental data in literature. After validation, static drift, static rudder and drift and rudder tests have been simulated. The forces and moments acting on the hull have been computed with URANS approach. Numerical results have been applied to determine the hydrodynamic maneuvering coefficients, such as, velocity terms and rudder terms. The acceleration, angular velocity and cross-coupled terms have been taken from the available experimental data. A computer program has been developed to apply a fast maneuvering simulation technique. Abkowitz's non-linear mathematical model has been used to calculate the forces and moment acting on the hull during the maneuvering motion. Euler method on the other hand has been applied to solve the simultaneous differential equations. Turning and zig-zag maneuvering simulations have been carried out and the maneuvering characteristics have been determined and the numerical simulation results have been compared with the available data in literature. In addition, viscous effects have been investigated using Eulerian approach for several static drift cases.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.14-14
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• 2021

개수로에서는 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 관수로에 비해 상대적으로 매우 작고, 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측면에서만 작용하게 된다. 이러한 평균 전단응력 개념은 흐름에 의해 경계면 구성재료가 이동하는 이동상 수리학에서 유사이송 능력을 해석하는 기준이 되며, 경계면의 전단응력은 힘으로 표시하여 통상 소류력이라 한다. 이러한 복잡한 유체거동은 하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 국내 하천의 경우 한계유속과 한계소류력에 의해 하천설계에 적용되고 있다. 한계 유속의 경우 간단한 수식에 의해 산정될 수 있지만 실제 하천의 보호능력을 대표하기는 힘들기 때문에 한계소류력이 동시에 고려되어야 한다. 한계소류력은 개수로 흐름에서 복잡하게 발생하는 이차류나, 난류 특성에 의해 산정하거나 예측하기는 매우 어렵다. 한계 소류력 뿐만 아니라 하천을 구성하는 재질의 조도계수 역시 균일하지 못하고 매우 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 양상을 나타내는 수리학적 요소에 대해 표준화된 실험수로에서 실험을 통해 평가하고, 체계화된 설계 지침이 되고자 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로와 경사의 영향에서 자유롭게 평가를 진행하고자 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하였다. 본 연구에 사용된 장치는 난류유속 u', v'을 이용하여 Reynolds stress산정하여 Total shear stress를 추정하는 기법을 사용하여 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.55-55
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• 2020

개수로 흐름에서 유체특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 특히 홍수가 발생하거나 유속의 증가에 따라 유체의 거동은 복잡하고 예측하기 어려워진다. 이러한 복잡한 유체거동은 하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 국내 하천의 경우 한계유속과 한계소류력에 의해 하천설계에 적용되고 있다. 한계 유속의 경우 간단한 수식에 의해 산정될 수 있지만 실제 하천의 보호능력을 대표하기는 힘들기 때문에 한계소류력이 동시에 고려되어야 한다. 한계소류력은 개수로 흐름에서 복잡하게 발생하는 이차류나, 난류 특성에 의해 산정하거나 예측하기는 매우 어렵다. 한계 소류력 뿐만 아니라 하천을 구성하는 재질의 조도계수 역시 균일하지 못하고 매우 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 양상을 나타내는 수리학적 요소에 대해 표준화된 실험수로에서 실험을 통해 평가하고, 체계화된 설계지침이 되고자 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로와 경사의 영향에서 자유롭게 평가를 진행하고자 무경사수로에서 실험연구를 통해 제방 재료의 안정성 평가방법을 제시하고, 재체의 안정성 평가를 위한 실험진행은 기 개발된 바닥응력을 직접측정하는 장치와 PIV시스템을 이용하여 수리특성을 측정하였다.(Park J.H. et al. 2016, Flow Measurment and instrumentation.) 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고, 측정된 소류력을 검증하고자 난류유속 u', v'을 이용하여 Reynolds stress산정하여 Total shear stress를 추정하는 기법을 사용하여 검증하고자 한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권6호
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• pp.449-459
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• 2011

사석 입자의 운동을 시작하는 한계평균유속은 사석의 평균입경, 수심에 대한 사석의 평균입경 비, Froude수 및 한계평균유속에 대한 난류전단속도 비에 따라 증가함을 실험을 통해 확인하였고, 이 값을 사석의 수리적 안정성을 지배하는 변수로 채택하여 회귀분석을 통한 사석의 안정성 실험식을 개발하였다. 개발된 사석 안정성 식은 기존 실험의 유속범위인 0.36~0.73 m/s에서 0~5.0 m/s까지 확장시켜 실제 하천에 적용 가능성을 검토하였다. 큰 값의 Reynolds수의 확장에 따른 한계평균유속을 포함한 매개변수간의 유용한 상관성을 제시하였다. 실험값으로부터 확장된 큰 값의 Reynolds의 범위에서의 사석 안정성에 대한 평균입경의 산정은 0~3.0 m/s에서는 미국 토목학회 공식과 미개척국에서 제시한 안정성식과 적합함을 보였으며, 3.0~5.0 m/s에서는 미국 토목학회 공식과 잘 일치하였다. 개발된 사석평균입경 결정공식은 일반적으로 미국 토목학회 공식과 잘 일치하였고, 기존 안정성식과 비교한 결과 대부분 잘 일치하는 것으로 확인되었다. 따라서 개발된 사석평균입경 산정식은 높은 사용성을 가지고 있음을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제18권2호
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• pp.153-159
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• 2012

본 연구에서는 실습선의 다방향 불규칙파중 종방향 운동응답특성을 선형 스트립이론에 기초한 상용코드(MAXSURF v.16)를 이용하여 해석하였다. 해석에 앞서 상용코드의 검증을 위해 파나막스급 컨테이너선에 대해 실험조건과 동일한 선형과 해석조건을 적용하여 계산한 결과와 기 계산된 결과(Flokstra, 1974)가 상호 유사한 경향을 얻어 해석의 신뢰성을 확보하였다. 계산조건으로는 Fn=0.257에서 파랑외력을 ITTC 파스펙트럼에 기초한 뷰포트 스케일 5($\bar{T}=5.46$, $H_{1/3}=2m$)의 파스펙트럼을 산출하였고, 조우각은 선수사파(Head & bow seas, $150^{\circ}$)를 적용하여 상하동요(Heave)와 종동요(Pitch)의 선체운동응답스펙트럼을 해석하였다. 다방향 불규칙파에 대한 운동응답스펙트럼은 선수사파에서 상하동요의 경우는 미소하게 단파정파에서 높은 스펙트럼 분포를 보이고 종동요의 경우는 장파정파에서 높게 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.507-520
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• 2003

V형 여울은 하천 양안에 설치하여 여울의 가운데로 물의 흐름을 집중시켜 하도 중앙 직하류에 세굴로 인한 소(pool)를 형성하는 역할을 하는 인공 여울이다. V형 여울의 설치 목적은 평탄화된 하도에 소를 형성시켜 갈수시 어류의 서식처 노는 피난처를 제공하고, 홍수시에는 유속이 약한 구간을 발생시켜 어류의 피난처를 제공하는 것이다. 본 연구에서는 V형 여울의 수리 모형 실험을 실시하여 각 조건에 따른 세굴심을 측정하여 세굴 특성을 분석하였고, 나아가 수리량 조건 및 V형 여울 형태와 세굴 간의 정량적인 관계를 실험 결과로부터 도출하였다. 또한 V형 여울과 형태가 유사한 수제에서의 세굴심에 대한 기존의 연구 결과와 V형 여울의 경우를 비교하였다. 그 결과 Breusers와 Raudkivi(1991)가 제안한 수제에서의 세굴심 예측식은 V형 여울에서의 세굴심을 과소평가하지만 V형 여울께서의 세굴 특성을 일부 반영하는 것으로 나타났다. V형 여울의 세굴에 영향을 주는 인자들의 무차원화를 통해 V형 여울에서의 세굴심 예측식을 제안하였고 제안된 예측식은 V형 여울의 적용에 있어서 세굴심을 추정하는데 사용될 수 있고 판단된다. V형 여울의 세굴에 지배적인 영향을 주는 인자는 여울 중앙에서의 프루드 수이고, 그밖에 여울과 흐름의 각도와 여울 개구부의 폭도 부분적으로 영향을 준다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권2B호
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• pp.193-203
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• 2011

최근 하천 환경 및 생태학적 관심도가 증가함에 따라 다양한 하천 복원 및 서식 환경 조성 사업이 수행되고 있다. 서식처 복원 사업에 있어 중요한 것은 서식처에 필요한 유량을 산정하는 것이고, 이를 위해 미국 및 유럽의 많은 국가에서 유지유량증분법을 이용하여 서식처 필요유량을 산정하고 있다. 유지유량증분법은 하천 흐름과 관련되어 있는 생물의 서식처 평가와 적정 유량을 설정할 수 있는 개념으로서, 대상하천에서 유지유량증분법을 적용하기 위해서는 생물에 대한 서식처적합도지수가 반드시 필요하다. 그러나 국내의 경우 과거 현장 모니터링을 통해 피라미와 참갈겨니에 대한 적합도지수만이 존재하기 때문에 다양한 어종에 대한 서식처 유량을 산정하기 어려운 실정이다. 본 연구에서는 금강수계의 현장 모니터링을 통해 수심 및 유속과 같은 물리자료, 산성도 및 용존산소량과 같은 화학자료, 그리고 어종 및 개체수와 같은 생물자료를 구축하였다. 확보된 2,736개의 자료를 바탕으로 피라미, 참갈겨니, 돌마자, 쉬리, 돌고기, 모래무지 등 6가지 어종에 대한 서식처적합도지수를 산정하였으며, 기존에 제시된 서식처적합도지수와의 비교를 통해 새로운 서식처적합도지수를 제안하였다. 또한 각 어종별 프루드수, 산성도, 용존산소의 범위를 제시하였다. 본 연구에서 제안한 서식처적합도지수는 하천사업의 평가를 수행하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.