• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.41 no.7
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• pp.653-667
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• 2008

The hydraulic model test for the L-type Groynes with "ㄱ" shape were conducted to analyze flow characteristics around these groynes. The results of model tests should be used for the fundamental information to design the L-type Groyne constructed in the field. Main hydraulic factors such as the velocity and thalweg line changes in main channel and separation area were analyzed in this study. The thalweg line is stream line where the maximum velocity occurs, and the separation area is a boundary of main flow and recirculation zone. Model tests with 5 different arm-lengths of the L-type Groynes were conducted changing the velocity. The LSPIV(Large Scale Particle Image Velocimetry) technique was used to measure and analyze the flow variation around the L-type Groynes. The velocity in main channel was increased 1.5 times and there was no effects of different groyne arm-length on the velocity changes. The width of thalweg lines $(T_{CL})$ was changed to $55{\sim}58%$ of chanel width, and the Froude number did not affect on the thalweg line $(T_{CL})$ and separation line $(S_h)$ changes.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.36 no.6
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• pp.971-984
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• 2003

This paper presents the hydraulic analysis of the air entrainment by the weir types. For the weir types, the stepped weir, the labyrinth weir and the gate underflow weir were selected, and the oxygen transfer efficiency was estimated by the site investigation and the hydraulic model tests. The most effective type for the oxygen transfer was stepped weir The more steps the stepped weir had, the higher efficiency it revealed. Oxygen transfer was proportional to the flow velocity, the Froude number, and the flow discharge in order. Hydraulic model tests showed that a nappe flow occurred at small flow rates. The concurrent condition of a nappe flow and a skimming flow occurred as flow rate increases, nappe flow at the upper part and skimming flow at the lower part. In the region of nappe flow, air inception occurred from the step edges due to flow separation, and air entrainment was made through a free-falling nappe, an air pocket, a nappe impact and a subsequent hydraulic jump. In the region of skimming flow, air entrainment occurred by the variation of water surface over the steps, but it was relatively small compared with nappe flow.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.36 no.4
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• pp.627-635
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• 2016

Recently, several construction projects have been built to create residential area, industrial complex and agricultural land on reclaimed on- and offshore regions. Estimating the quantity of filling materials during reclamation is the most curcial factor of the total construction cost of reclamation project. However, the estimation of loss ratio, defined as the ratio of loss amount to overall dumped amount, mostly depends on the empirical methods and formulae based on the material characteristics due to the lack of sufficient literature about the loss ratio according to hydraulic conditions. In this studies the loss ratio of materials considering flow conditions and material characteristics were examined through hydraulic experiments. A series of hydraulic experiments was conducted using five different hydraulic conditions and two types of materials such as sand and anthracite in a horizontal rectangular flume ($13.0m{\times}5.0m{\times}0.10m$), in which a round type revetment was installed. It is found that the loss ratio generally tends to increase with increasing the particle Froude number regardless of the types of materials. Also, when the flow velocity(u) becomes higher than the critical flow velocity ($u_c$), the loss ratios of sand and anthracite are dramtically increased up to 7.4% and 24.4%, respectively. As a future work, more specific mean velocities will be considered to figure out the loss ratio and more accurate estimation of amount of filling materials will be possible to present with confidence.

• Journal of the Korean Society for Railway
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• v.12 no.1
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• pp.9-15
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• 2009

In this study, the l/35 reduced-scale model experiment were conducted to investigate designed ventilation system performance at rescue station in tunnel fire. A model tunnel with 2 mm thick of steel, 10 m long, 0.19 m high and 0.26m was made by using Froude number scaling law. The cross-passages installing escape door at the center. were connected between accident tunnel and rescue tunnel. The n-heptane pool fire, $4cm\times4cm$, with heat release rate 698.97W were used as fire source. The fire source was located in the center and portal of accident tunnel as Worst case.. An operating ventilation system extracted smoke amount of 0.015 cms. The smoke temperature and carbon monoxide. concentration in cross-passage were measured to verify designed ventilation system. The results showed that, in center fire case without ventilation in accident tunnel, smoke did not propagated to rescue station. In portal tire case, smoke spreaded to rescue station without ventilation. But smoke did not propagated to rescue station with designed ventilation.

• Tunnel and Underground Space
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• v.16 no.6 s.65
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• pp.526-535
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• 2006

An experimental study was carried out on a reduced scale tunnel model to grasp the behavioral feature of fire-induced smoke in the long tunnels. Based on Froude modeling, the 1/50 scaled tunnel model (20 m long) was constructed by acrylic tubes and paraffin gas was released inside the tunnel to simulate the 20 MW fire-induced smoke. me test results show, that after approximately 2 minutes of fire generation, was descended from the tunnel ceiling through the decrease of buoyancy, then it was symmetrically propagated about 90 meters for 4 minutes before jet fans were operated. The smoke was effectively controlled when the jet fans were operated and an air stream velocity was getting closed to reach a critical velocity (the minimum air velocity that requires to suppress the smoke spreading against the longitudinal ventilation flow during the tunnel fire situations). It was also found out that a range of smoke was spreaded about 3 meters from the origin of fire but the range was not propagated to the escape direction anymore. The early stage of the In operation, however, showed that the smoke was hardly controlled. It means that the operation of emergency ventilation system has many dangerous factors such as an intercepting breathing zone.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.6 no.1 s.20
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• pp.59-68
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• 2006

Flow separation of recirculation zone by increasing of flow and change of its direction at confluence results in backwater due to conveyance reduction. The hydraulic characteristics of flow separation are analysed by experimental results of flow ratios of tributary and main streams and approaching angles. The boundary of flow separation by dimensionless length and width is defined by the streamline of zero and this definition agrees well to the existing investigation. Because flow separation doesn't appear in small flow ratio and approaching angle of $30^{\circ}$, the equation of flow separation with flow ratio and approaching angle is provided. In flow separation consideration and comparing with previous results, the existing equations of dimensionless length and width ratios by function of approaching angle, flow ratio, and downstream Froude number are modified and also contraction coefficient and shape factor are analysed. Dimensionless length and width ratios are proportional to the flow ratio and approaching angle. In analysis of water surface profiles, the backwater effects are proportional to the flow ratio and approaching angle and the magnitude at outside wall is greater than that of inside wall of main stream. The length, $X_l$ from the beginning of confluence to downstream of uniform flow, where the depth is equal to uniform depth, is characterized by width of stream, flow ratio, approaching angle, and contraction coefficient. The ratios between maximum water depth by backwater and minimum depth at separation are analysed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1373-1377
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• 2008

강우-유출에 의해 성층화된 저수지로 유입하는 하천수는 저수지 표층에 비해 낮은 수온과 높은 부유물질(SS) 농도를 가지므로 저수지 표층수보다 상대적으로 높은 밀도를 유지한다. 하천으로부터 유입한 밀도류는 유속에 의한 관성력이 두 수체의 밀도차에 의한 음의 부력보다 큰 구간까지는 저수지 표층을 따라 진행하지만, 두 힘이 같아지는 지점에서 밀도류는 더 이상 진행하지 못하고 저수지 수면 아래로 침강하며 이 과정에서 수체간의 많은 혼합이 일어난다. 따라서 홍수시 유입한 탁수의 침강점에 대한 정확한 예측은 수질관리를 위한 현장조사, 그리고 탁수거동 해석 및 최적관리대책 마련에 중요한 요소이다. 본 연구의 목적은 홍수시 대청호로 유입하는 하천 밀도류의 침강위치를 홍수규모별로 경험식과 수치모델을 통해 산정함으로써 두 방법 간의 장 단점을 비교하고, 탁수 현장조사와 최적관리를 위한 기초정보를 제공하는데 있다. 유입수의 모의조건은 그 동안 대청호에서 발생한 홍수 크기를 기준으로 9개의 등급으로 나누었으며, 저수지 성층조건은 여름철 탁수가 유입되기 전의 발달된 성층구조를 적용하였다. 유입수와 저수지 성층구조의 특성치는 밀도 Froude 수($Fr_i$)로 나타냈으며, $Fr_i$ 조건별로 침강점 위치를 저수지 단면을 삼각형태로 가정한 Hebbert et al.(1979) 경험식과 2차원 수치모델로 산정하여 그 결과를 비교하였다. 대청호로 유입한 탁수는 홍수규모에 따라 대정리 수역에서 회남수역 사이 구간에서 침강하였으며, $Fr_i$ 값이 클수록 침강점 수심이 깊어지는 경향을 보였다. 경험식으로 산정한 침강점 수심은 정상상태 조건을 가정하므로 홍수에 의한 수위변화를 고려하지 못하며, 실제의 불규칙한 하상표고를 일정한 하상경사로 가정하기 때문에 2차원 모델의 결과보다 과대산정하는 경향을 보였다. 따라서 홍수가 연속해서 발생하며 수위변화가 심한 국내 저수지 여건에서 하천 유입 밀도류의 거동을 보다 정확히 예측하기 위해서는 2차원 또는 3차원 수치모델을 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.340-340
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• 2011

자연하천의 안정은 하상경사, 유사이동, 원지반의 상태, 저수로의 깊이, 하도 및 하안의 구조와 하안식생 등에 달려있다. 이 중 하상경사는 가장 중요한 요소로써 하도의 안정을 위해서는 무엇보다도 이를 적절하게 유지하는 방안을 모색하여야 한다(김혜주 등, 2003). 이러한 자연하천의 안정을 위하여 주로 하상유지시설을 설치하는 것이 보편적이다. 이러한 낙차공의 설치는 하천설계기준을 근거로 하상의 안정성 확보라는 설치 목적에 맞게 설계 및 시공이 이루어져 하도의 안정에는 나름대로 효과적이지만 하천환경의 연속성 차단 등 다양한 생태·환경적 폐해가 나타나고 있는 것으로 알려져 있다(김혜주 등, 2003). 이러한 단점을 보완하기 위해 낙차공과 같은 횡단구조물의 본체에 어도를 설치하거나 계단형 또는 경사형 본체를 갖는 구조물이 제안되고 있으나 현재까지 제안된 보완적인 방법들로는 근본적인 생태단절을 해소하기에는 무리가 있다. 따라서 낙차공 등 하천 수공구조물 설치로 인해 야기되는 생태 환경적 문제를 해결하기 위해서는 대상하천에 서식하는 생물에 대한 이해가 우선 이루어져야 하며 이를 바탕으로 설계 및 시공하는 것이 가장 효과적이다. 이를 위해서는 구조물 설치에 따라 변화되는 수리현상에 대한 정확한 분석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 국내외에서 제안되고 있는 낙차공 중 통나무를 이용한 낙차공의 평면형태에 따른 하류부 세굴현상을 수리실험을 통해 분석하였다. 본 연구에서는 평면형태(horizontal)에 따른 세굴영향을 파악하고자 평면각을 $70^{\circ}$에서 최대 $180^{\circ}$로 변화시켜 세굴 실험을 수행하였다. 상향 V형만을 고려한 이유는 하향 V형의 경우($\theta$>$180^{\circ}$)에는 낙차공을 월류하는 흐름으로 인해 구조물 하류부 좌 우안측에 세굴이 발생하기 쉽기 때문에 자연하천의 경우 호안측 침식이 발생한 수 있고 또한 실험수로 벽면영향으로 인해 세굴형태가 왜곡될 우려가 있어 하향 형태의 낙차공은 실험대상에서 제외하였다. 낙차공의 평면 형태가 세굴심에 미치는 영향을 검토한 결과, 유입 Froude 수( )에 대해 높은 상관이 있으며 또한 평면각도에 따라 변하는 낙차공의 횡단길이가 낙차공 하류부의 세굴심에 큰 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었고, 세굴길이의 경우, 평면형태에 따른 세굴길이와 세굴심의 비는 낙차공의 평면각도의 증가에 따라 세굴 길이가 짧아짐을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.150-150
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• 2015

최근 하천의 수위조절 기능을 수행하는 보 건설이 증대되고 있다. 보는 원활한 용수공급을 위해 필수적인 구조물이지만, 하천 횡단 구조물의 특성상 유사퇴적에 의한 통수단면적 감소, 홍수위험도 증가, 수질악화 등의 문제를 내포하고 있다. 이를 해결하기 위해 유사시 유사배출이 가능하고 수문개도를 통한 통수단면적 조절로 홍수위험도를 감소시킬 수 있는 가동보를 고정보와 병용해서 적용하는 추세이다. 가동보는 수문 운영 방식에 따라 하류의 흐름상태가 다양하게 나타나며, 흐름 상태에 따라 하도 및 구조물에 미치는 영향도 달라진다. 그러나 기존 가동보 및 보 하류 구조물의 설계 시 일반적으로 수문 운영조건을 고려하지 않고, 홍수위 조건을 최악조건으로 고려하는 한계가 있다. 본 연구에서는 3차원 수치모델(FLOW-3D)을 활용하여 가동보의 운영에 따라 발생하는 다양한 흐름조건이 보 하류에 미치는 영향을 검토하고자 한다. 수치모델의 검증을 위해 기존 수행된 수리실험과의 비교를 수행하였고, 홍수위 조건(수문 전문개도) 및 관리수위 조건(수문 일부개도)에서 수치모의를 수행하였다. 보 상류, 직하류, 도수종점에서 발생하는 단면최대유속, 바닥전단 응력, Froude 수 등의 수리특성을 분석하였고, 상하류간 수심차와 수문개도높이의 비와 접근유속과 보 직하류에서 유출되는 유속의 비로 무차원화하여 관계를 분석하였다. 또한 홍수위 조건과 관리수위 조건에서 발생하는 수리특성을 비교함으로써, 보 하류부 구조물 설계 시 반영할 최악조건을 예측하고, 수문운영이 하류부에 미칠 수 있는 영향을 가시적으로 확인할 수 있었다. 향후 상류의 유량조건 및 상하류 수위차에 따른 가동보의 운영조건이 보 하류의 안정성 지표산정에 활용될 수 있기 위해 보다 심도있는 연구 수행이 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.393-393
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• 2016

자갈하천 만곡부에서 하상의 세굴심을 파악하는 것은 하천의 수공구조물 안전설계를 위해 고려할 중요한 요소이다. 모래하천에서 만곡부의 국부세굴에 대한 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 자갈하천 만곡부의 세굴심에 대한 연구는 부족한 실정이다. 만곡부 세굴심은 하천경사, 하상재료, 유로형태 등에 따라서 다르다. 따라서 하천 만곡부의 세굴심을 산정하기 위한 공식들은 지배적인 독립변수로 사용되고 있는 유량, 유속 또는 Froude수, 수심, 하상재료의 직경 등에 따라 분류할 수 있다. 세굴심과 단위폭당 유량의 관계는 Lacey (1930), Abbott (1963), Blench (1969), Neill (1973)의 공식이 있다. 만곡부에 접근하는 상류부에서 Froude 수와 만곡부의 세굴심의 관계는 Liu et. al (1961), Zeller (1981), Mussetter (1994)의 공식이 있다. 또한 만곡부의 수심-세굴심 또는 하상재료의 직경과 세굴심의 관계를 나타내는 공식이 USBR, USACE, FHA 등에서 사용되고 있다. 하상재료와 세굴의 관계공식은 하천 만곡부에서 세굴심은 하상재료에 따라 발생될 수 있는 최대 크기가 정해져 있다고 본 것이다. 하상재료는 하천의 유사이송능력과 유역의 유사공급능력을 반영하기 때문에 하천의 수리특성을 나타낼 수 있는 변수이나 하상재료의 평균입경 특성에 영향을 미치는 수리학적인 요인들이 너무 많고 간접적이라는 한계가 있다. 자갈하상 하천에서 Mussetter, Liu, Abbott 공식은 세굴발생에 대한 한계조건을 반영하지 못하고 대부분 세굴심을 과대 추정한다. 자갈하천에서 Zeller 및 Lacey 공식과 USACE 방법에 의한 세굴심은 적용성이 있다고 볼 수 있는 유량조건이 있다. 이같이 대부분 세굴심 공식이 모래하천에서 개발되었기 때문에 자갈하천의 만곡부 세굴심을 산정하기 위해서는 하상재료의 특성이 반영되어야 한다.