• 대한토목학회논문집
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• 제43권6호
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• pp.749-762
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• 2023

천수 방정식 흐름률 계산에 근사 Riemann 해법을 채택한 수심 적분 모형을 도수 실험에 적용하였다. 도수 때문에 단일 수로에서 서로 다른 흐름 양상이 동시에 나타나므로 흐름 저항에 대해 수심이나 유속에 무관한 Manning 조도 계수보다는 흐름 조건을 반영할 수 있는 Weisbach 저항 계수를 채택하였다. 모의 결과는 실험 결과에 잘 부합되었으며, Weisbach 계수로부터 환산한 Manning 계수는 사류 구간과 상류 구간에서 각 각 적절하게 설정되고 있음을 확인하였다. 도수 실험과 비교에서 정수압 가정에 기반한 천수 방정식의 한계가 드러나 비정수압 천수 흐름 모형 도입의 필요성이 높아졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1989년도 수공학논총 제31권
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• pp.163-172
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• 1989

강우로 인한 급경사면의 흐름 해석은 지배방정식인 연속방정식과 운동량 방정식에 의해 수치적으로 해석된다. 이에대한 해석 방법에는 수문학적인 방법과 수리학적인 방법이 있는데, 본 연구에서는 세인트 베난트 방정식을 초기 및 경계조건에 맞게 푸는 수리학적인 방법을 이용하였고, 일반적인 완경사면에서 그 영향이 작아 무시되었던 경사의 영향을 고려한다. 수치해석 과정은 지배방정식에 무차원 매개변수를 도입하여 6점 음해법을 이용하여 해석하였다. 수치실험은 마닝(Manning)의 조도계수 n을 변화시키면서, 각각 검사에서 강우에 의한 평형상태에 도달한 이후의 수심과 유량, kinematic flow 수, 후르드 수, 평형상태 도달시간등 변수 상호간의 관계를 고찰하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권7호
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• pp.553-563
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• 2011

분포형 유출모형에 대하여는 컴퓨터의 발달과 지리정보시스템의 구축 및 관련정보의 제공이 활성화되면서 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 분포형 유출모형은 대상유역을 보다 세분 요소화하여 계산하는 이론적이고 물리적인 기반의 모형이다. 본 연구에서는 토지피복 상태에 따라 결정되는 매개변수와 2차원 확산파 방정식에 기초하여 지표면에서의 유출량을 계산하는 모형을 개발하였다. 기존에 연구되었거나 개발 중인 유출모형은 대부분 Manning-Strickler의 평균 유속공식과 Manning 조도계수를 이용하여 유속과 유량을 산정하고 있다. Manning 조도계수는 사용상의 편의성 때문에 보편적으로 사용하고 있으나, 차원이 일치하지 않고 추정 시 모호한 문제점이 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 본 연구에서는 Manning-Strickler식뿐만 아니라 차원이 일치하는 Chezy의 평균유속공식을 적용하여 유출모형을 개발하였다. 또한, Chezy의 마찰계수를 적용하기 위하여 조고의 함수로 표현되는 지수형 마찰계수 산정식을 도입하였다. 따라서 모호한 조도계수의 개념을이용하지 않고 거친 정도를수치화하여 물리적인 의미를 가진마찰계수를 산정하고 적용 가능성을 검토하였다. 본 연구에서는 개발된 모형을 부채꼴 실험유역과 장방형 실험유역 및 실제유역인 안성천유역을 대상으로 6개의 사상을 적용하여 그 적용성을 확인하였다.

• 상하수도학회지
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• 제19권5호
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• pp.613-618
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• 2005

In analysis of pipelines or pipe network we calculated the friction loss using Hazen-Williams or Manning formula approximately, or found one by friction coefficient from Moody diagram graphically. The friction coefficient is determined as a function of relative roughness and Reynolds number. But the calculated friction coefficient by Hazen-Williams or Manning formula considered roughness of pipe or velocity of flow. The friction coefficient in Darcy-Weisbach equation was obtained from the Moody diagram. This method is manual and is not exact from reading. This paper is presented numerical solution of Colebrook-White formula including variables of relative roughness and Reynolds number. The suggested subroutine program by an efficient linear iteration scheme can be applied to any pipe network system.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6B호
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• pp.627-634
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• 2008

개수로의 난류흐름을 VOF(Volume of Fluid)기법을 채용한 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식 모형을 사용하여 수치모의할 때 벽면함수의 거칠기를 산정하기 위해 고려해야 하는 점들을 연구하였다. 거친 벽면상의 흐름을 위한 벽면함수의 거칠기 상수(roughness constant)는 관수로 흐름의 실험을 통하여 얻어진 값을 사용한다. 그러나 개수로 흐름에서는 이 거칠기 상수가 Froude 수에 따라 변화하므로 이를 고려할 수 있어야 하며, 개수로에서 광범위하게 사용되는 Manning 조도계수에 상응하는 벽면 거칠기 높이(roughness height)를 산정하여 사용할 수 있어야 있다. 본 연구에서는 모형에 입력되는 벽면함수의 거칠기 높이와 Manning 조도계수 사이의 관계를 분석하였다. 이를 바탕으로 수치모형의 특성이 고려되고 Manning 조도계수의 함수로 표현되는 유효 거칠기 높이 산정식을 제안하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권8호
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• pp.619-629
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• 2009

본 연구는 하상마찰의 척도인 등가조고를 이용하여 자갈하천의 하상저항을 산정하는 것이다. 이를 위하여 국내 8개 자갈하천에서 실측을 통하여 마찰계수 f를 산정하였고, 하상재료의 누가입경분포를 조사하였으며, 각 단면의 실측 마찰계수를 나타내기 위하여 대수 연직유속분포를 가정하여 계산된 평균 등가조고와 누가입경분포를 이용하여 계산된 구간 등가조고를 비교하였다. 더불어 등가조고를 사용하여 계산된 Manning 계수를 Strickler 유형의 기존 경험식에 의한 Manning 계수와 비교함으로써, 국내 자갈하천에서 기존 경험식을 이용한 하상저항 산정의 적용성을 검토하였다. 분석결과, 구간 등가조고가 대상구간의 하상특성을 대표할 수 있음을 확인하였고, 구간 등가조고로 계산된 Manning 계수가 실측 자료로부터 계산된 Manning 계수와 비교하여 RMS 오차가 0.003이하로 계산되어 실무 적용에 타당할 것으로 판된되었다. 또한 실제 하천에서 등가조고 $k_s$와 특정입경 $D_i$과의 비례계수 사이의 상관성이 적은 것으로 나타나, 하상 특정입경을 사용하여 Manning 계수를 산정하는 기존 경험식을 적용할 때 적절한 방정식의 선택에 어려움이 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권1호
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• pp.25-38
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• 2007

본 연구에서는 지표면 유출의 시간적 변화와 공간적 분포를 모의할 수 있는 격자기반의 도시유역 지표면 유출모형을 개발하였다. 개발된 모형에서는 지표면 유출의 메카니즘을 연속방정식과 Manning식을 결합한 비선형저류방정식으로 표현하고 있으며, 대상유역을 일정한 크기의 격자로 구성하고 개개의 격자마다 유출해석을 위한 지형정보와 수문정보를 입력하여 격자별 유출량을 계산 추적하게 된다. 본 모형을 이용하여 가상유역 및 실제 도시유역인 군자 배수구역에 대해서 시공간적인 유출양상을 모의해 봄으로써 모형의 적용성을 검토하였다. 이동강우에 대한 유출량의 변화, 유입구 설치에 따른 유출양상의 변화, 확률강우량에 대한 Huff 분위별 유출양상의 변화 등 도시지역의 유출특성을 분석하여 그 결과를 제시하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권2호
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• pp.137-149
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• 2012

본 연구는 흐름 저항에 대한 분석을 위해 초본 281개, 관목 150개, 교목 308개의 현장실측 자료로 구성된 739개 식생하천을 대상으로 수행되었다. 실측자료의 Manning 조도계수 분포는 초본자료에서 0.015~0.250, 관목자료에서 0.016~0.250, 교목자료에서 0.018~0.310의 범위를 갖는다. 이들 조도계수의 중요한 분포경향은 Darcy-Weisbach (또는 Manning의 조도계수)와 유량, 마찰경사 및 상대 잠수비에 대한 관계식으로 제시하였다. 식생하천에서 Darcy-Weisbach와 Manning 조도계수에 관한 회귀 방정식은 $f_{veg}=0.436Q^{-0.363}$, $f_{veg}=3.305S_f^{0.508}$와 $n_{veg}=0.061Q^{-0.124}$, $n_{veg}=0.144S_f^{0.199}$ 및 $V=5.3(h/d_{50})^{1/8.3}{\sqrt{ghS_f}}$, $\sqrt{8/f}(=V/u_*)=5.75log(5h/d_{50})$로 유도되었다. 이들 반 경험적 관계식은 수공 실무에서 유용하게 사용될 것이다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.532-539
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• 2008

권 등(2008)은 수면보다 높은 사각기둥 저항체를 등간격으로 배치하고 항력계수가 일정한 값을 갖는 흐름조건$(Re>10^4)$에서 수리실험을 수행하여 바닥마찰과 형상저항에 의한 흐름저항을 나타내는 상당저항계수로서의 Manning계수 값을 산정하였다. 그리고 힘의 평형방정식으로부터 유도된 이론식에 실험결과를 사용하여 얻어진 경험적 항력상호작용계수를 도입하여 얻은 상당저항계수 식을 제안하였다. 본 연구에서는 이 수리실험을 3차원 전산유체해석 프로그램인 FLOW-3D를 사용하여 수치모의하고 그 결과를 실험결과 및 상당저항계수 식과 비교하여, 그값들이 매우 잘 일치하는 것을 보였다. 이로부터 이론식에 나타나 있는 것처럼 수면보다 높은 저항체가 존재할때 Manning계수가 수심의 2/3승으로 증가한다는 것과 항력상호작용계수가 이격거리의 지배적 영향을 받고 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1209-1213
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• 2007

하천 수치모델링을 통한 흐름, 오염물질 거동, 지형변화 해석 등은 효율적인 하천 수질 관리를 위해서 상당히 중요한 부분은 차지한다. 수질이나 지형변화를 보다 정확하게 예측하기 위해서는 하천 흐름 예측의 정확도 향상이 중요한 역할을 하게 된다. 본 연구는 평면 이차원 하상변동 및 수질예측 수치모형인 KU-RLMS 모형을 이용하여 낙동강 상류의 반변천 합류부의 흐름 특성을 규명하고, 수질 모형을 수행하기 위한 흐름 계산 결과를 제공하기 위해 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 지배방정식은 3차원 Reynolds 방정식으로부터 수심적분된 2차원 연속방정식과 운동량방정식을 불규칙한 경계를 현실적으로 모사할 수 있는 직교곡선 좌표계로 변환한 방정식을 사용한다. 수치모형 적용을 위한 현황분석으로 안동 및 임하 조정지댐의 방류량, 안동 수위관측소의 자료를 분석하였다. 흐름 모형을 보정하기 위해 안동대교 지점에서 횡유속 분포를 측정하였으며, 이 결과를 사용하여 흐름 모형의 매개변수인 Manning 계수와 공간가중계수를 추정 및 검증하였다. 안동다목적댐과 임하다목적댐의 방류량을 고려하여 수치모의조건을 결정하였으며, 각 조건에 대한 흐름 변화 특성을 분석하였다.