• 한국수자원학회논문집
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• 제43권1호
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• pp.41-49
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• 2010

본 연구의 계단형 보는 자연형 횡단 구조물의 한 형태로 제안되고 있다. 계단형 보 하류에서의 흐름은 기존 보(Round Crest Weir)에서 발생하는 도수와 달리 WTF(Wave Type Flow)라는 독특한 흐름이 발생한다. WTF는 계단형 보 하류에서 단차로 인해 발생되는 재순환영역(recirculation area)이 일정조건에서 발달하여 수면을 상승시키는 현상이다. WTF 조건에서의 파고는 하류수위(tailwater level) 보다 높아지고 WTF 구간에서의 최대유속발생이 수면에 가까운 곳에서 발생한다. 이와 같은 결과는 WTF 현상이 설계 시 접합부에 영향을 줄 수 있는 중요 인자임을 나타내는 것이다. 본 연구는 수리실험을 통해 WTF이 발생되는 수리조건과 WTF의 규모를 파악하였고 계단형 하류흐름조건에 따른 유속분포를 분석하였다. 본 연구의 결과는 계단형 보 설계 시 고려되지 못한 부분으로서 차후에 계단형 구조물 또는 계단식 변형 구조물 설계 시 주요 자료로 활용 될 것이다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권3호
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• pp.137-144
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• 2019

본 연구는 수공구조물 주변에서 발생하는 폭기 흐름의 기포분율을 측정하는 실험 연구를 수행하였다. 그림자기법을 이용한 영상측정기법을 적용하여 기포분율을 측정하고 이를 통해 폭기 정도를 정량화하였다. 제안된 영상기법을 이용하여 경사보와 계단보 주변에서 발생하는 흐름을 측정하였다. 흑백 영상으로부터 얻어진 공간적으로 분포한 기포분율은 친환경 수공구조물 주변에서 폭기 정도를 제시할 수 있었다. 얻어진 결과로부터 계단보의 전면경사부와 하류부에서 상대적으로 강한 폭기 현상이 발생함을 알 수 있었다.

• Coupled systems mechanics
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• 제10권6호
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• pp.491-507
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• 2021

The aim of this paper is to conduct a hydrodynamic analysis of fluid flow over different weir types using the analytical solution, the physical model taken from another article, and numericalsimulations through the Smoothed particle hydrodynamic method (SPH) using the compiled DualSPHysics source code. The paper covers the field of real fluid dynamics that includes a description of different proposed types of weirs in various flow regimes and the optimal solution for the most efficiency structure shape. A detailed presentation of the method, the structure and it's characteristics are included. Apart from the single stepped weir, two other weir types are proposed: a Divided type and a Downstream slopped type. All of them are modeled using the SPH method.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권6호
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• pp.971-984
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• 2003

본 연구에서는 보 월류시 공기 유입을 수리학적인 방법으로 분석하였다. 이를 위해 하천에 설치된 보의 형태로서 계단형 보와 래버린스 보 및 배사문 보를 선정하여 현지측정과 수리실험을 통해 산소전달 효율을 검토하였다. 산소전달 효율은 계단형 보가 크며, 배사문 보는 산소전달 효율이 그리 크지 않았다. 산소전달은 흐름의 유속, Froude 수, 유량 순으로 상관 관계를 나타내었으며 특히 흐름의 유녹과 산소전달 효율에서 높은 관계를 나타내었다. 수리실험 결과 계단형 보의 월류 흐름은 유량이 작을 경우 계단 전 구간에 걸쳐 잠입류가 발생하고, 유량 증가에 따라 잠입류와 표면류가 공존하며 이 경우 계단 상부께서 표면류 및 계단 하부에서 잠입류가 발생하였다. 잠입류의 경우 계단 끝단에서 흐름 분리에 의해 공기 유입이 시작되고, 자유낙하 nappe과 계단 안쪽의 공기 주머니 및 nappe impact와 이후의 도수 현상으로 많은 공기 유입이 발생되었다. 표면류의 경우 계단 끝단에서 공기 유입이 시작되고, 흐름이 계단과 계단을 스쳐가듯이 흐르는 과정에서 수표면의 진동에 의해 많은 공기가 유입되었지만 공기 유입은 잠입류의 경우에 비해 상대적으로 작았다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권3호
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• pp.575-583
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• 2017

계단형 보와 여수로 같은 수공구조물의 상부에서는 스키밍 흐름 그리고 직하류부에서는 정상파를 포함하는 도수 현상인 파형흐름과 같이 다양한 형태의 흐름이 발생한다. 연구에서는 하이브리드 RANS-LES 난류 모델링 기법과 자유수면 변동을 해석하기 위한 VOF (volume of fluid)기법을 병합한 3차원 부정류 수치모형을 이용하여 계단형 보가 설치된 사각형 개수로에서 발생하는 파형흐름과 스키밍 흐름을 포함하는 난류흐름을 수치모의 하였다. 시간평균 수치모의 결과와 기존 수리모형 실험 결과를 비교분석한 결과, 수치모의는 보 하류부에서의 평균유속분포의 변화, 정체파와 수면와류를 포함하는 파형흐름의 전반적인 수면 변화, 파형흐름의 파고와 길이, 정체파 하부에서 발생하는 재순환 흐름 영역의 길이 등을 양호하게 잘 재현하는 것으로 나타났다. 수치모의를 통해서 자유수면과 순간 유속 벡터의 변동, 전단응력과 난류에너지의 분포 그리고 3차원 난류조직구조와 총압력분포의 형태와 변동 자료를 제시하여 스키밍 흐름과 파형흐름 영역에서의 독특한 흐름 거동 특성을 규명하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.65-65
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• 2016

위어나 낙차공 같은 수공구조물 직하류부에서는 다양한 형태의 흐름조건이 발생한다. 낙차공 하류에서 발생하는 독특한 흐름형태 중 하나는 정상파형도수를 갖는 파형흐름이다. 이 연구에서는강 등(2010)이 수리실험을 수행한 바 있는 계단형 위어 하류부에서의 형성되는 파형흐름을 3차원 수치해석을 수행한다. 위어 구조물 위를 통과하는 난류흐름을 해석하기 위해서 Spalart-Allamaras 1방정식 모형을 이용한 URANS 수치모의와 DES (detached eddy simulation)을 실시하였다. 위어 주변에서의 자유수면 변동, 파상도수, 자유수면에서의 와류 그리고 바닥부근에서의 재순환 영역의 형상과 크기, 선정된 종방향 위치들에서의 흐름방향유속분포 등의 항으로 수치해석결과를 실험값과 비교하여 수치모의의 적절성과 난류모델들의 성능을 평가한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권4B호
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• pp.353-360
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• 2011

본 연구는 수리 실험을 통하여 보 형상 변화에 따른 보 하류부 세굴의 시간적 변화를 분석하였다. 보 하류부 세굴에 대한 기존의 연구는 최대세굴심의 예측에 대한 연구가 대부분이었으나 현장에서 발생 가능한 실제 세굴심의 예측을 위해서는 시간 변화에 따른 세굴심의 변화에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 예연보, 경사형보와 같은 보 형상 변화에 따른 하류부 세굴의 시간적 변화를 수리실험을 통하여 분석하였다. 보 형상별 시간 변화에 따른 세굴심 예측식은 유사의 연속방정식을 기본으로 실험을 통하여 측정된 시간변화에 따른 보 하류부 세굴공의 체적 변화량과 보 하류부 세굴심 변화량 자료들의 회귀분석을 통하여 평형세굴시간, 평형세굴심, 월류고, 보 높이를 이용한 세굴심 예측공식을 제안하였다. 제안된 식은 기존의 보 하류부 평형 세굴심 예측식들이 반영하지 못한 설계홍수지속기간을 반영할 수 있어서 보 하류부 세굴보호공의 설계 시 경제적이고 합리적인 설계가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권1호
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• pp.99-109
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• 2022

본 연구는 산지하천에 설치된 기존의 콘크리트 계단식 어도의 문제점에 착안하여 전통적인 돌보의 개념을 응용한 계단식 전석 어도의 적용성을 제시하고자 하였다. 이러한 목적을 달성하기 위해 선정된 대표어종의 소상능력을 고려하여 계단식 전석 돌보를 설계, 시공하였다. 현장측정을 통하여 주어진 유량조건 하에서 어도의 수리특성을 조사하고 대표어종의 소상능력과 비교, 분석하였다. 어도의 길이가 짧고 급경사인 구조이지만, 각 배플 사이의 평균낙차가 0.15~0.29 m 범위였으며, 이 범위는 대표어종이 소상할 수 있는 낙차의 한계조건인 약 0.40 m를 만족시킬 수 있었다. 각 배플과 풀의 평균유속은 0.82~0.87 m/sec와 0.13~0.24 m/sec 이었다. 이 결과는 대표어종이 소상 가능한 돌진속도(체장의 10~30 배)와 휴식처 평균유속(돌진속도의 7~25%)의 조건을 충족시켰다. 전석으로 형성된 풀의 바닥면이 완만한 역경사면으로 되어 회전류가 발생하지 않기 때문에 어도의 효율을 증가시킬 수 있고, 또한 토사퇴적을 차단하여 어도의 유지관리 문제점을 해소할 수 있을 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.479-492
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• 2014

이 연구에서는 계단과 같이 불연속 횡단 구조물을 지나는 천수 흐름에 대해 내부 경계조건으로서 정확해를 부여하는 기법을 제안하였다. 제안된 기법의 검토를 위해 MUSCL이 적용된 HLLL 근사 Riemann 해법을 이용하였다. 계단을 지나는 천수 흐름에 대한 다양한 문제에서 모의 결과는 정확해와 잘 일치하였다. 또한, 계단에서 댐 붕괴 실험 및 급경사 수로 실험의 결과와 부합되었다. 개발된 모형으로 낙차공과 같이 불연속 바닥을 지나는 천수 흐름에 대해 별도의 수위-유량 관계나 지형의 완화 없이 모의가 가능하다. 향후, 계단에 의한 흐름 저항과 수맥에 의한 에너지 손실에 대해 적절한 평가가 이루어진다면, 보나 옹벽(강변 도로)과 같은 불연속 지형을 넘나드는 천수 흐름에 대한 수치모의가 가능할 것으로 기대된다.