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    Prediction of Turbulent Flows in a Square Duct Subjected to Lorentz Force

    로렌츠 힘이 작용하는 정사각 덕트 내 난류유동 해석

    In-Gyu Jeon, Ho-Yong Park, Dong-Kurl Kwak, Jong-Keun Shin

    전인규, 박호용, 곽동걸, 신종근

    This study was conducted to understand the effects of a magnetic field on mean velocity and turbulent characteristics in fully developed turbulent …

    본 연구는 정사각형 단면을 갖는 덕트 내 완전 발달된 난류 자기유체역학(magnetohydrodynamic, MHD) 유동에서 자기장이 평균속도와 난류 특성에 미치는 영향을 이해하기 위하여 수행되었다. …

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    This study was conducted to understand the effects of a magnetic field on mean velocity and turbulent characteristics in fully developed turbulent magnetohydrodynamic (MHD) flow through a square duct. Based on the coupled Navier-Stokes MHD equations, an extended Reynolds stress transport model including the Lorentz force effect was applied, and the analysis was performed using an in-house computational fluid dynamics code. In order to directly apply the Lorenz force effect to the turbulent MHD flow, models related to the generation and dissipation rate of the Lorenz force were additionally applied to the Reynolds stress and dissipation rate equations, and the indirect effect was also considered through the modification of the velocity-pressure gradient correlation model of the Reynolds stress equation. In addition, the model coefficients of the models related to the Lorenz force were tuned using the fully developed channel MHD data so that they could be linked to the elliptic-blending Reynolds stress model and then the square duct flow was analyzed. The prediction results were validated through comparison with the direct numerical simulation (DNS) data of Chaudhary et al. (2010), confirming the flattening of the mean velocity distribution and the suppression trends of turbulence intensity and shear stress. The results of the analysis show that the proposed extended model contributes to improving the predictive accuracy of MHD-affected flow fields and suggests its applicability to various engineering applications involving complex boundary conditions.


    본 연구는 정사각형 단면을 갖는 덕트 내 완전 발달된 난류 자기유체역학(magnetohydrodynamic, MHD) 유동에서 자기장이 평균속도와 난류 특성에 미치는 영향을 이해하기 위하여 수행되었다. 결합된 형태의 나비에-스토크스(Navier-Stokes) MHD 방정식들을 기반으로 로렌츠 힘 효과를 포함한 확장된 형태의 레이놀즈응력 수송 모형을 적용하였으며, 이 해석은 전산 유체역학을 위한 자체 개발 코드로 수행되었다. 난류 MHD 유동에 로렌츠 힘 효과를 직접적으로 부여하기 위하여 레이놀즈응력과 소멸률 방정식들에 로렌츠 힘 관련 생성과 소멸에 관한 모형들을 추가하였으며, 레이놀즈응력 방정식의 속도-압력구배 상관관계 모형의 수정을 통해서도 간접적인 효과를 발휘하도록 고려하였다. 또한, 본 연구에서는 타원-혼합 레이놀즈응력 모형과 연계되도록 로렌츠 힘과 관련된 모형계수들을 완전 발달된 평판 MHD 자료들을 활용하여 조율하는 과정을 거친 후에 사각덕트 유동을 해석하였다. 예측된 결과는 Chaudhary et al.(2010)의 직접수치모사(direct numerical simulation, DNS) 자료와 비교하여 타당성을 검증하였으며, 평균속도 분포의 평탄화와 난류강도 및 전단응력의 억제 경향을 확인하였다. 해석 결과는 제안한 확장형 모형이 자기장 영향을 받는 유동장의 예측 정확도 향상에 기여할 수 있음을 보여주고 복잡한 경계조건을 갖는 다양한 공학적 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다.

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    30 June 2025
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    Research on the Continuous Measurement Monitoring System of Structures Using Smart Exposure Inclinometer

    스마트 노출 경사계를 이용한 구조물 상시 계측 모니터링 시스템에 관한 연구

    So-Young Lim, Ki-Chae Hong, Hyung-Sung Kim

    임소영, 홍기채, 김형성

    Recently, the use of information technology in the construction field has become commonplace. This study is an empirical study on the ‘structure …

    최근 건설분야에 정보기술 활용이 일상화 되었다. 본 연구는 산사태 등의 위험관리와 구조물 안전관리를 목적으로 기울기와 변위량만을 기준으로 계측하는 기존 범위를 벗어나, 이상징후를 …

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    Recently, the use of information technology in the construction field has become commonplace. This study is an empirical study on the ‘structure safety management monitoring system using a smart exposure gradient meter’ that manages abnormal signs in real time beyond the existing range that measures only the slope and displacement for the purpose of risk management such as landslides and safety management of structures. The scope of the study is divided into the sensor part, the server that manages the information system, and the monitoring that communicates information, and can be installed in various structures. Compared to the automatic underground gradient monitoring system, it showed a 36% cost reduction and 12 days of air reduction effect. In the future, the regular measurement monitoring system can be streamlined through various field demonstrations and additional research.


    최근 건설분야에 정보기술 활용이 일상화 되었다. 본 연구는 산사태 등의 위험관리와 구조물 안전관리를 목적으로 기울기와 변위량만을 기준으로 계측하는 기존 범위를 벗어나, 이상징후를 실시간으로 관리하는 ‘스마트 노출 경사계를 활용한 구조물 안전관리 모니터링 시스템’에 관한 실증연구이다. 연구범위는 센서 부분, 정보시스템을 관리하는 서버, 정보를 소통하는 모니터링으로 나뉘며 다양한 구조물에 설치가 가능하다. 자동 지중 경사계 모니터링 시스템과 비교하여 36%의 비용 절감과 12일의 공기단축 효과를 나타냈다. 향후 다양한 현장 실증과 추가 연구를 통해 상시 계측 모니터링 시스템을 효율화 시킬 수 있을 것이다.

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    30 June 2025
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    Parameter Optimization Analysis Reflecting Runoff Characteristic Changes due to Urbanization in Watershed

    도시화에 따른 유역의 유출특성 변화를 반영한 매개변수 최적화 분석

    Young-Woo Lee, Ji-Yeol Ryu, Kye-Won Jun

    이영우, 류지열, 전계원

    Recently, urban flood damage has been increasing due to localized heavy rainfall. In particular, rapid urbanization in Korea has led to the …

    최근 국지적 집중호우로 인해 도시 지역의 홍수 피해가 증가하고 있으며, 특히 우리나라는 급격한 도시화로 불투수면이 확대되면서 하천의 홍수 유출량이 증가하는 추세를 보이고 …

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    Recently, urban flood damage has been increasing due to localized heavy rainfall. In particular, rapid urbanization in Korea has led to the expansion of impervious surfaces, resulting in a trend of increased flood runoff in rivers. This study targeted the Wonju Bridge watershed in Wonju City, Gangwon Province, and estimated the SCS-CN (Soil Conservation Service Curve Number) according to land cover changes by period. The parameters obtained from the single nationwide parameter empirical formula in the “Standard Guidelines for Flood Estimation” were compared and analyzed with those derived using the optimization function of the HEC-HMS rainfall-runoff model. For SCS-CN estimation, land cover maps from the Ministry of Environment and detailed soil maps from the Rural Development Administration were utilized. The time of concentration (Tc) and storage coefficient (K) were calculated using both the single nationwide parameter empirical formula and the optimization function of HEC-HMS. In addition, four representative short-term flood events for each period were selected based on water level and rainfall data from the WAMIS system. The results showed that applying the optimized parameters produced simulated peak flood flows similar to observed values, and the Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) increased by up to 0.86, approaching 1.0, indicating improved simulation performance. This suggests that, in urbanized watersheds, optimized parameters reflecting watershed characteristics can more accurately represent flood runoff characteristics than the generalized parameters from the nationwide empirical formula. Based on the findings of this study, it is considered that applying optimization techniques that account for watershed characteristics will enable highly accurate simulations for future flood prediction and hydrological modeling.


    최근 국지적 집중호우로 인해 도시 지역의 홍수 피해가 증가하고 있으며, 특히 우리나라는 급격한 도시화로 불투수면이 확대되면서 하천의 홍수 유출량이 증가하는 추세를 보이고 있다. 본 연구는 강원도 원주시 원주교 유역을 대상으로, 연대별 토지피복 변화에 따른 SCS-CN(유출곡선지수)를 산정하고, 「홍수량 산정 표준지침」의 전국에 적용되는 단일 매개변수 경험식과 HEC-HMS 모형의 최적화 기능을 활용하여 도출한 매개변수를 비교 ‧ 분석하였다. SCS-CN 산정에는 환경부 토지피복도와 농촌진흥청 정밀토양도를 활용하였으며, 도달시간(Tc)과 저류상수(K)는 전국에 적용되는 단일 매개변수 경험공식과 HEC-HMS의 최적화 기능을 통해 산정하였다. 또한, WAMIS에서 제공하는 수위 및 강우 자료를 바탕으로 각 연대별 대표 4개 단기 홍수사상을 선정하였다. 연구 결과, 최적화된 매개변수를 적용한 경우 관측된 첨두홍수량과 유사한 값이 산정되었고, 모의 정확도를 나타내는 NSE 값도 최대 0.86증가하여 1.0에 근접하여 모의 성능이 향상됨을 확인하였다. 이는 도시화가 진행된 유역에서는 전국에 적용되는 단일 매개변수 경험공식의 일반화된 매개변수보다 유역 특성을 반영한 최적화 매개변수가 홍수 유출 특성을 더 정확하게 반영함을 시사한다. 본 연구 결과를 바탕으로, 향후 홍수 예측 및 수문 모의 시 유역 특성을 고려한 최적화 기법 적용을 통해 정확도 높은 모의가 가능할 것으로 사료된다.

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    30 June 2025
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    Integrated Flood Risk Mitigation Measures for the Naengcheon River Basin Against Climate Change: A Case Study of Typhoon Hinnamnor

    기후변화 대응을 위한 냉천 유역 치수대책 연계방안 연구: 태풍 힌남노 사례를 중심으로

    Tae Jung Jung, Kye Won Jun, Sung Soo Lee, Kwang Ki Kim

    정태정, 전계원, 이성수, 김광기

    Climate change has increasingly intensified the frequency and magnitude of extreme rainfall events. In addition, rapid urbanization and unregulated land development have …

    전 세계적으로 심각한 문제로 대두되고 있는 기후변화는 집중호우의 빈도와 강도를 증가시키고 있으며, 여기에 도시화와 무분별한 개발로 인한 불투수면적 확대는 유출량 증가와 피해 …

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    Climate change has increasingly intensified the frequency and magnitude of extreme rainfall events. In addition, rapid urbanization and unregulated land development have expanded impervious areas, leading to greater surface runoff and worsening flood damages. In urban and industrial regions where rivers pass through dense developments, traditional flood control measures based solely on levees and river channels are no longer sufficient to manage flood discharges that exceed design standards. Therefore, watershed based structural flood control measures such as dams and reservoirs are required. This study focuses on the Naengcheon River Basin in Pohang City, South Korea, which experienced severe flooding during Typhoon Hinnamnor in 2022. Using observed rainfall data, flood discharges were estimated, and an integrated flood management strategy was developed to distribute flood control between river channels and upstream facilities. Structural alternatives including washlands, flood detention reservoirs (dam), bypass, and combined operation of a new dam and the existing Reservoir were evaluated. The results provide practical guidance for establishing climate adaptive flood risk management plans and infrastructure, especially in medium sized urban watersheds. This case study offers useful insights for integrated planning of river and watershed-based flood mitigation.


    전 세계적으로 심각한 문제로 대두되고 있는 기후변화는 집중호우의 빈도와 강도를 증가시키고 있으며, 여기에 도시화와 무분별한 개발로 인한 불투수면적 확대는 유출량 증가와 피해 심화를 초래하고 있다. 특히 대규모 시가지 및 산업단지를 통과하는 하천의 경우, 제방 중심의 기존 하도 대응 치수대책만으로는 치수계획빈도를 초과하는 홍수에 대응하는 데 한계가 있다. 이에 따라 유역 중심의 구조적 홍수대책(댐, 저수지 등)이 필요하다. 본 연구는 2022년 경상북도 포항시 냉천 유역을 강타한 태풍 힌남노를 사례로, 실측 강우량을 기반으로 홍수량을 산정하고, 하도와 유역 간 통합적 치수대책을 수립하였다. 천변저류지, 홍수조절지, 방수로, 신규 댐 ‧ 기존 저수지 연계운영 등의 구조적 대안을 검토하였으며, 하천과 유역 간 홍수 분담을 고려한 실질적인 대응전략을 제시하였다. 연구 결과는 향후 중소도시 유역의 기후위기 대응형 방재계획 수립 및 치수 인프라 구축을 위한 실무적 기준으로 활용될 수 있다.

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    30 June 2025
  • Original Article

    A Study on the Stability of Dam Crest Height in Small Reservoirs

    소규모 저수지 댐마루고 안정성에 관한 연구

    Hyun Kyo Kim, Bum Hyun Ryu, Ho Jin Lee

    김현교, 유범현, 이호진

    Cases of reservoir failure continue to be reported, and these failures occur due to the inability to adequately defend against localized heavy …

    저수지의 붕괴 사례는 지속적으로 보고되고 있으며, 기후변화로 인한 국지성 호우를 적절히 방어하지 못하여 발생하고 있다. 저수지는 약 17,066개의 농업용 저수지중 14,877개의 저수지가 …

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    Cases of reservoir failure continue to be reported, and these failures occur due to the inability to adequately defend against localized heavy rainfall caused by climate change. Among the approximately 17,066 agricultural reservoirs, 14,877 are over 50 years old. It is expected that small-scale reservoirs will struggle to respond adequately to the recent intense rainfall and changing design standards. This study focuses on small-scale reservoirs that are over 40 years old and have a storage capacity of less than 100,000 tons. Four weather stations in the Chungcheongbuk-do region were selected for analysis, ensuring that the observational data did not overlap and that each station had at least 30 years of data. The trends in flood variability by period for each station were analyzed, and by comparing the flood variability, this research aims to contribute to the decision-making process for ranking the maintenance management plans of small-scale reservoirs. The analysis was divided into 20-year periods for each weather station: Case 1 (1973~1992), Case 2 (1983~2002), Case 3 (1993~2012), and Case 4 (2003~2023). The results showed a clear regional trend when comparing the changes in design flood quantities. Based on the design flood quantities, reservoir flood tracing was conducted, and it was examined whether the dam crest height was appropriate for each reservoir. The results showed that the dam crest freeboard was insufficient in all cases for the target reservoirs. Most small-scale reservoirs are managed by local governments, and reservoirs managed by specialized organizations (such as the Korea Rural Community Corporation and the Korea Water Resources Corporation) are periodically diagnosed and managed. However, many small-scale reservoirs managed by local governments have inadequate maintenance, posing potential risks. Based on the findings of this study, it is necessary to establish operational management plans for local governments to improve the stability of small-scale reservoirs.


    저수지의 붕괴 사례는 지속적으로 보고되고 있으며, 기후변화로 인한 국지성 호우를 적절히 방어하지 못하여 발생하고 있다. 저수지는 약 17,066개의 농업용 저수지중 14,877개의 저수지가 축조된지 50년 이상 경과한 저수지로 최근 발생하고 있는 강력한 집중호우 및 변화된 설계기준에 소규모 저수지가 적절히 대응하기 어려울 것으로 예상된다. 본 연구에서는 건설된지 40년 이상, 저류용량 10만 톤 이하의 소규모 저수지를 대상으로 하며 충청북도 지역의 기상관측소의 자료가 중복되지 않도록 관측 자료가 최소 30년 이상 보유하고 있는 4개의 관측소를 대상으로 저수지를 선정하고 관측소에 따른 기간별 홍수량 변동에 대한 경향성을 분석하고, 관측소별 홍수량 변동을 비교하여 소규모 저수지의 유지관리 방안 마련 시 순위를 결정에 활용할 수 있도록 하였다. 관측소별 기간을 20년 단위로 나누어 분석하였으며 Case 1(1973~1992년), Case 2(1983~2002년), Case 3(1993~2012년), Case 4(2003~2023년)로 분류하여 설계홍수량 증감률을 비교한 결과 지역적 경향성을 뚜렷이 나타냈다. 설계홍수량을 토대로 저수지 홍수추적을 수행하여 저수지별 댐마루 높이의 적성성 여부를 검토한 결과 대상 저수지 전체 Case에서 댐마루 높이가 부족한 것이 확인 되었으며, 소규모 저수지의 경우 지방자치단체에서 관리하고 있는 저수지이며, 전문기관(한국농어촌공사, 수자원공사 등)을 통해 관리되고 있는 저수지들은 주기적으로 진단 및 관리가 이루어지고 있다. 하지만 지방자치단체에서 관리하고 있는 소규모 저수지 중 대다수는 관리가 미흡하여 잠재적인 위험을 안고 있는 만큼 본 연구 결과를 기초하여 소규모 저수지의 안정성 향상을 위한 지방자치단체의 운영관리 방안을 수립이 필요하다.

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    30 June 2025