• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1651-1655
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• 2006

일반적인 하천에서 이 치수를 위한 하천 구조물설계를 위해서는 흐름해석이 매우 중요한 작업 중 하나이다. 하천의 흐름해석은 주어진 유량에 대해 등류 또는 부등류, 부정류 계산을 통하여 해석을 하게 되는데, 이때 조도계수는 매우 중요한 매개변수이며, 조도계수에 의해 흐름해석의 결과가 크게 좌우된다. 이러한 조도계수는 어느 특정의 확정적인 요소에 의해 결정되어지지 않고, 복합적인 요소에 의해 결정되어지며, 특히, 유량에 대해 가변성을 갖는다. 본 연구에서는 조도계수의 유량에 대한 가변적인 특성을 분석하고자, 각각 다른 하상경사를 가지는 하천들에 대해 조도계수를 산정하였다. 그 결과, 조도계수는 유량에 대해 가변성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 하상경사가 완만한 하천일수록 유량에 대한 조도계수의 가변성이 크게 나타났으며, 하상경사가 급할수록 유량에 대한 조도계수의 가변성이 적게 나타나는 결과를 도출하여 유량에 대한 조도계수의 가변성이 하상경사에 민감하게 반응하는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권12호
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• pp.1055-1063
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• 2004

공간적 위치 및 유량 값에 따라 각 계산점마다 조도계수의 값이 달리 주어질 수 있도록 하는 가변 조도변수 부정류 계산모형을 수립하였다. 유량과 조도계수의 관계식으로는 계단함수 또는 멱함수를 적용할 수 있도록 하였다. 수립된 모형을 충주댐부터 팔당댐까지의 남한강 구간에 적용하여 최적화에 의한 매개변수의 추정을 수행하였다. 가변 매개변수 모형의 보정 결과, 계단함수 도형 및 멱함수 모형 모두 유량이 커질수록 조도계수가 감소하는 경향이 일관되게 나타났다. 이러한 경향은 여주 지점 상류구간의 경우에 더욱 현저한 것으로 나타났다. 가변 조도계수 모형의 매개변수 추정에 따른 오차가 고정 조도계수 모형의 경우보다 작아짐을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1654-1658
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• 2008

하천에서는 최적 하도계획의 수립과 하천관리를 위하여 유량관측소가 설치 운영되고 있으며, 통상 자기기록계에 의해 수위를 계속적으로 기록하고 있다. 또한 하천의 흐름 해석시 부등류 및 부정류 해석을 통하여 수위를 계산하게 되는데 이때 조도계수는 매우 중요한 매개변수이다. 이러한 조도계수는 대상하도의 복합적 요소에 의하여 결정되어지며 특히 유량에 대한 가변성이 크다. 본 연구에서는 도시하천인 우이천 유역을 대상으로 과거 수위 및 유량관측 자료를 토대로 유속 및 경심을 산정한 후 Manning의 평균유속 공식에 의해 역산하여 조도계수를 산정하였다. 또한 고정조도계수모형과 멱함수형태의 역산조도 계수모형의 결과를 실측 홍수위와 비교 분석하였다. 실제로 관측 수위에 대한 검증결과 유량에 따른 조도계수의 가변적 특징을 확인할 수 있었으며, 역산 조도계수 방법에 의한 흐름해석의 결과가 관측홍수위에 민감하게 반응함을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.314-318
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• 2005

잠실 및 신곡 수중보의 영향을 모의할 수 있도록 개선된 FLDWAV 모형을 한강 하류부의 하천구간에 적용하여 모형의 보정을 수행하였다. FLDWAV 모형에 포함된 자동추정 기법을 적용하여 부분 선형함수 가변 조도계수 모형의 매개변수를 추정하였다 팔당대교부터 전류까지의 하천구간을 3개 구간으로 구분하고, 유량 등급별 조도계수의 초기 가정치를 변화시켜 가며 각 경우에 대하여 홍수사상별로 매개변수 추정을 수행하였다. 최소유량(영) 등급 및 최대유량 등급에 대한 조도계수 추정치들은 초기 가정 값에 민감하여 초기치가 최종 추정치로 종료되는 경우가 다수 발생하였다. 대부분의 홍수사상에 대하여 추정 매개변수를 사용한 계산수위와 관측수위의 편차 합은 영에 근접하나, RMS 오차는 다양한 값들을 나타내었다. 양의 오차들과 음의 오차들이 서로 상쇄됨으로써 편차가 영에 근접하게 되는 경우가 빈번히 발생하였으며, 이는 편차 합을 최소화하는 목적함수를 만족시키는 최적해가 유일하지 않음을 의미한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.413-418
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• 2006

본 연구는 자갈하상을 갖는 하천에 대해 조도계수를 산정하고자 하상에 분포하는 입자에 작용하는 전단응력을 이용하여 등가조도를 산정하고 대상유량에 대해 수위를 산정할 수 있는 모형을 개발하였다. 개발된 모형의 적용성은 섬진강 하류부의 구례수위표와 송정수위표 구간에 대해 적용하였다. 그 결과 구례수위표지점에서 등가조도는 0.088m로 산정되었고, 이를 이용하여 Wark(1990)가 제시한 단위유량에 대한 연속방정식과 운동량방정식을 결합한 간단한 모형을 이용하여 각각의 대상유량에 대해 수위를 산정하였으며, 그 결과 6%이내의 오차를 보였다. 그리고 대상유량에 대해 계산된 수위를 이용한 부등류 해석을 실시하여 조도계수를 각각의 유량에 대해 산정하였다. 그 결과 관측된 수위와 계산된 수위에 의해 산정된 조도계수의 오차가 $0{\sim}0.002(6%)$의 오차를 보였고, 유량별로 조도계수를 산정할 수 있어 조도계수의 가변성도 고려할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.310-310
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• 2017

홍수추적 모형의 적절성을 결정하는 중요한 요소 중 하나는 모형의 매개변수이다. 특히 자연하천에 관한 부정류 계산모형의 매개변수인 조도계수는 하상재료의 특성에 따라 좌우되는 표피마찰뿐만 아니라 하상의 굴곡 등 단면형의 변화에 따른 형상손실 및 하천의 사행에 따른 손실 효과 등을 포괄적으로 내포하고 있기 때문에 모든 하천구간에 대하여 일반적으로 적용할 수 있는 조도계수의 값을 하나로 결정하기는 어렵다. 또한 조도계수는 흐름조건, 즉 유량 또는 수위의 변화에 따른 가변성을 갖고 있기 때문에, 흐름이 시간 및 공간적으로 변화하는 부정류 계산모형에 있어서는 더욱 그러하다. 그러므로 본 연구에서는 조도계수의 가변성과 다수 지점의 관측치를 고려한 모형보정의 결과로부터 얻은 파레토 최적화와 최소최대 후회도 방법(Minimax regret approach, MRA)을 결합하여 부정류 계산모형의 안정적인 매개변수를 선정할 수 있는 방법을 제안하였다. 여러 지점의 관측치를 고려한 모형의 보정은 다목적 최적화 문제로서, 여러 지점에 대한 가중치를 결합하여 얻은 하나의 목적함수에 대하여 여러 번의 개별 최적화를 수행함으로써 다수의 파레토 최적해들을 구할 수 있는 통합접근법을 적용하였다. 이때 유량에 따른 조도계수의 가변성을 나타내는 두 개의 매개변수로 구성된 관계식을 이용하여 두 구간에 대한 매개변수들을 모형의 추정 대상 매개변수로서 최적화하였다. 이 후 각기 다른 홍수사상에 대해 보정과 검증을 수행하였으며 각각에 대한 평가지표의 후회도를 정량화하였고 최종 안정적인 매개변수를 추정하기 위해 MRA를 이용하여 종합적인 순위를 도출하였다. MRA는 완전히 불확실한 의사결정 상황에서 유용한 방법으로 알려져 있는데 가장 나쁜 순위가 가장 좋은 것을 선택할 수 있게 하는 보수적인 의사결정기법이다. 계산결과 추정된 모형의 가변조도계수와 그로부터 얻은 두 개 지점에서의 평가지표인 RMSE는 두 지점에 대한 가중치의 조합에 따라 선택되는 매개변수 값에 따라 달라짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 제시한 방법은 수문 및 수리모형의 다수의 관측지점의 자료를 이용한 매개변수 산정문제에 있어서 안정적인 해를 도출할 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제30권5호
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• pp.549-559
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• 1997

한강 본류구간에 대한 폐합형 부정류 계산모형을 수립하였다. 수립된 모형은 가변 매개변수 모형으로서 공간적 위치 및 유량 값에 따라 각 계산점마다 조도계수의 값이 달리 주어질 수 있도록 하였다. 조도계수 및 월류 유량계수에 관한 모형도 민감도 분석을 수행하였으며, 그 결과로 Manning 조도계수를 추정 대상 매개변수로 선정하였다. 과거 홍수사상들에 대한 관측자료를 이용하여 모형의 보정 및 검증을 수행하였다. 조도계수의 최적 추정 방법으로는 수정 Gauss-Newton 방법을 사용하였다. 가변 매개변수 모형의 보정 결과, 조도계수의 공간적 변동성 및 유량에 따른 변화 경향이 분명히 나타났다. 즉, 왕숙천 유입지점 상류구간에 대한 조도계수가 하류 구간에 비하여 크고, 유량이 증가함에 따라 조도계수는 감소하는 것으로 나타났다. 가변 매개변수 모형을 사용한 계산결과가 단일 매개변수를 사용하는 종래의 모형을 사용하는 경우보다 관측수위와 더욱 잘 일치함이 모형의 검증을 통하여 입증되었다. 또한 조도계수의 공간적 변화가 유량에 따른 변동보다 더 심한 것으로 드러났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권12호
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• pp.985-996
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• 2006

본 연구는 자갈하천에서 하상에 분포하는 입자에 작용하는 전단력을 이용하여 등가조도를 산정할 수 있는 모형을 개발하였다. 산정된 등가조도는 수위-유량자료가 부재한 하천에서 유량에 대한 수위를 산정하고 조도계수를 산정하는데 이용하였다. 대상하천은 섬진강의 중 하류부인 구례수위표와 송정수위표 구간으로 선정하였다. 등가조도는 개발된 모형에 의해 구례수위표지점에서 0.194m가 산정되었다. 산정된 등가조도를 흐름모형에 적용하여 계산된 수위유량자료를 관측된 자료와 비교한 결과 6% 이내의 오차를 보였다. 조도계수는 대상구간에 대해 부정류 해석을 실시하여 유량규모별로 계산된 수위와 관측된 수위에 대해 산정하였다. 그 결과 관측된 수위와 계산된 수위에 의해 산정된 조도계수는 $0{\sim}0.002$의 오차를 보였고, 조도계수의 가변성도 고려할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권3호
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• pp.191-200
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• 2017

본 연구에서는 부정류 계산모형의 안정적인 매개변수를 선정하기 위하여, 다수 지점의 관측치를 고려한 모형보정의 결과로부터 얻은 파레토 최적화와 최소최대 후회도 방법(minimax regret approach, MRA)을 결합하는 방법을 제안하였다. 여러 지점의 관측치를 고려한 모형의 보정은 다목적 최적화 문제로서, 통합접근법을 적용하여 최적해를 구하였다. 통합접근법은 여러 지점에 대한 가중치를 결합하여 하나의 목적함수를 얻고, 여러 번의 개별 최적화를 수행함으로써 다수의 파레토 최적해들을 구하는 방법이다. 이때 유량에 따른 조도계수의 가변성을 나타내는 두 개의 매개변수로 구성된 관계식을 이용하여 두 구간에 대한 매개변수들을 모형의 추정 대상 매개변수로서 최적화하였다. 이후 각기 다른 홍수사상에 대해 보정과 검증을 수행하였으며 각각에 대한 평가지표의 후회도를 정량화하였고 이를 결합한 결합후회도를 산정하였다. 이를 기준으로 파레토 최적해들의 순위를 결정하였다. 계산결과 추정된 모형의 가변조도계수와 그로부터 얻은 두 개 지점에서의 표준화된 RMSE들은 두 지점에 대한 가중치의 조합에 따라 선택되는 매개변수 값에 따라 달라짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 제시한 방법은 수문 및 수리모형의 다수의 관측지점의 자료를 이용한 매개변수 산정문제에 있어서 안정적인 해를 도출할 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권5호
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• pp.363-376
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• 2011

하천 홍수해석 분야에서 가장 널리 이용되고 있는 1차원 동수역학 수치모형의 입력자료는 상하류단 경계조건, 조도계수, 하도단면 등이며, 계산 시간간격 및 거리간격의 선정은 계산결과의 정확성, 안정성, 효율성 확보를 위한 핵심 요소이다. 본 연구에서는 기존 단면간격 선정기법의 이론적 배경을 검토하였고, 매 시간단계별로 도출되는 흐름특성을 반영하여 계산거리간격을 추정하는 가변 계산거리간격 추정 기법을 제안하였다. 제안된 기법을 1차원 부정류 수치모형과 연계하여 Teton 댐 붕괴 및 한강 홍수 사상에 대해 적용함으로써 기존 고정 계산거리간격 추정 기법에 의한 해석결과와 비교하였다. 더 많은 내삽단면이 사용될 경우, 수치 수렴성 실험 결과는 수치해의 정확성과 안정성이 높아짐을 나타내었고, 본 연구에서 제안된 기법은 기존 고정 계산거리간격 추정기법보다 적은 단면개수로 동일한 정도의 정확도를 나타냄으로써 계산 효율성을 크게 향상시켰다. 본 연구에서 개발된 기법의 실무적용을 통해 정확성과 안정성뿐만 아니라 높은 효율성을 갖는 하천 홍수해석이 가능할 것으로 판단된다.