• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.337-337
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• 2015

홍수 저감, 생태계 복원, 위락 등 다양한 목적의 충족을 위해 강변에 저류지, 즉 다목적 유수지(detention basin)를 조성하는 사례가 나타나고 있다. 하천에서 홍수의 발생으로 수위가 어떤 기준보다 높아지면, 흐름의 일부를 돌려 저류지로 보냄으로써 본류의 부담을 덜 수 있다. 이때, 흐름의 분기를 위해 설치되는 하천구조물 중 하나가 측면 위어(side weir) 또는 횡월류 위어(side discharge/overflow weir)이다. 하천의 계획과 설계에서 위어가 적용될 때, 위어에 대한 수위-유량 관계, 즉 그 형식과 제원에 적합한 유량계수(discharge coefficient)의 결정이 관건이 된다. 일반적인 위어와 달리 흐름 양상이 복잡한 측면 위어의 경우, 이론과 실제의 괴리가 아직까지 해소되지 않아 실물 또는 3차원 수치 모형을 이용한 시험으로 수위-유량 관계를 수립할 필요가 있다. 이렇게 결정된 수위-유량 관계는 1차원 또는 수심적분 2차원 모형의 내부 또는 외부 경계로 사용되며, 본류의 수위 증감에 따른 측면 위어의 횡월류량을 통해 저류지의 홍수 조절 능력을 평가할 수 있다. 이 연구에서는, 측면 위어의 수위-유량 관계가 알려지지 않더라도, 저류지에 의한 홍수 조절 효과를 평가할 수 있는 2차원 수치모의에 대해 검토하였다. 수치해법으로서 2차원 천수방정식에 대해 유한체적법을 적용하고, 흐름률(flux)의 정확한 계산을 위해 근사 Riemann 해법을 도입하였다. 먼저, 측면 위어가 없는 실험 조건에 대해 수로 내 한 측선에서 측정된 수위와 유량을 모의 결과와 비교하여 모형을 검증하였다. 이때, 경계조건으로 상류 끝에 측정 유량을, 하류 끝에 측정 수위를 부여하였으며, Manning의 조도계수를 0.014로 설정하였다. 또한, 측면 위어가 설치된 수로에 대해 계산 영역을 340개의 삼각형 격자로 분할하고 측면 위어가 없는 경우와 동일한 조건을 두어 모의하였다. 측면 위어의 하류에 위치한 측선에서 측정치에 대한 평균 제곱근(root mean square) 오차가 수위에 대해 1.9 mm, 유량에 대해 $2.2{\ell}/s$로서 그림과 같이 모의 결과는 실험의 그것과 잘 일치하였다. 이로써, 측면 위어에 대한 수위-유량 관계의 수립을 위한 실물 모형 시험 없이 수심적분 2차원 수치모의를 통해 저류지의 홍수 조절 효과를 평가할 수 있음이 확인되었다.

• 수산해양기술연구
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• 제31권2호
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• pp.127-141
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• 1995

득량만의 키조개 어장의 해양 환경을 알아보기 위하여 1994년 7월 12일(대조기)과 19일(소조기)에 걸쳐 득량만의 수형 분포 특성을 조사하였다. 득량만은 관측 기간중에 대조기와 소조기에 따른 빛의 연직감쇠계수(k)가 0.6인 곳을 경계로 하여 3개 해역으로 구분될 수 있었다. 조석 주기에 따른 k가 0.6인 등치선의 변화는 대조기에는 약 10m인 등수심선, 소조기에는 약 5m인 등수심선과 유사하게 분포하였다. 따라서 득량만의 수심 약 5~10m인 해역은 조석 주기에 따라서 수형의 특성이 뚜렷하게 바뀌는 수역이라고 할 수 있다. 즉, 수심 약 5~10m인 만 중앙 해역은 T-S diagram에서 대조기때는 수심이 얕은 해역의 수형군에 가까이 분포하고, 소조기때에는 수심이 깊은 수형군에 가까이 분포하였다. 그리고 성층 정도를 나타내는 변수인 log 하(10)(H/U 상(3))의 값은 수심 5m와 10인 등수심선에서 약 2.1~2.2의 값을 나타내었다. 특히, 본 연구 기간인 1994년 7월 동안은 혹서와 갈수로 인하여 예년치보다도 기온은 약 2$^{\circ}C$이상 높았으며, 강수량은 예년치보다도 훨씬 낮은 음의 값을 나타내었다. 이러한 영향으로 인하여 득량만의 수괴의 밀도는 관측 기간동안 주로 수온에 의해서 결정되고 있었다. 앞으로는 기상 자료 및 득량만에서의 과거 누년자료를 분석하여, 이상(abnormal) 고수온년에 대한 만내의 물리적인 변동, 조류와 해저 지형에 기인한 내부파의 형성이나 연속 관측에 의한 급조등에 관한 연구도 필요하리라 생각된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.168-168
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• 2015

자연하천의 주요한 특징 중 하나인 하천의 사행은 직선수로에서 예측되는 유속분포를 왜곡시키며 매우 복잡한 흐름구조를 형성한다. 이는 하상 경계면에서 발생하는 전단응력 분포의 변화를 야기하는데 하상 경계면에서의 전단응력은 다양한 경험적 관계에 의존하는 유사이동의 한계 소류력 산정 및 오염물질 거동해석의 분산계수 산정에 많은 영향을 미치게 된다. 물리적인 관측을 통한 하상 경계면에서의 전단응력의 관측은 다소 제한적이며 많은 비용을 요구한다. 따라서 하상 경계면에서 발생하는 전단응력의 경우 수심의 20% 이하의 연직 유속분포를 벽법칙에 적용하여 추정하는 방법이 주로 이루어지고 있다. 벽법칙을 이용한 하상 경계면의 전단응력을 계산하는 경우 대수중복층의 유속 분포 $u/u^*=(1/{\kappa})ln(zu^*/{\nu})+B$에서 무차원상수 ${\kappa}$와 B의 적절한 추정이 요구되어 진다. 일반적으로 무차원상수 ${\kappa}$와 B는 수리학적으로 매끄러운 벽면에서 대략 ${\kappa}=0.4$, B=5.5로서 경험적으로 이용되고 있다. 본 연구에서는 직선수로 및 다양한 사행수로의 3차원 흐름장 모의를 수행하여 벽법칙의 대수 중복층을 따르는 주흐름 방향 유속의 연직분포를 비교하였다. 수치모의 소프트웨어로서 Linux 기반의 OpenFOAM이 사용되었으며 모델의 검증을 위해 Chang(1971)에 의해 수행 된 사행수로에서의 유속장 관측 결과와 비교하였고 수치모의 결과가 실험 관측치와 잘 일치하는 것으로 판단되었다. 수치모의에 적용 된 사행수로의 형상은 Hey(1976)에 의해 제안 된 사행하천의 지형학적 인자들 간에 관계를 이용하여 사행도 1.03에서 2.42까지 총 7개의 사행수로 지형을 생성하였다. 사행도의 변화에 따라 만곡부 정점에서 대수중복층 구간의 주흐름 방향 유속의 연직분포를 비교한 결과, 본 연구에서 생성 된 모든 사행수로에서 대수중복층 구간의 무차원 유속 $u^+$와 무차원 거리 $z^+$가 로그 분포를 따르는 것으로 나타났으나 경험적으로 사용되었던 무차원상수 B의 경우 사행도가 증가 할수록 대수적으로 감소하는 경향이 나타났다. 본 연구에서는 이러한 관계가 무차원 상수 B값에 미치는 영향을 반영하여 수리학적으로 매끄러운 벽면에서 적용이 가능한 수정된 대수중복층 식을 제시하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1088-1092
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• 2006

낙동강은 대표적인 수지상 하천망의 형태로서 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절, 지류 유입량, 비점원 유입량 등 계산영역 경계에서의 비정상상태의 수리조건과 수질관리 계획에 의해 일률적으로 오염이 부하되는 정상상태의 수질조건이 공존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 부정류 수질해석의 선행연구로 갈수기 및 저수기에서 안정한 해를 제공할 수 있는 부정류 수리모형을 개발하였으며, 낙동강에서 실측된 유량자료를 활용하여 개발된 모형의 적용성를 검증하였다. 또한 기존 범용 부등류 수질모형의 수리해석 결과와 비교하여 부정류 수리해석의 필요성을 확인하였다. 낙동강 물환경연구소에서 2004년, 2005년 환경기초조사사업의 일환으로 실측한 유량자료에 의한 본 모형의 모의결과, 동적 저유량의 낙동강 본류 유량 변동 특성을 정확히 모의하고 있는 것으로 판단되었으나 기존 정적 수질 모형에 의한 해석결과는 실측유량, 유속과 수리수심 등에 있어서 동적 해석 결과와 차이를 보이고 있으며, 이는 오염물의 종방향이송과 종확산계수 및 재포기계수 산정에 큰 영향을 미치는 유속, 수리수심 등의 수리량이 실제값과 상이하게 계산되어 수질해석의 불확실성을 가중시키는 결과를 도출하게 될 것으로 판단된다.

• 한국해양공학회지
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• 제27권1호
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• pp.80-84
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• 2013

This study is to develop the simplified formulae for added mass coefficient of a 2-D floating body with a semi-circle section in a finite water depth. The semi-circle floating body may represent a simplified midship section transformed by Lewis form, which can be used for the ship motion analysis by strip theory. Since the added mass coefficient varies with motion frequencies and sea bottom effect, the correction factor representing the effect of water depth and frequencies is developed for accurate prediction of added mass. Using a two-dimensional numerical wave tank (NWT) technique based on the boundary element method (BEM) including sea bottom boundary the reference values of added mass are calculated to develop the correction factor. For verification and effectiveness of the formulae, the predicted added mass coefficients for various frequencies and water depth ratios are compared with the calculated values from NWT technique.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1011-1015
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• 2010

하천의 이용과 관리적 측면에서 가장 빈번하게 발생하는 하도의 직선화, 홍수량의 변화, 하상굴착, 하폭의 확대 축소 및 횡단구조물 등은 중규모 스케일의 하천지형을 인위적으로 교란시키는 대표적인 사례이다. 따라서, 이러한 인위적 교란은 하천생태계의 기반인 하천의 물리적 구조를 크게 변화시키므로 하도지형의 응답방향을 규명할 필요가 있다. 하천 유역의 지형은 여러 가지 스케일의 지형단위가 조직화되어 있는 것이므로 대(大) 중(中) 소(小)의 3가지 스케일 지형단위로서 계(系, system)를 계층화하고, 작은 계층의 계(系)에서는 큰 계층의 계(系)를 고정적인 경계조건으로 하여, 그 내부의 여러 가지 특징이나 변화를 규정하는 주요 인자를 이용하여 분석해야 한다. 또한 대(大) 스케일은 유역스케일의 지형스케일이며, 하도의 수계망이나 하도종단형 형상 등이다. 중(中) 스케일은 segment에서 reach 스케일의 지형이며 사행형상, 하천 폭 등이다. 소(小)스케일은 수심의 10배 정도이하의 지형스케일이며, 소규모 하상파 등의 미지형(微地形)이다. 따라서, 본 연구에서는 남강과 황강을 대상하천으로 유량 조절과 유사공급이 차단되는 댐하류 및 골재채취와 같은 인위적 교란요인에 의한 중규모(segment scale) 하도지형의 변화와 응답방향을 조사, 분석하였다. 연구결과 유량 및 유사공급량의 변동의 크기에 따라 전체적인 하상저하와 더불어 사주와 소가 소멸되면서 여울과 소가 사라지는 현상이 동조하는 것으로 분석되었으며, 하상의 평탄화에 의하여 저수로의 폭이 넓어져 복열사주가 발달하면서 수심 및 유속의 다양성이 감소되는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.244-244
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• 2022

4차 산업혁명에 따라 유역 및 하천관리 사업, 각종 풍수해 예방사업 분야에 다양한 스마트기술이 도입되고 있으나 건설현장 침수 피해 사고는 지속적으로 발생하고 있다. 굴착공사 현장에서 발생할 수 있는 침수피해를 사전에 예측하기 위해서는 공정별로 변화하는 현장상황을 반영하여 다양한 강우 시나리오를 기반으로 침수 예측 모델링이 선행되어야한다. 따라서 본 연구에서는 2차원 동수역학 모형인 HDM-2D 모형을 기반으로 굴착공사 현장 침수피해 예측 모델을 개발하여 굴착공사현장 침수 예·경보 시스템에 탑재하고자 한다. 침수피해 예측 모델은 천수방정식을 Petrov-Galerkin stabilized scheme 으로 이산화하여 해석하는 수평 2차원 동수역학 흐름해석모델로서 수로 및 지표면 등 다양한 지형 상황에서의 물 흐름을 상세하게 해석할 수 있다. 지형자료 생성 이후 경계조건 부여를 통해 수행되며 침수발생지역의 유속, 수심, 수위를 취득할 수 있다. 배수지나 굴착공사 현장에 2차원 흐름해석을 적용하는 경우 지형의 경사나 배치가 공간에 따라 변화하므로 불연속적인 흐름을 유발하여 모의결과의 계산 오차를 검토해야 한다. 2차원 침수피해 예측 모형의 정확성을 확인하기 위해 지면 돌출부가 있는 흐름 문제와 테스트베드 대상지에 침수해석 모형을 적용하였다. 돌출부 흐름 문제의 경우 돌출부를 지나며 발생하는 유속과 수심 모의 결과를 상용모형과 비교검증 하였으며 테스트베드 대상지역에 침수피해예측모형을 적용했을때 지형 경사에 따른 흐름의 변화와 침수양상을 확인할 수 있었다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제4권1호
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• pp.45-58
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• 1992

황해 및 동중국해에서 기상학적으로 유발된 연여균 및 계절적 해류 순환을 산정하기 위해 3次元 수치모형이 이용되었는데 수치모형은 불규칙한 연안경계와 실제 수심을 반영할 수 있도록 구성되었다. 본 연구에서는 전회의 동중국해의 3차원 수치모형 (Choi, 1984)을 제붕역에서의 흐름을 좀더 자세히 재현할 수 있도록 세분화하였는데 모형에 사용된 유한격자체계의 해상도는 위도 4분과 경도 5분으로 구성되었으며 황해 및 동중국해상에서 유속의 3차원적 순환 형태가 산정되어 제시되었다. 수치모형에 의해 계산된 기상학적으로 유발된 恒流 유원은 이 해역의 여러 영역에서 수심(표면, 중간수심, 바닥)別 및 전체 水柱에 대해 해수 문체시간을 계산하는데 이용되었다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제15권3호
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• pp.190-195
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• 2003

연안 및 해안에서 발생하는 파랑변형, 조석 전파, 부유사 이동 및 확산 현상 등을 예측하기 위해서는 수치모형이 주로 사용된다 대표적인 수치모형 기법으로는 유한차분법 및 유한요소법이 있다. 유한차분법을 사용하는 경우에는 관심영역의 각 격자점에서 유한차분 방정식을 풀어야하므로, 격자망 및 경계조건 등이 설정되어야 한다. 유한차분용 격자망은 유한요소법과는 달리 격자망이 간단하지만, 지형이 복잡한 경우에 편리하게 사용 할 수 있는 격자정보 생성기법이 별로 개발되어 있지 않다. 또한, 상업용으로 많이 개발되어 있는 프로그램도 대부분 유한요소법에 근거한 수치모형에서 사용하는 격자생성을 목적으로 하고 있다. 본 연구에서는 디지타이저(Summagrid IV 기종)를 사용하여 유한차분모형을 위한 동일한 간격의 직사각형 격자 수심자료를 만드는 세부과정을 자료로 소개하고자 한다. 필요한 프로그램은 Golden Software사의 Didger(dititiger 지원 S/W)와 Surfer(gridding & contouring S/W)로서, 비교적 간단하게 정확한 수심 자료를 얻을 수 있으며, 임의의 지점 떠는 영역에 제시된 정보로부터 필요한 직사각형 격자정보를 추출하는 방법에 적용이 가능하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.218-218
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• 2011

낙동강은 4대강 살리기 사업에 의해 8개의 보(상주보, 낙단보, 칠곡보, 강정보, 달성보, 합천보, 함안보)가 하천 내에 건설되고 약 4억톤의 준설이 실시되면서 지형적으로 막대한 변화를 맞이하게 된다. 낙동강은 상류의 안동댐 및 임하댐에서 방류수, 중류의 구미 및 대구 등의 오염원 그리고 하류의 남강에 의한 영향 및 낙동강 하구언에 의한 정체에 의한 영향으로 지역적으로 수질 및 수리 특성이 서로 다르게 나타나고 있다. 낙동강에 건설되는 수중보들 또한 이러한 유입 및 경계 조건에 따라 서로 다른 수질특성을 나타낼 것으로 판단되며 이에 대한 영향을 미리 예측하고 발생 가능한 악영향에 대한 대안을 수립하는 것이 중요하다고 본다. 본 연구에서는 낙동강의 4대강 사업에 의한 지점별 및 시기적 영향을 정확하게 분석하기 위해 3차원 수리동역학 모델 EFDC와 수질모델 WASP을 연계하여 사용하였다. 연구대상지역은 안동댐 방류지점에서 낙동강 하구역까지의 총 334km의 지역을 포함하였으며 하천의 폭 방향, 수심방향 및 흐름방향에 대하여 3차원으로 격자를 구성하여 하천을 표현하였다. 수리 및 수질 보정에 필요 한 입력자료는 국토해양부 및 환경부 등에서 발표 된 자료를 이용하였으며 2007년을 기준으로 모의를 실시하였다. 4대강 살리기 사업에 의한 8개의 보 건설 및 낙동강 전역의 준설의 영향을 예측하여 사업 전 및 사업 후로 각각 구분하여 비교하였으며 사업 후 체류시간의 증가와 준설로 인한 수심증가에 따른 복합적인 원인에 의해 수질에 영향이 미치는 것으로 나타났다. 사업 후 낙동강의 각 수중보 출구 부근 지점에서 예측된 수질 특성은 사업전에 비하여 $BOD_5$는 전반적으로 감소하나, TN 및 TP 는 유사한 특성을 나타내었다. 그러나 Chl-a 농도는 상류와 중류에서는 체류시간의 증가로 증가하는 경향을 나타내었으며 이는 수질이 양호한 상류 지역에서 특히 큰 차이를 나타내는 경향으로 분석되었다. 그러나 낙동강 하구언 지역은 Chl-a 농도가 사업에 의해 약간 감소되는 경향을 나타내어 여타 구간과 다른 경향을 나타내었다. 이는 낙동강 하류의 Chl-a 농도가 이미 매우 높은 상태에서 체류시간에 의한 성장 촉진 보다는 수심증가로 인한 광량제한 효과가 더욱 지배적으로 나타난 것에 의한 영향으로 추정된다.