• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.5B
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• pp.429-439
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• 2009

When Catastrophic extreme flood occurs due to dam break, the response time for flood warning is much shorter than for natural floods. Numerical models can be powerful tools to predict behaviors in flood wave propagation and to provide the information about the flooded area, wave front arrival time and water depth and so on. But flood wave propagation due to dam break can be a process of difficult mathematical characterization since the flood wave includes discontinuous flow and dry bed propagation. Nevertheless, a lot of numerical models using finite volume method have been recently developed to simulate flood inundation due to dam break. As Finite volume methods are based on the integral form of the conservation equations, finite volume model can easily capture discontinuous flows and shock wave. In this study the numerical model using Riemann approximate solvers and finite volume method applied to the conservative form for two-dimensional shallow water equation was developed. The MUSCL scheme with surface gradient method for reconstruction of conservation variables in continuity and momentum equations is used in the predictor-corrector procedure and the scheme is second order accurate both in space and time. The developed finite volume model is applied to 2D partial dam break flows and dam break flows with triangular bump and validated by comparing numerical solution with laboratory measurements data and other researcher's data.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.12 no.2
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• pp.109-122
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• 1992

With the uncertainty of breaching mechanism, channel roughness, and elevation-discharge relationship at the downstream dam sites, the dam break wave from the hypothetical failure of Soyanggang dam is routed by DAMBRK. Simulation results show that lower region of Seoul will be flooded in 6~8 hours which has the elevation lower than 30~20m, and most part of Chuncheon will also be flooded. The peak discharge becomes approximately 70,000 CMS at Indogyo, and 220,000~340,000 CMS at Chuncheon. Sensitivity analysis shows that the inundation feature of Seoul will hardly be affected by the failure of downstream dams.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1629-1633
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• 2008

댐 붕괴에 따른 홍수파의 전파 및 이에 따른 하류 제내지 범람은 그 영향범위가 매우 광범위하고, 흐름 양상이 복잡하며, 하도와 범람원 사이의 제방 붕괴특성에 따라 모의 결과가 달라지는 특징이 있으나, 이러한 요소를 모두 만족스럽게 재현하기가 어려운 실정이다. 본 연구에서는 1차원(1-D) 홍수파 해석 모형과 2차원(2-D) 제내지 범람모형을 제방붕괴 모듈로 연계하여, 1-2차원 연계 극대홍수파 해석 모형(2DFM)을 개발하였다. 제방의 붕괴 원인은 여러 가지가 있을 수 있으나, 하천의 수위가 제방고를 초과하는 경우 월류에 의한 제방의 붕괴가 시작되는 것으로 설정하였으며, 제방붕괴 과정은 시간경과에 따른 붕괴폭과 붕괴심의 변화를 설정하여 파제부의 월류량으로 범람홍수량을 결정하고 2차원 범람모형과 연계하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.173-177
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• 2005

2005년 2월 10일 파키스탄 남서부 발루치스탄 주에서 샤키도르 댐붕괴 사고로 1800명 이상의 사망자와 실종자가 발생하였고 댐이 무너지면서 1만 8,000채의 가옥이 부서지는 피해가 발생하였다. 이러한 홍수는 2월 3일부터 10일까지 일주일간 폭우가 내리면서 발생하였다. 과연, 남의 나라의 문제이고 우리나라의 경우와는 상관이 없는 것일까? 우리나라의 경우 한국시설안전기술공단(이하 공단)에서는 1996년부터 현재까지 1종 댐 시설물에 대한 정밀안전진단을 실시한 결과 대부분 수문학적 안전성이 매우 낮은 것으로 나타나, 그에 따른 구조적인 홍수대책방안으로 댐 증고, 보조여수로 신설, 여수로 확장 및 상류에 홍수조절용 댐 신설 등의 대책을 제시하고 있다. 그러나 이러한 구조적인 대책은 경제성, 시공성, 그리고 환경적인 측면에서 현실적으로 어려운 점이 많은 실정이다. 따라서, 우리나라의 경우에도 기상이변에 따른 댐붕괴 가능성이 상존하므로 이러한 어려운 문제점을 극복할 수 있는 충분한 대책을 마련해야 할 것이다. 본 연구에서는 금번 파키스탄에서 발생한 호우와 같이 장시간 발생한 호우사상(2002년 태풍 간무리)의 경우에 대하여 한강유역 댐들의 수문학적 안전성을 불리한 조건으로 모의하여 댐안전성을 평가하였다. 또한, 공단에서 수리, 수문학적 안전성을 평가한 1종 댐들의 설계보고서, 정밀안전진단 등 준공 후 현재까지 시행된 용역결과들을 토대로 수문학적 안전성 평가 기준에 대한 변화양상을 비교$\cdot$분석하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.11
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• pp.1077-1086
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• 2014

The flood wave generated due to dam break is affected by initial depth upstream since it is related with hydraulic characteristics propagating downstream, and flow resistance stress has influence on the celerity, travel distance, and approaching depth of shock wave in implementing numerical simulation. In this study, a shallow water flow model employing SU/PG scheme was developed and verified by analytic solutions; propagation characteristics of dam break according to flow resistance and initial depth were analyzed. When bottom frictional stress was applied, the flow depth was relatively higher while the travel distance of shock wave was shorter. In the case of Coulomb stress, the flow velocity behind the location of dam break became lower compared with other cases, and showed values between no stress and turbulent stress at the reach of shock wave. The value of Froude number obtained by no frictional stress at the discontinuous boundary was the closest to 1.0 regardless of initial depth. The adaption of Coulomb stress gave more appropriate results compared with turbulent stress at low initial depth. However, as the initial depth became increased, the dominance of flow resistance terms was weakened and the opposite result was observed.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.9 no.6
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• pp.89-97
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• 2009

In this study, a two-dimensional unstructured finite volume model based on the shallow-water equations and well-balanced HLLC scheme is developed. The model is verified by applying to various one- and two-dimensional problems related to the analyses of dam-break wave. The predicted numerical results agree very well with available analytical solutions and laboratory measurements. The model provides slightly more accurate results compared with the existing models.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.92-92
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• 2022

산 사면의 지반이 붕괴되어 흙, 모래, 자갈 그리고 물 등이 혼합하여 유동하는 토석류는 예측과 대비가 어려운 자연재해 중 하나 이다. 특히, 강우로 인해 발생하는 토석류의 경우 매우 빠르게 유동하기 때문에 피해 예측이 제한적이다. 이러한 토석류가 도심지역 또는 마을주변에서 발생할 경우 많은 인명 및 재산 피해가 발생한다. 따라서 토석류의 유동을 최소화시키기 위해선 1차적으로 수치모형을 통한 전반적인 유동 및 피해 규모 예측이 이루어져야 하며, 이러한 분석을 바탕으로 사방댐과 같은 구조물의 효율적인 설계가 이루어져야 한다. 이에 수치모형을 통해 토석류의 유동을 분석하고자 하는 많은 연구가 진행된 바 있으며, 사방댐 설계 분석 또한 수치모형과 실험을 통해 연구된 바 있다. 선행연구들에 따르면, 1) 발생부로부터의 거리, 2) 토석류 에너지의 감소, 3) 침식-연행 작용, 4) 사방댐의 용량 등이 효율적인 사방댐 설계에 영향을 미친다고 분석된 바 있다. 하지만 위의 항목들에 대한 종합적인 비교분석은 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에선 위에서 제시한 4가지의 항목들을 바탕으로 사방댐 설계에 중요한 요소를 평가하고 산정하고자 한다. 토석류의 유동과 사방댐을 모의분석하기 위해 Deb2D 수치모형을 활용하였으며, Voellmy 유변학적 모형과 침식-연행-퇴적 작용을 분석할 수 있는 알고리즘을 사용하여 토석류의 유동을 현실에 가깝게 모의하였다. 2011년 서울 우면산에서 발생한 산사태 유역들 중에서 래미안 아파트 유역과2019년 강원도 갈남리에서 발생한 산사태를 대상지구로 선정하였다. 연구 결과에 따르면 4가지 요소들 중에서 사방댐의 용량이 효율적인 사방댐 설계에 가장 주요한 요인으로 분석되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.10
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• pp.879-889
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• 2014

In this study, to estimate loss of life considered flood characteristics using the relationship derived from analysis of historical dam break cases and the factors determining loss of life, the loss of life module applying in LIFESim and loss of life estimation by means of a mortality function were suggested and applicability for domestic dam watershed was examined. The flood characteristics, such as water depth, flow velocity and arrival time were simulated by FLDWAV model and flood risk area were predicted by using inundation depth. Based on this, the effects of warning, evacuation and shelter were considered to estimate the number of people exposed to the flood. In order to estimate fatality rates based on the exposed population, flood hazard zone is assigned to three different zones. Then, total fatality numbers were predicted after determining lethality or mortality function for each zone. In the future, the prediction of loss of life due to dam break floods will quantitatively evaluate flood risk and employ to establish flood mitigation measures at downstream applying probabilistic flood scenarios.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.575-578
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• 2009

자연하천에 적용가능한 수치모형은 지형의 변화를 합리적으로 계산할 뿐 아니라, 하도의 초기상태가 마름상태이거나 혹은 계산과정 중에 마름상태가 나타나더라도 충분히 계산할 수 있을 만큼 안정적이어야 한다. 본 연구에서는 비정형 및 비구조적 격자를 사용하여 지형변화를 고려한 흐름해석의 정확성과 효율성을 높이기 위해 보존변수의 재구성을 수면경사법과 MUSCL 기법을 연계하였으며, 하상경사항은 발산정리를 이용하여 이산화 하였다. 개발 모형의 정확성, 적용성 그리고 보존특성 등을 검증하기 위하여 해석해가 존재하는 불규칙 하상이 존재하는 하도 및 실험자료가 존재하는 실험하도에서의 댐 및 제방 붕괴와 같은 다양한 조건의 흐름에 적용하였다. 그리고 자연하천에 대한 적용 및 검증을 위해 Malpasset 댐 붕괴 모의를 수행하여 계산결과를 관측자료와 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.147-147
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• 2012

댐 및 제방 등의 수공구조물 붕괴에 의한 극한홍수 전파를 해석하기 위한 2차원 홍수 해석기법에는 현재까지 다양한 기법들이 개발되어 왔고 다양한 모형들이 상용화 또는 범용화 되고 있다. 그 중 흐름의 전파양상을 정확하게 반영할 수 있는 상류이송기법인 Godunov형태의 유한체적기법은 충격파와 같은 불연속적인 해를 가지는 문제를 정확히 해석할 수 있고, 비구조적 격자 사용의 용이성 등의 장점 때문에 2차원 홍수파 전파 해석에 있어서 최근 십수년간 가장 활발하게 연구되어왔다. 하지만 이러한 기법은 양해법을 근간으로 하는 해석 기법으로써, 계산거리의 간격이나 계산시간의 간격, 격자망의 구성 등 엄격한 제한이 필요하다. 특히 방대한 계산시간을 요구하는 기법의 약점은 홍수예 경보 등을 위한 실시간 모형의 구동에 있어서 큰 제약이 되어 왔다. CPU의 성능이 지속적으로 발전하면서 이러한 문제는 점차 극복되어 왔으나, 발열 등의 문제와 이를 극복하기 위한 멀티코어의 등장으로 인해 단일 코어의 성능개발은 매우 더딘 것이 사실이다. 현재까지 연구되고 개발되어 온 모형들은 특별한 처리 없이는 단일 코어만을 사용하여 계산할 수 밖에 없기 때문에 멀티코어의 장점을 전혀 이용할 수 없다. 이러한 점을 극복하기 위해 프로그램을 병렬화하여 단일 문제에 대해 멀티코어를 사용할 수 있다면 계산시간 단축에 큰 효과를 거둘 수 있을 것이다. 현재까지 IT분야에서 다양한 병렬프로그래밍 기법들이 개발되고 소개되어 왔다. 본 연구에서는 병렬프로그래밍 기법중 가장 널리 사용되고 있는 MPI(Message Passing Interface)기법을 적용함으로써 기 개발된 고정확도 유한체적모형을 병렬화 하여 계산시간을 단축하고자 하였다. 개발된 모형을 장애물이 존재하는 실험하도의 댐 붕괴 문제와 2002년 태풍 루사 시 큰 피해를 입은 강릉시 일원의 섬석천 유역에 위치한 장현저수지와 동막저수지의 붕괴사례에 대해 적용하였다. 모형을 코어 개수별로 다양하게 모의함으로써 기존모형과의 결과에 대한 일치성을 확인하였고, 기존 모형 대비 계산시간 단축의 효과를 입증할 수 있었다. 개발된 본 모형을 실시간 홍수범람해석을 위한 시스템으로 구축할 수 있다면, 실시간 홍수예 경보에 있어 주요지점에서의 수위해석 뿐만이 아닌 제내지 범람 예보 분야까지 확대 적용할 수 있을 것으로 사료된다.