• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.38 no.5 s.154
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• pp.333-343
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• 2005

The upwind model is well known to simulate shockwaves, but it is rarely applied to natural rivers because of problems caused by the source terms. Although several methods have been developed to deal with the source terms, none of them has been applied to natural rivers. This paper deals with application of the upwind model to the natural river. An implicit upwind model is applied to a hypothetical irregular channel and a natural river with highly irregular bed, width, and hydraulic structures. Different types of the flows including steady-state flow, flood wave, dam-break wave, and bore are simulated to test accuracy and applicability of the implicit upwind model. It is proved that the model can simulate various types of flows in natural rivers with high accuracy and robustness.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.11
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• pp.1061-1066
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• 2014

A stable second-order finite volume method was proposed to predict sediment transport under rapidly varied flow conditions such as transcritical flow. For the use under unsteady flow conditions, a sediment transport model was coupled with shallow water equations. HLLC approximate Riemann solver based on a monotone upstream-centered schemes for conservation laws (MUSCL) reconstruction was used for the computation of the flux terms. From the comparisons of dam break flow experiments on erodible beds in one- and two-dimensional channels, good agreements were obtained when proper parameters were provided. Lastly, dam surface erosion problem by overtopped water was simulated. Overall, the numerical solutions showed reasonable results, which demonstrated that the proposed numerical scheme could provide stable and physical results in the cases of subcritical and supercritical flow conditions.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2033-2037
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• 2008

최근 들어 국지성호우와 장마, 태풍에 의한 자연재해는 모든 분야에서 심각한 영향을 미치고 있다. 자연재해로 발생한 토사는 하천, 농업용 저수지, 댐 및 하구를 메워 흐름을 방해하고 저서생태계에 미치는 영향은 매우 크다. 이러한 토사는 농업용 저수지와 홍수 조절용 구조물의 사용 수명을 단축시키고, 하상을 높여 흐름을 방해하거나 변화시켜 하천 범람을 발생하기도 한다. 한편 하천범람과 제방 붕괴 등은 농지 침수는 물론 작물의 성장을 방해하는 등 많은 경제적 손실을 가져오고 있다. 본 연구에서는 토사의 농도와 분광반사특성의 상호관계를 알아보기 위하여 분광복사계(Li-1800)를 이용하여 미리 제작한 수조 안의 토사(실트질, 모래질) 농도를 변화시켜 토사농도에 따른 분광반사 특성을 파악하고, 그 특징에 대해 검토, 고찰하였다. 연구결과 실트질의 체적반사율이 모래에 비해 약 40% 높게 나타났으며, 실트와 모래 모두 $554{\sim}588nm$영역에서 최대반사율을 나타내었다. 상관분석 결과 각 토사의 상관계수는 실트질이 $0.63{\sim}0.99$, 모래가 $0.73{\sim}0.96$의 값을 나타냈으며, 두 토양 모두 $550{\sim}900nm$영역에서 r>0.90의 높은 상관성을 보였다. 또한, 토사농도에 따른 반사특성은 실트질의 경우 토사 농도가 $0{\sim}60%$까지 $470{\sim}740nm$영역에서 큰 상승폭을 보인 반면, 모래의 경우 토사농도가 25%까지 크게 증가하였으나 30%이상의 농도에서는 변화 폭이 매우 적어지는 특징을 보였다. 토사농도의 변화에 따른 탁수의 분광 반사특성은 토사의 종류에 따라 크게 다르다는 것을 확인할 수 있었다.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.12 no.3
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• pp.128-142
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• 2009

A lot of efforts have been made to resolve balancing problems between flux and source term and most finite volume models under development have been applied to simple channels such as imaginary and experimental channels. However, a number of numerical problems which can not be found in simple channels occur in the application to natural rivers and the problems should be resolved to apply finite volume models to natural rivers. In this study, 2D finite volume model which is applicable to natural rivers was developed and the accuracy of the developed model was validated through the application of partial dam break In addition, a simple and efficient 2D mesh generation method was suggested and the method can be accurately reflected to 2D mesh converted from surveyed cross sections in Han-river using GIS. The accuracy and applicability of the developed model on natural rivers were verified by performing simulation on Han-river using the generated mesh and comparing computed water elevation with measured water elevation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.44-44
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• 2015

저수지나 하천 사면에서 발생하는 산사태와 토석류는 저수지와 하천 수체에 충격을 가한다. 이로 인해 발생하는 수면 충격파는 전파되어 반대편 제방으로 파의 처오름 또는 댐 제체위로의 물넘이로 큰 피해를 줄 수 있다. 최근 외국에서는 2차원 충격파 생성 및 전파의 기본 과정을 구명하기 위한 실험적 연구가 이뤄지고 있으며, 이들 연구들은 충격파의 발생과 전파, 사면활동 물질과 수체의 상호작용 그리고 자유 수면과 유속분표의 발달에 대한 자세한 관측 자료를 제시하고 있다. 아울러 충격파에 영향을 주는 지배 매개변수를 제시하고 있다. 하지만, 이러한 실험적 연구의 최근 진보에도 불구하고, 이들 지배 매개변수를 고려한 충격파 지배공식들은 대상 지역의 복잡한 바닥 지형이나, 평면적 지형 변화를 단순한 추정치로만 고려하게 된다. 따라서 복잡한 지형조건에서 토석류와 수체의 상호작용과 수면 충격파의 전파를 합리적으로 해석하는 데는 한계가 있다. 이 경우 수치모델링 기법을 대안으로 적용할 수 있으나, 수치모델링은 수면에서 충격파의 전파와 수중에서 토석류의 전파를 동시에 모의해야 하고, 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 특성을 동시에 고려해야하므로 수치해석 연구자들에게는 하나의 큰 도전사항이다. 이 연구는 경계면 포착기법을 이용한 계산유체동력학 기법을 이용하여 사면활동과 이로 인한 정지 수역에서의 충격파의 발생 및 전파를 재현하기 위한 수치 모델링 기법을 개발하는 것이 목적이다. 사면활동과 수면의 경계면을 포착하고 위치를 정립하기 위해서 VOF (volume of fluid) 경계면 재구축 기법을 이용한다. 지배 방정식은 비압축성(incompressible) 질량 보존방정식과 나비어-스톡스(Navier-Stokes) 방정식이며, 서로 다른 유체의 상(phase)애 대한 체적분할이송방정식을 이용한다. 큰와 모의 계열의 난류 모델링 기법을 적용하여 충격파의 전파와 붕괴에 대한 난류의 영향을 고려하였다. 토석류는 비뉴턴 흐름저항 관계식을 적용하여 그 흐름특성을 재현하였다. 이들 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적법(finite volume method)을 이용하여 해석한다. 외국의 연구자들이 관측하여 제시한 길이 11 m 그리고 폭 0.5 m의 수로에서 발생한 충격파를 수치적으로 재현하여 개발된 모형의 실제 문제에 대한 적용성을 보여준다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.7
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• pp.599-614
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• 2014

In this study, two dimensional finite volume model was parallelized to improve computing time, which has been developed to be able to apply for the mixed meshes of triangle and quadrilateral. MPI scheme which is free from limitation of the number of cores was applied, and non-blocking point-to-point communication was used for fluxes and time steps calculation domain. The developed model is applied to analyze dam break in a L-shaped experimental channel with $90^{\circ}$ bend and Malpasset dam breach event to calibrate the consistency between parallelized model and existing model and examine the speed-up and efficiency of computing time. Computational speed-up about the size of the input data was considered by simulating 4 cases classified by the number of meshes, Consequently, the simulation results reached a satisfactory accuracy compared to measured data and the results from existing model, and achieved more than 3 times benefit of computational speed-up against computing time of existing model. Simulation results of 3 cases classified by the size of input data lead us to the conclusion that it is important to use proper size of input data and the number of process in order to minimize the communication overhead.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.953-957
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• 2008

일반적으로 하천은 오랫동안 장기간의 변화를 겪으며 안정되어 있다. 산사태나 홍수 등 자연적인 변화뿐 아니라 댐이나 교량 등 인위적인 변화에 따라 흐름이나 유사량이 변하게 되며 이런 동적변형상태를 복원하는 과정에서 침식과 퇴적이 반복적으로 이루어져 대규모 하상변동이 이루어지게 된다. 이러한 하천에서 발생하는 대규모의 하상변동에는 일반적으로 1차원 해석이 적용된다. 하천의 일정 하도구간을 고려할 경우 구간의 상류단면으로부터 유입하는 유입토사량과 하류단면에서 유출되는 유출토사량과의 비에 따라 그 구간에는 하상상승(aggradation)및 하상저하(degradation)가 발생하게 되고 이것이 거시적 측면에서 하상변동이라 할 수 있다. 이러한 장기하상변동은 경우에 따라서 이수용도의 수문 혹은 취수구가 노출되거나, 교량의 교각에 국부세굴이 발생되어 붕괴위험이 생기는 등 심각한 문제가 발생할 수가 있다. 본 연구에서는 하상변동 예측 모형 중 신뢰성 및 적용성이 우수한 것으로 인식되고 있는 HEC-6 모형을 형산강수계에 적용하여 4가지 협착부 개선방안에 따른 장기하상변동에의 영향을 검토하고자 하였다. 하천기본계획상의 횡단면도와 유사량 실측값을 이용하여 유사모의 결과를 검증하고 2020년까지의 모형의 계산 값을 이용하여 4가지 대안에 따른 모의 결과와 원안의 결과와 비교 및 분석하였다. 모의한 결과 형산강의 하상변동치가 크지 않은 것은 형산강의 하상이 어느 정도 안정되어 있어 장기적인 하상변동이 크지 않기 때문이다. 따라서 협착부 개선에 따른 대안 1, 2, 3, 4의 하상이 크게 변하지 않음을 보였다. 지형 변화에 따른 장기하상변동에의 영향이 크지 않은 것을 확인할 수 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.10
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• pp.819-830
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• 2011

The multi-slope MUSCL, proposed by T. Buffard and S. Clain, determines slopes of conserved variables at each edge of a cell in the linear reconstructions of data. In this study, the second order accurate numerical model was developed according to the multi-slope MUSCL to solve the shallow water equations on the unstructured grids. The HLLL scheme of approximate Riemann solvers was used to calculate fluxes. For the review of the applicability of the developed model, the results of the model were compared to the 'isolated building test' and the 'model city flooding experiment' conducted as part of the IMPACT (Investigation of extreMe flood Processes And unCerTainty) project in Europe. There were limitations to predict abrupt rising of water depths by the resistance of model buildings and water depths at the specific locations among the buildings. But they were identified as the same problems also revealed in results of the other models to the same experiment. On the more refined meshes to the 'model city flooding experiment' simulated results showed good agreement with measurements. It was verified that the developed model simulated well the complex phenomena such as a dam-break problem and the urban inundation by flash floods.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.5
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• pp.363-376
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• 2011

1-D hydrodynamic numerical models have been most widely used in the field of flood analysis. The model's input data are upstream/downstream boundaries, roughness coefficients, cross-sections, and so on, and computational distance step and time step are the most important factors in order to guarantee the computational accuracy, stability, and efficiency. In this study, a theoretical explanation is presented for the basis of the previous empirical selection criteria of cross-section's location; also, the estimation technique of computationally variable distance step is proposed to reflect the properties of flow at every computational time step. Combining this technique with 1-D unsteady numerical model, it was applied to two events of Teton dam failure flood and the Han River flood. The numerical experimental results demonstrate that the accuracy and stability is increased when used more interpolated cross-sections and show that the proposed technique of computationally variable distance step has the same order of accuracy with smaller numbers of cross-section than previous empirical selection criteria. The practical use of this technique will be possible to analyze the river floods with high efficiency as well as accuracy and stability.