• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.123-123
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• 2016

만곡부, 합류부 등의 복잡한 지형을 갖는 자연하천에서의 오염물의 혼합 거동에 대한 이해는 수자원의 관리에 있어서 매우 중요하다. 특히 하폐수처리장과 같은 처리시설의 방류수와 같이 연속적으로 유입되는 오염물의 경우 하천 생태계에 지속적인 영향을 끼치며, 이러한 방류수는 대부분 지류를 통해 본류로 유입되게 된다. 이러한 오염물질이 지류로부터 본류로 합류되는 초기구간(near-field)의 경우, 횡방향 및 연직방향의 혼합 거동에 대한 상세한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 금호강과 진천천이 좌안으로부터 합류되는 낙동강 중류 구간에서의 초기 혼합 구간의 연구를 위하여 전기전도도(electrical conductivity: EC)를 이용한 농도 추적 실험을 수행하였다. 수온, 전기전도도, 이온화 물질 등과 같은 자연 추적자(natural tracers)를 이용하는 농도 추적 실험은 인공추적자 물질을 이용한 실험을 대체할 수 있는 방안으로서, 기존 추적자 실험과 비교하여 경제적, 환경적인 효과와 하폭이 넓은 중규모 이상의 하천에서도 수행할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 실험 구간에서 합류되는 2개의 지류 모두 인근 하폐수처리장으로부터 방류수가 연속적으로 유입된다. 본류에서 정해진 측선을 따라 센서가 설치된 보트를 이용하여 실시간으로 농도, 수리량 데이터를 GPS 위치 데이터와 함께 취득하였다. 실험 수행 결과, 지류인 금호강과 진천천의 EC 농도가 합류 전 낙동강 본류의 EC 기저농도보다 더 높은 값을 나타내었다. 이후 지류가 합류된 직후의 측선에서 측정한 EC 농도분포를 분석한 결과, 연직방향의 편차가 크게 나타나는 것으로 나타났으며 특히 유량이 낮을수록 연직 방향 편차가 커지는 경향을 보였다. 전반적으로 수심이 깊은 구간의 저층부로 갈수록 전기전도도의 값이 증가하는 경향을 나타났으며 흐름방향으로 진행됨에 따라 연직 편차가 줄어드는 경향을 보였다. 횡방향 혼합의 경우 지류의 유입으로 인하여 본류 좌안 쪽에서 전기전도도의 값의 상승을 확인할 수 있었으며 하류로 이동할수록 불균등했던 전기전도도의 분포가 횡방향 혼합을 통하여 균등한 분포로 전환되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2019

최근 기존의 격자방식의 해석 방법을 벗어나 해석 영역에 대한 분할을 별도로 고려치 않는 수치기법의 실무적 적용사례가 증가 하고 있으며, 이러한 방식중 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 방식이 근자에 수자원 분야에서도 도입되어 관수로 및 개수로 해석 또는 복합해석 등에 활용된 바 있다. 최초 도입된 무격자방식의 모형들은 주로 복잡한 형상을 지니는 유체기계 등에 활용성이 높았던 바, 큰 규모의 해석 도메인을 가지는 수자원 분야에서의 SPH의 실무적용 평가와 효율성의 확보를 위해서, 본 연구는 국내 댐을 시범 대상으로 하여 SPH 수치해석 툴을 적용하고자 하였다. 분석 대상댐은 국내 P댐으로서 관리수위의 변동은 크지 않으나, 댐 직상류의 만곡이 심하고 다수의 대규모 취수구를 가진 곳으로 상시 발전방류 및 수시 댐 수문방류에 의해 유체의 흐름이 2,3차원의 복잡성을 띄고있기 때문에, 3차원 전산유체역학 Tool의 적용이 적절한 것으로 판단하였다. 해석을 위해 하류경계조건을 댐축과 문비로 설정하였고 상류 1km까지를 해석의 도메인으로 설정하였다. 소요시간을 줄이기 위해 여러 번의 모의를 거쳐 입자의 평균 입경은 0.6m로 제안하고 시격은 1초 미만(평균 0.5초)로 설정하였다. 수문 및 발전방류는 해당댐의 1~2년 빈도 수준에 해당하는 $5,000m^3/s$ 이하의 유량을 기준으로 하여 모의를 수행하였다. 모의의 안정성을 확보한 이후에는 해당 댐지역의 하류영향을 고려한 문비제어를 반영한 다양한 방식의 수문운영 및 취수지점의 순간 수위 영향을 검토하였다. 그 결과로 본 모의에서는 특정한 수문의 운영 조건에서는 댐수위 계측지점과 인근 취수지점 간에도 0.2m 수준의 순간 수위차가 발생할 수 있음을 보였으며, 이는 경우에 따라 취수시설의 일시적 장애요소로 발생할 수 있음을 의미한다. 따라서, 현재의 취수구조물과 문비운영 특성에 따라 발생가능한 취수장애를 줄일 수 있는 운영조건의 탐색을 위해서 수치모의를 추가로 하였으며, 이 때 댐축 상류의 유속분포에 대한 추가 검토도 수행하였다. 다만, 댐에서 방류시 하류조건에 대한 검토는 추후 보강되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.74-74
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• 2017

자연하천에서 수자원의 원활하고 안전한 관리에 있어서 오염물의 혼합 거동에 대한 이해는 매우 중요하다. 대부분의 자연하천의 경우 만곡부 및 합류부와 같은 복잡한 지형을 갖고 있으며 이러한 경우 하천의 흐름이 복잡한 형태를 갖게 된다. 특히 수생태계에 많은 영향을 미치는 하폐수 처리장 처리수는 대부분 1차적으로 지류로 방류되어 이후 본류로 지속적으로 유입되게 된다. 이러한 오염물질이 지류로부터 본류로 혼합되는 합류부 구간의 경우 일반적인 1차원 혼합이 아닌 횡방향을 포함하는 2차원적인 혼합 거동에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 금호강과 진천천이 좌안으로부터 오염물질이 지속적으로 유입되는 낙동강 중류구간 합류부에서의 혼합 구간의 연구를 위하여 횡분산계수 산정을 위하여 전기전도도(electrical conductivity: EC)를 이용한 농도 추적 실험을 수행하였다. 낙동강 본류에서 정해진 측선을 따라 센서가 설치된 보트를 이용하여 실시간으로 농도, 수리량 데이터를 GPS 위치 데이터와 함께 취득하였다. 또한 실험으로부터 취득한 자료를 바탕으로 2차원 이송-확산 혼합 거동 모델인 CTM-2D 수치모형을 이용하여 모의하였다. 실험 수행 결과, 지류인 금호강과 진천천의 EC 농도가 합류 전 낙동강 본류의 EC 기저농도 보다 더 높은 값을 나타내었다. 지류의 유입으로 인하여 본류 좌안 쪽에서 전기전도도의 값의 상승을 확인할 수 있었으며 하류로 이동할수록 불균등했던 전기전도도의 분포가 횡방향 혼합을 통하여 점점 균등한 분포로 전환되는 것으로 나타났다. 또한 2차원 혼합 거동 분석에 필요한 횡 분산계수 산정을 위해 모멘트법, 해석해를 이용한 추적법, 수치모형을 통한 역산법을 통해 산정하여 결과를 비교하였다. 그 결과 모멘트법의 경우 다른 방법들에 비하여 전반적으로 과소 산정하는 경향을 나타내었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2B호
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• pp.209-216
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• 2006

본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 사행하천에서 하안 침식과 사행의 발달을 일으키는 기본적인 요소인 사주의 이동 특성을 파악하였다. 본 2차원 수치모형에서는 직교좌표계를 변환하여 하천의 형상에 적합하도록 일반좌표계를 사용하였다. 본 연구의 수치모형을 이용하여 하천의 만곡부에서 2차원 흐름특성을 계산하고, 하상변동을 모의하여 사주의 거동을 모의하였다. 수치모의에서는 이용하여 사행수로의 사행파장 대 하폭 비가 사주의 이동특성에 미치는 영향을 분석하였으며, 모의 결과를 Kinoshita와 Miwa(1974)에 의해 제시된 한계이동각과 비교한 결과, 상대적으로 잘 일치하였다. 그리고 사행하천에서 사행의 파장이 크고, 하폭이 넓을수록 사주의 이동에 대한 강제효과의 영향을 작게 받기 때문에 사주의 이동속도가 빠르고, 사주의 이동한계에 대한 사행 각도가 크며, 사주의 이동한계 사행각에 접근할 때 사주의 이동속도가 급격하게 감소되는 것을 알 수 있었다.

• 수산해양기술연구
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• 제38권1호
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• pp.43-57
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• 2002

본 연구는 고성능 전개판을 개발하기 위하여 전개판 주변의 유동장을 계측할 수 있는 해석 방법을 제시하고자 하였다. 실험 방법으로는 CFD를 이용한 유동장의 수치 해석과 유동장의 정량적, 정성적 계측이 가능한 PIV 실험방법을 사용하였다. 본 실험에서는 전개판 주변의 가시화된 영상을 PIV 기법을 이용한 화상처리로 유동특성을 해석하였으며, 이 결과를 CFD에 의한 해석 결과와 유동 패턴을 비교하였다. 또한, 회류 수조에서의 양력 계수 및 항력계수의 계측 결과를 상호 비교 하였다. 그 결과, 수치 해석된 결과와 PIV의 실험 결과는 정성적으로 매우 잘 일치하였으며, 물리적으로 타당성을 확인할 수 있었다. 그 결과는 다음과 같다. (1) 전개판의 유동장 분석을 위하여 레이저 광원을 이용한 가시화 실험을 실시하고, PIV 기법으로 화상분석을 실시하였으며, 유동입자의 흐름으로도 충분한 정성적인 유체운동의 경향을 파악할 수 있었다 (2) PIV해석결과가 정량적인 결과이므로 이를 다양한 후처리 방법을 통해 속도벡터장, 순간 유동장, 평균 와도로 나타내어 유동장의 변화를 확인할 수 있었다. (3) 최대전개력계수가 나타난 영각 24$^{\circ}$에서 비교한 CFD와 PIV 해석 결과, 유동 패턴은 유사하였고, 두 경우 모두 전개판 후연에서 약간의 경계층 박리가 발생하였으나 양호한 흐름을 보였다. (4) PIV에 의한 속도 벡터도, 순간 유선도, 평균 와도로 후처리한 결과, 영각 24$^{\circ}$에서부터 경계층 박리 현상이 일어나기 시작하여, 영각 28$^{\circ}$이상이 되면 심하게 전연으로 발생지점이 이동하게 되고, 그 폭도 확대됨을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권6호
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• pp.537-546
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• 2014

홍수시 하천의 유속을 효율적이고 안전하게 측정할 수 있는 방법의 하나로 제시된 것이 표면 영상 유속 측정법이다. 일반적인 표면영상유속계(SIV)는 두장의 정지영상에서 영상 조각을 잘라낸 뒤 여기에 상호상관법을 적용하여 유속을 산정한다. 이 방법은 짧은 시간간격의 유속분포 측정에 매우 효율적이다. 그러나 장시간의 평균 유속장을 산정하는 데는 많은 시간이 소요되며, 순간 유속장을 산정하기 때문에 흐름 조건이나 촬영 조건에 따라 생기는 잡음이나 불확실성의 영향을 많이 받게 된다. 이를 개선하고자 개발된 방법이 시공간 영상을 이용하여 일정 시간동안의 유속의 평균을 한번에 산정하는 시공간영상유속계측법(STIV)이다. 시공간영상유속계측법 중의 하나인 휘도경사텐서법은 일정 시간동안의 시공간 영상을 한 번에 분석하기 때문에, 유속 산정 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 방법은 하천의 일방향 유속만을 계산할 수 있기 때문에 구조물 주변이나 만곡이 있는 경우의 2차원 흐름 측정은 불가능하다는 한계가 있다. 이를 개선하기 위해서 본 연구에서는 상호상관법을 이용하여 2차원적으로 시공간 영상을 분석하는 방법(상호상관 시공간영상유속계측법)을 개발하였다. 이 방법은 시공간영상에서 시간축 방향으로 상관분석을 통해 영상변위를 산정하는 방법이다. 기존의 시공간영상분석기법 중 하나인 휘도경사텐서법이 주흐름 방향만 분석이 가능하였던 데 비하여, 상호상관 시공간 영상분석법은 2차원 유속분포 측정이 가능하고, 시간적인 평균을 취하기 때문에, 공간 해상도가 높으며, 전체적인 유속 분석시간이 매우 짧아지는 장점이 있다. 또한 공동 흐름에 대한 인공 영상을 이용한 오차 분석결과 최대 10% 이내, 평균적으로 5% 이하의 오차를 보여 상당히 정확하게 2차원 유속분포 측정이 가능한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권7호
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• pp.599-614
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• 2014

본 연구에서는 삼각형 및 사각형 혼합격자의 적용이 가능하도록 기 개발된 2차원 유한체적모형의 계산속도를 개선하기 위해 모형의 병렬화를 수행하였다. 모형의 병렬화를 위해 코어 수의 제약에 자유로운 MPI 기법을 이용하였고, 프로그램 내의 흐름률 및 계산시간간격의 계산영역에 대해 논블록킹 점대점통신을 이용하였다. 병렬화 된 개발모형의 기존모형에 대한 계산결과의 일치성을 검증하고, 계산시간에 대한 성능향상도와 효율성을 검토하기 위해, $90^{\circ}$의 만곡이 존재하는 L자형 실험하도에 대한 댐 붕괴해석과 자연하천인 Malpasset 댐의 붕괴사상에 대해 모형을 적용하였다. 또한 격자수에 따라 4개의 Case로 구분하여 각각 모의함으로써, 입력규모의 크기에 따른 계산시간의 성능향상도를 함께 검토하였다. 분석결과 병렬화 모형에 의한 모의 결과는 기존모형 및 실측치와 비교하여 만족할 만한 정확도를 확보하였고, 기존모형에 대비해 약 3배 정도의 계산시간에 대한 성능이득을 얻을 수 있었다. 또한 입력자료 규모에 대한 Case별 모의 결과를 통해 적절한 입력자료의 규모와 프로세스 개수를 사용하는 것이 통신부하를 최소화할 수 있는 방안임을 확인할 수 있었다.

• 한국지리정보학회지
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• 제18권4호
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• pp.14-30
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• 2015

본 논문에서는 하상퇴적이 심한 사행하천에서의 월류로 인한 침수피해와 제방 세굴 및 제방유실에 대한 피해를 저감시키기 위한 구조적 대안으로, 준설이 얻을 수 있는 수리학적 효과를 분석하고자 하였다. 사행사천 구간에서의 수리해석을 위해 2차원 수리해석 모형인 RMA-2 모형을 선정하였고, 준설 전의 현재 단면과 준설 후의 가정 단면을 GIS tool을 이용하여 구현한 후 2차원 유한요소격자를 구성하여 모형을 구동하였다. 준설 전 후에 대해 계산된 수위, 수심, 유속, 그리고 소류력을 현재의 계획홍수위와 비교하였고, 편수위가 발생한 지점에서 최대홍수위를 비교 분석한 결과 계획홍수위 대비 최대 0.58m의 수위저감 효과를 나타내었다. 분석구간 내에 위치한 제방에서의 소류력은 전 구간에 대해 평균 42~67% 가량 감소됨을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과를 통해 하천 사행구간에 위치한 유수의 흐름을 방해하는 하상퇴적물의 준설이 만곡부에 위치한 제방에서의 월류 및 세굴에 대한 위험도를 저감시키고 주변 농경지의 침수피해를 경감시킬 수 있는 적절한 구조적 대책이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국지리정보학회지
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• 제14권4호
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• pp.77-91
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• 2011

본 연구에서는 안성천 유역의 중소하천에 Rosgen(1994)의 하천분류체계를 적용하여 하천을 분류하고, 분류된 하천 유형별로 2차원 수리해석 모형을 이용하여 수리특성 및 하상변동을 모의하였다. 하천분류체계를 안성천 유역의 진위천과 오산천에 적용한 결과 크게 C 유형과 E 유형으로 분류되었다. 분류된 유형의 2차원 수리모형 적용에 따른 수리특성 및 하상변동 분석을 위해 C 유형의 구간 중 진위천과 통삼천의 만곡구간, 공세천, E 유형중 수원천을 연구대상지역으로 선정하였다. 하천분류체계에 의해 선정한 연구대상지역에 대하여 CCHE2D 모형을 이용한 빈도별 홍수량에 따른 하상변동 수치모의를 수행하였다. 모형의 경계입력자료는 WMS HEC-1의 유출량 결과 자료를 이용하여 50, 80, 100년 빈도별 홍수량에 대하여 모의하였다. 모의 결과 비교적 하폭/수심비가 큰 C 유형의 경우 하천의 물리적 특성의 변화에 따른 하상변동의 침식 및 퇴적의 경향이 잘 나타난 것으로 분석 되었고, C 유형에 비해 작은 E 유형의 경우 변화에 따른 하상변동의 경향을 파악 할 수 없었다. 본 연구의 결과는 하천의 물리적 변화에 따른 흐름 및 하상변동을 예측하는 방법에 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 생태와환경
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• 제38권3호통권113호
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• pp.352-360
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• 2005

홍천강 상류의 내촌천에서 한국고유종인 A. signifer의 서식처 선택과 환경특성에 대하여 조사하였다. A. signifer가 밀도 높게 분포하는 내촌천은 하천의 차수는 4차에 해당하였고,유폭이 넓으나 상대적으로 수심은 낮았으며, 만곡도는 1.83으로 매우 높아 전체적인 하천의형태가 매우 구불구불한 것으로 나타났다. 유폭 : 하폭의 비는 1.59로 하천 변으로부터 중심부까지 경사가 완만하게 파여진 형태로 조사되었다. 이러한 요소들로 하천을 분류하면 내촌천은 B type에 해당되었다. A. signifer의 자연적인 서식처는 큰 돌들이 겹겹이 포개져 물의 흐름을 막아 형성된 backwater pool 등의 유속이 느린 소가 형성되고, 하상이 주로 큰 돌과 모래로 구성되어, 산란숙주의 서식이 가능하며, 큰 돌이 은신처 역할을 할 수 있는 미소서식처를 선택하였다. 서식에 생물학적 제한요인(biological limit factor)인 작은말조개의 존재 여부가 가장 큰 것으로 나타났다. A. signifer는 부화 직후 수표면 근처에서 서식하다가 성장하면서 점차 하천의 저층으로 이동하였다. 봄에는 산란을 위해 작은맡조개 주위에서 생활하다가 산란기가 끝나는 여름부터 가을까지 무리를 지어 수변대에서 서식하고, 겨울에는 수심이 깊은 곳에서 월동하였다.