• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.213-213
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• 2021

한국농어촌공사 농어촌연구원은 하천 및 해안분야의 다양한 수리모형실험을 수행할 수 있는 대형 수리모형실험 시설을 2018년에 구축완료하였다. 국내 최대 규모의 실험장뿐만 아니라 첨단 광학용 계측장비(PIV 및 LDV 시스템)를 연계한 전용실험수로, 대형유사실험수로 등 7종의 기능별 실험수로를 갖추고 있어 다양한 수리현상 분석을 수행할 수 있다. 최근에는 산사태의 주요 원인중 하나인 토석류 실험, 방조제 주변의 침·퇴적 실험 등을 수행하였으며, 본 연구에서는 3D 지형스캐너를 활용한 방조제 주변의 지형변동 수리모형실험에 대하여 소개를 하고자 한다. 방조제는 조수가 육지쪽으로 밀려들어와 내부개발지역이나 농지 등을 해수로부터 보호하기 위해 설치되는 외곽시설이다. 이러한 방조제 전면의 빠른 유속에 의한 침식은 배후지의 안전에 상당히 큰 문제를 야기시킨다. 방조제의 침식을 방지하기 위하여 방조제 전면에 수제공을 설치하여 수제공과 수제공 사이의 느려진 유속에 의해 방조제 전면에 토사를 퇴적시키는 방법이 있다. 본 연구에서는 방조제 전면에 수제공의 길이를 달리 설치하여 수제공 주변의 침·퇴적현상을 이동상 실험을 수행하여 분석하였다. 일반적으로 토사의 침·퇴적고를 계측하는 방법으로 일정한 격자망을 구성하여 각 지점별로 실험 전·후의 토사의 표고차를 수작업으로 계측한다. 이 경우는 실험자가 직접 측정하는 계측오차가 발생하게 되고 측정할 수 있는 지점의 수가 한계가 있어 전체적인 토사의 변화양상을 분석하기엔 어려움이 있다. 이를 해결하기 위하여 본 연구에서는 농어촌연구원이 보유하고 있는 3D 지형스캐너를 활용하여 토사의 표고차를 측정하였다. 실험에 사용한 3D 지형스캐너의 최대 측정거리는 스캐너가 설치된 중심점으로부터 반경 80m에 해당하며, 해상도는 1.6mm~50mm의 범위로 수작업으로 격자망을 구성하여 측정하는 것보다 상당히 높은 수준의 결과를 취득할 수 있으며 계측시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 펄스레이저에 의한 지형스캔 방식은 수면과 같이 레이저가 투과할 수 없는 경우에는 계측이 불가능하며, 어두운 계열의 색을 스캔하는 경우 결과 분석에 주의할 필요가 있다. 본 연구에서는 이동상 재료로 안트라사이트(검은색)를 포설하였고, 검은색 계열의 실험사에도 3D 지형스캐너가 우수한 결과를 제공하는 것을 확인하였다.

• The Korean Journal of Applied Statistics
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• v.27 no.5
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• pp.693-703
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• 2014

When setting up an experiment for extrapolation at multiple points outside the design space, we often face a difficulty in which point we should emphasize even if the polynomial model under consideration is given. In this paper we propose various methods under two possible scenarios that deal with extrapolations. One considered in this paper is the situation when the model assumed can be extended beyond the design space. In this setting, the many classical methods(including various approaches the authors proposed before) were revisited in the context of extrapolation. But the real problem arises when there is an uncertainty concerning the validity of the assumed model. Therefore, the second scenario is to develop an appropriate procedure when we have limited information about model. Consequently, a hybrid approach is suggested to deal with this issue of how to handle the multiple extrapolating under model uncertainty. A search algorithm was implemented because the classical exchange algorithm was found difficult to handle the complexity of the problem.

• Tunnel and Underground Space
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• v.16 no.4 s.63
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• pp.313-325
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• 2006

In this study, scaled model tests were performed to investigate the deformation behaviors around tunnels located in anisotropic rocks. Fifteen types of test models which had respectively different joint angles and rock pressure conditions were made, where the modelling materials were the mixture of sand, plaster and water. All of the tested models showed the shear failure mechanism at the stress-concentrated regions and sliding phenomena according to the joint planes. The direction of joint inclination turned out to have great effect on the tunnel deformation behaviors. The models of joint inclination less than $30^{\circ}$ showed considerable floor heavings. The model of $50^{\circ}$ joint inclination showed the least tunnel convergence among the tested models regardless of rock pressure condition, so that it was thought as the most stable model. Furthermore, the failure mechanisms and deformation behaviors of tunnel models were strongly dependent on the coefficient of rock pressure.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.1376-1380
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• 2004

본 연구에서는 홍수범람지도 제작을 위해 사용되는 수치모형의 검증을 수행하고자 한다. 검증할 수치모형은 스위스의 Beffa에 의해 개발된 FLUMEN(FLUvial Modeling ENgine)으로서 수심 적분된 2차원 비선형 천수방정식에 불규칙 심각망을 이용한 유한체적법(finite volume method)이 적용된 수치모형이며 스위스, 독일, 오스트리아 등에서 홍수범람해석에 사용된 바 있는 모델이다. FLUMEN 모형의 검증을 위하여 범람해석시 가장 중요한 문제인 이동경계조건(moving boundary condition)을 포함하고 있는 원형섬에서의 고립파에 처오름높이를 계산하여 수리모형실험 결과와 비교한다. 수리모형실험은 미국 육군 공병단 산하의 해안공학연구소(CERC, Coastal Engineering Research Center)에서 수행되었으며(Liu 등, 1995) 수조의 중앙에 높이 0.625m, 해저지름 7.2m, 경사각 $14.04^{\circ}$의 원형섬이 위치한다. 본 연구 결과, 수치해석으로 계산된 섬에서의 실제 처오름높이와 입사파의 파고의 비(R/A)는 수리모형실험의 결과와 어느 정도 일치하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.90-90
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• 2019

본 연구에서는 SWASH(Simulating WAves till SHore) 모형의 염분분포 해석의 정확성을 평가하기 위해 Goswami et al.(2007)의 모형실험을 재현하였다. SWASH모형은 Delft 대학에서 개발된 비정수압수치모형으로 연직방향으로 층(layer)을 나누어 자유수면변위를 정확하게 예측하고 표준 ${\kappa}-{\varepsilon}$ 난류모델을 이용해 염분, 온도 및 침전물 등의 난류확산을 계산한다. 우선 Goswami et al.(2007)의 모형실험 중 정상상태의 모형실험을 이용해 층수에 따른 수치모형의 정확도를 평가하였다. SWASH 모형의 층수를 늘리며 수치모의를 수행한 결과, 층수가 늘어날수록 종, 횡 방향의 염분농도 분포가 정확하게 나타나는 것을 확인하였다. 추가로 SWASH 수치모형을 이용해 염수침투 및 후퇴 상태의 모형실험도 수치모의하였다. 염수의 공급에 따라 시간에 따른 염분농도 분포가 변화하는 것을 확인하였다. 또한 연직방향의 층수가 많은 경우 모형실험의 결과와 비교적 잘 일치하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 연직방향의 층수를 늘려감에 따라 수심방향으로 더 정밀한 염분분포 해석이 가능하다는 것을 알 수 있다. 그러나 연직방향으로 많은 층을 나눈 경우 계산시간이 증가하기 때문에 수심이 작거나 연직방향의 염분농도 분포가 중요하지 않은 경우라면 적절한 층수(5~10 layer)를 고려해 수치모의를 수행하는 것이 시간과 비용측면에서 더욱 경제적이라고 할 수 있다.

• The Korean Journal of Applied Statistics
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• v.28 no.5
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• pp.1035-1046
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• 2015

Variance components models incorporate various random factors in the form of linear models. There are two experimental Layouts for the classification of factors under variance components models: nested classification and crossed classification. We consider two-way variance components models and investigate the effect of experimental Layout on the performance of model selection criteria AIC and BIC. The effect of experimental Layout is studied through a simulation study with various combinations of parameters in a systematic fashion. The simulation study shows differences in performance of model selection methods between the two classification. There is a particular tendency to prefer the smaller model than the true model when the variance component of a nested factor becomes relatively larger than a nesting factor that is persistent even when the sample size is not small.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.367-367
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• 2015

토석류는 바위, 자갈, 토사 등이 물과 혼합하여 흐르는 재해 현상이다. 근래에 이슈가 되었던 우면산 토석류사태, 춘천시 펜션 토석류재해로 인한 피해로 토석류에 대한 국민적 관심이 높아지게 되었다. 토석류의 피해를 저감하기 위한 대표적 시설로는 사방댐, 링네트, 브레이커시스템 등의 다양한 저감시설이 있다. 2000년 이후 국내에는 사방댐 형태의 토석류 유출저감시설의 설치가 매년 증가하고 있다. 그러나 대부분의 사방시설은 표준화된 설계기준에 의해 시공되기 보다는 단순한 검토만을 통해 시공되고 있어 관리적인 측면에서 문제점이 대두되고 있다. 또한 대부분 구조적인 안정성 검토는 이루어지고 있으나 수리적인 특성을 고려한 검토는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수리 실험 연구를 진행하기 위한 실험계획을 수립하고, 수리실험에 사용할 토석류 유출 저감시설 축소모형을 제작하였다. 모형의 제작 방법으로는 최근 다양한 분야에 활용되며, 널리 보급 되고 있는 3D프린터를 이용하였다. 3D프린터는 레이어를 한 장씩 쌓는 과정으로 제작되어 정밀하고 세밀한 모형물을 제작할 수 있다. 이러한 특성을 활용하여 기존에 단순화 시켜 제작되던 모형을 실제와 거의 동일한 형태로 제작하였다. 본 연구에서는 3D 프린터로 제작된 실험용 모형을 이용하여 토석류 유출저감시설의 토석류 저감효과 분석을 위한 기초 수리실험을 수행하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.659-664
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• 2012

2010년 내부공간구상이 변화됨에 따라 토지이용과 새만금호 수면적이 변하여 수리현상에 대한 규명이 필요하여 수리모형을 구축하고 상류유량공급, 모형조도, 배수갑문 통과유량, 조석재현에 대한 검보정 실험을 실시하였다. 상류유량공급에 검정 실험결과를 보면 유입유량 제어계측시스템을 통해서 유입되는 유량은 평균적으로 목표유량의 ${\pm}5%$ 범위 내에서 오차를 두고 목표유량의 추세를 따라가고 있다(그림 1). 그리고 유입유량이 $3{\ell}/s$ 미만일 경우와 변곡구간에서 비교적 오차가 크게 난다. 하지만 실험기간동안 누적유량값의 오차는 5% 미만이기 때문에 실험 결과에 미치는 영향은 크지 않다고 판단된다. 조석재현 검정실험을 한 결과는 목표값과 측정값의 큰 차이가 없다. 실험초기에는 목표값과 측정값의 차이가 크게 나타나지만 실험 5분 이후부터는 최대 EL. 0.2m가 차이가 났는데, 조위가 변곡되는 구간에서 나타났다. 실제 실험에서 조위값은 배수갑문의 운영과 관련되어 변곡구간의 조위값보다 상승 하강구간의 조위값(EL. -1.5m~EL. 0.5m)이 실험에 영향을 미치기 때문에 조석발생위어의 조석 재현성은 정밀하다고 판단된다. 모형조도보정 실험은 수치해석 결과와 수리모형실험을 비교하여 실험을 실시하여 해석식과 실험결과값을 근거로 한 조도재료량을 계산하고 이를 배치하여 검보정 실험을 실시하여 조도를 보정하였다. 배수갑문의 통과유량은 현장 관측자료가 부족하여 검 보정이 어려움이 존재한다. 따라서 이에 대한 추후 연구가 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.503-503
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• 2023

Hwang(2022; J.KWRA, 55, 10)은 수심 적분 모형으로 불연속 지형을 경사로 완화하지 않고 직접 해석하는 Hwang(2015; J.KSCE, 35, 6)의 기법이 적용된 수치 모형의 정확도를 높이기 위해 지형 전면에 실제로 작용하는 정수압 분포와 차이를 해명하는 흐름률 보정 계수(flux correction coefficient)를 도입하였다. 직각 광정 위어 실험 중에서 널리 알려진 다섯 가지 월류 실험으로부터 218회의 시행을 추려 실험과 모의에서 월류량 값이 서로 잘 일치하는 흐름률 보정 계수를 각각 산정하였는데, 이때 광정 위어를 지나는 흐름을 모의하기 위해 계산 영역을 평면 2차원으로 두고 삼각형 계산 격자로 분할하였다(Hwang, 2022). 실험에 사용된 실험 수로들이 수로의 길이 방향으로 그 폭이 일정하므로 옆벽의 영향이 크지 않다면 수로의 단위 폭에 모형을 적용함으로써 계산 영역의 차원을 한 수준 낮출 수 있다. 실질적으로 1차원 모의가 되어 모의 시간을 획기적으로 줄일 수 있으므로 다양한 분석이 가능하겠으나, 2차원 모의로부터 결정된 흐름률 보정 계수를 수정없이 그대로 적용하는 것이 적절한지 검토할 필요가 있다. 이 연구에서는 Hwang(2022)이 검토한 218회의 직각 광정 위어 실험 시행에 수로의 단위 폭에 불연속 지형을 직접 해석할 수 있는 Hwang(2015)의 1차원 모형을 적용하고 모의와 실험에서 월류량의 차이가 최소가 되는 흐름률 보정 계수를 각각 산정하였다. 결정된 흐름률 보정 계수의 평균값을 별도로 선정된 두 가지 직각 광정 위어 실험에 적용하였으며, 보정에 따른 모형의 성능을 평가하기 위해 Willmott의 일치 지표(index of agreement)를 이용하였다. 흐름률 보정 계수를 적용하였을 때, 한 실험 경우에 대해 모형의 성능이 대폭 개선됨을 확인하였고 성능 개선이 미미한 나머지 실험 경우는 보정 전에 일치 지표가 이미 상당히 높은 편이었다. 2차원 문제에 이어 1차원 모형의 적용에서도 흐름률 보정 계수를 결정함으로써 계단이나 직립 보와 같은 불연속 지형을 넘나드는 천수 흐름의 월류량을 더 쉽고 정확하게 파악할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.287-287
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• 2021

본 연구에서는 CUDA(Compute Unified Device Architecture) 포트란을 이용하여 확산파 강우 유출모형을 개발하였다. CUDA 포트란은 그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit: GPU)에서 수행하는 병렬 연산 알고리즘을 포트란 언어를 사용하여 작성할 수 있도록 하는 GPU상의 범용계산(General-Purpose Computing on Graphics Processing Units: GPGPU) 기술이다. GPU는 그래픽 처리 작업에 특화된 다수의 산술 논리 장치(Arithmetic Logic Unit: ALU)로 구성되어 있어서 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU)보다 한 번에 더 많은 연산 수행이 가능하다. 이에 따라, CUDA 포트란기반 확산파모형은 분포형 강우유출모형의 수치모의 연산시간을 단축시킬 수 있다. 분포형모형의 지배방정식은 확산파모형과 Green-Ampt모형으로 구성되었고, 확산파모형은 유한체적법을 이용하여 이산화 하였다. CUDA 포트란기반 확산파모형의 정확성은 기존 연구된 수리실험 결과 및 CPU기반 강우유출모형과 비교하였으며, 연산소요시간에 대한 효율성은 CPU기반 확산파모형과 비교하였다. 그 결과 CUDA 포트란기반 확산파모형의 결과는 수리실험 결과 및 CPU기반 강우유출모형의 결과와 유사한 결과를 나타냈다. 또한, 연산소요시간은 CPU 기반 확산파모형의 연산소요시간보다 단축되었으며, 본 연구에 사용된 장비를 기준으로 최대 100배 정도 단축되었다.