• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.36 no.6
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• pp.937-947
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• 2003

A shoreline, which has no the water depth, moves continuously as waves rise up and recede. Therefore, a special boundary treatment is required to track properly the movements of the shoreline in numerical modeling of the behavior of tsunamis or tides near a coastal zone. In this study, convective terms in nonlinear shallow-water equations are discretized explicitly by using a second-order upwind scheme to describe a moving shoreline more accurately. An oscillatory flow motion in a circular paraboloidal basin has been employed to validate the performance of the developed numerical model. Computed results of instantaneous free surface displacements are compared with those of analytical solutions and existing numerical solutions. The run-up heights in the vicinity of a circular island have also been calculated and obtained numerical results have been shown against available laboratory measurements. A good agreement has been observed.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.30 no.2
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• pp.98-111
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• 1993

Two-dimensional nonlinear free-surface wave problems are analyzed with consideration of viscosity. Navier-Stokes equation and continuity equation are solved by the application of Finite Analytic Method, and MAC scheme is used far the treatment of free surface. Surface tension effect is also considered and laminar flow is assumed. The free-surface waves in shallow water, the flows around a vortex-pair with free surface and the wave ahead of a rectangular body are simulated to test the present numerical scheme. In the shallow water problem, viscous effect due to the friction on the bottom is observed. In the second problem, the approach of a vortex-pair to the free surface is simulated to examine the interaction of vortex-pair with the free surface. In the third problem, the wave ahead of a semi-infinite floating body is simulated.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.469-473
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• 2005

수질모형의 지배방정식에서 정의되는 대표적인 수질매개변수는 유역 및 대기로부터의 오염부하량 퇴적물로부터의 오염물질 용출부하량, 확산계수. 반응계수 등으로 직접적인 관측이 곤란할 뿐만 아니라 많은 관측비용을 필요로 한다. 본 연구에서는 매개변수를 포함한 오염물질 수지방정식을 구성하고, 구성된 선형 연립방정식을 이용함으로써 계산된 농도분포자료와 관측된 시계열 농도분포자료를 이용하여 계산한 질량변화량의 차이를 최소화하는 역산문제를 구성하여 모형의 매개변수를 추정하는 방법을 제시하였다. 이 방법을 이용하여 천수만, 울산만(울산항) 해역에서 관측된 연직방향 농도분포 자료를 이용하여 확산계수 및 대기로부터의 오염부하량, 퇴적물로부터의 오염물질 용출율, 확산$\cdot$반응에 의한 오염물질 변화량 등을 추정하였으며, 추정 매개변수는 시기적으로 변동이 크게 나타났다. 반면, 추정매개변수를 이용한 관측자료와 계산결과를 비교한 결과, RMS 오차는 관측자료 범위의 $5.0\% 이하, 일치지수는 0.95 이상으로 본 방법을 이용한 매개변수 추정결과의 신뢰성은 우수한 것으로 파악되었다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.7 no.3
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• pp.69-78
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• 2007

In this study, a time-dependent aspect of an embankment failure is considered to simulate a flood inundation map and calculate overtopping discharge induced by an embankment failure. A numerical model has been developed by solving the two dimensional nonlinear shallow water equations with a finite volume method on unstructured grids. To analyze a Riemann problem, the HLLC approximate Riemann solver and the Weighted Averaged Flux method are employed by using a TVD limiter and the source term treatment is also employed by using the operator splitting method. Firstly, the numerical model is applied to a dam break problem and a sloping seawall. Obtained numerical results show good agreements with experimental data. Secondly, the model is applied to a flow induced by an embankment failure by assuming that the width and elevation of embankment are varied with time-dependent functions. As a result of the comparison with each numerical overtopping discharge, established flood inundation discharges in the previous studies are overestimated than the result of the present numerical model.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.43-43
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• 2015

천수방정식을 사용하는 초기 수치모형은 프로드수($F_4$)가 변화하는 흐름 즉, 상류방향과 하류방향으로 전파하는 홍수파를 동시에 해석하기 위해 중앙 차분기법이 필요한 상류(sub-critical flow)와 흐름방향에 따른 상류이송(upwinding)기법이 필요한 사류(super-critical flow)가 나타나는 흐름해석에서 어려움이 있었다. 하지만, 근사 Riemann 해법의 등장으로 흐름방향에 관계없이 특성선을 따라 정확한 상향가중기법의 적용이 가능하게 되어, 천수방정식을 지배방정식으로 하는 수치모형이 더욱 실용적으로 적용될 수 있도록 하였다. 따라서, 현재 근사 Riemann 해법은 Godunov 형 유한체적 기법, 불연속 Galerkin 혹은 Petrov-Galerkin 유한요소기법 그리고 Boussinesq 기법에도 적용되고 있으며, 특히 Godunov 형 유한체적기법과 결합한 근사 Riemann 해법은 댐 붕괴, 하천 범람 그리고 도시 및 해안지역 침수에 이르기까지 여러 가지 문제에 폭넓게 적용되고 있다. 지금까지 홍수 모델링에 적용된 Godunov형 유한체적모형은 정형 사각격자나 비정형 삼각격자 중에서 한가지의 격자 종류만을 적용한 연구가 주로 수행되었으며, 유한요소모형과 같이 이 두 가지 격자를 동시에 적용한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 일반적으로, 삼각격자는 사각격자와 는 달리 연구유역의 경계나 지형이 복잡한 경우에도 큰 노력없이 격자의 생성이 가능하나, 격자와 노드의 수가 사각격자보다 많아 계산시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 반면, 사각격자는 하천과 같이 선형으로 변하는 지형에 대해서는 표현하기가 용이하며 계산시간의 효율성도 뛰어나다. 본 연구에서는 하천, 도시 그리고 해안지역에서의 효율적이고 정확한 홍수 모델링을 위해 삼각 및 사각격자 그리고 이 두 격자를 동시에 고려한 하이브리드 격자의 적용이 가능한 Godunov형 2차원 유한체적 모형을 개발하였다. 그리고 개발모형을 정확해가 있는 댐 붕괴 문제, 실측치가 존재하는 실험하도 및 실제하도에 삼각, 사각 그리고 혼합격자를 생성하여 모의를 수행하고, 각 적용 격자에 따른 정확성과 효율성 및 장점과 단점을 연구하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.79-82
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• 2012

최근 지진해일 발생으로 인한 막대한 피해로 인해 지진해일 방재에 대한 중요성이 높아지고 있다. 지진해일 방재연구는 주로 실제 발생하였던 역사지진해일과 발생가능성이 높은 가상의 지진해일에 대해 해당지역의 재해정보도를 제작하여, 지진해일 발생 시 인명 및 재산피해를 최소화 하는 것에 초점이 맞추어져 있다. 따라서 이번 연구에서는 이러한 재해정보도의 효율성을 높이기 위해 지진해일 발생 시 인명피해가 발생할 가능성이 높은 위험지역을 선정하였다. 지진해일 위험지역을 선정하기 위해 가상의 지진해일을 수치모의 하였으며, 지진해일 발생 시 인명피해가 발생할 수 있는 지진해일 범람 높이를 선정하여 선정한 기준 높이 이상의 범람이 발생할 확률을 계산하였다. 지진해일 수치모의는 지진해일 전파모의와 범람모의 과정으로 이루어진다. 지진해일 전파모형은 선형 Boussinesq 방정식을 지배방정식으로 사용하며, 지진해일 범람모형은 비선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하였다. 수치모의를 통해 주문진항에서의 가상의 지진해일에 대한 범람영역 및 범람 높이를 얻었다. 수치모의를 통해 얻어진 범람 데이터를 이용해 기준 높이 이상의 범람 발생 확률을 계산하였다. 확률 계산을 위해선 해당 데이터의 확률분포를 결정하여야 하기 때문에, 적합도 검정을 수행하였다. 이번 연구에서는 여러 가지 적합도 검정 기법 중 하나인 확률도시 상관계수 검정(Probability Plot Correlation Coefficient Test)을 사용하였으며, 범람 데이터의 확률분포로 Normal, Log-normal, Exponential, Gumbel 분포를 가정하여 검정을 수행하였다. 각 지점별로 확률도시 상관계수 검정을 수행하여, 해당 지점의 확률분포를 결정하였고, 각 지점별로 해당하는 확률분포의 누적확률분포 함수를 이용해 기준 높이 이상의 범람이 발생할 확률을 계산하였다. 얻어진 확률을 지도상에 도시하여 기준 높이 이상의 범람 발생 확률이 높은 지점을 주문진항에서의 지진해일에 대한 인명피해 발생 가능성이 높은 위험지역으로 선정하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.36 no.3 s.134
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• pp.413-422
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• 2003

Numerical analysis for the Bragg reflection due to sinusoidally varying seabeds tying on a sloping beach was performed by using a couple of ordinary differential equations derived from the Boussinesq equations. Incident waves were wane groups generated by two short waves with slightly different phases. Effects of the slope of a seabed to the reflection were investigated in detail. It is shown that the reflection of long waves enhanced by increasing the slope of a seabed. This phenomenon caused by increase of wave amplitude due to increase of nonlinearity and shoaling.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.11 no.2
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• pp.77-89
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• 1991

Based on Boussinesq equation, the parabolic approximation equation is used to analyse the propagation of shallow water waves with currents over slowly varying depth. Rip currents (jet-like) occur mainly in shallow waters where the Ursell parameter significatly exceeds the range of application of Stokes wave theory. We employ the nonlinear parabolic approximation equation which is valid for waves of large Ursell parameters and small scale currents. Two types of currents are considered; relatively strong and relatively weak currents. The wave propagating over rip currents on a sloping bottom experiences a shoaling due to the variations of depth and current velocity as well as refraction and diffraction due to the vorticity of currents. Numerical analyses for a nonlinear theory are valid before the breaking point.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.31 no.3
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• pp.47-58
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• 1994

Theoretical calculations are carried out for the estimation of linear maneuvering coefficients of a ship moving in shallow water region. Hydrodynamic forces and moments acting on a maneuvering ship are modelled based on a slender body theory, from which integro-differential equation for the unknown inner stream velocity is derived. Numerical algorithms fur solving this equation are described in detail. By considering water depth effects in the mathematical model, variations of maneuvering coefficients with water depth are studied. Programs are developed according to this method and calculations are done for Mariner, Series 60 and Wigley hull forms. For the verification of the programs, calculated results are compared with some analytic solutions and with published experimental results, which show good agreements in spite of many assumptions included in the mathematical model. It is expected that this method can be used as a preliminary tool for the estimation of maneuverability coefficients of a ship in shallow water region at its initial design stage.

• 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.