• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.320-333
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• 2019

양빈이 수행된 해빈의 침식률 산정을 위한 물리기반 해빈 지형모형이 제시되었다. 동수역학 모형은 OpenFOAM에 기반 한 tool box인 IHFOAM으로 구성되며, Morphology 모형은 부유사를 대상으로 한 이송확산방정식, 소류사 이송을 포함한 표사 수지 개념으로부터 유도된 Exner 식으로 구성하였다. 표사 이송여부, 부유사 농도저면 경계치, 소류사 이송률 산출과정에는 Shields Diagram, 삼차원 수치 모의된 유동계 정보로부터 직접 산출된 저면 전단응력이 활용된다. 본 논문에서 제시된 지형 모형을 검증하기 위해, 경사가 1/6인 단조 해안에서의 천수과정, 쇄파과정, 이에 따른 저면 변화를 수치 모의하였다. 모의결과 비선형 천수과정에서 예상되는 왜곡되고 왜도된 저면전단응력이 비교적 정확히 모의되었다. 또한 전빈에서 진행되는 쇄파로 인해 부유되고 침식된 표사가 up-rush에 의해 후빈으로 이동되어 형성되는 swash bar와 up-rush 정점에서 방향을 바꾸어 먼 바다 방향으로 진행되는 back-wash에 의해 쓸려간 표사가 수심증가에 따라 back-wash 흐름 강도가 약해지면서 퇴적하여 형성되는 breaker bar가 성공적으로 모의되는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.17-17
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• 2020

일반적인 연안 해역에서 창조지속시간과 낙조지속시간은 거의 동일한 수준을 보여 조위곡선은 대칭적인 형태를 띠게 된다. 그러나 M4분조나 MS4분조와 같은 천해조가 발달된 해역에서는 그 모체가 되는 M2분조나 S2분조와의 상대적인 위상차에 따라 조위곡선이 비대칭적인 형상을 띠기도 한다. 창조지속시간이 길 경우 낙조시 최대조류속이 크게 되는 낙조우세가 형성되는 반면 낙조지속시간이 길 경우에는 반대로 창조우세가 형성된다. 소류사의 움직임은 유속의 6승에까지 비례하므로 이러한 최대조류속 차이에 따라 창조우세 또는 낙조우세 해역에서 소류사 이동량에는 큰 차이가 발생할 수 있다. 감조하천의 경우 상류로 갈수록 창조우세화하는 것이 일반적인 것으로 알려져 있으며 국내에서는 금강을 비롯한 군산해역이 대표적이다. 창조우세인 군산해역과 반대로 영산강하구 및 목포해역의 경우 낙조우세를 보이고 있는데, 그 근원은 황해에서의 순환특성과 함께 목포해역 인근의 드넓은 조간대에 기인하는 것으로 추정하고 있다. 특히 인접한 무안만에서는 낙조지속시간이 창조지속시간에 비해 2시간 이상 짧아 국내에서 가장 심한 수준의 낙조우세를 보이고 있으며, 영산강하구 낙조우세의 근원으로 평가되고 있다. 한편 조간대가 발달된 해역은 천해조 생성에 따라 낙조우세 경향이 있음과 관련하여 Kang and Moon(2001)은 조간대가 조석파의 전파와 천해조 발생에 미치는 영향성에 대하여 수치실험을 통해 연구한 결과 무안만의 낙조우세는 조간대의 발달에 기인함을 재확인한 바 있다. 따라서 낙조 우세를 수치모형을 통해 재현하기 위해서는 조간대 모의가 필수적임과 동시에 낙조우세를 재현하기 위해서는 천해조 개방경계 설정이 필요하다고 알려져 있다. 또한 이렇게 천해조가 발달된 하구에서 조석비대칭 현상은 퇴적물 이동에 직접적인 영향을 미치게 되는데 Kang et al.(2002)은 소류사 및 부유사 이동에서 이러한 영향성에 대한 연구를 수행한 바 있다. 그 결과 천해조가 발달된 이러한 해역에서 퇴적물 이동과 관련된 수치모의시 M2분조와 같은 천문조 경계조건에 부가하여 M4분조의 천해조까지 포함시킬 것을 제안한 바 있다. 이와 같이 하구역에서는 천해조 발달로 인해 조석비대칭이 두드러지게 발달되어 있는 경우가 많으며, 감조하천 상류로 갈수록 비대칭은 더욱 심화되는 경향이 있다. 따라서 감조하천 하류부에서 조석을 고려한 경계조건을 부여하여 하천의 흐름양상을 수치적으로 모의할 경우 천해조가 발달된 하구역에서는 천해조가 포함된 경계조건은 필수적이라 할 수 있다.

• 한국해양공학회지
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• 제30권6호
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• pp.484-497
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• 2016

In order to understand the characteristics of the topography change in front of an impermeable breakwater, a coupled model for a two-way analysis of the existing LES-WASS-2D and newly developed morphodynamic model was suggested. A comparison to existing experimental results revealed that the results computed using the 2-D hydro-morphodynamic model were in good agreement with the experimental results for the wave form, pore water pressure in the seabed, and topographical change in front of a submerged breakwater. It was shown that the two-way model suggested in this study is applicable to a morphological change in the seabed around a submerged breakwater. Then, using the numerical results, the topographical changes in front of an impermeable submerged breakwater were examined in relation to partial standing waves. Moreover, the characteristics of the local scour depths in front of them are also discussed in relation to incident wave conditions, sediment qualities, and submerged breakwater shapes.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.135-135
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• 2023

우리나라의 전 국토면적 중 약 63% 이상이 산지로 이루어져 있으며 이는 OECD국가 중 4위에 해당할 정도로 매우 높은 비율이다. 광활한 산지 면적의 효율적 이용을 위해 사면개발, 태양광 시설, 관광자원으로써의 활용 등이 이루어져 토양침식에 매우 취약해졌으며, 하천으로의 토사유입량이 증가하고 있다. 따라서 하천으로 유입된 유사량의 조사가 매우 중요하며, 유사량 중 입경이 큰 소류사량을 추정하기 위한 조사 장비 중 간접적 방법인 하이드로폰에 관한 국내·외 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존 소류사량 추정 방법 중 추정식을 활용한 방법의 추정량이 많아질수록 정확도가 낮아지는 문제를 개선하기 위한 노력으로 인공신경망의 한 종류인 Convolutional Neural Networks(CNN)를 소류사량의 계측에 적용하기 위한 연구를 시도하였으며, 그 결과와 실제 소류사량의 정확도를 비교 및 분석하였다. 실험데이터를 획득하기 위하여 실내수로를 구축하였으며, Labview를 이용하여 소류사량에 대한 충돌음 이미지데이터를 취득한 후 학습을 진행한 결과, 검증데이터에 대한 정확도는 60%이상의 값으로 나타났다. 향후 추가적인 데이터 확보를 통해 정확도 향상을 위한 연구를 진행하고자 한다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제15권8호
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• pp.544-555
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• 2015

본 연구는 농경유역 중소하천의 주요 지점에서 실측된 현장자료를 사용하여 유량과 총유사량 관계곡선과 이들 간의 관계식을 유도한다. 실측치 총유사량 자료는 수심평균농도와 하상에서 각각의 부유사와 소류사 채취기(DH-48, D-74 및 BLH-84, BL-84)에 의해 채집된 시료를 건조 또는 여과법, 체분석에 의한 입도분포곡선을 통해 얻은 부유사량에 소류사량을 합하여 얻었다. 이들 현장자료는 농경유역 논산수계 내 4개 대상하천의 국가-지방하천 수로구간 7개 측점에서 2012년 8월부터 2014년 9월까지 측정되었다. 그 결과, 유량과 총유사량에 대한 관계곡선과 관계식은 현장측정 자료군의 분포특성을 분석함으로써 멱함수형으로 유도하였으며, 이들 관계식은 수공 유사공학의 이론적 연구뿐만 아니라 실무적 응용에 있어 세굴, 퇴적 및 이송을 해석하는데 유용한 도구로 사용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권9호
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• pp.737-745
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• 2009

국내 도시화 시험유역에 대한 기존 토사유출공식의 적용 가능성을 검토하기 위해 도시 시험유역의 실측자료와 모의기법 적용결과를 비교.분석하였다. 적용된 토사유출량 산정 모의공식으로는 개정범용토양손실공식(RUSLE - Revised Universal Soil Loss Equation), 수정범용토양손실공식(MUSLE - Modified Universal Soil Loss Equation)을 활용하였다. 시험유역은 유역면적 약 3.81 $km^2$로 면적대비 56 % 정도가 도로 및 포장 등으로 도시화가 진행된 도시 시험유역을 선정하여 자동 강우 및 수위계측기를 이용하여 지난 3년간 연속적으로 수문자료를 축적하였다. 또한 계측지점에서의 유출량별 소류사 및 부유사 실측을 통하여 유량-유사량 관계곡선을 개발한 후 호우사상별 유역으로 부터의 토사유출량을 산정하였다. 실측된 강우 및 유량 자료를 활용하여 모의한 토사유출량과 실측한 토사유출량을 비교한 결과 RUSLE를 적용한 모의결과가 실측 토사유출량과 근접한 결과를 제시하였으나 상관계수가 낮아 적용에 세심한 주의가 요구됨을 알 수 있었다. 반면, 실제 유출수문곡선을 MUSLE기법에 적용하여 모의한 토사유출량과 실측 토사유출량의 상관관계는 우수한 예측결과를 보였으나 보정계수의 적용이 필요함을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권1호
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• pp.31-40
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• 2011

본 연구에서는 2차원 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을 이용하여 낙동강하구둑에서의 퇴사저감 방안을 분석하였 다. 현재 매년 시행되고 있는 준설방법에 대한 효과를 정량적으로 분석하였으며 준설방법을 대체할 수 있는 퇴사저감 방법으로 하폭축소를 통한 퇴사저감 방안에 대해 모의를 수행하였다. 분석에 사용된 모형은 각각 유사량 공식과 유사이송 형태에 대해 모형 검보정을 수행하였으며 낙동강하국둑의 경우 Ackers and White (1973) 공식과 소류사 형태의 유사이송 방식을 수치모의 시 사용하는 것이 실제 하상변동 결과와 가장 유사한 것으로 나타났다. 검보정된 CCHE2D 모형을 이용하여 현재 시행되고 있는 준설방법에 대한 분석을 수행하였으며 그 결과, 준설이 수행된 구간에서 평균 0.2m의 퇴적량 감소를 확인할 수 있었다. 또한, 하폭축소를 통한 퇴사저감 분석 결과, 평균 0.4m의 퇴사저감 효과가 있는 것으로 나타났으며 특히 하폭이 축소된 구간에서는 축소전과 비교해 최대 2.0m 정도의 퇴사저감 효과가 있는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.64-64
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• 2015

하천에서 토사유출, 하상변동, 제방유실 등과 같은 현상은 유사 이송과정에 관련되어 있다. 하천에 대한 다양한 공학적 문제들을 해결하기 위한 첫 단계로서 유사이송의 특성을 파악하는 것은 중요하다. 유수에 의한 하상재료 이송과정은 핵심 기작에 따라 부유사와 소류사로 구분할 수 있으며 이들의 합이 총유사량이다. 하천에서 유사이송을 정량적으로 이해하기 위해서는 부유사량과 소류사량을 측정할 필요가 있다. 소류사가 부유사에 비하여 측정이 어렵고 많은 시간이 소요되기 때문에 소류사량은 현장실측 자료의 수가 매우 부족하나 부유사량 자료의 수는 상대적으로 많은 실정이다. 홍수 시 하천에서 부유사량은 측정하고 소류사량은 기존 유사량 공식을 이용해 산정하여 총유사량을 추정하기도 한다. 이 같은 총유사량의 신뢰한계는 소류사량 추정 공식에 의존될 수밖에 없다. 본 연구에서는 자갈하상 하천에서 측정한 총유사량 중에 소류사량이 차지하는 정도를 조사하였다. 일반적으로 자갈하천은 모래하천에 비하여 경사가 급하고 유속이 빠르며 산지하천이 이 경우에 속한다. 산지하천에서 부유사량의 변동은 하상조건보다는 유역에서 공급되는 토사유출량의 크기에 좌우되나 소류사량은 주로 하상조건에 영향을 받는다. 양양남대천의 실측 유사량에 대한 유사량-유량의 관계곡선 기울기를 보면 부유사보다 소류사의 경우가 더 크며 서로 교차하는 유량조건, 즉 유사량비(=소류사량/부유사량)가 1인 한계유량이 존재한다. 유량이 적을 때는 소류사가 이동하지 않더라도 부유사량이 존재하였으나 유량이 한계유량보다 크면 소류사량이 더 많았다. 소규모 자갈하천인 Oak Creek (Milhous, 1973)에서 조사한 총유사량에서도 한계유량이 확인되고 있다. 모래로 된 대하천에서 유사량비는 현저히 작으며 한계유량도 확인되지 않고 있으나 경사가 급한 자갈하천에서는 한계유량이 존재한다. 이는 하천에서 유량이 증가하고 하상재료가 커지면 총유사량에서 소류사량의 중요성이 증가한다는 것을 의미한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.230-230
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• 2021

하상변동은 하천을 효과적으로 활용하고, 하천 내 시설물을 유지관리하기 위한 중요한 정보 중 하나이다. 특히, 최근 4대강 사업으로 인한 하상변동 측정에 대한 수요가 높아짐에 따라 하상변동 측정에 대한 수요가 높아지고 있다. 하상변동 측정하기 위한 방법은 일반적으로 경험식 및 모델링과 실측에 의한 방법으로 구분할 수 있다. 경험식 및 모델링에 의한 방법은 대상 하천과 환경 조건에 따라 결과가 상이하게 나타나며, 실측에 의한 방법은 계측기기를 활용한 지점 단위의 측정에 의존하고 있다. 쉽게 말해 기존의 하상변동 측정은 높은 불확실성 보이며, 많은 인력과 비용, 그리고 시간이 소요되는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 하상변동 측정의 한계를 극복하고, 하상의 움직임과 특성을 파악할 수 있는 AMV(Acoustic Mapping Velocimetry)를 도입하였다. AMV는 초음파를 이용하여 수심을 측정하는 음향 측심기에서 얻은 측정 결과를 바탕으로 초음파 영상을 생성하고, 영상 분석을 통해 하상의 움직임과 특성을 파악하는 알고리즘이다. 본 연구는 AMV의 일환으로, MBES로 측정된 자료를 기반으로 하상의 움직임을 조사하기 위해 AMV를 적용한 실증적 연구로 시도되었다. 본 연구에서 제시한 기술은, 1) ADCP, MBES를 통해 측정된 수심 정보를 초음파 하상 영상을 변환, 2) 연속 초음파 영상에 LSPIV와 같은 영상 유속계 기술을 도입하여 하상 이동속도를 산정, 3) 연속 초음파 영상에서 하상의 평균하상고, 파장 등의 특성을 파악, 4) Exner 방정식을 활용한 하상변동량 산정으로 구성된다. 본 연구에서 제시된 기술은 사용자의 경험과 판단에 의한 영향을 최소화하여 비교적 낮은 불확실성을 가지며, 비교적 적은 인력과 비용, 시간이 소요되는 경제성을 갖추고 있다. 뿐만 아니라 공간적으로 측정된 초음파 영상을 활용한 많큼 상대적으로 넓은 범위에 적용할 수 있다. 따라서 향후 국내 하상변동 연구에 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.225-225
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• 2020

최근 국내·외에서는 재래식 소류사량 채집기를 이용한 직접계측방법의 한계를 보완하기 위해 음향센서(하이드로폰)를 활용하여 소류사가 이동할 때 발생하는 충돌음 신호로부터 소류사량을 간접적으로 추정하는 방법이 개발 검토되고 있다. 이러한 방법은 하이드로폰에 계측된 음향신호의 특성 중 음향 펄스 수와 소류사량의 상관성을 해명하는 연구가 주를 이루고 있다. 그러나 기존의 펄스 카운트 알고리즘은 원시신호에 대한 불충분한 노이즈 필터링 작업과 음향특성 중 진폭만을 고려하여 임계치를 설정하였기 때문에 운송되는 소류사량이 많을 경우 신호 파형의 중첩으로 인한 펄스 수의 과소평가, 감지 가능한 상한 입자 크기가 제한되는 등의 결점을 가지고 있다. 또한 대다수의 연구가 소류사량의 총량과 시계열적인 변화를 추정하는데 주안점을 두고 있어 소류사량의 입도분포를 추정하기 위한 연구사례는 매우 부족한 실정에 있다. 따라서 본 연구에서는 위와 같은 한계를 극복하기 위해 다양한 입경과 유속 조건을 고려한 단독입자 공급 실험을 통해 하이드로폰에서 계측되는 소류사 입경별 충돌음의 진폭과 특정 주파수대역을 기준으로 음향특성치를 효과적으로 필터링 할 수 있는 개선된 Band-Passs Method 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 검증을 위해 기존의 음향신호 필터링 방법(증폭 채널 방법, 임계치 설정 방법)과 비교·분석을 수행한 결과 제안한 방법이 기존의 필터링 방법보다 높은 소류사량 추정률을 보이는 것으로 나타났다. 아울러 단일입경 연속공급 실험을 수행하여 입경별 소류사량 추정관계식을 산출하고 혼합입경의 입도분포 추정 가능성을 확인하였다. 연구수행의 최종단계로 혼합입경 소류사량 추정이 가능한 입경별 통합 소류사량 추정 알고리즘을 개발하고 실측 소류사량과의 비교·분석을 통해 알고리즘의 소류사량 추정 정밀도를 검증하였다.