• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.40-40
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• 2015

최근 기후변화로 인해 홍수의 발생빈도와 홍수량이 증가하고 있으며, 여름철 집중호우 및 태풍에 의해 하천의 둔치가 침수됨으로써 다양한 침수피해를 야기한다. 대하천 사업 이후 하천의 둔치를 활용한 체육시설, 자전거도로 및 생태공원과 같은 친수시설들이 조성되었으며 태풍으로 인한 하천의 홍수위 상승은 이러한 친수시설에 대한 직접적인 피해를 가져올 수 있다. 따라서 이와 같은 침수피해를 예측하기 위해서는 둔치를 포함한 복단면에서의 흐름해석을 통한 수리학적 영향을 분석해야하며, 둔치에서의 흐름양상은 주수로에 비해 수심이 얕고 흐름에 대한 저항이 크기 때문에 2차원 수리해석이 바람직한 것으로 제안되고 있다. 2차원 수리해석에 있어 하천의 홍수위 상승과 하강으로 인해 발생하는 둔치구간에서의 마름과 젖음 현상은 수치해의 발산을 야기하며, 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 마름/젖음 해석 기법에 대한 연구들이 진행되어 왔으며 일반적으로 마름/젖음에 대한 문제를 해결하는 방법은 마름/젖음에 상관없이 모든 부분에서 방정식을 푸는 박막기법과 해석영역으로부터 마름 부분을 제거하는 이동경계법으로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 단기간에 수위가 급변하는 태풍사상에 대한 둔치에서의 홍수위험도를 평가하기 위해 마름/젖음 해석이 가능한 2차원 유한차분모형인 Nays2D 모형을 이용하여 마름/젖음에 대한 과거 선행연구들의 결과와 적용된 모형의 결과를 비교하여 모형의 적용성을 검증하였고, 검증된 모형을 강정-고령보에서부터 달성보 사이 구간에 적용하여 수리학적 영향을 분석하였다. 또한, 모형의 결과를 이용하여 홍수위험지수를 산정하였으며, 이를 통해 둔치구간에서의 홍수위험도 평가를 실시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.436-440
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• 2006

하천에 대한 수질해석을 위해 범용적으로 사용되는 QUAL2E 모형은 대상구간에 유사한 수리 특성을 가지는 구간(reach)을 설정하여 주어진 유량에 대해 동일한 수심과 유속을 가지도록 구성되어 있다. 하지만 실제 자연하도에서는 여러 가지 수공구조물이나 지형변화로 인해 흐름변화가 매우 다양하게 발생하고 있다. 본 연구에서는 범용적으로 사용되고 있는 DWOPER 모형이나 HEC-RAS 모형과 같은 1차원 수리해석모형의 부등류 모의결과를 QUAL2E 모형에서 활용함으로써 실제 하천에서 발생하는 국부적인 흐름특성을 수질해석에 반영할 수 있는 수리연계모듈을 개발하였으며, 이를 한강의 팔당댐 하류구간에 대해 적용하였다.

• 한국습지학회지
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• 제10권3호
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• pp.99-109
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• 2008

본 연구는 I편에서 개발된 일체형 블록시스템의 수리모형실험 결과를 검증하고 호안블록의 효과를 해석하기 위하여 수치해석을 통한 수리모형 실험을 수리특성을 모의하고자 하였다. 하도내 적용된 일체형 호안블록의 수치해석을 위하여 1차원 HEC-RAS 모형과 2차원 흐름 모의를 위하여 RMA-2 모형을 적용하여 식생전후의 수리현상을 수리모형 실험결과와 비교하여 홍수 시 유속 저감효과의 분석 및 대안으로 제시하는데 그 목적이 있다. 분석결과 2차원 수치해석 모형이 1차원 수치해석보다는 수위 유속 모두 수리모형실험결과와 근접한 결과를 나타내어 수치해석을 통한 자료구축 시 좀 더 신뢰성 있는 자료를 구축할 수 있는 것으로 판단되었다. 유속은 최저 0.21m/sec에서 최대 1.89m/sec의 저감효과를 나타내었으며, 이는 100m 당 4.89sec에서 7.33sec의 지체시간을 가져오는 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1992년도 수공학연구발표회논문집
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• pp.86-97
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• 1992

측류취수로와 만곡부가 있는 원형수로를 1:20으로 축척한 모형수로에 대해 수리모형실험을 수행하여 만곡부에서의 유속, 수위와 유황과 같은 수리학적 특성을 살펴보고, 측류취수로가 만곡부에 미치는 영향을 살펴보고자 한다. 도한 모형수로에 대해 ADI방법으로 천수방정식을 수치해석하여 얻은 만곡부에서의 수리학적 특성을 실험에 의한 것과 비교하여 사용된 수치기법으로 검증하였다. 대상이 된 전영역에 대하여 수리모형실험에서 얻어진 유속, 수위와 유황은 수치해석한 결과와 잘 일치한다. 그러나 직각좌표계를 사용함으로서 상대적으로 만곡부에서 단면축소 효과가 발생하므로 수치해석으로 얻어진 유속은 만곡부에서 실험치보다 약간 크게 나타나는데, 이것은 격자간격을 줄이면 개선되리라 판단된다. 수리모형실험과 수치해석 모두 만곡부 외측의 수위가 상승하고 내측의 유속이 빨라지는 만곡부의 특성을 잘 모사하고 있다. 만곡부 직전에 측류취수로가 있을 경우 측류취수로의 영향이 만곡수로내까지 미침을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1818-1822
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• 2008

여수로와 같은 3차원 수리구조물을 설계하고 수리현상을 조사하거나, 형상 및 안정성을 파악하기 위해서는 일반적으로 수리모형실험을 통하여 실제 현상을 모의하는 경우가 많다. 그러나 수리모형실험을 하기 위해서는 많은 시간과 비용 및 공간이 필요하며 실제 수리구조물을 축소시켜 측정하는 것은 대단히 어렵고 표면장력 등이 실험결과에도 상당한 영향을 미칠 수 있으며 다양한 경우의 실험은 현실적으로 불가능하다. 따라서, 수치해석을 통하여 적정한 초기결과를 도출할 필요성이 있으며, 이를 통하여 수리모형실험의 대상을 결정하고 결과를 비교한다면 경제적이고 합리적인 수리구조물의 설계와 평가가 가능하다. 본 연구에서는 최적의 여수로를 설계하기 위하여 월류형 여수로를 대상으로 수치해석을 수행하였고, 수리모형실험에 대한 실험적인 접근을 통하여 수리적 조건을 향상시킬 수 있는 보다 나은 설계안을 제시하였다. 이러한 수리모형실험 계측결과를 통하여 개선된 수리구조물 설계안을 제안하였고, 개선된 설계안에 대한 개선효과를 조사하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.39-39
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• 2011

하천에서 수공구조물을 설계시 구조물의 규모, 형식, 운영방식, 안정성 등을 검토하기 위하여 일반적으로 수리모형실험과 수치모형실험을 이용한다. 수리모형실험은 자연현상의 왜곡을 최소화하여 검토결과를 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 많은 시간과 비용, 인력 및 공간이 필요하기 때문에 단기간에 다양한 검토가 필요한 경우에는 많은 제약이 따른다. 반면에 수치모형실험은 제한적인 조건에서 검토목적 및 용도에 따라 다양한 수치모의기법을 활용하여 상대적으로 낮은 비용과 신속하고 다양한 검토가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 수치모형실험은 어디까지나 자연현상에 대한 수학적, 물리적 기법을 활용한 분석이기 때문에 결과에 대한 신뢰성 확보가 매우 중요하다. 최근에는 컴퓨터의 계산능력 향상과 유체의 복잡한 동수역학적 거동 해석 기법의 다양화, 그리고 많은 적용성 검토 연구결과로 인한 신뢰성 향상 등으로 인해 수치모형실험에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구는 현재 금강에 건설 중인 금강보에 대하여 다차원 수치모형인 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)를 이용하여 하천 구조물 및 물리적 환경변화에 대한 정밀수리분석을 실시하기 위한 사전절차로, EFDC 모형을 하천수리해석에 적용할 경우 모형에 포함되어 있는 다양한 변수설정 및 제약조건들에 대하여 적용한계를 검토하고자 한다. 검토방법은 금강보가 건설되기 이전의 하천지형 상황에서 EFDC 모형과 HEC-RAS 모형을 이용한 수리분석을 수행하고, 수리거동 결과 들을 상호 비교 분석 한다. 수치모의 대상구간은 금강보 건설구간을 포함하여 약 20km 구간이고, 대상구간에 대하여 3차원 정밀지형자료를 구축하였으며, 과거 호우사상에 대한 구간 내 관측 수위 및 모형별 계산수위결과를 비교 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2019

수리모형실험은 수로 내에서 장시간 파랑을 발생시킬 경우, 수로 내에 반사 파랑의 성분이 누적될 수 있어 상당한 계측 오차를 발생시킬 우려가 있어 수리모형실험 결과의 검증이 필요하다. 일반적으로 수리모형실험 결과의 검증을 위해서는 동일 실험을 무수히 반복하여 불확실성을 제거하거나 다양한 수리실험실에서 수리모형실험을 수행하고 결과를 분석하여 불확실성을 제거할 수 있다. 그러나 이는 엄청난 시간과 노력은 물론 막대한 실험비용이 소요되기 때문에 경제적으로 효용성이 매우 낮아 현실적으로 수행이 어렵다. 이에 비해 수치모형실험은 상대적으로 저렴한 비용으로 수행할 수 있으며, 다수의 실험을 수행하지 않아도 불확실성을 제거할 수 있어 수리모형실험의 검증에 효율적이다. 일반적으로 난류 거동을 동반하는 복잡한 구조물 주변의 흐름 해석에는 3차원 CFD 모형이 필요하다. 특히, 병렬연산이 가능한 CFD 모형을 활용하면 수리모형실험에서도 재현이 쉽지 않은 다양한 조건에 따른 복잡한 흐름을 해석할 수 있어 효용성이 점점 증가하고 있다. 그러나 복잡한 구조물이 존재하게 되면 구조물에 재현에 막대한 격자구조가 필요하여 현실적으로 적용이 쉽지 않다. 이에 대한 대안으로 복잡한 구조물을 비교적 큰 격자에서 재현할 수 있는 가상경계법을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가상경계법은 Navier-Stokes 방정식에서 유체 내에 존재하는 고체를 모멘텀 이론으로 대체하여 고려하는 기법으로 수치모델링 수행 시 매질을 유체만으로 구성할 수 있어 안정적으로 적용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 과업에서는 다양한 분야에서 널리 활용되고 있는 3차원 CFD 모형인 OpenFOAM®기반으로 파랑해석에 필요한 경계조건을 계산할 수 있는 olaFlow를 활용하여 복잡한 구조물을 지나는 파랑해석을 수행하기 위해 가상경계법을 olaFlow에 도입한 수치 알고리즘을 개발하였다. 개발한 수치알고리즘을 활용하여 복잡한 구조를 수치모델에서 재현하였으며, 수치모델에 적용된 수치 알고리즘의 안정성에 대해 고찰하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.645-649
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• 2008

노모그래프 또는 간략식을 이용하여 암거 설계를 하는 경우 암거 흐름이 자유수면을 가지는 개수로라면 정확한 흐름 해석을 할 수 없다. 특히 암거는 수리학적으로 짧기 때문에 암거 흐름에서 등류수심이 발생하지 않을 가능성이 높다. 이에 부등류(점변류) 해석을 이용하여 암거의 흐름 해석을 수행하도록 흐름 해석 모형을 개발하여 검증하고, 이를 기반으로 암거의 단면규격을 결정하는 설계모형을 개발하였다. 암거의 수리설계는 고려하고 있는 모든 단면에 대하여 흐름 해석을 수행하고, 산정된 상류수위(HWE)와 암거높이에 대한 상류수심의 비(H/D)가 허용치를 초과하지 않는 최적 단면을 설계 단면으로 결정한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1342-1347
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• 2007

최근 수자원 분야에서 GIS의 활용은 유역의 수리, 수문분석을 위한 모형의 입력자료 생성 및 모의 결과를 가시화, 이에 따른 유역관리 시스템의 구축 등 폭넓게 활용되고 있다. 또한 국가지리정보시스템에 조사를 통해서 수치지형도 및 주제도를 구축, 구축된 자료의 표준화를 실시하고 있는 실정이다. 그러나 수자원 분야에서 GIS를 활용하기 위한 기술은 주로 선진국을 중심으로 발전하여 왔기 때문에 우리의 실정에 맞지 않아 활용측면에 있어 신뢰할 만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다. 따라서 국내 상황을 고려하면서 수자원이라는 전문분야 적용에 적합한 GIS(HyGIS)를 개발하고 여기에 수리, 수문분석모형을 연계하여 국내 실무분야에 적용함에 있어 편의성과 실용성을 구비한 모형개발이 이루어져야 한다. 따라서 본 연구에서는 국내 소프트웨어 GeoMania(HyGIS)에 의한 GIS 정보처리의 자동화를 기반으로 하여 실무에서 활용도가 높은 수문모형인 HEC-HMS 및 HEC-1과 수리모형인 HEC-RAS를 연계 및 통합하기 위해서 HyGIS에서 DLL형태로 제공되도록 하였다. HyGIS에서는 수문학적 DEM 분석 및 공간정보 생성, 선형참조가 가능한 하천 네트워크 생성, 유역 시설물 관리 등의 기능을 제공하며 COM(Component Object Model)을 기반으로 개발된 시스템으로 다른 소스로부터 개발된 컴포넌트를 연계하여 시스템의 기능 확장을 손쉽게 수행할 수 있도록 하였을 뿐만 아니라 공간 DB는 GeoMania의 고유 DB인 GSS를 이용한다. HyGIS-HMS는 HyGIS를 통한 국내 유역의 지리정보를 활용하여 HEC-HMS 뿐만 아니라 HEC-1을 추가하여 사용자의 기호와 편의에 따라 모형을 선택할 수 있도록 하였으며 HEC-1의 결과를 가시화하기 위해서 챠트 기능을 추가하였으며 매개변수를 자동으로 산정할 수 있도록 시스템을 구축하였다. HyGIS-RAS는 국내 하천유역에 대해서 기구축 되어있는 하천관리지리정보시스템(RIMGIS)자료를 직접 활용하도록 구성되어있고 자료를 활용하여 제내지와 제외지를 통합하여 TIN분석을 실시하여 범람 홍수해석에 활용할 수 있도록 하였다. 하천수리해석의 기능을 보강하기 위해 역산조도계수 산정모형, 상류-사류 천이류 구간에 대한 부등류 해석모형, 범람 홍수류에 대한 홍수위 산정모형, 하천수리계산시의 불확실도 해석모형 등의 새로운 기능을 추가하여 제시하였다. 모든 입출력자료는 프로젝트 단위별로 운영되어 data의 관리가 손쉽도록 하였으며 결과를 DB에 저장하여 다른 모형에서도 적용할 수 있도록 하였다. 그리고 HyGIS-HMS 및 HyGIS-RAS 모형에서 강우-유출-하도 수리해석-범람해석 등이 일괄되게 하나의 시스템 내에서 구현될 수 있도록 하였다. 따라서 HyGIS와 통합된 수리, 수문모형은 국내 하천 및 유역에 적합한 시스템으로서 향후 HydroInformatics 구현을 염두에 둔 특화된 국내 수자원 분야 소프트웨어의 개발에 기본 토대를 제공할 것으로 판단된다.