• 대한지리학회지
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• 제46권3호
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• pp.331-350
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• 2011

컴퓨터 기술이 발달하면서, 지질시간 규모에서 다양한 지형형성작용들의 복합적인 영향으로 인한 지형발달을 모의하는 것이 가능하게 되었다. 본 연구는 최근 들어 활용도가 점차 높아지고 있는 2차원 지질시간 규모 수치지형발달모형을 소개하며, 특히 지질 시간 규모에서 주요한 지형형성작용들을 모형화하기 위한 접근 방법들을 중점적으로 다루었다. 수치지형발달모형은 지형체계를 구성하는 체계요소와 이들 간의 관계를 미분방정식으로 표현한 후 이의 해를 수치적으로 구함으로써 지형발달을 모의한다. 수치지형발달모형 연구는 장기간에 걸친 지형체계요소들간의 관계를 정량적 관점에서 최대한 단순하게 모형화하고 이를 결합하는 것에서부터 시작되었고, 후대 연구자들에 의해 보다 정교해지고 있다. 본 연구에서 소개한 이론들은 수치지형발달모형을 한반도에 적용하거나 개발하려는 연구자들에게 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.736-736
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• 2012

유수의 침식과 퇴적작용은 지형의 변화를 일으키며, 이런 지형변화는 하천 흐름, 지하수 흐름 등의 변화를 가져오며 이는 다시 지형변화의 원인이 된다. 이런 일련의 과정이 되풀이되는 것을 지형발달이라 하며, 이는 수문 현상에도 지대한 영향을 미친다. 지형발달의 주요 인자에는 강우와 지반 융기 등이 있으며 각 주요 인자들은 복합적으로 지형발달에 영향을 준다. 하지만 지형발달 탐구 시 실제 지형을 대상으로 탐구하기에는 한계가 분명히 있다. 그래서 본 연구에서는 컴퓨터를 이용해 수식을 계산하여 수치적으로 지형발달을 모의하는 모형을 이용하여, 지형발달에 영향을 주는 강우와 지반 융기를 중점적으로 탐구하였다. 지형발달모형을 이용하면 더욱 다양한 관점에서 지형발달과정의 역동성을 파악하는 새로운 시도들이 가능하다. 특히 특정 환경 조건에서의 논리적인 지형의 반응을 통한 해석이 가능해져, 환경 변화로 어떠한 지형변화 또는 지표물질 수지 변화가 있을지를 예측할 수 있다(변종민, 2011). 또한, 지형발달 일련의 과정들을 살펴볼 수 있기 때문에 시 공간적 제약에서 벗어날 수 있다. 그러므로 지형발달모형은 강우와 융기 조건에 따른 지형발달을 모의하기에 적합하다. 본 연구는 LEGS을 이용하여 강우와 융기 조건에 따른 지형발달 모의를 진행하였다. LEGS는 지표수의 흐름을 탐색하는 방법으로 GD8을 이용한 물리 기반의 수치적 지형발달모형이다(Paik, 2012). 본 연구에서는 강우의 변동과 융기 조건의 변화가 지형발달에 상당한 영향을 미치는 것을 발견하였다. 특히, 유역의 표고차이 등과 같은 정량적인 지표의 변화에 주목하여 각종 분석을 하고, 물리적 원인을 고찰하였다.

• 대한지리학회지
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• 제46권6호
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• pp.673-692
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• 2011

컴퓨터 기술의 발전으로 인해 근래 들어 수치지형발달모형을 개발하고 이를 이용하여 다양한 관점에서 지형발달과정의 역동성을 파악하기 위한 시도들이 활발하게 행해졌다. 하지만 국내에서는 수치지형발달모형을 활용하거나 개발하는 시도가 거의 없었다. 이에 본 연구에서는 2차원상에서 지질시간 규모의 지형발달을 모의하는 수치지형발달모형을 개발하고 이의 유용성을 확인해 보았다. 개발된 모형은 지표 구성물질을 기반암과 이동 가능한 토양으로 구분하고 토양층의 두께를 모의하기 위해 기반암 풍화를 포함한다. 이를 통해 사면에서는 운반제어환경뿐만이 아니라 풍화제어환경도 모의 가능하다. 또한 토양포행과 같은 사면에서의 점진적인 물질이동과는 별개로 활동(landslide) 역시 주요한 지형형성작용으로 포함한다. 그리고 하천 운반력이 하상물질의 양보다 큰 곳에서는 기반암 하상 침식이 발생하여 분리제어환경도 모의한다. 한편 무한 유향 알고리듬을 이용하여 흐름을 분배하기 때문에 최대하부 경사 유향 알고리듬을 이용할 때 나타나는 흐름 분배상의 문제점을 줄일 수 있다. 개발된 모형을 이용한 모의실험 결과, 본 모형은 지질시간 규모의 지형발달과정을 비교적 합리적으로 모의하였다.

• 자원환경지질
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• 제55권5호
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• pp.541-550
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• 2022

구조지형은 기반암 단층과 암석의 경연차와 같은 약대를 따라 풍화, 침식의 프로세스의 영향을 받아 만들어진 지형이다. 지구 조지형은 현재 활동하고 있는 지진, 화산, 단층과 같은 지구조운동으로 인해 만들어진 지형이다. 우리나라와 같이 판의 내부에 위치하여 지구조운동의 영향이 상대적으로 적고 기후적 특성을 고려하면 실제 현장에서 이 둘을 명확하게 구분하는 것은 어렵다. 최근 활성단층 연구의 증가에 따라 지구조지형에 초점을 맞추어 연구가 진행되고 있으나 더 명확한 지구조지형을 분류하기 위해서는 기반암의 특성에 따른 구조지형의 발달 양상에 대한 이해가 필요하며 기반암의 특성만을 따로 비교분석하기에는 현재 지형은 지구조운동과 기후의 영향을 동시에 받았기 때문에 구조적 요인만을 대상으로 하기에는 한계가 있다. 본 연구는 2차원 수치지형발달모형을 이용하여 기후와 지구조운동에 의한 요인을 제한하고, 기반암의 차이에 따른 지형의 시공간적 발달특성에 대해 연구하였다. 기반암 차이에 따른 지형특성을 구분하기 위해 사면·하천과 관련된 지형분석을 하였다. 연구결과 침식가능성이 높은 지형은 평균고도, 기복량, 경사도, 하천차수, 하천경사도지수 모두 낮게 나왔다. 또한 기반암 하천분석 결과 기반암 경계부분에서 천이점이 나왔다. 실제 지형을 연구할 때 지금까지는 지구조운동으로 인한 것인지, 구조적 요인을 받은 것인지 구분할 때 천이점에 있는 기반암의 차이만 고려하였다. 본 연구는 지구조지형과 구조지형을 분류할 때 구조지형으로 분류하기 위해서는 기반암의 차이뿐만 아니라 다양한 지형인자들을 고려하여 종합적으로 판단하여야 할 것임을 시사한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.111-111
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• 2015

한 지점의 수문 반응을 결정짓는 주요 인자 중의 하나는 유역의 형상과 유역 내 하계망 구조이다. 유역의 형상과 하계망 구조는 지질시간 규모에 걸쳐 서서히 형성된 것으로, 주로 지반운동, 암석 및 지질구조, 그리고 이에 대응하는 지표 침식 정도에 의해 결정된다. 따라서, 암석 및 지질구조가 균질하다면, 유역의 특성은 지반운동과 지표 침식에 의해 좌우될 것이다. 본 연구는 지반운동의 시간적인 분포가 서로 다른 조건일 때 유역 특성이 각각 어떠한지를 수치지형발달모형(numerical landscape evolution model)을 이용한 모의실험을 통해 이론적으로 탐색해보았다. 구체적으로 모의 기간 동안의 총 지반융기량은 동일하더라도, 융기율이 전 기간동안 동일한 조건, 융기율이 특정 시점에 집중되는 조건, 그리고 융기율이 높았던 때와 낮았던 때가 반복되는 조건 등 세가지 시나리오를 실험하였다. 각 조건에 대해, 유역 형상과 하계망 구조는 어떻게 형성되는지를 살펴본 것이다. 모의결과 유역의 형태와 하계망 구조는 총융기량보다는 융기율의 시간 분포에 결정적인 영향을 받는다는 것을 확인하였다. 또한, 융기율의 시간분포는 유역의 전반적인 경사(하천 종단의 요형도)와 충적하상 및 기반암하상 하도의 분포 등에 큰 영향을 주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.56-56
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• 2020

하도식생은 흐름과 유사의 이송에 영향을 주고, 하도의 지형변화를 일으키는데 중요한 역할을 하다. 하도 식생의 밀도가 증가하면, 하안의 안정성이 증가하고 하안침식이 감소하며, 사주의 형상과 거동에 영향을 준다. 또한 하천의 사행발달 및 하천의 지형변화에 영향을 준다. 식생의 성장과 밀도는 홍수 및 하상변동에 의하여 영향을 받으며, 이는 흐름 및 하천의 지형에 영향을 준다. 따라서 본 연구에서는 하도식생에 의한 사행하천의 발달과정을 2차원 수치모형을 적용하여 분석하였다. 하도식생의 생의 성장과 소멸과정을 고려하여 식생밀도를 고려하여 사행하천의 변화 과정을 분석하였다. 초기에 하안침식이 발생하고, 하폭이 증가하였다. 특히, 흐름이 집중되는 만곡부에서 하안침식이 증가하며, 하도의 사행도가 증가하였다(Fig.1(b)). 시간이 증가하면서 만곡부 내측에서 고정사주 내측에서 scroll bar가 발달하며, 만곡부 외측에서는 하안침식이 발생하고, 사행도가 증가하였다. 또한 식생의 침수시간이 감소하고 식생의 성장률은 증가하였다(Fig.1(c)). 식생의 밀도가 증가함에 따라 사행도는 증가하였다. 식생의 밀도가 증가함에 따라,

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.129-129
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• 2023

연안 환경은 기후 및 도시개발과 같은 자연·인공적 요인에 따라 끊임없이 변화한다. 근래에는 연안 도시 인구증가, 기후변화 등의 영향으로 인해 그 변화가 가속화되고 있으며, 특히 연안 침식 및 이에 따른 해안선 변화에 대한 심각성이 대두되고 있다. 연안 침식은 해류와 해안 유사의 마찰로 발생하는 유사이송 현상으로 야기되며, 해안 환경을 변화를 초래하며 인간사회에 경제적인 피해를 주기도 한다. 연안침식이 사회적인 문제로 부상했음에도 여전히 이에 대한 대중적 문제의식은 부족한 실정이다. 이는 대중매체를 통한 시각적인 노출이 가능한 다른 재해에 비해 재해의 물리적 과정에 대한 시각적인 관측이 어렵다는 배경이 있다고 판단된다. 더불어, 재해의 간접체험이 가능한 플랫폼이 부족하다는 점도 원인으로 여겨진다. 기술이 발달함에 따라 시뮬레이션을 통한 재해의 간접체험이 가능한 플랫폼이 개발되어왔으며, 이는 직접 경험하기 어려운 재해에 대해 위험성 인지 및 경각심 고취에 활용되어왔다. 본 연구에서는 수치해석 플랫폼인 Celeris Advent(Tavakkol and Lynett, 2017)를 기반으로 실시간 유사이송 해석이 가능한 인터랙티브 수치모형을 개발하여 문제를 개선하고자 하였다. GUI(Graphical User Interface)를 통해 조작이 가능한 Celeris Advent는 수치해석 결과를 실시간으로 가시화하며, 이에 대한 사용자 상호작용이 가능하다. 이를 기반으로 유사의 흐름에 대해 모의가 가능하도록 모형을 구성하여 실시간 사용자 입력 및 유사이송 물리현상 관측이 가능하도록 모형을 개발하였다. 수치모형 지배방정식은 2차원 천수방정식과 유사이송방정식을 양방향 결합하여 구성하였다. 개발된 모형의 정확성 평가를 위해 1차원 및 2차원 수리실험 데이터를 활용하여 수치실험을 수행하였으며, 전반적인 결과는 실험데이터와 잘 일치하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.332-332
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• 2016

수공구조물 설계시 hardware와 software의 발달로 수리계산과 수치해석의 오차율이 감소함에 따라 수치해석을 이용하는 빈도가 높아지고, 신뢰도가 향상되고 있는 추세에 있다. 그러나 댐 설계에 있어 수위별 방유량 관계 검토시 수치해석값은 각 수위에 해당하는 몇 개의 유량값을 대응시켜 경향만 비교하고 수리계산 결과를 설계에 반영해 왔다. 이러한 방법은 여수로 주변에 인접구조물이 없고, 여수로 각 수문별 균등한 유량이 방류될 경우 문제가 되지 않지만, 여수로 직상류 지형에 만곡부나 지형적 특성이 여수로 방류에 영향을 미치거나, 취수탑 등 여수로에 인접한 수리구조물이 설치되어 접근수로에서 복잡한 유동을 형성하는 경우 각 문비마다 방류량의 분배율은 달라질 수밖에 없고, 수리계산 결과를 일괄 반영하기에는 오차가 증가할 수밖에 없다. 이에 본 연구에서는 댐 운영시 중요한 인자 중 하나인 수위-방류량 관계에 대하여 수치모형을 이용한 정밀한 분석을 통하여 댐 여수로 운영시 오차율을 저감시키고, 적용성을 향상시키는 방안을 검토하였다. 첫째, 수위별 방류량 관계 검토시 여수로 상류에서 일정한 시간에 따라 선형적으로 수위가 증가하도록 경계조건을 설정한 후 3차원 수치해석 모형의 Output data를 단위시간에 따라 수위와 방류량이 산정되도록 하고, 기존 검토 방식대로 각 수위별 모형을 steady 상태로 수행하여 비교분석하였다. 수리계산과 기존 방식, 본 연구에서 제시한 방법에 대한 오차율 검토 결과 오차는 3 % 이내로 검토되었다. 둘째, 수치해석을 이용하여 수위별 방류량 산정시 접근유속에 대한 영향을 받게 되므로 수리계산시 에너지 경사를 이용하여 수위값을 반영하지만, 수치해석을 이용하여 수위별 방류량 산정시 경계조건을 부여한 수위값을 반영하거나, 임의의 지점에서의 수위값을 반영하는 경우 등 일괄적이지 않은 수위값을 반영하여 오차율이 증가하는 경향이 있다. 따라서, 본 연구에서는 여수로 지점별 전수두를 측정하여 방류량 값을 산정하여 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.570-576
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• 2007

수중천퇴가 있는 지형을 통과하며 변형하는 파랑을 실험한 Vincent와 Briggs (1989)의 실험조건을 수치모의하여 파랑과 흐름의 상호작용 효과를 연구하였다. SHORECIRC 흐름모형을 결합한 파랑모형 REF/DIF 1과 SWAN, 그리고 파랑과 흐름을 동시에 수치모의 할 수 있는 FUNWAVE를 이용하여 수중천퇴상을 통과하며 변형하고 또 다시 수중천퇴상에서 발생한 쇄파에 의해 발생된 쇄파류에 의해 변형하는 규칙파를 수치모의하였다. 수중천퇴상에서 쇄파가 발생할 때 잉여파응력의 급격한 변화에 따른 강한 유사제트류가 발생하고, 이 흐름은 수중천퇴후면의 파집중현상을 방해하여 파랑을 천퇴중심축으로부터 바깥쪽으로 굴절시켜, 파고를 상대적으로 감소시키는 역할을 한다. 이러한 역학은 실험결과와 본 연구의 수치모의를 통해 확인할 수 있었고, 이는 파랑쇄파류의 파랑변형에 미치는 역할의 중요성을 확인시켜주는 것이다. 규칙파 모의에 한계가 있는 SWAN과 규칙파 특성상 강하게 나타나는 중복파의 잉여파응력계산에 한계가 있는 REF/DIF 1과 달리 FUNWAVE를 이용한 수치모의는 실험결과와 완벽히 일치하였으며, 수중천퇴 후면에 발생하는 쇄파류와 쇄파류에 의한 쌍 vortex의 발달과정을 잘 보여 주었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.345-358
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• 2002

수치고도모형을 이용한 흐름분배 알고리즘들은 지형을 따른 흐름의 분산특성을 잘 기술해 주는 방향으로 발달되어 왔지만, 수로격자의 연결성, 지형기복을 따른 다양한 분산특성, 수로격자크기 등과 관련한 한계성을 가지고 있다. 기존 흐름 알고리즘들이 흐름분배 결정에 사용한 지형 데이터들은 수치고도모형에서 산출가능한 흐름누적면적과 경사도로서 유역내 지배적인 흐름경로인 수로격자의 위치와 크기에 대한 고려를 하지 않는다. 따라서 본 연구에서는 기존 알고리즘들의 단점인 수로의 연결성과 복잡한 지형을 따른 다양한 흐름분산 특성을 기술할 수 있는 흐름 분배 알고리즘을 제안하고, 유전자 알고리즘을 이용하여 수로격자의 위치와 크기를 가장 잘 표현할 수 있도록 최적화하였으며, 기존의 방법에 비해 개선된 결과를 얻을 수 있었다.