• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제7권4호
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• pp.59-67
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• 2002

분산지수는 해수침투 범위를 파악하기 위한 수리동역학적 모델링을 실행하는데 필요한 매개변수이며. 이를 현장실험으로 구하기 위해서는 많은 시간과 비용을 필요로 하기 때문에 종종 기존의 실험과 이론적 연구에서 제시된 것을 이용한다. 그러나 그 분산지수가 실제 대수층의 특성을 나타내지 못할 경우, 모델링 결과에 많은 오차가 발생할 가능성이 크다 본 연구에서는 수치모델링에서 모사된 해수침투 범위와 현장측정치 및 겉보기비저항 단면도를 비교하여 이용된 분산지수의 타당성을 검증하였다. 수치모델링 결과, Neuman의 종분산지수보다 Xu의 종분산지수를 적용한 TDS분포가 연구지역내 관측공과 모니터링 우물에서의 현장측정치와 비교하였을 때 더 유사한 값을 나타내었다. Xu의 분산지수를 이용한 수치모델링에서 해수침투 범위는 건기인 5월에는 TDS 1000mg/L 등치선이 해안에서 약 480m 지점에 위치하며, 7월에는 해안에서 약 390m 지점에 위치한다. 이 차이는 강우에 의한 수리경사의 계절적인 변화에 의해서 해수와 담수의 경계면이 7월에 약 90m 정도 해안쪽으로 더 이동하였기 때문에 나타났다. 겉보기비저항 단면도에서는 해수와 담수의 경계로서 15 ohm-m 등치선을 이용하여 해수침투 범위를 설정하였으며, 그 결과 해수침투 범위가 해안으로부터 약 450m 지점에 위치하였다. 이것은 Xu의 분산지수를 이용한 수치모델링에서 모사된 해수침투 범위와 유사한 결과이다. 따라서 수리동역학적 모델링에서 분산지수에 따라 해수침투 범위가 차이를 보이는데, 본 연구지역에서는 Xu의 공식을 이용하여 산출된 분산지수가 해수침투의 범위를 결정하는데 더 유효하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2017

본 연구에서는 수치모델을 이용하여 대하천서 발생되는 조류의 공간적 농도 분포를 예측하였고, 현장실험을 통해 모델을 검증하였다. 국내하천은 다수의 지류가 본류로 유입됨에 따라 오염물질의 생산과 공급이 지속적으로 발생하고, 하천의 유로연장과 하폭에 비해 수심이 낮은 지형학적 특성을 지닌다. 따라서 지류 유입 이후 발생되는 조류의 거동 특성을 분석하기 위해 수심 적분된 2차원 이송-확산 모델을 사용하였다. 광합성 성장을 이루는 조류의 성장속도 계산을 위해 영양염류, 수온, 일사량과 수심 등을 변수로 하는 성장속도 함수들을 위의 모델과 결합하였다. 본 연구의 대상구간은 낙동강과 금호강 합류부를 포함한 강정고령보 하류 약 9.2 km 구간으로 모델 검증을 위한 현장실험을 수행하였다. 2차원 이송-확산 모델의 입력 값인 유속 및 수심을 계산하는 수리동역학 모델 검증을 위해 미국 Sontek사의 M9을 이용하여 낙동강과 금호강 각각 32개, 12개 측선에 대하여 수리량을 측정하였다. 수리량 측정결과, 금호강과 낙동강의 평균 유량은 각각 $240m^3/s$, $60m^3/s$로 측정되었고 측정된 유량을 모델의 상류단 경계조건으로 사용하여 측정 유속 및 수심과 유사한 결과를 모델로부터 취득할 수 있었다. 조류 농도 측정을 위해 독일 bbe사의 AlgaeTorch 10을 사용하였으며, 수리량 측정과 동일한 측선서 총 조류 세포수(cells/ml)를 측정하였다. 농도 측정결과, 하류로 내려감에 따라 조류의 농도가 증가하는 경향이 나타났고 금호강 합류 후 최대농도는 측정구간 최하류 우안서 4,460 cells/ml로 나타났다. 주 흐름이 발생하는 하천 중앙부에 비해 유속이 느린 하안서 상대적으로 높은 농도가 측정되었으며, 이와 같은 경향은 하류로 내려감에 따라 강하게 나타났다. 측정된 조류 농도를 이용한 2차원 이송-확산 모델 검증결과, 합류부 최상류 측선서 MAPE = 10.5 %의 최대오차가 발생하였고 최하류 측선서 MAPE = 6.7 %의 최소오차가 발생하였다. 인과 질소와 같은 영양염류의 농도가 높고 횡 방향 수온 분포가 균일한 대상구간의 특성상 영양염류 함수와 수온 함수로부터 계산된 성장속도 가중치 범위는 각각 0.8~1.0, 0.91~1.09로 공간적 변동성이 크게 나타나지 않은 반면, 수심을 변수로 하는 일사량 함수의 성장속도 가중치 범위는 0.05~1.00으로 상대적으로 매우 높은 공간적 변동성이 나타났다. 수심이 4 m 이하인 하천 양안서 0.8 이상의 가중치가 나타났으며, 수심이 7 m 이상인 하천 중앙서 0.4 이하의 가중치가 나타났다. 본 연구의 수치모의 결과, 수리동역학 모델로부터 계산된 수심이 모델 결과 값에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.822-826
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• 2009

홍수터에 식재된 수목에 의한 운동량 교환은 흐름의 추가적인 흐름저항으로 작용한다. 따라서 수목으로 인한 통수능의 감소로 부분적인 유속 상승이 발생하기도 하지만, 전반적으로 평균유속이 감소하며 수위는 상승하게 된다. 실무적 사용목적으로 홍수터 수목의 저항은 통합 매개변수인 합성조도계수가 사용되고 있으나, 정량적인 조도계수의 추정은 매우 어려운 문제이다. 본 연구에서는 경험적으로 추정되는 비정량적 합성조도 계수의 한계를 극복하고, 실무적으로 사용이 용이하도록 수목에 의한 흐름저항 항을 분리한 1차원 상류이송 음해기법이 개발되었다. 개발된 기법의 평가를 위하여 균일한 단면에서 수행된 수리실험에 적용하였으며, 다양한 유량규모 및 식재조건에서 제안된 기법의 적용성 및 정확성을 확인하였다. 불규칙한 단면형상을 가진 실제 하천의 홍수터에 식재된 수목군의 경우를 가정하여 1/25 정상축척의 수리실험을 실시하였고, 100년 빈도 홍수량에서 수목식재 전후의 실측결과를 개발된 수치기법으로 계산하여 비교하였다. 개발된 기법은 모든 경우에서 사용자의 주관적인 판단 없이 정확하면서 안정적인 해를 제공하였으므로, 흐름의 2차원 효과가 상쇄될 수 있는 광폭의 자연하천에서 수목의 식재기준 분석을 위한 대안으로 사용될 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.20-20
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• 2021

하천에서 유해화학물질 유출사고로 인하여 오염물질이 유입되었을 경우, 이에 대응하기 위하여 오염운의 도달시간과 농도를 예측하는 것은 매우 중요하다. 종방향의 혼합거동이 중요한 넓은 범위의 하천을 대상으로 오염물질의 이송을 예측하기 위하여 일반적으로 1차원 Fickian 모형을 사용한다. 그러나 실제 하천에서 오염물질의 농도를 측정하였을 경우, 대부분의 농도분포는 오염물질의 저장대효과로 인하여 긴 tail 부분을 갖는 왜곡된 분포를 갖게 된다. 이러한 저장대 효과는 여러 하천내의 다양한 불규칙성으로부터 발생하나, 국내 하천에 많은 보가 설치되어 있음에도 불구하고 하천 내부에 설치된 수리구조물에 의하여 발생하는 인공적인 저장대 효과에 관한 연구가 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 실내 수리실험과 수치 모의를 통하여 노치가 존재하는 보주변에서의 흐름 특성과 오염 물질의 이송 특성을 규명하고, 이를 통해 보의 지형 및 수리적 인자가 저장대 메커니즘에 미치는 영향을 분석하였다. 수리 실험을 통한 넓은 범위에서의 수평방향 흐름장과 농도장을 측정하기 위하여 본 연구에서는 광역 계측방법인 Large Scale Particle-Image-Velocimetry (LSPIV) 기법과 Planar-Concentration-Analysis (PCA) 기법을 각각 유속과 농도 측정을 위해 적용하였다. 더 많은 보의 지형 및 수리적 조건에 따른 저장대 메커니즘을 분석하기 위하여 3차원 Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) 모형을 통해 모의조건을 확장 적용하였다. 측정 및 모의 결과를 바탕으로 노치가 존재하는 보의 지형 및 수리적 인자가 저장대 메커니즘에 미치는 영향을 분석하였다. 저장대 영역 면적의 크기는 노치사이의 간격이 증가할수록 증가하였으며 노치의 높이의 경우에는 크게 민감하지 않은 경향을 나타냈다. 추적물질의 체류 시간은 노치사이의 간격과 보의 높이가 증가할수록, 유량이 감소할수록 증가하여 질량교환계수 값이 감소하는 경향을 나타냈다. 프루드 수와 레이놀드 수 모두 질량교환계수와 양의 상관 관계를 나타냈으나 저장대 영역의 면적의 크기와는 낮은 관계성을 나타냈다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.383-390
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• 2021

해안분야 실험은 복잡하며, 여러 요소들을 고려해야 한다. 성공적인 수행에는 경험이 중요한 요소가 되기도 하며, 조파기 및 계측기의 성능향상 등으로 지속적으로 발달되어 왔다. 수리실험은 구조물의 안정성 및 해안수리학적 특성 검토 분야에서 수치실험에 비해 직관적인 관찰이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 모형축척, 실험시설 및 장비와 실험 수행자의 판단 등에 의해 서로 다른 결과가 도출될 수도 있다. 본 연구에서는 수리실험에 있어 가장 기본이면서 중요한 실험파(불규칙파) 설정을 위한 지침을 제안하기 위해 2차원 실험을 수행하였다. 실험을 통하여 주파수 스펙트럼을 활용한 불규칙파의 설정방법 및 입사파고의 범위[(H_S)_M/(H_S)_T = 1~1.05]에 대하여 제시하였다. 제안된 실험파 설정 지침은 실험결과의 신뢰도 향상에 기여할 수 있기를 기대한다.

• 한국습지학회지
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• 제14권4호
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• pp.439-455
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• 2012

파랑 수치모형인 SWAN 수치모형, 파랑에 의해 발생되는 기인력 수치모형인 WIF 수치모형, 그리고 흐름장 수치모형은 EFDC 수치모형을 연동하여 최종적으로 파랑류 계산이 가능한 WIC 수치모형을 개발하였다. 개발된 WIC 수치모형을 검증하기 위하여 Goda(2000)가 적용한 수중 원형천퇴의 파랑변형 계산하여 파고, 파랑의 굴절과 회절을 비교하였으며, 파고비 결과는 약 1~5 %의 차이를 보였다. 파랑에 의한 기인력 수치모형은 기존의 Longuet-Higgins and Stewart(1960)가 제안한 잉여응력에 의해 발생하는 기인력에 Dally and Osiecki(1994)가 제안한 roller로 인한 응력에 의해 발생되는 기인력을 추가하였고, Kim(2004)이 제안한 완화기법을 도입하여 lateral mixing 처리를 수행하지 않아도 자연현상과 유사한 결과를 얻을 수 있도록 개발되었다. 개발된 파랑에 의한 기인력 수치모형은 계산시 ${\Delta}t$에 제약을 받지 않는다는 장점을 가지고 있으며, 흐름장 수치모형의 source항이 되어 파랑류의 양상을 계산할 수 있도록 하였다. 연계된 파랑류 수치모형을 검증하기 위해서 Nishimura et al.(1985)의 수리모형실험과 Kim(2004)의 수심적분된 파랑류 수치모형과 비교하였다. 이안제 배후에서 연안류의 유속분포와 이안류의 유속분포 결과가 기존의 수리모형실험과 수치모형실험의 결과와 상당히 일치함이 관측되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.540-540
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• 2012

강우 발생시 유역에 집수된 물이 하천에 이르는 경로에 따른 유출은 지표유출, 지표하유출, 지하수유출로 구분된다. 정확한 수문순환 과정의 해석을 위해서는 지표 흐름뿐만 아니라 지표하 및 지하수 흐름의 해석이 중요한 실정이나 일반적으로 실무에서 사용되는 강우-유출해석 모형은 지표유출을 해석하기 위한 모형이 대부분이며, 지표하 유출과 침투량을 산정하는데 어려움이 있다. 일반적인 강우-유출해석 모형은 Horton 방법, NRCS 방법, Green-Ampt 방법에 의해 유효우량을 분리하며, 이 과정은 침투량을 직접적으로 모형화 할 수 없으므로 지표 및 지표하, 지하수 흐름을 복합적으로 해석할 수 있는 모형이 질적이나 양적으로 부족한 실정이다. 이러한 지표하 흐름과 침투량을 산정하기 위하여 FE-FLOW, PM, MS-VMS, GMS, GW-VISTAS, ARGUS 및 MODFLOW와 같은 지하수 모형을 사용하고 있다. 본 연구에서는 지표하유출 산정을 위한 침투량의 비교분석을 위해 현재 가장 범용되는 지하수 유동 모델링 프로그램인 Visual Modlfow 모형과 GMS 모형을 이용하여 침투량 산정을 위한 수치 모의를 진행하였다. 각 모형의 입력자료는 2009년 국립방재연구원에서 수행한 침투실험시설 자료를 이용하여 동일한 조건을 부여하고, 두 모형의 비교를 위해 Visual Modflow에서는 MODFLOW의 기본 해석방법인 유한차분법(FDM)을 이용하고, GMS 모형에서는 3차원 유한요소해석이 가능한 GMS-FEMWATER를 이용하였다. 두 모형의 수치모의 조건으로 2009년 국립방재연구원에서 수행한 침투실험방법과 동일하게 공극률에 따른 투수성 보도블럭의 구분과 50mm/hr, 100mm/hr, 150mm/hr, 200mm/hr의 강우강도별 선행함수조건에 따른 수치모의를 진행하였으며, 수치모의된 침투량의 적정성을 판단하기 위하여 국립방재연구원의 침투실험 결과자료와 비교분석하였다. 침투실험 자료와 각각 수치모의된 침투량을 비교분석한 결과 서로 유사한 경향을 보이고 있으나 초기 침투시 상대오차가 비교적 크게 발생하였다. 이는 수치모형의 경우 수리실험과는 다르게 모의시작과 동시에 해당 강우강도의 침투가 시작되므로 초기 유입 유출량 발생시간의 차이가 종료시간까지 누적 침투량에 미치는 것으로 판단되며, 매개변수에 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1822-1826
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• 2009

최근 국내 하천복원사업의 방향(패러다임)이 구하도를 포함한 홍수터의 중요성을 인식하게 됨에따라 과거 하천사업 시 발생되었던 폐천구역을 가능한 한 하천구역에 편입하여 보존하려는 노력이 시도되고 있다. 본 연구는 하천복원사업의 일환으로 함평천 구하도 복원을 함으로써 발생할 수 있는 흐름특성변화 및 하상변화를 파악하기 위한 목적으로 수리모형실험과 수치모의를 수행하였다. 실험대상구간은 함평천 중류 구하도 복원구간(1.34 km)이며, 수리모형은 Froude 상사법칙에 따라 수평축척 1/50, 연직축척 1/25의 모형으로 제작하였다. 실험조건으로는 재현기간 50년, 100년의 홍수량과 강턱유량 두 케이스$(100\;m^3/s$, $120\;m^3/s)$를 적용하였고, 구하도 복원수로의 흐름특성은 고정상 조건에 대해 분석하였다. 구하도 복원전/후의 홍수위 비교를 통해 구하도 복원후의 하도에서는 단면확대로 인한 통수능 증가로 홍수위 저감효과를 확인 할 수 있었다. 구하도 복원후의 유속변화는 통수능의 증가로 복원전에 비해 저감되었다. 기존하도와 복원하도간의 유속차가 다소 크게 나타났는데 이는 복원하도의 단면형상과 와류발생으로 인해 나타난 것으로 판단된다. 복원하도내의 유황은 일부구간에서 흐름정체현상과 역류현상이 발생되는데 이 구간에는 퇴적현상이 예측된다. 수리모형실험의 유사퇴적경향과 FESWMS 모형의 하상전단력을 비교한 결과는 유사하게 나타났으며, 복원하도의 넓은 둔치지역에 넓은 퇴적층이 형성되어 차후 환경구조물 등을 이용한 흐름제어 및 유지관리대책에 의한 문제해결이필요할 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제25권5호
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• pp.450-461
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• 2015

본 연구는 블록크기 및 균열의 기하학적 속성이 균열암반의 수리적 특성에 미치는 효과를 파악하기 위해 이차원 등가파이프 연결구조에 기반을 둔 DFN 유체유동 해석기법을 적용하여 수치실험을 수행하였다. 두 개의 균열군을 사용하여 균열의 기하학적 속성 변화를 반영할 수 있도록 방향, 면적빈도, 길이분포를 달리하며 이차원 영역에 추계론적으로 생성한 총 72개의 DFN 블록에 대하여 방향에 따른 블록수리전도도가 산정되었다. 또한, 각각의 DFN 블록에서 이론적 블록수리전도도, 주 수리전도도텐서 및 평균블록수리전도도를 추정하여 비교분석한 결과, 블록크기 및 균열의 기하학적 속성은 균열성 암반의 수리적 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 균열군의 교차각이 작을수록, 면적빈도가 낮고 길이분포가 짧을수록 DFN 시스템은 유체유동에 대한 REV를 정의하기 어려우며 방향에 따른 블록수리전도도의 변동성이 강하게 나타났다. 일반적으로 블록크기가 커질수록 DFN 시스템에 대한 등가연속체 취급 가능성은 높아진다.

• 터널과지하공간
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• 제12권4호
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• pp.304-311
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• 2002

절리의 기하학적 특성이 절리의 수직변형 및 투수성에 미치는 영향에 대해 수치해석적 방법을 통해 연구하였다. 실험적 계측 결과에 의하면, 절리의 간극은 통계적 방법에 의해 묘사되며 이에 근거하여 수치해석에 사용할 수 있는 절리를 모사할 수 있었다. 이를 위해. 자동 상관관계 함수를 이용하여 다양한 공간 상관길이의 인공 절리를 발생하였으며, 이를 토대로 수직변천 모델 및 수리해석 모델을 개발하였다. 수직변형 모델은 수직응력에 의한 절리면의 압축과 변형을 고려하여 절리의 변형거동을 해석하려 시도하였으며, cubic law에 근거한 유한차분법을 이용하여 수리해석을 수행하였다. 여러 가지 공간 상관길이의 인공 절리에 대한 수직변형 거동 및 이에 따른 수리해석의 결과, 간극의 공간 상관길이가 증가함에 따라 절리의 수직변형 및 투수성 감소가 분명하였다. 절리의 수직강성 역시 간극의 상관길이에 영향을 받는 것으로 나타났으며, 이로 인해 절리의 투수성이 수직강성과 내재적 관계가 있음을 유추할 수 있겠다. 본 연구 결과는 공학적 프로젝트로 인한 절리 암반의 수리-역학적 거동을 이해하는데 공헌할 것으로 사료된다.