• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2002.04a
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• pp.31-32
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• 2002

임계노즐(critical nozzle)은 유동을 유로 최소단면부에서 초크시켜, 질량유량을 계측하기 위한 일종의 유체기구로, 최근 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 압축성 기체역학의 관계식에 의하면, 임계노즐을 통하는 기체유동의 이론적인 질량유량은 노즐 목의 직경, 노즐 상류의 온도와 압력 그리고 기체의 비열비 등의 함수로 주어진다 그러나 실제 유동에서는 점성과 열전달 등의 초과로 인하여, 이론적 질량 유량과 실제유량의 비 즉 유출계수(discharge coefficient)의 값은 1.0으로 되지 않는다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1279-1283
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• 2010

미국의 경우 1994년 발생한 대홍수(Great Flood)에 대해 사건조사를 수행하면서 예측에 포함되는 불확실성 정도를 제공하지 못하는 확정적 예측의 위험성 및 확률유량예측에 대한 필요성이 부각되었으며, 앙상블 유량예측(Ensemble Streamflow Prediction, ESP) 기법을 활용한 확률유량예측 방안에 대해 지속적으로 연구가 수행되고 있다. 국내에서도 확률예측에 대한 필요성이 인식되면서 기존 국외 연구사례를 토대로 국내 환경에 적용 가능한 방안에 대한 연구가 진행되었으며, 중장기 앙상블 유량예측의 경우 현업에서 다양한 형태로 활용되고 있다. 앙상블 유량예측의 기본이론은 예측시점의 초기조건 하에서 예측기간에 발생 가능한 기상 앙상블 시나리오를 수문모형의 입력자료로 사용하여 불확실성 범위를 설명 가능한 유량 앙상블을 모의하는 기법이다. 이러한 이론적 단순함 때문에 쉽게 현업의 유량예측 시스템 내에서 사용할 수 있다는 장점이 있으나, 동시에 기법적 특성으로 인하여 유량예측의 신뢰도가 현업에서 활용되기 어려울 정도로 낮아지는 관계로, 이러한 한계점을 극복하기 위해 그동안 기상자료 및 수문모형으로 인한 불확실성 저감에 대한 연구가 수행되었다. 하지만 예측 및 시나리오 기간의 잘못된 설정으로 기존의 불확실성 저감을 위한 연구의 적용에도 불구하고 앙상블 유량예측의 신뢰도가 오히려 낮아질 수 있으므로, 본 연구는 시나리오 기간에 따른 오차의 양상과 예측기간의 증가에 따른 초기조건의 영향을 분석하여 앙상블 유량예측의 기법적 특성 하에서 신뢰도 높은 예측을 기대할 수 있는 예측 및 시나리오 기간을 제안하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.30 no.3
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• pp.64-76
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• 2002

기존의 이론적 연구와 실험적 연구를 바탕으로 충돌 제트의 수치 모델을 개발하였다. 본 모델은 like-doublet 충돌제트로부터 생성되는 액적의 모든 특성을 액막이 분열되는 시점에서 결정한다. 액적 특성을 결정하기 위해 이론적 연구로부터 얻어진 액막 두께, 액주의 직경, 액적 크기와 실험적 연구로부터 얻어진 액막/액적 속도, 액막 분열 거리, 분열 주파수, 액적 질량 유량 분포를 이용하였다. 액적의 질량 유량 분포는 Laplace 분포로부터 표준 편차를 이용하여 모사하였다. 또한 실험 결과를 이용하여 액막 분열 거리, 분열 주기, 표준 편차에 대한 경험식을 유도하였다. 개발된 모델은 정성적인 분무 패턴뿐만 아니라 정량적인 SMD 및 질량 유량 분포에서 실험 결과와 잘 일치한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.267-271
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• 2004

2000년도 국내에 소개된 앙상블 유량예측은 한반도 유출특성을 고려한 예측시스템 구축을 위해 꾸준한 수정과 보완을 반복하며 약 5년간의 연구가 진행되었다. 앙상블 유량예측의 연구방향은 크게 예측의 정확성을 향상시키기 위한 이론적 인구와 수자원 계획과 관리에 활용될 수 있도록 GUI를 포함한 유량예측시스템을 구축하는 등의 실무적 연구가 함께 진행되고 있다. 앙상블 유량예측의 정확성을 향상시키기 위해 갈수기에 강우-유출모형의 모의능력을 개선해야 하며, 홍수기에는 기상예보를 효율적으로 이용해야 한다는 기본 전략을 수립하였다. 최근 강우-유출모형의 모의능력을 개선하기 위해 신경망 강우-유출모형을 구축하고, 기존 강우-유출모형의 모의결과를 보정하거나, 두개 이상의 모형을 결합함으로서 유량모의능력을 개선하여 갈수기 앙상블 유량예측 정확성을 향상시킬 수 있음을 증명하는 성과를 거둔 바 있다. 향후 앙상블 유량예측의 연구 방향은 기상예보자료의 적극적인 활용에 초점을 맞추고 있다. 최근 ENSO(El Nino Southern Occillation), PDI(Pacific Decadal Idex) 등 다양한 기후정보의 새로운 발견과 GCM 등 기후모형의 급속한 개선으로 기후 예측의 정확도가 높아지고 있는 추세이므로, 이를 이용하여 홍수기 앙상블 유량예측의 정확도 개선을 목표로 인구가 진행될 전망이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.319-323
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• 2005

연속적인 유량자료의 생산을 위해 일반적으로 단일 곡선 형태의 수위-유량관계가 사용되고 있다. 그러나 홍수수문곡선 상승부와 하강부의 기울기, 조도계수, 하상경사 등 흐름에 영향을 미치는 여러 인자에 의해 수위-유량곡선은 단일 형태가 아니라 복잡한 루프형태로 나타나게 된다. 지금까지 이론적으로는 이와 같은 수위-유량관계의 특성이 알려져 있긴 하였지만 복잡한 특성을 규명하는 것이 곤란하여 구체적으로 분석되지 못한 것이 현실이다. 이와 같은 특성의 분석을 위해서는 하천형상과 더불어 하천 흐름의 동역학적인 분석이 필요하다. 본 연구에서는 댐 직하류 지점의 수위와 유량의 분석을 통하여 실제 발생하고 있는 수위-유량관계의 복잡성을 확인하였고, 수치모형에 의해 복잡한 수위-유량관계를 재현하였다. 분석 결과 모든 지점에서 수위-유량관계가 매우 복잡한 형태로 나타나 일반적으로 사용되는 단일곡선과는 많은 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 수치모형에 의해 이와 같은 복잡한 수위-유량관계가 잘 재현될 수 있음을 증명하였다. 이와 같은 결과는 기존에 사용되고 있는 단일 곡선형 수위 -유량관계가 많은 오차를 포함하고 있음을 나타내며, 적절한 수치모형에 의해 이와 같은 한계를 극복할 수 있는 것을 나타낸다고 할 수 있다.

• 한국해양학회지
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• v.17 no.2
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• pp.41-50
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• 1982

We present theoretical models for the unstedy transports driven by the time-varying wind stress in horizontally unbounded shallow seas of an uniform depth. We derive linearized transport equations that inchude the acceleration, the Coriolis firce, the wind stress and the bottom friction. The steady transport in a shallow sea is different from the classical Ekman transport because of a presence of non-negligible bottom fricttttion. The transient reansport and an inertial oscillation of which frequency of rotation is the same as the frequency of the wind stress forcing. The transprt associated with a wind stress of which direction changes linearlywith time is decribed by a superpoeition so a free inertial oscillation with a pweiod of one inertial day, The theoretical models of the transports are useful in understanding the time-varying currents and the transports of nutrients in shallow seas.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.1086-1091
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• 2004

일반적으로 하천유량은 하천단면에서 하폭, 수심, 유속 등에 대한 연속적인 측정으로 계산된다. 이론적인 적분법 대신 구간 유량의 합으로 유량을 산정하는 방법들은 한 측선에서 유속과 수심이 균일하다는 가정과 측선사이에서 유속 및 수심이 선형적인 관계를 지니고 있다는 가정을 포함한다. 따라서 너무 작은 측선수의 선택은 상당한 오차를 유발하게 된다. 유속-면적법에 의한 하천유량 측정에 있어 한정된 측선수를 선택하는데 따른 측정유량의 불확실도를 분석하였다. 측선수에 따른 불확실도를 분석하기 위해 국내의 중소하천 유량측정 지점을 중심으로 9개 하천에서 19개의 측정자료를 활용하였다. 유속 및 수심측정은 50개 이상의 측선에서 측정하였으며, 한 측점에서 유속측정은 수직축 컵형태의 유속계를 활용하여 120초 이상 측정하였다. 50개 이상의 측선으로 계산한 유량을 진유량으로 가정하고 각자 측선수에 따른 불확실도를 분석한 결과 작은 측선수를 선택할 경우 정확도가 심자하게 낮아짙 가능성이 있는 것으로 나타났다. 또한 20측선 이상에서 $5\%$이하로 수렴되어가는 경향을 나타냈다. 따라서 하천 유량측정 실무에서 20측선 이상의 측선을 선택하는 것이 비교적 정확하면서 경제적인 유량측정이 될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1887-1891
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• 2010

전자파표면유속계를 이용한 홍수유속측정에 있어서 수심평균유속환산계수로 0.85를 표면유속에 일률적으로 적용하도록 제시하고 있다. 그 동안 이의 적절성 여부에 대한 논의가 꾸준히 지속되어져 왔다. 이에 전자파 표면유속계를 개발하고 상품화하여 보급시킨 개발 주체의 입장에서 이에 대한 검증을 시도하였다. 이의 검증을 위해서 가장 중요한 것은 정해진 측정지점의 유량측정시각의 정확한 유량을 파악해야 함은 필수조건이다. 하지만 유량측정지점의 유량의 참값은 알기는 참으로 어려운 일이다. 이에 지금까지는 댐의 방류량을 참값이라고 가정을 하고 여러 가지 기기를 이용한 유량측정을 실시하여 각 기기의 측정오차를 비교하는 기준유량으로 댐방류량을 이용하였다. 따라서 본 연구에서는 방류량의 정확성 파악에 의하여 수심평균유속환산계수의 적정성 여부를 검토하고자 하였다. 또한 이에 대한 이론적인 접근의 방법으로서 유속분포곡선식으로부터 수심평균유속환산계수를 산정하여 이를 기존에 표면유속을 평균유속으로 환산하기 위해서 적용하였던 계수와 비교를 하였다. 기존의 수심평균유속환산계수로 이용한 0.85에 대한 이론적인 검증을 위해서 Power law형의 유속분포식으로부터 수심평균유속환산계수를 유도한 결과 하상의 재료에 따라 0.833 (거친 하상)~0.875 (부드러운 하상)의 범위에 분포하였다. 이는 환산계수로 이용하고 있는 0.85는 유속분포가 크게 변동하지 않은 경우에 수심 평균유속을 환산하는데 이용함에 무리가 없음을 보여준다. 기존의 대청댐 방류량을 이용한 수심평균유속환산 계수를 산정한 결과를 분석한 결과 환산계수가 0.828~0.868의 범위에 분포하고 있다. 즉 기존의 수심평균유속환산계수로 이용을 하고 있는 0.85와 비교했을때 ${\pm}3%$의 오차를 보이고 있음을 알 수 있다. 대청댐 방류량에 대한 검증을 위해서 여러 가지 기기를 이용한 동시 유량 측정을 실시하였고, 전자파표면유속계로 측정한 표면유속에 기존의 수심평균유속환산계수 0.85를 적용했을때의 유량산정 결과를 다른 방법에 의한 측정 결과 및 방류량과 비교를 실시하였다. ADCP 측정은 유량조사사업단과 한국수자원공사 충청지역본부의 도움을 받아 실시하였는데, 유량조사사업단은 9회 측정하여 평균한 유량이 242.0 cms, 충청지역본부에서는 6회 측정하여 평균한 결과가 234.6 cms이었고, 전자파표면유속계로 측정한 표면유속을 이용하여 산정한 유량이 249.0 cms이었으며, 동시유량 측정당시 방류량은 242 cms이었다. ADCP를 이용한 유량측정에 있어서, 각 측정시의 유량측정 오차가 최대 20% 까지 나타나고 있다. 반면 대청댐의 발전 방류량은 거의 일정한 수준을 유지했던 것을 감안할 경우 유량측정 기간에 하류의 조정지댐으로 인한 배수효과의 영향으로 ADCP를 이용한 유량측정값에 변동이 발생한 것으로 추측된다. 전반적으로 부자를 제외하고는 사용된 유량측정 방법들이 거의 동일한 값을 보임을 알 수 있다. 또한 표면유속에 기존의 환산계수를 적용하여도 유량산정이 다른 방법과 유사하게 산정됨을 알 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.699-699
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• 2012

하천 홍수량의 정확한 측정은 홍수 관리, 수자원 관리, 수공구조물의 설계와 시공, 수환경 관리에 있어서 매우 중요한 의미를 지닌다. 따라서 국가는 전문기관을 통하여 국가하천의 홍수량을 정확하게 측정하려는 노력을 하여왔고 이러한 목적에 따라 다양한 홍수량 측정방법이 개발되어 왔다. 전 세계적으로 이러한 움직임을 대변하고 있는 최신의 기술은 ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하여 하천을 횡단하면서 유속과 수심을 측정하여 유량을 측정하는 방법이며, 이러한 횡단 유량을 측정하기 위해서 원격으로 조정하는 유량 계측보트를 이용하는 방법이 각광을 받고 있다. 그러나 ADCP를 하천에서 이용할 때 수면 아래 10%, 하상 위 10% 정도는 ADCP를 이용하여 정확하게 유속을 측정하기가 어렵기 때문에 이론적인 가정에 근거한 유량산정 방법을 통하여 구하고 있다. 따라서 최신의 유량측정 방법이라고 하더라도 기본적으로 20% 정도의 유량측정 에러를 포함할 가능성이 많고 실제로도 5-15% 정도의 측정오차를 갖는 것이 일반적이다. 이러한 측정오차를 5% 이내로 줄일 수 있다면 홍수 관리, 수자원 관리, 수공구조물의 설계와 시공 등에서 보다 효율적이고 정확한 관리가 실행될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 ADCP와 원격유량계측보트를 이용하여 하천의 홍수량 측정시 유량측정의 정확도를 향상시킬 수 있도록 1) 불규칙한 홍수량 횡단면을 갖는 측정결과로부터 최적 횡단면을 추출하는 기술과 2) 홍수량 측정시 바닥층 유속 프로파일을 산정할 수 있는 최적 유속분포 확정 기술에 대해 연구하고자 하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.277-277
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• 2020

연속 측정된 수위자료를 유량자료로 환산하는 방법중의 하나인 수위-유량관계곡선식은 국내에서 널리 사용된다. 현장에서 측정된 유량자료로 개발되는 수위-유량관계곡선식(이하 곡선식)은 일반적으로 측정성과의 정확도가 그 정도를 좌우하지만, 개발과정에서 개발자의 주관적인 판단에 의해 좌우되기도 한다. 정확한 곡선식을 개발하기 위해 개발자는 수리학적 특성(수위-${\sqrt{Q}}$, 수위-유속, 수위-단면적 등)을 검토하고, 수문학적 특성(상하류 관계, 유출분석 등)을 검토하여 최종 곡선식을 결정하게 된다. 이러한 여러 검토들 중에 수위-${\sqrt{Q}}$ 검토는 비록 정성적인 검토임에도 불구하고 곡선식의 구간분리, 기간분리, 성과의 이상유무, GZF(Gauge Height of Zero flow) 등을 확인할 수 있는 방법으로 실무에 많이 이용된다. 대부분의 곡선식은 측정성과를 기반으로 개발되어 내삽부분에서는 그 정확도가 상당히 높다고 할 수 있지만 외삽부분은 구간분리의 위치, GZF 등에 따라 큰 차이를 보일 수 있다. 그러나 기존의 수위-${\sqrt{Q}}$ 에 의한 정성적인 검토는 개발자의 숙련도에 따라 곡선식의 정확도가 좌우되는 경향이 있다. 본 연구에서는 수위-${\sqrt{Q}}$ 검토의 이론적 배경을 살펴보고 일본 곡선식의 사례를 응용하여 수위-${\sqrt{Q}}$ 검토의 정량화를 시도하였다. 또한 보다 객관적인 구간분리 위치 결정 및 GZF산정의 방법을 제시하여 개발과정에서의 오류를 최소화 할 수 있고 이는 정확한 유량자료의 생산으로 이어질 것으로 기대된다.