• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.322-322
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• 2017

천수 흐름에 대한 수치해석에서 매우 작은 수심의 발생은 해가 불안정해지는 주요 원인 중 하나이며, 경사면이 잠기고 드러나는 그 전선에서 그 현상은 더욱 두드러질 수 있다. 특히, 지배 방정식이 보존형으로 기술되는 경우, 흐름률이나 생성항의 계산에서 수심에 의한 나눗셈이 불가피하므로 보존변수를 정확하게 계산하는 것이 해의 안정성을 도모하기 위한 관건이 된다. 이러한 기대에 부응할 수 있는 수치해법으로 흐름률을 정확한 계산할 수 있는 Riemann 해법을 들 수 있다. 또한, 생성항을 정확하게 계산할 수 있도록 계산 격자를 적절하게 구성하고 그 격자가 완전히 잠기지 않을 경우에 대해 물리적으로 타당하게 처리할 필요가 있다. 이 연구에서는 흐름률의 계산에 근사 Riemann 해법을 적용하여 포물면 지형을 지나는 천수 흐름에 대해 모의하였다. 1981년에 W. C. Thacker는 회전 포물면 위의 천수 문제에 대해 천수방정식의 정확해를 처음으로 유도하였다. 이 문제는 지형의 잠김과 드러남이 다수의 계산 격자에서 지속적으로 이루어지기 때문에 천수흐름의 수치 모의에서 극도로 혹독한 조건의 시험으로 알려져 있다. 회전 포물면 위의 천수 문제에 대해 근사 Riemann 해법에 따른 자료의 재구축 방법, 잠김과 드러남의 처리 등에 대해 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.45-45
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• 2015

고전전인 천수방정식을 적용한 도시침수 해석모형에서 건물의 영향을 고려한 정확한 해석을 수행하기 위해서는 고해상도 격자가 요구되며 이는 계산시간의 증가가 야기된다. 고전 천수방정식을 적용한 도시침수해석 모형의 이러한 문제점을 극복하기 위해서 본 연구에서는 도시지역에 존재하는 건물 체적에 레이놀즈 이송이론을 적용한 수정 천수방정식을 제안하고, 제안 천수방정식을 이용한 효율적인 2차원 도시침수해석 모형을 개발하였다. 도시지역의 침수 모델링을 위해 고전 천수방정식은 건물을 고려하기 위해 고해상도 격자를 사용하는 것과 달리 수정 천수방정식은 건물의 영향을 매개변수화함으로서 저해상도 격자의 사용에도 고전 천수방정식과 유사한 정확도를 얻을수 있다. 건물의 영향을 매개변수화하기 위해서는 건물로 인한 저류와 흐름방향의 변화를 지배방정식이 고려할 수 있도록 수정하였다. 즉. 수정 천수 방정식은 고전 천수방정식을 기본으로 하여 건물의 저류영향을 고려하기 위해 각 계산격자에 적용되는 체적 매개변수와 건물의 흐름방향을 고려하기 위해 흐름방향과 직각방향에 위치한 선분(격자를 구성하고 있는 경계선)에 적용되는 면적 매개변수가 추가된다. 수정 천수방정식을 검증하기 위해 개발모형을 건물이 균일하게 위치한 실험하도와 비균일하게 위치한 실험하도에 적용하고 그 결과를 고전 천수방정식을 사용한 계산결과 및 계산시간과 비교함으로서 개발모형의 정확성과 효율성을 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.537-537
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• 2012

천수방정식의 수치모형은 하천의 유량예측, 홍수범람해석, 해일 모의 등에 널리 사용되고 있고, 그 결과는 수자원 관리, 재난 대책 등 정책적인 의사결정에 있어 유용한 자료로 활용되고 있다. 이처럼 천수방정식의 수치모형은 연구목적뿐만 아니라 실생활에 있어서도 큰 영향을 미치고 있으며, 이에 보다 정확하고 효율적인 수치모형의 구축이 수리/수자원/방재분야에서 중요한 영역이 되고 있다. 본 연구는 정확하고 안정적인 수치모의를 위해 천수방정식의 수치모형에 MLP(Multi dimensional Limiting Process)기법을 적용한 후 다차원 모의 시 MLP의 수치 진동 제어 성능을 검증하고자 하였다. MLP기법은 다차원에서 수치진동을 억제할 수 있도록 개발된 기법으로, 기존 TVD 제어자(limiter)과 MLP의 차이점은 기존 제어자들이 흐름이 발생하는 셀 경계면에서 재구성된 값이 Maximum Principle을 만족시키도록 제어자를 유도하는데 반해, MLP는 셀 절점에서 Maximum Principle을 만족시키도록 제어자를 유도한다는데 있다. MLP기법은 압축성 유체를 표현하는 2, 3차원 오일러 방정식에 적용되어 기존의 제어자들에 비해 안정적이며 정확한 수치모의를 가능하게 하는 것이 검증되었다. 하지만 천수방정식에 적용된 예는 없으며, 이에 본 연구는 천수방정식에 MLP를 적용하고 천수방정식 수치모형 검증에 주로 사용되는 수치모의를 통해 MLP의 수치 진동 제어 성능을 검증하였다. 모의 결과, MLP는 2차원 천수방정식에 있어서도 기존의 제어자들과 비교하여 수치진동을 보다 잘 제어하는 것으로 판단된다. MLP의 사용으로 인해 불연속면 근처에서 정확도가 향상되었고 수치진동이 발생하지 않아 보다 안정적인 모의가 가능하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.2
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• pp.479-492
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• 2014

In this study, was proposed a numerical scheme imposing exact solutions as the internal boundary conditions for the shallow-water flows over a discontinuous transverse structure such as a step. The HLLL approximate Riemann solver with the MUSCL was used for the test of the proposed scheme. Very good agreement was obtained between simulations and exact solutions for various problems of the shallow-water flows over a step. In addition, results by the numerical model showed good agreement with those of dam-break experiments over a step and stepped chute one. Developed model can simulate the shallow-water flows over discontinuous bottom such as a drop structure without additional rating curve or topography smoothing. Given the proper evaluations for the flow resistance by a step and the energy loss by the nappe flow in the future, could be simulated flooding and drying of the shallow-water flows over discontinuous topography such as a weir or the river road with retaining wall.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.35 no.6
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• pp.1237-1246
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• 2015

A novel technique was proposed to calculate fluxes accurately by separation of flow area into a part of step face which is dominated by flow resistance of it and an upper part which is relatively less affected by the step face in analyzing shallow-water flows over discontinuous topography. This technique gives fairly good agreement with exact solutions, 3D simulations, and experimental results. It has been possible to directly analyze shallow-water flows over discontinuous topography by the technique developed in this study. It is expected to apply the developed technique to accurate evaluation of overflows over weirs or retaining walls (riverside roads) and areas flooded by the inundation in the city covered in discontinuous topography.

• Proceedings of the Korea Contents Association Conference
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• 2013.05a
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• pp.443-444
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• 2013

빈발하고 있는 대규모 홍수와 자연재해는 정확도가 높은 하천 흐름 수치해석 모델에 대한 관심의 증대로 이어지고 있다. 현재 하천에서 발생하는 일반적인 흐름은 기존에 개발된 여러 형태의 천수방정식을 지배방정식으로 하는 수치기법에 의해 해석되고 있으나, 연속적이지 않은 형태의 흐름을 해석하거나 매우 정확한 해석을 필요로 하는 경우에는 기존의 수치해석기법은 많은 한계를 보여 주고 있다. 본 연구에서는 불연속 갤러킨 기법 기반의 흐름 모델을 개발하고, 이를 이용하여 천이류로 분류되는, 댐 붕괴파, 둔덕위 흐름과 2차원 사류의 모의에 적용하여 기존의 수치해와 잘 일치함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.309-309
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• 2020

직립 구조물을 지나는 천수 흐름의 해석에서 구조물에 의한 영향이 지배적인 그 전면과 비교적 덜한 그 위의 영역으로 구분하여 흐름률을 계산하는 새로운 기법이 제안되었으며, 그 모의 결과는 정확해, 가상의 문제에 대한 3차원 모의 결과, 그리고 실험 결과와 대체로 만족스런 일치를 보였다(Hwang, 2015; Hwang, 2016). 또한, Hwang (2019)은 측면 위어에 대한 부정류 실험(Kim, 2013)에서 직립의 측면 위어를 통해 수로와 저류지 사이의 흐름이 교환되는 실험 경우에 적용하여 새로운 기법에 의한 수치 모형을 시험한 바 있다. 이 연구에서는 측면 위어에 대한 Kim (2013)의 나머지 실험 경우에 대해서도 Hwang (2015)의 기법을 적용하여 불연속 지형을 이루는 직립 측면 위어의 월류량을 평가하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.43 no.6
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• pp.749-762
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• 2023

A depth-integrated model with an approximate Riemann solver for flux computation of the shallow water equations was applied to hydraulic jump experiments. Due to the hydraulic jump, different flow regimes occur simultaneously in a single channel. Therefore, the Weisbach resistance coefficient, which reflects flow conditions rather than the Manning roughness coefficient that is independent of depth or flow, has been employed for flow resistance. Simulation results were in good agreement with experimental results, and it was confirmed that Manning coefficients converted from Weisbach coefficients were appropriately set in the supercritical and subcritical flow reaches, respectively. Limitations of the shallow water equations that rely on hydrostatic assumptions have been revealed in comparison with hydraulic jump experiments, highlighting the need for the introduction of a non-hydrostatic shallow-water flow model.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.33 no.5
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• pp.1785-1795
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• 2013

Most of the previous models for analysis of shallow water flow assumed the uniform velocity distributions over the flow depth so that they produced incorrect velocity prediction at meandering part due to the ignorance of secondary current. In this study, the vertical velocity profiles in longitudinal and transverse direction were decomposed as the mean and variation components, which resulted in additional dispersion stresses terms in momentum equations. The proposed model were applied at the channels with $30^{\circ}$, $90^{\circ}$, $270^{\circ}$ bends, and shallow water flow in curved channel was analyzed using dispersion stresses. The dispersion stresses acted as a sink or source in the momentum equations, which caused the transverse convection of momentum to shift from the inner bank to the outer bank.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.248-248
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• 2022

Hwang(2015)은 불연속 지형을 지나는 천수 흐름의 수치 해석에서 불연속 전면에 의한 추력(thrust)에 주목하여 그 영향을 흐름률(flux) 계산에 반영하는 새로운 기법을 제시하였다. 이 기법 덕분에 수심 적분 모형으로도 계단이나 보와 같이 직립한 하천 구조물의 불연속면을 경사로 완화하지 않고 직접 모의할 수 있다. 직립 측면 위어 실험에 Hwang(2015)의 기법이 적용됨으로써 연직면을 경사면으로 완화하여야 하는 기존의 수심 적분 모형에 비해 계산 격자 개수가 53%로 줄었다(Hwang, 2019). Hwang(2019)은 기존 모형과 비교를 통해, 정확도를 어느 정도 유지하면서도, 소요된 계산 시간이 20%에 불과하다고 주장하였다. 여기에서는 보다 다양한 직립 광정 위어 실험에 적용하여 수심 적분 모형에 의한 월류량을 검토하고자 한다.