• 대한토목학회논문집
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• 제31권4B호
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• pp.333-341
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• 2011

본 연구에서는 RANS를 지배방정식으로 하는 3치원 수치모의를 이용하여 댐 붕괴로 인한 3차원적인 흐름 특징이 지배하는 댐 직하류에서 댐 붕괴파의 전파 현상, 특히 홍수파의 비정상성과 불연속성, 홍수파와 그 빈사파의 영향, 상류 및 사류 흐름의 혼재, 마른 하도에서의 전파, 이동상 수로에서의 전파와 같은 복잡한 현상을 포함하는 홍수파의 전파를 해석하였다. 부분 댐 붕괴로 인한 홍수파의 전파 해석과 90${\circ}$ 만곡을 가지는 실험수로에서의 홍수파 전파 해석에서는, 2차원 천수방정식을 지배방정식으로 사용하는 수치모의의 한계점으로 지적되었던 댐 붕괴 지점에서의 급격한 수위 변화와 저수지에서의 수위 진동 현상을 제대로 모의할 수 있었다. 또한 댐을 경계로 상류와 하류의 지형이 평행하거나 상류가 높은 또는 하류가 높은 계단형의 이동상 수로에서의 홍수파의 전파 및 하상변동을 성공적으로 모의할 수 있었다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제1권1호
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• pp.22-30
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• 1989

파랑은 천해역을 진행하면서 천수효과에 의한 굴절 및 구조물에 의한 회절, 흐름의 영향, 반사등에 의한 변형을 일으킨다. 굴절 및 회절에 의한 파랑변형을 예측하기 위하여 흐름이 고려된 비정상 상태의 Kirby(1986a)의 식을 이용하여 회절이 고려된 기초방정식을 유도하고, 좌표계를 파향선식에 의한 직교곡선 좌표계로 변환한 후 양해법으로 반복계산을 행하여 해를 구하는 수치 모형을 개발하였다. 수치 모형의 적용성을 검토하기 위하여 다음과 같은 조건에서 계산하였으며, 기존의 계산결과 및 실험결과와 비교 검토하였다. 1) 일정 수심상에서 원형 천퇴 주변의 파랑변형 2) 사면상에서 타원형 천퇴 주변의 파랑변형 3) 사면상에서 파랑이 입사각을 갖고 입사할 경우 구조물 주변의 파랑변형 본 모형의 수치해를 검토한 결과 기존의 연구결과와 잘 일치하였다.

• 해양환경안전학회:학술대회논문집
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• 해양환경안전학회 2005년도 춘계학술발표회
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• pp.37-43
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• 2005

목포항 인근해역은 해상교통량이 많고, 해양사고가 빈발하고 있다. 특히, 목포구에서 목포항까지의 수역에는 협수로 형성, 안개 발생 빈번, 항로 폭 협소, 천수 수역 존재, 양식장 어망 과다, 소형 어선, 여객선, 화물선 등에 의한 특정 시간대 항내 교통량이 집중하여 해양사고가 발생하였다. 따라서 목포항만 수역내 해상안전의 위해요소 및 해상교통환경을 파악하고, 그 문제점을 도출하기 위해 목포항 입출항 항로에 대한 해상교통조사를 실시하여 해상교통흐름을 조사$\cdot$분석하여 교통실태를 파악하고, 통항경로대의 해상교통특성을 도출하여 해상교통류 시뮬레이션을 실시하여 환경스트레스를 평가하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.433-437
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• 2015

XP-SWMM은 유한차분방법에 의한 천수방정식을 기반으로 하는 TUFLOW 엔진을 탑재하여 1차원 솔루션 엔진과 동적으로 연결하여 범람원에서의 흐름거동을 2차원으로 해석할 수 있다. 유역에서 발생한 모든 유출량은 해당 소유역의 노드(맨홀)로 유입되며 2차원 침수양상은 관로상태에 따라 노드를 통해 역류한 유출수에 의해서 폰딩(Ponding)되는 조건으로 모의한다. XP-SWMM의 침수범람 모의는 침수범람 상황을 가시적으로 보여주는데 상당한 강점을 가지고 있으나 실제 지형여건에 따른 자연현상을 엄밀하게 모델링하는데 일정부분 한계가 있다. 모형의 한계는 담수된 노드의 수위로 인한 에너지 영향(오리피스 흐름)으로 인접관로의 침수가 부가적으로 유발할 수 있다는 점이며 실제 대부분의 경사지에서의 침수상황은 노드에 유출수가 담수되지 않고 하류로 지면을 따라서 확산(Diffusion)되어 담수영향으로 인한 인접관로 침수가 추가적으로 유발되지 않을 가능성이 매우 높다. 즉, XP-SWMM의 담수허용조건, 지반고 2D연결 옵션은 유역에서의 침수발생량을 과대평가 할수 있으며 특정 유역에서는 실제 침수발생 상황과 차이가 발생 할 수 있는 것이다. 본 연구에서는 서울시 광화문 일대의 효자배수분구 우수관로를 SWMM으로 구성하고 강우조건 95mm/hr에서 노드조건을 담수허용, 2D연결, 담수없음 조건으로 모형을 수행하여 침수모의 결과를 비교, 검토하였다. 전체관로 노드조건을 담수허용, 2D연결로 설정하게 되면 담수없음 조건과 비교하여 1.2-2.8배의 침수발생량이 추가로 발생하는 것으로 검토되었다. 즉, 담수없음 조건의 경우 침수발생시 노면 수위상승 인한 동수경사 영향이 반영된 압력관로 영향이 반영되지 않아 노드간 침수발생량이 중복되지 않는다. 반면, 담수허용이나 2D연결로 모형을 수행할 경우 지면의 경사가 충분히 있는 지역에 침수가 발생하더라도 일정 수심이상의 수두(동수경사선)가 형성되어 침수를 추가로 유발하는 것으로 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.339-339
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• 2021

XP-SWMM은 유역의 강우-유출과 1차원 관망 해석 및 2차원 지표면 흐름 해석이 가능하여 도시지역의 침수 모의에 활용도가 높다. 하지만 대부분의 수학적 모형이 그러하듯 XP-SWMM은 많은 입력 변수를 포함하고 있어 사용자의 숙련도에 따라 모의 결과가 달라질 수 있다. 본 연구의 목적은 XP-SWMM을 이용한 침수 모의의 정확도를 향상시키기 위해 침수 모의에 영향을 줄 수 있는 인자를 검토하고, 민감도 분석을 통해 인자별 적정 범위를 제안하는 것이다. 다만, 유역의 강우-유출과 1차원 관망 해석에 사용되는 매개변수는 과거 많은 연구자들이 적정 범위를 제시하였으므로 본 연구에서는 2차원 지표면 흐름 해석에 관한 입력 변수만을 대상으로 하였다. 이를 위해 2차원 계산의 지배방정식인 천수방정식의 매개변수 중 XP-SWMM에서 제어할 수 있는 인자와 XP-SWMM의 사용자 편의환경(graphical user interface; GUI)에서 제어 가능한 인자를 고려하였다. 선정된 인자는 지표면 조도계수, 2차원 계산 시간 간격, 2D 집수유량 계수, Smagorinsky 계수, Wet/dry 깊이이다. 제시된 인자들을 대상으로 침수흔적도의 침수 면적을 기준으로 민감도 분석을 수행하였고, 인자의 변화율을 침수 면적의 변화율로 변화시키는 조건수(condition number)를 활용하여 인자별 민감 여부를 분석하였다. 또한, 영향 인자 변화에 따른 침수 면적과 침수흔적도의 상대오차를 분석하여 영향 인자의 적정 범위를 제안하였다. 그 결과, 지표면 조도계수의 적정범위는 0.02~0.05, 2차원 계산 시간 간격은 0.1-3.5초, Smagorinsky 계수는 0.06~1.0, Wet/dry 깊이는 0.001~0.02 m인 것으로 나타났다. 본 연구는 XP-SWMM을 이용한 2차원 침수 모의에 활용될 수 있는 영향 인자와 적정 범위를 제안한 연구로서, 향후 XP-SWMM을 이용한 많은 침수분석에 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.235-235
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• 2021

아시아 몬순기후의 영향에 의해 우리나라는 2020년 7월부터 9월까지 약 90일간의 장마로 인해 크고 작은 수재해가 발생하였다. 특히, 안성, 충주, 음성 그리고 곡성 등에서 인명피해가 발생하였으며, 그 외 13개소에서 많은 재산 피해가 발생하였다. 2020년 산사태/토석류 재해로 인한 전국적인 피해액은 약 3,900억으로 보고되고 있으며, 매년 집중호우에 의해 피해 양상이 변하고, 도시지역에서의 발생이 빈번하게 늘고 있다. 집중호우에 의한 산사태/토석류 전이 피해를 저감시키기 위해서는 발생 물질이 어디까지 이동할 수 있는지에 대한 위험범위확산에 대한 연구가 중요하며, 이런 연구를 기반으로 인명피해를 줄이기 위한 연구가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 천수방정식, 유변학특성 식 그리고 연행침식 식을 조합하여 개발된 적응형 격자기반 2차원 토석류 모델을 이용하여 안성, 음성 그리고 단성지역에서 발생했었던 산사태/토석류 전이 피해 양상을 해석하였다. 산사태 발생 후 2~3일 이내에 지표 지질 및 지형 조사를 실시하였으며, UAV 및 항공사진을 이용하여 산사태 및 토석류의 형태를 맵핑하였다. 지질 및 지형조사 시 간이 Vein tester를 이용하여 야외에서 토양 물성관련 자료를 취득하였으며, 토석류의 이동 흔적(나무 등에의 토석류 타격 흔적)을 이용하여 조사지점에서의 최대 토석류 흐름 깊이를 추정하였다. 정확한 토석류의 유속에 대한 자료 부족으로 2011년 우면산에서 발생한 약 26m/s의 속도를 이용하여 토석류의 흐름 특성을 계산하였다. 이와 더불어 연행침식의 계산을 위해 발생지점 부터 토석류가 퇴적된 하류부까지 기반암의 노출 및 퇴적 정보를 통해 최대 침식 깊이를 추정하여 입력자료로 활용하였다. 토석류 맵핑자료와 비교 결과 정확도가 90%이상으로 나타났으며, 토석류 발생 후 안성 200초, 음성 180초 그리고 단성 180초 이내로 토석류가 하류까지 이동할 수 있는 것으로 계산되었다. 본 연구와 같이 산사태/토석류 발생 메커니즘 해석에 대한 지속적인 연구를 통해 산지 재해에 의한 인명 피해를 줄일 수 있는 토석류확산범위 해석에 대한 연구가 지속적으로 필요할 것으로 판단된다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제3권1호
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• pp.54-64
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• 1991

현지해안의 표사이동량을 정확히 예측하기 위해서는, 표사이동의 주외력요소(agitation force)인 다방향불규칙 파랑의 천수변형 특성 및 그들에 의해서 발생하는 표사수송 흐름으로서의 해빈류에 대해서 충분히 파악해 둘 필요가 있다. 그러나, 현재 제안되어져 있는 연안류 및 이안류를 포함하는 해빈류 model은 대부분 규칙파 이론에 근거를 두고 파랑특성을 표현하고 있기 때문에 파랑의 불규칙성 및 방향분산성을 고려한 해빈류에 대한 연구는 극히 제한되어져 있다. 본 연구는 다방향불규칙 파랑에 의한 연안유속의 산정에 관한 기초적 연구로서, 주로 파별해석법에 의한 수치계산법을 제안함과 동시에 그들의 수치해석결과를 평면수리실험과 비교함으로써 그 타당성을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.555-559
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• 2009

난류응력은 순간속도성분을 시간평균성분과 편차성분의 합으로 보고 Navier-Stokes 방정식으로부터 Reynolds 방정식을 유도할 때 나타나게 된다. Reynolds 방정식으로부터 수심 적분된 천수방정식을 유도하는 과정에서 시간 평균된 유속성분을 수심 적분된 유속성분과 편차성분의 합으로 본다면, 분산응력 (dispersion stress)이라고 하는 추가적인 새로운 항이 잔류하게 된다. 점성응력, 난류응력, 그리고 분산응력을 통칭하여 유효응력 (effective stress)이라고 한다. 일반적으로 수심에 비해 수로 폭이 넓은 개수로에서는 유효응력이 흐름특성의 수치 근사해에 큰 영향을 미치지 못한다고 가정하여 2차원 수심적분 모형에서 유효응력을 생략하기도 한다. 또한 유효응력을 적용하더라도, 점성응력이 난류응력에 비해 무시할 만큼 작다고 가정하여 난류응력만을 적용하며, 분산응력은 무시된다. 하지만 만곡부에서는 원심력과 편수위로 인한 횡방향 압력의 불균형이 발생하기 때문에, 만곡부의 이차류가 발생되며, 유속의 연직방향 분포도 일정하지 않게 된다. 따라서 본 연구의 목적은 만곡부의 이차류 특성을 수심적분 2차원 모형에 반영하기 위해 분산응력을 고려한 모형의 개발 및 검증이다. 불규칙한 모의영역을 원활히 나타낼 수 있도록 곡선좌표계를 사용하는 여타 모형들과 달리 유한유소법을 이용하여 수치해를 구하며, 따라서 x, y 좌표축을 사용하는 데카르트 좌표계를 사용하여 지배방정식을 나타낸다. 분산응력의 유 무에 따른 수치결과를 Rozovskii의 $180^{\circ}$ 만곡수로 실내실험 자료와 비교하여 개발 모형을 검증한다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.65-72
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• 2010

본 연구에서는 댐 붕괴로 인한 홍수파에 영향을 미치는 도시지역의 효과에 대해 두 가지 수리모형실험에 근거하여 수치적으로 분석되었으며, 계산된 지점별 수심은 측정결과와 비교적 잘 일치하였다. 첫 번째 수리모형실험에 대해 도시지역 전반부에서 상대적으로 높은 수심영역과 흐름의 지체현상이 발생하였으며, 홍수파의 원활한 전파에 큰 장애요소가 됨을 알 수 있었다. 두번째 수리모형실험에 대해서는 유입량의 증가에 따라 도시지역의 전반부에서 후반부로 전파될 때 수심은 급격히 감소하는 구간과 느리게 감소하는 구간으로 구별되며, 도시지역 전반부에 도달하는 홍수파의 최초시간은 유입량이 증가함에 따라 감소되는 경향을 나타내었다.

• 한국재난정보학회:학술대회논문집
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• 한국재난정보학회 2016년 정기학술대회
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• pp.433-434
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• 2016

본 논문에서는 최근 발생하는 다양한 기후변화 문제에 따라 복합적인 침수가 많이 발생한다고 판단하여 침수의 복합원인을 찾아내고 그에 따른 값을 모의하게 된다. 침수의 요인으로는 크게 제내지 배수불량에 따른 내수침수와 하천의 수위가 높아져 월류하게 되는 외수범람이 존재한다. 기존의 연구들은 내수침수와 외수범람을 독립적으로 침수해석하여 단순한 선형합의 형태로 내외수 침수를 산정하였으나, 본 연구에서는 2차원 동수역학모형인 HDM-2D 모델을 이용하여 내수침수와 외수범람의 독립적인 모의는 물론 복합적인 모의를 하여 비교, 분석 하고자 한다. HDM-2D모델은 3가지 모형으로 구성된다. 첫째는 2차원 천수방석식과 유한요소법 이산화로 구성된 흐름해석 모형이다. 둘째는 ERG (Exponentially Growth Rate) 기법에 의하여 생성/소멸 기작이 적용된 내수침수 해석 모듈이다. 마지막은 Petrov 안정화 기법에 의한 충격파 전달 해석이 적용되며, Flux-blocking 알고리즘으로 마름/젖음을 안정적 모의할 수 있는 외수범람 해석 모듈이다. 이러한 모델을 통해 내수침수와 외수범람을 독립적, 복합적으로 모의를 진행한다.