• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.1 no.1
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• pp.1-7
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• 2014

In this study, a numerical simulation technique for coastal area where wave and current interactions are observed is proposed. Considering the spatial scale of coastal area and the coastal processes such as wave, current, shoaling, wave breaking, and inundation processes, boussinesq equation model is used. A depth-integrated transport model based on the consistent assumption with the boussinesq equation model is used for the prediction of solute transport. To solve the equations, finite volume method with an approximate riemann solver is used. The proposed model is applied to a coastal area and reasonable computational results are obtained.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.27 no.5
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• pp.324-338
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• 2015

Analytical solutions for interaction between seabed and waves such as progressive wave or partial standing wave with arbitrary reflection ratio or standing wave have been developed by many researchers including Lee et al.(2014; 2015a; 2015b; 2015c; 2015d) and Yamamoto et al.(1978). They handled the pore-water pressure as oscillating pore-water pressure and residual pore-water pressure separately and discussed the seabed response on each pore-water pressure. However, based on field observations and laboratory experiments, the oscillating and residual pore-water pressures in the seabed do occur not separately but together at the same time. Therefore, the pore-water pressure should be investigated from a total pore-water pressure point of view. Thus, in this paper, the wave-induced seabed response including liquefaction depth was discussed among oscillating, residual, and total pore-water pressures' point of view according to the variation of wave, seabed, and flow conditions. From the results, in the field of flow with the same direction of progressive wave, the following seabed response has been identified; with increase of flow velocity, the dimensionless oscillating pore-water pressure increases, but the dimensionless residual pore-water pressure decreases, and consequently the dimensionless total pore-water pressure and the dimensionless liquefaction depth decrease.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.562-566
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• 2006

최근 들어 국내에서는 도서지방을 잇는 연육교와 해상구간을 통과하는 대형교량의 건설이 활발히 진행되면서 해상조건에서 발생하는 교량세굴에 대처하기 위한 연구의 중요성이 대두되고 있다. 그러나 아직까지 해상조건의 세굴현상을 파악하기 위한 적절한 세굴평가 기준이 제시되어 있지 않고 대부분 자연 하천교량 기준에 의해 해상교량의 세굴평가가 이루어지고 있는 실정이다. 교량에서 발생하는 세굴 현상은 교량 기초의 안정성에 치명적인 영향을 줄 수 있고 나아가서는 교량의 붕괴 원인이 될 수 있다. 또한 교량기초 지반의 지지력 부족이나 적정피복두께 결여 등의 원인으로 구조적인 문제점을 초래할 수 있다. 해상교량의 경우에는 조석에 의한 왕복류, 파 흐름의 상호작용, 점착성 지반 등 세굴에 영향을 미칠 수 있는 요인들이 복합적으로 작용하므로 교량 건설 전부터 해상조건을 반영한 다각적인 세굴검토가 요구된다. 본 연구는 강한 조석류가 작용하고 넓은 조간대를 형성하고 있는 인천대교의 세굴심을 합리적으로 산정하기 위하여 다학제적인 연구를 시도한 것이다. 본 연구에서는 해상조건의 침식유발특성을 파악하기 위한 연구로서 수치모형 및 수리모형 실험을 수행하고, 지반종류에 따른 침식저항능력을 파악하기 위한 세굴률 실험을 수행하였다. 더불어 인천대교 건설현장에 타설되어 있는 대구경 시험말뚝에 대한 실시간 세굴모니터링을 실시하여 얻은 현장관측 자료를 검증자료로 사용함으로써 종합적인 세굴검토를 통하여 다학제적이고 합리적인 해상교량의 세굴심을 평가하고자 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.45 no.1
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• pp.39-52
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• 2012

Surface-subsurface interactions are an intrinsic component of the hydrologic response within a watershed. In general, these interactions are considered to be one of the most difficult areas of the discipline, particularly for the modeler who intends simulate the dynamic relations between these two major domains of the hydrological cycle. In essence, one major complexity is the spatial and temporal variations in the dynamically interacting system behavior. The proper simulation of these variations requires the need for providing an appropriate coupling mechanism between the surface and subsurface components of the system. In this study, an approach for modelling surface-subsurface flow and transport in a fully intergrated way is presented. The model uses the 2-dimensional diffusion wave equation for sheet surface water flow, and the Boussinesq equation with the Darcy's law and Dupuit-Forchheimer's assumption for variably saturated subsurface water flow. The coupled system of equations governing surface and subsurface flows is discretized using the finite volume method with central differencing in space and the Crank-Nicolson method in time. The interactions between surface and subsurface flows are considered mass balance based on the continuity conditions of pressure head and exchange flux. The major module consists of four sub-module (SUBFA, SFA, IA and NS module) is developed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.147-147
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• 2017

본 연구에서는 2003년 태풍 'MAEMI'에 의해 피해를 가장 많이 입은 경남 마산시를 중심으로 폭풍해일 범람도를 작성하였다. 해양과 하천 하류부가 만나는 마산시에서는 해일, 조석, 하천을 동시에 고려해야 하므로 이에 대한 단계적 적용을 통해 범람 중첩효과를 검토하였다. 본 연구에 사용된 수치모델은 네덜란드 Deltares사에서 개발한 준3차원 해수유동 모델 Delft3D이다. Delft3D는 폭풍해일 이외 지진해일, 부유물 이송, 오염물 확산 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 파랑, 조석력, 바람에 의한 전단력, 온도, 염도에 의한 밀도류, 대기압 변화, 조간대 모의 등 다양한 영향을 고려할 수 있다. 수치모의시 모델의 안정성과 효율성을 높이기 위해 다중격자기법을 사용(최소 25m 격자)하였으며, 수심 자료는 국토지리정보원 수치지도와 국립해양조사원 수치해도의 수평 수직적 통합을 통해 구성하였다. 태풍 'MAEMI'의 Best Track은 기상청에서 제공하는 3시간 간격의 중심기압, 풍속, 중심위치를 Holland's Model에 적용하여 계산하였다. 조석효과를 고려하기 위해 개방경계에서 TPXO 7.2를 사용한 분조값을 입력하였다. 또한 하천의 흐름을 효과적으로 구현하기 위해 하천 단면에서의 동적 수위경계조건(또는 유량경계조건)을 추가적으로 부여하였다. 수치해석결과, 마산 수위 관측소에서 관측된 태풍 'MAEMI'의 해일고와 유사한 결과가 산출되었다. 범람역 해석결과는 해일, 조석, 하천을 동시적으로 고려하였을 경우에 실제 침수흔적도인 마산시재해침수지도와 가장 유사한 결과를 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.391-391
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• 2016

유수동역학적인 요소와 유사의 부유는 서로 상호작용을 주고받으며 다양한 현상을 만들어낸다. 많은 선행연구를 통해 유사 농도 등의 특성이 난류 구조 등의 변화를 야기하며, 변화한 난류 구조 역시 유사의 부유 등에 2차적인 영향을 준다는 점이 확인되었다. 본 연구에서는 가는 유사에 보다 집중하여 유사 부유와 이에 따른 연직구조 특성의 변화를 살펴본다. 본 연구에서는 1차원 연직 모형을 이용하여 수치실험을 수행한다. 본 연구에 이용된 모형은 가는 유사의 특성인 빠른 입자 반응 시간(Particle Response Time)이 가정되는 모형으로 선행연구를 통해 적용성이 검증된 것으로 판단한다. 주요 분석대상은 유사의 농도와 속도경사 간의 관계 등이며, 분석하는 유사 농도 종류는 일반적인 비점착성 유사의 경우에 관심을 가지는 질량 농도에 집중하여 결정된다. 수치실험 수행을 위해서는 정류 흐름, 진동파 흐름 등이 적용되었고 다양한 경우의 가는 유사를 고려하기 위한 실험조건의 변경이 이루어졌다. 수치실험 결과 진동파의 다양한 위상에서 조금씩 달라지는 연직구조가 확인되었다. 이는 보정되는 Schmidt 수의 값과도 연관관계를 가지는 것으로 나타났다. 특히 가는 유사의 경우에도 입자의 크기에 따라 다른 연직구조의 특성이 모의되었으며 이를 통해 수치실험의 경우에도 입자 크기의 고려 하에 매개변수의 보정이 이루어져야 한다는 점을 알 수 있다. 스토크스 수는 입자 반응 시간과 유체 난류 시간규모(Fluid Turbulence Ttime Scale)의 비율을 의미한다. 본 연구를 통해 스토크스 수가 유사의 확산강도 결정과 큰 상관 관계를 가지는 것을 알 수 있다. 이때 유사의 크기와 보정되는 Schmidt 수의 값은 고정되었다. 수치 계산시에 확산계수의 값이 부유 및 이에 따른 연직구조의 특성을 결정하는 중요한 변수라는 점을 고려할 때, 가는 유사의 부유를 모의할 때에는 세심한 주의가 요구된다는 점을 이해할 수 있다. 선행 연구사례를 통해 볼 때 부유하는 입자의 관성력이 Schmidt 수의 결정과 이에 따른 연직 구조의 계산에 큰 영향을 준다는 점을 알 수 있다. 본 연구에서는 스토크스 수를 관성력을 나타낼 수 있는 지표로서 계산하였지만 보다 정량적이고 효율적인 입자 관성력 지표가 제시될 때 효율적인 연구결과의 제시가 이루어질 수 있을 것으로 기대한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.2
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• pp.125-137
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• 2023

In marine environments, plastics have become more abundant due to increasing plastic use. Especially, in coastal regions, particles may remain for a long time, and they interact with flows, wind, sand and human activities. This study aimed thus to observe how plastic debris interacts with and escape from sediments. A series of experiments were conducted in order to gain a better understanding of particle release from coastal sediments into water body. An oscillating water tunnel was built for the experiments, and used to generate oscillatory flows of relatively high Reynolds number and induce sediment transport. Spherical plastic particles of three different sizes was used in lieu of plastic debris in environments. It was observed that release of the particles was directly related to change of bedform, which is in turn determined by the flow condition. Also smaller particles tend to escape the sediment more readily. Critical values for dimensionless parameters are proposed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.100-100
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• 2022

일반적으로 유체와 구조물간 상호작용의 수리동역학적 모의에서는 벽경계조건을 통하여 유동에 대한 구조물의 영향이 반영된다. 하지만 도심지에서 발생한 홍수를 예측하려는 경우 이러한 방법으로는 밀집한 구조물들 사이에 형성된 좁은 길들로 인하여 세밀한 격자망을 요하여 큰 계산량을 유발하고 빠른 예측 속도를 기대할 수 없게 한다. 최근 이러한 문제를 극복하기 위해 성긴 격자망에서도 구조물의 유체에 대한 영향을 반영할 수 있도록 하는 방법들이 큰 관심을 받고 있다. 그 중에서도 다공성 천수방정식은 벽경계조건 대신 다공도(posority)의 개념을 이용한 모형으로 도시범람모의에 있어 계산량과 정확도를 가장 적절하게 타협한 모형으로 보고되고 있다. 이러한 흐름에 맞추어 본 연구는 다공도 천수방정식을 해석하는 수치 기법을 개발하였고, 여기에 최근 쌍곡선계 방정식의 수치적 연구들에서 소개된 주요 특징들이 반영되도록 설계하였다. 우선, WENO 기법과 Runge-Kutaa 기법을 통하여 공간과 시간에 대한 고차 정확도를 만족시켰다. 이 때, 재구성 변수와 알고리즘를 새롭게 제시하여 정상흐름조건에 대한 플럭스항과 생성·소멸항간 절단오차에 의한 비물리적인 흐름생성을 억제하였다. 또한, 수치모의 중 음수심의 발생으로 인하여 수치모형이 불안정해지는 현상을 막기 위해, 양-보존성 제한자를 구축하였다. 마지막으로 도심지에서 즐비한 인위적인 구조물에 의해 나타나는 지형적인 불연속의 효과를 적절하게 반영할수 있도록 정상파 재구축의 단계를 구축하여 수치 기법에 반영하였다. 이렇게 구성된 수치기법은 리만문제의 해석해에 기반하여 기존의 주요 연구들의 결과와 비교되었고, 그 결과 본 연구의 방법이 정확성, 수렴성, 안전성의 측면에서 가장 우수함을 수치적으로 증명하였다.

• Journal of the Korean GEO-environmental Society
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• v.14 no.5
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• pp.15-22
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• 2013

The submarine pipe, which is one of the most important coastal structures, is widely used in the development of coastal and ocean engineering. The scour of the submarine pipe occurs due to the wave and the current according to the state of the sea bed. The scour affects the submarine pipe and causes it to undergo settlement and fatigue. It is difficult to predict the local scour under complicated and various conditions of the coastal environment, even though many researches on the scour of the submarine pipe have been studied in recent years. This study analyzed the scour depth around a submarine pipe by using the Neural Network technique. The back-propagation algorithms was used to train the Neural Network. The 58 simulating experimental data for the performance and validation of the Neural Network technique were analyzed in this study. Then, the regression analysis for the same data was performed in this study to predict and compare with the Neural Network technique for the scour depth.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.29 no.3
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• pp.139-146
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• 2017

In order to understand the efficacy of submerged breakwater constructed for the beach protection, laboratory experiments were carried out by observing the characteristics of flow around a single shore-parallel submerged breakwater. The velocity field near the shoreline was measured by utilizing the LSPIV (Large-Scale Particle Image Velocimetry) technique, and mean surface and wave height distributions were observed around the submerged breakwater, according to various combinations of incident waves and submerged breakwaters. In this experiment, it was found that the mean flow pattern behind the submerged breakwater was determined by the balance among the gradients of mean water surface and excess wave-momentum flux (i.e., radiation stress tensors) which interact with the wave-induced current developed by the gradients on the rear and the side of the submerged breakwater. The divergent and convergent flow patterns behind the submerged breakwater (i.e., accretion and erosion response) of the numerical study of Ranasinghe et al.(2010) were observed in the measured velocity distributions, and their empirical formula mostly agreed with the experimental results. However, for some cases in this experiment, it was difficult to say that the flow pattern was one of them and was agreed with the empirical formula.