• 한국지리정보학회지
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• 제23권1호
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• pp.15-29
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• 2020

최근 우리나라에서 발생하는 침수피해는 중앙 정부 및 지자체의 치수대책으로 인해 발생빈도는 감소하고 있으나 생활수준의 향상으로 인해 피해규모는 증가하고 있는 추세이다. 이러한 침수피해의 원인으로는 기후변화로 인한 치수시설의 계획빈도를 상회하는 강우와 같은 자연적 원인과 지역 개발에 따른 하천 공간의 잠식, 하류지역의 홍수소통 능력을 고려하지 않은 상류 유역의 관리상 문제 등 인위적인 원인이 있다. 이에 본 연구에서는 하천수의 범람으로 인한 침수피해를 저감시키기 위해 하천-제내지 상세지형을 반영하여 침수피해가 발생한 당시의 상황을 수치모형을 통해 재현함으로써 대상지역의 제내지에 대한 여러 가지 수해방지대책 마련에 대한 효과를 사전에 정량적으로 평가할 수 있도록 하였다. 대상지역은 2016년 10월 태풍 차바로 인한 하천수의 범람으로 침수피해가 발생한 태화강 지방하천 유역으로 강우-유출해석 및 2차원 홍수범람해석을 통해 침수범위와 침수심에 대한 검증을 실시한 결과 침수면적, 홍수도달시간 및 침수심이 모의결과와 유사함을 확인하였다. 본 연구에서는 상세한 지형자료를 적용하여 2차원 홍수범람해석을 실시함으로써 하천수리해석의 적용성을 검토하였으며 수해방지대책 수립에 수치모형을 활용함으로써 홍수방재 및 침수피해 경감에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.535-535
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• 2012

하천 환경의 변화는 자연적으로 일어나기도 하지만, 우리나라 경우 대부분 하천 정비, 골재 채취, 수중보와 하구둑 등 하천시설물의 건설, 그리고 댐 및 교량건설 등 인위적인 요인에 의한 변화가 지배적이다 이렇게 환경이 변화하면 하천의 평형 상태는 파괴되며 하천의 평형 상태를 복원하는 과정에서 하천의 침식 또는 퇴적이 일어나며 이러한 과정의 총체적인 결과로서 하상변동이 일어나게 된다. 하상변동은 단기적인 면에서는 하천에서의 취수, 배수, 주운동 하천관리에 직접적인 영향을 주며, 장기적인 면에서는 하천시설물의 안정, 홍수위 및 지하수위 변화, 홍수터와 같은 하천부지의 변화 등 하천 및 유역 관리에 광범위한 영향을 주고 있다 하천의 유황 및 하상재료의 인위적인 변화에 의한 장기적인 하상변동 효과를 예측하고 분석하는 것은 하천계획 및 관리 면에서 매우 중요하다. 또한 하천 정비사업 등에 의한 영향을 제대로 평가하기 위해서는 비교적 단기간의 홍수 또는 호우 사상에 대한 단기적인 하상변동 효과를 정확하게 예측하는 것은 필수적이다. 외국에서는 하상변동 예측의 필요성을 일찍이 인식하여 다수의 하상변동 예측모형이 개발되어 하천 실무에 사용되고 있으며, 국내에서도 하천 흐름의 등수 역학적 해석을 위해 여러 가지 수치 기법들에 대한 연구가 진행되고 발전되어져 왔다. 현재 국내에서는 측량 자료이용과 모형적용의 용이성을 이유로 1차원 점변 부정류 해석프로그램인 HEC-RAS 모형을 많이 사용하고 있으며 대부분의 하천 정비 기본계획 수립에 있어서도 1차원 해석 모형을 적용하고 있는 실정이다. 국내에 서 수행된 하상변동 예측에 관한 연구들은 대부분 1차원 모형이므로 하천의 사행의 진행이나 유사의 횡방향 분포 등은 고려할 수 없다. 또한 하상변동 계산 시 이동상 부분의 전체가 균일하게 상승 또는 하향하는 것으로 가정하기 때문에 흐름이 급변하는 데 적용하는 것은 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 4대강살리기 사업이 진행중인 낙동강유역 구미보지점을 대상으로 2차원 흐름 및 하상변동 수치모형인 CCHE2D 모형을 적용하여 50년, 100년, 200년 빈도별로 모의를 실시, 보설치 전 후의 하상변동을 비교 분석 하였다. 모의 결과 보설치 후의 경우 보 상류단은 전반적으로 퇴적의 양상을 보였으며, 보 하류단의 만곡부의 경우 홍수량이 증가함에 따라 유속 및 소류력이 비슷한 패턴으로 증가하여 침식이 관찰되었다. 특히 보 직하류의 경우 수문을 기준으로 다량의 침식이 있음을 보였으며, 침식이 계속 진행된다면 보유실과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있기 때문에 침식을 방지 할 수 있는 다양한 장치가 마련되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.483-483
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• 2023

2020년 8월 섬진강 유역에서 100년 빈도 이상의 대홍수가 발생함에 따라 제방이 붕괴되거나 하천 범람이 발생하는 피해가 발생하였다. 8월 홍수를 대상으로 섬진강 본류 남원(신덕리) 수위국에서 기존의 수위-유량 관계 곡선식(이하 Rating curve)의 최대 적용 가능 수위는 2.53m 이지만, 해당 기간 첨두 수위는 10m 이상을 기록하였다. 이러한 대홍수의 경우 기왕의 관측데이터가 없을 뿐만 아니라 기존의 Rating curve를 외삽하여 활용하는 것에도 한계가 있어 간접적으로 유량을 산정할 수 있는 기법이 필요하다. 본 연구에서는 이와 같이 유량측정이 어려운 지점을 대상으로 주어진 유량에 대하여 수위를 재현할 수 있는 K-water에서 개발된 K-River모형(1차원 하천수리해석모형)과 Monte Carlo 시뮬레이션 기법을 활용하여 간접적으로 유량을 산정할 수 있는 기법을 개발하였다. 개발된 방법론은 고수위 구간에 대한 Rating curve의 불확실성으로 인하여 본류와 지류의 유입량 추정이 어려웠던 섬진강 요천 합류부에 적용하였다. 대상구간은 본류(섬진강) 26km 및 지류(요천) 15km로 구성되어 있으며, 본류와 지류의 상류인 수위국 남원(신덕리) 관측소와 남원(동림교) 관측소에는 각각 기존의 Rating curve가 존재한다. 불확실성이 높은 Rating curve의 고수위 구간에 대한 매개변수를 조정하여 다수의 Rating curve를 생성하고, 이를 기반으로 관측수위를 다수의 상류 시계열 유량자료(경계조건)로 환산하였다. 다음으로 이 유량자료를 기반으로 앙상블 모의를 수행 후 대상구간의 중간지점에 위치한 수위국(고달(고달교) 관측소, 송동(요천대교) 관측소, 곡성(금곡교) 관측소)에서 수위재현성(NSE, RSR등 활용)을 평가하여 최적 샘플 추출을 추출하였다. 추출된 샘플로부터 상류 경계지점의 적정 Rating curve 선정과 각 지점에서의 시계열 수위 및 유량을 역으로 추정하였다. 이를 통해 실제 유량측정결과 없이도 간접적으로 신뢰도 높은 유량 자료를 확보할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 향후 수자원의 효율적 관리 및 홍수관리를 위하여 효율적으로 활용이 가능할 것으로 생각된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.294-294
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• 2019

현재 홍수통제소에서 하천의 홍수를 예측하기 위한 시스템은 저류함수법 등에 의한 강우-유출모형과 FLDWAV 모형에 의한 수리학적 모형으로 이루어져 있다. 이 시스템은 주로 홍수특보지점의 기준수위 초과여부를 예측하기 위해 운영되고 있다. 한편 공원 캠핑장 자전거 도로 등 친수공간으로 활용하고 있는 하천변의 관리와 운영을 위한 정보의 수요가 급증함에 따라, 특정지점의 주의보, 경보 등의 고수위 예측 뿐만 아니라, 하천내에서 친수공간으로 활용되는 저지대 침수예측정보의 생산이 요구되고 있다. 본 연구에서는 친수공간으로 활용되는 하천내 저지대의 홍수예측정보를 생산할 수 있는 기술을 개발하였다. 1차원 수리해석 결과를 기반으로 하도버퍼링 기법을 통해 고해상도 격자 기반의 공간연산을 수행하는 모형을 구축하였으며, 해석결과로 격자기반의 침수심 및 침수구역이 표출되도록 모형을 구성하였다. 안동지구를 대상으로 지형정보 및 시설물 정보를 반영하여 모형을 구축하였으며, 안동댐 및 임하댐의 가상 방류 시나리오를 통해 친수공간의 방류량 규모별 침수여부 및 침수정도를 분석하였다. 개발된 모형을 통해 친수지구의 침수예측정보를 관계기관에 사전 제공할 수 있는 체계를 구축하여 지자체의 수방활동 및 재해예방 활동에 지원하고자 한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5B호
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• pp.447-457
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• 2006

본 연구에서는 2차원 수심 적분된 흐름을 모의하기 위한 수치모델을 개발하였다. 유한요소법의 일종인 Characteristic Dissipative Galerkin(CDG) 기법을 적용시켜 천수방정식의 수치해를 구한다. 모델 검증을 위해서 1차원 도수문제에 적용하였고, 계산결과와 해석해를 비교할 때 만족스러운 결과를 얻었다. 정상파를 보이는 단면축소 수로에서의 흐름을 모의한 결과, 실험결과와 유사한 수면분포를 얻었다. 이러한 검증 과정을 통해서 본 수치모델을 이용하여 흐름영역이 갑작스럽게 변화하는 경우에도 모의 가능함을 알았다. 또한 $180^{\circ}$ 만곡수로에 적용한 결과, 만곡부 내측의 유속이 외측에 비해서 크며, 만곡부 내측의 수심은 외측에 비해서 작은 만곡부 흐름특성을 잘 나타내고 있다. 그러나 만곡수로에서 이차류에 의한 운동량의 횡방향 이송을 고려하지 않는 지배방정식의 한계점으로 인해서, 만곡부 끝단을 제외한 만곡부 전체에 걸쳐서 단면상의 종방향 유속이 일정한 분포를 보이고 있다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.1-13
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• 2019

최근 기후변화로 인해 강우강도 및 빈도의 증가에 따른 국지성 집중호우의 피해가 증가함에 따라 초기 우수에 대응할 수 있는 시설물 설치가 필요한 실정이다. 이를 위해, 빗물을 직접 유출하지 않고 저류 시키는 저영향 개발(Low Impact Development)기법을 적용한 시설물 설계 및 수치모형을 이용한 유출저감효과 검토에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 대부분의 연구는 유출저감효과에 대한 검토만 수행된 반면, 시설물에 유입되는 유량에 의한 흐름특성 변화 검토 및 안정성 검토에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 LID 기법이 많이 적용되고 있는 회전교차로를 대상으로 하여, 회전교차로 내의 우수저류조의 관망시스템의 안정성 검토를 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 사용하여 검토하였다. 또한 우수저류조의 최적의 설계방안 도출을 위하여 우수저류조의 수를 증가하여 용량증가에 따른 유속과 동압의 변화를 검토하고 설계기준과 비교하였다. 우수저류조의 제원 및 유입유량은 선행연구에서 제시된 값을 적용하여 수치모의를 수행한 결과, 유속은 저류조 설치개소 수가 증가할수록 빨라지는 것을 확인하였고, 대부분 설계기준 범위 안에 유속이 형성되는 것을 확인하였다. 다만 추가 저류조가 3개 이상일 경우는 추가저류조관에서 유속이 3.44 m/s가 발생하여 설계유속의 허용범위를 초과하였고, 유속의 증가율도 일정해지는 것으로 나타났다. 난류강도 및 바닥전단력 비교의 경우, 저류조 설치 개소수가 증가함에 따라 바닥전단력이 한계소류력보다 크게 나타나 유입토사의 침전은 발생하지 않을 것으로 예상되나 난류강도의 크기가 작아져 플록(Floc)형성으로 인한 토사 침전이 발생할 수 있음을 고려해야한다. 최종적으로 유속을 이용한 동압 산정 결과를 우수관 설계에 일반적으로 사용되는 압력관의 허용내압과 비교하였을 경우, 동압이 허용내압보다 작게 나타났다. 이를 통하여 본 연구에서 제안한 우수저류조 제원으로 설계할 경우 추가 저류조를 2개까지 설치하는 것이 가장 적합한 것으로 나타났다. 이는 저류조를 계속하여 설치하게 되면 배수가 원활해져 관내 유속이 빨라지고, 유속증가로 인하여 관의 마모손상 등의 문제가 일어날 수 있기 때문이다. 그러나 본 연구는 저류조의 제원 및 우수의 유입량을 가정하였고, 단순히 저류조를 추가하여 저류조 설계방안을 도출한 한계점이 있어 향후에는 다양한 저류조 형태 및 우수유입 시나리오를 적용하여 검토한다면 보다 효율적인 설계방안 도출이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제28권3호
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• pp.146-159
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• 2016

본 연구에서는 정상흐름 하에서 스포일러가 부착된 해저파이프라인의 자가매설 기구를 분석하기 위하여 유체역학적 특성을 고정도로 해석할 수 있는 Navier-Stokes Solver(LES-WASS-2D)를 이용하였다. 본 논문에서 적용하는 수치모형의 타당성 및 유효성을 확보하기 위하여 기존의 스포일러 유무에 따른 파이프라인 주변의 흐름특성을 나타낸 수리모형실험결과와 비교 분석하였다. 그리고 입사유속, 스포일러의 제원 및 배치에 따른 파이프라인 주변의 수리특성(유동, 와동, 압력)과 작용력 특성을 수치적으로 분석하였다. 그 결과 1차적으로 해저파이프에 스포일러가 부착된 경우에 투영면적이 증가함으로 인하여 배후로 빠져나가는 유속이 커지고, 동시에 배후에서 발생하는 후류에 기인한 강한 와동이 발생한다. 그리고 2차적으로는 스포일러의 영향으로 상하 비대칭적인 유동 및 와동장이 발생하고, 이로 인해 비대칭적인 압력장이 형성된다. 이것은 파이프에 작용하는 힘의 비대칭성을 증가시켜 하향의 유체력을 크게 발달시킨다. 이와 같은 두 가지의 큰 원인으로 인하여 스포일러 부착형 해저파이프라인이 자가매설 되는 것으로 이해된다.

• 한국수산과학회지
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• 제34권6호
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• pp.713-719
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• 2001

본 연구에서는 입사파의 방향성효과에 의한 방파제 제두부의 파괴모드 중 파력에 의한 사면상의 피복석 (블럭)의 파괴와 기초부 세굴에 의한 파괴의 특성을 시$\cdot$공간적으로 해석하였다. 본 연 구의 각 단계별로 얻어진 중요한 결과를 정리하면 아래와 같다. 안정성에 미치는 외력인자로서 생각되는 surf similarity parameter ${\xi}_{1/3}$와 상대파고 $H_{1/3}/h_t$,를 변화시켜 방파제 제두부에서 얻어진 파괴율 $1\%$ 이하의 초기파괴한계와 $N_{s1/3}-{\xi}_{1/3}$의 초기파괴한계로부터 직각 입사하는 경우가 피해를 많이 받는 전형적인 결과를 얻었다. 사면상의 쇄파는 제두부의 안정성에 가장 큰 영향을 주었으며, 쇄파는 유속장과 더불어 제두부 중앙부 사면상의 피복석을 파괴하는 주된 외력인자인 것으로 확인되었다. 제두부의 파괴을은 전면영역에서 중복파영역의 영향을 많이 받고, 배후면에서 파고의 영향을 많이 받았다. 기초부 세굴에 의한 파괴는 장시간의 정상흐름에 의해 일어났다. 기초부 세굴은 파랑에 의해 발달된 전면의정상파 영역의 수평류가 강한 절점 부근과 제두부에서 발생하는 정상와동류의 흐름이 강한 곳에서 발달하였다 이는 입사방향에 따라 변하며, 정상와동류의 세굴이 구조물을 연행하여 일어나는 것을 세굴깊이의 시간적 변동특성으로부터 알 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권9호
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• pp.587-595
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• 2017

본 연구에서는 낙동강에서 보운영에 의한 유사이송능력에 영향을 주는 수리학적 특성변화를 분석하고, 낙동강 주요 4개 지점(낙동, 구미, 왜관, 진동)의 유량-유사량 실측값을 분석하여, 각 지점별 지수형 유량-유사량 관계식을 유도하였다. 모든 지점에서 유사이송능은 감소할 것으로 예측되었으며 실제로 4대강 사업 이후인 2013년도 실측결과 사업 이전에 비해 유사이송 능력이 확연히 감소된 것을 확인하였다. GUIDE 프로그램에서 제공하는 9개 범용 유사이송능 산정기법의 적용성을 검토하여 4개 지점별로 적용 가능한 기법을 선정, 제시하였다. 주요 9개 지류를 포함한 낙동강 전 구간에 대한 유사수지분석 결과 전체적으로 퇴적이 우세한 것으로 나타났다. 유사이송능 산정기법으로는 Engelund-Hansen 공식이 가장 작은 오차를 보였으며 이는 4개 지점별 유사이송능 산정기법 적용성 검토 결과와도 일치한다. 한편 유사수지분석이 내포하는 오차가 낙동강 9개 지류로부터 유입되는 유사량 오차보다 더 작게 나타나 낙동강의 경우 지류의 유입유사량 산정기법에 대한 정밀도 향상이 시급한 과제임을 확인하였다.

• 한국지리정보학회지
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• 제22권4호
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• pp.39-58
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• 2019

본 연구에서는 GPM 위성자료 및 분포형 강우-유출 모형 KIMSTORM2(KIneMatic wave STOrm Runoff Model2)을 이용하여 용담댐 유역(930㎢)을 대상으로 유출모의를 수행하였다. 모형의 유출해석은 2014년 08월 25일 05:00~17:00, 2017년 09월 11일 01:00~12:00, 2018년 06월 26일 23:00~06월 27일 10:00 총 3개의 집중호우 기간으로, 4가지 공간자료: (a) 7개의 지상관측소 강우를 Kriging 기법으로 공간내삽한 자료, (b) 원 GPM 자료, (c) 조건부합성(Conditional Merging, CM)으로 보정한 GPM(CM-GPM) 자료, (d) 지리적편차(Geographical Differential Analysis, GDA)로 보정한 GPM(GDA-GPM) 자료를 각각 준비하였다. 유출 보정은 유역내 3개의 수위관측지점(천천, 동향, 용담댐)을 대상으로 실시하였으며, 4가지 공간자료에 대하여 모형의 매개변수인 초기 토양수분량, 하천 Manning 조도계수, 유효투수계수를 각각 보정하였다. 보정결과는 결정계수(Determination coefficient, R²), Nash-Sutcliffe의 모형효율계수(NSE) 및 유출용적지수(Volume Conservation Index, VCI)를 산정하였다. 그 결과, 3개의 강우에 대한 Kriging, GPM, CM-GPM 및 GDA-GPM의 평균 NSE는 0.94, 0.90, 0.94, 0.94, R2는 0.96, 0.92, 0.97, 0.96, VCI는 1.03, 1.01, 1.03, 1.02로 보정되었다. R², NSE 및 VCI에 있어, CM-GPM과 GDA-GPM이 원 GPM보다 첨두유출량 및 유출용적에 있어 보다 잘 보정되었다.