• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.664-668
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• 2008

본 연구에서는 비정상상태 자유수면 모의를 위해 2차원 유한체적법을 이용한 수치모형을 개발하였으며, 이론적인 해석해 및 수리실험을 통한 실측자료를 이용하여 검증하였다. 개발된 모형은 지배방정식으로 비선형 및 보존형 2차원 천수방정식(shallow water equation)을 이용하였으며, 동적메모리 할당 기능이 포함된 Fortran-90으로 코딩되었다. 또한 구조화된 격자 및 비구조화 격자 시스템에도 적용될 수 있도록 모형을 구성하였으며, 불규칙한 하상지형에 의해 수치진동을 감소시키기 위해 본 모형에 well-balanced HLLC 기법을 적용하였다. 모형의 적용성을 검증하기 위하여 1차원의 경우 젖은/마른 하상 조건하에서의 댐 붕괴파 문제와 하상이 변화하는 지형 구간을 통과할 때 발생되는 천이류에 대한 문제 그리고 시간에 따라 변화하는 수위와 지형 조건에서의 wetting & drying에 대한 문제에 적용하였으며, 2차원의 경우 전통적인 댐 붕괴파 문제 및 구조물에 미치는 댐 붕괴파의 영향에 대한 수리모형실험을 통한 실측자료를 이용하여 검증하였다. 검증결과 본 모형을 통해 계산된 수치해는 이론적인 해석해와 실측자료에 거의 정확히 일치하였으며, 향후 실제 하천 자료를 이용하여 모형의 현장 적용성을 검증할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.67-67
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• 2011

지구 온난화 등에 의한 이상기후 현상으로 인해 야기되는 대규모 호우 등의 기상이변 현상은 댐 및 제방 붕괴와 같은 비상상황을 발생시키고 있고, 실제로 최근 10년간 태풍 등의 기상이변 현상으로 인해 낙동강의 여러 지류하천의 제방이 붕괴되는 피해가 발생했으며, 잇따른 피해들은 이 분야에 대한 종합적인 연구의 필요성을 증대시켰다. 본 연구의 목적은 이상홍수 및 국지성 호우에 의해서 하천 제방의 붕괴로 인한 제내지에서의 비상상황 발생에 대비하기 위해, 제내지에서의 범람홍수 해석결과를 통한 홍수위험지도 제작을 위한 tool로 활용함으로써 피해예상지역 내 주민 등의 신속한 대처를 통해 주민의 생명과 재산을 보호하기 위함에 있다. 이러한 하도 및 제내지에서의 범람홍수 양상을 효율적으로 계산하기 위해 실제 제방붕괴사례를 포함하는 사상에 대해 1차원 하천흐름 해석을 실시하였으며, 이를 통해 산정되는 제방붕괴 유출유량을 통해 제내지에 대한 2차원 범람홍수해석을 실시하였다. 1차원 제방붕괴 해석을 위해 FLDWAV 모형을 적용하였으며, 2차원 범람해석 모형으로 흐름의 전파양상을 정확하게 반영할 수 있는 상류이송기법인 Godunov 기법과 수치적인 계산 이전에 인접자료의 값을 이용하여 자료를 재구성하는 MUSCL(Monotone Upstream-centered Schemes for Conservation Laws) 기법을 사용하여 개발된 고정확도 유한체적모형을 적용하였다. 실제 제방붕괴 사상을 적용하기 위해 남강의 제방붕괴 사례를 고려하였으며, 2003년과 2006년에 각각 발생한 태풍 매미와 에위니아 사상에 대해 1차원 하천흐름해석 및 2차원 홍수범람해석을 실시하였다. 1차원 하천흐름해석에 대해서 하천 내에 위치한 수위표에서 관측된 실측수위를 통해 검증을 실시하였으며, 2차원 범람홍수모형에 의해 산정된 홍수범람범위는 침수흔적도를 통해 검증하였다. 본 연구에서 개발되어 적용된 2차원 범람해석 모형을 국가홍수위험지도 제작에 대해 활용할 수 있다면, 정확도 높은 통합홍수방재시스템 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.11
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• pp.971-976
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• 2018

An accurate analysis of pipeline transient is important for proper management and operation of a water distribution systems. The computational accuracy and its cost are two distinct components for unsteady flow analysis model, which can be strength and weakness of three-dimensional model and one-dimensional model, respectively. In this study, we used two-dimensional unsteady flow model with Five-Region Turbulence model (FRTM) with the implementation of interaction between liquid and air Since FRTM has an empirical component to be determined, we explored the response feature of two-dimensional flow model. The relationship between friction behaviour and the variation of undetermined parameter was configured through the comparison between numerical simulations and experimental results.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.576-580
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• 2012

하도내 수리구조물 건설과 준설로 인해 발생되는 급격한 수리특성의 변화와 편수위로 야기될 수 있는 제방의 파괴 및 침식을 검토하기 위해서는 다차원 모형의 검토가 필요하다. 본 연구에서는 HEC-RAS로 산정한 조도계수를 다차원 모형에 적용하여 수리거동을 분석하였다. 낙동강 수계에 대해 2003년, 2004년, 2006년 그리고 2007년 태풍 사상에 대해 적용하였으며 HEC-RAS 모형의 조도계수를 0.01부터 0.04까지 0.001씩 증가하여 HEC-RAS 모형에 적용하였고 부정류 흐름모의를 수행하여 RMSE와 NRMSE를 이용해 관측 값과 비교하였다. 공간단위 다차원 모형은 격자크기, 만곡도, 난류 등으로 인한 손실이 추가적으로 반영되기 때문에 선단위 1차원 모형에서 산정된 조도계수를 적용할 경우 실측 관측 수위보다 큰 값이 산정되었다. 따라서, 1차원 수치모형에 의해 산정된 조도계수를 다차원 모형에 그대로 적용할 경우 과대한 수위를 산정할 수 있기 때문에 모형 차원에 따른 별도의 보정을 수행하여 얻어진 조도계수를 적용해야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.126-126
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• 2023

최근 대한민국에서는 기후변화로 전국 각지에서 돌발성 호우와 태풍의 강도 및 발생빈도가 높아지고 있다. 이에 따라 주요 국가시설이 위치한 해안 도시의 2차원 3차원 모형을 통해 극한 조건하 침수 분석을 수행하였다. 먼저 해양수산부 "2019년 전국 심해설계파 보고서"를 기반으로 극치분포 중 Weibull 분포를 이용하여 극한 조건, 1,000년부터 1,000,000년 빈도의 재현기간의 파도 높이와 풍속을 계산하였다. 계산 결과를 SWAN(Simulating WAves Nearshore)의 입력값으로 해상에서 100m 간격의 파고 높이를 계산하였다. 이때 100m 간격으로는 방파제 지형을 정확히 해석하지 못하였기에, 상세파고 계산을 위한 Nesting 기법을 이용하여 20m 간격의 파고 결과를 도출하였고, 해안 도시 인근 해상에서 10.916m의 파고를 예측하였다. 또한, 예측된 파고를 이용해 EurOtop(2018) 매뉴얼의 경험식을 기반으로 연구 유역으로 유입되는 월류량 계산에 사용하였다. 결과로 16방위 중 SSE 방향, 1,000,000년 빈도 재현기간 조건에서 0.0306cms/m의 월파량을 예측했다. 예측된 자료를 바탕으로 2차원 침수해석은 FLO-2D 모형, 3차원 침수해석은 FLOW-3D 모형을 이용하였다. 2차원 침수해석 결과 주요 지점에서 0.18~0.33m의 침수가 예상되었고 3차원 침수해석 결과 동일한 지점에서 0.240~0.333m의 침수가 예상되었다. 모의 결과 2차원과 3차원 모형 간 침수 예측 결과가 0.3cm에서 6.1cm의 차이를 나타내어 모형 구축이 합리적으로 이뤄졌다고 판단하였으며 연구 유역에서는 침수가 예상된다는 결과를 도출하였다. 본 연구를 통해 기후변화에 따른 해안에 위치한 주요 도시지역과 국가 주요 시설물에 대한 침수해석을 실시하였고 분석결과를 생명과 재산을 보호하기 위한 대피계획 등 재난예방대책 수립에 활용할 수 있음으로 예상된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.31 no.5
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• pp.515-528
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• 1998

A quasi-two-dimensional model for simulating the flood plain flow is developed. The model consists, in general, of a multiply-connected network which combines the main channel and two-dimensional flood plain cells. The main channel flow is described by the Saint Venant equations for one-dimensional unsteady flow, and the flood plain flow by the cell continuity and river-or weir-type stage-discharge relations between flood plain cells. The implicit algorithm for unsteady flow in looped channel network is extended to incorporate the flood plain flow. To verify the performance of the model, it is applied to three test problems, and sensitivities to various model parameters are analyzed. It turns out that the present model gives more accurate result than that by Cunge (1975) as the shape of cross section becomes more complex and irregular. Not only the inundation of water from the main channel but the return flow from the flood plain is successfully simulated.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.166-166
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• 2022

본 연구의 목적은 고전적 순간단위도 모형 중의 하나인 Nash 모형의 매개변수와 하천망의 동적 Fractal 차원 사이의 관계를 체계적으로 분석하여 해당 매개변수의 수문학적 의미를 추론해 보는 것이다. Nash 모형의 경우, GIUH 이론과의 결합을 통하여 Horton 비를 기반으로 한 두 매개변수의 지형학적 추정 방법이 일찍부터 제안되어 왔다 (Rosso, 1984; Bhunya, 2008). 특히 Liu(1992)는 2차원 자유 Euclidean 공간 내에서 percolation cluster 모형의 응집구조와 유역의 배수구조 사이의 비교를 통하여 하천망의 Fractal 차원을 정적 Fractal 차원과 동적 Fractal 차원으로 구분하고 양자의 수문학적 의미에 대하여 강조한 바 있다. 본 연구에서는 문헌 조사 (Morisawa, 1962; Marani et al., 1991; Rosso et al., 1991)를 통하여 수집한 비교적 신뢰성 있는 국외 하천망들에 관한 정보를 기반으로 Nash 모형의 매개변수와 하천망의 동적 Fractal 차원 사이의 관계를 분석해 보았다. 주요한 결과로서 Nash 모형의 형상 매개변수와 하천망의 Fractal 차원 사이에는 밀접한 상관관계가 존재함을 알 수 있었으며 이를 통하여 하천망의 Fractal 차원을 이용하여 해당 매개변수를 직접 추정할 수 있는 관계식을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 분광 차원과 Nash 모형의 첨두 좌표 사이의 관계를 통하여 겉보기에서로 다른 유역들 사이에 존재할 수 있는 수문학적 상사성을 평가할 수 있는 기준의 수립 역시 본 연구과정을 통하여 제시할 수 있으로 판단된다. 후속 연구로서 국내외 다수 유역들에 대한 지형분석을 통하여 본 연구에서 얻은 결과의 보편성을 검정하고 수문학적 자료들에 대한 검증을 통하여 Nash 모형을 기반으로 한 다양한 수문학적 모형들의 개선 방안을 제시해 보고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.341-345
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• 2015

최근 기존의 SMS(Surface Modeling System) 모형에 Tuflow모듈이 추가된 형태로 새로운 버전이 출시되면서 윈도우버전에서 2차원 홍수범람모의가 가능하게 되었다. 따라서, 본 연구에서는 Tuflow모형이 추가된 SMS ver.11.2.7을 활용하여 2차원 홍수범람 분석을 실시하고 이에 따른 2012년에 발생한 실제 침수구간과의 비교를 통하여 Tuflow모형의 실제 적용성을 검토하고자 하였다. 적용대상유역은 2012년도 침수가 발생하였으며, 전제 침수 지역 21개 중 하천내 수문을 통하여 침수가 발생한 지역, 내수침수가 발생한 지역 등을 제외한 순수하게 하천의 범람으로 인한 침수구역인 2개 지역을 대상으로 하여 하천범람모형의 재현성을 검토하였다. 검토결과, 2개 지역에 대한 공간적인 홍수범람의 재현성은 침수면적으로 판단해 볼 때 우수한 것으로 판단되었으며, 침수심으로는 침수조사의 자료가 미흡한 상황으로 명확하게 판단하기는 어려운 것으로 나타났다. Mesh작성의 숙련도, GRID의 크기 등과 같은 기술적 요인과 더불어 침수흔적의 정확한 구획선의 결여 등으로 인하여 비교적 정확한 비교는 불가하였으나, 지형자료를 활용하여 2차원적 접근을 시도한 결과 침수흔적과 홍수범람의 재현성은 다소 우수한 것으로 평가할 수 있는 것으로 나타났다. 다만, 향후 보다 정확한 침수흔적이나 침수자료의 구축을 통하여 보정, 검정 등을 실시한 후 홍수범람의 재현성을 신뢰할 만한 추가적인 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.414-414
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• 2020

고전 천수방정식을 적용한 2차원 도시홍수 모델링에서는 지형의 정확한 반영을 위해 고해상도 격자가 요구되며 이는 많은 계산시간과 노력을 필요로 한다. 최근에는 다공성 천수방정식을 적용한 도시홍수해석으로 많은 계산 노력이 요구되는 도시홍수모델링의 한계를 극복한 연구가 많이 이루어지지고 있다. 이러한 연구는 도시 홍수에서 흐름이 공간적으로 변화할 때 불균일 공극이 존재하므로 격자의 크기를 다르게 하여 이러한 불균일성을 해결하고자 하는 등방성 천수모형의 적용에서 시작되었다. 하지만, 등방성 공극을 고려한 도시홍수 해석모형은 대표요소체적(REV)보다 더 큰 격자의 적용을 해야 하는 제한성을 가진다. 반면, 비등방성 공극은 대표요소체적의 적용이 필요하지 않아 불균일 공극의 크기에 관계없이 이론상으로는 동일한 해상도의 격자가 사용가능하긴 하지만, 실제 도시홍수 해석에서 중요하면서도 도전적인 연구이다. 본 연구에서는 도시홍수의 효율적 계산을 위해 비등방성 공극을 고려한 적분형 다공성 천수방정식을 기반으로 하는 2차원 도시홍수 해석모형을 개발하였다. 모형의 개발을 위해, 적용 격자내에서 도시지역의 건물이 차지하는 길이 및 면적을 산정하고 그 값을 2차원 천수방정식에 적용 가능하도록 체적공극(𝜙_j)와 면적공극(𝜓_k)을 2차원 고전 천수방정식에 추가하였다. 개발모형은 고전 천수방정식, 등방성 공극 고려(미분형 다공성) 천수방정식 및 비등방성 공극 고려(적분형 다공성) 천수방정식의 적용이 가능하여, 각 모형에 적합한 2차원 격자 생성, 각 모형의 매개변수를 보정 그리고 정확성, 효율성, 적용성이 비교 가능하다. 각 모형의 정확성과 효율성 비교를 위해 3가지의 오차 비교 (구조적 오차, 격자크기 오차, 공극 모형 오차), 계산시간 비교, 공간 변동성 검증을 위한 수심 종단형상 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1277-1281
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• 2007

1차원 수치해석망은 수위관측소와 우량관측소를 경계로 광역모형을 구성하고 HEC-RAS를 이용하여 부정류 해석을 실시하였다. 그 결과로 얻은 유량과 수위자료는 2차원 해석 모형인 RMA-2의 경계조건으로 적용하였다. 또한 수치지형도를 이용하여 2차원 격자망을 구성하고 RMA-2를 적용하여 수리특성을 분석하였다. 광역모형의 구성에 의한 HEC-RAS 부정류 해석 결과 제방설치 전과 후의 수리특성의 변화는 그리 크게 나타나지 않았다. 또한 RMA-2 해석 결과 계획홍수량 초과하는 홍수에서 대상유역에서 제방설치 전과 후의 변화는 통수단면적의 감소에 따른 빠른 흐름과 수위의 변화를 가져왔으나 그 크기는 현저하지 않음을 보여준다.