• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권4호
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• pp.314-327
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• 2019

본 연구에서는 본 연구에서는 2차원 수치모형을 적용하여 수제설치에 의한 흐름특성을 분석하고, 하도의 안정성을 평가할 수 있는 평가방법을 개발하였다. 2차원 수치모형의 결과는 관측자료와 1차원 모형의 결과와 비교하여, 그 적용성을 검토하였다. 평가 지표는 대상구간의 수리 및 지형학적 특성을 고려하여 하폭 대 수심의 비, 사행도, 하상경사, 하안 부근에서 유속, Shields number 등 5가지 항목으로 구성하였다. 낙동강의 달성보~강정고령보 구간의 수제 설치 전·후에 대해 평가지표를 적용하여 하도 안정성을 평가하였다. 평가 항목 중에서 하폭 대 수심의 비, 사행도, 하상경사는 하도의 안정성에 영향을 크게 주지 않는 것으로 평가되었다. 양안 부근에서 유속과 유사의 이동 특성을 결정하는 무차원 소류력인 Shields Number는 수제에 의하여 영향을 받으며, 수제의 수가 증가할수록 평가 값은 감소하고, 하안의 안정성은 증가하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권9호
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• pp.801-811
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• 2010

급경사에서의 고립파의 처오름을 예측하기 위해 3차원 수치모형에 내부조파기법을 도입하여 수치모형실험을 수행하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 유한차분법을 이용하여 계산하는 동수압 모형으로서, 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(spatially averaged Navier-Stokes) 방정식을 푸는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형을 사용한다. 엇갈림 격자체계에서 유한차분법을 사용하여 지배방정식을 해석하는 모형으로서 수치기법으로 Two-step projection 기법을 사용하여 SANS 방정식을 풀었으며, Poisson 방정식을Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 풀고 압력장을 계산하였다. 또한, 자유수면의 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 먼저 고립파를 3차원 공간의 일정 수심상에서 내부조파하여 해석해와 비교한 후 분산오차에 대해 분석하였다. 그리고 고립파를 내부조파하여 급경사에서의 고립파의 처오름 및 처내림 현상을 예측하고 수리모형 실험결과와 비교 및 분석하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.48-48
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• 2011

우리나라는 최근 4대강 살리기 사업의 보 건설로 인하여 하천의 수리특성이 크게 변화되고 있어 새로운 하천 환경변화가 충분히 반영된 수질오염사고 대응시스템의 구축이 필요하다. 국내 하천의 오염사고는 매년 50여건 발생하고 있으며, 2008년 김천 유화공장 화재로 인한 페놀유출사고는 이동시간의 예측오류로 취 정수장의 사전대응에 상당한 혼란이 발생되어 먹는 물 공급에 상당한 어려움이 발생되었다. 이러한 시점에서 본 연구에서는 하천의 유역환경변화를 반영하고 실시간으로 오염물질의 이동시간과 확산농도를 예측하기 위한 수질오염사고대응예측시스템을 개발하였다. 본 시스템은 평상시 4대강의 본류 및 주요 지방 1 2급 하천에 대해 수리모델을 매일 업데이트하고, 3차원 수리 수질모형인 EFDC의 독성모듈을 개선하여 예측모델로 사용하고 있으며, 최적방제방법을 선정하기 위해 상류 댐, 보, 농업용저수지 방류량 등을 분석할 수 있도록 구성되어 있다. 시스템의 예측결과는 방제기관, 취 정수장 등의 사전대응 능력을 높이는 데 기여할 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.359-359
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• 2016

본 연구에서는 최근 기후변화에 따른 가뭄으로 어려움을 겪고 있는 충청남도 서부권의 물 부족을 해결하기 위하여 금강 본류로부터 보령댐으로 일정 유량을 도수(diversion)하는 계획이 금강 본류에 미치는 수리적 영향을 검토하였으며 특히 금강 본류의 농공용수 취수에 제한을 초래할 수 도 있는 수위에 미치는 영향을 중심으로 분석하였다. 본 연구의 공간적 범위는 금강 하굿둑으로부터 하류 외해 방향으로 약 9km 지점에 위치한 금강 하구로부터 상류 방향으로는 금강 하굿둑으로부터 약 76km 지점에 위치한 공주시 반포면 검상동의 검상천 합류지점까지 총 85km에 이르는 구간에 대한 1차원 수리 모형을 구축하였으며, 시간적 범위는 보령댐으로의 도수가 갈수기에 이루어지는 것으로 가정하여 2015년 2월 1일부터 5월 31일까지 진두수위표의 시간별 유량과 8개 지천의 유입 유량, 장항검조소의 시간별 조위, 농공용수 취수시설 취수량 및 회귀수, 금강 배수갑문 운영 등을 고려하여 모형의 보정을 실시하였고, 유황분석에 따른 2016년 갈수기 예측 유량을 추정하여 보령댐으로의 도수에 따라 금강 본류 내 주요 구간의 수위에 미치는 영향을 분석하고자 하였으며, 서해안 조위에 따른 금강하굿둑 배수갑문의 운영에 직접적인 영향을 받는 배수위 구간임을 감안하여 비정상류 해석(unsteady flow analysis)을 수행하였다. 갈수기 예측 유량 추정 결과 2015년과 같은 가뭄이 지속될 경우, 2016년의 유황은 2015년 대비 21%로 분석되었으며 이는 보령댐 도수 여부에 관계없이 물 부족이 발생할 수 있는 상태인 것으로 분석되었고, 하천유지유량 정도의 유황이 유지되는 상태에서 보령댐으로 도수를 실시할 경우, 도수시 금강호 최저 수위는 각각 EL(+)0.94m와 EL(+)0.72m로 모의되어 농업용수를 비롯한 기존 취수시설 뿐만 아니라 보령댐 도수시설의 운영에도 어려움이 생길 것으로 예상되었다. 2016년 갈수기 동안 과업 대상 구간인 금강 하류부의 유황은 농업용수 취수가 본격화되기 이전인 2월에는 하천유지유량 정도의 유황을 유지하는데 별 어려움이 없지만 3월 이후농업용수 취수가 본격화되면 농업용수 취수시설이 집중된 입포수위표 ~ 금강 하굿둑 사이 구간은 하천유지유량 이하로 유량이 크게 감소할 것으로 예상되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.709-709
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• 2012

보는 하천을 횡단하는 대표적인 수공구조물로써 수위를 유지하여 각종 용수의 취수 기능 및 주운 기능을 가지고 있다. 그러나 보를 설치할 경우 상류부의 유속이 점차 감소하여 유사 퇴적이 일어나며, 흐름 정체에 따른 수질 저하 및 수위 상승의 원인을 제공한다. 이러한 보의 단점을 개선하기 위해 래버린스 보에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. Hay 등(1970) 연구에 따르면 래버린스 보의 월류능력은 동일 수두 조건에서 선형 보보다 높은 특성을 가진다. 또한 Tsang(2000) 연구에 따르면 큰 유량 및 낮은 월류고 조건에서 폭기 효율이 뛰어난 것으로 나타났다. 박호상(2009) 연구에 따르면 경사형 마루 래버린스 보가 일반형 래버린스 보의 수심유지 범위보다 더 크며, 산소전달효율도 더 높은 것으로 나타났다. 그러나 기존 보에서 발생되는 유사퇴적 및 흐름정체 등의 문제는 여전히 존재하였다. 이와 관련하여 본 연구에서는 유사의 연속성을 유지하고 흐름의 정체를 해소하는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보(현대건설, 2011)를 제안하였다(그림 1, 2 참조). 본 연구에서는 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보의 홍수안정성 및 유사연속성에 대한 효과를 3차원 수치모형(FLOW-3D)을 통해 분석하였다. 수치모의에 사용된 수로 연장은 9.25 m이고 폭은 0.82 m이며, 상류의 수심변화에 따라 수치모의를 수행하였다. 수치모의 결과 에너지 감세 효과와 상류의 수심을 유지하는 효과가 나타났다. 또한 이격된 벽체로 흐르는 유속에 의해 래버린스 보 내의 마찰속도가 증가하였다. 이러한 결과, 퇴적방지 구조를 구비한 래버린스 보가 홍수 안정성 및 유사배제에 효과가 있는 기술로써 가능성이 있는 것으로 판단된다. 향후, 수리모형실험을 통한 연구가 수행된다면 수리특성에 관한 기초자료를 통해 설계 인자가 도출될 수 있을 것이며 나아가 기술의 상용화에도 크게 기여할 수 있을 것이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권1호
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• pp.69-77
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• 2014

본 연구의 목적은 소하천 유역에 대한 홍수범람해석 모형을 비교하는 것이다. 검청천을 대상으로 1차원 수리모형인 HEC-RAS와 범람해석을 위한 HEC-GeoRAS, RAS Mapper, RiverCAD 모형을 적용하여 홍수범람해석을 수행하였다. 실측 강우량과 빈도별 홍수량을 적용하여 3가지 모형에 따른 홍수범람해석을 모의하였으며, 해석결과와 당시 조사된 침수흔적도를 비교하고 각 모형들의 빈도별, 침수심별에 따라 홍수범람면적을 비교하였다. 실측 강우량을 적용하여 해석된 홍수범람면적은 HEC-GeoRAS 모형의 결과가 침수흔적도와 비교적 유사하게 나타났다. 또한, 빈도별 설계홍수량을 적용하여 해석된 범람면적은 RAS Mapper 모형이 가장 크게 나타났으며, 3가지 모형의 전체 범람면적 차이가 10% 이내로 비교적 유사한 결과를 나타내었다. 침수심별 범람면적을 비교한 결과 침수심 2.0 m 이하 구간에서는 3가지 모형의 결과가 비교적 유사하게 나타났으며, 침수심 2.0 m 이상의 구간에서 RiverCAD 모형의 범람면적이 비교적 큰 차이를 나타내었다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제6권1호
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• pp.69-81
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• 2006

본 연구에서는 댐하류부에서 댐의 방류량에 따른 하상변동을 예측하기 위하여 SMS 모형을 사용하여 2차원 분석을 실시하였다. 용담다목적댐 하류유역인 금강 상류지역에 RMA-2 및 SED-2 모형을 이용하여 수리분석 및 유사이동을 통한 하상변동 모의를 실시한 결과 만곡수로에 대한 횡단면 침식 및 퇴적의 정량적 경향, 교각부근에서 세굴경향의 시각적 분석이 가능하였다. 만곡부인 No.176(1.4 km)지점에서는 $-102.4 mm{\sim}54.2 mm$, No. 146(7.4 km)지점에서는 $-104.1 mm{\sim}28.9 mm$ 정도의 한 횡단면 내에서 침식과 퇴적의 차이가 발생하였고, 직선수로의 감동교(No.164+100)에서는 비교적 균일한 침식이 발생했으나, 만곡수로에 위치한 덤덜교(No.146+50)에서는 만곡의 영향으로 우측의 침식이 활발한 것을 모의 할 수 있었다. 홍수시 댐방류량에 대한 하류부의 대책 수립에 있어서 만곡수로, 교량, 지류합류지점과 같은 1차원 분석으로는 미흡한 취약지구에 대해 2차원적인 분석을 실시하는 것이 타당하다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.237-241
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• 2006

최근에 들어 도시지역에서는 국지성 집중호우에 의한 홍수피해가 증가하는 경향이 있으며, 우수설비 시스템이 비교적 갖추어진 개발 지역에서도 기존의 우수설비시스템의 용량이 초과되어 큰 침수피해가 발생하고 있다. 홍수규모가 배수시스템의 용량을 초과할 경우 건물, 공공기반시설 등 재산 및 인명 등에 있어 많은 피해를 야기하고 있으며, 도로의 침수는 운송 시스템의 기능에 문제를 일으키게 되어 도시의 산업과 기능을 마비시킨다. 이러한 도시지역 홍수에 대비하여 도시지역의 복잡한 지형 형상과 인위적 배수시스템을 함께 고려하여 해석할 수 있는 침수해석모형의 개발이 필요하다. MOUSE와 SWMM(Storm Water Management Model) 계열 모형들(EPA SWMM, MIKE SWMM, XP SWMM, PC SWMM)(Huber and Dickinson, 1988)은 도시유출해석에 많이 이용되고 있다. 그러나, 이들 모형들은 과부하된 유입구에서의 범람되는 홍수유량곡선만을 제공하며 지표면 범람 지역, 수심, 및 침수기간에 대한 상세한 정보를 제공하지 못한다. 따라서, 도시배수체계모형과 도시침수모형에 대해 상호연계를 수행할 수 있는 새로운 도시범람 모형이 도시지역에서 홍수로 인한 침수해석을 모의하는데 필요하다. 배수시스템 해석 모형의 계산결과를 이용하여 침수해석을 수행하는 연계모형의 경우 침수초기 월류지점으로부터의 침수진행과정을 잘 모의할 수 있다. 그러나, 지형의 기복이 있는 유역에서 배수시스템을 통한 지표침수유량의 배수과정을 고려하지 못함으로 인하여, 월류발생이 끝난 후 일부지점이 계속 침수된 채 있게 된다. 이러한 연계모형의 한계로 인하여 두 모형의 통합모형이 필요하다. 즉, 강우 혹은 월류유량으로 발생한 지표유량 중 일부분이 과부하가 발생하지 않는 유입구 지점을 통과할 때 배수시스템으로 유입되는 것을 고려할 수 있고, 유입된 유량은 배수시스템 내의 흐름에 반영되도록 배수시스템과 침수해석모형을 통합한 모형 개발이 필요하다. 그러기 위해서는 지표면과 배수시스템에 대한 수리학적 관계를 정립하여야 한다. 본 연구에서는 배수시스템 해석 모형과 도시침수해석 모형을 통합하고, 두 모형간의 유량의 전송과정을 수리학적 관계를 고려한 dual-drainage 도시침수해석모형을 개발하였다. 이를 위해 도시지역 배수시스템 해석 모형으로 널리 이용되고 있는 SWMM모형을 이용하여 지표면으로의 월류량을 산정하고 유입된 지표유량에 대해서 배수시스템에서의 흐름해석을 수행하였다. 그리고, 침수해석을 위해서는 2차원 침수해석을 위한 DEM기반 침수해석모형을 개발하였고, 건물의 영향을 고려할 수 있도록 구성하였다. 본 연구결과 지표류 유출 해석의 물리적 특성을 잘 반영하며, 도시지역의 복잡한 배수시스템 해석모형과 지표범람 모형을 통합한 모형 개발로 인해 더욱 정교한 도시지역에서의 홍수 범람 해석을 실시할 수 있을 것으로 판단된다. 본 모형의 개발로 침수상황의 시간별 진행과정을 분석함으로써 도시홍수에 대한 침수위험 지점 파악 및 주민대피지도 구축 등에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.119-128
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• 2015

본 연구에서는 파일지지식 소파방파제의 파압특성을 2차원 수리모형실험을 통해 분석하였다. 단일 유공벽 및 이중 유공벽을 가진 모형체를 통해 실험을 수행하였으며, 측정된 파압결과는 Goda 파압과 비교분석하였다. 단일 유수실의 경우, 측정된 최대파압이 Goda 파압과 비교하여 전면벽의 경우 25%, 후면벽의 경우 30%가 감소하였다. 이중 유수실의 경우에는 최대파압이 Goda 파압대비 전면벽 27%, 중간벽 53%, 후면벽 64% 감소한 것을 알 수 있다. 이로부터 이중 유공벽을 가진 소파방파제가 단일 유공벽의 경우와 비교하여 파압이 현저히 감소하는 것을 알 수 있었으며, 이는 유공 1실과 2실의 횡슬릿의 유공벽을 통과하면서 발생하는 파랑에너지의 소산으로 인해 후면벽에 작용하는 파압의 크기가 작아졌기 때문으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권1호
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• pp.58-68
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• 2019

본 연구는 저수로 물길 복원 조성을 통한 복원이 어류 서식처에 미치는 영향을 파악하기 위하여 원주천을 대상으로 물리서식처 분석을 수행하였다. 대상 어종은 원주천 중 상류에 서식하는 우점종인 참갈겨니를 대상으로 하였다. 흐름 분석은 2차원 모형인 River2D 모형을 사용하였으며, 서식처 분석은 서식처 적합도 곡선을 이용하여 서식처의 양과 질을 산정하는 서식처 적합도 모형을 사용하였다. 먼저 저수로 복원을 위하여 대상 구간의 강턱유량을 통하여 저수로 물길을 확인하고, 이를 통해 수리학적으로 유리한 저수로 단면을 설계하였다. 또한, 저수로 구간에 거석, 여울/소 구조, 그리고 단면 확폭을 통하여 다양한 복원기법을 적용하였다. 그 결과 수리학적으로 유리한 저수로 물길 복원 조성의 경우 현상태의 하폭보다 감소하였기 때문에 서식처가 악화되는 것으로 나타났다. 그러나 다양한 복원 기법을 적용하였을 때 서식처는 약 11% 정도 향상되는 것으로 나타났다.