• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.363-363
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• 2021

수자원설계 및 계획 시 제한된 강우자료로 인해 나타나는 한계를 개선하기 위한 목적으로 추계학적 강수모의 모형을 활용한다. 대표적인 추계학적 강수모형으로 Bartlett-Lewis Rectangular Pulse Modified Model(BLPRM)과 Neyman-Scott Rectangular Pulse Model(NSRPM) 등이 활용되고 있으며, 관측강수량의 통계적 모멘트를 재현할 수 있도록 모형 매개변수를 최적화하는 과정이 필수적으로 요구된다. 기본적으로 모형 매개변수들의 조합을 통해 추정되는 통계적 모멘트와 관측값의 통계적 모멘트를 반복적으로 비교하면서 최적 매개변수를 추정하게 된다. 그러나 상대적으로 적은 관측값을 이용하여 매개변수를 추정하기 때문에, 매개변수 추정이 어려울 뿐만 아니라 매개변수의 불확실성도 큰 특징을 가지고 있다. 모형 매개변수 추정과정에서 다양한 목적함수가 활용되고 있으나, 고려되는 통계적 모멘트가 평균 및 분산 등 2차 모멘트에 제한되고 있어 극치강수량에 대한 재현성은 상대적으로 부족한 부분이 있다. 본 연구에서는 3차 모멘트를 포함한 목적함수를 활용하여 NSRP모형 매개변수를 추정하고, 기존 2차 모멘트를 이용한 매개변수 접근방법과 극치강수량 재현 측면에서 비교를 수행하였다. 최종적으로 유역 단위에서 극치강수량 재현효과를 평가하기 위해서는 면적강수량 추정이 매우 중요하며, 본 연구에서는 이러한 점을 감안하여 강우 지점 간의 상관성을 유지하면서 강우모의가 가능한 다지점 NSRP 모형과 연계하여 극치강우 재현 가능성을 평가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.434-434
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• 2011

가뭄은 홍수와는 달라서 정확한 발생시점, 지속시간, 피해반경 등을 정의하기 어렵다. 가뭄은 가뭄지수를 통해서 정의되며 정해진 지속시간에 따라서 가뭄의 특성을 평가하는 것이 일반적이다. 이러한 가뭄의 심도를 평가하기 위해서 많이 사용되는 지수로 표준강수지수(standardized precipitation index)가 있다. 본 연구에서는 6개월 지속시간에 SPI 지수를 대상으로 연구를 수행하였다. 최근 가뭄연구에서 시공간적 거동을 평가하는 연구가 중요한 연구주제로 자리 잡고 있다. 가뭄은 홍수와는 달리 공간적으로 전이되는 특성을 가지고 있어서 가뭄의 시작점과 영역반경을 평가하는 것은 가뭄을 예측하는데 있어서 기본적으로 선결되어야 한다. 그러나 상대적으로 가뭄의 시공간적 분석 연구는 많이 진행되지 않았다. 본 연구에서는 질량모멘트 개념을 도입하여 가뭄의 중심과 영역을 평가하는 기법을 개발하였다. 가뭄의 중심(centroid)은 1차모멘트를 통해서 추정되며 가뭄의 영역은 2차모멘트 즉, x방향의 공분산, y방향의 공분산, xy의 공분산을 통해서 타원(ellipse)형태로 수치적 접근이 가능하다. 다음 그림과 같이 가뭄의 중심을 1차모멘트로 추정하게 되면 +형태로 표시될 수 있으며 분산을 타원체로 표현하여 가뭄의 영역을 정의할 수 있다. 1, 2차모멘트를 추정하는데 있어서 Threshold 로 -2.0 이하의 값만을 이용하였으며 각 격자별 SPI 강도를 가중인자로 이용하였다. 그림과 같이 가뭄이 서해안에서 시작되어 시간에 따라 중동부로 퍼져나가는 것을 정량적으로 확인할 수 있다. 본 모형을 통해서 추출된 1, 2차 모멘트 정보를 활용하여 가뭄의 특성을 범주화하고 이를 기상학적 특성과 연결시키면 기상특성을 고려한 가뭄 예측모형으로의 개발도 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.396-396
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• 2011

본 연구에서는 레이더 강수량 자료를 대상으로 예측모형을 구축하기에 앞서서 강수장이 가지는 특징을 활용한 Tracking 기법을 개발하고자 한다. Tracking 기법이라 함은 시간에 따라 움직이는 강수장을 추적하는 개념이다. 최근에 태풍, Hurricane 등의 경로를 추정하기 위한 방법으로 국외를 중심으로 연구가 시작되고 있다. 본 연구에서 제안하는 방법론은 모멘트 개념을 중심으로 강수장으로부터 1차모멘트와 2차모멘트를 추정함으로써 강수장의 중심, 강수장의 이동 방향, 강수장의 폭 등 다양한 정보를 유도할 수 있다. 일단 이러한 정보들이 유도되면 이를 통해 강수장의 특성을 범주화 시킬 수 있으며 이를 예측 모델과 연결시킬 수 있을 것으로 판단된다. 격자형태의 레이더강수량으로부터 1, 2차모멘트를 추정하기 위한 식은 다음과 같다. 모멘트 추정을 통해 총 5 개의 속성을 추출할 수 있다. 즉, 위경도상의 도심과 방향의 공분산, y방향의 공분산, xy의 공분산 등을 이용하여 다음 그림과 같이 강수의 중심과 강수장의 형태를 수치적으로 추정할 수 있다. 강수장의 형태는 공분산으로부터 추정하여 타원체로 나타내었다. 이러한 과정을 통해 강수장의 중심과 모양의 Tracking이 가능하며 이를 활용한 예측모형의 개발이 가능할 것으로 판단된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.17 no.6
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• pp.1596-1608
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• 1993

Low Reynolds number second moment turbulence model which be applicable to the fine gird near the wall region was developed. In this model, turbulence model coefficients in the pressure strain model of the Reynolds stress equation was expressed as functions of turbulence Reynolds number $R_{t}\equivk^{2}/(\nu\varepsilon)).$ In the derivation procedure of the present low Reynolds number algebraic stress model, Laufer's near wall experimental data on Reynolds stresses were curve fitted as functions of R$_{t}$ and the resulting simultaneous equations of the model coefficients were solved by using the boundary conditions at wall and high Reynolds number limiting conditions. Predicted Reynolds stresses and dissipation rate of turbulent kinetic energy etc. in the 2 dimensional parallel, plane channel flow and pipe flow were compared with the preditions obtained by employing the Launder-Shima model, standard algebraic stress model and several experimental data. Results show that all the Reynolds stresses and dissipation rate of turbulent kinetic energy predicted by the present low Reynolds number algebraic stress model agree better with the experimental data than those predicted by other algebraic stress models.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.7
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• pp.545-556
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• 2022

It is recommended to use long-term hydrometeorological data for more than the service life of the hydraulic structures and water resource planning. For the purpose of expanding rainfall data, stochastic simulation models, such as Modified Bartlett-Lewis Rectangular Pulse (BLRP) and Neyman-Scott Rectangular Pulse (NSRP) models, have been widely used. The optimal parameters of the model can be estimated by repeatedly comparing the statistical moments defined through a combination of parameters of the probability distribution in the optimization context. However, parameter estimation using relatively small observed rainfall statistics corresponds to an ill-posed problem, leading to an increase in uncertainty in the parameter estimation process. In addition, as shown in previous studies, extreme values are underestimated because objective functions are typically defined by the first and second statistical moments (i.e., mean and variance). In this regard, this study estimated the parameters of the NSRP model using the objective function with the third moment and compared it with the existing approach based on the first and second moments in terms of estimation of extreme rainfall. It was found that the first and second moments did not show a significant difference depending on whether or not the skewness was considered in the objective function. However, the proposed model showed significantly improved performance in terms of estimation of design rainfalls.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.18 no.5
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• pp.1203-1217
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• 1994

In the present study, in order to analyze a turbulent flow in a square sectiond 180.deg. bend, Kim's low Reynolds number second moment turbulence closure is adopted. In this model, turbulence model constants in the wall region are modified as functions of turbulent Reynolds number by use of near wall turbulent universal properties based on Laufer's experimental results of Reynolds stress distriburions. Algebraic stress model and Reynolds stress equation model are used to verify the low Reynolds number second moment closure. The application of the present low Reynolds number algebraic stress model to the prediction of a square sectioned 180.deg. bend flow gives improved velocities and Reynolds stresses profiles compared with those obtained by using the van Driest mixing length model and present low Reynolds number Reynolds stress equation model.

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.19 no.12
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• pp.831-841
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• 2007

This work is to extend the elliptic operator, which has been already adopted in turbulent stress model, to fully developed turbulent buoyant channel flows with changing the orientation of the buoyancy vector to be perpendicular to the channel walls. The turbulent heat flux models based on the elliptic concept are employed and closely linked to the elliptic blending second moment closure which is used for the prediction of Reynolds stresses. In order to reflect the stable or unstable stratification conditions, the present model introduces the gradient Richardson number into the thermal to mechanical time scale ratio and model coefficients. The present model has been applied for the computation of stably and unstably stratified turbulent channel flows and the prediction results are directly compared to the DNS data.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.17 no.12
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• pp.3196-3207
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• 1993

A second moment turbulent closure for the turbulent heat flux near a wall is developed by modification of model constants in pressure interaction term as the variables of the turbulent Reynolds number using the universal properties of turbulent heat flux near the wall. The present model shows that model constant for the wall reflection term in pressure interaction is most important in modelling of the near wall heat flux. Fully developed pipe flows with constant wall heat flux are tested to validate the proposed model. In most of calculation region, the predicted turbulent properties agree better with the experimetal data than the results from standard algebraic heat flux model which use the uniform model constants.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.33 no.6
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• pp.2255-2265
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• 2013

This study presents the width function-based Clark model. To this end, rescaled width function with distinction between hillslope and channel velocity is used as time-area curve and then it is routed through linear storage within the framework of not finite difference scheme used in original Clark model but analytical expression of linear storage routing. There are three parameters focused in this study: storage coefficient, hillslope velocity and channel velocity. SCE-UA, one of the popular global optimization methods, is applied to estimate them. The shapes of resulting IUHs from this study are evaluated in terms of the three statistical moments of hydrologic response functions: mean, variance and the third moment about the center of IUH. The correlation coefficients to the three statistical moments simulated in this study against these of observed hydrographs were estimated at 0.995 for the mean, 0.993 for the variance and 0.983 for the third moment about the center of IUH. The shape of resulting IUHs from this study give rise to satisfactory simulation results in terms of the mean and variance. But the third moment about the center of IUH tend to be overestimated. Clark model proposed in this study is superior to the one only taking into account mean and variance of IUH with respect to skewness, peak discharge and peak time of runoff hydrograph. From this result it is confirmed that the method suggested in this study is useful tool to reflect the heterogeneity of drainage path and hydrodynamic parameters. The variation of statistical moments of IUH are mainly influenced by storage coefficient and in turn the effect of channel velocity is greater than the one of hillslope velocity. Therefore storage coefficient and channel velocity are the crucial factors in shaping the form of IUH and should be considered carefully to apply Clark model proposed in this study.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.24 no.4
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• pp.578-588
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• 2000

A low-Reynolds-number second moment turbulence closure is improved with the aid of DNS data. For the model coefficients of pressure-strain terms, we adopted Shima's model with some modification. Shin and Choi's new dissipation-rate equation is employed to simulate accurately the turbulence energy dissipation rate distribution in the near wall sublayer. The results of computations are compared with DNS, LES data and experimental data for turbulent plane channel flow with rotation about spanwise axis. The present second moment closure achieves a level of agreement similar to that for the non-rotating. In particular, it accurately captures the distribution of turbulence energy dissipation rate in the near wall region.