• Applied Biological Chemistry
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• 제43권2호
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• pp.116-123
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• 2000

작물이 자라는 토양에서 점적 관개에 의해 일어나는 토양 수분의 분포와 이동을 3차원 직교 좌표계로 예측할 수 있는 수학적 모델을 개발하였다. 모델은 지면 증발과 증산을 고려하였으며, 이들의 계절적 현화와 하루 중의 시간변화 뿐 아니라 작물 뿌리의 성장 및 뿌리의 토양 중 분포형태도 고려하였다. 모델의 해는 block centered grid system등을 적용하여 Crank-Nicolson법과 Gauss-Seidel 반복법을 사용하여 구하였다. 모델은 실험을 통해 검증하였으며, 점적 관개의 특성을 알기 위하여 모델을 이용한 컴퓨터 모사를 실시하였고, 본 연구의 조건으로부터 다음의 결과를 얻었다. (1) 관수된 물은 점적기에서 멀어짐에 따라 그 유속이 크게 감소하였고, 관수 시간이 증가함에 따라 습윤구역의 크기가 증가하는 속도도 급격히 감소하였다. (2) 1점 관수의 경우 습윤구역은 수평 방향보다는 수직 방향으로 더 깊이까지 도달하였다. (3) 본 연구조건에서 물이용 효율은 지하 25cm지점의 4점 관수가 가장 좋았으며, 지표면 1점 관수보다 증산량은 10% 증가, 지면 증발량은 20% 감소하였다. (4) disk tension infiltrometer에 의한 토양의 수분보유도 함수는 토양수분 압출에 의한 젖음 곡선과는 상당한 차이를 나타내는 것도 알 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권spc1호
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• pp.1059-1069
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• 2023

댐붕괴흐름은 댐이 갑자기 붕괴하여 제어가 어려운 상태의 고속흐름이 방출되는 현상이다. 이 연구에서는 3차원의 댐붕괴흐름을 모의하기 위해 OpenFOAM을 사용하여 층류 및 난류 모델을 적용하고 그 결과를 비교하였다. 난류 모의를 위해 레이놀즈 평균 나비에-스토크스 (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 모델, 구체적으로 k-ε 모델을 사용하였다. 수리모형실험과 함께 수정된 다층 블록 장애물 시나리오를 대상으로 두 가지 모델을 평가하였다. 두 모델 모두 댐붕괴흐름을 효과적으로 재현하였으며, 난류 모델은 흐름의 변동성을 감소시키는 역할을 보여줬다. 그러나 난류 모델에서의 과도한 에너지소산은 수위를 과소 평가하게 하는 것으로 나타났다. 수치기법 및 격자 해상도를 개선하여 적용한 결과 흐름재현성이 향상되었는데 이는 특히 구조물 근처의 난류흐름에서 두드러졌다. 모델 안정성의 경우 난류모델의 사용여부보다는 수치기법 및 격자 해상도의 개선에 더 크게 영향을 받았다. k-ε 모델에 내재된 시간평균처리의 특성은 불연속성과 불안정성이 두드러진 댐붕괴흐름을 재현하는 데 한계가 있음을 나타냈다. RANS 모델을 포함한 난류모의는 방대한 계산자원이 필요하지만, 층류 모델과 비교하여 성능 향상이 제한적이었다. 댐붕괴흐름을 정확히 재현하기 위해 LES (Large Eddy Simulation) 및 DNS (Direct Numerical Simulation)과 같은 고급 난류 모델의 사용이 권장되며, 이를 위해서는 미세한 공간 및 시간 스케일의 구성이 필수적이다. 이 연구를 통해 댐붕괴흐름을 모의할 때 기본적으로 사용할 수 있는 주요 접근법과 적용가능성을 측정하였으며, 구조물 근처에서 난류흐름에 대한 정확한 표현의 중요성을 강조할 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.20-26
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• 2019

강이나 하천 폭 전체에 걸쳐 수리구조물을 설치하는 경우에는 대개 하상보호공을 설치한다. 하지만 하상보호공직하류부에 있는 하천하상이 상류부의 흐름영향으로 인해서 유실되는 국부세굴현상이 발생한다. 이와 같은 국부세굴은 흐름방향 경계지점의 흐름 및 난류특성과 하상토의 재질 등에 지배적이며, 시간의 경과에 따라서 점차적으로 위험할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이동상 모형실험을 통해 분석된 시간변화에 따른 하상보호공 하류부 국부세굴공 내부의 난류성분을 3차원 수치해석모형인 OpenFOAM의 적용결과와 비교하고 국부세굴공발달의 주요인자라고 알려져 있는 수심 적분된 상대난류강도 값의 흐름방향별 분포를 분석하였다. 또한 이 결과와 함께 하상전단응력 및 Shields parameter와 비교하여 세굴공의 안정화에 대하여 분석하였으며 추가적으로 초기 난류유입조건을 변화시켜 그 결과를 비교하였다. 그 결과 세굴공의 최대발생깊이는 유속의 크기보다는 오히려 수심 적분된 상대난류강도의 크기에 따라 지배적으로 발달하는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과를 통해서 향후 하상보호공 하류부에서 발생 가능한 국부세굴공을 저감하거나 방지하기 위해서는 수심 적분된 상대난류강도를 조절할 수 있는 설계나 시공 혹은 수문조절이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.61-75
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• 2021

최근 기후변화로 인해 강우강도 및 빈도의 증가에 따른 집중호우의 영향 및 기존 여수로의 노후화에 대비하여 홍수 시 하류 하천의 영향을 최소화할 수 있는 보조 여수로 활용방안 구축이 필요한 실정이다. 이를 위해, 수리모형 실험 및 수치모형 실험을 통하여 보조 여수로 운영에 따른 흐름특성 변화 검토에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 대부분의 연구는 여수로에서의 흐름특성 및 기능성에 대한 검토를 수행하였을 뿐 보조 여수로의 활용방안에 따른 하류하천 영향 검토 및 호안 안정성 검토에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 기존 여수로 및 보조 여수로 방류 조건에 따른 하류영향 분석 및 호안 안정성 측면에서 최적 방류 시나리오 검토를 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 사용하여 검토하였다. 또한 FLOW-3D 수치모의 수행을 통한 유속, 수위 결과와 소류력 산정 결과를 호안 설계허용 기준과 비교하였다. 수문 완전 개도 조건으로 가정하고 계획홍수량 유입 시 다양한 보조 여수로 활용방안에 대하여 수치모의를 수행한 결과, 보조 여수로 단독 운영 시 기존 여수로 단독운영에 비하여 최대유속 및 최대 수위의 감소효과를 확인하였다. 다만 계획홍수량의 45% 이하 방류 조건에서 대안부의 호안 안정성을 확보하였고 해당 방류량 초과 경우에는 처오름 현상이 발생하여 월류에 대한 위험성 증가를 확인하였다. 따라서 기존 여수로와의 동시 운영 방안 도출이 중요하다고 판단하였다. 여수로의 배분 비율 및 총 허용 방류량에 대하여 검토한 결과 보조 여수로의 방류량이 기존 여수로의 방류량보다 큰 경우 하류하천의 흐름이 중심으로 집중되어 대안부의 유속 저감 및 수위 감소를 확인하였고, 계획 홍수량의 77% 이하의 조건에서 호안의 허용 유속 및 허용 소류력 조건을 만족하였다. 이를 통하여 본 연구에서 제안한 보조 여수로 활용방안으로는 기존 여수로와 동시 운영 시 총 방류량에 대하여 보조 여수로의 배분량이 기존 여수로의 배분량보다 크게 설정하는 것이 하류하천의 영향을 최소화 할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 본 연구는 여수로 방류에 따른 대안부에서의 영향에 대해서만 검토하였고 수문 전면 개도 조건에서 검토하였다는 한계점은 분명히 있다. 이에 향후에는 다양한 수문 개도 조건 및 방류 시나리오를 적용 및 검토한다면 보다 효율적이고, 효과적인 보조 여수로 활용방안을 도출이 가능할 것으로 기대 된다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.47-60
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• 2021

최근 기후변동성으로 인하여 집중호우의 발생빈도 및 강우강도 증가로 노후화된 여수로 바닥슬래브 표면에서의 손상이 발생하여 잦은 보수·보강이 필요한 실정이다. 이를 위해 현장조사, 수리모형 실험 및 수치모형 실험을 통하여 여수로 방류에 따른 손상발생 원인 검토에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 대부분의 연구는 일반적으로 여수로의 흐름특성 및 압력분포에 대한 검토를 수행하였을 뿐 손상의 근본적인 발생원인 규명에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 여수로 바닥슬래브 손상발생 원인을 도출하기 위해 공동침식 및 수력잭킹(hydraulic jacking)으로 인한 콘크리트 탈락관점에서 3차원 수치모형인 FLOW-3D와 COMSOL Multiphysics를 사용하여 검토하였다. 또한 공동지수를 산정하고 압력분포로 인하여 구조물이 받는 응력과 콘크리트의 인장·굽힘강도를 비교하여 공동침식 및 수력잭킹으로 인한 콘크리트 탈락 발생 가능성을 확인하였다. 수문 완전개도 조건에서 여수로 방류에 따른 공동침식 및 수력잭킹에 대하여 수치모의를 수행한 결과, 여수로 하류부에서 공동지수가 0.3 미만으로 공동침식 발생 가능성을 확인하였고, 공동부 및 균열부에서 압력분포에 따라 콘크리트가 받는 응력은 4.6~5.0 MPa로 콘크리트 인장강도와 굽힘강도와 비교를 통하여 지속적인 압력변동으로 인한 콘크리트의 피로파괴 또는 휨파괴 가능성을 확인하였다. 따라서 여수로 고유속 흐름에 의한 공동 현상 및 수력잭킹이 여수로 바닥슬래브 손상발생의 다양한 원인 중 하나로 판단하였다. 그러나 본 연구는 다양한 형상 조건 및 방류 시나리오를 적용하고 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure Interaction, FSI)모의를 수행하지 못하였다는 한계점이 있다. 이에 향후에는 한계점을 보완하여 검토한다면 보다 효율적이고 효과적인 여수로 유지관리 방안 도출이 가능할 것으로 기대한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권12호
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• pp.1023-1035
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• 2015

본 연구에서는 해수-담수-해안대수층의 비선형 상호작용을 직접 해석할 있는 PBM(Porous Body Model) 기반의 3차원 N-S Solver인 LES-WASS-3D ver 2.0을 적용하며, 해안대수층의 해수침투모의를 수행하였다. 이와 같은 N-S Solver를 적용한 해안대수층의 해수침투모의는 국내 최초 수행되는 것일 뿐만 아니라, 국외적으로도 찾아보기 어려운 새로운 수치해석방법이라고 할 수 있다. 먼저 적용하는 수치모델을 검증하기 위하여 해안대수층의 해수-담수 경계면에 관한 수리모형실험결과와 비교 검토하여 수치모델의 타당성 및 유효성을 확인하였다. 그리고 해수위 및 지하수위 변화를 고려한 해안대수층 내의 해수침투모의를 수행하여 해수위-지하수위 차와 해수위의 비(${\Delta}h/h$)의 증가에 따른 해안대수층 내의 유동장 그리고 해수-담수 경계면 분포 특성에 관하여 논의하였다. 또한 기존의 비확산 수치모델에서 도출할 수 없었던, ${\Delta}h/h$에 따른 해안대수층 내의 연직 염분농도로 부터 해수침투 특성을 파악하였으며, 최종적으로 지표화 할 수 있는 ${\Delta}h/h$가 해안대수층 내의 해수침투거리에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 이 결과로부터 ${\Delta}h/h$가 작을수록 해안대수층 내의 해수침투가 약해지는 메커니즘을 이해할 수 있었다.