• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
• /
• v.22 no.2
• /
• pp.363-373
• /
• 2000

It is necessary to employ the interpolation technique to resolve problems, which are associated with the characteristic locus in time-distance space, in the unsteady analysis of pipe flow. Various interpolation methods such as linear timeline interpolation, linear spaceline interpolation, wave speed adjustment, cubic spaceline interpolation and cubic timeline interpolation have been suggested and tested to investigate the interpolation error. Performance of various interpolation techniques was evaluated both a single pipeline and a complex one. The range of error was calculated as the courant number varied between 0 and 1 in a single pipeline. Reorganization of computational element and proper selection of interpolation method are found to be prerequisites for the effective computation of unsteady analysis.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2020.06a
• /
• pp.207-207
• /
• 2020

하천으로 유입된 오염물질의 거동을 정확하게 예측하는 것은 하천 시스템의 수질 유지관리에 매우 중요하다. 본 연구에서는 1차 감쇠율(decay rate)을 가진 비보존성 오염물의 비정상 이송해석 방정식의 해를 위해 유한체적기법이 개발되어졌다. 하천 흐름 해석을 위해 자연형 단면에서의 마름-젖음 해석이 가능한 기법이 도입되었다. 이 기법은 2차-정도의 정확성와 Courant 수가 1 까지 안정함을 보장한다. 도입된 기법은 Godnov 형의 유한체적기법을 이용하여 St. Venant 방정식들을 해석하였고 질량 및 운동량 플럭스는 Roe 형의 Riemann Solver 를 사용하여 연산하였다. 오염물의 이송 해석은 추가적인 이송-확산 방정식을 도입을 통해 기존의 St. Venant 방정식과 함께 풀려질 수 있다. 추가된 방정식과 St. Venant 식은 3×3 eigenstructure를 구성하였고 이는 2차원 흐름해석 기법과 유사하게 해석될 수 있었다. 본 연구 모형의 검증을 위해 오염물의 계속적 주입을 가정한 가상 및 실제 하천에 적용되었다. 연구된 기법은 모든 적용에서 합리적 정확도를 가지고 오염물질의 연속적인 특성을 잘 모의하고 있었다.

• Water for future
• /
• v.27 no.4
• /
• pp.123-133
• /
• 1994

The kinematic and diffusion models using simplified momentum equations of the full dynamic equation have been frequently used for numerical flow simulations, because they have several computational advantages compared to the full dynamic model. In this paper, the more generally acceptable application ranges of the kinematic and diffusion finite difference models were investigated based on three major parameters, which are channel bed slopes So, dimensionless depth increasing numbers Gw at upstream boundary and Froude numbers Fr. The applicable ranges were obtained by comparing the relative magnitudes of the local acceleration, convective acceleration, pressure, gravity and friction terms in the full dynamic equation. In the simulations, a Courant number of 0.5 was used and the channel bed slopes were changed from 0.00001 to 0.05. Also, Froude numbers of 0.1, 0.5 and 0.9 were employed. In this paper, it is indicated that the applicable ranges of kinematic models are increased with increasing of Froude numbers. However, the applicable ranges of diffusion models are decreased with increasing of Froude numbers. Finally, 9 figures were proposed as a guideline in the application of kinematic and diffusion finite difference models based upon the allowable deviation compared to the full dynamic model. With applying the proposed criteria, it is expected that the flow simulations in the channels, streams or rivers are more efficiently achieved.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.50 no.1
• /
• pp.55-64
• /
• 2017

This study presents a numerical model for simulating turbidity currents using the ULTIMATE scheme. For this, the layer-averaged model is used. The model is applied to laboratory experiments, where the flume is composed of sloping and flat parts, and the characteristics of propagating turbidity currents are investigated. Due to the universal limiter of the ULTIMATE scheme, the frontal part of the turbidity currents at a sharp gradient without numerical oscillations is computed. Simulated turbidity currents propagate super-critically to the end of the flume, and internal hydraulic jumps occur at the break-in-slope after being affected by the downstream boundary. It is found that the hydraulic jumps are computed without numerical oscillations if Courant number is less than 1. In addition, factors that affect propagation velocity of turbidity currents is studied. The particle size less than $9{\mu}m$ does not affect propagation velocity but the buoyancy flux affects clearly. Finally, it is found that the numerical model computes the bed elevation change due to turbidity currents properly. Specifically, a discontinuity in the bed elevation, arisen from the hydraulic jumps and resulting difference in sediment entrainment, is observed.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• v.26 no.4
• /
• pp.562-569
• /
• 1994

In this study improvement of transient analysis model, KOTRAC, for the passive reactor has been performed. In the KOTRAC, mixture drift flux model is adopted to simulate thermal hydraulic behavior, which can simulate ECCS injection in the passive plant. However, there is a difficulty to handle complete phase separation phenomena due to the near-zero density, which may occur in the pressurizer surge line or horizontal flow paths. In this study, a couple of model changes to over-come Courant limit feilure has been examined. One of key features is to substitute flow distribution parameters with Ishii's correlation. Corrected results are nil compared to those of RELAP/MOD3 analysis.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.387-387
• /
• 2015

최근 기후변화에 따른 국지성 집중호우 및 돌발홍수 증가로 도심지역에 많은 침수 피해가 발생하고 있다. 본 연구는 이러한 내외수에 영향을 받는 도시 중소하천의 침수 저감을 위하여 침수 예측모형에 적용 가능한 수리학적 계산모형을 개발하는 것이다. 일반적으로 자연하천은 수지형 수계가 대부분이며, 도시 우수관로와 관계배수 시스템 등은 폐합형 수계에 포함되어 수지형 계산모형으로는 도시 중소하천의 유출 모의를 할 수 없다. 폐합형 수계의 계산모형은 수지형에 비해 복잡하지만, 적용대상 수계가 폐합형이 아닌 경우에도 합류점의 유입량을 처리하기가 편리하고, 역방향의 월류 흐름이 존재하는 감조하천에서의 월류 흐름 모의가 가능한 장점을 갖고 있어 도시 내배수 시스템은 물론 자연하천에도 적용 할 수 있다. 본 모형은 절점, 수로 및 계산점으로 구성되는데 동력학적 방법인 1차원 Saint-Venant의 연속 방정식과 운동량 방정식에 수치해법을 이용하여 구하고자 하는 시간과 지점의 수위와 유량을 계산할 수 있게 구성하였다. 수치해법으로는 가장 보편적으로 사용되는 유한차분법 중 안정성과 정확성이 우수한 것으로 평가된 Preissmann의 4점 음해법으로 차분방정식에 Newton-Raphson 방법을 사용하여 유량과 수위 보정치에 Double Sweep 알고리즘을 적용하였다. 유한차분법은 안정성 문제를 수반할 수 있기에 시간 증분이 작을수록 Courant 조건을 만족할 수 있다. 모형 비교 검증을 위하여 동력학적 방법을 적용한 대표적인 폐합형 수계모형인 EPA SWMM을 지원하는 CHI사의 PC-SWMM 프로그램을 이용하여 가상의 폐합 수계를 구축하였다. 일반적으로 상류지점의 경계조건은 하류로 추적될 입력 자료로써, 상류지점과 합류지점은 유입되는 유량값을 그리고 하류지점은 유출되는 수위값을 경계조건으로 입력하였다. 운동량방정식의 에너지 경사와 마찰경사 항에 포함된 조도계수는 변화량에 중요한 물리적 요소이지만, 고정 상수값인 0.03을 적용하여 검증에 용의하도록 하였다. 구축된 모형과 PC-SWWM을 통해 산출된 계산점별 수위와 유량에 RMS 오차를 비교한 결과 만족할만한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 향후 내외수를 연계에 침수예측모형에 적용 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.334-334
• /
• 2023

도시침수는 사회 기반시설에 파괴적인 영향을 끼치고, 재산 및 인명 피해의 원인이 되므로, 고해상도 고정확도 예측 정보를 활용한 선제적 대응이 중요하다. 하지만, 기후변화로 인한 강수 강도의 증가, 도시의 확장 및 고밀화 등 토지피복 변화, 홍수방어시설의 노후화 등 여러 요인들의 복합적인 영향으로 인해 도시침수의 정확한 재현 및 예측은 여전히 난제로 남아 있다. 천수 방정식(Shallow Water Equations)을 기반으로 하는 물리과정 모형은 신뢰도 높은 예측 결과를 제공할 수 있지만, Courant-Friedrichs-Lewy 조건 등의 제약으로 인해 대규모 도시 지역의 고해상도 실시간 예측에는 적합하지 않은 한계가 있다. 본 연구에서는 상대적으로 간단한 연산 규칙의 중첩을 통해 복잡계 물리 시스템을 모의하는 셀룰러 오토마타(Cellular Automata; CA) 기술에 기반한 도시침수 해석 모형인 CA-Urban을 개발하고, 미국 Oregon 주 북서쪽에 위치한 Portland시의 도심지역에 대해 침수해석의 적용성을 평가한다. 세부적으로는, 기존 셀룰러 오토마타 기반 침수해석알고리즘의 수치 진동(Oscillation) 문제에 대한 원인을 분석하고, 안정성 향상 방법인 셀 간 최대유량 제한, 가중치 적용 기법, 모형의 계산 효율성 향상을 위한 최적 적응 시간 단계 기법(Adaptive time step)의 적용 결과를 소개한다. 또한, 침투 및 증발산 등 물순환 요소 해석 모듈의 개발 성과 및 방향에 대해서 토의한다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.14 no.5
• /
• pp.1145-1158
• /
• 1994

A three-dimensional, finite difference, numerical model with free surface was developed on ${\sigma}$-coordinate. A semi-implicit numerical scheme in time has been adopted for computational efficiency. The scheme is essentially independent of the stringent stability criteria (CFL condition) for explicit schemes of external surface gravity wave. Implicit algorithm was applied for vertical shear stress, Coriolis force and pressure gradient terms. The reliability of the model with vertically variable grid system was checked by the comparison of simulation results with analytic solution of wind-driven currents in a one-dimensional channel. Sensitivity analysis of differencing parameters was carried out by applying the model to the calculation of wind-driven currents in a square lake.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.3 no.1
• /
• pp.13-24
• /
• 1983

A mathematical model for the two-dimensional unsteady flow was developed by introducing Abbott's implicit finite difference operator and double sweep algorithm, which could be applied to simulate the respose of a harbor against the intrusion of long waves through the entrance connected to open sea. In order to improve its accuracy corresponding to the field phenomena, bottom resistance, Coriolis force, wind effect terms were included and wave direction and radiating effect was considered. The result of seiche test was always stable and the amplitude was accurate. Some phase shift was occured, but it could be reduced by using small values of Courant number and many points per a wave length as well. A comparision with the Ippen and Goda's theoritical and hydraulic experimental works was fulfilled.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.360-360
• /
• 2017

이상기상현상의 발생횟수가 지속적으로 증가함에 따라 기상 예측은 국가 재난 관리에 중요한 요소로써 부상하고 있다. 계절예측 또한 재난관리의 한 부분으로, 농업, 에너지, 수자원 그리고 공공보건 등 다양한 분야에서 잠재적 위험을 파악하는데 도움이 되는 보조 자료로 활용이 가능하다. 본 연구에서는 ICON(ICOsahedral-Nonhydrostatic) 모델을 이용하여 2015년 여름철(JJA) 강수를 예측하였다. 2015년은 장마기간을 포함한 여름철 동안 평년대비 약 절반수준(54%)에 그치는 비가 내렸으며, 태풍으로 인한 강수량도 적어 연 강수량이 평년대비 72%로 역대 최저 3위를 기록하였다. 지역별로 보면 제주도와 남해안 지방을 제외한 대부분 지방에서 강수량이 적게 나타났으며, 수도권을 중심으로는 60% 미만의 강수량을 보였다. ICON 모델은 독일 기상청(DWD)과 막스플랑크 연구소(MPI-M)에서 공동 개발하여 현업 운영중인 전 지구 모델로 비정역학 코어를 사용한다. 전 지구를 정 20면체의 삼각형으로 격자화 시켜 모든 격자의 크기가 동일하고, 극점은 1개의 꼭짓점으로 구성되어 CFL(Courant-Friderich-Lewy) 문제가 해소될 수 있다. 또한 hybrid의 병렬구조를 사용하여 전산사용 효율성을 극대화 하는 특징이 있다. 강수의 계절 예측 수행 과정은 다음과 같다. 우선, 계절예측 자료 분석 시 활용할 ICON모델의 기후값을 생산하기 위해 30년(1980년~2009년)간의 AMIP기반 규준실험을 수행한다. 다음으로, SST와 Sea ice의 평년대비 현재 변동량을 계산하고, 이 자료는 모델 적분을 수행할 때 경계 자료로서 활용하게 된다. 계절 예측은 시간 지연기법(Time-lagged method)를 이용한 앙상블예측으로 수행하며, 예측하고자 하는 계절이 시작하기 약 1개원 이전부터 1일 간격으로 전 지구 모델의 초기자료를 다르게 선택하여 총 10개의 앙상블 멤버를 구성한다. 모델의 해상도는 수평 40km, 수직 90개 층으로 구성하였으며, 적분이 완료되면 AMIP기반 실험을 통해 모의된 기후값을 토대로 예측된 계절전망 자료의 변동성을 분석한다.