• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권7호
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• pp.635-644
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• 2016

본 연구에서는 2차원 수치모형을 이용하여 개수로 분류부에서 분류수로 폭과 유량비 변화에 따른 흐름특성을 파악하였다. 2차류 영향을 고려한 분류부 수치모의시 흐름분포를 실험결과에 더 정확하고 안정하게 모의가능하다. 분류수로내 통수능을 감소시키는 흐름분리구역과 2차류의 상호 작용에 의한 흐름정체 효과는 분류유량비를 감소시킨다. 분류부 상류 유입유량과 유속이 감소할수록 수로폭 변화에 따른 분류유량비 변화가 더 크다. 동일 하류단 경계조건에서 분류수로 폭을 감소시킬 때, 본류 하류부 프루우드 수-분류유량비 관계식의 변화율은 -2.4843~-2.6675로 유사하게 나타난다. 동일 분류유량비 조건에서 분류수로 폭이 감소할수록 수축계수는 증가하고, 흐름분리구역의 폭은 감소한다. 분류수로 폭을 증가시킬 경우 분류부 상류 유입유량이 적을수록, 그리고 분류부 상류 유입량을 증가시킬 경우 분류수로 폭이 좁을수록 흐름분리구역 폭 감소율이 더 크다. 동일 상류 유입유량 조건에서 분류수로 폭이 감소할수록 분류유량비, 흐름분리구역의 길이와 폭은 감소한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.306-306
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• 2020

횡월류위어(side weir)는 하천의 수위가 한계수위 이상으로 상승할 경우 본류로부터 저류지나 분수로(distributary channel)로 흐름을 전환하기 위하여 사용하는 수공구조물로 강변저류지나 off-line저류지의 유입부에 흐름방향과 평행하게 설치되어 유량관리 및 전환, 홍수통제, 에너지 소산, 수위조절, 일정 유량의 취수 및 분배, 초과 홍수량의 전환 등의 목적으로 이용되는 구조물이다. 횡월류 위어의 월류 흐름은 일반위어와 같이 위어마루부 직각방향으로 흐르지 않고 본류 흐름특성에 따라 비스듬하게 유입된다. 이러한 흐름특성으로 횡월류위어 월류량은 본류의 하폭, 흐름특성, 위어길이 및 설치위치 등에 따라 각기 다르게 산정된다. 현재 국내에서 진행된 횡월류위어 흐름특성에 관련된 연구는 대부분 직선수로에 집중되어 있으며 사행하천의 흐름특성에 따른 연구는 부족한 실정이다. 금회 연구에서는 3차원 상용프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 사행하천구간 유입부 설치위치 특성에 따른 횡월류 위어 유입흐름 특성을 분석하였다. 사행하천 구간 횡월류위어 설치위치에 따른 3차원 흐름해석을 위해 AUTO CAD 프로그램을 이용하여 수로길이 30m, 수로폭 2m의 구형 사행수로를 구성하였고, 횡월류위어 유입부 위치를 20°~120°로 변화시키며 수치모형실험을 수행하였다. 해석결과 수로흐름은 유입부 설치각이 작을수록 상·하류 수위차가 작아지며 유속이 감소하며 설치위치각이 클수록 수로내 평균유속은 증가하는 것으로 확인되었다. 유입부 설치각이 작을수록 방류량이 증가하여 수로내 흐름분리현상 증가하였고 이로인한 지체현상이 발생하는 것으로 확인되었다. 본 연구로 사행하천구간에 횡월류위어가 설치된 경우, 월류량과 수리학적 흐름특성을 해석할 때 3차원 수치모형실험이 유용한 해석도구로 이용될 수 있음이 확인되었다. 이후 수치모형실험이 수공구조물 설계 및 해석 시 참고자료로 이용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.250-250
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• 2021

횡월류위어(side weir)는 하천의 수위가 한계수위 이상으로 상승할 경우 본류로부터 저류지나 분수로(distributary channel)로 흐름을 전환하기 위하여 사용하는 수공구조물로 강변저류지나 off-line저류지의 유입부에 흐름방향과 평행하게 설치되어 유량관리 및 전환, 홍수통제, 에너지 소산, 수위조절, 일정 유량의 취수 및 분배, 초과 홍수량의 전환 등의 목적으로 이용되는 구조물이다. 횡월류 위어의 월류 흐름은 일반위어와 같이 위어마루부 직각방향으로 흐르지 않고 본류 흐름특성에 따라 비스듬하게 유입된다. 이러한 흐름특성으로 횡월류위어 월류량은 본류의 하폭, 흐름특성, 위어길이 및 설치위치 등에 따라 각기 다르게 산정된다. 현재 국내에서 진행된 횡월류위어 흐름특성에 관련된 연구는 대부분 직선수로에 집중되어 있으며 사행하천의 흐름특성에 따른 연구는 부족한 실정이다. 금회 연구에서는 3차원 상용프로그램인 FLOW-3D를 이용하여 사행하천구간 유입부 설치위치 특성에 따른 횡월류 위어 유입흐름 특성을 분석하였다. 사행하천 구간 횡월류위어 설치위치에 따른 3차원 흐름해석을 위해 AUTO CAD 프로그램을 이용하여 수로길이 30m, 수로폭 2m의 구형 사행수로를 구성하였고, 횡월류위어 유입부 위치를 20°~120°로 변화시키며 수치모형실험을 수행하였다. 해석결과 수로흐름은 유입부 설치각이 작을수록 상·하류 수위차가 작아지며 유속이 감소하며 설치위치각이 클수록 수로내 평균유속은 증가하는 것으로 확인되었다. 유입부 설치각이 작을수록 방류량이 증가하여 수로내 흐름분리현상 증가하였고 이로인한 지체현상이 발생하는 것으로 확인되었다. 본 연구로 사행하천구간에 횡월류위어가 설치된 경우, 월류량과 수리학적 흐름특성을 해석할 때 3차원 수치모형실험이 유용한 해석도구로 이용될 수 있음이 확인되었다. 이후 수치모형실험이 수공구조물 설계 및 해석 시 참고자료로 이용가능할 것으로 사료된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.363-371
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• 2008

본 연구에서는 투과성잠제 주변의 파동장 해석을 위한 2-D 수치해석기법과 3-D 수치해석기법에 의한 결과를 비교하기 위하여 투과성구조물에 의한 유체저항(관성저항, 층류저항 및 난류저항)을 고려할 수 있는 수치해석기법을 이용하고, 난류모델로서 LES 모델을 도입하여 기존에 수행되었던 수리모형실험과의 비교를 통하여 검증하였다. 수치해석결과로부터 투과성잠제의 배후에서 2-D해석에 의한 결과가 3-D해석의 경우보다 높은 파고분포를 나타내었으며, 잠제 주변의 평균류에 대해서도 비교, 논의하였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.143-150
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• 2011

도시 우수 배수 시스템에서 우수 관거는 개수로 흐름 상태로 가정하여 설계되었기 때문에 맨홀에서의 에너지 손실은 일반적으로 중요하게 고려되지 않았다. 그러나 과부하흐름에서 에너지 손실은 관거의 배수능력을 저하시켜 도심지역의 침수피해를 가중시키는 요인이 된다. 그러므로 과부하 사각형 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 FLUENT 6.3 모형을 이용하여 과부하 사각형 합류맨홀에서의 흐름특성을 모의하고 맨홀 내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 또한 실험결과와 수치모의 결과를 비교 및 분석하여 사각형 맨홀에서의 손실계수 산정에 FLUENT 6.3모형의 적용성을 확인하였다. 맨홀 폭(B)과 연결관경(d)의 비(B/d)에 따른 손실계수를 산정하였다. B/d가 증가할수록 사각형 합류 맨홀에서의 손실계수는 증가하였다. 중간 단차 맨홀에서 단차 변화에 따른 손실계수의 변화를 산정하였다. 단차가 5 cm이상 증가하면 맨홀 내 수심과 손실계수가 점진적으로 증가하였으므로 중간 맨홀에서의 적정 단차는 5 cm로 판단된다. 따라서 우수 관거 시스템의 여러 형태의 사각형 맨홀에서의 흐름의 변화 및 손실계수를 예측할 때, Fluent 6.3 모형은 사용 가능하리라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.342-342
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• 2016

국내 저수지 17,477개소 중 30~40 여년전에 축조된 곳은 16,646개소로 95.2%가 노후화로 인한 지속적인 유지보수가 필요하며, 기후변화에 따른 대응능력이 현저하게 낮다. 하구둑, 방조제, 대형 농업용저수지 같은 대규모 농업기반시설들은 축조 당시보다 설계홍수량이 2~3배 이상 증가함에 따라 기후변화에 대비하기 위해 조속한 치수능력 증대가 필요하다. 하지만 대형 농업용저수지의 치수능력 증대를 위해서는 지형적 입지조건, 시공 가능성, 경제성 등을 고려하여 여수로의 위치, 규모, 형식 변경 등이 수반된다. 따라서 본 연구에서는 무한천 상류 예당저수지의 여수로 위치변경에 따른 저수지 하류 하천 흐름변화에 대하여 2차원 수치모의 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 TELEMAC-2D 모형을 적용하여 저수지 하류 하천의 흐름을 모의하였고, RMA-2 모의결과와 비교검토 하였다. TELEMAC-2D 모형은 상류(subcritical flow)와 사류(supercritical flow) 흐름 모의가 가능하며, 홍수범람 뿐만아니라 동일 격자망으로 유한요소법과 유한체적법 모두 수치모의가 가능한 특징이 있다. 본 연구에서는 시간과 공간에 대하여 2차 정확도를 가지는 WAF(Weighted Average Flux) 유한체적기법과 $k-{\varepsilon}$ 난류모형을 적용하였다. 수치모의시 유역종합치수계획의 30년, 50년, 100년 빈도 계획홍수량에 대하여 여수로 위치변경 전(CASE-1)과 위치변경 후(CASE-2) 저수지 하류하천 흐름변화에 대해 모의하였다. 본 연구는 국내 하천 특성을 반영한 기설 저수지의 하류하천의 흐름에 대한 수치모의의 기초자료로 활용되어, 저수지 방류 흐름이 하류하천에 미치는 영향 분석 등에 기여할 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권4D호
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• pp.443-450
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• 2009

A연속류도로는 교통량-속도-밀도 간에 상호 밀접한 관계가 있기 때문에 연결로교통류가 본선에 합류하게 되면 속도나 밀도가 변할 뿐만 아니라 이들 간의 상관관계를 나타내는 모형식도 달라진다. 따라서, 본 연구는 합류영향권역에서 시공간적으로 연속된 교통자료를 이용하여 속도-밀도 변수간의 상관관계 변화구간을 파악하고, 구간별 변화내용을 분석하였다. 분석결과, 상류 및 합류구간에서는 "Underwood"모형의 지수형태를 보이며, 합류구간을 통과한 하류구간에서는 "Greenshields"모형의 직선형태를 나타내었다. 속도-밀도 상관관계가 변화된 하류변화구간은 연결로와 접속한 3차로의 합류 종점부를 기점으로 하류 100m~500m 범위에서 내측차로로 갈수록 점차 하류방향으로 이동하는 현상을 보였다. 또한, 상류구간, 합류구간, 하류변화구간은 속도-밀도 모형에서 자유속도(상수)와 혼잡밀도에 대한 자유속도비(기울기)가 통계적으로 서로 다른 이질적인 교통류로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권1호
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• pp.51-60
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• 2016

본 연구에서는 투과성 잠제의 형상 및 평면배치에 따른 방류 흐름제어 기능을 분석하기 위하여 유체 투과성 구조물 해저지반의 비선형 상호간섭을 직접해석 할 수 있는 PBM (Porous Body Model) 기반의 3차원 수치파동수조(NWT; numerical water tank) LES-WASS-3D를 이용하였다. 먼저 이용하는 LES-WASS-3D의 타당성 및 유효성을 확보하기 위하여 투과성 구조물를 통과하는 댐 붕괴파의 전파특성에 관한 수리모형실험과 계산결과를 비교 분석하였다. 투과성 잠제를 고려한 방류시뮬레이션으로부터 투과성 잠제의 적절한 형상 및 평면배치는 방류유속을 저감하고 흐름을 유도하는 데 상당히 효과적인 것을 알 수 있었다. 또한 투과성 잠제의 형상 및 평면배치에 따른 흐름제어에 대한 적용성은 평균류분포, 연직유속분포를 통하여 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권4호
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• pp.347-354
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• 2018

도시유역에서 발생한 유출은 지표면뿐만 아니라 하수관망을 통해 배수되며, 도시침수 모의 수행시 하수관망을 수문학적 배수 시스템의 한 구성요로서 고려하는 것은 매우 중요하다. 그러나 도시 침수 모의를 수행하는 대부분의 연구자들이 적절한 기준에 준하지 않고 직관적으로 하수관망을 단순화시켜 모의를 수행하는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 1D-2D 결합 도시침수 해석 모형을 이용하여 수지상 구조에 구분법에 기반하여 단순화된 하수관망의 도시침수 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 하수관망 해석을 위한 1차원 모델은 Lee et al. (2017)에 의해 소개된 모형으로서 지표면과 하수관망 사이의 유입과 역류를 동시에 모의할 수 있고, 2차원 지표면 모델은 불규칙 삼각망을 이용하여 지표수 흐름을 모의하며 1차원 하수관망 해석모형과 연계되어 도시침수를 모의할 수 있다. 하수관망은 수지상 구조 구분법에 기반하여 2차, 3차 그리고 단순화 하지 않은 경우로 구분할 수 있으며, 구분된 각 하수관망은 서울시 사당역 인근에 많은 침수 피해를 발생시킨 2011년 7월 27일 강우 사상에 적용하여 제안된 방법의 적용성을 평가하였다. 모든 케이스에 대하여 침수면적, 지표면에서 하수관망으로의 유입 유량, 하수관망에서 지표면으로의 역류 유량 등을 비교하였으며, 마지막으로 하수관망 단순화를 위한 적절한 기준 제시에 대한 논의를 수행하였다.