• 한국습지학회지
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• 제16권3호
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• pp.327-336
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• 2014

물에 잠긴 얇은 벽은 잠제 사각형 블록의 극단적인 경우라고 할 수 있으며, 하천이나 해안지역에서 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 잠제구조물의 얇은 벽 주위 흐름과 압력을 계산하기 위하여 동수압이 포함된 ${\sigma}$-격자체계의 3차원 수치모델을 수행하였고, 그 주변의 유속 흐름을 파악하였다. ${\sigma}$-격자체계는 완경사 하상에 유동 시뮬레이션을 적용할 수 있는 강력한 장점을 가지고 있다. 반면에 ${\sigma}$-격자체계는 하상에 날카로운 구조물등에 대한 해석에는 한계를 갖고 있다. 동압력 계산은 직교격자 시스템에서만 유효하다. CST3D시스템 내에 SOLA 기법을 ${\sigma}$-격자체계에 맞게 수정하여 채택하였다. 모델은 2차원 수조에서의 1차원 전자자기식유속계를 통한 관측자료를 통하여 검증하였고, 정수압 가정의 ${\sigma}$-격자체계 수치모형과의 비교를 통하여 정량적인 비교 검토를 수행하였다. 전체적으로 계산된 수평유속과 측정된 수평유속이 유사한 것으로 나타났다. 수리모형실험을 통한 관측자료의 결과를 수치모형이 10% 이내로 정확하게 모의하였고, 관측자료와 대조하였을시 와도의 분포를 유사하게 재현하였다. 수정 SOLA 방식을 채택하여 동수압이 고려되었고, ${\sigma}$-격자체계에 적용한 본 연구는 실제 관측자료를 잘 재현하였으며, 하구, 하천등의 구조물 주변에서의 유속분포를 검증할 시 매우 유용한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1263-1267
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• 2007

A more complete two-dimensional vertical numerical model has been developed to describe the saltwater intrusion in an estuary. The model is based on the previous studies in order to obtain a better accuracy. The non-linear terms of the governing equations are analyzed and the $\sigma$-coordinate system is employed in the vertical direction with full transformation which is recently issued in several studies because numerical errors can be generated during the coordinate transformation of the diffusion term. The advection terms of the governing equations are discretized by an upwind scheme in second-order of accuracy. By employing an explicit scheme for the longitudinal direction and an implicit scheme for the vertical direction, the numerical model is free from the restriction of temporal step size caused by a relatively small grid ratio. In previous researches, some terms induced from the transformation have been intentionally excluded since they are asked the complicate discretization of the numerical model. However, the lack of these terms introduces significant errors during the numerical simulation of scalar transport problems, such as saltwater intrusion and sediment transport in an estuary. The numerical accuracy attributable to the full transformation is verified by comparing results with a previous model in a simply sloped topography. The numerical model is applied to the Han River estuary. Very reasonable agreements for salinity intrusion are observed.

• 한국환경과학회지
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• 제20권6호
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• pp.679-686
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• 2011

The characteristics of circulation in the coastal area of Jeju Harbor in Korea was examined using the Princeton Ocean Model(POM) with a sigma coordinate system. The result of numerical analysis well corresponded to the observed current data. The velocity at offshore was stronger compared to coastal area during the both period of in maximum flood and maximum ebb of spring tide. According to mean wind velocity, the tidal velocity at the shallow area of Jocheon was slightly increasing during maximum ebb. The effect of wind on the circulation was stronger in shallow area and showed rapid change with depth.

• 한국해안해양공학회지
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• 제18권3호
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• pp.198-210
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• 2006

본 연구에서 이용한 3차원 유동모델인 POM(Princeton Ocean Model)은 저층수의 거동예측에 유리한 ${\sigma}$ 좌표계를 채용하고 있는 모델로서 범용성이 높고, 해양유동모델로서 개발되었지만 최근에는 연안역에서의 적용 예(박경 등, 1998)도 증가하고 있다. 기존의 POM은 ${\sigma}$좌표계 모델의 좌표변환에 기인한 수치오차에 대한 보정을 실시하지 않은 모델로서, 이러한 수치오차를 축소시키는 것은 저층부근의 유속의 정도향상에 매우 중요하지만 오차의 축소를 시도하지 않고 그대로 적용하고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 $Sl{\Phi}rdal$(1997)이 제안한 방법을 이용하여 오차보정을 통한 3차원 유동모델인 POM의 정도향상을 실시하였다. 구축된 모델을 이용하여 우리나라의 대표적인 기수호중 하나인 영랑호에 적용하여 저층수의 거동을 파악하고 빈산소수괴를 포함한 저층수의 거동 및 형성기구를 명확히 할 수 있는 자료로서 활용하고자 하였다. 적용결과, 기존 POM모델과 비교하여 개량형 POM모델을 이용하였을 경우 수역에서의 저층수의 거동재현에 있어서 더욱 효과가 있음을 볼 수 있었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제14권3호
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• pp.176-183
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• 2011

조간대가 발달되어 있는 청계만 해역에서 3차원 해수유동모형의 적용성을 검토하였다. EFDC 모형과 ESCORT 모형을 ${\sigma}$-격자체계하에서 적용한 결과 EFDC 모형이 우수한 결과를 보였으며 ESCORT 모형 역시 무난한 적용성을 보이고 있다. 그러나 조간대 상에서 얕은 수심을 동일한 격자 개수로 분할하는 ${\sigma}$-격자체계의 특성에 연유하여 비효율적인 측면을 확인할 수 있었다. ESCORT 모형에서 제공되는 z-격자체계로 모의한 결과 이러한 비효율성을 피할 수 있었으며 정확성에서도 유의적인 차이가 없는 것으로 나타나고 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.1145-1158
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• 1994

물의 유동(流動)에 관한 계산상 효율성(效率性)을 갖는 자유수면(自由水面)을 고려한 3차원(次元) 유한차분(有限差分) 수직모형(數値模型)을 개발하였다. 수직모형(數値模型)은 연직방향(鉛直方向)에 대해 정규화(正規化)한 좌표(座標)(${\sigma}$-coordinate)를 사용하며, 시간(時間) 적분방법(積分方法)으로는 반음해법(半陰解法)(semi-implicit)을 사용하여 계산시간(計算時間)의 효율성(效率性)을 도모하였다. 모드분리(mode-splitting)개념을 도입하여 내부모드(internal mode)에 대해서는 양해법(陽解法)을 사용하였으며, 외부모드(external mode)는 수평방향(水平方向) 운동량방정식(運動量方程式)들과 연속방정식(連續方程式)의 차분식(差分式)으로부터 구한 타원형(楕圓型) 차분방정식(差分方程式)을 SOR방법에 의하여 해석하였다. 이와 같은 방법은 계산(計算) 시간간격(詩間間隔)이 표면(表面) 중력파(重力波)에 대한 CFL(Courant-Fredrich-Lewy)조건에 의해 제약을 받지 않아 계산시간(計算時間)의 효율성을 도모할 수 있다. 개발된 모형은 1차원(次元) 수로(水路)에서 취송유(吹送流)의 연직분포(鉛直分布)에 대한 해석해(解析解)와 비교(比較) 및 연직(鉛直) 가변격자(可變格子)의 도입에 따른 오차분석(誤差分析) 정사각형(正四角形) 호수(湖水)에서 취송유(吹送流) 계산(計算) 및 차분화(差分化) 상수(常數)들의 민감도(敏感度) 분석(分析)을 수행하였다.

• 한국기후변화학회지
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• 제2권2호
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• pp.79-91
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• 2011

본 연구에서는 기후변화와 대기환경 사이의 통합적 상호작용 연구를 위하여 전 지구규모 기후모델(CCSM3) 결과를 지역 규모 기후모델(MM5)의 초기 및 경계 조건으로 사용할 수 있도록 역학적 상세화(Downscaling) 기법을 개발하였다. 개발된 상세화 기법에서는 위 경도 좌표계로 이루어진 CCSM3 결과를 Lambert-Conformal Arakawa-B 격자 체계로, CCSM3의 hybrid-vertical coordinate를 MM5의 sigma coordinate로 대체하는 과정과 CCSM3 모델 수행 결과와 모델 수행에 필요한 변수들 간의 일치화 과정이 포함된다. 전 지구 규모 모델 결과들이 지역 규모 모델의 입력값으로 역학적 규모 축소되는 과정을 검증하기 위해 공간 분포 및 통계분석을 수행한 결과, 여름철과 겨울철의 기온 및 강수량 패턴이 동아시아 영역 및 한반도 지역에 대해 기존 관측을 이용한 결과와 매우 유사한 패턴을 보였으며, 통계 분석 결과 모델 예측지수가 기온의 경우 0.9 이상의 좋은 값이 나타났으며, 상관성 역시 0.9 수준의 결과를 보여 인터페이스 구축이 성공적으로 수행되었음을 알 수 있다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제19권3호
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• pp.253-265
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• 2007

본 연구의 대상영역인 남해안의 조위 및 조류 수치모의를 위해 조석 보정용 모델인 NAO.99의 기존결과를 외해 개방경계 조건에 적용하였다. 조간대를 고려할 수 있고 $\sigma$-좌표계를 사용하는 EFDC 모형을 이용하여 2 km의 직교 정격자와 $0.5\sim2.0km$의 가변직교격자를 사용한 두 개의 격자망을 구축하였다. 조위수치모의 결과에서 예측값과 국립해양조사원 조위검조소의 관측값이 잘 일치하였으며 남해안 동측에서 서측으로의 조석의 전파를 보여주었다. 검증 결과 격자크기가 감소할수록 조위관측 자료와 더 높은 상관관계를 보였으며 0.5 km의 격자크기로 인한 수치모의 결과가 내만의 협수로 및 지형의 영향을 크게 받는 조류를 다소 과소 산정하는 경향을 가지는 반면에 넓은 수로 및 외해역 자료의 경우에는 2 km 격자로 조류의 적절한 재현이 가능하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.217-227
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• 2017

경기만 염하수로에서 시 공간적으로 변화하는 총수송량과 잔차류를 산정하고자 소조기와 대조기에 염하수로의 하류(정선-1), 염하수로 중간 지점(정선-2)에서 13시간 동안 단면 유속을 관측하였다. 총수송량은 Eulerian flux와 Stokes drift의 합인 Lagrange flux로 계산하였고, 잔차류는 최소자승법을 이용하여 구하였다. 총수송량과 잔차류의 계산은 관측 시간별, 수평 수직 sigma 좌표계로 변환하여 수행하였다. 변환된 sigma 좌표체계는 z-level 좌표 체계와 비교하였을 때 주 방향 유속 오차가 3~5% 내외로 자료 분석에 무리가 없는 것으로 판단되었다. 분석결과 단면 잔차류는 정선-1에서는 대조기에 주 수로 방향에서 북향, 수로 양 끝 단에서 남향하였으며, 소조기에는 수직적으로 표층에서는 창조, 저층에서는 낙조하는 이층흐름 구조를 보였다. 반면 정선-2에서는 대조, 소조 모두 남향(낙조)하였다. 한편 총수송량은 정선-1에서는 대조 시와 소조 시에 각각 $359m^3s^{-1}$, $248m^3s^{-1}$로 북향(창조), 정선-2에서 대조 시와 소조 시에 각각 $576m^3s^{-1}$, $67m^3s^{-1}$로 남향(낙조)하였다. 정선 별 공간 수송량 차이로 영종도와 강화도 사이의 조간대 지역의 순 유출량을 추정하였으며, 크기는 대조기와 소조기에 각각 $935m^3s^{-1}$, $315m^3s^{-1}$로 나타났다. 이처럼 대 소조기와 공간적 특성에 따라 잔차류와 순 수송량이 변화되는 주된 요인은 순압력구배와 Stokes drift가 복합적으로 작용한 결과이다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제8권3호
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• pp.116-121
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• 2005

본 연구에서는 자유표면을 갖는 대규모의 환경유동의 해를 구하는데 있어 비정수압의 효과를 고려하는 새로운 계산 기법을 제시하였다. Sigma 좌표계에서 시간은 전진차분으로, 공간은 중간차분 및 풍상차분을 혼합하여 2단계 해법을 도입하였다. 계산기법의 타당성과 유효성을 검증하기 위하여, 자유표면을 갖는 정상유동과 비정상유동에 대한 전형적인 예를 설정하여 정수압 계산과 비정수압 계산을 수행하고 이들을 비교하였다. 계산결과 복잡한 해저지형을 갖는 자유표면 유동에 있어, 지정수압효과가 무시할 수 없는 유동영역이 존재함이 입증되었으며, MAC기법과 같은 3차원 유체동역학적 기법을 적용하기에는 비경제적인 문제에 대해 본 계산기법이 매우 유효하게 적용될 수 있다는 가능성이 입증되었다.