• 한국수자원학회논문집
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• 제44권2호
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• pp.109-123
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• 2011

본 연구에서는 자연하천과 같은 복잡한 지형의 처리에 효율적인 삼각형 및 사각형 혼합격자의 적용이 가능한 2차원 유한체적모형을 개발하였다. 이를 위해 계산격자의 인접격자를 찾는 알고리즘을 제안하고, 제안 기법을 개발모형에 적용하여 계산격자 및 인접격자의 경계면에서의 흐름률을 HLLC 근사 Riemann 해법을 이용하여 계산하였다. 또한 흐름률과 생성항사이의 균형에 중요한 영향을 주는 혼합격자의 하상경사 처리를 위해 삼각형 및 사각형 격자에 대해 각각 다른 하상경사 계산식을 적용하였다. 개발모형을 혼합격자로 구성된 $90^{\circ}$ 만곡이 존재하는 실험하도에 대한 댐 붕괴 해석 및 자연하천인 Malpasset 댐 붕괴 해석에 적용하고, 계산결과를 실험자료 및 현장조사자료와 비교함으로써 본 연구에서 제안한 기법을 실험하도 및 자연하천에 대해 검증하였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권6호
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• pp.155-163
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• 2010

범람해석에 관한 기존의 연구들은 높은 정확도의 범람해석결과를 얻기 위해 비정방형격자를 이용한 다양한 수치기법들을 제시하고, 고정확도의 해석결과를 보여주고 있으나 실시간 범람해석에 적용하기 위해서는 전처리 과정의 간소화 및 모의 시간 단축이 필요하다. 또한 최근 들어 침수지도, 홍수위험 지표 및 다차원 홍수피해 산정기법을 이용한 홍수위험 지도 작성을 위해서는 다양한 vector 및 raster기반의 정보와의 연계해석이 필요하며 이를 위해서는 비정방형격자보다는 정방형격자기반의 홍수범람 해석기법이 효율적이다. 본 연구에서는 지형데이터의 전처리 과정을 간략화하고, 모의수행시간을 단축할 수 있도록 raster기반의 2차원 홍수범람 모형을 개발하였으며, 개발된 모형의 정확도 및 효율성 평가를 위해 2002년 8월 10일 발생한 백산제 붕괴 홍수범람 모의에 적용하여 실측자료 및 상용 2차원 수치모형인 FLUMEN과의 모의결과를 비교 분석하였다. 개발된 모형의 최대 침수면적은 실제침수흔적도 및 FLUMEN 모의결과와 상당히 유사한 결과를 보였으며, 범람해석모형에 포함된 하도-제내지 연결부 모형에 의해 제방붕괴초기의 하도에서 제내지의 범람유량뿐만 아니라 제방붕괴후기의 제내지에서 하도로의 역유입 현상 역시 상당히 우수하게 모의되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.761-776
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• 2003

본 연구에서는 사류 및 부압이 발생하는 자유수면을 가진 댐 상류 및 여수로에서 물의 흐름의 동수역학적인 거동을 파악하기 위하여 수치모형을 적용하였다. 댐 건설시, 댐 상류에서의 유동을 알아보기 위하여 2차원 수치모형인 RMA2를 이용하였고, 접근부에서의 3차원적 흐름과 여수로, 방류관 등에서의 흐름분포를 평가하기 위하여 3차원 CFD 프로그램인 FLUENT를 사용하였다. 수치모의에서는 지형 및 구조물에 관한 세부인자들이 수치모형을 구성하는 데 사용되었다. 한탄강 댐에 적용한 2차원 수치모의 결과, 댐 상류부 여러 지점에서 최대 유속이 1 m/s에 이르는 와류가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 2차원 수치모형이 댐 건설 후 상류하천의 2차원적 유황을 규명하는 데 유용하게 활용될 수 있음을 의미한다. 3차원 수치모의 결과, 수위와 방류조건에 따라서 댐 직상류의 3차원 접근 흐름의 변화가 발생하고 있으며, 여수로, 방류관, 배사관으로 배출되는 유속이 상이하게 나타나고 있음이 밝혀졌다. 댐 상류 100 m지점에서 댐 여수로 중심선에 대한 유속 분포 모의치를 수리모형실험에서의 측정치와 비교한 결과, 두 값이 비슷하게 나타났다. 본 연구 결과, 2, 3 차원 수치모형이 댐 상류부 및 여수로의 흐름을 해석하는 데 있어서 수리모형실험에서 쉽게 수행하기 어려운 다양한 조건을 모의함으로써 댐 설계 최적화에 기여할 수 있으리라 판단된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.345-352
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• 2015

본 연구에서는 직립식 구조물의 전달파고계수 산정을 위한 2차원 수리실험을 실시하였다. 불규칙파를 입사파로 적용하였으며 직립식 구조물에 대한 전달파고계수 산정식을 제안하고, Goda(1969) 등의 결과와 비교하였다. Goda(1969)의 결과는 입사파로 규칙파를 적용한 결과로서 불규칙파를 적용한 본 실험의 결과와 차이를 보였다. Goda의 결과가 본 연구에 비하여 크게 전달파고계수를 제시하는 것을 알 수 있었다. 또한 Goda는 직립벽에 대하여 평균, 상한 및 하한에 대한 계수값을 제시하였으나(d=h조건), 본 연구에서는 각각의 설계요소(구조물 폭, 수심, 파장 등)가 전달파고계수에 주는 영향을 계수를 통하여 정량적으로 제시하였다. 또한 여유고가 0인 조건에 대한 에너지보존 및 전달파고 특성을 제시하였다.

• 한국해양학회지
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• 제29권2호
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• pp.83-94
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• 1994

현장 관측, 수리실험 및 수치실험에 의해 진해만 조류 및 조속간차류의 2차원적 변동특성을 연구하였다. 수리 및 수치실험 결과는 현장 관측결과와 비교적 잘 일치하 였다. 가덕수로, 견내량수로 및 진해만의 중앙수로에서 대조기 최강유속은 약 90∼110 cm/s 이고, 소조기 최강유속은 약 30∼40 cm/s 로써 강하게 나타났으며, 조속간 차류 도로 여러개의 와류를 형성하면서 강하게 일어났다. 진해만의 서부해역과 북부해역에 서 대조기 외강유속은 약 30 cm/s 이하, 소조기 최강유속은 약 10 cm/s 이하로써 약하 며, 조속장로 비교적 약하게 일어났다. 가조로 북부해역에서는 북향하는 조속장로 가 조로 이남해역에서는 시계방향으로 회전하는 와류가 발생하였다. 만내에서 표층흐름 은 바람 하천유출수에 의해 강하게 지배되고, 대조류보다 소조기의 흐름이 바람 과 유출수의 영향을 더 많이 받는다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권5호
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• pp.361-372
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• 2019

본 연구의 목적은 운동량방정식에서 이송가속도항을 제외한 지배방정식을 이용하여 정형 사각 격자 기반의 2차원 지표면 침수해석 모형을 개발하는 것이다. 공간적 이산화는 유한체적법을 이용하였으며, 시간적 이산화는 음해법을 적용하였다. 모형의 실행시간을 단축하기 위해서 CPU를 이용한 병렬계산 기법을 적용하였다. 개발된 모형의 검증을 위해서 해석해와 비교하고, 가상 도메인에서 수치실험을 통해 모형의 거동을 평가하였다. 또한 국내의 장호원 지역과 모로코의 Sebou 강 지역에 대해서 각기 다른 공간해상도로 침수해석을 수행하고, 그 결과를 CAESER-LISFLOOD (CLF) 모형을 이용한 해석 결과와 비교하였다. 모형의 검증 결과 해석해와 잘 일치된 모의 결과를 나타내었고, 가상 도메인에서의 흐름 해석도 타당한 것으로 평가되었다. 장호원 지역과 Sebou 강 지역에 대한 본 연구와 CLF 모형의 침수모의 결과는 침수심과 침수범위에서 서로 유사하게 나타났으며, 장호원 지역의 경우 홍수위험지도의 침수범위와도 유사한 값을 보였다. 본 연구와 CLF 모형의 모의결과에서 상이한 부분에 대해서는 각각의 모의결과를 비교 평가하였다. 연구결과 본 연구에서 제시된 모형은 홍수터에서의 침수 양상을 잘 모의할 수 있는 것으로 평가되었다. 그러나 본 연구에서 제시된 모형을 이용하여 침수해석을 할 경우에는 도메인 구성 방법과 지배방정식 및 해석 방법에 의한 모형의 특징과 한계점을 충분히 고려해야 할 것이다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권7호
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• pp.553-563
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• 2011

분포형 유출모형에 대하여는 컴퓨터의 발달과 지리정보시스템의 구축 및 관련정보의 제공이 활성화되면서 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 분포형 유출모형은 대상유역을 보다 세분 요소화하여 계산하는 이론적이고 물리적인 기반의 모형이다. 본 연구에서는 토지피복 상태에 따라 결정되는 매개변수와 2차원 확산파 방정식에 기초하여 지표면에서의 유출량을 계산하는 모형을 개발하였다. 기존에 연구되었거나 개발 중인 유출모형은 대부분 Manning-Strickler의 평균 유속공식과 Manning 조도계수를 이용하여 유속과 유량을 산정하고 있다. Manning 조도계수는 사용상의 편의성 때문에 보편적으로 사용하고 있으나, 차원이 일치하지 않고 추정 시 모호한 문제점이 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 본 연구에서는 Manning-Strickler식뿐만 아니라 차원이 일치하는 Chezy의 평균유속공식을 적용하여 유출모형을 개발하였다. 또한, Chezy의 마찰계수를 적용하기 위하여 조고의 함수로 표현되는 지수형 마찰계수 산정식을 도입하였다. 따라서 모호한 조도계수의 개념을이용하지 않고 거친 정도를수치화하여 물리적인 의미를 가진마찰계수를 산정하고 적용 가능성을 검토하였다. 본 연구에서는 개발된 모형을 부채꼴 실험유역과 장방형 실험유역 및 실제유역인 안성천유역을 대상으로 6개의 사상을 적용하여 그 적용성을 확인하였다.

• 한국물환경학회지
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• 제32권3호
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• pp.243-252
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• 2016

In cases of water pollution accidents, accurate prediction for arrival time and concentration of contaminants in a river is essential to take proper measures and minimize their impact on downstream water intake facilities. It is critical to fully understand the behavior characteristics of contaminants on river surface, especially in case of oil spill accidents. Therefore, in this study, the effects of main parameters of advection and diffusion of contaminants were analyzed and validated by comparing the results of Lagrangian particle tracking (LPT) simulation of Environmental Fluid Dynamic Code (EFDC) model with those of Global Position System (GPS)-equipped drifter experiment. Prevention scenario modeling was accomplished by taking cases of movable weir operation into account. The simulated water level and flow velocity fluctuations agreed well with observations. There was no significant difference in the speed of surface particle movement between 5 and 10 layer modeling. Therefore, 5 layer modeling could be chosen to reduce computational time. It was found that full three dimensional modeling simulated wind effects on surface particle movements more sensitively than depth-averaged two dimensional modeling. The diffusion range of particles was linearly proportional to horizontal diffusivity by sensitivity analysis. Horizontal diffusivity estimated from the results of GPS-equipped drifter experiment was 0.096 m²/sec, which was considered to be valid for applying the LPT module in this area. Finally, the scenario analysis results showed that particle movements could be stagnant when discharge from the upstream weir was reduced, implying the possibility of securing time for mitigation actions such as oil boom installation and wiping oil contaminants. The outcomes of this study can help improve the prediction accuracy of particle tracking simulation to establish the most suitable mitigation plan considering the combination of movable weir operation.

• 대한환경공학회지
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• 제37권10호
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• pp.563-572
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• 2015

본 연구는 영산강 수계 승촌보에서 시행되었던 조류배제를 위한 다기능보 운영 사례를 대상으로, 3차원 모델링을 통한 효과 분석을 목적으로 수행되었다. 2013년 5월 영산강 승촌보 구간에서 녹조류 Eudorina sp.가 대량 발생하였으며, 집적된 녹조의 배제를 위하여 서로 다른 방법으로 두 차례에 걸쳐 플러싱 방류를 시행하였다. 조류 발생의 공간적 분포에 대한 상세분석과 이해를 위해 고해상도의 3차원 모형 ELCOM-CAEDYM을 적용하여 1개월 동안의 수질과 chl-a 분포를 모의하였다. 모델링 결과 ELCOM-CAEDYM 모형은 실제 조류의 발생 패턴을 우수하게 모의하였으며, 저비용으로 조류 발생에 대한 고해상도의 공간적인 데이터를 재생산 하는데 적합할 것으로 판단되었다. 모델링 결과를 이용하여 두 가지 방법의 플러싱 방류 CASE를 분석한 결과, 가동보를 이용하여 플러싱 방류를 실시한 CASE1의 경우 서창교~황룡강 합류지점에 발생하였던 조류는 가동보 운영에 의하여 빠르게 하류로 이동되었으나, 이후 방류량이 감소하면서 보 내에 잔류하였던 것으로 분석되었다. 반면, 소수력발전을 중단하고 고정보를 통한 월류를 실시한 CASE2는 비교적 배제 효과가 크게 나타나 대부분의 조류가 플러싱되어 감소된 것을 관측 자료와 모델링 결과로서 확인할 수 있었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제1권2호
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• pp.68-81
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• 2014

본 연구에서는 2차원 흐름/유사이동 모형에 식생생장모형을 추가하여 하도의 식생 활착 및 성장에 의한 지형변화 과정과 특성을 수치모의 하였다. 교호사주가 발달하는 조건에서 식생 이입 및 활착은 사주의 이동을 감소시켰다. 식생면적 및 하폭의 변화는 저유량 지속시간보다 상류유량 변화에 더 크게 영향을 받았다. 상류유량이 감소하면 식생면적은 증가하고 하도폭은 감소하였다. 망상하도가 발달하는 조건에서 하도내 식생 이입 및 활착은 지형변화 특성에 크게 영향을 미쳤다. 망도하도에서 식생은 망상의 수를 감소시키고 결국 상류유량이 크게 감소하면 하도지형을 망상하도에서 단일수로로 변화시켰다. 식생면적은 상류유량이 증가함에 따라 감소하였다. 하도폭은 식생 도입 후 급격히 줄어들었고 상류유량 감소와 함께 감소하였다. 수치모의를 이용하여 홍수량 감소가 하도 내의 식생 이입 및 활착을 가속시키고 이로 인해 하도변화 특성에 미치는 영향을 정성적으로 확인할 수 있음을 보였다.