• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.581-581
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• 2012

경사면의 잠김과 드러남(wetting and drying)에 대한 천수방정식의 수치 실험으로서 그 전선 근처에서 수심이 매우 작은 경우, 수심이 작을 때 2차 정확도를 위한 MUSCL의 적용 여부, 그리고 마찰 적용의 한계 수심 등에 대해 수심경사법(DGM)과 수면경사법(SGM)을 비교 검토하였다. 먼저, 포물선형 융기에서 정상상태의 기준해와 비교하고 하류에서 배수(drain)가 되는 경우를 상정하였다. 그리고 삼각형 바닥 턱을 지나는 댐 붕괴 흐름에 대한 실험의 결과와 비교하였다. 마지막으로 유사난수 발생에 의한 불규칙 바닥 구간을 지나는 가상 댐 붕괴 흐름에 대해 모의하였다. 정상 상태의 잠긴 바닥(wet bed)에 대해 정수 상태에서 SGM의 선평형성(well-balancedness)이 만족되었으나, 흐름이 상류와 사류일 때 각각 DGM과 SGM에서 유량 변동이 있음을 확인하였다. 드러난 바닥(dry bed)으로 흐름이 진행될 때 수심이 음의 값이 되지 않도록 잠김 드러남 전선근처에서 수심이 매우 작아지는 경우($<1{\times}10^{-6}m{\sim}1{\times}10^{-5}m$) 수심을 0으로 강제하고, n이 0.011과 0.04인 경우 수심이 각각 $1{\times}10^{-4}m$와 $1{\times}10^{-2}m$보다 작은 경우 마찰의 적용을 배제하는 것이 불가피하였다. SGM에 의한 MUSCL에서 수심이 $5{\times}10^{-5}m{\sim}5{\times}10^{-2}m$보다 작을 때 1차 정확도로 회귀가 불가피하였으나, DGM에서는 그와 같은 정확도의 훼손이 나타나지 않았다.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2003.11b
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• pp.106-111
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• 2003

본 연구에서는 수위-유량곡선식의 정도를 개선하는 방안으로 수위를 추정하는 과정에서 수면경사법을 이용하여 계산한 수위와 HEC-RAS 3.1.1 의 부정류 계산을 하여 얻어진 수위를 이용하여 유량을 계산한 값을 비교하였다. 그 결과 관측된 유량과 계산된 유량의 상대편차는 5.37%로 양호한 결과를 얻을 수 있었으며. 수면경사법을 이용하여 수위를 계산하여 수위-유량곡선식을 유도하는 것보다 HEC-RAS 3.1.1 부정류 모형을 이용한 수위자료를 이용하여 수위-유량곡선식을 유도하는 것이 정도를 높일 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.575-578
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• 2009

자연하천에 적용가능한 수치모형은 지형의 변화를 합리적으로 계산할 뿐 아니라, 하도의 초기상태가 마름상태이거나 혹은 계산과정 중에 마름상태가 나타나더라도 충분히 계산할 수 있을 만큼 안정적이어야 한다. 본 연구에서는 비정형 및 비구조적 격자를 사용하여 지형변화를 고려한 흐름해석의 정확성과 효율성을 높이기 위해 보존변수의 재구성을 수면경사법과 MUSCL 기법을 연계하였으며, 하상경사항은 발산정리를 이용하여 이산화 하였다. 개발 모형의 정확성, 적용성 그리고 보존특성 등을 검증하기 위하여 해석해가 존재하는 불규칙 하상이 존재하는 하도 및 실험자료가 존재하는 실험하도에서의 댐 및 제방 붕괴와 같은 다양한 조건의 흐름에 적용하였다. 그리고 자연하천에 대한 적용 및 검증을 위해 Malpasset 댐 붕괴 모의를 수행하여 계산결과를 관측자료와 비교하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2009.02b
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• pp.152.1-152.1
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• 2009

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.42 no.12
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• pp.1079-1089
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• 2009

The objective of this study is to develop the accurate, robust and high resolution two-dimensional numerical model that solves the computationally difficult hydraulic problems, including the wave front propagation over dry bed and abrupt change in bathymetry. The developed model in this study solves the conservative form of the two-dimensional shallow water equations using an unsplit finite volume scheme and HLLC approximate Riemann solvers to compute the interface fluxes. Bed-slope term is discretized by the divergence theorem in the framework of FVM for application of unsplit scheme. Accurate and stable SGM, in conjunction with the MUSCL which is second-order-accurate both in space and time, is adopted to balance with fluxes and source terms. The exact C-property is shown to be satisfied for balancing the fluxes and the source terms. Since the spurious oscillations in second-order schemes are inherent, an efficient slope limiting technique is used to supply TVD property. The accuracy, conservation property and application of developed model are verified by comparing numerical solution with analytical solution and experimental data through the simulations of one-dimensional dam break flow without bed slope, steady transcritical flow over a hump and two-dimensional dam break flow with a constriction.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.474-478
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• 2011

하천의 만곡부는 원심력으로 만곡 내측의 수면이 낮아지고 만곡 외측의 수면이 높아지는 수면 경사가 발생되며, 2차류 등의 발달로 흐름이 매우 복잡해진다. 특히 산지가 89%를 차지하는 강원도는 하천과 도로가 근접 발달되어 있어서 하천 만곡부의 편수위에 의한 수면상승과 세굴은 하천제방을 파괴시키고 도로 피해로 이어진다. 산지하천 만곡부 곳곳에 많이 노출되어 있는 암초는 홍수시 유수의 원활한 소통을 막고, 편수위 상승을 더욱 가중시키고 있다. 만곡부의 편수위에 대해서는 이론적으로나 실험적으로 많은 연구가 이루어지고 있으나 암초와 같은 장애물이 많고 경사가 급한 산지하천을 대상으로 편수위를 연구는 사례는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 양양남대천 중상류의 법수치리 면옥치천 합류 전 만곡부에서 홍수시 편수위를 측정하고, 내린천의 인제군 미산리와 홍천군 광원리 각 만곡부에 수위측정장치를 설치해 편수위를 조사하였다. 양양남대천 법수치 만곡부는 그림 1과 같이 하도 내에 있는 암반의 영향으로 편수위가 2.145m를 나타내었고, 내린천은 광원지점에서 최대 1.15m, 미산지점에서는 1.18m로 관측되었다. 특히 내리천 미산지점의 만곡접근부에서는 하도 내에 있는 암초장애물의 영향으로 편수위가 2.17m로 기록되었다. 산지하천 만곡부 수충부에 존재하는 암초 장애물은 편수위를 더욱 가중시킬 수도 있고 계방천 송전교와 같이 저감시키는 역할을 할수 있다는 것이 본 조사연구에서 확인되었다. 하도 내 암초 장애물은 산지하천 만곡부에서 매우 흔하게 발견되는 특성이므로 자연장애물이 편수위에 미치는 영향에 대하여 향후 지속적으로 연구하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.483-487
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• 2010

하천에서 물이 비교적 빠른 속도로 흘러가면 압력 변동, 하상의 조도, 하천내 구조물 등의 영향에 의해 수면이 끊임없이 변형을 일으키며 수면에 작은 물결(수면 파문)이 생긴다. 이러한 수면 파문은 유수에 의해 유수의 평균 유속으로 이류되며, 이 때문에 인간이 유수의 흐름을 시각적으로 인식할 수 있다. 이러한 표면 파문은 적절한 영상 분석을 하면 표면 유속 측정의 추적자로 이용할 수 있다. 본 연구는 유수 표면을 연속된 영상을 촬영하고, 일련의 영상을 시공간 영상(space-time image)으로 만든 뒤, 휘도 경사법(graylevel gradient method)으로 유속 벡터를 추출하는 새로운 방법을 제시하였다. 이 분석 과정은 기존의 입자 영상 유속계(PIV, Particle Image Velocimetry) 기법을 이용하는 방법보다 훨씬 간단하고 분석 시간도 크게 절약할 수 있다. 또한, 수면 파문의 전파에 따른 중력파의 영향을 시공간 영상의 처리 과정에서 잡음으로 간주하여 처리할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 개발된 루틴을 표면 영상 유속계(SIV, Surface Image Velocimtery)에 구현하여 새로운 영상 유속계를 개발하였다. 시공간 영상 분속을 이용하는 새로운 영상 유속계를 실험실 수로의 영상 자료에 적용하여 그 정확도, 적용성, 장단점 등을 분석하였다. 제안된 방법에 의한 평균류 산정 결과는 물리적으로 타당하며, 저속 또는 저휘도에서의 분석 성능이 뛰어난 것으로 밝혀졌다. 다만, 이방향 흐름의 분석에서는 문제가 있는 것이 밝혀졌다.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.16 no.4
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• pp.255-262
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• 2013

The boltzmann equation is based on the particle distribution function while the Navire-Stokes equation based on the continuum theory. In order to simulate free surface flow, this paper used the Lattice Boltzmann Method of which is the discretized form. The detail study on the characteristics of the Lattice Boltzmann Method for the free surface simulation was investigated. The developed code was validated with the traditional dam breaking problem by tracking the front position of the water. A basic roles of density functions in the Lattice Boltzmann Method is discussed. To have an engineering applications, the simulation is also conducted the free surface behavior with an arbitrary wall geometry.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.33 no.1
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• pp.65-70
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• 2009

The hybrid numerical model is developed by combining BEM that can calculate the wave motion rapidly under the potential theory and CADMAS-SURF that solves Navier-Stokes equations for the free surface variation near the structure, In the hybrid model the calculation of wave motion in a wide field of wave reflection for deep water area is conducted by BEM but for shallow water area by CADMAS-SURF. Especially the hybrid model can calculate random wave motions for long term period more rapidly with almost similar accuracy than the calculation of wave motion which was carried out by CADMAS-SURF only. In this study the coupling model was applied to the calculation of the strong nonlinear wave motion such as wave runup and overtopping at the coastal structure on the mild-slope bottom and the results of numerical model were compared with the Toyosima's experiments of regular wave runup and Goda's design diagram of ramdom wave overtopping, respectively.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.12 no.4
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• pp.181-189
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• 2000

A weakly nonlinear mild-slope equation has been derived directly from the continuity equation with the aid of the Galerkin's method. The equation is combined with the momentum equations defined at the mean water level. A single component model has also been obtained in terms of the surface displacement. The linearized form is completely identical with the time-dependent mild-slope equation proposed by Smith and Sprinks(1975). For the verification purposes of the present nonlinear model, the degenerate forms were compared with Airy(1845)'s non-dispersive nonlinear wave equation, classical Boussinesq equation, andsecond¬order permanent Stokes waves. In this study, the present nonlinear wave equations are discretized by the approximate factorization techniques so that a tridiagonal matrix solver is used for each direction. Through the comparison with physical experiments, nonlinear wave model capacity was examined and the overall agreement was obtained.