• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.177-177
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• 2022

기후변화 및 해안 구조물의 증가 등 여러 원인이 연안침식 및 해안선 변화와 같은 연안의 지형변화를 가속하고 있다. 빠르게 변화하는 연안의 지형변화예측 및 대응책 강구를 위해서는 연안의 유사이송 현상에 대한 신속한 예측이 필요하다. 본 연구에서는 GPU 엔진 기반 파랑해석모형인 Celeris Advent를 활용하여 실시간으로 연안의 유사이송 모의가 가능한 수치모형을 개발하였다. Celeris Advent는 GPU의 병렬코어를 활용해 실시간 연산과 GUI를 통한 사용자와의 실시간 상호작용이 가능한 모형이다. 지배방정식은 확장형 Boussinesq 방정식에 유사이송방정식을 양방향 결합하여 구성하였고, 지배방정식에는 하이브리드 유한체적-유한차분 수치기법을 적용하여 이송항은 유한체적법(Kurganov & Petrova, 2007), 소스항은 유한차분법을 통해 이산화하여 해석한다. 유사이송방정식은 수심적분형 이송확산방정식에 침식 및 퇴적 플럭스를 반영하는 소스항을 결합하여, 이송항 및 확산항을 통해 유사의 이송/확산을 고려함과 동시에 소스항을 통해 하상과의 상호작용을 고려하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.414-414
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• 2020

고전 천수방정식을 적용한 2차원 도시홍수 모델링에서는 지형의 정확한 반영을 위해 고해상도 격자가 요구되며 이는 많은 계산시간과 노력을 필요로 한다. 최근에는 다공성 천수방정식을 적용한 도시홍수해석으로 많은 계산 노력이 요구되는 도시홍수모델링의 한계를 극복한 연구가 많이 이루어지지고 있다. 이러한 연구는 도시 홍수에서 흐름이 공간적으로 변화할 때 불균일 공극이 존재하므로 격자의 크기를 다르게 하여 이러한 불균일성을 해결하고자 하는 등방성 천수모형의 적용에서 시작되었다. 하지만, 등방성 공극을 고려한 도시홍수 해석모형은 대표요소체적(REV)보다 더 큰 격자의 적용을 해야 하는 제한성을 가진다. 반면, 비등방성 공극은 대표요소체적의 적용이 필요하지 않아 불균일 공극의 크기에 관계없이 이론상으로는 동일한 해상도의 격자가 사용가능하긴 하지만, 실제 도시홍수 해석에서 중요하면서도 도전적인 연구이다. 본 연구에서는 도시홍수의 효율적 계산을 위해 비등방성 공극을 고려한 적분형 다공성 천수방정식을 기반으로 하는 2차원 도시홍수 해석모형을 개발하였다. 모형의 개발을 위해, 적용 격자내에서 도시지역의 건물이 차지하는 길이 및 면적을 산정하고 그 값을 2차원 천수방정식에 적용 가능하도록 체적공극(𝜙_j)와 면적공극(𝜓_k)을 2차원 고전 천수방정식에 추가하였다. 개발모형은 고전 천수방정식, 등방성 공극 고려(미분형 다공성) 천수방정식 및 비등방성 공극 고려(적분형 다공성) 천수방정식의 적용이 가능하여, 각 모형에 적합한 2차원 격자 생성, 각 모형의 매개변수를 보정 그리고 정확성, 효율성, 적용성이 비교 가능하다. 각 모형의 정확성과 효율성 비교를 위해 3가지의 오차 비교 (구조적 오차, 격자크기 오차, 공극 모형 오차), 계산시간 비교, 공간 변동성 검증을 위한 수심 종단형상 비교하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.324-328
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• 2015

본 연구에서는 수심적분 2차원 수치모형인 Nays2D를 이용하여 수공구조물(낙차공)이 사주의 거동과 하천의 평면변화에 미치는 영향을 분석하였다. 길이 20m, 저수로 폭이 0.48m, 좌우안 홍수터 폭이 0.26m인 복단면 하도에서 낙차공에 의한 사주의 변화를 파악하기 위한 실험결과와 수치모의 결과를 비교하여 그 적용성을 검증하였다. 최심 하상고의 변화와 교호사주의 발생을 모의하였으며, 실험결과와 잘 일치하였다. 하폭이 상대적으로 넓고 수심이 얕은 복렬사주가 발생하는 조건에서 사주의 거동을 파악하기 위한 수치실험을 수행하였으며, 상류에서 발생한 사주의 형상이 낙차공 하류의 하도변화에 영향을 미치는 것을 파악하였다. 낙차공 상류와 하류에서 교호사주가 발달하였으며, 낙차공 상류에서 발달한 사주의 형상을 반영하여 낙차공 하류에서 교호사주가 형성되었다. 사주의 파장은 낙차공 상류의 파장보다 낙차공하류에서 짧고, 사주의 파고는 낙차공 하류에서 파고보다 상대적으로 높다. 또한 사주의 이동속도는 낙차공 상류보다 하류에서 빠른 특성을 보여주고 있으며, 낙차공에 의하여 흐름이 강하게 교란되면서 하류에서 사주가 형성되는 영향을 주기 때문으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.20-26
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• 2019

강이나 하천 폭 전체에 걸쳐 수리구조물을 설치하는 경우에는 대개 하상보호공을 설치한다. 하지만 하상보호공직하류부에 있는 하천하상이 상류부의 흐름영향으로 인해서 유실되는 국부세굴현상이 발생한다. 이와 같은 국부세굴은 흐름방향 경계지점의 흐름 및 난류특성과 하상토의 재질 등에 지배적이며, 시간의 경과에 따라서 점차적으로 위험할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이동상 모형실험을 통해 분석된 시간변화에 따른 하상보호공 하류부 국부세굴공 내부의 난류성분을 3차원 수치해석모형인 OpenFOAM의 적용결과와 비교하고 국부세굴공발달의 주요인자라고 알려져 있는 수심 적분된 상대난류강도 값의 흐름방향별 분포를 분석하였다. 또한 이 결과와 함께 하상전단응력 및 Shields parameter와 비교하여 세굴공의 안정화에 대하여 분석하였으며 추가적으로 초기 난류유입조건을 변화시켜 그 결과를 비교하였다. 그 결과 세굴공의 최대발생깊이는 유속의 크기보다는 오히려 수심 적분된 상대난류강도의 크기에 따라 지배적으로 발달하는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과를 통해서 향후 하상보호공 하류부에서 발생 가능한 국부세굴공을 저감하거나 방지하기 위해서는 수심 적분된 상대난류강도를 조절할 수 있는 설계나 시공 혹은 수문조절이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1-5
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• 2009

하천의 수위와 유량에 대한 정확한 정보는 이수, 치수와 같은 수자원 관리에 있어서 가장 기본 물리량이며, 각종 물이용 분쟁 해결, 수공구조물의 설계, 하천의 유사량 산정 및 수리 수문모형의 개발, 검증을 위한 기초자료로 이용된다. 그러나 유량의 직접 계측은 많은 비용이 소요되며, 홍수시에는 계측이 불가능하다. 지속적인 유량자료의 실측은 얻는 것은 매우 어렵다. 따라서 최근 수치 모형을 이용하여 수위-유량 곡선을 예측하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 복단면 및 불규칙한 하상을 갖는 개수로의 수위-유량 곡선 및 단위유량 예측모형을 개발하고자 한다. 수심 적분된 2차원 운동량 방정식으로부터 정상류와 등류 조건을 가정하여 지배방정식을 구성하였으며, Manning 조도계수를 사용하여 자갈 및 모래와 같은 하상재료에 의한 전단력을 산정한다. 또한 식생항력을 이용하여 홍수터 및 제방의 식생이 수위-유량에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.529-538
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• 1998

개수로 합류부의 흐름양상이 2차원 수심적분 수학적 모형에 의하여 해석된다. 합류부 흐름에 지배적인 매개변수는 지류와 합류후 유량의 비와 합류각으로 나타났다. 이들 인자의 항으로 해석되는 대상은 합류부에서 흐름양상과 수심의 변화, 본류에서 합류부 상류흐름이 영향을 받기 시작하는 유량비 및 순환영역의 기하특성이다. 또한 합류하류에서 흐름수축과 지류의 굽음각이 조사되었다. 수치해석결과는 기존 실험자료와 비교적 잘 맞는것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권6호
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• pp.749-762
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• 2023

천수 방정식 흐름률 계산에 근사 Riemann 해법을 채택한 수심 적분 모형을 도수 실험에 적용하였다. 도수 때문에 단일 수로에서 서로 다른 흐름 양상이 동시에 나타나므로 흐름 저항에 대해 수심이나 유속에 무관한 Manning 조도 계수보다는 흐름 조건을 반영할 수 있는 Weisbach 저항 계수를 채택하였다. 모의 결과는 실험 결과에 잘 부합되었으며, Weisbach 계수로부터 환산한 Manning 계수는 사류 구간과 상류 구간에서 각 각 적절하게 설정되고 있음을 확인하였다. 도수 실험과 비교에서 정수압 가정에 기반한 천수 방정식의 한계가 드러나 비정수압 천수 흐름 모형 도입의 필요성이 높아졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1209-1213
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• 2007

하천 수치모델링을 통한 흐름, 오염물질 거동, 지형변화 해석 등은 효율적인 하천 수질 관리를 위해서 상당히 중요한 부분은 차지한다. 수질이나 지형변화를 보다 정확하게 예측하기 위해서는 하천 흐름 예측의 정확도 향상이 중요한 역할을 하게 된다. 본 연구는 평면 이차원 하상변동 및 수질예측 수치모형인 KU-RLMS 모형을 이용하여 낙동강 상류의 반변천 합류부의 흐름 특성을 규명하고, 수질 모형을 수행하기 위한 흐름 계산 결과를 제공하기 위해 수행하였다. KU-RLMS 모형은 하천 및 저수지의 국부적인 수리, 수질, 유사이동 해석을 위해 개발된 평면 이차원 비정상 수치모형이다. 직사각형 격자를 사용하는 유한차분법의 단점을 보완하기 위해, 흐름 계산을 위한 지배방정식은 3차원 Reynolds 방정식으로부터 수심적분된 2차원 연속방정식과 운동량방정식을 불규칙한 경계를 현실적으로 모사할 수 있는 직교곡선 좌표계로 변환한 방정식을 사용한다. 수치모형 적용을 위한 현황분석으로 안동 및 임하 조정지댐의 방류량, 안동 수위관측소의 자료를 분석하였다. 흐름 모형을 보정하기 위해 안동대교 지점에서 횡유속 분포를 측정하였으며, 이 결과를 사용하여 흐름 모형의 매개변수인 Manning 계수와 공간가중계수를 추정 및 검증하였다. 안동다목적댐과 임하다목적댐의 방류량을 고려하여 수치모의조건을 결정하였으며, 각 조건에 대한 흐름 변화 특성을 분석하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제6권3호
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• pp.266-274
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• 1994

우리나라 서해안에 위치한 인천해역의 개발에 따른 조석특성을 분석하기 위하여 2차원 수치모형을 이용한 수치분석을 수행하였다. 먼저 기존 및 새로운 조석관측 자료를 분석하고, 수학적 모형으로서 수심 적분한 천수방정식을 선정하였으며, 이에 따른 수치모형은 Flather and Heaps(1975)의 모형을 사용하였다. 관측된 2개 주요분조 M$_2$와 S$_2$를 외해 경계조건으로 입력하여 모형을 수립하고, 수립된 모형을 2종류의 인천해역 개발안에 따라 적용하였다. 이 해역이 개발될 때 대조시 조석 변화양상을 평가한 결과 진폭변화는 미약하나 조류변화는 부분적으로 크게 나타낸다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제7권2호
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• pp.82-88
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• 2004

투과성 항만구조물 주변에서 해수유동을 평가하기 위하여, 흐름 저항을 고려한 수치모형을 사용하였다 조석 조류수치모형에서 임의 물체에 대한 흐름 저항을 고려하기 위하여 수심적분된 전통적인 동수력학 방정식에 항력항을 첨가하였다. 그리고 해수교환율을 평가하기 위하여 임의행보(random walk) 수치모형을 사용하였다. 본 모형은 부산항의 잔교식 항만구조물의 설계에 이용되었으며, 이 때 투과성 구조물은 불투과성 구조물의 경우보다 유속이 증가하고 해수교환율이 향상되는 결과를 보였다. 본 모형은 앞으로 투과성 구조물의 설계에 있어서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.