• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.601-610
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• 2021

해안구조물 설치 전, 후의 금강하구역 해수유동 양상을 CASE별로 비교하기 위해서 수심적분된 그리고 조간대 처리기법이 적용된 해수유동 수치모형인 FLOW2DH를 사용하였다. 실험조건은 해안구조물 설치 전(CASE1), 해안구조물 설치 후(CASE2), 배수갑문운영 추가(CASE1Q, CASE2Q) 및 현재 상태(CASE3)로 구성된다. CASE1의 경우, 자연형 하구의 안정화된 해수유동 양상을 보여주고 있고, CASE2의 경우, 설치된 해안구조물들로 인하여 금강하구역의 유속 및 유향에 변화가 발생하였다. 특히, CASE2의 개야수로 구간(P5~P9)은 CASE1과 대비하여 유속이 10~30% 크게 계산되었다. 금강하굿둑과 가장 가까운 군산 내항(P4)의 경우는, CASE1Q와 CASE2Q의 낙조 시 2.7시간의 배수갑문의 방류로 인하여 낙조 유속이 다른 CASE들과 비교하여 약 250~300% 빨라졌다. 이는 퇴적물이동에 영향을 줄 것이고, 나아가 해저지형변화를 야기할 것으로 예측된다. 현재 상태인 CASE3의 경우, 금강하구와 주변 해안역의 유속과 유향을 검토한 결과 안정화 단계로 접어들고 있는 것으로 판단된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제17권1호
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• pp.21-27
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• 2014

심해탐사를 위해 새롭게 개발된 소형 루프형 해양 전자탐사 시스템의 실해역 실험 결과의 반응 양상을 적분방정식 기반의 3차원 모델링을 통하여 분석하였다. 수심 약 300 m 해저환경에서 획득한 금속 이상체의 전자기 반응 양상에 대한 영향인자를 분석하기 위해 이상체의 크기와 모양을 다르게 설정하여 모델링을 수행하였다. 모델링 결과 분석을 통하여 이상체의 모양이 크기보다 반응 양상에 더 큰 영향을 주는 것을 확인하였다. 탐사고도와 주파수에 따른 반응값 변화를 알아보기 위해 모델링을 수행하였고 이를 통해 일정한 탐사 고도 유지의 필요성과 주파수 대역에 따른 허수부의 민감도를 확인하였다. 또한 탐사 고도와 주파수에 따른 반응값을 단면 그래프로 나타내어 시스템에 사용되는 주파수 대역에 대한 적절한 탐사고도를 제시하였다. 본 연구를 통해 도출된 결과는 해저 열수광상 실해역 탐사 설계 시 매개변수 설정에 있어 유용한 정보를 줄 것으로 예상된다.

• 대한조선학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.35-47
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• 1996

포텐셜을 기저로 하는 판요소법을 사용하여 자유 표면이 존재하는 유동장에서 일정 속도로 전진하는 3차원 물체의 형상을 설계하였다. 설계 방법으로는 원하는 압력 분포를 경계 조건으로 부여하고 이를 만족하는 물체 형상을 찾아내는 역해석법(inverse method)을 사용하였다. 즉, 주어진 압력으로부터 물체 표면에 분포된 법선 다이폴의 세기인 포텐셜 값을 결정하게 되며, 이는 물체 표면에 대한 Dirichlet형태의 경계 조건으로서 Green의 정리로부터 유도된 적분 방정식을 해석하게 된다. 전체 속도 포텐셜은 기본 유동인 선속에 대한 성분과 선제에 의하여 교란되는 성분으로 구성되어진다고 가정하였으며, 교란 포텐셜을 사용하여 선형화된 자유 표면 경계 조건을 적용하였다. 적분 방정식에 대한 수치 해석을 위해 물체 표면에 법선 다이폴과 Rankine 쏘오스를 분포하였으며, 자유 표면에는 Rankine 쏘오스를 분포하고 4점 유한 차분법을 사용하여 자유 표면 경계 조건이 만족되도록 하였다. 해로서 얻어지는 각 판요소에서의 Rankine 쏘오스의 세기는 가상의 유동 출입량으로서 형상 수정항으로 사용되었다. 몰수 회전 타원체의 형상 설계에 대하여 본 설계법을 적용한 결과 무한 수심에서나 조파 상태에서 $4{\sim}6$회의 반복 계산으로 충분히 수렴된 해를 얻을 수 있었다. 또한 자유 표면을 가르고 전진하는 Wigley 수학적 선형에 대한 형상 설계를 수행하여 만족스러운 결과를 얻어내었으며, 얻어진 수치해는 매우 안정적이고 빠른 수렴성을 보였다. 선형의 우열 비교를 통해 조파 저항을 감소시킬 수 있는 압력 분포의 형태를 파악하였으며, 이를 바탕으로 조파 저항의 관점에서의 5500TEU급 콘테이너 운반선의 설계를 수행하였다. 설계되어진 새로운 선형은 조파 저항의 관점에서 기존의 선형보다 계산과 실험에서 모두 우수하게 개량된 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.588-593
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• 2006

자연하천은 일반적으로 만곡수로나 사행수로 형태를 보이고 있으며, 직선수로에서와 달리 원심력에 기인한 이차류 영향을 받게 된다. 이차류에 의해서 수면에서는 만곡부 바깥쪽으로, 하상에서는 만곡부 안쪽으로의 흐름특성을 보이게 된다. 만곡부 안쪽으로 가해지는 하상 전단응력에 기인하여 하상에서의 입자가 만곡부 안쪽으로 이송되며, 결과적으로 만곡부 안쪽에는 점사주가, 바깥쪽에는 소(pool)가 생성된다. 또한 지형경사의 생성으로 입자에 가해지는 중력효과도 변화된다. 따라서 이와 같은 자연하천의 흐름과 하상변동을 수치모의 하기 위해서는 만곡부 이차류 특성을 고려한 모형이 필요하다. 본 연구에서는 수심 적분된 흐름방정식과 하상토 보존방정식 (Exner equation)을 이용한 하상변동을 위한 비연계 수치모형을 위해서 하상토 보존방정식의 유한요소 알고리즘을 개발하였다. 하상토 보존방정식은 흐름 특성에 따른 평형 유사량의 공간변화율을 이용하여 일정 기간 동안의 하상 변화량을 계산한다. 이 때 이차류에 의한 하상 전단응력의 편각 및 지형경사 변화에 따른 실제 입자의 이송방향을 보정하여 평형 유사량이 계산된다. 이러한 보정식을 적용시키기 위해서는 유속성분의 공간변화량 및 지형경사의 공간성분이 필요하다. 유한요소법은 연속성 변수를 이산화시켜 근사해를 구하는 수치기법의 일종이기 때문에, 요소망이 불규칙적으로 구성되었을 경우 임의의 절점에서 연속성을 지닌 변수의 공간변화율을 계산하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 평형 유사량 계산 시에 절점이 아닌 요소 내부에서 평형 유사량을 계산하는, 하상토 보존방정식의 새로운 유한요소 알고리즘을 개발하고, 새로운 알고리즘을 적용시킨 수치모형의 검증을 행하였다. 경계조건 알고리즘의 검증으로 위해서 Soni 등 (1980)이 행한 상류 유입 유사량에 따른 하상변동을 수치 모의하고 실험치와 비교하였으며, Sutmuller와 Glerum (1980)이 수행한 만곡수로에서의 하상변동을 모의하고 실험과 비교하였다. 새로운 알고리즘을 적용시킨 하상토 보존방정식의 유한요소 수치모형의 결과는 매우 안정적이며, 실험과 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 본 수치모델은 현재 균일한 입자의 하상토만을 고려하므로, 입자분급이나 하상 장갑화 현상 등은 무시한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.1385-1394
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• 1994

밀도효과(密度效果)를 고려한 물의 유동(流動)에 관한 3차원(次元) 수치모형(數値模型)을 수립하여, 정상수역(靜上水域)으로의 표면온배수(表面溫排水) 확산문제(擴散問題)를 해석하였다. 수립된 수치모형(數値模型)은 수심방향에 대해 정규화(正規化)한 좌표(座標)(${\sigma}$-coordinate)에서 무차원화(無次元化)된 식들을 사용하며, 시간(時間) 적분방법(積分方法)으로는 반음해법(半陰解法)을 사용하여 계산시간의 효율성(效率性)을 도모하였다. 온배수확산(溫排水擴散) 수리실험결과(水理實驗結果)와의 비교를 통하여 모형의 신뢰성(信賴性)을 검토하였으며, 온배수(溫排水) 확산(擴散)(밀도류(密度流)) 계산시 연직확산계수(鉛直擴散係數)와 성층효과(成層效果)를 고려하기 위해 사용되는 안정함수(安定函數)의 여러 형태에 대한 계산결과를 비교하였다. 수립된 모형은 수리실험자료(水理實驗資料)와 일치하는 양호한 계산결과를 보였다. 온배수 확산 모의시 연직(鉛直) 확산계수(擴散係數)의 공간적(空間的) 분포(分布)를 고려해야함을 확인할 수 있었으며, 표면온배수 확산을 정확히 모의하기 위해서는 기존에 널리 사용되는 안정함수(安定函數)가 수정될 필요가 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.115-125
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• 1992

광양만의 지형변화에 따른 유황변화를 수심방향으로 적분된 2 차원 조석방정식을 사용하여 검토하였다. 연구결과 부두건설에 따른 해수면적의 감소로 인해 광양만으로 유입하는 조석량이 작아졌으며, 이로 인해 묘도를 중심으로한 만 외측에서는 조위차가 약간 커졌으며, 만내측에서는 전반적으로 수위가 하강한 것으로 나타났고, 특히 간조시의 수위 하강현상이 뚜렷하게 나타났다. 유속의 변화양상은 광양만 전체에 걸쳐 건설전 보다 작아졌으나, 광양동천에서 만으로 유입되는 수로에서는 수로 단변의 축소로 유속이 증가한 것으로 나타났다. 또한 대조기 시에 광양만으로 유입하는 수어천, 광양동천, 그리고 만의 외부경계인 섬진강으로 부터의 홍수량을 100 년 빈도로 한 결과, 섬진강하구에서는 약 1.2 m 그리고 광양만 내측에서는 약 0.3 m 의 수면상승을 초래하는 것으로 나타났다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.189-197
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• 2017

최근 빈번하게 발생하는 해상 유류사고에 대해 초기에 신속히 대응하기 위해서는 정확성 높은 수치해석 모형의 개발 및 적용이 필수적이다. 본 연구에서는 불규칙한 지형적 변화가 존재하는 근해역에서 유출유의 정확한 확산예측을 위하여 비선형성, 분산성, 난류 및 회전류 효과 등이 포함된 수심적분형 Boussinesq 모형과 유류의 이송-확산-변형모형을 통합함으로써 유출유 초기확산 예측을 위한 결합모형을 개발하였다. 개발된 모형은 지형적 복잡성 및 그에 따른 실제 흐름의 특성을 지닌 실 해역에 적용함으로써 모형의 활용성을 검토하였다. 고해상도의 해상 조건 재현이 가능한 본 개발모형은 기후변화 등에 의해 점차 강화되는 해상 기상의 극한조건에서의 유류 재해에 대비할 수 있는 방재시스템 구축에 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.522-526
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• 2007

항공사진을 이용하여 하천의 경년변화를 조사하다 보면, 사주 변동에 따라 하천의 주 흐름이 다양하게 변화되고 있음을 알 수 있다. 이처럼 특정 하천의 지정된 구간에서의 흐름변동은 많은 시간에 걸쳐 이루어진다. 바꾸어 말하면, 짧은 시간 동안 자연하천에서의 주 흐름 변화를 관찰 하기는 일반적으로 매우 어렵다. 본 연구에서는 이틀이라는 짧은 시간 동안에, 하천에서의 주 흐름 변동에 따른 특성변화를 조사하였다. 이러한 조사는 "조정지 댐에서의 수문 조작"이라는 인위적인 방법을 동원함으로서 가능하였다. 모든 조정지 댐에서는 하천 유지를 위한 일정양의 물을 수문을 통하여 방류한다. 대청댐 하류에 있는 조정지 댐에는 폭이 약 10m에 이르는 10개의 수문이 있다. 평상시에는 우안으로부터 5번째에 있는 중앙의 수문을 개방하여 초당 약 18톤의 물을 방류한다. 그러므로 본 연구에서는 방류하고자 하는 지점의 수문높이를 조정하여 일정량을 유지한 채, 수문의 위치를 중앙에서 좌안 그리고 우안의 순으로 변경 하였다. 방류 수문 위치를 변경함에 따라 하천에서의 수리특성을 조사하기 위하여, 흐름이 안정 될 때까지 충분히 기다린 후, 각각의 경우에서의 하류지역을 대상으로 현지관측 및 수치실험을 실시하였다. 조사는, 첫째 지형측량, 유량측정 및 수위변동 등을 포함한 정밀현장조사, 둘째 일반적인 모델에 정밀조사 결과를 적용시킴으로서 얻을 수 있는 가시화 기법 개발 등의 순으로 진행하였다. 수치실험에 사용한 모델은 하천에서의 흐름거동을 2차원적으로 해석하는데 많이 사용되고 있는 상용프로그램인 SMS (Surface-Water Modeling System)의 RMA2 모형이다. 이모형은 RMA (Resource Management Associates, Inc.)에 의해 처음 개발된 2차원 유한요소 모델이며 지배방정식은 z방향을 수심 적분한 2차원 천수방정식으로, x와 y방향에 대한 Navier-Stokes 방정식과 연속 방정식으로 구성된다. 본 연구에서는 현장 조사 시 지배인자 파악의 중요성 및 수치계산을 위한 검증자료의 필요성을 강조하기 위하여, 일반적인 방법으로 수행한 계산 결과 및 다양한 현장 특성을 고려한 계산 결과를 비교 하였다. 그 결과 본 연구는 (1)최신 장비들의 도입 및 검증과 기존 장비의 활용 범위 확대, (2)기존의 상용 프로그램을 이용한 하천 흐름특성의 가시화 실현 등에 의의가 있다고 사료된다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제2권4호
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• pp.190-199
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• 1990

3층 구조를 갖는 대륙붕 외해역에서의 취역류 예측을 위한 Galerkin 해를 Eigenfunction 전개를 통해 유도하였다. 수심변화를 결정짖는 연식난류확산 계수가 층간에 불연속적으로 변화토록 정의되므로 내적분 정의시 층별적분이 등장한다. Eigenfunction 및 Eigenvalue 산출을 위해 B-spline 함수전개가 이용되는데 정확한 계산을 위해서는 난류활동이 극도로 저하되는 Pycnocline 내에 많은 Knot들을 배정함이 필요한 것으로 나타났다. 비록 Eigenfunction이 층간에 급격한 변화를 가지나 여전히 해수표면부터 해저편간의 전 구간에 걸쳐 정의되는 연속함수이므로 Gibbs 효과에 따른 해의 진동현상이 표층하, 특히 Pycnocline 내에서 출현하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제8권2호
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• pp.137-145
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• 1996

황해ㆍ동중국해역의 M$_2$조석 잔차위 및 M$_4$ 형성에 대한 비선형항의 영향을 2차원 수심 적분된 M$_2$조석 수치모형을 이용하여 살펴보았다. 대상 해역은 황해ㆍ동중국해 전역을 포함하는 117$^{\circ}$E-130$^{\circ}$E-41$^{\circ}$N 해역으로 수치 모형의 해상도는 경ㆍ위도 방향으로 각각 1/6$^{\circ}$, l/8$^{\circ}$이며, 방사 개방 경계 조건이 사용되었다. 이류항의 영향은 음의 잔차위를 형성하는 반면 연속 방정식의 천해항의 영향은 양의 잔차위를 형성하는 상반된 효과를 보였다. M$_4$성분의 생성에 대한 이류항과 연속방정식의 천해항의 기여도는 약 90%이상으로 나타났으며, M$_4$성분의 생성에 대한 2차의 저면마찰항의 기여도는 상대적으로 작은 것으로 나타났다.