• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1997-2002
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• 2007

본 연구에서는 유역내의 토양보존계획 및 관리를 위해 토사유실평가모델과 현장검토를 실시하여 대청호 유역의 토사유실 원인지역을 선정하였다. 먼저 DEM, 정밀토양도, 토지피복도 및 강우자료를 기반으로 RUSLE 모델을 이용하여 대청호 유역의 단위토사유실량을 평가하였다. 토사유실모델에서는 토사의 이동경로 및 작물종류를 고려하기 어렵기 때문에 다각적인 현장조사를 통해 토사유실 주요하천을 선정하는 것이 필요하다. 모델로 분석한 소유역별 원인지역을 검토하기 위해 현장조사를 실시한 결과, 대청호유역에서는 무주남 대천, 원당천, 금평천 등이 높은 토사유실량을 나타내었다. 현장조사 결과 이러한 지역들은 하천주변에서 경사가 급하고 작물의 재배조건도 토사유실에 취약한 것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1219-1223
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• 2007

수온은 수계에서 가장 중요한 물리적 특성 중 하나로서, 생물 군집, 특히 어류와 무척추 동물에 관련된 많은 수질 인자에 영향을 미친다. 하천의 생태학적 모습을 개선하기 위한 하천 복원 사업 수행에 있어서, 서식처 및 산란처 조건으로서의 수온 조사 및 모델링의 필요성이 점차 증가하고 있는 상황이다. 본 연구는 낙동강의 중상류에 위치한 반변천 합류부에 평면 이차원 비정상 수치모형인 KU-RLMS 모형을 적용하여 수온의 변화 특성을 규명할 목적으로 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, 수심적분된 2차원 연속방정식, 운동량방정식, 이송확산방정식을 불규칙한 경계를 현실적으로 모사할 수 있는 직교곡선 좌표계로 변환한 방정식을 사용한다. 이 모형은 흐름, 농도, 지형변화를 조합하여 계산할 수 있는 모형으로서 점착성 및 비점착성 유사의 이동, 보존성 및 비보존성 오염물질의 이동, 수온 변화를 모의할 수 있다. 수치모형 적용을 위한 현황분석으로 안동 및 임하 조정지댐의 방류량, 안동 수위관측소의 수위, 법흥교 및 포진교 지점의 수온 자료를 분석하였다. 이송확산모형의 보정을 위해, 안동대교 지점의 수온 횡분포 측정자료를 사용하여 확산계수에 대한 매개변수 추정 및 검증을 수행하였다. 또한, 안동조정지댐과 임하조정지댐의 방류량 및 방류수온을 고려하여 수치모의조건을 결정하였으며, 각 조건에 대한 수온 변화 특성을 분석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.515-528
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• 1998

홍수터 흐름의 모의를 위한 준2차원 계산모형을 수립하였다. 모형의 계산망으 2차원 홍수터 구획체계를 하도와 결합한 것으로서 일반적으로 폐합형 망으로 구성된다. 홍수터 흐름에 대해서는 각 구획에서의 수량보존에 관한 연속방정식 및 인접구획간 하도형 또는 월류형 수위-유량 관계식을, 하천 본류에 대해서는 1차원 부정류에 대한 St.Venant 방정식을 각각 지배방정식으로 하여 흐름을 모의하는 준2차원 계산모형으로서, 폐합형 하천수계에 대한 부정류 해석 수치기법을 홍수터 흐름까지 포함하도록 확장함으로써 하천 본류 및 홍수터 흐름을 동시에 모의할 수 있는 수치모형을 개발하였다. 개발된 모형을 여러 검증문제에 적용하여 모형의 적용성을 조사하였으며, 각종 모형의 매개변수들에 관한 민감도 분석을 수행하였다. 흐름단면의 형상이 복잡하고 불규칙적일수록 본 모형이 Cunge(1975)의 경우보다 정확한 계산결과를 나타내었으며, 하천 본류로부터 홍수터로의 범람은 물론, 본류로의 재유입, 즉 흐름방향이 반전되는 현상이 잘 모의되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.105-105
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• 2012

최근 우리나라는 집중호우로 인한 토석류의 발생이 현저하게 증가하고 있으며, 2002년 태풍 루사와 2003년 매미 그리고 2006년 7월 집중호우 등으로 인한 피해의 규모는 여러 조사와 문헌에서도 확인할 수 있다. 2011년 7월, 서울 우면산 일대에서는 집중호우로 인한 토석류가 발생하였으며, 16명의 인명손실을 포함한 큰 피해가 있었다. 우면산 토석류는 십여 개 지역에서 동시다발적으로 발생하였으며, 토석류 발생 유역 특성과 토석류의 유동특성을 분석하기 위한 현장 조사가 진행되었다. 조사한 자료에 따르면 우면산 일대의 일일 강우량은 서초 기상측정소를 기준으로 최대 24시간 누적 324mm 그리고 시간당 최대 68.5mm/hr를 기록하였다. 상업용 소프트웨어인 FLO-2D는 유사농도의 함수로서 점성(viscous)응력, 항복(yield)응력, 난류 및 분산(dispersive) 응력항을 포함하는 2차 유변학(quadratic rheology) 모델을 기본으로 사용하여 이류(mudflow)와 토석류(debris flow)를 모의할 수 있다. FLO-2D는 흐름의 운동량 및 에너지 보존을 고려하여 격자와 시간에 관계없이 유동심도, 속도, 압력을 예측할 수 있으며, 격자 기반의 모델로서 GIS 및 기타 응용 프로그램들과 연동이 쉽다는 장점이 있다. 그러나 하상침식에 의해 유발된 토석류의 체적 증가는 고려 할 수 없으므로 토석류의 전파 및 퇴적영역에서의 토석류 모의에만 사용할 수 있는 단점이 있다. 이 연구의 목적은 FLO-2D 소프트웨어를 이용하여 우면산에서의 토석류 현상을 재현하는 것이다. 우면산 일대에서 발생한 토석류 중 서초구 방배동의 래미안 아파트 부근에서 발생한 토석류에 대하여 수치지도(DEM)와 현장조사를 통해 얻은 지형자료, 해당 지역의 강우량 및 지질 특성 자료 등을 토대로 FLO-2D 모델을 적용하여 토석류의 흐름특성을 검토한다. 토석류 유동 및 퇴적에 대한 가용한 현장관측 자료와의 비교 분석을 통하여 토석류 특성 값을 산정하고, 모델의 적용성을 검증한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제32권2호
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• pp.163-176
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• 1999

GIS기법을 이용하여 추출되는 수문지형정보는 기존 주제도의 선정, 사용된 알고리즘 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 토양도 및 토지이용도의 선정에 따른 유출수문곡선번호의 변화를 분석하여 미계측 유역의 강우유출모의에 효과적인 GIS의 활용방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 미계측 유역에서의 유효강우량 산정에 필요한 GIS 공간자료(개략토양도, 정밀토양도, 토지이용계획도,위성영상)를 구축하였다. 미국 토양보존국(SCS)의 유출곡선번호(runoff curve number; CN)방법의 적용을 위한 수문학적 속성의 입력과정에서 발생할 수 있는 문제점을 분석하였다. 또한 SCS CN값 산정을 위한 GIS 공간자료의 선정에 따른 유출응답특성을 검토하였다. 실측 수문곡선과의 검증을 통해 미계측 유역에서의 강우유출모의에서 GIS의 적용성을 확인할 수 있었다. SCS CN값을 산정하기 위한 GIS 공간자료로서는 정밀토양도와 위성영상자료를 이용하는 것이 적합한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제32권2호
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• pp.99-110
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• 1999

모멘트법은 Lagrangian 벙법으로서 격자요소 내에서의 농도의 공간분포에 대한 0차, 1차, 2차 모멘트를 고려한고 각 모멘트의 보존성을 유지하면서 농도분포의 이송을 계산하는 방법이다. 따라 각 격자요소에서의 0차 모멘트, 즉 평균농도 뿐만 아니라 1차 및 2차 모멘트 값의 합리적인 초기 설정이 요구된다. 본 연구에서는 각 모멘트들의 초기값 설정방법을 검토하고, 기존 모멘트법의 Couuant 수에 대한 제약조건을 극복하기 위하여 모멘트법을 개선하였다. 모멘트법에 의한 모의 결과를 유용한 Eulerian 및 Lagrangian 기법에 의한 모의 결과와 비교 검토하여 모한 해석결과를 발생시키는 기법이며, 본 연구에서 제시한 Courant 수 제약조건의 극복에 관한 연구는 성공적으로 이루어진 것으로 나타났다. 한편, 모멘트법은 농도가 전체 계산영역의 일부에 분포하는 2차원 영역에서의 이송 모의시 계산시간에 있어서 매우 효율적인 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.457-457
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• 2011

저영향개발(LID, Low Impact Development)은 물순환체계 개선을 위해 녹색 공간의 확보, 자연형 공간 조성, 자연상태의 수문순환 기능의 유지 기법 등을 활용한 개발 대상지에서의 강우유출 및 비점오염원의 영향을 최소화할 수 있는 새로운 방법이다. LID는 강우 유출수의 지하침투, 강우 종료시 증발산량의 확보, 강우 유출수의 재이용 등을 통한 강우 유출량을 최소화하는 것에 그 목적이 있다. LID 방법은 우수저류 공원, 생태저류지, 지붕층 저류공원, 보도 저류공간, 인공습지, 완충녹지대, 수목 보존지대, 지붕층 배수관, 강우 저장조, 투수성 포장, 토양 개량, 불투수층 최소화, 비점오염원 저감 등으로 효율성, 경제성, 유연성, 합리성, 토지 가치증대 등의 장점이 있다. 영산강 수계의 BOD 배출부하량이 점오염원(21,019kg/일)과 비점오염원(50,047kg/일)의 비율이 3:7 로 비점오염원 배출부하량이 훨씬 큰 상태이다. 특히, 광주광역시, 농업용 토지, 축산계 등의 비점오염원이 영산강 수질에 크게 영향을 미치고 있다. 따라서 본 연구에서는 비점오염원의 영향이 큰 영산강 수계를 대상으로 앞으로 이루어지는 개발계획을 분석하여 LID 기법을 적용하였을 때 영산강 수질에 미치는 영향을 모델링을 통해 예측하고자 한다. 수질개선에 어느 정도의 효과가 있는지 검증하기 위해 국내 실정에 맞고 QUAL2E 모델을 근간으로 WASP5 모형의 장점들을 접목시켜 Bottle BOD의 반응기작 및 조류의 생산에 의한 유기물 증가, 탈질화 반응 등 정체수역에서 일어날 수 있는 반응기작을 모의할 수 있도록 보완한 QUALKO2 모형을 이용하여 그 효과를 모의하고자 한다. 본 연구를 통해 LID 기법이 도시화에 영향을 얼마나 덜 주는지, 수계의 비점오염원 효과를 통해 물순환 체계의 개선이 어느 정도로 어루어지는지에 대한 효과를 검증을 할 수 있는 계기가 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.44-44
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• 2015

저수지나 하천 사면에서 발생하는 산사태와 토석류는 저수지와 하천 수체에 충격을 가한다. 이로 인해 발생하는 수면 충격파는 전파되어 반대편 제방으로 파의 처오름 또는 댐 제체위로의 물넘이로 큰 피해를 줄 수 있다. 최근 외국에서는 2차원 충격파 생성 및 전파의 기본 과정을 구명하기 위한 실험적 연구가 이뤄지고 있으며, 이들 연구들은 충격파의 발생과 전파, 사면활동 물질과 수체의 상호작용 그리고 자유 수면과 유속분표의 발달에 대한 자세한 관측 자료를 제시하고 있다. 아울러 충격파에 영향을 주는 지배 매개변수를 제시하고 있다. 하지만, 이러한 실험적 연구의 최근 진보에도 불구하고, 이들 지배 매개변수를 고려한 충격파 지배공식들은 대상 지역의 복잡한 바닥 지형이나, 평면적 지형 변화를 단순한 추정치로만 고려하게 된다. 따라서 복잡한 지형조건에서 토석류와 수체의 상호작용과 수면 충격파의 전파를 합리적으로 해석하는 데는 한계가 있다. 이 경우 수치모델링 기법을 대안으로 적용할 수 있으나, 수치모델링은 수면에서 충격파의 전파와 수중에서 토석류의 전파를 동시에 모의해야 하고, 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 특성을 동시에 고려해야하므로 수치해석 연구자들에게는 하나의 큰 도전사항이다. 이 연구는 경계면 포착기법을 이용한 계산유체동력학 기법을 이용하여 사면활동과 이로 인한 정지 수역에서의 충격파의 발생 및 전파를 재현하기 위한 수치 모델링 기법을 개발하는 것이 목적이다. 사면활동과 수면의 경계면을 포착하고 위치를 정립하기 위해서 VOF (volume of fluid) 경계면 재구축 기법을 이용한다. 지배 방정식은 비압축성(incompressible) 질량 보존방정식과 나비어-스톡스(Navier-Stokes) 방정식이며, 서로 다른 유체의 상(phase)애 대한 체적분할이송방정식을 이용한다. 큰와 모의 계열의 난류 모델링 기법을 적용하여 충격파의 전파와 붕괴에 대한 난류의 영향을 고려하였다. 토석류는 비뉴턴 흐름저항 관계식을 적용하여 그 흐름특성을 재현하였다. 이들 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적법(finite volume method)을 이용하여 해석한다. 외국의 연구자들이 관측하여 제시한 길이 11 m 그리고 폭 0.5 m의 수로에서 발생한 충격파를 수치적으로 재현하여 개발된 모형의 실제 문제에 대한 적용성을 보여준다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.288-288
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• 2018

점착성 유사는 응집 현상을 겪는 유사로, 응집 현상(Flocculation Process)는 응집 과정(Aggregation Process)와 파괴 과정(Breakup Process)의 경쟁으로 이루어진다고 여겨진다. 응집 현상을 통해 점착성 유사는 물과 점착성을 띠는 작은 입자들의 덩어리인 플럭(Floc)을 형성하여 흐름 내에서는 대부분이 플럭의 형태로 이동한다. 점착성 유사의 응집 모형 중 하나인 플럭 성장모형(Floc Growth Model, FGM)은 상미분 방정식으로 시간에 따른 플럭의 크기를 계산하는 모형이다. 응집과 파괴의 평형 상태에서 평균 입경을 얻는다. 이러한 FGM은 낮은 수치 계산 비용으로 합리적인 계산 결과를 얻을 수 있으며, 유사 이동 모형 혹은 흐름 모형과의 결합이 수월한 장점을 가진다. 또한, 닫힌 계(Closed System)에서 질량이 보존되는 특징이 있다. 반면, 결정론적인 특성을 띠면서 특정 플럭 크기만을 계산하기 때문에 점착성 유사의 입도 분포에 대한 정보를 얻을 수 없다. 결정론적 특성을 띠는 FGM에 추계학적 방법을 적용함으로써 특정 확률 분포형을 가지는 플럭의 입도 분포를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 기 개발된 추계학적 FGM과 유사 이동 모형의 결합을 통해 변화하는 유수동역학적 조건에서 플럭의 입도 분포를 산정하고자 한다. 이전의 많은 실험실 실험 결과들은 부유가 발생한 상태를 유지하면서 수행되는 것으로, 특정 난류 특성(난류 소산 매개변수)와 특정 유사 농도 조건에서의 입도 분포를 얻는다. 그러나 하구부 및 하천의 하류는 조류의 영향을 받는 구간으로, 점착성 유사의 특성을 분석하기 위해서는 변화하는 유수동역학적 특성에 관한 고려가 필수적이라 할 수 있다. 결합된 점착성 유사 입도 분포 모형은 플럭의 침강과 재부유를 고려할 수 있는 특징을 가지며, 실측자료와의 비교를 통해 입도 분포를 합리적으로 모의하는 것으로 나타난다. 본 연구에서 개발된 점착성 유사 입도 분포 모형은 나아가 비점착성 유사의 입도 분포 모형과의 결합을 통해 두 종류의 유사가 혼재하는 구간에서도 합리적인 입도분포와 유사의 이동을 모의할 수 있을 것으로 예측된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.260-260
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• 2019

해안과 만나는 하천의 하구부에서는 해수의 흐름에 따른 연안토사의 이동과 유황에 따른 하천상류에서의 토사유입량에 의해 하구부가 빠르게 변화한다. 본 연구대상지인 가곡천은 유로연장이 짧고 경사가 급한 산지하천의 특징을 가지고 있어 집중호우시 토사가 하류로 빠르게 유입되어 일반하천에 비하여 하구부의 지형변화가 크게 일어난다. 가곡천 하구부는 모래사장으로 이루어져 있는 호산해수욕장과 경관적 및 자연적 가치로 인해 보존 필요성이 대두되고 있는 하중도인 솔섬이 위치해 있다. 그러나 현재 솔섬 주변 하구부 인근의 일반산업단지 건설과 고향의 강 조성사업에 따른 하도환경의 변화로 하도를 유하하는 유수의 흐름 및 침퇴적 양상의 변화를 가져와 홍수의 원활한 소통에 지장을 초래하고 있다. 또한 현장조사 및 모니터링 결과 하구 지형변화로 인해 하도안정 유지관리에도 막대한 영향을 끼치는 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서는 가곡천 하구부의 하도환경 변화에 따른 수리학적 특성 및 하천형태학적인 변화를 분석하여 하도안정을 파괴하는 요인을 규명하기 위한 연구를 수행하였다. 연구방법은 가곡천 하천정비기본계획의 빈도별 홍수량, 기점홍수위를 경계조건으로 2차원 수리해석 모형인 SRH-2D모형을 이용하여 하도환경 변화 전 후의 대상구간에 대해 수리특성 및 하상변동 양상을 모의하였다. 모의결과 하도환경 변화(홍수터 및 징검여울 등의 하천시설물 조성)에 따른 수리특성변동양상과 침 퇴적지점에 대한 변동경향을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 동해안 하구부에 위피한 하천의 다양한 변화 해석시 참고자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.