• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.107-107
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• 2022

소하천의 홍수 예측은 대부분 수치모형을 직접 활용하거나, 미리 설정된 시나리오에 기반하여 수치모의를 수행하고 계산된 결과를 이용하여 추정한 경험식을 활용한다. 수치모형과 그 결과를 홍수 예·경보에 활용하기 위해서는 계측자료에 기반하여 변수를 최적화하는 등의 수치모형 검증절차가 매우 중요하다. 소하천은 국가, 지방하천에 비해 계측자료가 절대적으로 부족한 형편으로 소하천의 홍수 모의를 위해서 주로 국가, 지방하천에서 계측한 자료를 이용하여 검증을 수행한다. 이렇게 검증된 소하천 수치모형은 국가 혹은 지방하천 유역 전체를 모의하여야 하므로 모의시간이 많이 소요되어 1시간내에 홍수유출이 이루어지는 소하천 홍수 모의에는 적절치 않다. 또한 소하천은 하천경사가 급하고 유속이 빨라 실시간 홍수모의가 어려울 수 있다. 따라서 소하천의 홍수 예측방법으로 수치모형 보다는 계측자료에 기반한 추정삭이 보다 더 효율적이다. 행정안전부와 국립재난안전연구원은 2017년부터 소하천 홍수 예측기술 개발을 위하여 자동유량계측기술을 소하천에 확대적용하고 실시간 수리량 자료를 계측하고 있다. 자동유량계측기술은 CCTV를 이용하여 표면유속을 구하고 동시에 계측된 수위와 단면자료를 이용하여 자동으로 유량을 계측하는 기술이다. 자동유량계측기술은 저비용, 저노동, 고효율의 유량계측기술로써 부족한 계측인력과 계측의 안전성을 고려할 때 소하천에 적합한 계측기솔이라고 할 수 있다. 행정안전부와 국립재난안전연구원은 2025년 까지 전국 소하천의 10%인 2,230개 소하천에 자동유량계측기술을 확대 구축하고 실시간으로 수리량 자료를 걔측할 계획이다. 본 연구에서는 이들 계측자료와 AI 등 첨단기술에 기반한 홍수 예측기술 개발하고자 한다. 예측기술은 계측유역과 미계측유역을 구분하며, 계측유역에 대해서는 계측자료를 이용하고 미계측 유역에 대해서는 단위도법과 CES를 이용하여 구한 결과를 이용하여 강우-유량 노모그래프와 수위-유량 관계식을 개발한다. 이때 노모그래프는 토양수분조건을 고려하여 개발하며, 미계측 소하천의 예측결과는 소하천을 그룹화하고 동일 그룹내에 포함된 소하천의 계측자료를 이용하여 검증한다. 개발된 홍수 예측기술은 소하천 홍수 예·경보시스템에 적용되며 이렇게 개발된 시스템은 소하천의 인명피해 저감에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권12호
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• pp.1033-1041
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• 2004

현장에서 교란하지 않고 채취한 유사 시료의 침식률을 측정한 결과를 직접 활용하여 침식률을 계산하는 2차원 유사이동 수치모형을 수립하고, 적용성을 검토하기 위하여 미국 팍스강에서 홍수시 유사 수송과정을 모의하였다. 큰 전단응력 하에서도 침식률 측정이 가능한 Sedflume을 사용하여 현장에서 채취된 시료의 침식률이 깊이별, 전단응력 별로 측정되었다. 수치모형은 침식률 측정자료를 모형에서 직접 사용하며, 부유사와 소류사 이동을 모두 고려한다. 개발된 모형은 1차원 직선수로에서 유사수송에 대해 검증되었다. 홍수시 팍스강의 유사 수송과정을 모의하고 부유사 농도의 시간변화에 대해 검증한 결과, 모의결과가 관측치와 잘 일치하여 현장 침식률 값을 직접 사용하는 모형이 효과적임을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.866-866
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• 2012

최근 인구증가 및 도시개발 등으로 인해 지표면이 갖고 있었던 보수 및 유수기능 등이 현격하게 줄어들면서 이에 따른 홍수 유출량이 증대되고 첨두유량이 증가 되고 있다. 이러한 문제는 지표유출량의 변화에 따른 침투량에 영향을 많이 받기 때문에 이를 예측 및 분석하기 위한 다양한 모형들이 사용되고 있으며, 이러한 모형 중 L-THIA 모형은 토지이용도, 토양도, 일강우 자료만으로 직접유출을 모의가 가능하고 높은 정확성을 보이기 때문에 전 세계적으로 널리 사용되고 있다. 하지만 L-THIA 모형은 하나의 토지이용도만을 이용하여 직접유출량을 모의하고 검보정이 이루어지기 때문에 시간적, 공간적으로 변화하는 토지이용의 변화를 고려하지 못한다. 따라서 본 연구에서는 토지이용도의 변화가 L-THIA 모형의 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위하여 L-THIA 모형의 두 가지 검보정 시나리오를 각각 작성하였다. 시나리오1은 기존에 이루어지는 검보정 방법으로 경안천 유역의 일별 강우자료와 1995년 토지이용도만을 이용하여 1997년 1월1일부터 1999년 12월 31일까지 보정을 실시하고, 이에 따른 매개변수를 적용하여 2001년 1월 1일부터 2003년 12월 31일까지 검정을 수행하였다. 시나리오2는 시나리오 1과는 다르게 보정기간(2005~2010년)에는 2000년 토지이용도를 적용하고, 검정기간(2001~2003년)에는 2000년 토지이용도를 적용하여 각각 검보정을 수행하였다. 또한 시나리오 1과 시나리오 2에서 실측자료와 모의결과를 비교 분석한 $R^2$ 및 NSE 수치를 비교한 결과 토지이용도 변화를 보다 실제적으로 반영한 시나리오2에서 더 높은 수치를 나타냈다. 따라서 L-THIA 모형은 토지이용 별 CN 기반 직접유출량을 산정하기 때문에 본 연구결과에서 나타난 바와 같이 시간 변화에 따른 토지이용 변화를 같이 고려해야 보다 더 신뢰성 높은 모형의 결과를 산출할 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.52-56
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• 2010

본 연구에서는 지진해일의 전파 과정을 모의함에 있어 선형 천수방정식의 수치분산을 이용하는 기법이 아닌 선형 Boussinesq 방정식을 직접 차분하는 유한차분기법을 제안하였다. 지배방적식과 차분식의 일치성을 해석하기 위해 이산화 오차를 확인하고, 수치해의 안정적 수렴여부를 판단하기 위해 Von neumann 안정성 해석을 수행하였다. 또한 기법의 정확성을 검증하기 위하여 Gauss 분포의 초기 자유수면변위를 갖는 문제에 적용하여 선형 Boussinesq 방정식의 해석해와 비교하였다. 그 결과 기존의 선형 천수방정식을 차분화한 수치모형에 비하여 정확한 결과를 제공하였고 분산보정기법을 이용한 수치모형과 동일한 정확도를 보였으나 본 수치모형을 이용했을 때 비교적 넓은 범위의 조건에서 정확도 높은 결과를 제공하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.503-503
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• 2023

Hwang(2022; J.KWRA, 55, 10)은 수심 적분 모형으로 불연속 지형을 경사로 완화하지 않고 직접 해석하는 Hwang(2015; J.KSCE, 35, 6)의 기법이 적용된 수치 모형의 정확도를 높이기 위해 지형 전면에 실제로 작용하는 정수압 분포와 차이를 해명하는 흐름률 보정 계수(flux correction coefficient)를 도입하였다. 직각 광정 위어 실험 중에서 널리 알려진 다섯 가지 월류 실험으로부터 218회의 시행을 추려 실험과 모의에서 월류량 값이 서로 잘 일치하는 흐름률 보정 계수를 각각 산정하였는데, 이때 광정 위어를 지나는 흐름을 모의하기 위해 계산 영역을 평면 2차원으로 두고 삼각형 계산 격자로 분할하였다(Hwang, 2022). 실험에 사용된 실험 수로들이 수로의 길이 방향으로 그 폭이 일정하므로 옆벽의 영향이 크지 않다면 수로의 단위 폭에 모형을 적용함으로써 계산 영역의 차원을 한 수준 낮출 수 있다. 실질적으로 1차원 모의가 되어 모의 시간을 획기적으로 줄일 수 있으므로 다양한 분석이 가능하겠으나, 2차원 모의로부터 결정된 흐름률 보정 계수를 수정없이 그대로 적용하는 것이 적절한지 검토할 필요가 있다. 이 연구에서는 Hwang(2022)이 검토한 218회의 직각 광정 위어 실험 시행에 수로의 단위 폭에 불연속 지형을 직접 해석할 수 있는 Hwang(2015)의 1차원 모형을 적용하고 모의와 실험에서 월류량의 차이가 최소가 되는 흐름률 보정 계수를 각각 산정하였다. 결정된 흐름률 보정 계수의 평균값을 별도로 선정된 두 가지 직각 광정 위어 실험에 적용하였으며, 보정에 따른 모형의 성능을 평가하기 위해 Willmott의 일치 지표(index of agreement)를 이용하였다. 흐름률 보정 계수를 적용하였을 때, 한 실험 경우에 대해 모형의 성능이 대폭 개선됨을 확인하였고 성능 개선이 미미한 나머지 실험 경우는 보정 전에 일치 지표가 이미 상당히 높은 편이었다. 2차원 문제에 이어 1차원 모형의 적용에서도 흐름률 보정 계수를 결정함으로써 계단이나 직립 보와 같은 불연속 지형을 넘나드는 천수 흐름의 월류량을 더 쉽고 정확하게 파악할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1711-1715
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• 2006

최근 급격한 도시화는 홍수량 증가 및 갈수 시 하천의 건천화 등 유역의 유출특성 변화를 가져왔다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하는 방안 중 하나인 투수성 포장의 유역 내 수문학적 효과를 분석하였다. 이를 위해 투수성 포장을 이용한 수리모형 실험 및 수치모형(SWMM)을 병행하여 수행하였다. 연구에 사용한 수치모형은 기존 도시유출 모형인 SWMM(Storm Water Management Model) 모형에 투수성 포장의 수문학적 효과를 고려할 수 있도록 수정된 모형이며, 수리모형 실험 결과를 토대로 수치모형의 중요 매개변수를 추정하였다. 또한 실험에 의해 관측된 지표 및 지하수 유출량과 수치모형에 의해 산출된 자료를 비교.분석하여 수정된 SWMM 모형의 유용성을 평가하였다. 강우강도가 65 mm/hr, 90 mm/hr, 95 mm/hr인 강우를 4시간씩 공급하는 경우에 대한 3가지 수리모형 실험을 수행하였다. 수리모형실험 결과 강우강도는 지표면 유출의 크기에 직접적인 영향을 미치고 있었으며 지하수 유출량은 강우강도 보다는 지하수위 조건에 더 큰 영향을 받는 것으로 분석되었다. 수리모형 실험결과 및 수치모형 모의결과를 비교 분석한 결과, 토양 함수량 및 지하수위 변동 특성은 초기에서 정상상태로 전이되는 부분과 강우 정지 후 감소되는 부분에서 수리모형 실험과 다른 양상을 보였다. 지하수위는 실험 시 발생하는 공기층의 포집이 많은 영향을 미치고 있음을 알 수 있었고, 함수량 변화에 있어서는 수치모형(SWMM)의 모의 결과가 과도하게 감소하는 특성을 보여 주고 있었다. 즉, 유출량의 특성은 비슷한 양상을 보이고 있으나 지하수위 변화 및 토양 내 함수량 변화 예측에 있어서는 그 정확도가 떨어지는 것으로 평가되었다. 그러나 본 연구결과를 통하여 투수성 포장과 지하수에 관련된 매개변수의 집적과 분석결과는 현장기술 적용 시 매개변수의 유용한 선택과 도시유역의 물 순환 건전화 대안기술 적용에 효과적인 방법론을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.82-82
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• 2015

해안 대수층은 해수와 담수가 공존하는 지역으로 상대적으로 밀도가 큰 해수가 대수층의 담수 아래에 쐐기형태로 존재하게 된다. 이러한 쐐기형태의 해수와 담수의 경계면은 압력경도의 평형에 의해 경계면이 유지되며, 해수면 또는 지하수위가 변동할 경우 해수-담수 경계면의 균형이 무너짐과 더불어 압력경도의 평행이 이루어질 때 까지 해수-담수 경계면의 이동이 계속 진행된다. 수위 변화의 주요 원인으로는 지구온난화 및 기후변화로 인한 지속적인 해수면 상승과 도서지역의 인구증가 및 산업화로 인한 무분별한 지하수의 사용 등에 의한 지하수위 저하 등을 꼽을 수 있다. 이와 같은 원인으로 해안 및 도서지역에서는 해안 대수층의 해수침투거리가 증가하여 지하수 이용에 큰 어려움을 겪고 있다. 이에 해안 대수층의 해수침투 범위 및 거리를 추정하기 위한 많은 연구들이 다양한 분야에서 지속해서 이루어지고 있지만, 서로 밀도가 다른 해수와 담수가 공존하는 해안 대수층 내의 수리특성을 명확히 파악하기에는 아직까지 미흡한 점들이 많다. 과거에는 Darcy의 법칙 및 Ghyben-Herzberg 식에 근거한 이론적인 연구들이 주로 이루어졌고, 근래에 현장관측이나 수리모형실험이 국내 외적으로 수행되고 있으나, 모든 영역의 지하수의 특성을 조사하는 것이 사실상 불가능하다. 이에 최근에는 컴퓨터 성능의 비약적인 발전과 더불어 다양한 수치해석방법에 의한 수치모델들이 개발되어 시뮬레이션에 적용되고 있다. 하지만 거의 대부분의 수치모델은 해안 대수층 수리특성을 투수계수에 의존하고 있을 뿐, 대수층 내부의 해수-담수에 의한 밀도류의 유동특성을 전혀 고려하지 못한 채 정수압에 근거한 해수-담수 경계면에 대해 모의하고 있는 정도이다. 따라서 본 연구에서는 해안 대수층 내부의 유동현상을 투수계수에 의존하는 방법에서 탈피하여 대수층 매체의 입경, 공극, 형상 등을 고려할 수 있을 뿐만 아니라, 염분 및 온도차에 의한 밀도류를 해석할 수 있는 강비선형 수치모델을 개발하여 해수침투 현상을 직접 모의한다. 나아가 대부분의 이전 연구들에서 간과하고 있는 해안지역의 대표적 물리력인 파랑과 조석의 영향이 해안 대수층의 해수침투에 미치는 영향, 해안 대수층의 지하수위 및 해수면의 수위차에 의한 해수침투 특성 그리고 이를 제어 할 수 있는 새로운 대응기술을 제안하는 것을 목적으로 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.129-129
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• 2023

연안 환경은 기후 및 도시개발과 같은 자연·인공적 요인에 따라 끊임없이 변화한다. 근래에는 연안 도시 인구증가, 기후변화 등의 영향으로 인해 그 변화가 가속화되고 있으며, 특히 연안 침식 및 이에 따른 해안선 변화에 대한 심각성이 대두되고 있다. 연안 침식은 해류와 해안 유사의 마찰로 발생하는 유사이송 현상으로 야기되며, 해안 환경을 변화를 초래하며 인간사회에 경제적인 피해를 주기도 한다. 연안침식이 사회적인 문제로 부상했음에도 여전히 이에 대한 대중적 문제의식은 부족한 실정이다. 이는 대중매체를 통한 시각적인 노출이 가능한 다른 재해에 비해 재해의 물리적 과정에 대한 시각적인 관측이 어렵다는 배경이 있다고 판단된다. 더불어, 재해의 간접체험이 가능한 플랫폼이 부족하다는 점도 원인으로 여겨진다. 기술이 발달함에 따라 시뮬레이션을 통한 재해의 간접체험이 가능한 플랫폼이 개발되어왔으며, 이는 직접 경험하기 어려운 재해에 대해 위험성 인지 및 경각심 고취에 활용되어왔다. 본 연구에서는 수치해석 플랫폼인 Celeris Advent(Tavakkol and Lynett, 2017)를 기반으로 실시간 유사이송 해석이 가능한 인터랙티브 수치모형을 개발하여 문제를 개선하고자 하였다. GUI(Graphical User Interface)를 통해 조작이 가능한 Celeris Advent는 수치해석 결과를 실시간으로 가시화하며, 이에 대한 사용자 상호작용이 가능하다. 이를 기반으로 유사의 흐름에 대해 모의가 가능하도록 모형을 구성하여 실시간 사용자 입력 및 유사이송 물리현상 관측이 가능하도록 모형을 개발하였다. 수치모형 지배방정식은 2차원 천수방정식과 유사이송방정식을 양방향 결합하여 구성하였다. 개발된 모형의 정확성 평가를 위해 1차원 및 2차원 수리실험 데이터를 활용하여 수치실험을 수행하였으며, 전반적인 결과는 실험데이터와 잘 일치하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제17권2호
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• pp.86-97
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• 2005

파랑하중하의 지반내 간극수압의 정확한 평가는 연안구조물에서 지반의 안정성을 검토하는데 중요한 요소이다. 파$\cdot$구조물 지반의 상호간섭에 대한 대부분의 기존 수치모델은 파동장과 지반부를 분리하여 해석하는 Hybrid기법을 적용하고 있기 때문에, 보다 고정도로 이들의 상호간섭을 모의하기 위해서는 파랑하중하에서 파$\cdot$구조물$\cdot$지반을 일체화한 수치모델의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 투과층의 다양한 기하학적인 형태에 따라 층류저항까지 고려한 모델화 된 유체저항을 도입하여 파 구조물 지반의 비선형동적응답을 해석하기 위한 직접수치해석기법을 새롭게 제안하였다 직접수치해석기법은 Hybrid기법과는 달리 유체와 다공질매체의 접합면에서 특별한 경계조건을 필요로 하지 않는다. 파$\cdot$구조물$\cdot$지반의 상호간섭에 대해 기존의 수리실험결과와 본 연구의 계산결과를 비교함으로써 좋은 일치성을 확인할 수 있었다. 따라서 새롭게 제안된 본 수치기법은 파 구조물 지반의 비선형동적응답을 평가하는 유용한 기법으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.196-196
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• 2018

북한의 에너지 공급은 석탄과 수력 위주로 구성되어 있지만, 수력이 북한 발전량의 약 63%를 차지할 만큼 비중이 높다. 북한은 지리적으로 수력발전 개발에 많은 이점을 가지고 있는 만큼 북한 수자원 개발 사업에 진출하거나, 통일을 대비하기 위해 댐 개발 가능지역에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 댐 개발이 가능한 북한지역의 33개 유역에 대해 SWAT 모형을 활용하여 장기유출 모의를 수행하였다. 북한지역에 대한 직접적인 자료 획득이 어려운 현실에서 장기유출 모의를 위해 수치표고자료는 일본우주항공연구개발기구(JAXA)에서 제공하는 30 m DEM을 활용하였으며, 기상자료는 북한이 세계기상기구(WMO)에 제공한 자료를 이용하였고, 토지이용 및 토양 자료는 WaterBase에서 제공하는 자료를 활용하였다. 1988년부터 2017년 까지 30년간의 일 유출량을 모의하였으며, 연간발전가능량 계산을 위한 사용수량은 해당 유역의 풍수량을 사용하였으며, 수차효율과 발전기효율의 합성효율은 댐 설계기준에서 제시한 계획단계의 85%를 적용하였다. 유효낙차와 발전능률은 기존 연구에서 제시한 92%와 66%를 적용하였다. 본 연구에서 추정한 북한 지역의 개발 가능한 댐의 연간발생전력량은 향후 수자원분야의 북한 진출을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.