• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.295-295
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• 2020

산 경사면에서 발생한 토석류는 지형변화에 큰 영향을 미치는 대표적인 자연재해 중 하나다. 특히, 도심지역에서 발생된 토석류는 유동 및 퇴적과정에서 막대한 재산피해와 인명피해를 야기할 수 있다. 이러한 토석류의 피해를 줄이기 위해 토석류의 유동과 피해규모 예측을 위한 여러 수치모형들이 선행연구들을 통해 소개된 바 있다. 최근엔 토석류의 유동과정 및 피해 규모에 큰 영향을 미치는 침식과 연행작용을 구현하기 위한 침식모형이 집중적으로 연구되어지고 있다. 하지만 국내에선 침식 및 연행작용을 구현해 분석하는 것은 아직 제한적인 실정이다. 이에 본 연구는 한국에서 개발된 수치모형으로 침식 및 연행작용을 구현할 수 있는 Deb2D 모형을 활용하여 다양한 침식모형을 적용하여 토석류의 유동을 분석하고 피해규모를 예측하고자 한다. Deb2D 모형은 2차원 수치해석 모형으로 적응형 격자를 기반으로 토석류를 구현하고 있으며 본 연구에선 유동학적 모형으론 Voellmy 모형을 선택하고, 침식모형으론 Sovilla, Frank 그리고 Medina 모형을 선택하여 연구를 진행했다. 2011년 우면산에서 발생한 일련의 산사태를 대상으로 토석류의 유동과 피해규모를 구현했으며 수치모형의 정확성 판단을 위해 현장 조사를 통해 얻어진 토석류의 피해 범위, 총퇴적량 그리고 특정 지점에서 관측된 최대 퇴적 높이 및 최대 속도를 비교자료로 활용했다. 특히, 연구지역의 토석류 발생 전·후 DEMs(Digital Elevation Models)을 통해 공간에 따른 침식 깊이 자료를 얻어, 이를 Deb2D 모형을 통해 분석된 결과와 비교·분석했다.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.32 no.10
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• pp.17-29
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• 2016

A debris flow analysis model has been developed to simulate the erosion and entrainment of soil layer. Special attention is given to the model which represents strength softening behaviour of soil layer due to velocity of deformation. The 3D FE analysis by Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) model is conducted to simulate the debris flow. The model is validated using published data on laboratory experiment (Mangeny et al., 2010). It has been definitely shown that proposed model is in good agreement with the results of laboratory data. Futhermore, the FE analysis is conducted to ensure capability of simulating the real scale debris flow. The result of Ramian watershed, Korea shows that the debris flow has increased the volume and speed and it is in good agreement with field investigation. Based on this, it is confirmed that proposed model shows good agreement of the behavior of the actual and analytical debris flow.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.192-192
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• 2021

산지 사면에서 발생한 토석류는 지형변화에 큰 영향을 미치는 대표적인 자연재해이다. 특히, 집중호우로 인해 발생하는 산사태의 경우 단시간에 많은 토사가 붕괴되며, 이는 매우 빠른 속도로 유동하는 토석류로 발전할 수 있다. 이러한 토석류가 도심지역에서 발생할 경우 많은 인명 및 재산피해를 야기하며, 이와 같은 피해를 저감하기 위해선 토석류의 유동과 피해규모를 예측할 수 있는 수치모형을 통한 연구가 필수적으로 이루어져야한다. 유동 및 퇴적지역의 피해규모를 크게 증가시킬 수 있는 침식-연행작용에 대한 연구는 최근에 활발히 이루어지고 있다. 수치모형으로 분석된 피해범위와 규모를 정밀하게 산정하기 위해선 침적과정에 대한 구현·해석이 필요하나 국내·외적으로 토석류 침적에 대한 연구는 미비한인 실정이다. 이에 본 연구는 침적을 고려하는 침식-연행작용 모형을 개발하여 토석류의 유동 및 퇴적과정을 자연현상에 가깝게 묘사하고자 하였다. 해당 모형은 2011년 우면산 일대에서 발생한 일련의 토석류를 대상으로 검증하고자하며, 연구지역의 지형 및 붕괴지점 자료는 토석류 발생 전·후 DEMs(Digital Elevation Models)을 이용하여 구축하였다. 현장에서 관측된 피해 범위, 총퇴적량, 특정 지점에서의 최대 피해 높이와 첨두속도 등은 실측자료로 활용하여 모형의 결과와 비교·분석하였으며 이를 통해 모형의 성능을 검증하고자 하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.9
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• pp.637-646
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• 2020

The shallow landslide-trigerred debris flow in hillslope catchments is the primary geological phenomenon that drives landscape changes and therefore imposes risks as a natural hazard. In particular, debris flows occurring in urban areas can result to substantial damages to properties and human injuries during the flow and sediment transport process. To alleviate the damages as a result of these debris flow, analytical models for flow and damage prediction are of significant importance. However, the analysis of debris flow model parameters is not yet sufficient, and the analysis of the entrainment, which has a significant influence on the flow process and the damage extent, is still incomplete. In this study, the effects of erosion and erosion process on the flow and the impact area due to the change in the soil parameters are analyzed using Deb2D model, a flow analysis model of debris developed in Korea. The research is conducted for the case of the Mt. Umyeon landslide in 2011. The resulting impacted area, total debris-flow volume, maximum velocity and inundated depth from the Erosion model are compared to the field survey data. Also, the effect of the entrainment changing parameters is analyzed through the erosion shape and depth. The debris flow simulation for the Raemian and Shindong apartment catchment with the consideration of entrainment effect and erosion has been successful. Each parameter sensitivity could be analyzed through sensitivity analysis for the two basins based on the change in parameters, which indicates the necessity of parameter estimation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.262-262
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• 2022

토석류는 산지 사면에서 발생하여 지형변화에 큰 영향을 미치는 대표적인 자연재해 중 하나로 국내에서 발생하는 토석류는 홍수, 태풍 등 타 재해에 비하여 상대적으로 매우 짧은 시간에 발생하며, 사후대응이 어려우므로 사전대비가 필수적이다. 토석류로 인한 피해를 효과적으로 대비하기 위해서는 국내의 지질, 지형 그리고 강우에 따라 발생하는 토석류에 대한 보다 체계적인 정밀현장조사를 통한 자료 구축과 이를 분석한 토석류의 발생원인, 이동경로와 침식 및 퇴적에 관한 연구가 필요하다. 최근의 토석류 연구에서는 침식-퇴적 및 연행작용에 의한 효과를 반영한 수치모의 연구들이 있으나, 모형의 검증을 위한 침식-퇴적 거동에 대한 자료는 현재까지 매우 부족한 실정이다. 토석류 발생에 따른 침식-퇴적 거동특성은 그 자체로도 공학적으로 중요한 요소이며, 수치해석 모의에 필요한 매개변수 추정에도 필요한 항목이다. 토석류 모의의 검증자료로 활용될 수 있는 토석류에 대한 실험적 연구는 토석류의 확산 형태 및 확산 길이에 대한 내용이 대부분으로 흐름수로에서의 침식 및 퇴적에 대한 연구는 찾아보기 어려운 상태이다. 본 연구에서는 토석류 발생에 따른 흐름부에서의 침식 및 퇴적에 대한 거동 특성을 분석하기 위하여 함수비, 흐름수로 경사, 상부 붕괴토조의 토사깊이, 흐름수로 침식가능 깊이 등 다양한 조건으로 실내모형실험을 수행하였다. 상부 토조의 토사 함수비가 30~80% 실험에서는 퇴적 현상이 탁월하였고, 100% 이상인 실험에서는 침식 현상이 확연하게 나타나 토사의 함수비가 높아지면 집중호우 등 선행강우로 인한 산지 지역에서 발생되는 토석류 현상과 유사하고, 함수비가 낮으면 토석류(Debris flow)가 아닌 입상유동(Granular flow)으로 보는 것이 적절한 것으로 판단된다. 상부 토조의 함수비를 100% 이상으로 변화하여 침식이 발생한 실험에서 상부 토조의 액화 된 토사는 빠른 속도로 흐름이 진행되면서 함수비와 붕괴 체적이 증가할수록 흐름수로 상류부에 침식이 크게 나타나고, 상류부의 토사를 중류부를 거쳐 하류부까지 연행(Entrainment)하는 것으로 판단된다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.33 no.3
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• pp.965-974
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• 2013

Multiple debris flows occurred on July 27, 2012 in Mt. Umyeon, which resulted in 16 casualties and severe property demage. Accurate reproducing of the propagation and deposition of debris flow is essential for mitigating these disasters. Through applying FLO-2D model to these debris flows and comparing the results with field observations, we seek to evaluate the performance of the model and to analyse the rheological model parameters. Representative yield stress and dynamic viscosity back-calculated for the debris flows in the northern side of Mt. Umyeon are 1022 Pa and 652 $Pa{\cdot}s$, respectively. Numerical results obtained using these parameters reveal that deposition areas of debris flows in Raemian and Shindong-A regions are well reproduced in 63-85% agreement with the field observations. However, the propagation velocities of the flows are significantly underestimated, which is attributable to the inherent limitations of the model that can't take the entrainment of bed material and surface water into account. The debris flow deposition computed in Hyeongchon region where the entrainment is not significant appears to be in very good agreement with the field observation. The sensitivity study of the numerical results on model parameters shows that both sediment volume concentration and roughness coefficient significantly affect the flow thickness and velocity, which underscores the importance of careful selection of these model parameters in FLO-2D modeling.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.92-92
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• 2022

산 사면의 지반이 붕괴되어 흙, 모래, 자갈 그리고 물 등이 혼합하여 유동하는 토석류는 예측과 대비가 어려운 자연재해 중 하나 이다. 특히, 강우로 인해 발생하는 토석류의 경우 매우 빠르게 유동하기 때문에 피해 예측이 제한적이다. 이러한 토석류가 도심지역 또는 마을주변에서 발생할 경우 많은 인명 및 재산 피해가 발생한다. 따라서 토석류의 유동을 최소화시키기 위해선 1차적으로 수치모형을 통한 전반적인 유동 및 피해 규모 예측이 이루어져야 하며, 이러한 분석을 바탕으로 사방댐과 같은 구조물의 효율적인 설계가 이루어져야 한다. 이에 수치모형을 통해 토석류의 유동을 분석하고자 하는 많은 연구가 진행된 바 있으며, 사방댐 설계 분석 또한 수치모형과 실험을 통해 연구된 바 있다. 선행연구들에 따르면, 1) 발생부로부터의 거리, 2) 토석류 에너지의 감소, 3) 침식-연행 작용, 4) 사방댐의 용량 등이 효율적인 사방댐 설계에 영향을 미친다고 분석된 바 있다. 하지만 위의 항목들에 대한 종합적인 비교분석은 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에선 위에서 제시한 4가지의 항목들을 바탕으로 사방댐 설계에 중요한 요소를 평가하고 산정하고자 한다. 토석류의 유동과 사방댐을 모의분석하기 위해 Deb2D 수치모형을 활용하였으며, Voellmy 유변학적 모형과 침식-연행-퇴적 작용을 분석할 수 있는 알고리즘을 사용하여 토석류의 유동을 현실에 가깝게 모의하였다. 2011년 서울 우면산에서 발생한 산사태 유역들 중에서 래미안 아파트 유역과2019년 강원도 갈남리에서 발생한 산사태를 대상지구로 선정하였다. 연구 결과에 따르면 4가지 요소들 중에서 사방댐의 용량이 효율적인 사방댐 설계에 가장 주요한 요인으로 분석되었다.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.35 no.10
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• pp.17-31
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• 2019

This study describes a prediction method for rainfall-induced landslides and subsequently debris flows in a regional scale areas. Special attention is given to the calculation of the propagation of debris flows by considering rainfall infiltration into soil slopes and soil entrainments by debris flows. The proposed method was verified by comparing the analytical results and the measured ones reported by the previous research. As a result, predictions and observations were quite similar in terms of the front position, the velocity, volume and momentum of debris flows. Even when applied to natural mountain slope with complicated terrain, numerical results and observations were similar. At last, the combined analysis of landslides and debris flows were conducted. The landslides prediction showed a predictive rate of about 83%, and the result of the final volume of debris flow showed an error rate of 3%. As a result, the proposed combined method for landslides and debris flows overcomes the problem of separating the landslides analysis and the debris flows simulation. Especially, the proposed method can analyze the effects of rainfall on entrainments by debris flows as well as rainfall-induced landslides and the behavior of debris flows.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.33 no.4
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• pp.168-178
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• 2021

Numerical simulations were implemented to look into the modified seabed topography due to the presence of breakwaters of varying reflection characteristics. The numerical model was composed of OlaFlow, an OpenFoam-based tool box, and a physics-based morphology model [Seoul Foam]. In doing so, the interaction between the seabed, which undergoes deformation due to siltation and scouring, and the incoming waves was described using Dynamic Mesh. The rubble-mound, vertical, and curved slit caisson breakwaters with varying reflection characteristics resulted in standing waves that differ from each other, shown to have a significant influence on the seabed topography. These results are in line with Nielsen's study (1993) that sands saltated under the surface nodes of standing waves, where the near-bed velocities are most substantial, convected toward the surface antinodes by boundary-layer drift. Moreover, the crest of sand waves was formed under the surface antinodes of standing waves, and the trough of sand waves was formed under the surface antinodes. In addition, sand wave amplitude reaches its peak in the curved slit caisson with a significant reflection coefficient, and the saltation of many grains of sand would cause this phenomenon due to the increased near-bed velocity under the nodes when the reflection coefficient is getting large.