• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.612-612
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• 2012

최근 GIS를 이용하여 수리 수문학적인 지형인자를 생성할 수 있는 Arc Hydro 등의 다양한 GIS 기반 툴들이 개발되어 왔다. 예를 들어 Arc Hydro는 격자형 고도자료인 수치표고모델(Digital Elevation Model)을 통해 수자원에서 필요로 하는 유로연장, 유역경사 등의 지형인자를 산정할 수 있는 기능을 제공해 주고 있다. 하지만 기존의 GIS 기반 툴에서는 Manning의 평균유속 공식 등 하천수리학에서 매우 중요한 인자인 하천경사를 하천망을 따라 산정하고 표출하는 기능이 부족하였다. 또한 하천경사 산정에 사용되는 여러 GIS 툴을 통해서 제공되는 셀 경사 등 지형인자들의 기계적인 적용으로 정확한 하천경사의 산정에 문제가 있어왔다. 본 논문은 이러한 지형인자들의 적용성을 평가하고 다양한 이론적 하천경사 산정법을 GIS 상에 적용하여 상호 비교하여 최적화된 하천경사 산정방법을 제시하고자 한다. 연구 대상유역으로는 제주도를 선정하였으며, 대상 하천은 Arc Hydro를 이용하여 산정된 하천망의 형태를 수자원관리정보시스템(WAMIS), 위성사진 등과 비교한 후 시범 하천(한천)을 선택하여 여러 하천경사 산정법을 적용해 보았다. 적용된 산정법은 총 4가지로 첫 번째 방법은 수치표고모델의 주변 표고를 고려하여 산정된 기울기를 Arc Hydro를 이용하여 산정된 하천을 따라 산술평균하는 방법이며, 나머지 3가지 방법은 하천망을 따라 흐름방향의 거리와 수치표고모델의 표고를 수집한 후에 단순경사방법, 등면적경사방법, 등가경사방법에 적용하는 방법이다. 산정된 하천경사를 상대비교를 하여 대상유역에 대한 비교검토를 실시하였다. 모든 과정은 프로그램 개발을 통해 자동화 시켜 향후 다른 유역의 적용과 변화 가능한 지형정보를 신속하고 효율적인 예측을 가능할 수 있도록 하였다. 또한 주어진 하천망의 두 지점 사이의 종방향 경사를 산정하여 표출하는 기능을 추가하여 하천 경사의 표출방식을 향상시켰다. GIS를 이용하여 산정되어진 하천경사의 적용성이 충분하다면 Manning의 평균유속 공식에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 하천분석이 용이해 질 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.376-376
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• 2022

전 세계적으로 홍수의 발생빈도가 증가함에 따라, 하천 내 홍수피해를 경감하기 위해 설치하는 하천시설에 대한 중요성이 강조되고 있다. 하천시설은 홍수조절, 이수를 위한 흐름의 제어와 유도, 자연환경의 유지 및 개선 등 중요한 역할을 하고 있으나, 구조적으로 물과의 접촉이 많아 물리적 손상이나 노후화가 매우 빠르게 진행되는 특성이 있다. 시설물의 노후화가 지속될수록 안정성을 보장하기 어려워 자연재난의 규모를 증가시킬 위험성이 있다. 하천시설의 선제적 유지관리를 위해, 본 연구에서는 시설물통합정보관리시스템(Facilty Management System; FMS)의 정밀안전진단 결과를 활용하여 시설물의 사용연수에 따른 성능지표의 변화를 기반으로 회귀식 형태의 성능평가모델을 개발하였다. 기존연구와의 비교를 통해 성능평가모델의 적합성을 확인하였으며, 개발한 성능평가모델은 하천시설의 생애주기를 통합적으로 고려함으로써 정량적인 상태를 예측할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서 제안된 성능평가모델 결과는 하천시설의 생애주기 관리를 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.480-480
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• 2023

본 연구에서는 섬진강 하류에서 2차원 흐름 모형인 Nays2DH 활용하여 섬진강댐 하류, 송정 구간의 식생밀도를 고려한 부등류 계산을 통해 하도의 수위 및 유속을 예측 모의하는 방법론을 제시하고 모의결과를 분석하였다. 현장조사를 실시하여 하도의 식생밀도를 산정하였으며. 식생밀도는 섬진강댐 하류 1.15 m-1, 송정 0.35 m-1로 조사되었다. 모의결과, 섬진강댐 하류에서 원심력에 의해 만곡부 외측에서 수심이 가장 깊게 나타났으며(최대 7.48 m), 최대유속도 동일지점에서 5.58 m/s로 형성되었고 하안침식으로 인한 하도변화 예측결과, 유속이 빠른 만곡부 외측에서 세굴되었으며, 내측에서는 퇴적되었고 만곡부가 끝난 지점부터 중앙사주가 발달하며 흐름이 하도 좌안으로 집중하여 세굴이 진행되었다. 송정구간에서 저수로 폭이 좁아지는No.40+200 지점에서 수심이 가장 깊으며(15.8 m), 유속은 하폭이 좁고 경사가 급해지는 No.39+800 지점에서 최대 7.97 m/s 로 나타났다. 하안침식으로 인한 하도변화 예측결과, 하폭이 넓어지는 No.40+800에서 유속이 감소하여 사주가 발달하였다. 본 연구에서는 섬진강 하류의 실제 식생밀도를 반영하여 수치모의를 하였기 때문에 흐름과 식생관리에 따른 실무적 대책방안 마련에 도움이 될 것으로 판단되며, 본 연구에서 활용한 분석방법과 결과들은 섬진강 유역의 하천관리 방안을 구축하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.3 no.1
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• pp.1-7
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• 2016

River restoration has recently progressed in consideration of ecological functions along with flood controls and conservation. For river restorations that consider ecological health and diversity, it is important to contemplate the recovery of hydraulic and hydrologic connectivity in isolated spaces by longitudinal structures. In this study, as a first step for the provision of hydraulic and hydrologic data, which is necessary for the ecological connection analysis in isolated spaces, we developed a one-dimensional numerical model for rainfall runoff and channel routing and applied it to the Cheongmi watershed. The developed numerical model can simulate hydraulic and hydrologic analysis at the same time using the rainfall data. Numerical results were compared with observed data and other numerical results. As a result, a very reasonable agreement is observed. The results of this study will be improved so that the long-term hydrologic and hydraulic analysis is possible to predict ecological change.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.3B
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• pp.247-257
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• 2009

In the present paper, turbulent open-channel flows with alternate vegetated zones are numerically simulated using threedimensional model. The Reynolds-averaged Navier-Stokes Equations are solved with the ${\kappa}-{\varepsilon}$ model. The CFD code developed by Olsen(2004) is used for the present study. For model validation, the partly vegetated channel flows are simulated, and the computed depth-averaged mean velocity and Reynolds stress are compared with measured data in the literature. Comparisons reveal that the present model successfully predicts the mean flow and turbulent structures in vegetated open-channel. However, it is found that the ${\kappa}-{\varepsilon}$ model cannot accurately predict the momentum transfer at the interface between the vegetated zone and the non-vegetated zone. It is because the ${\kappa}-{\varepsilon}$ model is the isotropic turbulence model. Next, the open channel flows with alternate vegetated zones are simulated. The computed mean velocities are compared well with the previously reported measured data. Good agreement between the simulated results and the experimental data was found. Also, the turbulent flows are computed for different densities of vegetation. It is found that the vegetation curves the flow and the meandering flow pattern becomes more obvious with increasing vegetation density. When the vegetation density is 9.97%, the recirculation flows occur at the locations opposite to the vegetation zones. The impacts of vegetation on the flow velocity and the water surface elevation are also investigated.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.518-518
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• 2023

자연하천에서 오염물질의 혼합 거동은 비균일한 지형학적 요인으로 인해 매우 복잡한 특성을 나타낸다. 일반적으로 오염물질 거동 모델링에서는 수체에서의 혼합을 Fick의 법칙에 따라 유속에 의한 이송과 난류에 의한 확산으로 계산하고, 국부적인 정체현상 등에 의한 non-Fickian 혼합을 야기하는 하천의 특성을 기하학적 지형 형상으로 구현하여 실제 현상에 근접한 혼합 거동을 재현한다. 하지만 계산의 효율성을 위하여 모델링의 차원을 낮추는 경우, 하천의 지형을 경계조건으로 고려할 수 없게 된다. 특히, 1차원 모델링의 경우 하천의 비균일성을 무시하고 1개의 유선으로 간주하며, 이 경우 non-Fickian 물질이동 해석을 위한 추가적인 현상학적 해석이 필요하다. 지난 50년간, non-Fickian 물질이동 해석을 위한 다양한 현상학적 모형이 제시되어 왔다. 하천을 흐름영역과 정체영역으로 구분하고 두 개의 영역 사이의 물질교환 속도를 모델링하거나, Random walk 개념으로 물질이 이동하는 경우와 이동하지 않는 경우를 확률론적으로 모델링하거나, 물질이 정체되었을 때 다시 빠져나오는 시간을 모델링하는 경우가 그 예이다. 본 연구에서는 선행연구에서 제시한 음함수 형태의 현상학적 모형을 기반으로, 수치적 반복계산 없이 상류 경계에서 임의의 형태의 농도곡선(shape-free breakthrough curve)을 갖는 오염물질운(cloud)이 일정 거리를 유하하며 발생하는 변화를 예측할 수 있는 해를 제시한다. 본 연구의 방법론은 추적법(routing procedure)을 활용한 Fickian 혼합 해석, 전달함수(transfer function) 형태의 정체시간분포 해석, 그리고 라플라스 도메인에서의 해석해 유도를 포함한다. 본 연구에서 제시된 해는 2020년 경상북도 김천시에 위치한 감천의 4.5 km 구간에서 수행한 추적자 실험의 현장 자료를 통해 정확도를 검증하여 타당성을 입증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.454-458
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• 2005

여름철 집중강우시 유입되는 고탁수층은 저수지의 밀도성층으로 인하여 표수층 하부에 위치하며, 이를 적기에 배제하지 않을 경우에는 수평방향의 확산현상과 연직방향의 전도현상으로 인해 저수지 전역에 분포하게 되어, 탁수현상의 장기화를 유발한다. 일본 사메우라댐의 경우에는 1977년 9월 태풍 17호에 의한 집중호우로 대량의 고탁수가 유입되어 하류하천으로의 댐 방류수의 고탁도현상이 장기간 지속된 바 있다. 이와 같은 탁수장기화에 대한 저수지내 대책의 하나로서 홍수유입후 탁도가 높은 물을 단기간동안 방류하고, 갈수기에는 탁도가 낮은 물을 방류하는 선택취수 개념이 제안된 바 있다. 국내의 임하댐의 경우에도 2002년 태풍 '루사'와 2003년 태풍 '매미'로 인해 발생한 탁수가 전도현상을 거치며 저수지내 전수층에 확산됨으로써 댐방류수의 고탁도현상이 장기화된바 있다. 이로 인하여 댐하류에 위치한 안동시 용상정수장의 동절기 정수처리 장애로 2003년 11월이후 약 160여일동안 댐방류가 중단된 바 있다. 임하댐의 경우에도 탁수장기화에 대한 대책으로서 홍수기 고탁수층을 우선배제한 후, 저수지내에 유입되는 청수을 담수함으로써 이를 방지할 수 있다. 이러한 선택취수 기법은 동일한 수리동역학적 개념을 적용하여 하류하천의 냉해문제를 대비하기 위한 방법으로 표층의 온수를 선택방류하는 데에도 이용될 수 있다. 이와 같은 선택취수를 효율적으로 수행하기 위해서는 취수시설에 접근하는 밀도흐름을 정확하게 이해하고 있어야 한다. 또한 취수탑 인근에서의 온도 및 탁도 등의 연직분포를 실시간으로 파악할 수 있는 자동수질측정시스템이 구축되어 있어야 한다. 현재 임하댐의 경우, 하류하천의 수질을 고려한 효율적인 탁수배제를 위하여 상류 유입부 2개소, 발전취수탑 전면 1개소, 조정지댐 1개소 등 총 4개의 자동수질측정시스템이 설치되어 탁도와 온도가 실시간으로 모니터링되고 있으며, 향후 강우시 저수지에서의 밀도흐름을 보다 정밀하게 모니터링하기 위하여 저수지내 4개의 주요지점에 추가적으로 설치될 예정이다. 이와 같은 자동측정시스템과 더불어 주기적인 세부 수질조사를 실시하면 저수지내의 온도성층 변화와 탁수층 분포를 매우 정확하게 파악할 수 있으며, 호소의 수질모형과 연계하여 강우시 탁수 도달시간과 탁수량을 사전에 예측할 수도 있다. 또한 이와 같은 기초적인 정보를 바탕으로 하류하천의 탁수 피해를 최소화할 수 있는 선택취수탑의 운영방안을 수립할 수 있다 본 연구에서는 이를 위해 선택취수탑 주위의 성층흐름을 기존의 실험자료와 수치해석을 통하여 분석하였고, 온도성층구조나 취수구의 위치변화에 따른 방류수 수질특성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.204-204
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• 2022

하천 내에서 하상변동은 치수나 생태계에 직간접적인 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다. 하상변동의 예측을 위한 여러 가지 모델들이 존재하지만 하상변동의 양상을 직관적으로 파악하기에는 어려움이 있다. 최근 수행된 연구 결과에 따르면 하천의 수리 기하학적 형상이 부유사 농도와 유량과의 관계와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다(Kim et al., 2018). 본 연구에서는 수리기하(Hydraulic Geometry) 이론을 이용하여 하천의 형상에 따른 유사거동과의 상관관계를 통해서 하상의 장기적 변동성을 직관적으로 유추할 수 있는 기법을 제시하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 수리기하 이론에서의 수심과 폭을 나타내는 인자들을 이용하여 하천의 형상을 넓고 얕은 하천, 좁고 깊은 하천, 중간 정도의 하천으로 분류하였으며 흐름조건을 정상류와 부정류조건으로 분류하였다. 또한 하상경사와 하상재료의 입경 분포를 고려하여 자연하천에서 존재할 수 있는 다양한 하천형상에 대해 수치모의를 진행하였다. 기존의 Manning 공식에 수심, 유속만 고려한 것이 아닌 조도계수까지 고려하여 수리기하 이론을 접목시킴으로서 유속과 수심의 수리기하적 인자로 계산된 하상전단력의 수리기하적 인자가 수치모의를 통해 구한 값과 거의 일치하는 것을 확인하였다. 하천의 형상이 넓고 얕을수록 수리기하 관계로 표현한 하상전단력 인자가 작은 값을 나타냈으며 수리기하 관계로 표현한 부유사농도인자와 하상전단력 인자가 비슷한 양상을 띄는 것이 확인되었다. 이를 통해 하천이 기하학적 형상으로부터 하상의 변동성을 유추할 수 있었다. 실제 하천에 대한 검증은 금강 수계에 있는 미호천과 갑천을 대상으로 수행하였다. 수리기하적으로 표현하였을때 갑천은 미호천에 비해 넓고 얕은 하천에 속하는데 현재까지 관측된 자료를 이용하여 두 하천의 하상변동량을 비교해본 결과 갑천이 미호천에 비해 변동량이 적었으며 이는 위의 내용과 일치한 결과를 나타냈다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.16 no.12
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• pp.2619-2627
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• 2012

The electronic float flow pattern system can predict a rate of flow of river by monitoring a location of float in remote with location measurement technology and a variety of communication technology. Now, to analyze the flow pattern of the natural streams, we use the manual floats in many forms. The measurement of a rate of flow using a manual float measures the distance and time of the manual float directly and uses it. It is inefficient for measurement method and exact a rate of flow of river. To overcome this problems, we designed and implemented the electronic float using CDMA, GPS, and RF module. Then, to get the location information and a rate of flow information, we designed and implemented the monitoring system for the electronic float flow pattern. The short life cycle of electronic float using the battery decreases the utility of the electronic float flow pattern system. Then, we design the power saving method to reduce the power of the electronic float in electronic float flow pattern system.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.38-38
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• 2016

기후변화로 인한 기온과 강수량의 변화는 국지적이고 집중적인 강우를 유발하게 되었고 이로 인하여 외수범람에 의한 제내지 침수로 인한 피해가 증가하고 있다. 따라서 제내지의 침수로 인한 피해를 예측하기위한 기술이 필요하다. 본 연구에서는 하천제방의 파쇄로 인한 홍수량이 제내지에서 어떤 경로로 침수-확산되는지를 파악하기 위하여 홍수의 침수경로를 모의할 수 있는 분포형홍수범람모형인 SIMOD(Simplified Inundation MODel) 모형을 개발하였다. 침수경로를 모의하기 위하여 홍수가 발생된 시점에서 그리드화된 주변셀로의 홍수전의를 위하여 주변셀과의 경사를 이용하여 차등 분배하는 다중흐름방향법(Multi Direction Method, MDM)과, 하나의 낮은 고도의 셀에서 수위가 높아져 인접셀보다 수위가 증가하면 그 수위는 인접 셀들과 균등해 진다는 가정인 평수가정법(Flat-Water Assumption, FWA)을 적용하였다. 모형의 평가를 위하여 가상시나리오를 설정하여 대상지역에서 시간에 따른 침수범위를 산정하였다. SIMOD 모형은 지형도(DEM)와 유입 홍수량의 간단한 입력자료를 이용하기 때문에 모의시간을 현저하게 단축시킬 수 있다. 강우-유출 모형 또는 제방붕괴 모형 등을 통해서 유입되는 홍수량만 파악을 할 수 있다면 수 분 내에 결과를 예측할 수 있다. 따라서 EAP(Emergency Action Plan)과 같은 도심지에서 침수로 인한 대피 계획을 수립하는데 활용될 수 있을 것이다.