• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.287-287
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• 2021

본 연구에서는 CUDA(Compute Unified Device Architecture) 포트란을 이용하여 확산파 강우 유출모형을 개발하였다. CUDA 포트란은 그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit: GPU)에서 수행하는 병렬 연산 알고리즘을 포트란 언어를 사용하여 작성할 수 있도록 하는 GPU상의 범용계산(General-Purpose Computing on Graphics Processing Units: GPGPU) 기술이다. GPU는 그래픽 처리 작업에 특화된 다수의 산술 논리 장치(Arithmetic Logic Unit: ALU)로 구성되어 있어서 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU)보다 한 번에 더 많은 연산 수행이 가능하다. 이에 따라, CUDA 포트란기반 확산파모형은 분포형 강우유출모형의 수치모의 연산시간을 단축시킬 수 있다. 분포형모형의 지배방정식은 확산파모형과 Green-Ampt모형으로 구성되었고, 확산파모형은 유한체적법을 이용하여 이산화 하였다. CUDA 포트란기반 확산파모형의 정확성은 기존 연구된 수리실험 결과 및 CPU기반 강우유출모형과 비교하였으며, 연산소요시간에 대한 효율성은 CPU기반 확산파모형과 비교하였다. 그 결과 CUDA 포트란기반 확산파모형의 결과는 수리실험 결과 및 CPU기반 강우유출모형의 결과와 유사한 결과를 나타냈다. 또한, 연산소요시간은 CPU 기반 확산파모형의 연산소요시간보다 단축되었으며, 본 연구에 사용된 장비를 기준으로 최대 100배 정도 단축되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.109-109
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• 2019

본 연구에서는 강우-유출 과정 모의를 위한 GPU 기반 확산파 모형을 개발하였다. 확산파 방정식을 풀기위한 수치기법으로는 유한체적법을 이용하였으며, van Leer TVD limiter를 적용한 MUSCL 기법을 이용하여 각 셀의 인터페이스의 물리적 성질을 재구성하여 구하였다. 또한, 침투를 고려하기 위하여 Horton 침투 모형을 이용하였다. 개발된 모형을 이용하여 1D single overland plane과 2D V-shaped overland에서 강우-유출 과정을 모의실험을 하였으며, 각각 해석해와 dynamic wave model을 이용하여 계산된 수치 결과와 비교하여 본 모형의 정확성을 검증하였다. 또한, 1D와 2D의 기복이 심한 지형에 적용하여 강우-유출과정이 본 모형을 통하여 물리적으로 타당한 해석이 가능함을 검증하였다. 마지막으로 복잡한 실제 지형에 적용하였으며, 측정값과의 비교를 통하여 실제 유역에서의 확산파 모형의 적정성을 검증하였다. 또한, 본 연구에서는 NVIDIA사의 GPU인 Geforce GTX 1050과 GPU의 병렬 연산 처리 능력을 활용할 수 있는 NVIDIA사의 CUDA-Fortran을 이용하여 GPU 기반 확산파 모형을 개발하였다. PC windows에서 CPU(Intel i7, 4.70 GHz) 기반 모형 대비 GPU 기반 모형의 계산속도 성능을 비교한 결과, 격자 간격이 증가할수록 CPU 기반 모형 대비 GPU 기반 모형의 연산 효율이 증가하였으며, 격자 간격이 $3200{\times}3200$일 때, CPU 기반 모형 대비 GPU 기반 모형의 연산 효율이 최대 약 150배 증가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.2120-2124
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• 2007

본 연구에서는 천해역에서 수평 방향으로 방류되는 비부력 원형 난류제트에 대한 수리모형실험을 수행하여, 파랑이 제트의 확산에 미치는 영향을 검토하였다. 수리모형실험시 대상 파랑은 진폭이 작은 규칙파를 적용하였으며, 난류제트의 순간적인 유속장은 입자화상유속계(particle image velocimetry, PIV)기법을 이용하여 측정하였다. 평균유속장은 PIV기법으로 측정된 순간유속장을 위상평균하여 계산하였으며, 파의 진폭을 변화시키며 실험을 수행하였고, 파의 진폭변화에 따른 제트의 유속분포로부터 제트의 중심선과 제트단면을 추정하였다. 제트의 중심선속도는 파의 진폭이 증가함에 따라 중심선속도의 감소 시점이 빨라졌으며, 제트의 횡단면분포의 고유특성인 자기상사성(self-similarity)이 단계적으로 사라졌다. 제트 중심선의 속도와 제트 유속 단면은 제트의 확산정도를 알 수 있는 중요한 인자로서 파랑 진폭의 크기에 따른 이들 인자의 변화로부터 파랑의 분산이 난류제트의 확산현상에 미치는 영향을 알 수 있었다.

• Water for future
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• v.28 no.6
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• pp.119-131
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• 1995

Two-dimensional diffusion and kinematic hydrodynamic models have been studied for preparing the flood inundation map. The models have been tested by applying to one-dimensional dam-break problem. The results have good agreements compared with those of dynamic wave model. The diffusion wave model produces the mass conservation error close to zero. Floodwave analyses for two-dimensional floodplain with obstruction and channel-floodplain show both stable and efficient results. The model presented in this study can be used for flood inundation map and flood warning system.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.12 no.3
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• pp.88-100
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• 2009

An inundation analysis was performed on Hwapocheon, one of the tributaries of Nakdong River, which was inundated by heavy rain in August, 2002 with overtopping and levee break. The results of the developed model, 2D diffusion wave inundation analysis model, was compared with inundation trace map as well as inundation depth in terms of time and maximum inundated area calculated from FLUMEN model for the assessment of model applicability. The results from the developed model showed high fitness of 88.61% in comparison with observed data. Also maximum inundated area and spatial distribution of inundation zone were also found to be consistent with the results of FLUMEN model. Therefore, inundation zone and maximum inundation area calculated over a period of time by adopting 2D diffusion wave inundation analysis model can be used as a database for identifying high risk areas of inundation and establishing flood damage reduction measures.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.477-477
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• 2011

본 연구에서는 연안내 오염물질 이동 및 확산 특성을 파악하기 위하여 실내조파모형장치를 제작하고 Nacl을 이용한 염료실험을 실시하였다. 제작된 실내조파모형장치를 이용하여 재현된 조석파는 주기 2초, 파고 3cm의 일정한 주기와 파고를 형성하는 규칙파로 재현하였다. 또한 반사파의 영향을 최소화하기 위하여 상류단에 감쇄역을 설치하였으며 유속의 변화에 따른 염료의 이동 확산특성을 분석하기 위하여 동일조건에서 유속변화를 달리하여 2회 실험하였다. 또한 추적자로 사용된 Nacl은 실험전 일정한 농도로 희석하여 사용하였으며 추적자의 실시간 농도관측을 위하여 세창인스트루먼트 제품 CPC-401(휴대형 다항목 측정장치)을 방출지점에서 일정한 간격으로 4개 지점에 설치하여 1초간격의 농도데이터를 수집하였다. 수집된 CPC-401의 농도데이터 분석결과 염료의 이동 방향은 방출지점에서 하류단 지점으로 이동하였으며 유속의 변화에 따른 최대농도 값의 변화는 적었으나 염료의 지속시간 변화는 뚜렸하게 나타났다. 이는 난류확산 보다는 유속 변화로 인한 이류가 크게 작용함을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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• 2022.11a
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• pp.185-186
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• 2022

In this study, a numerical analysis was conducted using a two-dimensional diffusion-wave analysis model to analyze the validity about the application of eco-friendly prefabricated rainwater detention system in grit chamber and permanent pond. As a result of the analysis, it is confirmed that the flood prevention effect, such as a decrease in peak flow rate and a delay in peak time, is excellent, so it is considered reasonable to apply eco-friendly prefabricated rainwater detention system in grit chamber and permanent pond.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.44 no.7
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• pp.553-563
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• 2011

According to the improvement of computer's performance, the development of Geographic Information System (GIS), and the activation of offering information, a distributed model for analyzing runoff has been studied a lot in recently years. The distribution model is a theoretical and physical model computing runoff as making target basin subdivided parted. In the distributed model developed by this study, the volume of runoff at the surface flow is calculated on the basis of the parameter determined by landcover data and a two-dimensional diffusion wave equation. Most of existing runoff models compute velocity and discharge of flow by applying Manning-Strickler's mean velocity equation and Manning's roughness coefficient. Manning's roughness coefficient is not matched with dimension and ambiguous at computation; Nevertheless, it is widely used in because of its convenience for use. In order to improve those problems, this study developed the runoff model by applying not only Manning-Strickler's equation but also Chezy's mean velocity equation. Furthermore, this study introduced a power law of exponential friction factor expressed by the function of roughness height. The distributed model developed in this study is applied to 6 events of fan-shape basin, oblong shape test basin and Anseongcheon basin as real field conditions. As a result the model is found to be excellent in comparison with the exiting runoff models using for practical engineering application.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.407-407
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• 2017

홍수 예측을 위한 분포형 수문모형의 유출해석에서 하도추적은 수리학적 하도 추적과 수문학적 하도 추적 방법이 있다. 수리학적 하도 추적은 운동파 방정식, 확산파 방정식 등을 이용하여 수리현상을 시간과 공간으로 편미분하여 홍수량 예측을 한다. 수리적 하도 추적은 시간적, 공간적 안정조건(stability condition)을 만족해야된다. 면적이 큰 유역에서 적용할 때에는 계산에 소요되는 시간이 크다. 그러므로 국지호우로 인한 돌방홍수 예 경보를 위해서는 준실시간 또는 실시간 홍수 감시 및 예측이 필요하므로 계산에 소요되는 시간이 큰 수리학적 하도추적을 이용한 홍수 예측은 한계를 가진다. 본 연구에서는 유역면적이 큰 유역의 준실시간 홍수 감시 및 예측을 위하여 수문학적 하도추적 기법은 하천차수별 저류상수를 적용한 multi-Muskingum방법을 개발하여 모의하였다. multi-Muskingum 적용한 결과 모의시간이 상당히 단축되었으며 자료동화 기법을 통하여 모형의 정확도를 개선하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.296-296
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• 2017

본 연구에서는 대규모 유역에서 발생하는 침수 현상을 모의하기 위한 강력하고 정확하며 연산효율이 뛰어난 수치해석 모형을 개발하는 데 있다. 개발된 모형은 확산파 모형을 기본으로 하였고 다수의 코어를 동시적으로 해석하는 병렬연산 기법을 부가하였다. 홍수로 인한 대규모 유역에서의 침수해석은 오랜 시간의 연산 비용을 필요로 한다. 특히 수치화된 지형정보의 이용이나 고정밀 사진 측량 등의 방법을 이용하여 정밀하고 넓은 유역의 디지털 지형자료를 이용한 2 차원 침수해석은 연산 연산의 문제를 더욱 어렵게 할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 제내지나 하류 유역에 발생하는 홍수로 발생된 빠른 침수모의를 위해 병렬화된 침수 해석 모형을 이용하여 병렬 해석 모형의 적용성을 검토하고자 하였다. 연구를 위해 MPI 및 OpenMP 기법을 이용하여 2 차원 침수해석 프로그램의 원시코드를 개선하고 실제 제내지 및 실제 댐 하류유역에 적용하였다. 개발된 모형은 실제 제내지에 적용한 결과를 MPI, OpenMP 병렬해석 기법과 기존의 순차적 모형의 결과를 비교하였다. 모형들의 결과를 제내지의 침수양상, 침수 속도벡터의 방향 및 크기 등의 계산 결과 순차적 모형, MPI 및 OpenMP 모형과의 비교하여 연산 시간은 병렬 해석 모형이 우월함을 보였다.