• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.39-44
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• 2016

최근의 이상기후로 인하여 수공구조물의 안전성이 재고되고 있으며, 이에 따라 수공구조물의 붕괴에 대한 연구가 증가하고 있다. 특히 제방 등 수공구조물의 월류로 인한 붕괴로 발생하는 홍수파 선단의 초기 이동속도는 제내지의 위험성을 예측하고, EAP(Emergency Action Plan) 등을 수립하는 기초자료가 된다. 이러한 선단홍수파의 정확한 예측을 위해 수리실험이 다수 수행되고 있으나, 많은 연구에서 초기의 홍수파 선단에서 발생하는 표면장력에 의한 축척효과(Scale effect)를 고려하지 않고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 계면활성제(surfactant)와 영상 분석 장비를 이용한 표면장력 도출 수리실험 및 급 개폐가 가능한 수조를 이용한 홍수파 전파 실험을 통하여, 계면활성제 농도와 표면장력 관계, 표면장력과 홍수파 전파속도 관계, 표면장력과 Weber Number 관계를 도출하여, 초기 홍수파 선단에서 발생하는 표면장력에 의한 축척효과 보정계수 및 축척효과를 받지 않는 한계조건(critical condition)을 제시하였다. 연구결과 Weber Number가 약 12.2 이하일 경우 보정 계수가 필요한 것으로 나타났으며, 그 이상인 경우 축척효과를 무시할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.537-544
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• 2017

본 연구에서는 평탄지형의 제내지에서 제방붕괴속도에 따른 범람홍수파 선단의 전파 특성을 규명하기 위하여 제내지와 하도로 이루어진 실험수조에서 실험을 수행하여 전파 거리를 산정하였다. 실험에 의해 측정된 전파거리를 시간에 대한 상관식으로 나타내기 위하여 댐붕괴에 의한 수로에서의 홍수파의 1차원 흐름 해석해인 Ritter의 해에 3차원 거동특성을 반영할 수 있는 상수 k와 m을 도입한 일반식에 실험결과를 적용하여 실험식을 도출하였다. 기존 연구에서 하도내의 초기수위가 범람홍수파의 전파속도에 지배적인 영향을 준다는 사실은 알려져 있으나, 본 실험연구를 통해 제방붕괴속도도 범람홍수파의 전파속도에 영향을 주며, k와 m이 상수가 아닌 제방붕괴속도와 선형관계를 갖는 변수임을 밝혔다. 실험결과를 이용하여 범람홍수파 선단의 전파거리를 산정할 수 실험식을 제시했으며, 범람홍수파의 전파속도 산정시 하도내의 초기수위뿐만 아니라 제방붕괴속도도 고려해야 함을 본 연구를 통해 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 대규모 제내지 범람실험을 수행하여 범람양상을 관찰하고 수리학적 관점에서 해석하였으며, 실험결과를 토대로 제방붕괴속도에 대한 홍수파 전파속도의 상관관계도 제시하였다. 본 연구결과는 홍수위험지도 작성이나 긴급대피계획 수립시 기본적인 판단 자료로 사용할 수 있으며, 2차원 범람 수치모형 검증시 유용한 자료로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.65-72
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• 2010

본 연구에서는 댐 붕괴로 인한 홍수파에 영향을 미치는 도시지역의 효과에 대해 두 가지 수리모형실험에 근거하여 수치적으로 분석되었으며, 계산된 지점별 수심은 측정결과와 비교적 잘 일치하였다. 첫 번째 수리모형실험에 대해 도시지역 전반부에서 상대적으로 높은 수심영역과 흐름의 지체현상이 발생하였으며, 홍수파의 원활한 전파에 큰 장애요소가 됨을 알 수 있었다. 두번째 수리모형실험에 대해서는 유입량의 증가에 따라 도시지역의 전반부에서 후반부로 전파될 때 수심은 급격히 감소하는 구간과 느리게 감소하는 구간으로 구별되며, 도시지역 전반부에 도달하는 홍수파의 최초시간은 유입량이 증가함에 따라 감소되는 경향을 나타내었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권3호
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• pp.291-300
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• 2012

댐 붕괴 직후에 댐 붕괴 근역에서의 댐 붕괴파 및 댐 붕괴파로 인한 하상변동을 추적하기 위하여 RANS를 지배방정식으로 하는 FLOW-3D를 이용한 3차원 수치모의를 수행하였다. 특히 이동상에서의 하상변동과 그 하상변동으로 인한 홍수파의 변동을 고정상에서의 해석결과와 비교하였다. 그 해석 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, L자형 실험수로에서의 홍수파 해석 및 이동상 실험수로에서의 홍수파와 하상변동 해석 결과는 해당 수리실험을 만족스럽게 재현하고 있다. 둘째, 부유사의 농도는 홍수파의 전면에서 가장 높은 값을 보이며, 하상침식은 흐름이 급변하는 댐 직하류 지점에서 가장 크게 발생한다. 수로의 상류에서 발생하는 부유사로 인해 하류에서는 침식과 퇴적이 번갈아서 발생한다. 홍수파가 도달하는 초기에는 L자형 만곡부의 내측에서 침식이 우세하게 발생하나, 시간이 지나며 침식은 점차 만곡부의 외측으로 이동하는 양상을 보인다. 셋째, L자형 이동상에서의 홍수파는 하상의 침식 및 퇴적으로 인해 고정상에서의 홍수파에 비해 그 전파가 지체되며 홍수위가 크게 상승한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권10호
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• pp.833-840
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• 2007

본 연구에서는 장애물이 없는 평탄지형의 제내지에서 제방붕괴에 의한 범람홍수파 선단의 전파 특성을 규명하기 위하여 제내지와 하도로 이루어진 실험수조에서 실험을 수행하여 전파 거리를 산정하였다. 실험에 의해 측정된 전파 거리를 시간에 대한 상관식으로 나타내기 위하여 댐붕괴에 의한 수로에서의 홍수파의 1차원 흐름 해석해인 Hitler의 해를 검토하고, 제내지 범람홍수파의 특성을 표현할 수 있도록 확장하여 실험식의 일반형을 제시하였다. 범람홍수파의 전파속도는 댐붕괴에 의한 흐름과 마찬가지로 초기수위가 지배적인 영향을 준다는 사실을 실험을 통해 밝혔으며, 실험결과를 무차원 시간 T와 무차원 전파거리 L로 나타내어 실험식을 도출하였다. 무차원 전파거리 L을 산정하기 위한 상수로서 k와 m이 도입되었는데, Hitter의 해에서는 k가 2이고, m이 0인 반면에 본 실험에서는 k와 m이 무차원 시간 T의 구간에 따라 달라지는 상수임을 알 수 있었다. 이는 전파속도가 제내지에서의 범람홍수심에 영향을 받기 때문이며, 전파거리와 최대수심의 포락선의 기울기가 변하는 L값이 일치한다는 사실로 확인할 수 있었다.

• 한국해양공학회지
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• 제21권2호
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• pp.35-41
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• 2007

In general, coastal damage is mostly occurred by the action of complex factors, like severe water waves. If the maximum storm surge height combines with high tide, severe water waves will overflow coastal structures. Consequently, it can be the cause of lost lives and severe property damage. In this study, using the numerical model, the storm surge was simulated to examine its fluctuation characteristics at the coast in front of Noksan industrial complex, Korea. Moreover, the shallow water wave is estimated by applying wind field, design water level considering storm surge height for typhoon Maemi to SWAN model. Under the condition of shallow water wave, obtained by the SWAN model, the wave overtopping rate for the dike in front of Noksan industrial complex is calculated a hydraulic model test. Finally, based on the calculated wave-overtopping rate, the inundation regime for Noksan industrial complex was predicted. And, numerically predicted inundation regimes and depths are compared with results in a field survey, and the results agree fairly well. Therefore, the inundation modelthis study is a useful tool for predicting inundation regime, due to the coastal flood of severe water wave.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권5B호
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• pp.429-439
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• 2009

댐 붕괴로 인한 극한홍수가 발생하였을 경우, 홍수경보에 대한 대응시간은 일반적인 홍수의 경우보다 훨씬 짧다. 수치모형은 홍수파의 전파양상을 예측하고, 범람지역, 홍수파 도달시간 그리고 침수심 등에 관한 정보를 제공하는데 있어 강력한 도구가 될 수 있다. 그러나 댐 붕괴로 인한 홍수파의 전파는 불연속 흐름이나 마른하도의 전파를 포함하고 있으므로, 수학적으로 표현하기 어려운 경우가 많다. 그럼에도 불구하고 최근에 유한체적기법을 이용하여 댐 붕괴로 인한 홍수범람을 모의하기 위한 수치모형의 개발이 많이 이루어졌다. 유한체적기법은 적분보존형 방정식을 기본으로 하고 있으므로, 불연속 흐름이나 충격파의 해석에 용이하다. 따라서, 본 연구에서는 2차원 보존형 천수방정식의 해석을 위해 유한체적기법과 Riemann 근사해법을 이용한 수치모형을 개발하였다. 그리고 예측단계와 수정단계에서 연속방정식과 운동량 방정식의 보존변수 재구성을 위해 수면경사법과 연계한 MUSCL 기법을 적용하여 시간과 공간에서 2차정확도를 얻었다. 개발한 유한체적모형을 2차원 부분적 댐 붕괴 해석 및 삼각형 융기를 가진 하도에 대한 댐 붕괴 해석에 적용하고, 적용결과를 실험자료 및 기존 연구자의 계산결과와 비교하여 개발모형을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.899-903
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• 2007

본 연구에서는 제방붕괴에 의한 제내지 홍수파 거동 해석의 일환으로 제방붕괴시 제방의 붕괴깊이에 따른 제내지에서의 홍수파의 거동 양상을 수리실험을 통하여 고찰하였다. 다양한 제방붕괴폭과 초기하도수위 및 제방붕괴고 조건에 대해 범람홍수파의 전파속도와 제내지에서의 최대수심의 변화를 실험을 통하여 관찰하였다. 범람홍수파 선단(wave-front)의 이동속도는 동일한 하도수위조건에서는 붕괴고가 높을수록 감소하는 것으로 나타나 제방붕괴시 월류수심 $H_w$가 범람홍수파 전파속도에 영향을 준다는 것을 알 수 있었다. 모든 실험조건에서 최대수심은 일정한 경향을 띠고 있음을 알 수 있었다. 제방인근 지점에서 최대수심이 가장 크게 나타났고, 붕괴부로부터 일정 지점이 지나면 수위가 급격히 감소하여 거리에 관계없이 일정한 최대수심을 유지하는 것을 알 수 있었다. 동일 수위조건이라면 제방붕괴고가 낮을수록 제내지로 유입되는 유량이 증가하여 초기에 제방붕괴부 주위에서 수심이 높아지는 것으로 분석할 수 있다. 실험결과를 이용하여 범람홍수파의 전파속도와 최대수심을 산정하는 식을 무차원변수를 이용하여 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.292-296
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• 2010

본 연구에서는 상대적으로 소규모 홍수저감시설인 천변저류지의 설치를 통하여 대규모 유역 하도 전체에서의 홍수위 저감효과를 평가하고 그 효율을 극대화 하는 방안을 제시하였다. 본 연구에 적용한 다목적 최적화 기법(Multi-objective Optimization)으로는 NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) 알고리즘을 적용하였으며 천변저류지 설치에 따른 수위 영향구간 분석 및 유역 전체 하도구간에서 전반적으로 발생하는 수리, 수문학적인 변화 평가 및 천변저류지 최적 조합을 선정하기 위하여 천변저류지의 용량을 최소화하면서 하도 전 구간에서의 수위 저감량을 최대화할 수 있도록 최적화 알고리즘의 목적함수를 설정하였다. 천변저류지 설치에 따른 홍수량의 변화를 해석하기 위하여 안성천 유역에 대하여 동역학적 홍수추적을 수행하였으며 저류형 구조물의 설치에 따른 홍수량 저감효과 및 그에 따른 홍수위의 변화를 동시에 해석하기 위하여 UNET 모형을 기반으로 한 HEC-RAS 부정류 해석을 실시하였다. 천변저류지 조합별로 다양한 경우의 수가 존재하므로 HEC-RAS 구동 모듈인 HECRAS Controller를 Visual Basic으로 코딩된 최적화 알고리즘 프로그램과 연동함으로써 각 경우의 수별로 동역학적 홍수추적 및 부정류 해석을 실시함으로써 천변저류지 조합별 각 측점에서의 홍수량 및 홍수위를 산정하여 저류지 용량을 최소화하면서 각 하도 측점별 수위저감량을 최대화 하는 최적해 집단(Pareto Front)을 산정하여 제시하였다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제18권1호
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• pp.1-12
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• 2013

황해 중동부 해역에서 2012년 9월에 동서방향으로 설정된 단면과 금강 하구 외측 저염수 지역의 정박지점에서 음향탐지기를 이용하여 음향 후방산란 구조(acoustic backscatter profile)를 측정하였으며 CTD로 물성구조도 관측하였다. 수심 50 m 부근 해역에 발달한 해저사주 주변에서 조석전선이 형성되었다. 이 사주의 동쪽에서 저조 때 음향탐지기로 관측된 내부파는 파고가 약 15 m, 평균파장이 500 m정도이며, 파형이 비선형 오목형 파(depression wave)였다. 이 내부파는 남동쪽으로 흐르는 조류가 사주를 지나면서 만든 조석내부파로 해석되었다. 약한 비선형성 단독 내부파 이론을 적용하였을 때 오목형 내부파들의 전파속도는 약 50 cm/s 정도이고, 주기는 16~18분 정도로 계산되었다. 강한 음향 산란층이 국지적으로 7 m 정도 상승된 지역의 해면에서 Dinoflagelates Cochlodinium에 의한 적조가 관찰되었다. 금강하구 외측 정박지점에서 한 시간간격으로 관측한 물성구조는 해륙풍과 조류에 따른 염분약층 깊이 변동을 보여 주었다. 창조류가 북동쪽으로 강하게 흐르고 육풍이 서쪽으로 7 m/s 이상 불었을 때에는 염분약층이 일시적으로 상승하였고, 음향구조 영상은 해면 하 약 5 m까지 복잡한 구조를 보였는데 포획과 관입 형태를 갖는 강하고 약한 산란신호의 기울어진 음향구조가 수 십초 간격으로 교대로 나타났다. 표면 혼합층에서의 이러한 음향구조는 황해 중동부 연안역에서는 처음으로 관측되었다. 음향 후방산란 영상과 탁도 자료는 창조류와 육풍에 의한 표층 취송류가 만드는 수직적인 유속차(shear)에 의해 맑은 하층수가 탁한 상층으로 관입 혹은 포획된 것임을 제시한다.