• Coupled systems mechanics
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• 제11권6호
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• pp.505-524
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• 2022

Floods represent extreme hydrological phenomena that affect populations, environment, social, political, and ecological systems. After the catastrophic floods that have hit Europe and the World in recent decades, the flood problem has become more current. At the EU level, a legal framework has been put in place with the entry into force of Directive 2007/60/EC on Flood Risk Assessment and Management (Flood Directive). Two years after the entry into force of the Floods Directive, Bosnia and Herzegovina (B&H), has adopted a Regulation on the types and content of water protection plans, which takes key steps and activities under the Floods Directive. The "Methodology for developing flood hazard and risk maps" (Methodology) was developed for the territory of Bosnia and Herzegovina, following the methodology used in the majority of EU member states, but with certain modifications to the country's characteristics. Accordingly, activities for the preparation of the Preliminary Flood Risk Assessment for each river basin district were completed in 2015 for the territory of Bosnia and Herzegovina. Activities on the production of hazard maps and flood risk maps are in progress. The results of probable climate change impact model forecasts should be included in the preparation of the Flood Risk Management Plans, which is the subsequent phase of implementing the Flood Directive. By the foregoing, the paper will give an example of the development of the hydrodynamic model of the Zujevina River, as well as the development of hazard and risk maps. Hazard and risk maps have been prepared for medium probability floods of 1/100 as well as for high probability floods of 1/20. The results of LiDAR (Light Detection and Ranging) recording were used to create a digital terrain model (DMR). It was noticed that there are big differences between the flood maps obtained by recording LiDAR techniques in relation to the previous flood maps obtained using georeferenced topographic maps. Particular attention is given to explaining the Methodology applied in Bosnia and Herzegovina.

• Steel and Composite Structures
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• 제47권2호
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• pp.253-267
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• 2023

The bearing capacities resisted by the two-bay beams of multi-story planar frames with unequal spans under column removal scenarios differ considerably owing to the asymmetric stress on the left and right beams connected to the failed column and cause the potential for beams with larger span-to-depth ratios to be unable to exert effectively, which is disadvantageous for resisting the vertical load in unequal-span frame structures. To address this problem, the structural measure of adding braces to the weak bays of multi-story unequal-span frames was proposed, with the objective of achieving a coordinated stress state in two-bay beams with unequal spans, thereby improving the collapse resistance of unequal-span frame structures. Before conducting the numerical simulation, the modeling methods were verified by previous experimental results of two multi-story planar frames with and without steel braces. Thereafter, the effects of the tensile and compressive braces on the collapse behavior of the frame structures were elucidated. Then, based on the mechanical action laws of the braces throughout the collapse process, a detailed design method for improving the collapse resistance of unequal-span frame structures was proposed. Finally, the proposed design method was verified by using sufficient example models, and the results demonstrated that the design method has good application prospects and high practical value.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.149-149
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• 2020

하천에서 물 흐름이 보와 댐과 같은 수공구조물을 지날 때 일반적으로 흐름상태에 다양하고 급진적인 변화가 발생한다. 특히 흐름이 구조물을 지나면서 사류(supercritical flow)로 변하고 다시 상류(subcritical flow)로 복원되면서 일어나는 도수(hydraulic jump) 현상은 수위의 급변화, 흐름 에너지 소산, 변동성이 강한 압력 분포 등이 특징이다. 이러한 흐름 특성들은 보나 여수로와 같은 수공구조물 자체의 성능뿐만 아니라 이들 수공구조물의 하류에서 발생하는 국부세굴로 인해 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 수공구조물을 설계할 때는 이들 구조물을 통과하는 흐름의 비정상 난류 흐름 특성을 정확하게 해석하여 반영하여야 한다. 이 연구에서는 k-omega SST 난류 모형과 자유수면의 급격한 변동을 해석하기 위한 하이브리드-VOF(hybrid volume of fluid)기법을 이용하여 도수현상을 수치적으로 재현하고자 한다. 기존 CFD(computational fluid Dynamics) 모델링에서는 자유수면 변동의 영향을 고려하기 위해 VOF 기법을 많이 사용하였다. 하지면 전통적인 VOF 기법은 다상흐름(multiphase flow)을 오직 부피분율(volume fraction)의 함수로만 고려하며 모의함으로써 강한 수면변동뿐만 아니라 공기연행(air entrainment)를 동반하는 난류 흐름을 모의하는데는 한계가 있다. 이 연구에서 이용하는 Eulerian 기법인 하이브리드 VOF 기법은 물과 공기의 각 상에 대하여 흐름 특성들을 개별적으로 계산하기 때문에 공기연행을 포함한 급변류 흐름에서 전통적인 VOF 기법보다 적용성이 우수하다. 이와 같은 난류모형과 자유수면 포착기법을 이용하여 3차원 비정상 난류 흐름 수치모형을 구축하여 수공구조물 주변에서 발생하는 강한 공기연행과 난류 특성를 보이는 급변류를 수치적으로 재현한다. 이 연구는 계산된 수치해석 결과를 기존 수리실험 결과와 비교하여 수치모형의 적용성을 평가하고 도수 현상에서 발생하는 독특한 흐름 특성을 제시한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5B호
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• pp.481-488
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• 2006

본 연구는 준분포형 장기유출모형인 SWAT과 3차원 분포형 지하수 모형인 MODFLOW를 통합한 새로운 시도에 관한 것이다. SWAT모형은 준분포형 특성상 지하수 성분중에서 투수계수나 저류계수등의 분포형 매개변수를 고려할 수 없으며 지하수 함양량, 수두와 양수량 분포 등을 고려하는데에도 어려움이 있다. 이와같은 문제점을 극복하기 위해 SWAT의 수문반응단위인 HRU와 MODFLOW의 기본단위인 셀간의 특성치들을 주고받을 수 있는 완전연동형 기법을 제시하였다. 이러한 결합은 하천망과 대수층간의 상호작용을 경계흐름으로 고려함으로써 완성되었다. SWAT-MODFLOW 결합모형을 우리나라 경안천 수위관측소 유역에 시험적으로 적용한 결과, 포화대와 하천지류간의 상호작용이 경안천 유역의 유출량 산정에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 이와 함께 결합모형은 지하수두 및 함양량의 시공간적 변동성을 재현하는 등 광범위한 적용가능성을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.157-157
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• 2022

Recent decades have seen all over the world increasing drought in some regions and increasing flood in others. Climate change has been alarming in many regions resulting in degradation and diminution of available freshwater. The effect of global warming and overpopulation associated with increasing irrigated farming and valuable agricultural lands could be particularly disastrous for coastal areas like the one of Benin. The coastal region of Benin is under a heavy demographic pressure and was in the last decades the object of important urban developments. The present study aims to roughly study the general effect of climate change (Sea Level Rise: SLR) and groundwater pumping on Seawater intrusion (SWI) in Benin's coastal region. To reach the main goal of our study, the region aquifer system was built in numerical model using SEAWAT engine from Visual MODFLOW. The model is built and calibrated from 2016 to 2020 in SEAWAT, and using WinPEST the model parameters were optimized for a better performance. The optimized parameters are used for seawater intrusion intensity evaluation in the coastal region of Benin The simulation of the hydraulic head in the calibration period, showed groundwater head drawdown across the area with an average of 1.92m which is observed on the field by groundwater level depletion in hand dug wells mainly in the south of the study area. SWI area increased with a difference of 2.59km² between the start and end time of the modeling period. By considering SLR due to global warming, the model was stimulated to predict SWI area in 2050. IPCC scenario IS92a simulated SLR in the coastal region of Benin and the average rise is estimated at 20cm by 2050. Using the average rise, the model is run for SWI area estimation in 2050. SWI area in 2050 increased by an average of 10.34% (21.04 km²); this is expected to keep increasing as population grows and SLR.

• 한국농공학회논문집
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• 제66권1호
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• pp.49-66
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• 2024

Extreme rainfall will become intense due to climate change, increasing inundation risk to agricultural land. Hydrological and hydraulic simulations for the entire watershed were conducted to analyze the impact of climate change. Rainfall data was collected based on past weather observation and SSP (Shared Socio-economic Pathway)5-8.5 climate change scenarios. Simulation for flood volume, reservoir operation, river level, and inundation of agricultural land was conducted through K-HAS (KRC Hydraulics & Hydrology Analysis System) and HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center - River Analysis System). Various scenarios were selected, encompassing different periods of rainfall data, including the observed period (1973-2022), near-term future (2021-2050), mid-term future (2051-2080), and long-term future (2081-2100), in addition to probabilistic precipitation events with return periods of 20 years and 100 years. The inundation area of the Aho-Buin district was visualized through GIS (Geographic Information System) based on the results of the flooding analysis. The probabilistic precipitation of climate change scenarios was calculated higher than that of past observations, which affected the increase in reservoir inflow, river level, inundation time, and inundation area. The inundation area and inundation time were higher in the 100-year frequency. Inundation risk was high in the order of long-term future, near-term future, mid-term future, and observed period. It was also shown that the Aho and Buin districts were vulnerable to inundation. These results are expected to be used as fundamental data for assessing the risk of flooding for agricultural land and downstream watersheds under climate change, guiding drainage improvement projects, and making flood risk maps.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권3호
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• pp.265-280
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• 2024

The collapse behavior observed in single-story beam-column assembly (SSBCA) do not accurately represent the actual overall stress characteristic of multi-story frame structure (MSFS) under column loss scenario owing to ignoring the interaction action among different stories, leading to a disconnection between the anti-collapse behaviors of "components" and "overall structures", that is, the anti-collapse performance of frame structures with two different structural scales has not yet formed a combined force. This paper conducts a numerical and theoretical study to explore the difference of the collapse behaviors of the SSBCA and MSFS, and further to reveal the internal force relationships and boundary constraints at beam ends of models SSBCA and MSFS. Based on the previous experimental tests, the corresponding refined numerical simulation models were established and verified, and comparative analysis on the resistant-collapse performance was carried out, based on the validated modeling methods with considering the actual boundary constraints, and the results illustrates that the collapse behaviors of the SSBCA and MSFS is not a simple multiple relationship. Through numerical simulation and theoretical analysis, the development laws of internal force in each story beam under different boundary constraints was clarified, and the coupling relationship between the bending moment at the most unfavorable section and axial force in the composite beam of different stories of multi story frames with weld cover-plated flange connections was obtained. In addition, considering the effect of the yield performance of adjacent columns on the anti-collapse bearing capacities of the SSBCA and MSFS during the large deformation stages, the calculation formula for the equivalent axial stiffness at the beam ends of each story were provided.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권10호
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• pp.743-752
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• 2019

만곡수로에서의 흐름은 나선형 운동 형태의 이차류가 지배적이며, 이로 인해 일반적으로 만곡 외측을 따라 침식 현상이 발생하게 된다. 이러한 이차류를 약화시키기 위해서 보통 만곡수로 외측을 따라서 수제와 같은 수공구조물을 설치한다. 이 연구에서는 OpenFOAM 오프소스 소프트웨어를 토대로 난류 해석을 위한 하이브리드 RANS/LES 기법과 자유수면 해석을 위한 VoF기법을 이용한 3차원 수치모의를 통해서 $90^{\circ}$ 만곡수로에 설치된 잠긴수제가 후루드수가 0.43인 조건에서 이차류의 발달에 미치는 영향을 분석하였다. 시간과 공간에 대해서 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 수치모의를 수행하였으며, 수치해석 결과는 실험결과와 비교하여 수치모의의 정확도를 평가하였다. 잠긴수제가 설치된 경우의 수치모의 결과를 흐름방향 유속 분포와 횡방향 순환 유속벡터장을 중심으로 수리실험 관측값들과 비교할 때 수치모의 결과는 수리실험에서 관측된 주요 이차류 흐름 거동과 현상들을 대부분 양호한 정확도로 잘 재현하는 것으로 나타났다. 수치모의 결과를 비교해보면, 잠긴수제 설치로 인해서 만곡이 끝나는 단면 외측 하상부근에서의 유속은 약 평균유속의 1/3 정도 감소하는 반면에 수제 상단부에서의 전단층 발달에 따른 흐름 가속으로 자유수면 부근까지 유속이 증가하고 만곡 수충부에서는 수면 부근 유속이 약 20% 증가하는 것으로 나타났다. 결과적으로 잠긴수제는 만곡부에서 발생하는 이차류의 강도를 약화시켜 만곡부 외측 하상의 안정에 도움이 될 것으로 판단된다. 한편, 각 잠긴수제 전면부에서 말발굽와가 그리고 후면부에서는 후류가 형성되면서 수제 구조물 주변에서 강한 국부세굴이 발생하는 것으로 나타남으로, 국부세굴을 최소화할 수 있는 수제의 형상 및 배열에 대한 추가 연구가 요구된다.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.359-381
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• 2020

벤토나이트 완충재에서의 열-수리-역학적 복합거동을 예측하기 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D 시뮬레이터를 기반으로 개발된 Barcelona basic 모델(BBM) 해석모듈의 현장 적용성을 검토하고자 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task D에 참여하여 스위스 Grimsel Test Site의 현장시험(full-scale engineered barriers experiment, FEBEX) 모델링을 수행하고 현장시험에서 계측된 히터 파워, 온도, 상대습도, 응력, 포화도, 함수율 그리고 건조밀도를 계산 값과 비교하였다. 수치해석을 이용하여 시간에 따른 히터 파워와 온도 변화는 전반적으로 잘 재현되었지만, 히터 1과 히터 2에서의 파워 차이를 계산할 수는 없었으며 이를 개선하기 위해서는 FEBEX 터널 주변에 분포하는 황반암과 시험장치 및 벤토나이트 블록의 설치 공정을 반영할 필요가 있을 것으로 판단된다. 상대습도 변화와 분포 역시 전반적으로 잘 모사되었으나, 수치해석에서 히터 부근에서의 재포화과정이 상대적으로 빠르게 진행된 것으로 보아 수리모델에 대한 일부 수정이 필요할 것으로 보인다. 현장시험에서는 벤토나이트 완충재와 암반 사이에 틈이 존재하지만 수치해석에서는 완벽하게 접촉하고 있는 것으로 가정하였기 때문에 운영 초기의 응력 변화는 다소 차이를 보였지만, 전반적으로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 해체 이후 측정한 포화도, 함수율, 그리고 건조밀도의 분포 역시 전반적으로 잘 재현되었지만, 건조밀도가 터널 중심과 히터부근에서 조금 크게 계산되어 벤토나이트 블록의 투수계수가 상대적으로 작은 값으로 반영되어 포화도와 함수율이 작게 계산된 것으로 보이며, 이를 개선하기 위해서는 건조밀도에 따른 투수계수 모델에 일부 수정이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과를 토대로 수치모델을 수정하고 추가적인 연구를 수행한다면, 보다 나은 해석 결과와 벤토나이트 완충재에서의 THM 복합거동을 좀 더 현실적으로 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권5호
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• pp.1443-1454
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• 2014

본 연구는 레이더 강우와 분포형 수문모형의 공간해상도가 매개변수 추정 및 강우-유출 모의에 미치는 영향을 분석하였다. 레이더 강우는 비슬산 S밴드 이중편파 강우레이더에서 2012년 관측된 강우사상을 대상으로, R-KDP, R-Z, R-ZDR의 관계식에 의해 추정된 레이더 강우를 지상관측 강우와 비교하였다. 세 가지 강우 추정식에 의한 레이더 강우를 지상 관측 강우와 비교 시 유역 평균에 대해서는 모두 높은 일치도를 보였으며, 이는 지상 관측 강우에 대한 레이더 강우 보정의 영향으로 판단되었다. 그 중에서도 R-KDP에 의한 추정 강우가 비교적 높은 정확도를 보였으며, 이를 강우-유출 모형의 입력자료로 적용하였다. 강우-유출 모형으로는 GRM (grid based rainfall-runoff model) 모형을 이용하여, 낙동강 수계 금호강 유역을 대상으로, 200m, 500m, 1000m의 공간해상도로 입력자료를 구축하였다. 또한, 범용 매개변수 최적화 모형인 PEST(model independent parameter estimation tool)로 초기 포화도, 지표면 조도계수 및 토양 투수계수의 보정계수를 각 공간해상도 및 호우사상 별로 추정하였다. 매개변수 추정 결과, 200m 공간해상도 모형에서는 비교대상 강우사상에 대해 지표면 조도계수와 토양 투수계수 관련 보정계수가 비교적 안정적으로 추정되었으나, 500m, 1000m 공간해상도 모형에서는 강우사상에 따라 매개변수의 최적 추정 값의 변동이 확인되었다. 초기 포화도는 강우사상 별, 공간해상도 별로 일정한 경향을 보이지 않았다. 또한, 200m와 1000m 공간해상도에 대해 최적화된 매개변수를 다른 공간해상도에 적용한 결과, 1000m 공간해상도에 대해 보정된 매개변수를 200m 공간해상도 모형에 적용하면 첨두 홍수량이 증가하는 경향이 있었다.