• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권4호
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• pp.229-239
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• 2019

산사태의 시간에 따른 전파를 모의하기 위해서 천수방정식을 사용하여 산사태 수치모형을 개발하였다. 하천 및 해양에서의 산사태에 모두 해석이 가능하도록 (b, s) 좌표로 표현된 천수방정식을 개발하였다. 산사태에서 발생하는 수치적인 불연속성을 극복하기 위해서 HLL approximate Riemann solver와 total variation diminishing (TVD) limiter를 사용한 유한체적법을 사용하였다. 댐파괴 흐름와 토석류의 각 경우에 수치해석을 수행한 결과를 해석해와 실험자료와 비교를 하였다. 그 결과 서로 유사함을 확인되었다. 본 모형을 사용하여 해상 산사태와 해저 산사태를 성공적으로 모의하였다. 해저 산사태에 비해 해상 산사태의 전파속도가 더 빠르고, 바닥경사가 급할수록 또는 거칠기가 작을수록 산사태 전파속도가 더 빨라짐을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제34권6호
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• pp.605-615
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• 2001

수치시뮬레이션 기법 중 하나인 SMAC법은 시간의 변화에 따른 유동의 현상을 해석하기 위해 MAC법을 수정 한 기법이다. 비압축 점성 흐름을 풀기 위해 Navier-Stokes 방정식을 사용하였으며, 유동을 가시화하기 위해 마커입자가 사용되었다. 본 연구에서는 SMAC법을 사용한 2차원 물기등 붕괴현상의 수치시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬레이션 결과는 Martin과 Moyce의 실험 결과 및 MPS법의 계산결과와 비교하였고, 좋은 결과가 얻어졌다. 또한, 이 수치시뮬이션은 댐 붕괴와 같은 수공구조물의 붕괴현상에 적용할 수 있겠다.

• 환경영향평가
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• 제18권6호
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• pp.331-346
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• 2009

The serious problem facing two-dimensional finite element hydraulic model is the treatment of wet and dry areas. This situation is encountered in most practical river and coastal engineering problems, such as flood propagation, dam break analysis and so on. Especially, dry areas result in mathematical complications and require special treatment. The objective of this study is to investigate the wet and dry parameters that have direct relevance to model performance in situations where inundation of initially dry areas occurs. Several numerical simulations were carried out, which examined the performance of the marsh porosity method of RMA-2 model to investigate for application of parameters. Experimental channel with partly dry side slopes, straight channel with irregular geometry and Han river were performed for tests. As a result of this study, effectively applied marsh porosity method provide a reliable results for flow distribution of wet and dry area, it could be further developed to basis for extending to water quality and sediment transport analysis.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권4호
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• pp.271-279
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• 2009

본 연구는 단순한 직사각형 하도에서 발생한 댐 붕괴 및 홍수전파 등에서 만족스러운 결과를 보였던 Riemann 근사해법을 이용한 1차원 유한체적기법을 불규칙한 하도형상의 자연하도에 적용하기 위하여 새로운 기법을 개발하는 것이 목적이다. 이를 위하여 자연하천 단면을 등가의 직사각형 단면으로 변환하는 개념을 도입하였으며, 그 결과, 운동량방정식이 수정되었다. 새롭게 개발된 기법을 정확해가 존재하는 삼각형 단면하도의 댐 붕괴 흐름에 적용하고 그 결과를 비교함으로써, 기법의 정확성 및 적용성이 검증되었다. 단면의 형상 및 단면간 거리가 균일하지 않는 자연하도에 적용한 결과는 실측수위와 비교하여 홍수파의 전파 양상, 도수의 발생 위치 및 크기, 그리고 전 구간에서의 최대 수위가 잘 일치함을 나타낸다. 본 연구결과로부터 기존의 균일한 단면을 사용하여 개발된 기법들을 복잡한 수치처리과정 없이 자연하천 단면에 직접 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 물과 미래
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• 제21권1호
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• pp.67-76
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• 1988

수심에 대하여 평균을 취한 2차원 연속방정식 및 운동방정식에 Galerkin형 유한요소법이 적용되어 개수로 단면급확대부의 순환현상을 해석하였다. 모형의 타당성실험이행하여진 단순한 수로에서의 파동실험결과, 본 모형이 L2오차 0.5% 이내에서 만족스럽게 수렴학 있으며, 댐파괴시 수면곡선해석에서도 수치해와 정확도가 거의 일치하는매우 양호한 결과가 도출되어 모형의 타당성 및 유용성이 제시된다. 순환흐름 해석시 초기조건으로 주수로부의 흐름을 정의하는 새로운 조건이 도입되어 이용되었고, 측벽경계조건으로는 Neumann 조건 이외에 slip 조건을 취하여 실험한 결과 slip 조건이 no-slip 조건일 때의 강한 경계층을 배제하는 타당한 측별경계조건으로 판단된다. 본 모형을 개수로단면급확대부에 적용한 결과 하상마찰 및 유효전단에 기인된 난류의 영향은 크지 않은 반면 이송가속도는 순환흐름에 지대한 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권5호
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• pp.333-343
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• 2005

상류이송기법은 충격파 모의에 많이 사용되고 있으나 생성항의 처리 한계로 인해 자연하도에 적용된 사례는 매우 드문 상황이다. 생성항 처리를 위한 기법들이 개발되기는 하였으나 자연하도에 직접 적용될 수 있는 효과적인 기법은 없는 상황이기 때문이다. 본 논문에서는 상류이송형 일차원 음해 수치모형을 자연하도에 적용하였다. 상류이송모형은 하상과 하폭이 심하게 변화하는 가상하도와 하천구조물이 있는 실제 자연하천에 적용되었다. 또한 본 연구에서는 이 모형을 정상류, 부정류, 댐붕괴류, 보어의 전파 등 여러 가지 흐름에 적용하여 정확성과 적용성을 검증하였다. 검증결과 본 연구에서 개발된 모형은 자연하천에서 발생하는 여러 가지 형태의 흐름을 높은 정확도로 안정성있게 모의할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.777-785
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• 2003

본 연구에서는 비구조격자 좌표계상에서 천수방정식 해석을 위한 수치모형을 개발하였다. Fractional step method를 이용하여 이차원의 천수방정식을 두개의 일차원 문제로 분리하여 계산 효율이 우수한 수치연산을 수행하였다. 분리된 일차원 문제는 이차정확도의 TVD 기법을 이용하여 해석하였다. TVD 기법은 HLLC 기법을 이용하여 Riemann 해를 구한후 WAF 기법을 기반으로 이용하였으며 WAF 흐름율 제한자를 이용하여 이차정확도 문제에 수반되는 비물리적인 수치진동을 제어하였다. 개발된 모형을 다양한 문제에 적용한 결과, 해석해와 계산된 결과가 매우 잘 일치하였으며, 본 모형이 불연속해나 상류사류의 혼합흐름 및 이동경계 문제 등에 이용될 수 있음을 보였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.69-78
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• 2007

본 연구에서는 홍수가 범람하였을 때 제내지에서 발생하는 동역학적 거동을 정확히 모의하기 위해, 시간에 따른 제방붕괴 양상을 고려하여 제방붕괴시 제내지로 유입되는 월류량을 정확하게 산정하였다. 2차원 비선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하였으며, 비구조적 격자계가 적용된 유한체적법을 이용하여 제방붕괴를 모의하였다. 제방붕괴시 발생하는 충격파 흐름을 해석하기 위하여 HLLC approximate Rimann solver를 사용하였고, 수치진동을 제어하기 위해 TVD 제한자를 사용하는 WAF(Weighted Averaged Flux) 기법을 사용하였다. 또한 생성항은 연산자 분리기법을 이용하여 비 물리적인 결과가 나오지 않도록 하였다. 먼저 본 모형을 댐붕괴 문제에 적용하여 댐 붕괴시 발생하는 자유수면 변위를 계산하였으며, 경사식 방파제의 월류량을 산정하여 기존 실험결과와 비교 검증하였다. 그 결과 충격파를 잘 모의하고 있었으며, 월류량 또한 기존 실험결과와 일치하였다. 또한 제방 붕괴시 발생하는 흐름에 대해 높이와 폭을 각각 시간에 따른 함수로 가정하여 적용하였다. 제방붕괴 유형에 따른 월류량을 각각 비교한 결과, 제방이 갑작스럽게 붕괴된 경우에서의 월류량이 점진적으로 붕괴되는 조건에서의 월류량보다 크게 산정됨을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권5B호
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• pp.575-589
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• 2008

본 연구는 지진해일단파(tsunami bore) 혹은 조석단파(tidal bore)와 같은 단파의 동수역학적인 거동특성을 검토할 목적으로, 댐파괴류에서 단파의 형성과 동일한 방법, 즉 수조의 한쪽 끝단에 있는 고수위의 저수조(貯水槽) 게이트를 순간적으로 제거하는 방법으로 단파를 발생시킨다. 이러한 단파의 형성과 전파에 관한 수치시뮬레이션에 이상유(二相流)모델에 기초한 Navier-Stokes식을 적용하며, 이 때 비압축성 및 비혼합성의 액체와 기체흐름을 각각 고려한다. 기체와 액체의 접면을 VOF법으로 추적하고, Navier-Stokes방정식을 수치적으로 풀기 위하여 MCIP법을 적용한다. 1차원인 CIP법을 분할스텝기법을 사용하여 고차원으로 확장한 MCIP법은 수치확산이 매우 작고, 또한 안정된 스킴으로 알려져 있다. 게다가, 난류를 시뮬레이션하기 위하여 그의 유용성이 잘 알려져 있는 LES모델을 사용한다. 단파의 형성과 전파에 관한 수치해석결과를 검증하기 위하여 수리실험을 수행하였으며, 시간경과에 따른 수위변동과 평균유속변동에 대한 수치해석결과 및 실험결과를 비교하여 매우 양호한 상호대응관계를 확인할 수 있었다.

• 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.