For areas with the diverse contamination sources, the change of 4-nitrophenol contamination and impact of potential contamination sources have been evaluated using monitoring data and a numerical model (HydroGeoSphere). The model considered several parameters including land cover, precipitation, and flow rate. And, the model has been performed to investigate the effect of decay rate of 4-nitrophenol. The results of the simulations showed that the influence on 4-nitrophenol in downstream was mainly greater than that in upstream, and the tributaries did not significantly affect the mainstream because of their low flow rates. In addition, the effect of contamination sources was simulated for each section, then the measured data were higher than the corresponding simulated data in most sections of the Geumho river. In particular, the impact of the potential contamination sources in the upstream area was much higher than that in the other area, thus more monitoring data for the upstream area is required.

Based on the theory of the chemical reaction and the Tixier Model, we established a time-varying function of the porosity of concrete. The function, which has taken the filling effect of the ettringite to the capillary porosity into consideration, can obtain the change of the porosity at different stages of the corrosion subjected to external sulfate attack. Numerical simulation is utilized to analyze the distribution of porosity and sulfate ion concentration inside the concrete at different moment of the corrosion.

Waterside structures such as dams or levees are essential for flood protection, and flood induced failures of such structures can cause serious damages. Real-time safety prediction can prevent most of the damages to inland or the consequential economic damages induced by flood hazards. This study introduces a method of real-time safety prediction by evaluating the correlation between numerical simulation, real-time measurement, and geo-centrifuge data.

본 연구에서는 해수-담수-해안대수층의 비선형 상호작용을 직접 해석할 있는 PBM(Porous Body Model) 기반의 3차원 N-S Solver인 LES-WASS-3D ver 2.0을 적용하며, 해안대수층의 해수침투모의를 수행하였다. 이와 같은 N-S Solver를 적용한 해안대수층의 해수침투모의는 국내 최초 수행되는 것일 뿐만 아니라, 국외적으로도 찾아보기 어려운 새로운 수치해석방법이라고 할 수 있다. 먼저 적용하는 수치모델을 검증하기 위하여 해안대수층의 해수-담수 경계면에 관한 수리모형실험결과와 비교·검토 하여 수치모델의 타당성 및 유효성을 확인하였다. 그리고 해수위 및 지하수위 변화를 고려한 해안대수층 내의 해수침투모의를 수행하여 해수위-지하수위 차와 해수위의 비(△h/h)의 증가에 따른 해안대수층 내의 유동장 그리고 해수-담수 경계면 분포 특성에 관하여 논의하였다. 또한 기존의 비확산 수치모델에서 도출할 수 없었던, △h/h에 따른 해안대수층 내의 연직 염분농도로 부터 해수침투 특성을 파악하였으며, 최종적으로 지표화 할 수 있는 △h/h가 해안대수층 내의 해수침투거리에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 이 결과로부터 △h/h가 작을수록 해안대수층 내의 해수침투가 약해지는 메커니즘을 이해할 수 있었다.

본 연구는 식재된 개수로에서 흐름특성을 모의할 수 있는 수심 적분된 2차원 수치모형을 이용하여 원형 식생역 주변의 흐름을 수치모의하였다. 식생영향을 고려하기 위해 식생항력 항을 지배방정식에 추가하였고 다양한 식생체적비율(SVF) 조건에 따른 수치모의를 수행하였다. 흐름이 원형 식생역을 통과하고 하류에 저유속 구간인 후류영역(wake region)을 형성하며 식생체적비율이 0.08 이상이면 재순환 영역이 발생하였다. 재순환 발생위치는 식생체적비율이 감소하면 식생역 에서 더욱 하류로 이동하였다. 후류영역을 지나 원형 식생역 양 측면에서 유발된 전단층들의 상호작용에 의해 von Kármán 와열이 발생하였다. 원형 식생역 하류에서 발생하는 와류는 식생체적비율이 0.08 이상이 되면 나타나기 시작하였고 발생위치는 난류운동에너지가 최대값을 보이는 위치와 일치하였다. 최대 난류운동에너지는 식생체적비율이 감소하면 줄어드는 것으로 나타났고 최대값의 발생위치는 점점 하류로 이동하였다.

과거 1983년에 발생한 동해 중부 지진해일과 1993년 북해도 남서외해 지진해일에 의해 임원항 지역에 인명피해 및 재산피해가 발생하였다. 최근에는 2011년 동일본 지진해일이 발생하였으며, 일본지역에 많은 피해를 일으켰다. 이러한 일본의 피해를 통해 우리나라도 지진해일에 대한 관심이 한층 더 높아졌다. 지진해일이 발생하여 육지로 진행하면서 제일 먼저 마주치는 것이 방파제이다. 방파제는 지진해일의 에너지를 분산시켜 지진해일에 의한 재산피해 및 인명피해를 줄이는 역할을 한다. 따라서 지진해일이 발생했을 때 방파제 주변의 세굴 깊이를 예상하여 방파제 주변 변화를 예측하는 것은 매우 중요하다. 원해에서 발생하여 전파해오는 지진해일을 수치모의할 경우에는 분산효과를 고려하여 선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하였고, 근해의 경우 비선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하였다. 이에 본 연구에서는 울진원자력발전소 주변의 방파제를 대상으로 지진해일에 의한 유사가 발생하는 영역을 소류사에 의해 구성되는 소류층과 부유사의 거동이 주가되는 부유층으로 분리하여 고려하는 방법으로 방파제 주변 변화를 예측하는 수치모의를 수행하였다.

본 연구에서는 노후화된 수력발전용 댐의 시설개선에 따른 하류하천 어류의 물리서식처 변화에 대한 수치해석을 수행하였다. 적용 하천은 괴산댐으로부터 하류에 위치한 송동보까지 3.073km 구간이며, 댐의 발전방류량 변화에 따른 가중가용면적(WUA: Weighted Usable Area) 변화를 모의하기 위하여 유량증분방법론(IFIM: Instream Flow Incremental Methodology)이 적용되었다. 발전방류량 변화에 따른 가중가용면적 산정을 위해 일차원 모형인 PHABSIM을 적용하였으며, 서식도적합도지수(HSI: Habitat Suitability Indices)는 강형식(2012)에 의해 산정된 달천 유역의 우점종인 피라미(Zacco platypus)에 대한 유속 및 수심에 대한 지수를 적용하였다. 서식도적합도지수 산정을 위해 Eco-river21 사업단에 의한 2007~2010년간 달천 유역의 어류 모니터링 데이터가 활용되었다. PHABSIM에 의한 수리계산 결과를 김원 등(2007)에 의해 실측된 수위 모니터링 데이터와 비교한 결과 수치모형에 의한 예측 결과가 실측치와 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 또한, 피라미에 대해 가중가용면적(WUA)이 최대가 되는 생태학적 최적유량은 10㎥/s인 것을 확인할 수 있었다. 괴산댐 노후 발전설비 교체에 따른 발전방류량 변화로 인한 하류하천의 주간단위 가중가용면적 모의 결과, 발전설비 교체 후가 교체 전에 비해 서식처가 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 노후 발전설비가 교체됨에 따라 발전방류의 주기가 증가함으로써 하류하천 피라미 서식처에 긍정적인 영향을 제공하는 것으로 판단된다. 그러나, 하류하천 서식처 개선을 위해서는 역조정지 설치 등에 따른 하류하천의 지속적인 방류량 공급이 필요한 것을 확인할 수 있었다.

기후변화에 기인한 집중호의 영향으로 산지에서 토석류를 비롯한 토사재해가 해마다 발생하고 있다. 대분의 경우 토석류 등의 재해는 산지에서 일어나는 것으로 한정하기 쉬우나, 토석류와 산사태가 발생하여 인근의 하천에 유입되면 고농도의 탁수가 혼합된 것과 동일한 효과가 발생하여, 수질에 악영향을 미친다. 이와 마찬가지로 연안에 위치한 산지에서 토석류가 발생하면, 발생된 토석류는 바다와 연결된 하천을 따라서 바다로 유입되게 된다. 이와 같은 고농도의 토석류가 바다에 유입되면 주변의 수질은 오염되어 생태계에 악영향을 미친다. 본 연구에서는 바다와 연결된 강원도 오십천 유역의 산지를 연구대상지역으로 하여, 유역 내 산지에서 토석류가 발생하였을 때 이에 따른 토석류의 거동을 모의하였다. 바다와 연결된 하구를 원점으로 하여 10 km의 거리에 대해서 토석류의 유량과 토석류의 유동심을 모의 하였다. 산지유역의 상류부에서 토석류가 발달함에 따라 침식과 퇴적이 반복되어 일어나고 있다. 모의결과 하구에서의 토사유출량은 114,216 ㎥으로 나타났다. 이와 같은 연구를 발생시켜 실제현상에 대한 예측능력을 강화시킨다면 산지와 연결된 하구부 또는 하천에서의 토석류에 의한 2차 재해를 방지하는데 효과적일 것으로 판단된다.

보는 하천의 대표적 횡단구조물로써 보 상·하류의 낙폭으로 인해 발생하는 유속을 적절히 감세하지 못할 경우 하류하상에 피해를 야기할 수 있다. 이에 보의 설치위치 및 규모에 따른 적절한 감세시설의 설치가 필수적이다. 본 연구에서는 다기능 보 하류의 세굴현상에 대한 해결책으로 ‘Hydraulic Design of Navigation Dams’(USACE, 1987)에서 감세시설로 권장하는 2차 감세지(Secondary Stilling Basin)를 보에 적용하여 하류의 감세효과를 검토하였다. 3차원 수치모의를 통해 2차 감세지의 효과를 판단하기 위해 하도, 다기능 보, 2차 감세지를 반영하여 지형을 구축하였다. 수치모의는 상·하류의 수위차가 최대로 발생하는 관리수위 조건에서 수행하였으며, 보 하류의 수위, 유속분포, 바닥전단응력, Froude 수 등의 수리특성 검토를 수행하였다. 모의결과를 바탕으로 보로부터의 거리에 따른 최대유속 등을 산출하고, 2차 감세지의 감세효과를 확인하였다. 또한 2차 감세지의 형상(상·하류 경사 및 폭)을 변화시키며 바닥보호공 끝단에서 작용하는 전단응력과 하상의 소류력을 비교하여 하상이 평형 상태에 도달할 수 있는 적정모델을 제시하였다. 2차 감세지를 활용한 감세효과의 검증을 통해 홍수기에 보 하류에 발생하는 세굴 피해의 저감이 가능하며, 2차 감세지의 현장적용 시 기존 세굴된 지형을 활용할 수 있어 보수 및 보강 비용의 절감이 기대된다.

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 이러한 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 내배수시설의 성능 개선이 선행되어야 한다. 이러한 내배수 시설의 성능 개선을 위해서 현재 기 설치되어 있는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능평가가 필요하다. 성능평가가 이루어져야 유입부 및 흡입부의 설계를 개선하거나 펌프의 용량을 증대하는 대안을 제시할 수 있을 것이다. 하지만 현재 설계기준에는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 성능 평가 방법이 부재한 실정이다. 따라서 빗물펌프장 내 흐름특성을 분석하여 설계 및 운영에 대한 성능 평가방법을 제시할 필요가 있다. 배수능력 평가 기준을 마련하기 위한 빗물펌프장 내 흐름특성 분석은 수리모형실험을 통하여 분석하는 것이 가장 이상적이나 현실적인 문제로 인하여 수치모의를 통해 분석하는 것이 적당할 것으로 판단된다. 수치모의를 사용하기 위해서는 수치모의의 검증이 필히 선행되어야 하므로 본 연구에서는 국내 빗물펌프장 흡입부의 설게기준과 기설치된 빗물펌프장의 형상을 고려하여 수치모의의 검증에 필요한 수리실험을 수행하였다. PIV(Particle Image Velocimety)를 이용하여 빗물펌프장 흡입부 주변의 유속장에 대한 자료를 확보하였다. 확보한 유속장 자료와 ANSYS CFX 모의 결과와 비교하여 3차원 수치모형의 검증을 수행하였다.

Linear and nonlinear models are available to simulate the effect of mine blasting. And the results are changed by selection of each model. Plaxis 8.0, FLAC 4.0 are used in this study for simulating blasting pressure. These programs offer linear model and nonlinear model. Linear model can properly simulate loss of impact wave in plastic failure region based on comparison of site vibration measurement and numerical analysis iteratively.

Density currents have been easily observed in environmental flows, for instance turbidity currents and pollutant plumes in the oceans and rivers. In this study, we explored the propagation dynamics of density currents using the FLOW-3D computational fluid dynamics code. The renormalization group (RNG) k-ε scheme, a turbulence numerical technique, is employed in a Reynold-averaged Navier-Stokes framework (RANS). The numerical simulations focused on two different types of intrusive density flows: (1) propagating into a two-layer ambient fluid; (2) propagating into a linearly stratified fluid. In the study of intrusive density flows into a two-layer ambient fluid, intrusive speeds were compared with laboratory experiments and analytical solutions. The numerical model shows good quantitative agreement for predicting propagation speed of the density currents. We also numerically reproduced the effect of the ratio of current depth to the overall depth of fluid. The numerical model provided excellent agreement with the analytical values. It was also clearly demonstrated that RNG k-ε scheme within RANS framework is able to accurately simulate the dynamics of density currents. Simulations intruding into a continuously stratified fluid with the various buoyancy frequencies are carried out. These simulations demonstrate that three different propagation patterns can be developed according to the value of hn/H : (1) underflows developed with hn/H=0 ; (2) overflows developed when hn/H=1 ; (3) intrusive interflow occurred with the condition of     .

To estimate the benefit of high-resolution meteorological data for building energy estimation, a building energy analysis has been conducted over Busan metropolitan areas. The heating and cooling load has been calculated at seven observational sites by using temperature, wind and relative humidity data provided by WRF model combined with the inner building data produced by American Society of Heating Refrigeration and Air-conditioning Engineers (ASHRAE). The building energy shows differences 2-3% in winter and 10-30% in summer depending on locations. This result implicates that high spatiotemporal resolution of meteorological model data is significantly important for building energy analysis.

보로 인한 상류부분 유속의 감소로 인해 보의 직상류 부분에 토사물이 퇴적되며 홍수시 수위가 증가하는 원인이 되어 치수 안정성을 저해하고 토사물의 퇴적과 함께 오염 물질도 같이 퇴적되어 수질 악화를 야기할 수 있다. 이러한 보의 단점을 개선하기 위해 본 연구에서 경사형, 슬롯형, 역쐐기 천공형 유사배제 래버린스 보를 제안하였다. 각각의 제안된 보의 수리학적 설계인자 도출을 위해 FLOW-3D를 이용하여 수치실험을 수행하였다. 역쐐기 천공형 래버린스 보의 경우 천공의 영향인자인 단면적, 천공갯수, 직경, 천공높이를 변화시키면서 동일 유량조건에서 수치실험을 수행하였다. 천공의 단면적은 월류고가 기존의 일반형 래버린스 보의 월류 수심보다 보다 10 % 이하로 감소하는 경우에는 수심유지효과가 확보되는 것으로 판단하여 천공의 지름을 결정하였다. 이 결과를 이용하여 슬롯형 유사배제 래버린스 보의 설계인자도 도출하였으며 수심이 10 %이상 감소하도록 설계하여 홍수시 치수안전성을 증가시킬 수 있도록 하였다. 또한, 유사배제효율을 확인하기 위해 보의 상류부분에 particle 형태의 유사를 유입하여 배제효과를 확인하였으며 유입유사 조건은 수리실험에서 주로 사용하는 주문진 표준사조건(d_50 =0.56 mm, σ_g = 1.48)을 적용하였다. 바닥부에서의 난류로 인한 유사배제율 변화를 확인하기 위해 천공의 간격과 높이를 변경하면서 수치실험을 수행하여 유사배제율이 최대가 되는간격과 높이를 도출하였다. 경사형 유사배제 래버린스 보의 경우에도 동일한 흐름 및 유사조건으로 수치모의를 수행하였으며 바닥의 경사를 변화시키면서 경사에 의한 유사배제율 변화를 분석하여 유사배제율이 최대가 되는 경사를 제시하였다. 본 연구에서 도출된 영향인자를 고려하여 유사배제 래버린스 보를 적용하면 기존 보의 단점인 보의 직상류 부분의 유사 퇴적 문제를 일정부분 해소하고 유사연속성을 증가시켜 생태건강성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되며 유사배제 래버린스 보의 활용성을 높일 수 있을 것이라 기대된다.

지진해일이 육지로 진행하면서 제일 먼저 마주치는 것이 방파제이다. 방파제는 지진해일에 의한 에너지를 분산시켜 재산피해 및 인명피해를 줄이는 역할을 한다.이러한 지진해일모델의 수치모의를 실행으로 구한 방파제 주변의 유속, 방파제 반원부분의 지름 및 지진해일의 주기를 이용해 방파제 주변의 세굴깊이를 예상한다.

지진해일은 발생 빈도는 낮으나 일단 발생하게 되면, 빠른 속도로 해안에 전파되어 심각한 인명 및 재산피해를 초래하기 때문에 지진해일에 관해 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 지진해일에 관한 연구들은 대부분 원해 및 근해에서의 전파 양상, 해안가에서의 파고 및 처오름높이에 관해 이루어졌고, 지진해일에 의한 유사 이송에 관한 연구는 미미한 실정이다. 최근 들어, 지진해일에 의한 유사 이송을 이용하여 역사 및 가상지진해일을 해석하려는 시도가 활발하게 이루어지고 있다. Li 등(2012)은 퇴적물 평형농도에 의해 유도된 이송-확산 방정식(advection-diffusion equation)을 이용하여 2004년 수마트라 지진해일에 의한 인도네시아 수마트라 북서쪽 Lhok Nga 해안에서의 해저 지형 변화를 관측된 지진해일 파고와 비교하였다. 본 연구에서 사용한 유사이송모델은 유사가 발생하는 영역을 소류사에 의해 구성되는 소류층과 부유사의 거동이 주가되는 부유층으로 분리하여 고려하는 방법으로 유도되었다. 해안으로부터 먼 거리에서 발생하여 전파해오는 지진해일을 수치모의 할 경우에는 분산효과를 고려하는 것이 중요하기 때문에 선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하여 차분하였을 때 발생하는 수치분산항을 통해 보정하였고, 근해의 경우 비선형 천수방정식을 지배방정식으로 사용하였다. 지진해일 전파와 유사이송을 결합해 울진 원자력발전소 취수구에 대하여 1983년 동해 중부 지진해일에 의한 해저지형의 변화를 수치모의하였다.

The study area is located on the western coast, and the inner development construction has been ongoing since 2011. The purposes of current study are to effectively simulate and quantitatively predict a temporal and spatial distributions of water temperature and salinity due to the stages of inner development construction in saemangeum reclaimed area. The transient-state numerical modeling using EFDC model is done, and the numerical simulation results are validated reasonably by repetitive numerical model calibration procedures with respect to field measurements of water temperature and salinity. The spatial distributions of water temperature and salinity show similar trends before and after construction of the dikes. In spring season, the salinity has maximum value of 21 psu, while, in summer season, the salinity shows 7 psu in a whole modeling domain. Thus, it is clearly observed that salt water is replaced by freshwater. However, the salinity and temperature reach their initial conditions at the end of the year. The salinity after construction of the dikes is lower than that before construction of them at Mankyeong area. On the other hands, after construction of the dikes, the salinity after dredging operations is higher than that before dredging. Because drastical increasing of water volume in Saemangeum Lake leads to increasing of stagnation time at bottom layer, and salt water is easily intruded to the two estuaries. Therefore, it may be concluded that hydrodynamic characteristics on Saemangeum are dominated by either Mankyeong and Dongjin discharge or sluice gates in/out-flow amounts, and thus they must be properly considered when rigorous and reasonable predictions of water temperature and salinity according to the stages of inner development construction.

This study presents numerical analysis of elastic waves for detecting damage in epoxy adhesive zone. For the finite element analysis, a finite element program ANSYS LS-Dyna is used. The result signals of finite element analysis were analyzed by using pitch-catch method. It is shown that the received time signals successfully show the existence of defects

본 연구에서는 하천 범람에 따른 도시지역 내 홍수흐름의 특성을 수치적으로 모의하고 이에 대한 결과를 분석하였다. 적용된 수치모형은 well-balanced HLLC 기법에 근간을 둔 2차원 유한체적모형이다. 대상영역은 경상남도 거제시에 위치한 고현천 주변의 도시지역으로 2003년 9월에 발생한 태풍 “매미” 기간 동안 집중호우로 인해 하천이 범람되어 피해가 발생되었다. 본 연구에서는 도시지역 내 범람에 대한 홍수흔적 자료를 이용하여 수치모형을 검증하였으며, 향후 발생 가능한 집중호우의 강도의 증가 또는 감소에 의한 유입량의 변화에 따른 도시지역 내에서의 홍수흐름의 특성에 대한 모의 및 분석을 수행하였다.

낙차 구조물에 사용되는 와류 유입구는 연직낙차부에서의 흐름이 벽면에 접하는 와류형의 유선을 형성하도록 유도한다. 이는 와류 발생에 의한 에너지 소실이 안정적인 유수의 흐름을 보장하면서 구조물 내부의 파손을 감소시키기 때문이다. 와류 흐름을 유도하기 위한 와류 유입구의 형태에는 대표적으로 원형(circular), 소용돌이형(scroll), 나선형(spiral), 접선형(tangential) 등이 있다. 이들은 모두 연직낙차부에서 와류를 형성시키는 동일한 메커니즘 가지면서도 각각의 형태가 서로 다르기 때문에 특성과 한계가 서로 상이하다. 이에 본 연구에서는 각각의 다른 와류 유입구 형태에 대하여 3차원 CFD(Computational Fluid Dynamics)를 이용하여 수치모의를 수행한 뒤 실험식에 근거해 유도된 유량과 수치모의 결과에서 산정된 유량을 비교, 도시하고 와류 유입구의 형태별로 유황을 분석한 뒤, 이를 종합하여 와류 유입구의 종류별 특성으로 정리하였다.