• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.78-78
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• 2011

수자원 확보를 위해 건설된 저수지는 내외부위의 여러 가지 환경영향으로 인해 수질문제가 종종 발생한다. 이런 수질문제에 대처하기 위해 다양한 형태의 수질개선 장치가 고안되어 적용되고 있으며, 물순환장치도 그 중에 하나이다. 물순환장치는 수층에 산소를 공급하고 표층의 조류제어, 이취미 제거 등 다양한 목적으로 사용된다. 본 연구에서는 저수지에 설치된 대류식 물순환장치의 수질개선 효과를 평가해 보았다. 수체가 큰 저수지에서의 조사는 매우 어려운 점이 있으나, 조사방법은 물순환장치로 부터 일정거리에서 수심별 수질조사를 실시하였으며, 물순환장치가 가동되는 지역과 장치가 없는 지역에 대한 조사를 실시하여 그 차이 만큼을 수질개선 효과로 평가하였다. 현장조사는 물순환장치로부터 1m, 3m, 5m, 7m, 10m, 13m, 15m 떨어진 지점에서 유속과 수질조사를 실시하였으며, 유속은 표면유속만 측정하였고 수질은 수표면에서부터 저수지 바닥까지 조사를 실시하였다. 조사기간 동안 수체의 물리적 조건은 계절에 따라 다양한 변화를 보였으나, 양수된 저층수의 흐름은 수평방향으로 흘러들어가면서 온도변화에 따라 혼합되거나 하강하는 것으로 나타났다. 심층 혐기성층이 발달된 상황에서 물순환장치의 가동은 물순환장치 흡입구 근처의 혐기성층을 흡입하여 표층으로 확산시켰고 이로인해 주변의 수체가 물순환장치 흡입구로 밀려오면서 심층의 혐기성층이 약화되는 현상을 나타냈다. 조류가 발생한 기간중에 물순환장치에 의한 조류제어 효과는 심층수가 상승하여 확산되는 수평방향으로 반경 약 10m 지점까지 조류농도가 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며 조류농도가 낮아지는 기간에는 그 영향범위가 조금 적어지는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼때 저수지에 설치되어 운영되는 대류식 물순환장치는 심층의 혐기화 개선과 표층의 조류제어에 효과가 있는 것으로 판단할수 있으나, 조류제어에 대해서는 좀 더 심도있는 조사가 필요할 것으로 판단되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.61-61
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• 2021

온도 성층화는 많은 저수지와 댐에서 흔히 발생하는 현상으로 호수나 저수지의 표면 온도가 바닥보다 상대적으로 높아 깊이에 따른 열 구배를 나타낸다. 이러한 온도 성층화 현상은 여름철과 같이 상부와 하부의 온도 차가 클수록 안정적이게 나타나며 이러한 층화 현상으로 수직 확산이 제어되어 수질에 영향을 미친다고 알려져 있다. 따라서 댐이나 호수 등 층화 현상이 심한 유체 내부 바닥에 물순환장치를 설치하여 외부로부터 공기를 끌어와 하부에서 공기를 분출하여 온도 성층을 약화시키기도 한다. 물순환 장치를 설비하면 수체의 혼합이 용이해지며 물질전달이 개선되어 수질이 향상된다. 국내의 경우 대청댐, 보령댐, 영주 댐 등 많은 국내 댐 내부에 물순환장치가 설비되어있다. 본 연구에서 댐의 물순환장치의 성능을 파악하기 위해 산기식 물순환 장비가 설치되어있는 영주댐을 연구 대상 지역으로 잡았다. 연구지역의 계절별 성층구조 및 특성을 조사하기 위해, 봄, 여름, 가을 영주댐에 방문하여 관측 자료를 취득하였으며 물순환 장치는 봄철의 경우만 가동하였다. 봄철의 물순환 장치 가동 전후 관측 데이터를 바탕으로 수치모형실험을 실행하여 관측 결과와 비교 및 검증하였다. 이를 바탕으로 여름, 가을에 물순환장치를 가동하였을 경우 댐 내부 수체의 혼합과정을 살펴보는 연구를 진행하였다. 본 연구는 CFD (Computational Fluid Dynamic) 시뮬레이션을 수행하기 위해 오픈 소스 소프트웨어 OpenFOAM(version 4.0)에서 열 전달이 포함되어있는 비압축성 VOF 솔버를 사용하였다. 본 솔버는 물과 공기를 동시에 나타낼 수 있으며 온도의 확산 방정식을 포함하고 있다. 또한 유동해석 수행 시 사용한 물순환장치의 효울은 실제 장치의 효율과 동일하다. 본 연구의 목표는 다음과 같다. (1) 관측만으로 파악하기 어려운 수체의 혼합거동을 유동해석 자료를 통해 면밀히 살펴보고 (2) 봄철 물순환 장치가 작동하기 전후 자료를 바탕으로 여름 및 가을철 물순환장치 가동 전후 데이터를 유동해석 자료로 취득한다. (3) 또한 물순환장치 가동 전후 데이터를 통해 계절별 혼합 효율을 취득한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.952-956
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• 2010

저수지에 설치된 물순환장치는 저수지 수문상황과 자연조건의 변화에 따라 유동특성이 상이하므로 연구자가 고려하는 다양한 조건에서 현장 측정하기는 불가능하다. 이런 문제를 대체하는 방안으로 전산유체유동(CFD) 모형을 적용한 모사를 실시함으로서 다양한 조건에 따른 효과를 평가할수 있게 된다. 본 연구에서는 전산유체유동을 통한 대류식 물순환장치의 유동영향범위와 수질변화 등을 평가하고, 다양한 조건에서 모사를 실시하여 최적운영방안을 도출하고 실제운영에 활용토록 하고자 한다. 수체거동을 모사하기 위해 실제 저수지를 형상화한 Domain을 3가지로 구성하였다. 첫번째는 반경 20m, 깊이 40m Domain에 물순환장치를 중앙에 설치한 것이며(D20), 두 번째는 반경 40m, 깊이 40m에 두 개의 물순환장치를 양쪽에 설치하였고(D40), 세 번째는 반경 100m, 깊이 40m로 설정(D100)하였고 양쪽에 두 개의 물순환장치를 설치한 것으로 구성하였다. CFD에 의한 개별 대류식 순환장치의 유동모사결과 D20은 시간의 경과에 따라 수온성층이 하강하는 현상이 나타났으며 이러한 결과로 판단할때 40m 간격으로 대류식 순환장치를 설치하여 운영하면 탈성층이 나타날 수 있을것으로 판단되었다. D40에 대하여 CFD에 의한 유동모사를 실시하였으며 시간의 경과에 따라 수온성층의 변화는 나타나지 않았다. 이러한 결과로 판단할때 40m 간격으로 한줄로 대류식 순환장치를 설치하여 운영하면 성층을 깨는 현상은 나타나지 않을 것으로 평가되었다. 반면 Dye테스트시 심층에서 상승한 수체는 수온성층 표면에서 수평방향으로 계속 퍼져 나가면서 옆장치에서 상승된 수체와 혼합이 활발히 이루어 지는 현상을 나타내었다. 장치간 거리가 100m인 대류식 물순환장치에 의한 유동모사시 수온성층의 변화는 전혀 나타나지 않았으며, Dye테스트시 심층에서 상승한 수체는 수온성층 위에서 수평방향으로 퍼져 나가면서 옆에서 가동되는 장치에서 상승된 수체와 혼합 현상을 나타내기는 하나 D40보다 혼합시간이 더 걸리는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2009.05a
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• pp.906-909
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• 2009

소류지의 주변으로 농축산농가와 마을 등이 위치할 경우 지속적인 오염물질 유입과 강우시 농경지등에서 발생하는 비점오염물질 유입 등으로 부영양화의 원인이 되고 있으며, 이로 인해 식물성 플랑크톤의 이상번식으로 부영양화가 악화되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 태양전지 물순환장치를 이용하여 부영양화 저감효과를 평가하고자 한다. 소류지내에 태양전지 물순환장치를 설치 후 식물성 플랑크톤과 부영양화지수를 평가한 결과. 전체 식물성 플랑크톤 현존량의 경우 큰 변화가 나타나지 않았으나, 부영양화의 주요인 중 하나인 남조류가 제어되었으며, 부영양화지수는 가동기간이 증가함에 따라 부영양화지수가 감소하는 것으로 나타나 부영양화 방지에 있어서 효과적이라 판단된다.

• Water for future
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• v.42 no.4
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• pp.17-21
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• 2009

• Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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• v.25 no.2
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• pp.161-169
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• 2011

This study aims at examining the design factors of the air diffuser system in a particular view of field conditions, and thus improving the procedures currently applied to design the system. First, the CFD model is built for an air diffuser system suitable for field conditions of real reservoirs. Then, the design factors, including destratification number, destratification radius and efficiency of the air diffuser system, are analyzed after a series of simulations over various field conditions. The result shows successful correlations of design factors with DN at the condition, and they lead to estimate of the destratification radius and efficiency of air diffuser system based on DN. It is finally concluded that the design factors are improved such that the air diffuser system is suitable for the field conditions of dam reservoirs.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.331-331
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• 2020

급격한 산업화와 도시화로 인한 도시유역의 불투수면의 증가와 이에 따른 배수능력의 저하로 인해 도시 물순환의 왜곡이 발생하였다. 따라서 과거 도시 물관리 기법의 한계가 나타났으며 이를 위해 저영향개발 기법 등과 같은 도시 물관리 기법의 패러다임이 변화하였다. 본 연구에서는 저영향개발 기법에서 도시유역 내 활용이 유용한 침투형 시설 중 투수블럭에 대한 물순환 성능평가를 실외실험을 통해 분석하였다. 성능평가 실험은 부산대학교 양산캠퍼스 한국 GI&LID 센터 내 투수블록 뿐만 아니라 블록 하부 골재층까지 설치가 가능하도록 되어있어 실제 현장과 유사한 환경을 구축이 가능한 2.4×10.9×0.4 (m) 규모의 주차장형 LID 실증시험시설을 활용하였다. 인공강우 분사를 위한 실외 인공강우모사 장치 크기는 2×2(m)으로 본 시험을 위하여 5개의 인공강우모사 장치를 연결하여 활용하였으며, 본 시험장치는 강우를 공급하기 위한 수조와 펌프, 일정한 유량을 유입하기 위한 유량계, 강우를 분사하기 위한 노즐, 인공강우가 실제 강우와 같이 자유낙하 하도록 구현하기 위한 오실레이터 등으로 구성되었다. 시험대상인 틈새투수블록은 석재블록 규격 400×600×100 mm이며 재질은 받침안정층(흙), 투수블록(화강석)으로 구성되어 있다. 실험의 시나리오는 시험체에 강우강도 30mm/hr, 50mm/hr, 100mm/hr에 해당하는 양을 1시간 동안 유입하여 시험 시작 후, 강우지속시간, 표면유출지속시간, 표면유출량을 1분 단위로 측정. 시험체에 유공관이 설치된 경우에는 침투유출지속시간, 침투유출량도 함께 1분 단위로 측정하였으며 각 강우강도별로 측정하고, 1회 측정 후, 각 시험별 시험 대상체의 조건을 같게 하기 위한(하부 지반의 건조) 약 3일 이후(상황에 따라 변동 가능) 시험하였다. 본 실험의 결과, 강우강도가 30 mm/hr와 50 mm/hr인 경우에는 화강석 틈새투수블록포장에서 지표 유출이 발생하지 않았으며, 강우강도 100 mm/hr의 경우 260 L의 지표 유출이 발생하여, 불투수표면 대비 84%의 지표유출 저감률을 보여줌으로서 투수블럭에 물순환 성능에 대한 효과를 분석하였다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.13 no.7
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• pp.3275-3284
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• 2012

This study analyzed a 3D hydrodynamic advection diffusion using the EFDC model (Environmental Fluid Dynamics Code) in the agriculture lake to prevent stratification when we install a water circulator. EFDC model was predicted the range of the water circulator and various operational parameters ware derived for minimize the impact of the internal lake. Through EFDC simulation, water circulation is started overall circulation after 30days and a lake overall circulation showed that it was possible operated the water circulator after about 100days. Also, advection diffusion concentration was low in a lake when water circulator operate intermittent condition than continuous condition. And the entire circulation was stable in this condition. The S/B (Surface/Bottom) ratio can reduce the impact of lake as the surface water mixing a lot of. When the same condition (S/B ratio(3:1)), Case 8 (50days operation: 50days stop) of condition were able to minimize the impact of lake.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.2127-2131
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• 2008

본 연구는 자연생태하에서 지속가능한 태양에너지와 생태계작용에 의한 수질개선기법을 개발하기 위하여 생태연못을 설치하여 수질부하가 발생함에 따라 생태연못에 에너지를 순환시켜 생태적 수질정화 기능을 강화하는데 목적을 두었다. 본 연구에서 생태연못(Eco-Pond) 시스템의 수질개선 원리는 수중(유입수)의 침전, 유기산 생성, 메탄 발효, 호기성 산화, 광합성 산소배출 및 병원균 제거 등을 촉진시키기 위한 목적으로 축산농가 및 마을단위의 축산 및 생활하수 유입부에서 생태연못을 두어 수질을 개선하는 공법 즉, 산화조(Oxidation Pond)에 SolaBee 시스템을 결합한 모델을 제안하였다. 에너지 순환장치를 이용한 수질개선 방안으로는 태양열 연못 내에 물순환장치를 만들어 수체를 효율적으로 순환시키고 공기를 혼합시켜 부영양화가 진행되는 연못이 수질을 자연친화적으로 개선시키도록 하였다. 따라서 연구결과 태양에너지는 다른 자연에너지(풍력 등)에 비해서 에너지 밀도는 낮지만 지역의존성이 적고 그 양이 방대하여 21세기 중요한 에너지원으로 사용가능성을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 제시된 에너지 순환구조를 가진 생태연못 시스템은 우리나라 중소규모의 농촌 및 축산농가에 보급 될 수 있는 수질개선 시스템이다.

• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.21 no.1
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• pp.133-142
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• 2012

Convection Current Circulation System(CCCS) in stratified reservoir controls development of anaerobic condition and algal bloom during summer. In order to increase the CCCS effectiveness, we analyze diverse design parameters to make optimize the flow pattern in reservoir. In this study, we interpret the internal flow with installation and operation condition of CCCS based on CFD in reservoir. Design variables of CCCS is reservoir depth, stratification strength, distance of between CCCS and so on. Since reservoir depth and stratification strength in variables is depending on natural phenomenon, we evaluated current circulation effect by distance of CCCS and proposed the optimal design condition using CFD simulation. Flow and diffusion changes in water body was assessed by temperature and dye test. Changes in water floor temperature at 40m intervals was slowly descending over 37 hours. Dye diffusion simulation at 60m intervals, the radius of the spread between two devices were overlapped after 12 hours.