• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.53-53
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• 2020

오염물질 유출 사고가 발생했을 경우 안전한 수자원의 관리 및 공급을 위해 오염물질의 혼합거동에 대한 정확한 해석이 필요하다. 하천에 유입된 오염물질의 혼합 거동에 영향을 미치는 인자들은 다양하지만, 수리구조물 등에 의해 발생한 저흐름 영역에 의해 오염물질이 정체되는 현상에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 특히, 국내 하천에는 약 33,000여 개가 넘는 취수보가 설치되어 있으며, 이 보들은 대부분 광정보 형태의 농업용수 취수를 목적으로 하고 있다. 이러한 보에는 저유량 시기에 보 상하류간의 흐름을 원활하게 하기 위한 노치(notch) 형태의 배수로가 설치되어 있으며, 노치로 인하여 보 상류쪽에 연직방향 뿐만 아닌 수평방향 흐름장의 변화 및 저흐름 영역이 형성된다. 따라서 본 연구에서는, 노치가 설치된 보 구조물 주변에서의 수평 방향 흐름 구조 및 오염물질의 혼합 거동을 분석하여 하천 저장대 모형의 매개변수를 산정하였다. 저흐름 영역에 의하여 오염물질의 정체현상이 발생할 경우, 일반적으로 오염물질 혼합 해석에 사용되는 Fickian 이송-확산 모형은 농도의 공간 분포를 잘 재현하지 못하기 때문에 non-fickian 모형인 하천 저장대 모형이 널리 사용되고 있다. 하천 저장대 모형에서의 주요 매개변수로는 저장대 영역(저흐름 영역)의 면적과 질량교환계수가 있으며, 본 연구에서는 노치의 조건 변화에 따른 저장대 영역 및 질량교환계수의 변화를 분석하기 위하여 수리실험을 수행하였다. 노치의 조건 변화에 따른 저장대 모형의 매개변수 산정을 위하여 보 구조물이 설치되어 있는 개수로에서 수리실험을 수행하였으며, 광범위의 수평방향 흐름구조 및 오염물질의 혼합거동을 분석하기 위하여 LSPIV(Large Scale Particle-Image-Velocimetry) 및 PCA(Planar-Concentration-Analysis) 기법을 이용하여 유속 및 오염물질의 농도자료를 취득하였다. 취득된 유속 자료 및 농도자료를 바탕으로 보 상류에 위치한 저흐름영역의 크기 및 저흐름 영역과 주 흐름 영역 사이의 농도변화를 분석하였다. 실험자료 분석결과, 노치의 간격이 커질수록 저흐름영역의 크기 또한 증가하였으며, 오염물질의 체류시간 또한 증가하는 것으로 밝혀졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.403-407
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• 2007

본 연구에서는 개수로 흐름에서의 오염물질 거동 특성에 대해 분석하였다. 이를 위해 개수로 흐름을 등류상태로 가정하여 3차원의 수직모형을 구성하고 운동량 방정식과 스칼라 수송방정식에서의 난류 폐합을 위해 레이놀즈응력 모형 및 GGDH 모형을 사용하였다. 개발된 모형을 이용하여 복단면 수로에서 오염물질이 점으로 주입된 경우에 대해 난류 흐름 및 오염물질의 농도 분포를 수치모의 하고 기존의 실험 데이터와 비교하였다. 그 결과 개발된 모형이 개수로 흐름에서의 평균유속 및 난류구조, 오염물질의 농도 분포 등을 잘 모의하는 것으로 나타났다. 특히, 이차흐름의 영향으로 인해 최대 농도 값의 위치가 거리에 따라 이동하는 것으로 나타났으며, 농도 분포 역시 정규분포에서 거리에 따라 점차 왜곡되는 것으로 확인되었다.

• 자원환경지질
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• 제39권5호
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• pp.615-626
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• 2006

천연자원 및 물질순환은 자원채광, 운반, 처리, 활용, 회수 및 폐기 등과 관련된 모든 인간의 활동을 포함한다. 지속가능한 물질 관리는 물질순환을 통해 경제적 매개체에 맞추어진 통합된 정책수단이며 경제적으로 효율적이고 환경적으로 효과적인 물질의 사용을 위한 것이다. 산업광물, 금속광물 및 화석연료의 물질흐름은 회수, 처리, 소비 및 최종 폐기와 관련된 환경적 압력 때문에 지금껏 환경정책의 주된 영역이었다. OECD의 물질흐름분석연구는 회원국의 경제운용에서 물질자원의 중요성에 대한 이해의 폭을 넓혀 국가별국가간 천연자원 및 물질흐름에 대한 정량적이고 분석적인 지식기반을 증진하는 것이다. 현재 EU에서는 물질흐름계정이 몇몇 회원국에서 공식통계로 활용되고 있다. 주로 물질흐름분석은 물질흐름계정으로부터 정보를 활용하여 물질사용의 효율성을 평가하는 가치화기법으로서 기존의 경제모니터링시스템에서 파악되지 않는 천연자원 등의 폐기를 인지하는데 활용된다. 물질흐름분석에서 자원사용과 효율성은 장기간의 지속가능성 및 환경정책을 위한 중요한 주제로 떠오르고 있는 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1B호
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• pp.73-81
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• 2009

본 연구에서는 개수로 흐름에서 오염물질 이동 현상에 대한 이차흐름의 영향을 분석하였다. 운동량 방정식과 스칼라 수송 방정식에서의 난류 폐합을 위해 레이놀즈응력 모형 및 GGDH 모형을 사용하였다. 개발된 모형을 이용하여 조 세립상의 횡방향 연속구조를 갖는 개수로 흐름에서의 오염물질 이동에 대한 이차흐름의 영향을 분석하였다. 그 결과, 이차흐름의 영향으로 인해 최대 농도 값의 발생 위치가 이동하는 것으로 나타났으며, 농도 분포 역시 정규 분포에서 거리에 따라 점차 왜곡 되는 것으로 확인되었다. 또한, 이차흐름의 영향으로 자유수면 근처에서는 매끄러운 하상에 비해 거친 하상에서의 오염물질 농도가 더 크게 발생되었으며, 스칼라-흐름률을 계산한 결과, 오염물질의 수직방향 확산은 매끄러운 하상에 비해 거친 하상에서 더 빨리 진행되는 것으로 확인되었다. 한편, 농도 분포 변화에 대한 이차흐름 및 스칼라-흐름률의 영향을 살펴보기 위하여 스칼라 수송률 분석을 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.524-528
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• 2008

도류제 완성 후에 대한 100년 빈도 홍수시의 흐름(유향과 유속)을 기초로 하여 수치모형실험 결과의 일례를 그림에 나타내었다. 초록에는 오염물질 확산 수치모형실험결과를 시간별로 나타내지안했지만, 오염물질 확산에 대한 수치모형실험의 일반적인 결과를 평가하면 아래와 같다. 우선 흐름은 임랑해수욕장 방향으로 형성되고 청정지역인 방향에서는 남측도류제 설치전보다 복잡한 와류가 형성되어 청정지역 방향으로의 흐름은 미약하다. 모델하천의 빈도별 유출량이 증가함에 따라 큰 변화는 없고, 흐름은 모델하천 하구부 전면해역의 외해 방향으로 형성되며 빈도에 따른 흐름방향의 변화는 거의 없다. 보존성 오염물물 확산 계산 결과를 보면 평수시의 오염물질 영향범위는 양안에 도류제가 완성됨으로 인해 확산이 차단되어 도류제 내부의 오염물의 농도가 가중되고 도류제 전면해역으로의 오염물질의 확산범위가 확대됨을 알 수 있다. 모델하천의 빈도별 유출량이 증가함에 따라 오염물질의 농도가 일정하게 유지될 때 초기유출(3시간)에는 도류제 전면해역의 외해 방향으로의 오염물질 확산이 가속화 되며, 확산범위도 점차 확대된다. 오염물질의 농도가 감소하여 모델하천으로 부터의 오염물질 배출이 감소할 경우(15-24시간)는 오염물질 농도가 점차적으로 저감되며 청정지역으로 확산이 지연됨을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.106-106
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• 2019

많은 도심의 하천들은 오염물질의 유입에 취약하다. 최근 신소재 공학 등 첨단산업이 발전하게 되면서 유해화학물질의 유입문제는 더욱 대두되고 있으며, 실제로 최근 유해화학물질 유입사고 발생건수가 늘어나고 있다. 특히 국내 취수량의 90%는 지표수에서 취수하고 있어, 하천오염사고는 직접적인 피해로 이어지게 된다. 따라서 이러한 사고에 대응하기 위하여 수환경에 유입된 유해물질의 거동 매커니즘을 반영한 수질해석이 필요하다. 수체 내에 유입된 유해화학물질은 기본적으로 흐름에 따른 이송 확산을 하며 흡 탈착, 휘발, 침전 부유, 생화학 반응과 같은 다양한 반응과 함께 혼합거동을 한다. 특히 소수성물질의 경우 용해된 상태뿐만 아니라, 유사에 흡착된 상태로 수체에 존재하게 된다. 결국 유해화학물질의 거동을 해석하기 위해서는 유체의 흐름 해석뿐만 아니라 수체에 존재하는 유사의 이송 또한 해석해야한다. 본 연구에서는 흐름해석을 위하여 서울대에서 개발한 흐름모형(HDM-2D)을 사용하였으며, 부유사 거동모의를 위해 부유사거동모형(STM-2D)을 개발하였다. 또한 유해화학물질의 거동모의를 위해 서울대에서 개발한 수질모형(CTM-2D)에 생성/소멸항을 추가하였으며 흐름모형과 부유사모형과의 연계를 통해 유해화학물질의 혼합거동 수치모형을 개발하였다. 각 반응항(흡 탈착, 휘발, 침전 부유, 생화학 반응)을 수치모형에 반영 시에는 보통 두 계(물-토양, 물-공기) 사이의 선형 물질교환으로 이해된다. 따라서 물질의 각 반응 별 평형농도와 물질교환속도계수를 추정식을 통해 산정하여 사용하게 된다. 하지만 각 기작이 반영유무에 따라 계산시간 및 필요입력변수가 늘어나게 되므로, 유해화학물질 유입사고와 같은 빠른 대처가 필요한 경우 각 반응 텀의 유의성을 판단하여 모형에 반영여부를 결정을 통해 경제적인 모의를 할 수 있어야 한다. 이에 따라 본 연구에서는 개발된 모형의 각 매개변수들의 민감도를 분석하고, 흐름조건 및 물질의 특성에 따른 반응항의 유의성을 판단하였다. 본 연구에서는 개발된 모형(부유사거동모형, 유해화학물질의 혼합거동모형)은 해석해 및 현장 데이터와 비교검증을 통해 개발을 완료하였으며, 각 반응항의 민감도 분석을 통해 매개변수의 임계값을 결정하였다.

• 대한안전경영과학회:학술대회논문집
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• 대한안전경영과학회 2011년도 춘계학술대회
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• pp.707-717
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• 2011

활동기준원가의 개념을 적용하여 Co2 절감대책을 수립한다. 물질흐름원가계산(MFCA; Material Flow Costing Accounting)을 통해 물질의 흐름을 파악하고 Co2 등의 절감을 원가로 측정하고 관리하고자 한다. MFCA(물질흐름원가계산)를 이용하여 에너지 사용량에 대한 단위시간당 가공비 계산하면 원가관리를 정확하게 할 수 있다. 그리고 구체적인 공급체인별 에너지 사용량 및 온실가스 배출량에 대한 개선 목표를 설정할 수 있다. 시뮬레이션 기법을 이용하면 프로세스별 원가계산이 가능하고, 다양한 시나리오를 편리하고 신속하게 분석할 수 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권6호
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• pp.579-587
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• 2006

최근 지속 가능한 산업 개발을 위한 생태산업단지(eco-industrial park, EIP)의 개발이 각 국가별로 활성화 되고 있다. 생태산업단지(eco-industrial park)는 사업의 특성상 기업 및 정부, 그리고 자치단체가 모두 참여하는 성격을 지니지만 이를 구체적으로 실현하는 데는 공학적인 모델링 과정이 필요하다. 생태산업단지를 위한 주요 기술로는 에너지 교환, 물질흐름분석, 용수 이용 최적화, 전과정 평가를 통한 환경영향평가 등이 있다. 생태산업단지를 공학적으로 설계하는데 있어서 해당 기업들의 물질흐름이 어떻게 진행되고 이것을 어떻게 최적화 하여 모델링 할 것인지가 주요 목적이므로 물질흐름분석(material flow analysis, MFA) 방법론은 생태산업단지 설계에 유용하게 적용될 수 있다. 본 연구에서는 물질흐름분석 방법론 기술과 포항 생태산업 시범단지의 사례연구를 바탕으로 물질흐름 분석방법을 생태산업단지 모델링에 적용하는 방법, 그리고 MFA 모델링을 위한 소프트웨어의 활용을 제시한다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권4호
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• pp.180-185
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• 2017

안료 페인트 생산 업체 7개를 방문하여 제품 21개(안료 17개, 페인트 4개)를 시료채취 하였으며, 대형 온라인 판매상을 통하여 50개 제품을 구매하였다. 총 71개 제품에 대하여 EPA 7473 방법으로 수은 함량분석을 하였고, 물질흐름 분석을 위한 폐기물 내 수은함량은 타 연구(2010)의 안료 페인트 제조 업체에서 발생되는 분진 슬러지 폐페인트 38건의 수은 함량 자료를 사용하였다. 물질흐름분석은 제품 또는 특정 화학물질을 대상으로 하는 Micro 수준의 물질흐름 추적방식을 이용하여 흐름도를 작성하였다. 수은분석 결과, 71개 제품에서 0~0.25 mg-Hg/kg, 38개 폐기물에서 0.23~0.69 mg-Hg/kg으로 나타났다. 물질흐름을 살펴보면 유통단계의 수은흐름량이 연간 10.06 kg인데 반해 폐기되는 수은의 양은 25.27 kg으로 유통량 보다 폐기량이 더 높게 나타났다. 이는 제품과 폐기물의 시료채취 시기가 달라 발생된 현상으로 제품은 2014년도 제품, 폐기물은 2010년 분석된 자료를 사용하여 RoHS 등과 같은 규제의 영향으로 수은 함유 페인트 제품이 감소됨에 따른 것으로 판단된다. 현재 생산되는 제품 중 수은의 농도는 매우 낮고 페인트에 의한 수은의 유출은 미미한 것으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제1권1호
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• pp.1-7
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• 2014

본 연구에서는 파랑과 흐름이 공존하고 있는 해안지역에 이용이 가능한 물에 용해된 물질의 정확한 이동을 예측하기 위한 수심적분형 수치모의 기법을 제시한다. 대상 영역에 일반적으로 발생하는 파랑의 전파와 변형 과정 및 쇄파와 흐름의 발달 과정에 대한 모의가 가능한 boussinesq equation 흐름모형과 동일한 과정을 거쳐 유도된 수심적분형 물질수송모형을 지배방정식으로 이용한다. 지배방정식은 approximate riemann solver를 이용하는 유한체적법을 이용하여 해석한다. 제시된 수치모형을 이용하여 해일발생에 의한 흐름양상을 계측한 실험을 재현하였으며, 해당 수역에 가상의 물질의 이송과 확산에 대한 수치모의를 수행하고 그 결과를 분석하였다.