• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.22 no.3
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• pp.171-180
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• 2010

Analysis on the temporal variation of the stratification is carried out by using the continuous water temperature and salinity data observed in the coastal monitoring buoy in Mikawa Bay, Japan. The main analysis results are as follows. The stratification pattern have an obvious and dominant 1-year period variation and the occurrence frequency (days) are exponentially decreased as the stratification intensity (SI) defined as the density difference between surface and bottom layers linearly increases. The frequency distribution function of the SI is presumably close to the log-normal function type or exponential function type. From the water temperature and salinity scatter diagram analysis, the line and loop type patterns are shown in the bottom and surface layers, respectively. In addition, the analysis of the SI estimation show that the error bound in case of using the weekly-monitoring data is about 4.45 times greater than that in case of using the continuous (daily) monitoring data.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.265-265
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• 2019

기후변화로 의한 기온의 상승은 가뭄, 홍수와 같은 재해를 일으킬 뿐만 아니라 깊은 호수나 저수지와 같은 수자원에도 용존 산소, 물질, 영양소 및 식물플랑크톤의 수직적 분포 등과 같은 다양한 부분에 영향을 미친다. 본 연구의 목적은 SWAT, HEC-ResSim 및 CE-QUAL-W2(이하 W2)모델을 사용하여 미래의 기후 변화에 따른 소양호의 수온, 성층강도 및 열적 안정성의 변화를 장기 예측하고 그 영향을 평가하는데 있다. W2 모델의 보정은 2005 년부터 2015 년까지의 실측 과거 데이터를 이용하여 보정하였고 기후변화 시나리오는 IPCC의 AR5 RCP 4.5 시나리오를 사용하였다. 기후자료는 GCM 모델인 HadGEM2-AO 결과를 상세화하여 모의기간의 자료를 생성하였다. SWAT모델을 이용하여 모의기간인 2016 년부터 2070 년까지 일단위로 저수지 유입을 예측했으며 HEC-ResSim모델을 이용하여 소양강댐 저수지 운영 조건에 따라 저수지 방류량 및 수위 변화를 모의하였다. 수온 해석을 위해 W2를 적용하여 저수지의 장기간의 수온 변화를 예측하였다. 결과적으로 대기 온도는 $0.0279^{\circ}C/year$(p < 0.05) 상승할 것으로 예측되었으며, 동일기간 상층(수면으로부터 5m 깊이)과 하층 (바닥으로부터 5m 높이) 수온은 각각 $0.0191^{\circ}C$/년(p < 0.05) 및 $0.008^{\circ}C$/년(p < 0.05) 상승할 것으로 예측되었다. 모의된 수온을 계절별로 분석했을 때 상층수온은 여름철 가장 큰 폭으로 상승하였으며 하층의 경우 겨울철에 가장 큰 폭으로 상승하였다. 계절별 상-하층 수온의 차는 여름이 가장 컸으며, 겨울에 온도차가 가장 작았다. 또한 미래 온도의 상승에 따라, 소양호의 성층 강도가 강해지는 경향을 보였으며 상층 및 하층의 온도차 $5^{\circ}C$를 기준으로 성층이 형성되는 기간은 큰 변동이 없었으나 소멸되는 시점이 점점 늦어지는 추세를 보여 성층 형성 기간이 길어지는 것으로 나타났다. 저수지 표면의 수온 상승은 식물플랑크톤의 계절 성장률에 영향을 미쳤는데, 특정 조건에서 규조류는 최적 성장 범위를 벗어나는 고온 조건에서 성장속도가 감소하였으나 녹조류와 남조류의 출현 시기가 빨라지며 장기화될 것으로 예측되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.133-133
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• 2012

기후변화에 관한 정부 간 패널 IPCC의 4차 보고서에 의하면 지난 100년간 지구 평균 기온의 선형추세선 기울기가 $0.74^{\circ}C$/년을 보이고 있으며 21세기말 지구의 평균기온은 최대 $6.3^{\circ}C$까지 더 상승할 것으로 전망하고 있다. 이러한 대기기온의 상승은 저수지 및 하천의 수온과 밀접한 관계를 지니는데, 저수지 표층 수온 및 유입 하천의 수온을 증가시켜 저수지 수온 성층형성시기를 앞당겨 성층화 기간을 증가시키고 또한 성층강도도 증가하게 된다. 이러한 수온성층기간 및 강도의 증가는 심수층의 용존산소 고갈과 이에 따른 퇴적층의 영양염류 용출량을 증가시켜 저수지 수질관리에 어려움을 야기할 것으로 전망되고 있다. 특히 온대기후대에 속하는 우리나라의 대부분의 대형 인공 저수지는 여름철 뚜렷한 수온성층구조가 확인되고 있어 대기기온 상승이 수온성층구조에 미치는 영향을 분석하는 것은 미래 기후변화에 대비한 저수지 수질관리 전략 수립을 위해 필요한 기초 연구라 판단되어진다. 본 연구에서는 2차원 횡방향 평균 수치모형(CE-QUAL-W2)을 활용하여 대기 온도 변화에 따른 충주호의 수온분포를 모의하고 수온 성층구조의 변동경향을 분석하였다. 지구 온난화 영향 모의에 앞서 2010년과 2008년의 충주호 수문조건에 모형을 적용하여 수온 성층구조의 재현성을 확인하였다. 미래 대기기온 자료는 국립기상연구소에서 제공하는 한반도 기후전망 모의자료(RCM) 중 충주댐 유역의 평균 기온자료를 수집하여 사용하였으며, 모의연도는 2011, 2040, 2070, 2100으로 하였다. 또한, 대기기온과 유입수온 자료를 제외한 모든 입력자료는 보정년도인 2010년과 동일하다고 가정하여 대기기온 변화의 영향만을 고려하였다. 2011년에 비해 2100년의 대기기온이 연평균 $2.44^{\circ}C$ 증가하였을 때 표층수온은 평균 $1.72^{\circ}C$, 최대 $4.31^{\circ}C$ 증가하는 것으로 나타났으며, 심층수온은 평균 $0.36^{\circ}C$, 최대 $1.33^{\circ}C$ 증가하는 것으로 나타났다. 성층구조 형성기간의 비교를 위해 표층과 심층의 수온이 $5^{\circ}C$ 이상의 차이를 보이는 기간을 조사한 결과 2011년에 비해 2100년에서 5일 일찍 시작되어 11일 더 지속되는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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• 2005.04a
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• pp.221-225
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• 2005

성층권 비행선 기낭용 막재료를 개발하였다. 성층권 비행선을 구현하기 위한 초경량/고강도의 막재료를 설계 개발하였다. 요구조건을 만족시키기 위하여 벡트란, 테들라 등의 최신 고분자 화합물을 적층한 막재를 개발하였다. 개발된 막재료에 대한 유한요소 미세구조 모델링을 수행하고, 물성치를 예측하였다. 막재료에 대한 물성시험을 수행하였다. 단위 시편에 대한 강도-강성 시험을 수행하였으며, 이를 유한요소 예측치와 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.386-386
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• 2015

담수가 해수에서 흘러드는 하구에서는 성층이 관측되며 이것은 난류의 미세구조를 변화시키는 주요 원인으로 작용한다. 이러한 성층화 현상은 하구 내 부유사의 군집인 하구 최대혼탁수(Estuarine Turbidity Maximum, ETM)의 형성에 영향을 주게 된다. 본 연구는 성층의 하구 최대 혼탁수 생성 메커니즘에 관심을 두고 수치모델링을 활용한 미세 난류의 부유사 거동 분석에 초점을 두었다. 성층과 전단응력 사이의 난류 혼합을 대표하는 유동인 켈빈-헬름홀츠 불안정성(Kelvin-Helmholtz Instability)을 도입하고 성층 경계면 근처에서 부유사의 이송을 높은 레이놀즈수(Reynolds number) 유동에서 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes Simulation)보다 다양한 규모의 에너지 획득이 가능하여 미세 난류 구조 재현에 장점을 갖는 Large-eddy Simulation(LES)를 활용하여 모사하였다. 여기에서, 부유사는 주위 유동의 물리적 특성 변화에 영향을 미치지 않는 Passive scalar로 가정하였으며 $6^{th}$-order Lagrangian 다항식 보간법을 적용하여 입자의 이동 속도를 계산하고 이를 시간에 대해 적분함으로써 이동 궤적을 추적하였다. 수치 모델 결과 Lock-exchange 유동 내에서 켈빈-헬름홀츠 불안정성이 발생함에 따라 경계면 주위에 위치한 부유사가 billow 내에서 트랩핑(trapping)되는 것을 보여주어 KH-billow 혹은 braids 내의 미세 난류에 의한 영향이 확인되었다. 본 연구에서는 LES를 활용하여 성층류 및 성층류 내의 부유사 혼합을 모사하여 난류의 정도에 따른 이동 궤적의 차이에 대해서 분석함으로써 성층의 난류 강도 저하에 따른 부유사의 군집으로의 영향에 대해 서술한다.

• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.32 no.6
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• pp.473-487
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• 2023

Korea's multi-purpose dams, which were constructed in the 1970s and 1980s, have a single outlet located near the bottom for hydropower generation. Problems such as freezing damage to crops due to cold water discharge and an increase the foggy days have been raised downstream of some dams. In this study, we analyzed the effect of water intake depth on the reservoir's water temperature stratification structure and outflow temperature targeting Hapcheon Reservoir, where hypolimnetic withdrawal is drawn via a fixed depth outlet. Using AEM3D, a three-dimensional hydrodynamic water quality model, the vertical water temperature distribution of Hapcheon Reservoir was reproduced and the seasonal water temperature stratification structure was analyzed. Simulation periods were wet and dry year to compare and analyze changes in water temperature stratification according to hydrological conditions. In addition, by applying the intake depth change scenario, the effect of water intake depth on the thermal structure was analyzed. As a result of the simulation, it was analyzed that if the hypolimnetic withdrawal is changed to epilimnetic withdrawal, the formation location of the thermocline will decrease by 6.5 m in the wet year and 6.8 m in the dry year, resulting in a shallower water depth. Additionally, the water stability indices, Schmidt Stability Index (SSI) and Buoyancy frequency (N²), were found to increase, resulting in an increase in thermal stratification strength. Changing higher withdrawal elevations, the annual average discharge water temperature increases by 3.5℃ in the wet year and by 5.0℃ in the dry year, which reduces the influence of the downstream river. However, the volume of the low-water temperature layer and the strength of the water temperature stratification within the lake increase, so the water intake depth is a major factor in dam operation for future water quality management.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.3
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• pp.219-231
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• 2004

The use of air diffuser system to ameliorate the reservoir by breaking stratification is now widespread. This study focuses on the hydrodynamic behavior of bubble plumes, which is the major mechanism of destratification and their combined effect of adjacent plumes on destratification efficiency. By introducing 2-phase Computational Fluid Dynamics(CFD) technique, we could suggest the optimal diffuser spacing having optimal destratification efficiency by simply analyzing the complex destratification procedures varying with the seasonal stratification intensity and bubble flow rate. Lab experiments were also carried out to verify CFD model in thermally stratified fresh water which quite differs from former researches using salts. This study showed that the mixing efficiency strongly depends on the spacing of neighboring plumes. When diffuser spacing is lower than 1.5 times the depth, the combined effect is stronger; as Plume Number(PN) is increased, the efficiency is strongly affected by spacing. If the distance is shorter than the depth of water, the efficiency increases linearly in proportion to PN. Otherwise, the efficiency increases non-linearly. These findings suggest that the combined effect should be more quantitatively taken into consideration for design and operation of air-diffuser destratification system, and recommend that the optimal destratification efficiency will be when plume number is 1000 and the spacing between neighboring diffusers is 1.5 times the depth.

• Proceedings of the Korean Society of Fisheries Technology Conference
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• 2002.10a
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• pp.139-139
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• 2002

금강 하구 연안에서 2001년 4월부터 10월까지 월 2회씩 관측 및 분석한 자료를 가지고, 금강 하구 연안역의 해황과 관련하여 영양염, 부유물질 및 chl-a의 분포 특성을 살펴보았다. 담수 유출이 없을 때에는 금강 하구 연안에서 조석 주기에 따른 수층의 성층과 혼합이 교대로 반복되지만, 담수의 유출이 있을 경우에는 조석 강도에 관계 없이 금강 하구에서 저염수가 표층에 잔존하며 성층을 유지하고 있었다. (중략)

• Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
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• 2008.09a
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• pp.56-59
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• 2008

• Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
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• 2008.09b
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• pp.56-59
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• 2008