• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.502-502
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• 2023

지난 140여년(1880~2022)간 지구의 연평균 기온은 약 1.5℃ 상승하였다. 이에 따라 폭염, 홍수, 가뭄 등 이상기후 발생이 급증하고 있으며, 생태계가 급격히 변화하여 담수호의 산소량 또한 급속히 감소하고 있다. 소양호는 총길이 60 km, 유역면적 2.703 km², 최대저수량 29억톤으로, 유역면적은 북한강 유역의 25%에 달하며 북한강 상류에 위치하고 있는 국내 최대의 인공호이다. 따라서 소양호 유역의 관리는 북한강 유역의 수질 관리와 수도권 수자원 공급의 핵심 중 하나라고 볼 수 있다. 그러나 기후변화에 따라 소양호의 성층현상에도 변동이 생겼을 것으로 판단되고 있다. 호소의 성층현상은 수심에 따른 온도의 변화로 발생하는 현상으로, 성층현상이 심하면 유체는 연직운동이 제한되고 상대적으로 수평방향 운동이 활발해진다. 소양호는 수심이 매우 깊으며, 열용량이 크기 때문에 여름에 성층이 형성되는 온대일순환호(warm monomictic lake)로 분리된다. 성층현상이 심하면 호소 하부의 저층에서는 용존산소가 거의 없어 혐기성 상태가 되고, 침전된 유기물이 혐기성 미생물에 의해 분해되기 때문에 수질은 크게 악화된다. 따라서 본 연구는 30년간의 소양호의 수온과 DO의 변동을 분석하여 성층현상의 변동성을 파악하고자 하였다. 이에 따라 약 30년간(1993년 1월~2022년 12월) 0~90 m까지 측정한 수온, DO 데이터를 이용하였다. 데이터는 매달 최소 1회~최대 5회 측정된 자료 중 가장 수심이 깊게 측정된 날의 자료를 이용하였다. 1월과 2월의 데이터는 동절기로 인해 소양호 조사를 실시할 수 없어 제외하였다. 수온의 경우 30년간 서서히 증가하는 경향을 보였으며 0~90m 전반에 걸쳐서도 대체로 증가하는 경향을 보였다. 또한 6월에 성층현상이 더 심해지고, 겨울에는 연직운동이 감소하는 모습을 보였다. DO의 경우 용존산소가 중층에서 최저를 보이는 Metalimnetic oxygen minimum을 보였으며, 2008년까지는 거의 매년 농도 2.0mg/L 이하인 달이 있었으나 그 이후에는 회복되어 대부분 2.0 mg/L 이상을 보였다. 그러나 심층의 경우에는 2014년부터 DO 농도 3 미만으로 떨어지는 경우가 증가하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.37 no.3
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• pp.561-573
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• 2017

Nakdong River was recently dredged with multi-functional weirs construction. Therefore, the depth was deepened and the lag time also increased. As a result, stratification occurred in some sections with deep water depth, and it also caused the increase of algal bloom phenomenon. The purpose of this study is to evaluate reproducibility of stratification in the Nakdong River by applying the EFDC model, which is a three-dimensional hydraulic and water quality analysis model proving the reproducibility of stratification phenomena in reservoirs and estuaries. In order to reproduce the Nakdong river water temperature and DO stratification, EFDC model was constructed in the downstream part of the Nakdong river and sensitivity analysis was performed on key parameters sensitive to stratification. Sensitivity analysis was used to reproduce stratification by selecting optimal parameters. The results of this study can be used as basic data for the analysis of various destratification scenarios.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1879-1883
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• 2009

우리나라는 1960년대를 기점으로 수자원의 효율적 이용을 위하여 각종 수리시설물이 건설되었으며 이 중 하나의 방안으로 대형 인공 저수지와 같은 시설물이 건설되었다. 저수지에는 강우시 탁수가 유입되는데 특히, 여름철에 집중되는 우리나라의 강우 특성상 이 시기에는 고탁도의 탁수가 유입된다. 탁수는 쉽게 정화되지 않고 저수지 내에서 성층화 현상을 일으키는데 성층화된 탁수는 물의 연직방향운동을 방해하여 심층부의 산소를 고갈시키고 이는 수질오염과 같은 결과로 이어진다. 그리고 방류시 하류하천까지 흘러가서 피해를 발생시킨다. 이러한 현상은 수질관리에 많은 어려움을 주고 있어 적절한 해결책이 요구되는 바이다. 본 연구에서는 성층구조와 방류유량에 의한 방류특성의 변화를 알아보고자 하였다. 염수를 이용하여 실험 수로 내 밀도성층을 구현하였으며, 선택배제 시 성층구조의 변화 및 흐름특성 파악을 위해 전도율계를 통한 염도측정을 이용하였다. 다양한 밀도성층 조건과 방류유량에 의한 선택배제 특성을 파악하기 위하여 밀도프루드수를 기준으로 실험조건을 설정하여, 다양한 조건에서의 밀도성층수체의 거동양상을 관찰하였다. 이상의 과정들을 통해 효율적인 선택배제 조건을 찾을 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1691-1695
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• 2006

합천호의 총유역면적은 $925km^2$이다. 합천호 유역내 주요 하천은 황강본류, 논덕천, 사천천, 유전천 및 하금천이다. 유역면적을 살펴볼 때 합천호 강우유출의 86.3 %는 황강본류 유역으로부터 유입되고 약 13.7 %만이 그 외의 하천들로부터 유입되는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 강우유출이 성층화된 합천호의 수온분포에 미치는 영향을 2차원 수치모의를 통하여 검토하였다. 유입지천의 수온은 성층화된 여름철 저수지의 거동에 큰 영향을 미친다. 따라서 합천호 유입지천 3개 지점에 수온계를 설치하여 수온변화를 조사하였다. 2차원 수치모의결과에 의하면, 비강우시의 경우에는 합천호의 수온성층현상을 보이는 구간은 합천댐으로부터 19 km지점까지로 나타났으며, 강우시 유입유량의 증가로 인하여 수온성층현상을 보이는 구간은 감소하는 것으로 나타났다. 이는 강우유출이 증가함에 따라서 유입수의 운동량이 증가하기 때문에 저수지의 수온성층현상의 영향을 상대적으로 작게 받기 때문으로 판단된다.

• 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 Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.459-463
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• 2005

몬순지역에 속한 우리나라의 대부분 저수지에서는 여름철 집중호우시 탁수가 유입되므로, 저수지 수질관리를 위해 고탁수층의 진행경로, 시공간적 분포, 그리고 방류량조절 등에 의한 탁수저감효과를 예측할 필요성이 있다. 저수지의 성층현상이 임하호의 탁도분포에 미치는 영향을 검토하기 위하여 월별 수온분포가 검토되었고 또한 수리 및 수질모형 CE-QUAL-W2를 이용하여 2차원 수치모의가 수행되었다. 임하호의 6월 수온분포는 표층은 $24^{\circ}C$이고 심층은 $6^{\circ}C$이고 중층은 비교적 선형으로 변화한다. 8월달 수온 분포는 표층의 수온은 $30^{\circ}C$정도이고 심층은 심층은 $6^{\circ}C$이고중층은 $22^{\circ}C$에서 $18^{\circ}C$이고 2개의 수온약층이 존재한다. 6월과 8월의 중층수온분포를 비교해보면 6월은 상대적으로 수온변화가 크고 8월은 수온변화가 작으므로 중층에서의 이송확산이 8월에 보다 활발할 것으로 판단된다. 임하호 성층현상이 탁도분포에 미치는 영향을 파악하기 위하여 6월과 8월의 수온분포의 경우에 대하여 임하호 유역에 80 mm와 120 mm의 총강우량이 발생한 경우에 대하여 수치모의를 수행하였다. 초기 저수위는 El. 148 m와 El. 152 m의 조건을 적용하였다. 수치모의결과는 2002년 태풍루사의 경우에 대하여 검증하였다. 수치모의결과는 다음과 같다. 탁수층 선단이 댐체에 도달하는 시간은 초기 저수위가 높고 중층의 수온분포가 상대적으로 균일한 8월이 긴 것으로 나타났다. 이러한 현상은 유입수가 저수지로 유입되면서 초기수위가 높은 경우에 운동량이 상대적으로 많이 소멸되기 때문으로 판단된다. 또한 탁수층의 두께도 8월 성층의 경우가 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 이는 중층의 8월 수온분포 또는 밀도분포가 상대적으로 균일하기 때문에 연직방향 이송$\cdot$확산이 많이 이루어졌기 때문으로 판단된다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.11a
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• pp.221-221
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• 2003

본 연구에서는 스핀밸브 다층박막에서 교환 바이어스에 영향을 끼치는 요인 중 하나인 강자성층과 반강자성층사이의 접합 계면에서의 표면 거칠기 [1,2]를 줄이기 위해 현재 반도체 공정에 사용되고 있는 이온빔 에칭 장비를 사용하여 스핀 밸브 다층박막의 씨앗층 에칭에 따른 교환 바이어스를 알아보고자 하였다. 스핀밸브 구조는 강자성층/비자성층/강자성층의 기본구조를 갖는데 이중 하나의 강자성층의 스핀방향이 반강자성층에 의해 고정되는 구조[3]로써 이러한 고정 효과를 교환 바이어스(exchange bias)라 부른다. 교환 바이어스(exchange bias)현상은 강자성과 반강자성의 접합계면에서 강한 상호 교환결합력에 의해 나타나는 현상으로 이러한 교환 바이어스 특성은 하드드라이브의 고밀도 자기헤드소자 및 비휘발성 자기 메모리소자에 응용되어 기존의 자기저항 소자의 특성을 크게 향상시킬 수 있게 되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.44-44
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• 2011

저수지와 같은 갇혀진 수체는 상류에서 유입되는 오염물질 뿐만 아니라 성층현상에 의해서도 오염될 수 있다. 안정된 성층은 혐기성 조건을 제공하여 바닥에서의 과도한 조류성장을 유발하고 연직순환흐름을 방해한다. 갇혀진 수체에서의 연직순환은 환경적인 문제를 감소시킬 수 있도록 중요한 역할을 한다. 갇혀진 수체에서의 연직순환은 이러한 오염을 줄이는데 중요한 역할을 하는데, 연직순환을 일으키는 인자로는 빛의 입사, 바람, 물의 온도 및 열의 확산 등이 있으며, 그중에서도 가장 중요한 것은 바람의 영향이다. 그러므로 성층화된 흐름에서 바람에 의해 발생하는 연직순환에 대한 수치모형을 개발하고 적용하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 수온성층흐름에서의 순환흐름을 해석하기 위하여 유속성분을 계산하고 자유수면 변위와 온도, 염도등과 같은 스칼라양의 해석을 위해 다음과 같은 3단계의 방법을 이용하였다. 첫 번째 단계(정수압 계산단계)에서는 운동량 방정식의 경사항을 음해적으로 해석하고, 두 번째 단계(자유수면 보정단계)에서는 자유수면의 변화를 계산하고 수평방향 유속성분을 계산한다. 예측-수정자 방법(predictor-corrector step method)을 이용하여 자유수면변위와 유속을 구하였다. 마지막으로 세 번째 단계(이송-확산단계)에서는 이송-확산 방정식을 이용하여 스칼라양을 계산하였다. 본 연구에서 제시한 모형의 정확도를 검증하기 위하여 정사각형수조에서 진동하는 자유수면의 해석해와 비교하였고, 성층화된 흐름에서 발생하는 연직순환에 대하여 수치모의를 실시하였다. 그 결과, 본 연구에서 개발된 수치모형이 흐름 내부의 현상을 잘 묘사함을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.173-173
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• 2012

중력류는 두 유체 사이에서 물질의 종류 또는 온도차로 인한 밀도 차이에 의해 발생되는 유체의 흐름을 말하며, 자연환경에서는 저수지에서의 중층탁류, 사막에서의 모래 폭풍, 하구에서의 염수쐐기 등이 그 예이다. 여름철에 강우가 집중되는 우리나라는 홍수에 의한 범람, 침수 등이 발생할 뿐만 아니라 댐이나 하천, 호수 등에 흙탕물이 유입되어 중간층에 정체하는 중층탁류에 의한 피해가 자주 발생하고 있다. 과거에 중층탁류는 일시적인 현상에 불과하였으나 오늘날에는 인공적으로 형성된 정체성 호수나 하천에서 장기간 체류하여 생태계의 교란과 수질 악화를 초래하고 있다. 중층탁류에 의한 피해를 저감시키기 위해서는 본래 자연 상태의 하천이나 호수와 같이 온도분포가 비선형적으로 성층화 된 상태에서 탁수가 유입되어 중층탁류가 형성되는 과정과 흐름 특성을 이해하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 중력류 흐름 해석을 위한 실험 장치를 개발하였다. 실험 장치 중 수조의 제원은 1200 $700{\times}300mm$이며, 수조 상부에는 가열장치를 설치하였고, 수조 하부에는 냉각장치를 설치하였다. 이들 장치들을 가동하여 깊이에 따른 자연현상에서의 비선형적인 온도 단면을 재현한다. 수리 실험방법은 깊이 방향으로 온도에 따라 비선형적으로 성층화 된 유체 내로 경사가 있는 판을 따라 수조내의 성층화된 유체의 중간 온도 혹은 밀도를 가진 유체를 침입시킨다. 침입유체는 성층화된 유체 내에서 초기에는 중력에 의해 운동량을 갖고 경사면을 따라 일정한 속도로 흘러내려 간다. 이후 바닥으로 하강 한 후 부력에 의해 상승하여 동일한 밀도층의 위치에서 횡방향으로 전파하게 된다. 이 연구에서는 이와 같이 비선형적으로 성층화된 유체 내에서의 침입 중력류의 흐름 특성을 실험적으로 관측하고 분석한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.565-565
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• 2012

최근 지구환경변화에 의한 이상기후현상으로 수자원을 안정되게 확보하고, 확보된 수자원의 이용 효율을 극대화하기 위한 방안들이 절실하게 요구되고 있으며, 수자원 이용효율 극대화의 일환으로 댐간 연결사업이 대두되고 있다. 그러나, 유역이 다른 두 댐을 인위적으로 연결할 경우 그 영향을 최소화하는 방책들이 필요하며, 특히 홍수기 발생하는 탁수의 댐간 이동문제는 중요한 검토항목 중 하나이다. 댐에 저류된 물은 기후조건(기온, 일사량 등), 유입수의 수질조건(수온, 탁도 등)의 영향으로 밀도분포를 형성하게 되고, 이는 시간적, 공간적으로 변화하게 된다. 일반적으로 여름철에는 수면으로부터 열에너지가 공급되어 댐 저수지 상하부에 큰 수온차가 발생하여, 강한 수온 밀도성층이 형성된다. 이 수온 밀도성층은 여름철 발생하는 홍수의 규모에 따라 파괴 또는 유지되며, 댐내 탁도분포는 다양하게 변화하게 된다. 강한 수온 밀도성층을 파괴하기 힘든 중소규모의 홍수가 유입할 경우에는, 밀도성층 하부로 탁수가 유입하여 장기간 댐내에 채류하게 되며, 이를 선택적으로 취수하여 방류하지 않으면 계절적인 수온변화에 저수지 전역으로 확산되어, 늦 가을 맑은 날 저수지내 물이 탁해지는 현상이 발생한다. 한편, 홍수규모가 클 경우는 홍수유입과 동시에 수온 성층이 파괴되어 저수지 전체로 탁수가 확산되며, 홍수초기부터 신속하게 방류하지 않으면 홍수 후 맑은 날 탁수가 방류되는 현상이 발생한다. 이러한 탁수장기화 현상은 댐 유지관리 선진국에서는 철저하게 관리되고 있다. 따라서, 댐 연결사업 추진 시에는 홍수사상별 댐 저수지내 탁수거동을 정확하게 분석하고, 특히 취수설비가 댐본체에서 분리되어 댐 저수지내 임의의 지점에 위치 할때는 취수설비 계획지점 전면의 탁수 거동현상을 고려하여 고탁수의 댐간 이동을 최소화 할 수 있는 설비 운영계획을 수립하여야 한다. 본 연구에서는 EFDC의 댐 수리 및 수질예측모형을 이용하여 댐의 탁수모델을 구축하였으며, 고탁수가 발생하는 유역의 댐에서 취수한 물을 다른 댐으로 공급하게 될 경우, 방류지역의 댐에 미치는 영향을 평가 분석하였다. 총 6개의 홍수사상('99년 홍수, '02년 루사, '03년 매미, '06년 에위니아, '09년 홍수 등)을 선정하여, 방류지역 댐의 탁수 거동해석을 실시하였다.