• 지질공학
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• 제16권3호
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• pp.245-254
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• 2006

부산시 좌천동의 단열암반층에서 자연구배 추적자시험으로 브롬이온농도를 관측하여 심도별 단열발달 상태에 따른 수리분산특성을 비교하였으며, 단열암반층의 유효공극율과 종분산지수를 추정하였다. 수직적인 수리분산특성의 차이는 브롬이온의 농도이력곡선, 관측심도별 브롬이온농도와 시간에 대한 선형회귀분석 및 관측지점별 수리단열특성을 이용하여 규명되었다. 관측공 내 지표면하 18 m(RQD 13%, 평균절리간격 2 cm, TCR 100%) 지점이 주입지점에서의 이격거리가 짧고 단열이 더욱 발달되어 있었기 때문에 25 m(RQD 41%, 평균절리간격 7 cm, TCR 100%) 지점보다 추적자가 빨리 도달하였으며, 초기농도와 최고농도가 더 높게 나타났다. 최고농도도달 전후의 농도변화에 의하면 추적자가 최고농도도달시까지는 주로 1차 단열을 통해 이송되었고, 최고농도도달 이후에는 2차 단열을 통해 이송되거나 기질확산에 의한 수리 분산이 진행되었다. 선형회귀분석에 의한 지표면하 18 m 지점에서 브롬이온농도의 증가/감소 기울기는 3.46/-1.57이며 지표면하 25 m 지점에서는 3.19/-0.47로서 파쇄가 더 심한 지표면하 18 m 지점에서의 용질이송이 빠르게 진행됨을 알 수 있었다. 농도이력곡선에서 브롬이온의 농도증가 형태는 가우시안함수로 나타나고, 농도감소 형태는 기질확산에 의한 꼬리효과(tailing effect)로 인해 지수함수로 나타났다. CATTI 코드를 이용하여 추정한 단열암반층의 유효공극율은 10.5%, 종분산지수는 0.85 m이었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.707-711
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• 2007

낙동강과 밀양강의 합류지점에 위치한 김해시 딴섬 지역의 지표면하 $25{\sim}35\;m$ 구간에 형성되어 있는 고투수성 충적층 내 염소이온의 수리분산특성을 연구하기 위한 수렴흐름 추적자시험(convergent flow tracer test)이 수행되었다. 추적자로는 IW-1공과 IW-2공에서 각각 염소이온 5kg이 순간주입(instantaneous injection) 되었으며, PW공에서 일정한 양수율(2,500 m3 /day)로 채수하면서 염소이온농도를 관측하였다. 염소이온 주입 후 경과시간에 따른 염소이온농도 자료를 이용하여 농도이력곡선과 누적질량회수곡선이 산출되었으며, 관측된 염소이온농도의 정규분포를 검증하기 위한 일반통계분석이 수행되었다. 그리고, 농도이력의 증가/감소 구간에서의 함수를 추정하였으며, 두 시험에서 동일한 시간에 관측된 염소이온농도의 상관성이 분석되었다. 본 현장에서 수행된 추적자시험에 의한 종분산지수의 추정은 CATTI 코드(Sauty and Kinzelbach, 1992)에 의해 해석되었다. 추정된 종분산지수는 IW-1공과 PW공 구간에서는 0.4152 m, IW-2공과 PW공 구간에서는 0.4158 m 로서 매우 유사한 값으로 나타났다. 이는 추적자시험이 수행된 충적층에서의 용질이송이 방사상으로 비교적 균일함을 의미하는 것이다. 본 연구에서 수행된 추적자시험의 규모(2 m)를 Xu and Eckstein(1995)이 제시한 방정식에 대입하여 산정된 종분산지수는 0.0458 m 이었다. 이러한 결과는, 본 연구지역에서 수렴흐름 추적자시험에 의해 추정된 고투수성 충적층의 종분산지수가 일반적인 자연대수층에 비해 9.1배 정도 높다는 것을 의미한다. 이는 시험대수층의 투수성이 매우 높아 염소이온의 용질이송이 매우 빠르게 발생되었기 때문이다. 본 연구에서 추정된 종분산지수를 Gelhar et al.(1992)의 연구 결과와 비교 분석한 결과에서도 시험규모에 비해 매우 높은 수리분산이 발생된 것으로 나타났다. 그리고 염소이온의 확산면적을 추정하기 위해, 수렴흐름 추적자시험에 의한 종분산지수와 시험대수층의 평균선형유속을 이용하여 종분산계수를 구하였다. 현장에서 수행된 양수시험에 의한 평균선형유속 22.44 m/day와 평균 종분산지수 0.4155 m를 적용하여 산정된 종분산계수는 $9.32\;m^2/day$이었다. 따라서, 시험부지 내 충적층에서 일정한 양수율$(2,500\;m^3/day)$로 지하수를 개발할 시에 양수정 주변지역으로 유입되는 염소이온의 확산면적은 1일 $9.32\;m^2$ 정도일 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권11호
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• pp.863-873
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• 2021

다공성 매질에서 오염물 이동에 지배적인 기작인 역학적 분산은 공극 내 유속 차이에 의해서 발생한다. 종분산계수와 종분산지수는 이송확산 모형의 수리분산 매개변수이며, 실험을 통하여 얻어야만 한다. 수리평균반경은 공극 내 물의 흐름 양의 크기와 강도를 표현할 수 있으며, 매질의 물리적 특성인자를 이용하여 계산할 수 있다. 본 연구는 순간주입 추적자실험을 통하여 자갈 다공성매질에서 수리평균반경을 이용하여 종분산지수를 구할 수 있는 거듭제곱형의 경험식을 도출하였다. 경험식은 스케일상수 계산식이 포함되어 있어 이동거리에 따른 종분산지수의 산정이 가능하며, 소규모 유량의 균질한 자갈로 구성된 수로에 적용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.90-96
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• 2018

기성 유동상 반응기(AFBR)의 수리학적 특성을 고찰하기 위해 "무담체 모드"와 "담체 충진 모드"의 두 가지 모드에서 추적자 실험을 수행하였다. 각 모드에서 동일한 실험조건으로 실험을 수행하여 수리학적 수치들이 유도되었고 실제 반응기의 수리학적 특성파악에 필요한 데이터를 얻어 해석하였다. 두 가지모드에서의 수리학적 해석을 위해 담체는 비 반응성이고 분산계수가 상수라는 가정으로 비 반응성 추적자의 일차원-비 정상상태 농도분포의 분산모델을 사용하였다. 실험결과 담체는 반응기 내부에서의 혼합효과를 크게 증가시켰다. 담체를 충진하지 않은 경우 충진한 경우에 비해 분산계수는 최소 1자리 수 이상 작게 나타났다. 담체가 없는 경우 실험영역(Pe⦤0.83cm/s)에서 이류흐름이 지배적 흐름이었고 반응기의 흐름형태는 마개흐름형 반응기(PFR)에 근접하였다. 이 때 분산계수는 0.83cm/s까지 겉보기유속에 비례적으로 증가하였다. 그러나 담체가 충진된 경우, 흐름형태는 마개흐름형 반응기 (PFR)과 완전혼합형 반응기(CMFR)사이에 있음을 나타내었으며 분산계수는 겉보기유속이 0.41cm/s에서 거의 최대치에 도달한 후 0.82cm/s까지 유사한 수치를 나타내었다. 본 실험조건에서 분산계수는 액체 레이놀즈수(Re) 또는 입자 레이놀즈수(Rep)에 비례하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.449-449
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• 2021

하천 내 오염물질 유입원은 하수처리장과 같이 농도를 예측 가능한 점오염원이 일반적이지만, 수질오염사고와 같이 다량의 유해물질이 일시에 하천에 유입되는 경우도 발생하곤 한다. 특히 오염물질 유입지점과 취수장이 인접한 경우, 오염물질 혼합해석에 대한 이해가 오염사고 대응 및 수질 관리 측면에서 매우 중요하다. 자연하천에서는 사행에 따른 유속 구조의 불균일성 등으로 인하여 오염물질의 이송 및 분산 과정은 매우 복잡하게 나타난다. 이러한 하천의 지형적, 수리학적 특성이 오염물질의 혼합 거동에 미치는 영향을 정확하게 모의하기 위해서는 3차원 수치모형을 적용해야 한다. 그러나 대부분의 하천은 하폭 대 수심비가 매우 크기 때문에 2차원 이송-분산 방정식을 지배방정식으로 채택하는 2차원 수치 모형이 널리 사용되어왔다. 2차원 이송-분산 방정식의 해석결과는 입력된 종, 횡 분산계수의 값에 따라 변화하기 때문에 정확한 혼합해석을 위해 분산계수의 결정이 매우 중요하다. 과거 연구에서는 횡 분산계수의 결정을 위해 기본 수리량을 이용한 경험식을 활용하여 계산한 바 있다. 종 분산계수의 경우에는 경험식의 산정에 필요한 충분한 실험 자료가 축적되어 있지 않아 이상적 흐름 상태를 가정하여 유도된 Elder의 이론식(Elder, 1959)을 사용해왔다. 하지만 많은 연구에서 이러한 Elder의 이론식이 종 분산계수를 과소산정 할 우려가 있다고 제시했다. 따라서 하천의 전단류 분산특성을 나타낼 수 있는 데이터 확보를 통해 종 분산계수의 경험식 산정 및 횡 분산계수의 정확도 향상이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 기존 선행 연구에서 수행된 2차원 추적자실험 데이터의 확장을 위해 오버샘플링 기법을 적용하였으며, 이를 통한 머신러닝을 통한 분산계수 산정 가능성을 분석하고자 한다. 부족한 추적자 실험 데이터를 확장하기 위해 오버샘플링 기법 중 SMOTE 기법을 활용했다. 오버샘플링 기법을 이용하여 생산된 데이터의 신뢰성을 검증하였으며, 추후 머신러닝을 이용한 2차원 종, 횡 분산계수 산정에 대한 활용 가능성을 분석했다.

• 자원환경지질
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• 제34권2호
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• pp.175-192
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• 2001

동해안 울진 지역 천부 지하수의 수리지구화학 자료에 대하여 지구통계 분석(이원배치 분산 분석, 군집 분석, 요인 분석)을 수행함으로써, 수질 자료와 오염 특성의 시간적.공간적 변화 양상을 규명하고 대수층에서 일어나는 주요 반응을 고찰하였다. 이원배치 분산 분석 결과, 광역적 수질 특성은 8개 수계분지를 따라 유의한 공간적 변화를 보여주지 않았으나, Ca, HCO$_3$,SO$_4$등 일부 이온종은 수계분지별로 의미 있는 변화를 나타내었다. 시료 채취시기에 따른 계절 변화는 SO$_4$를 제외하고는 인지되지 않았다. 그러나 군집 분석 결과, 수리지구화학 특성의 변화는 해안으로부터의 거리에 따라 아주 잘 설명될 수 있음을 지시하였다. 요인 분석 결과, 연구 지역 천부 지하수의 수리지구화학 특성은 다양한 요인에 의해 지배됨을 확인하였다. 중요 순서로 그 요인을 나열하면, 1) 물-암석 반응(주로 탄산염 광물의 용해), 2) 바다에서 기원한 해염의 혼입, 3) 비료와 각종 농화학 약품에 의한 오염으로 밝혀졌다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 1999년도 정기총회 및 봄 학술발표회 프로그램 The Korean Environmental Sciences Society
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• pp.99-101
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• 1999

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2003년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.168-171
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• 2003

연속주입추적자시험이 실시된 현장사이트의 규모는 4.5m$\times$4.5m$\times$6.0m 정도이다. 시험 사이트내에서 실시된 추적자시험은 주입공(Pl)에서 Rhodamine WT 50ppm 용액을 1.8$\ell$/min의 주입율로 6일 동안 연속적으로 주입함과 동시에 관측공(P2, P3, Il, I2, I3)에서 일정한 시간간격으로 지하수를 채수하여 추적자농도를 산출하였다. 시험결과, 지하수면 하부를 포함하는 관측공(P2, P3)의 최대추적자농도는 초기주입농도의 10% 정도이며, 지하수면 상부에 위치한 지하수공(Il, I2, I3)들에서의 최대추적자농도는 초기농도의 75% 정도로서 추적자의 농도차이가 상대적으로 매우 크게 나타났다. 본 연구에서는 자유면대수층내에서 포화대를 포함한 관측공과 비포화대만을 포함한 관측공에서의 수리분산특성에 대해 비교.분석한 결과, 오염물이 연속적으로 토양에 유입되는 경우 비포화대 구간에서는 이류기작에 의한 농도희석이 거의 없으므로 오염물농도가 매우 클 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권4호
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• pp.575-586
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• 2003

하천에 오염물질이 순간적으로 유입된 경우에는 연속적인 유입의 경우와 다르게 분산계수의 변화에 따라 오염물질의 거동 특성이 민감하게 변한다. 하천에 순간적으로 유입된 오염물질의 거동특성을 분석하기 위하여 한강하류부에서 수리인자 및 수질인자를 실측하였다. 분산계수 추정에 사용되는 경험식에 실측된 수리인자를 적용하여 갈수시 한강하류부의 분산계수의 규모를 분석하고, 적용 가능성이 큰 경험식을 제시하였다 또한, 실측된 수질인자를 RMA-4 모형의 계산치와 비교하여 만족할 만한 결과를 얻었다. 한강하류부에 순간적으로 유입된 오염물질의 분산계수, 하류단 수위 등의 변화에 따라 오염물질의 분산범위, 분산경로, 최초 및 최대농도 도달시간 등을 파악하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제7권4호
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• pp.59-67
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• 2002

분산지수는 해수침투 범위를 파악하기 위한 수리동역학적 모델링을 실행하는데 필요한 매개변수이며. 이를 현장실험으로 구하기 위해서는 많은 시간과 비용을 필요로 하기 때문에 종종 기존의 실험과 이론적 연구에서 제시된 것을 이용한다. 그러나 그 분산지수가 실제 대수층의 특성을 나타내지 못할 경우, 모델링 결과에 많은 오차가 발생할 가능성이 크다 본 연구에서는 수치모델링에서 모사된 해수침투 범위와 현장측정치 및 겉보기비저항 단면도를 비교하여 이용된 분산지수의 타당성을 검증하였다. 수치모델링 결과, Neuman의 종분산지수보다 Xu의 종분산지수를 적용한 TDS분포가 연구지역내 관측공과 모니터링 우물에서의 현장측정치와 비교하였을 때 더 유사한 값을 나타내었다. Xu의 분산지수를 이용한 수치모델링에서 해수침투 범위는 건기인 5월에는 TDS 1000mg/L 등치선이 해안에서 약 480m 지점에 위치하며, 7월에는 해안에서 약 390m 지점에 위치한다. 이 차이는 강우에 의한 수리경사의 계절적인 변화에 의해서 해수와 담수의 경계면이 7월에 약 90m 정도 해안쪽으로 더 이동하였기 때문에 나타났다. 겉보기비저항 단면도에서는 해수와 담수의 경계로서 15 ohm-m 등치선을 이용하여 해수침투 범위를 설정하였으며, 그 결과 해수침투 범위가 해안으로부터 약 450m 지점에 위치하였다. 이것은 Xu의 분산지수를 이용한 수치모델링에서 모사된 해수침투 범위와 유사한 결과이다. 따라서 수리동역학적 모델링에서 분산지수에 따라 해수침투 범위가 차이를 보이는데, 본 연구지역에서는 Xu의 공식을 이용하여 산출된 분산지수가 해수침투의 범위를 결정하는데 더 유효하였다.