• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.103-103
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• 2015

유류유출사고와 같이 하천 수표면의 흐름에 따라 이동 확산하는 부유성 오염물질의 혼합해석을 위해 많은 연구자들은 입자추적모형을 사용한 혼합모의를 수행해왔다. 입자추적모형에서 오염물질의 혼합은 평균 유속 분포에 의한 결정론적인 이동과 난류유동에 의한 무작위적인 혼합으로 나타내며, 난류혼합에 의한 수평확산은 난류확산계수로 조절한다. 따라서 표면흐름에 의한 난류확산계수의 산정을 위해 많은 연구자들은 부유성 입자를 이용한 실내실험을 수행하여 수평확산계수를 산정했고(Engelund, 1969; Cederwall, 1971), 최근에는 GPS의 발전으로 인해 해양영역에서 GPS를 장착한 표면부자를 활용한 확산실험을 통해 수평확산계수를 산정한 바 있다(Kjellson and $D{\ddot{o}}{\ddot{o}}s$, 2012; Alpers 등, 2013). 하천수질오염사고의 약 43.5%가 유류유출에 의한 것이며(환경부, 2013), 이에 따라 표면흐름에 의한 오염물질 혼합해석이 필요하나, 하천에서 수평확산계수 산정을 위한 현장실험연구는 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 본류에서 GPS부자를 이용한 입자추적실험을 수행하여 표면흐름에 의한 확산계수를 산정했다. GPS부자를 이용한 입자추적실험은 낙동강의 강정고령보 하류와 구미보 하류의 각각 세 지점에서 수행되었다. GPS부자는 바람에 의한 교란을 최소화하기 위해 지름 10 cm의 구형으로 제작하였으며 시범테스트를 통해 입자의 주 궤적 변화가 크지 않은 지점에 GPS부자를 투입했다. GPS부자는 오염물질의 사고유출을 가정하여 한 지점에 투입했고 GPS부자 사이의 간섭을 최소화하기 위해 25 ~ 35개의 GPS부자를 이용했다. 표면흐름에 의해 이동하는 부자의 위치는 GPS에 시계열로 저장됐고 ADCP를 이용하여 실험당시의 수리량을 측정했다. 입자위치의 시계열자료로부터 GPS부자의 확산범위의 시간변화를 계산했고 단순 모멘트법을 이용하여 종, 횡 방향 확산계수를 계산했다. 그 결과, 종 방향 확산계수는 $0.003{\sim}0.041m^2/s$로 계산되었고 횡 방향 확산 계수는 $0.001{\sim}0.012m^2/s$로 계산되어, 흐름방향의 유속성분에 의한 확산이 지배적인 것으로 나타났다. 지류 합류부에서는 이송이 지배적인 혼합이 발생되었고(Pe>1) Pe의 증가에 따라 수평확산계수가 감소되었다. 25~35개 GPS부자 궤적의 앙상블 평균으로부터 계산한 Integral time scale은 모멘트법으로부터 계산한 종, 횡 방향 확산계수와 비례하는 것으로 나타나, Taylor(1921)의 이론과 일치했다. 또한 실험수로에서 수행된 기존연구결과와 비교한 결과, 하폭 대 수심비, 마찰항의 증가에 따라 수평확산계수가 증가하는 경향을 나타내었다.

• 물과 미래
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• 제29권4호
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• pp.187-198
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• 1996

난류전단 흐름에서의 비정상 수평 선오염원의 확산에 관한 수치모형을 개발하였다. 계산기법으로는 비정상 이송확산 방정식을 종방향 이송 및 연직방향 확산으로 분리하고, 이들 방정식을 방시간 간격에 대하여 번갈아 계산하는 단계분리 유한차분기법을 사용하였다. 종방향 이송방정식에 대해서는 Holly-Preissmann 기법을, 연직방향 확산방정식에 대해서는 Crank-Nicholson 기법을 각각 적용하였다. 개발된 모형을 난류전단 흐름에서의 정상 수평 선오염원의 확산 문제에 적용하여 계산결과를 반해석해와 비교함으로써 모형을 검증하였다. 또한 난류전단 흐름내로 순간적으로 방류된 면오염원의 확산문제에 계산모형을 적용하였다. 마찰계수에 대한 민감도 분석 결과, 동일한 무차원 시각에서의 혼합 정도는 마찰계수에 관계없이 거의 일정한 것으로 나타났다. 또한 동일한 정도의 혼합상태에 도달하는 데 소요되는 유하거리는 마찰계수의 제곱근에 반비례함을 알 수 있었다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제16권2호
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• pp.92-102
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• 2004

본 논문은 조류의 대ㆍ소조 변동이 존재하는 해역에서의 점열원에 대한 초과수온 분포를 예측하는 해석해를 다룬다. 해석해는 Jung et al.(2003)이 제시한 2차원 해석해를 기본으로 하여 조류의 대ㆍ소조 변동과 수평 확산계수의 대ㆍ소조 변화를 반영할 수 있는 형태로 확장되었다. 일련의 해석모형 실험을 통해 조류 및 난류확산의 변동에 따른 열오염의 이동ㆍ확산 변화를 검토하였다. 실험결과 열오염의 이동ㆍ확산은 tidal excursion 거리 이내에서는 조류의 크기에 좌우되며 tidal excursion 거리를 벗어난 해역에서는 주로 수평 확산에 의해 결정되는 것으로 나타났다. 특히 tidal excursion 거리 이내 해역에서 초과수온 분포는 수평 확산계수의 대ㆍ소조 변동에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 즉, 1$^{\circ}C$이상의 비교적 높은 초과수온이 발생하는 범위는 수평 확산계수의 대ㆍ소조 변동을 고려하는 경우가 상대적으로 더 멀리 확장하는 경향을 보여주었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.191-199
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• 1993

정상 2차원 이송확산(移送擴散) 방정식의 수치해석에 의하여 난류전단(亂流剪斷) 흐름에서의 정상(定常) 수평(水平) 선오염원(線汚染源)의 확산(擴散)을 모의하였다. 유속과 난류확산계수(亂流擴散係數)의 수심에 따른 변화가 없을 경우에 대한 해석해와 비교한 결과, 일정 유속 및 난류확산계수(亂流擴散係數)를 가정할 경우 수심방향 확산(擴散)을 과대평가하는 것으로 나타났다. 무차원화된 지배방정식에 따르면 수심방향 확산(擴散)을 지배하는 물리적 변수는 마찰계수(摩擦係數)뿐이다. 마찰계수(摩擦係數)에 대한 확산과정의 민감도(敏感度) 분석(分析)으로부터 수심방향 확산속도(擴散速度)는 대략 마찰계수(摩擦係數)의 제곱근에 비례함을 알 수 있었다. 오염원(汚染源)의 초기 방류위치에 따른 민감도(敏感度) 분석(分析) 결과, 가장 신속한 수심 방향 확산(擴散)을 가져오는 최적의 방류위치는 수심의 중간정보다 위쪽이며, 마찰계수(摩擦係數)가 커질수록 그 위치가 수면쪽에 가까와지는 것으로 나타났다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제38권2호
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• pp.60-67
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• 2013

가우시안 플륨모델(Gaussian plume model)을 사용한 대기확산의 예측에서 확산계수는 결과에 중요한 영향을 미치는 변수이다. 확산계수의 평가방법은 다양하며, 본 연구에서는 미국 원자력규제위원회(U. S. NRC) 권고 규제지침, 캐나다 원자력안전위원회(CNSC) 권고 규제지침, 확률론적 사고결말해석코드 MACCS와 MACCS2에서 권고 또는 적용하는 방법을 고찰하였다. U. S. NRC에서 권고하는 부지적합성 평가를 위한 가상사고시 대기확산모델을 기반으로 확산계수의 평가방법이 대기확산인자에 미치는 영향을 분석하였다. 확산계수는 Pasquill-Gifford 곡선을 기반으로 각기 다른 연구자들에 의해 얻어진 곡선의 피팅식(curve fitting equations)을 적용 또는 권고하고 있음을 확인하였다. 수평확산계수는 모든 규제지침과 코드에서 플륨의 사행효과를 반영하여 보정하고 있으나 그 적용 방법에 있어서는 차이를 나타냈다. 수직확산계수는 U. S. NRC 권고 규제지침을 제외하고 표면거칠기를 반영하여 보정하고 있다. 특정 표면거칠기에 대해 확산계수의 적용방법에 따라 대기확산인자는 최대 약 4배의 차이를 나타냈다. 표면거칠기는 대기확산인자에 중요한 영향을 나타냈으며, 동일 적용방법에 대해 표면거칠기에 따라 대기확산인자는 약 2~3배의 차이를 나타냈다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권11호
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• pp.149-156
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• 2020

약액 그라우팅은 지반의 강도 증진 및 차수 공법에 성공적으로 이용되어 왔으나, 그라우트의 유동은 지층의 투구계수 이방성에 크게 영향을 받는다. 따라서, 본 연구에서는 전산 유체 역학법을 이용하여 투수계수의 이방성이 수평 약액 그라우팅의 유효 반경에 미치는 영향을 알아보았다. 먼저 수평 방향 약액 주입 시뮬레이션을 위하여 공극 매질내 2상 점성 유체의 유동을 모델링하였고, 경화에 따른 확산과 점성 변화 또한 고려했다. 수치해석 결과, 투수계수의 이방성으로 인해 그라우트 구근의 형태가 타원체로 발달했고, 용해에 따른 확산 때문에 그라우트 구근의 모서리로 갈수록 공극내 그라우트 포화도가 점진적으로 감소했다. 이 결과를 바탕으로 10, 50, 90의 임계포화도를 설정하여 그에 따른 수평 방향 및 수직 방향 유효 반경을 산출하였다. 또한, 0.01 - 100의 수평·수직 방향 투수계수비에 따른 유효 반경을 산출하여 회귀식을 개발했다. 본 연구 결과는 투수계수 이방성을 가진 지층의 특성을 이용한 보다 효율적인 약액 그라우트 주입 전략 계획에 기여할 것으로 기대한다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제3권2호
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• pp.108-115
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• 1991

쇄파후 발생하는 에너지 손실과 밀접한 관계를 가지며 또한 쇄파대내에 국한되어 분포하고 있는 연안류 분포형상과 그 형상에 영향을 미치는 제인자에 대해서 고찰하였다. 연안류는 연안역의 물질확산에 관계하며 연안표사와 밀접한 관계가 있어 이에 대한 구명은 공학상으로 커다란 의미를 갖는다. 계산결과로부터 수평확산계수, 마찰계수, 파향각, 파형경사 및 해저경사 등의 연안류의 유속 분포형상에 미치는 영향을 검토하고, 계산의 타당성을 검토하기 위해 기왕의 연구결과와 본 연구에서의 계산결과를 비교 검토한다.

• 한국해양학회지
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• 제30권1호
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• pp.13-26
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• 1995

Blumberg와 Mellor(1987)의 2 방정식 난류모형, Bleackadar(1962)의 1 산정식을 이용한 1 방정식 난류모양 및 Prandtl(1925)의 혼합거리식을 이용한 0 방정식 난류모 양을 일련의 등밀도 문제에 적용 비교하였다. 구체적으로 일정유량이 주어진 수심이 급변하는 수로의 흐름, 유한수로에서 의 조류의 연직구조 및 일정수심 수로에서 의 정 상상태 취송류 문제에 대하여 비교되었다. 불규칙한 수심에 일정유량이 주어진 수로 흐름 및 점모양을 이용한 조류의 수치실험에서는 적용된 난류모양 모두 거의 비슷한 결과를 보였으며, 비교적 관측된 유속구조와 부합하는 좋은 결과를 보였다. 그러나 정 상상태의 취송류 경우에는 2 방정식만이 관측된 유속과 부합하는 유속구조를 재현하 였으며, Blackadar의 l 산정식을 이용한 1, 0 방정식 난류모형은 수면근처의 유속을 관측치보다 작게 계산하였다. 이류항 및 수평확산항의 영향이 작은 조류 및 취송류의 경우, 2 방정식 난류모형에 의한 연직와점성계수 이류항 및 수평확산항의 영향이 작은 조류 및 취송류의 경우, 2 방정식 난류모양에 의한 연직와점성계수 및 특성길이의 연 직분포는 중간수심에서 최대값을 갖는 포물형이었으며, Blackadar의 l 산정식을 사용 한 1, 0 방정식 난류모형에 의한 연직와점성계수 및 혼합특성길이의 연직분포는 수면 에서 최대인 선형에 가까웠다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제12권4호
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• pp.227-234
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• 2009

강에서 유출된 담수가 연안지역에 영향을 미치는 영역을 결정하는 요인 중 하나인 담수풍선의 특성을 비정규격자계를 사용하는 유한체적모델(FVCOM)을 이용하여 연구하였다. 강에서 바다로 유출된 담수는 하류 쪽(강에서 바다를 보면서 오른쪽)으로 이동하는 연안경계류와 강 하구에서 반시계방향으로 회전하며 시간이 지남에 따라 커지는 와류형태의 담수풍선(bulge)을 만든다. 이 담수풍선의 중심에서 수직운동이 유도되어 담수가 해저면 까지 이동한다. 조석을 고려하면 담수풍선이 사라지고, 연안경계류의 폭이 넓어진다. 간단한 염분비교방법을 이용하여 조석에 의한 성층 및 혼합의 변화를 비교하여 조석이 연직혼합을 강화시킴을 정량적으로 평가하였다. 담수가 방출되기 시작한 초기에는 조석에 의한 왕복운동에 의해 조석이 고려된 경우에 수평혼합이 더 크게 나타나나, 일정시간이 지나면 수직혼합에 의해 하구역의 염분이 낮아져 있어, 강 하구에서 담수의 왕복운동이 전체적인 수평 확산계수에 미치는 영향이 작아진다. 조석이 없는 경우 연직혼합 없이 주로 표층에서만 관성불안정에 의해 수평 확산/혼합이 이루어져 수평 확산계수가 시간이 지남에 따라 계속 증가한다.

• 물과 미래
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• 제27권2호
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• pp.73-83
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• 1994

확산현상, 표사유동 및 인간의 여러 활동이 실제 연안해역에서 일어나므로 연안해역 해수운동의 물리적 특성을 파악하고 해석하는 것은 중요한 의미를 지닌다. 본 연구에서는 연안해역에서의 파랑변형과 평균해수위 변동 그리고 연안유속 분포양상에 대해 여러 인자들이 미치는 영향을 2차원 유한차분 모형(ADI, Up-wind)을 이용하여 분석하였다. 계산결과로는 수치모형을 해저경사가 일정한 2차원 지형에 적용하여 해저경사, 입사파고, 파향각, 파주기, 마찰계수 및 수평확산계수가 연안해역 특히 쇄파대내에서 파랑변형, 평균해수위 변동 및 연안유속 분포에 미치는 영향을 분석하였다.