• 대한토목학회논문집
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• 제32권2B호
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• pp.113-121
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• 2012

유역에서 집중호우가 발생하였을 경우 저수지 내로 고탁수층이 유입된다. 본 연구에서는 성층저수지로 유입된 고탁수층에 대한 선택취수 탁수배제 능력을 검토하기 위하여 3차원적인 접근흐름에 대한 현장실험 및 수치해석 연구를 수행하였다. 다항목수질모니터링시스템(YSI6600EDS)과 초음파유속계(YSI6600ADV)을 이용하여 선택취수시의 온도, 탁도 및 유속분포를 측정하였다. 3차원 모형인 FLOW-3D를 이용하여 저수지 내 취수탑 주변에서 유동형태를 예측하였으며, 현장실험에서의 유속 측정값과 비교분석한 결과 연직유속분포를 잘 모의함을 확인할 수 있었다. 또한 관측 자료들을 분석한 결과에 의하면 표면 취수에 비해 저층 선택취수를 수행하는 것이 고탁수층에 대한 저수지내 탁도 배제능력이 46% 증가하는 것으로 나타났다. 3차원 수치모의 해석결과, 표면취수에 비하여 중층취수를 하는 경우에는 저수지내 탁도 배제능력이 10% 증가하였고, 저층취수를 하는 경우에는 30% 증가하였다. 따라서 저수지 내 고탁수를 배제하기 위해서는 중층 또는 저층의 선택취수를 수행하는 것이 탁수배제 능력 면에서 우수한 것으로 분석되었다. 또한 수치효율이 매우 높은 1차원 SELECT 모형에서도 유사한 결과를 보여 주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.375-375
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• 2015

최근 도시화에 따른 도로구역의 증가는 도심지의 불투수면적의 확대 및 도로의 수로화를 야기하여 집중호우 발생 시 노면 및 저지대의 침수를 가중시키고 있으며, 이로 인한 인명피해 및 재산 피해는 점차 증가하는 추세이다. 이에 기후변화에 따른 강우량의 변화 및 국지성 집중호우 등을 고려하고 도심지 침수 방지 및 방재성능 강화를 위하여 과거에 간선 10년, 지선 5년에서 간선 30년, 지선 10년으로 관거의 설계빈도가 상향조정 되었다. 도심지의 도로 및 유역 유출량의 배수에 상당한 영향을 미치는 빗물받이 및 빗물받이 유입구는 도심지의 방재성능강화 목적에 맞는 설계가 이루어져야 하나 현재 국내의 빗물받이 설치기준은 하수도시설기준(2009, 환경부)에서 '빗물받이 크기별, 도로 차선별 적정 빗물받이 설치간격' 으로 설계빈도 5년을 반영하여 제시된 설치기준이므로 이에 대한 수정 및 개정이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 관거시설의 설계빈도 상향을 고려한 도로 빗물받이의 유입량 산정을 위해 빗물받이 유입구 크기별 유입량을 도로의 차선, 종경사, 측구 횡경사 및 설계빈도의 변화를 고려하여 도로에서의 유출량을 산정하였으며, Froude 상사법칙을 이용하여 수리실험모형을 제작하여 실험을 실시하였다. 빗물받이 제원은 현재 대부분의 국도에 설치되는 크기인 $40{\times}50cm$, $40{\times}100cm$ 및 $40{\times}150cm$를 축소 제작하였다. 측구의 유량은 도로의 차선(2~4차선), 경사(도로 종경사 2~10%, 측구 횡경사 2~10%) 및 설계빈도(최대 30년)을 고려하였다. 실험 결과 측구의 횡경사가 커질수록 빗물받이로 유입되는 유량은 증가하였으며, 빗물받이 유입부의 길이가 증가함에 따라 유입부 측면부를 통한 횡유입량을 증가시켜 빗물받이 유입부의 차집율을 증가시켰다. 또한, 도로의 조건 변화 및 유입량의 변화에 따라서 흐름폭이 감소할수록 차집율이 증가하였다. 수리실험결과를 토대로 도로의 조건변화(차선, 도로 종경사, 측구 횡경사) 및 설계빈도 변화를 고려한 빗물받이의 차집율을 제시하였고 이를 회귀분석 하여 빗물받이 유입구 크기별 유입량 산정식을 도출하였다. 이는 설계빈도 상향에 따른 국내 빗물받이 유입부의 설계 기준 제시에 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권3호
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• pp.140-148
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• 2017

강우 초기 표면 유출에 의해 지표수로 전달되는 비점오염물질을 저감하기 위하여 고안된 초기우수처리 장치의 효율을 분석하였다. 장치는 파일럿 규모로서 실험실 수준의 분석 결과에 근거하여 설계되었다. 강우시 사전에 설정된 조건들에 따라 실험 장치로 채수를 실시하였으며, 24시간 동안 정치하여 침강에 의해 오염물질을 제거한 상등수의 수질을 측정하여 효과를 분석하였다. 총 9번의 강우에 대하여 평균적인 제거 효율은 총고형물질(Total Suspended Solid, TSS), 총인(Total Phosphorus, TP) 그리고 총질소(Total Nitrogen, TN)에 대하여 각각 87.4%, 75.3% 및 43.6%로 나타났다. 초기 강우 유출수 오염물질의 농도는 강우량과 강우강도가 증가함에 따라 증가되는 것으로 분석되었다. 이는 강우 초기 각 오염물질의 고형물질의 분율이 더 크기 때문인 것으로 판단된다. 본 연구에서는 초기 강우시 발생하는 유출수에 의한 오염부하의 상당부분을 단순한 침강만으로 효과적으로 제거할 수 있다는 것을 검증하고자 하였으며, 특히 추가의 동력이나 화학물질의 투입 없이도 고형물질 분율이 높은 TSS와 TP의 제거 효율이 우수한 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권4호
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• pp.13-18
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• 2010

본 논문은 반변천 상류지류(임하댐 유입지천 유역)의 토양들에 의해 탁수 발생 시 부유된 물질의 특성을 규명하고자 하였다. 토양시료는 탁수유발 지역인 영양 일대 5개 지점과 청정지역인 청송 일대 2개 지점에서 시료를 채취하여 실험을 수행하였다. 청정지역 토양에 비하여 탁수지역 토양을 증류수에 분산 시 pH가 높게 나타나는 경향을 보이고 있었다. 탁수지역 토양의 XRD 분석결과 침전 전에는 모든 시료에서 석영, 일라이트, 장석 등이 확인되었다. 3일간 침전 후 탁수지역의 부유물은 대부분 석영(Quartz)과 일라이트(Illite)가 주로 존재하였다. 청정지역의 신흥교 토양에는 일라이트(Illite)만 조사되었다. 원소 분석결과 모든 지점에서 침전 전 다량의 $SiO_2$로 구성되었던 광물질들이 3일간 침전 후, $SiO_2$의 함량은 줄어든 반면 일라이트의 주요 구성성분인 $K_2O$, MgO, CaO, $Al_2O_3$ 및 $Fe2O_3$의 함량은 상대적으로 증가하는 양상을 보였다. 따라서 탁수를 유발시키는 주요 광물질은 일라이트(Illite)임을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1812-1816
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• 2009

이미지 해석에 의한 유속장 측정방법은 유체역학분야에서 지난 30 여년 동안 많이 활용되어온 속도측정 기법으로 오늘날에는 이를 수공학 분야에서 이를 유량측정 등 수리현상 해석에 활용하려는 시도가 다각적으로 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서는 이미지 해석에 의한 유속장 측정방법을 용담댐 시험유역에 적용하여 그의 자연하천에서의 적용성을 검토하고자 한다. 이미지 해석에 의한 유속장 측정방법은 PIV(Particle Image Velocimetry)로 통칭되고 있으며, PIV는 seeding, illumination, recording, 및 image processing의 네 가지 요소로 구성된다. seeding을 위해서 유체를 따라 흐를수 있는 작은 입자를 유체에 첨가한다. 유체를 따라 흐르는 입자들의 선명한 이미지를 얻기 위해서illumination이 필요하다. PIV를 이용하여 흐름을 해석하기 위한 illumination은 일반적으로 이중펄스 레이저가 이용된다. 이렇게 유속장 해석을 하려는 유체에 대하여 seeding 및 illumination이 준비되면 단일노출- 다중 프레임법, 혹은 다중노출-단일 프레임법으로 흐름을 recording을 한다. image processing은 이미지를 다운로드하고, 디지타이징 및 화질향상을 하는 전처리(pre-processing), 상관계수의 산정에 의한 유속 벡터의 결정 및 에러 벡터를 제거하고 유속장을 그래프화하는 후처리(post-processing) 과정으로 구성된다. LSPIV(Large Scale PIV)는 PIV의 기본원리를 근거로 하여 기존의 PIV에 비하여 실험실 내에서의 수리모형실험이나 일반 하천에서의 유속측정과 같은 큰 규모$(4m^2\sim45,000m^2$)의 흐름해석을 할 수 있도록 Fujita et al.(1994)와 Aya et al.(1995)이 확장시킨 것이다. PIV와 비교시 LSPIV의 다른 점은 넓은 흐름 표면적을 포함하기 위하여 촬영시에 카메라의 광축과 흐름 사이의 각도가 PIV에서 이용하는 수직이 아닌 경사각을 이용하였고 이에 따라 발생하는 이미지의 왜곡을 제거하기 위하여 이미지 변환기법을 적용하여 왜곡이 없는 정사촬영 이미지로 변환시킨다. 이후부터는 PIV의 이미지 처리 방법이 적용되어 표면유속을 산정한다. 다만 이미지 변환을 PIV 이미지 처리 전에 하느냐 후에 하느냐에 따라 유속장 해석결과에 차이가 있다. PIV의 네가지 단계를 포함하여 LSPIV의 각 단계를 구분하면, seeding, illumination, recording, image transformation,image processing 및 post-processing의 여섯 단계로 나뉘어진다 (Li, 2002). LSPIV를 적용시 물표면 입자의 Tracing을 위하여 자연하천에서 사용하기에 적합한 환경친화적인 seeding 재료인 Wood Mulch를 사용하여 유속을 측정하였다. 적용지점은 용담댐 상류의 동향수위관측소 지점으로 이 지점은 한국수자원공사의 수자원시험유역이 위치하고 있다. 이미지의 촬영은 가정용 비디오 캠코더 (Sony DCR-PC 350)을 이용하여 두 줄기의 흐름에 대하여 각각 약 5분 동안의 영상을 촬영한후 이중에서 seeding의 분포가 잘 이루어진 약 1분간을 추출한후 이를 이용하여 PIV 분석에 이용하였다. 대체적으로 유속장의 계산이 무난하게 이루어지었으나 비교적 수질 상태가 양호하고, 수심이 낮고, 하상재료가 자갈로 이루어져 있어 비슷한 색상의 seeding 재료를 추적하기 어려운 구간이 발생한 부분에서는 유속의 계산이 정확히 이루어지지 않았다.

• 한국농림기상학회지
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• 제9권3호
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• pp.195-202
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• 2007

수평면과 경사면간의 일사수광량 편차의 정규화변량인 과열지수는 산악지형에서 일 최고기온 추정오차를 줄이는데 효과가 있다고 알려져 있다. 하지만 계산의 복잡성 때문에 경사도와 경사방향에 근거한 매개변량인 개방지수를 먼저 계산하고 이를 이용하여 과열지수를 간접적으로 추정하는 방법이 널리 쓰이고 있다. 이러한 개방지수 매개 간접추정법이 우리나라와 같이 복잡한 산악지형에서 일 최고기온 추정에 적합한지를 알아보기 위해 강원도 평창군에 위치한 도암댐 표준유역(면적 $149 km^2$, 표고범위 $651{\sim}1,445m$)을 대상으로 야외실험을 실시하였다. 이 지역의 30m 해상도 수치고도모형으로부터 시험유역의 166,050개 격자점의 개방지수와 과열지수를 계산하였다. 이들 간의 관계를 계절별 최적 회귀모형으로 나타내고 이로부터 매월 15일의 과열지수를 개방지수로부터 추정하였다. 인근 대관령기상대와 비슷한 고도(해발 844m)에 경사방향이 서로 다른 7개 지점을 선정하여 온도계를 설치하고 2006년 6월부터 2007년 2월까지의 기온을 10분 간격으로 측정하였다. 추정오차를 종속변수로, 각 지점의 추정 과열지수를 설명변수로 둔 회귀분석을 실시한 결과 결정계수가 겨울 0.46, 가을 0.24, 여름 0.02로서 직접 계산된 과열지수를 설명변수로 하는 경우(겨울 0.52, 가을 0.37, 여름 0.15)에 비해 신뢰도가 떨어진다는 것을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제37권2호
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• pp.99-106
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• 2015

만경강과 동진강으로부터 유입되는 유사가 새만금호의 오염도에 미치는 영향을 조사하기 위하여 만경강과 동진강의 상류부터 새만금호 유입지점까지 각 4개의 유사 트랩을 설치하고 2009년 6월부터 9월까지 유사를 채집하여 유사의 침강률과 이의 화학적 특성을 분석하였다. 만경강과 동진강에서 실험 기간 동안 단위 면적당 유입 유사의 침강률은 각각 $0.01{\sim}5.06kg/m^2/day$와 $0.01{\sim}8.75kg/m^2/day$ 범위였다. 침강률은 하류에서 상류로 갈수록 높았으며, 강우에 의한 영향이 큰 것으로 나타났다. 유사 중 유기물의 농도는 하상 퇴적물에 비해 3.3~9.6배 높았으며, 홍수기 이후에 높은 경향을 나타내어 유역 내 비점오염원으로부터 유입량이 많은 것으로 판단되었다. 총질소와 총인의 오염도도 유기물과 같은 경향을 나타내었다. 이러한 결과로부터 만경강과 동진강으로 유입되는 유사에서 유기물, 총질소, 및 총인의 오염도가 높았으며, 새만금호의 수질 관리를 위하여 유역 오염원에 대한 집중 관리가 필요한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1897-1901
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• 2010

이동식 전자파표면유속계를 이용한 홍수유량의 산정을 위해서 임의의 유량측정지점에서 측정한 표면유속 값에 수심평균유속환산계수 0.85를 적용하여 그 지점의 평균유속을 계산하고 있다. 이로 인해 각 지점에서 흐름조건 및 기상학적으로 요인으로 인한 이 계수의 변동성을 고려하지 않은 상태로 유량을 산정하게 되어 각 흐름조건을 고려한 유량산정을 할 수 없는 실정이다. 이에 하천 현장에서 표면유속과 수심별유속의 실측 자료를 이용하여 흐름조건에 따른 표면유속과 평균유속의 관계를 파악하고자 하였다. 이를 위하여 용담 수자원시험유역의 동향지점에서 하천을 횡단하며 바닥에서 수표면까지 수심방향으로 0.05~0.10 m의 간격으로 프로펠러 유속계를 이용하여 정밀법으로 각 수심에서의 유속을 측정하였다. 정밀측정된 수심별 유속을 이용하여 평균유속을 산정하고 이를 수체 (water column)의 가장 최상층에서 측정한 유속을 표면유속으로 가정한후 이로부터 수심평균유속환산계수를 산정하여 흐름조건에 따른 계수의 변화를 조사하였다. 하천 현장에서 흐름조건의 변화에 따른 표면유속과 수심별유속의 정밀측정을 통한 이들 깊이별 유속의 변화여부를 용담수자원시험유역의 동향지점에서 현장조사를 실시하였다. 측정당시 풍속이 느려서 (1.5~3.1 m/s) 바람으로 인한 유속에 미치는 영향이 수심별 유속분포상으로는 거의 나타나지 않았다. 다만 양안에서 평균유속과 표면유속이 역전되는 현상이 발생되었는데 이는 벽면 마찰에 바닥마찰의 영향이 추가됨에 따른 것으로 판단된다. 수심별 유속측정 결과를 전체적으로 분석한 결과 환산계수가 0.632~1.352로 넓게 분포하고 있다. 환산계수가 1.0 이상인 경우는 양안에 인접한 두 지점인데, 이들 두 경우는 유속분포가 이론적인 유속분포와는 상반된 유속이 측정 - 표면유속이 수심평균유속보다 느림 - 되었다. 환산계수가 0.6~0.8 사이에서 형성된 경우는 표면유속이 평균유속보다 25~55% 정도 빠르게 나타나고 있다. 전제 측정결과를 검토해보면, 전반적으로 양안에 인접한 측선에서 표면유속이 평균유속보다 느려지는 현상이 나타나고 있다. 또한 유속이 1.0 m/s 이상인 경우에 0.677~0.790의 환산계수 값을 보이는데 이 경우 수심이 50 cm 이하여서 바닥마찰의 영향이 큰 것으로 판단된다. 다양한 흐름조건별 표면유속과 수심별유속의 측정을 할 수 있는 현장여건 - 유속, 수위 등의 동일흐름 조건에 대해서 -에 많은 부분이 제약되어 이의 정밀분석이 힘든 실정이다. 따라서 이러한 현장측정시의 제약성을 극복하기 위해서 여러 가지 흐름조건을 구현할 수 있는 정밀제어가 가능한 실내실험장치를 이용한 면밀한 분석이 필요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.521-521
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• 2012

우리나라는 산악지역이 국토의 대부분을 차지하고 있어 전체유역을 놓고 볼 때 대하천이 차지하는 부분보다는 중소하천이 차지하는 부분이 상대적으로 크고, 교량의 길이가 짧은 소교량이 수적으로 많은 부분을 차지하고 있다. 그중에서도 특히 중소하천의 유량은 시간적으로 매우 빠르게 변화하며 유속 또한 급속히 빨라져 하상의 변형이 순식간에 일어나고 있다. 이와 같은 시간적, 공간적인 호우특성과 지형특성으로 인하여 중소하천에 위치한 교량은 특히 세굴에 매우 취약함을 보여주고 있다. 하천에 건설되는 교량의 수명이나 안정성에 세굴이 미치는 영향은 매우 크며, 특히 우리나라와 같이 홍수 시 단기간에 걸쳐 유량이 급증하는 경우 유속에 의한 교량 기초의 급격한 세굴은 예상치 못한 교량 붕괴 사고를 초래할 수 있다. 현재 국내 소하천에 설치된 교량은 약 3,470개소(지방도 기준)로 다양한 하부구조로 설계되어 있다. 이렇게 하천 내에 세워진 교량과 같은 횡단 구조물들은 그 크기에 상관없이 하천의 형태에 영향을 미치게 된다. 그중에서 교량 세굴은 하천 횡단구조물로 인하여 발생되는 가장 중요한 문제 중의 하나로써 교량 건설 시 교각에 영향을 주는 세굴을 예측하고 방어하기 위하여 다양한 방정식을 통하여 신설교량의 교각세굴을 예측한다. 하지만 대부분의 교량 세굴 공식들은 실험실에서의 실험 결과를 토대로 개발되었기 때문에 이들 공식들이 산정한 국소 세굴량이 얼마나 정확한지는 실제 현장 관측 자료와의 비교를 통해서만 검증할 수 있다. 세굴 공식들의 산정 결과를 현장 실측자료와 비교하는 연구는 그 동안 다양하게 시도되었으나, 통일된 결론에는 도달하지 못하고 있다. 본 연구에서는 기존의 세굴깊이 산정 시 일반적으로 사용되어지고 있는 세굴공식들 중 소하천 교량 규모에 적용 가능한 공식들을 선별하고, 각 세굴심 추정공식에 속한 변수별 특성분석을 위하여, 5가지의 독립변수를 설정하여 국부세굴의 현장 측정값과 예측공식의 비교결과에 대하여 불일치율을 비교분석하였다. 그 결과, 모든 공식들의 불일치율의 기하 평균이 1보다 큰 것을 보여주고 있다. 즉, 모든 공식들이 과대 추정의 의미로 정확성면에서 우수한 공식들은 불일치율의 기하 평균이 1에 가깝고 기하 표준편차가 작은 공식들이 나타났으며, 이런 점에서 Froehlich 공식, Inglis-Poona II, Blench-Inglis I, Breusers 공식 등의 기하평균이 1에 가장 근접한 결과를 나타내었다. 각 세굴공식 세굴심 산정결과의 불일치율을 각각 5가지의 변수별로 도시하여 분석하였으며, 그 결과로 소하천에 대하여 적용 가능한 공식과 소하천에 적용 시에는 과다추정의 우려가 있는 공식으로 분류되어 면밀한 검토가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.62-62
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• 2021

산업 고도화로 인하여 복잡하고 다양한 유기물의 사용량이 증가하였으며, 공공수역 내 새로운 오염물질이 유입됨에 따라 생화학적 산소요구량(BOD) 중심의 수질평가에 한계를 나타내었다. 이후 난분해성 물질을 고려한 유기물관리 정책과 총량관리의 필요성이 제기되었고 국내 하천과 호소에서는 총 유기탄소(TOC)를 유기물 관리지표로 설정하였다. 그러나 부영양 하천과 호소에서 TOC는 외부 부하뿐만아니라 식물플랑크톤의 과잉성장에 의해 증가할 수 있는 항목이므로 TOC 관리정책 추진을 위해서는 유기물의 기원에 대한 파악이 필요하다. 특히, 국내 하천에서 나타나고 있는 난분해성 유기물 오염도의 증가 추세에 대응한 실효성 있는 유기물 오염관리 정책을 수립하기 위해서는 다양한 유기물의 근원을 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 본 연구의 목적은 금강 수계 최대 상수원인 대청호를 대상으로 3차원 수리-수질 모델을 적용하여 유기탄소 성분 별 유입과 유출, 내부생성 및 소멸량을 평가하고 저수지시스템에서의 유기탄소 물질수지를 해석하는 데 있다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 AEM3D 모델을 사용하였으며 2017년을 대상으로 입력자료를 구축한 후 보정을 수행하였고 2018년을 대상으로 모델을 검정하였다. 모델은 유기탄소를 입자성, 용존성, 그리고 난분해성과 생분해성으로 구분하여 모의하며 유기물질 성상별 실험결과를 이용하여 입력자료를 구축하였다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 4가지의 탄소성분과 조류 세포 내 탄소의 질량 변화율을 계산하였다. 이를 위해 외부 유입·유출부하율, 수체 내 생성(일차생산, 재부상, 퇴적물과 수체 간 확산) 및 소멸률(POC 및 조류 침강, DOC 무기화, 탈질)을 고려하였다. 모델은 2017년과 2018년의 물수지를 적절히 재현하였으며 저수지의 성층구조를 잘 재현해내면서 전반적인 수온, 수질을 적절하게 모의하였다. 연간 TOC 부하량 중 내부기원 부하량은 2017년 68.4 %, 2018년은 높은 강우량의 영향으로 55.0%로 산정되었다. 내부 소멸 기작 중 침전으로 인한 손실이 가장 높은 것으로 나타났으며, 2017년과 2018년 각각 31.3%, 29.0%로 나타났다. TOC의 공간분포는 Chl-a 농도 분포와 유사하게 나타났으며, 댐 설치로 형성된 정체수역은 유역의 유기물 순환에 많은 영향을 미치는 것으로 평가되었다. TOC 관리 정책 기초자료 확보를 위해서는 향후 유역-저수지 시스템을 연계한 유기물 물질순환 심층 연구가 필요하다.