• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.46-46
• /
• 2015

강우가 지역별 계절별로 편중되어 있는 우리나라는 수자원의 안정적인 확보와 이용을 위해 다양한 형태의 댐을 건설하여 운영하고 있다. 그러나 대부분의 댐건설을 통해 형성된 저수지들은 탁수 장기화 및 녹조 발생 등의 환경, 생태적인 문제를 겪고 있으며, 그에 따른 사회적 우려로 인해 신규댐 건설을 통한 수자원확보는 더 이상 어려운 실정이다. 이러한 문제에 대응하기 위한 대안으로 기존 댐 저수지들(안동호-임하호)의 구조적 연계운영방안이 진행되고 있다. 본 연구의 목적은 2차원 CE-QUAL-W2모형을 활용하여 안동호와 임하호의 구조적 연결에 따른 탁수의 이동과 각 저수지 내에서의 유동 변화를 해석하는데 있다. 저수지 연계 시나리오는 EL. 138 m 위치에 길이 2 km, 직경 5.5 m 의 콘크리트관(마찰계수 0.05)이 안동호 좌안인 임동면 마리와 임하호 우안 망천리를 연결하는 것으로 가정하였다. 모델의 보정은 실측자료가 풍부한 2006년도 수문사상을 대상으로, 개별 저수지에 대해 수행하였고, 탁수 유동 시나리오 해석은 임하호에 심각한 탁수장기화 문제가 발생했던 2002년을 대상으로 댐 연계 탁수모의를 수행하였다. 안동호와 임하호의 댐 앞에서 모의값과 실측값을 오차를 분석한 결과 탁수예측오차는 AME 0.5~24 mg/L, RMSE 0.7~30.2mg/L의 범위로 비교적 실측값을 잘 반영한 것으로 나타났다. 임하댐의 경우 탁수층의 위치와 두께, 그리고 최고 탁도값을 적절히 재현 하였지만, 안동댐은 최고 탁도값 예측에서 다소 오차가 발생하는 것으로 나타났다. 안동호와 임하호 단독 운영시와 연계 운영시의 탁수변화 파악을 위해 초기 홍수사상이 발생한 8월 이후부터 저수지내의 TSS농도 분포를 비교하였다. 안동호의 경우 댐앞지점의 탁수분포는 수온성층구조에 영향을 받아, 단독 운영시(EL. 130 m)보다 연계운영시(EL. 140 m)에 탁수의 중심이 높은 위치에 형성되었다. 단독 운영시 10월 이후에 전도현상으로 인해 침강되지 않은 잔류 탁수층이 저수지 하부로 확산되었지만, 연계 운영시에는 재부상 되어 상층으로 확산되는 것으로 모의되었다. 또한 연계운영시 유량이동으로 인해 안동호의 탁수 댐앞 도달시간이 짧아지는 것으로 나타났다. 반면 임하호는 연계 운영시 안동댐으로 유출이 생기면서 중층에서 탁수량이 저감되는 것으로 모의되었다. 저수지 내 탁수량 분석을 위해 SS 15 mg/L 이상의 잔류 탁수량을 분석한 결과, 연계운영시 안동호의 평균 잔류탁수량 비율은 11.8% 증가, 임하호의 경우 11.7% 감소하였다. 또한, 탁수의 댐하류 방류일수도 SS 15 mg/L 기준 임하호 9일 저감, 안동호는 70일 증가하여 임하호의 탁수가 안동호의 탁수 장기화에 영향을 주는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.211-211
• /
• 2017

장기유출해석 모델은 수자원의 안정적인 확보와 이용, 유역단위 기초자료 조사관리 등을 위하여 수자원 장기종합계획 및 전국유역조사사업 등에 활용되고 있다. 주로 국외에서 개발된 모형이 활용되고 있어, 국내의 여건에 맞추어 편의성이 개선된 모형을 찾는 것은 매우 어려운 일이다. 또한, 유출해석을 수행하기에 앞서 지속적으로 업데이트된 모델에 대한 객관적인 평가를 수행한 사례는 드물다. 따라서, 본 연구에서는 국내에서 주로 활용되고 있는 장기유출해석모델(TANK, SWAT, SSARR, PRMS 등)에 대한 비교검토를 토대로 각종 사업과의 연계성, 계산의 효율성, 정확도 등을 고려하여 USGS에서 개발한 PRMS v.4.0.2를 기반으로 국내유역에 활용이 가능하도록 개선한 $K-BASIN^{RR}$ 및 입력자료 전처리기를 개발하였다. PRMS 모형은 융설 및 지하수 흐름 등 다양한 기능을 포함하여 강우유출 분석에 활용성 높은 모형으로 평가받고 있으나, 국내 OS환경 및 활용 단위계에서 활용성이 떨어지는 단점이 있다. 본 연구에서는 소스코드 개선 및 GUI구축을 통하여 PC 환경에서 구동이 쉽도록 재구성하였고, 사용자 편의성 확보를 위한 입력자료 전처리기를 개발함으로써 수자원단위지도 3.0, 임상도 재분류 테이블, 토양도 재분류 테이블의 DB화 및 모형의 구동을 위한 HRU분할, 입력자료 생성이 가능하도록 하였다. 매개변수 최적화를 위하여 하천 유량뿐만 아니라 기저유출량을 대상으로 Monte-Carlo 시뮬레이션 기반의 매개변수를 최적화 기능을 탑재하였다. 개발된 모형의 적용성 평가를 위하여 용담댐 시험유역을 대상으로 11년 간(2005-2015)의 강우 및 온도자료를 입력자료로 활용하여 모의한 결과 샘플의 개수에 따라 NSE(Nash-Sutcliffe Efficiency)를 0.9까지 추정이 가능함을 파악하였다. 또한, 유출량과 기저유출에 대하여 동시에 최적화를 수행하는 경우 NSE를 유출량에 대하여 0.8, 기저유출량에 대하여 0.6까지 추정이 가능하였다. 최적화된 모의 결과에 대한 검토를 위하여 계산증발산량을 측정증발산량과 비교한 결과, 유사한 패턴을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 개발한 $K-BASIN^{RR}$을 활용하는 경우 장기유출해석 업무에 효율성 및 정확도를 향상할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.371-371
• /
• 2019

우리나라는 홍수기(6~9월)에 집중되는 기상패턴과 하천 중하류부에 발달된 도시의 개발특성으로 인하여 가장 중요한 자연재해 중 하나로 홍수 및 도시침수가 거론되고 있다. 과거 집중호우로 침수 피해가 발생한 사례를 살펴보면, 피해가 발생하는 지역은 지방하천 및 소하천을 중심으로 형성된 도시지역이다. 중앙 지방 정부는 수차례 침수 피해를 겪으며 사후관리가 아닌 재난예방 및 사전관리 등의 방안 마련을 강조하고 있다. 하지만 기후변화에 의한 기상의 불확실성으로 치수 중심의 물관리 및 중 소하천의 하천 특성으로 여전히 홍수 발생에 대비할 수 있는 골든타임 확보 등에 어려움을 겪고 있다. 이러한 어려움을 극복하기 위해 사전 예방적 차원에서의 홍수대응 방안으로 중 소하천을 담당하는 지자체 중심의 홍수피해 저감 방안이 필요하다. 본 연구에서는 A 지자체를 대상으로 모니터링 대상 경계를 설정하여 우량 알람 기준을 예비알람, 주요 관측지점에 대해 강우에 따른 수위 상승 정도를 홍수대응 기준인 직접알람과 연계함으로써 예방적 재난대응 체계를 구축하였다. 모니터링 대상 지역은 해당 지자체를 포함하면서 유역 개념을 적용하여 만경강유역 전체로 설정하였다. 만경강 유역 내 유관기관(지자체, 환경부, K-water, 기상청 등)이 관할하는 우량국(41개소) 및 수위국(28개소), 저수용량이 30만톤 이상이 되는 농어촌공사 저수지(7개소)를 고려하여 홍수분석 모형(COSFIM)을 구축하였다. 해당 모형은 2018년 8월 호우사상에 대해 주요 수위관측 지점에서 $R^2$가 0.8 이상의 우수한 검증 결과를 보였다. 구축된 모형을 통해 예상강우량별 하천 내 수위지점별 최고수위, 최대유량, 도달시간 등 예상 조견표를 제시하여 호우 발생시 지자체 담당자가 참고할 수 있도록 제시하였다. 또한 수위지점별 홍수대응 기준은 평시, 관심, 주의, 경계, 심각 단계로 구분하여 담당자가 수위별 위험 정도를 인지할 수 있도록 지점별 도달되는 수위의 위험 정보를 알람기준으로 제시하였다. 홍수분석 모형은 상류에 위치한 주요시설물의 운영현황을 연계하고 있어 실제 강우 발생 시 기상예보를 고려하여 하천 내 수위관측 지점별 수위 상승 정도를 예상함으로써 사전에 홍수에 대비할 수 있는 단계별 시간 확보에 활용 가능하다. 향후 홍수대응기준은 하천 환경 변화를 반영하여 지속적인 보완이 필요하며 유관기관과의 수문자료 공유체계 확대로 예방적 차원의 홍수 대응 체계가 구축되어야 할 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.367-367
• /
• 2018

전 세계적으로 이상기후에 의한 영향으로 여름철 장마와 같은 우기가 점차 사라지고 집중호우 및 가뭄이 빈번하게 발생하는 등 지하수위 변동성에 따른 물 부족 현상이 발생하고 있다. 특히, 제주특별자치도는 하천수 및 저수지의 수원을 농업용수로 이용하는 내륙지역과는 달리 농업용수의 수원으로 지하수를 이용하고 있어 향후 기후변화로 인한 극단적인 가뭄과 농업형태의 변화등 지하수의 의존도는 가속화 될 전망이다. 따라서, 제주특별자치도는 지하수 관리차원에서 신규관정개발을 최소화 하고 용수공급량의 부족과 불균형을 해소시키기 위하여 2016년부터 농업용수 광역화 사업을 추진하고 있다. 본 연구는 제주특별자치도에서 추진하고 있는 '농업용수 광역화 사업'과 연계하여 용천수를 활용한 농업용 수자원 확보를 위하여 용천수 및 상시하천수의 정량적인 수량파악 및 농업용 수질기준에 적절한 유출수를 선정하고 제주지역 농업용수에 대체수자원을 활용한 지하수 의존비율을 저감시키는데 목표를 두고 수행되었다. 제주특별자치도 서귀포 지역에 분포하고 있는 16개 용천수 및 2개 상시하천을 대상으로 최종 해안으로 유출되는 10개 지점에서 농업용수 활용가능성을 검토한 결과 최소 유량 값은 각 지점별로 속골물 6,313.3($m^3$/일), 조이통물 11,406.3($m^3/day$), 꿩망물 8,402.8($m^3/day$), 선궷내물 4,290.8($m^3/day$), 논짓물 690.8($m^3/day$), 대왕수 1063.0($m^3/day$), 작지물 7,060.4($m^3/day$), 하강물 1,487.6($m^3/day$), 악근천 1,043.6($m^3/day$), 예래천 2,114.4($m^3/day$)로 산정되었으며, 수질 분석에 있어서는 작지물을 제외한 9개 지점에서 농업용수 사용 기준을 충족 하였다. 이상의 결과는 향후 제주특별자치도의 농업용수 공급량의 부족과 불균형 해소 및 지하수 관리차원의 신규관정 개발을 최소화 하는데 보탬이 될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.514-514
• /
• 2023

댐 건설은 하천의 유황, 유사량을 변화시켜 이·치수 및 생태계에 영향을 미치고 있다. 그러나 현재 댐 운영에 사용하고 있는 하천 기본계획은 10년마다 수립하고 있어 하천 지형 측량자료, 식생 및 수생태를 고려한 하천 관리 계획은 대부분 과거자료이다. 또한 홍수소통에 영향을 미치는 하도식생에 대한 연구가 거의 없어 최근 기후변화로 인해 빈번하게 발생하는 홍수 등 물재해에 적극적 대응이 어려운 실정이다. 따라서 최신의 하천 기초조사 자료 기반, '20년 댐 하류하천에 홍수가 발생한 4개 댐(대청, 합천, 용담, 섬진강댐)을 대상으로 하상변동, 식생 영향 등을 고려한 댐 직하류 하천관리방안을 마련하는 연구를 진행하였다. 최신 하천 기초조사 자료 확보를 위해 하천기본계획 등 문헌정보를 수집하고 댐 직하류의 수중부·육상부 측량, 유사량·하상재료 조사, 식생조사, 홍수흔적조사 등을 실시하였다. 확보한 기초자료를 바탕으로 하상변동 분석 모델 및 물리적 서식처 모의 모델을 통해 이수, 치수, 생태 측면으로 분석을 진행하였다. 이수 분석으로 HEC-RAS의 유사이송 분석을 통해 현재부터 20년 뒤의 하상변동을 분석하였다. 치수 분석으로 HEC-RAS 2D 등의 유사이송 분석을 사용하여 한 개의 홍수기 사상 발생 시 하상변동을 분석하였으며, 식생의 유무가 하상변동에 미치는 영향을 함께 분석하였다. 생태 분석으로는 PHABSIM을 사용하여 대상어종에 대한 하상변동 및 식생 유무에 따른 환경생태영향의 영향을 분석하였다. 분석을 바탕으로 각 대상 댐 직하류에 이수, 치수, 생태 측면의 하천관리방안을 수립하였다. 이수 분석을 통해 20년 뒤의 취양수장의 제약수위를 예측, 검토하고 취약구간 모니터링 구간을 산정하였다. 또한 침식과 퇴적이 크게 일어나는 구간을 산정하여 장·단기 하상변동 모니터링 구간을 제시하였다. 치수 분석을 통해 식생이 댐 하류에 미치는 영향을 분석하여 식생 저감 구간을 선정하는 등 적정 식생 밀도 조절 방안을 제시하였다. 또한 하상변동량이 큰 구간은 하상 안정 유지를 위한 수제 설치를 모델 결과를 통해 검토하였으며 제방 정비가 필요한 구간은 드론을 활용한 모니터링을 제안하였다. 생태 분석을 통해 대상 어종이 서식하기 가장 적합한 환경생태유량을 산정하고 댐 하류 하천의 자연성 회복을 위한 증가방류, 유사환원 등의 방안을 검토하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.84-84
• /
• 2023

소하천의 유속계측을 위해 가장 많이 사용되고 있는 표면영상유속계는 표면유속을 계측하는데, 계측된 표면유속을 이용하여 유량을 산정하기 위해서는 수심 평균유속으로 변환할 필요가 있다. 이때 평균-표면유속 환산계수가 주로 사용되는데, 적정 환산계수를 산정하기 위해서는 수심별로 유속을 직접 계측하고 계측된 유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 방법을 사용한다. 그러나 소하천은 홍수시 유속이 매우 빨라 물속에 직접 들어가는 것이 어렵고 장비를 이용하여 간접적인 방법으로 계측을 한다고 하더라도 소류사와 유송잡물 등으로 계측기가 파손되어 직접 계측에는 한계가 있다. 또한 직선구간 확보나 식생 등으로 부자를 이용한 계측도 어려워 계측 결과를 이용하여 환산계수를 산정하는 방법은 한계가 있다. 이런 이유로 대부분은 USGS가 제시한 0.85 ~ 0.95 범위 값 중에서 현장 여건을 고려하여 최적값을 결정·사용하고 있다. 본 연구에서는 홍수시 수심-유속분포를 직접 계측하기 어려운 소하천에서 표면영상유속계를 이용하여 계측한 수심별 표면유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 방법을 개발하였다. 개발한 방법을 정량적으로 평가하기 위하여 건설기술연구원의 안동 하천실험시설에서 표면영상유속계로 수심상승에 따른 횡방향 유속분포를 계측하고 수위가 완전히 상승한 이후의 안정된 흐름 조건에서 플로우트래커를 이용하여 수심별 횡방향 유속분포를 계측하여 두 계측결과를 1:1로 비교하였다. 비교 결과 표면영상유속계로 계측한 수심별 표면유속분포와 플로우트래커로 계측한 수심-유속분포 결과는 유사한 분포를 보이는 것으로 나타나 표면영상유속계로 계측한 수심별 표면유속분포를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하는 것이 가능하다는 결론을 도출하였다. 본 연구에서는 개발한 평균-표면유속 환산계수 산정방법의 적용성을 검토하기 위하여 표면영상유속계가 설치된 5개 시범소하천에서 7년(2016~2022)간 계측한 수심별 표면유속 자료를 수집하고 이 결과를 이용하여 평균-표면유속 환산계수를 산정하였다. 산정결과 대부분 USGS가 제시한 범위내의 값을 보이는 것으로 나타나 향후 본 연구의 개발 방법을 평균-표면유속 환산계수 산정에 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 개발한 환산계수 산정방법은 향후 보다 많은 수리실험과 현장실험 등으로 정밀검증을 수행한다면 홍수시 수심-유속분포를 직접 계측하기 어려운 소하천에서 간편하면서도 적용성이 큰 신기술 확보가 가능할 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
• /
• v.15 no.6
• /
• pp.234-238
• /
• 2005

Effects of plasma composition, ion flux and ion energy on the etch rate, surface morphology and near surface stoichiometry of a single crystalline $La_3Ga_5SiO_{14}$ wafer have been examined in $Cl_2/Ar$ inductively coupled plasma (ICP) discharges. Maximum etch rate ${\sim}1600{\AA}/min$ was achieved either at relatively high source power $({\sim}1000W)$ or high $Cl_2$ content conditions in $Cl_2/Ar$ discharges. The etched surfaces showed similar or better RMS roughness values than those of the unetched control sample and the near surface stoichiometry was found not to be affected by ICP etching.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.34 no.2
• /
• pp.129-136
• /
• 2010

Axial piston pumps have been widely used as power sources for hydraulic systems, but studies on the fluid flow within the pump have been usually performed using 1-D analysis because of the difficulties in considering the fluid compressibility, high-speed revolution, variation of the flow rate, and complicated geometry. The goal of this study was to understand the hydraulic fluid flow within axial piston pumps by using the 3-D numerical method and the process of generating discharge pressure ripples. To improve the convergence and robustness of the simulation model, a grid system was constructed with hexahedron-type grids around the valve plate. Furthermore, we employed an empirical formula to describe the relationship between the oil density and pressure. The CFD (computational fluid dynamics) results compared well with the experimental data.

• Journal of Wetlands Research
• /
• v.18 no.4
• /
• pp.357-362
• /
• 2016

Improvement of the solid-liquid separation efficiency in the secondary sedimentation tank of the biological treatment process, is known to be increasing effectiveness of the overall system operation. Sewage treatment plant effluent SS is composed of most organic substances. In order to reduce the SS component in the secondary sedimentation tank discharge, fine SS components constituting the heterogeneous should be increased by its own aggregation (self flocculation), so that can be deleted through their precipitation. So, it is improved through using the installation of double rectification wall in this secondary tank. In case, sewage is rapidly increased due to the daily change of the influent water, it was confirmed that suspended solids caused by the impact load are processed stably. Therefore, there is a need for a facility installation which can be its own aggregation for reduction suspended solids in secondary sedimentation tank.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2005.06a
• /
• pp.264-267
• /
• 2005

수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충 전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $10\~100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 핵심 기술인 컴팩트 리포머의 국산화 기술 확보를 위하여 $20 Nm^3/hr$용량의 동심관형 리포머를 설계, 제작하였다. 내부구조는 제작의 단순화를 고려하여 중첩된 동심관이 배열되었고 압력 손실과 열웅력 발생을 억제하도록 유로를 배치하였다. 수증기개질 반응에 필요한 반응열은 리포머 본체에 부착된 버너를 이용하여 공급하였다. 성능 측정을 위한 부속 기기로 상온 흡착식 탈황기, 폐열 회수형 수증기 발생기, 반응물 예열을 위한 열교환기, 생성 가스 응축기를 설계 제작하여 전체 리포밍 시스템을 구성하였다. 반응 온도 $680\~720^{\circ}C$, 탄소 대 수중기 비(S/C ratio) $2.7\~3.2$ 조건에서 수증기 개질 반응을 수행하였다. 해당 반응 조건에서 메탄 전환율 $89\%$ 이상, 저위 발열량 기준 개질 열효율 $70\%$ 이상을 달성하였고 개질 생성가스 내 수소의 최대 유량은 $23.4Nm^3/h$였다. 개발된 리포밍 시스템은 고순도 수소 생산이 필요한 경우, 수소 수율 향상을 위한 고온 수성 가스 전화 반응기를 통합 가능하도록 열교환기 구성을 조정할 수 있으며 용융 탄산염 연료전지와 같이 고온형 연료전지의 경우 $550^{\circ}C$ 이상으로 개질 생성 가스를 공급하도록 구성할 수도 있다. 향후 리포머 본체의 개질 효율 향상 및 장치 소형화, 부속 기기의 최적화를 통한 전체 리포밍 시스템 개선, 스케일 업 설계를 위한 엔지니어링 설계 패키지 구성을 계획하고 있다.