• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.88-88
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• 2020

수심평균 2차원 혼합모형은 하천환경에서 다양한 용존성 오염물질의 혼합현상을 모의하기 위해 널리 활용되어왔다. 2차원 혼합모형에서 분산계수는 하천의 전단 흐름에 의해 야기되는 오염물질의 퍼짐 현상을 표현하는 중요한 인자로서 작용하기 때문에 정교한 오염물질 혼합거동을 모의하기 위해서는 적합한 분산계수를 산정하는 것이 필수적이다. 분산계수를 실험적으로 산정하는 방법으로는 크게 모멘트법과 추적법으로 나뉘며, 비정상상태의 혼합거동에 대해 종방향 및 횡방향 분산계수를 동시에 산정할 수 있는 방법은 추적법 계열의 2차원 유관추적법(2D STRP)이 유일하다. 본 연구에서는 하천에 유입된 오염물질의 2차원 혼합해석을 위한 수치모형을 개발하였으며, 개발된 모형의 수치해를 바탕으로 다양한 Peclet 수의 범위에 대해 기존연구에서 제시된 2D STRP의 적용범위 및 성능을 정량적으로 분석하였다. 분석된 정보를 바탕으로 기존 2D STRP의 한계를 극복하기 위한 개선된 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하고, 사행하천을 모형화한 실규모 하천실험시설에서 검증하였다. 기존 2D STRP의 성능평가 결과, Peclet 수가 낮은 조건일수록 농도분포의 예측 정확도가 감소하는 경향을 보였으며, 하안 경계에 도달하는 농도가 증가할수록 부정확한 결과를 초래하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 기존 2D STRP의 한계를 보완하여 더욱 정확한 분산계수를 산정하고자 하안 경계면 조건을 고려한 2차원 유관추적법(2D STRP-i)을 개발하였다. 2D STRP-i는 직교-곡선좌표계 기반의 2차원 이송-분산 방정식을 바탕으로 횡방향 유속분포 및 하안 경계조건을 고려할 수 있도록 개선되었다. 2D STRP-i는 공간적으로 상이한 이송효과 및 하안경계 조건을 적절히 반영함으로써 농도분포의 예측 정확도를 개선 시키는 것으로 평가되었으며, 하안경계면에서 농도가 증가하는 구간에서 기존 2D STRP의 결과와 비교하여 더욱 정확한 농도분포 및 분산계수를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.45-45
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• 2022

산업화에 따른 화학물질 사용량의 증가는 담수로의 유해화학물질 유출사고의 위험을 증가시키며, 이러한 사고는 하천수 수질과 수환경 생태계에 심각한 위해와 손상을 야기한다. 이러한 수질사고 발생시 신속 대응을 위해, 하천에 유입된 물질의 거동을 신속하게 예측하는 것이 필요하며 이 경우 1차원 추적모형이 주로 사용된다. 1차원 물질혼합 모형은 하천을 하나의 유선으로 보며, 복잡한 하천흐름의 시스템을 현상학적으로 해석하고, 오염물질의 이송 및 혼합 메카니즘을 모델 매개변수에 반영하여 모형화한다. 이러한 매개변수들은 직접적으로 측정하기 어려우며, 이론에 기반한 매개변수 산정 기법이 구축되지 않은 실정이다. 따라서 대부분의 연구에서는 추적자 실험을 실시하여 유한한 하천구간에서 추적자의 시간-농도곡선(Breakthrough curve, BTC)을 취득하고, 이를 통하여 대상 구간의 매개변수를 역산하는 최적화 기법에 의존하고 있다. 하지만, 모든 하천구간에 대하여 추적자 실험을 수행하여 데이터를 확보하는 것이 어렵기 때문에 최적화 기법의 적용성에 한계가 있다. 본 연구는 흐름정보가 제공되지 않은 미계측 하천구간에서 BTC를 신속하게 예측할 수 있는 회귀모형을 구축하는 것을 목표로 한다. 국내 하천에서 수행한 4회의 추적자 실험으로부터 취득한 28개 구간 케이스의 데이터에 대하여 농도곡선 전처리를 수행하고 14개의 통계적 특징을 추출하였으며, 계측된 흐름특성과의 상관관계를 분석하였다. 분석 결과, 대상 구간에서의 BTC의 변화가 추적자의 유하거리에 매우 높은 상관관계를 보였으며, 이를 이용하여 회귀모형을 제시하였다. 제안된 회귀모형을 적용하여 하류의 지점에서의 BTC를 예측하였으며, 1차원 이송-분산 방정식과 하천저장대모형을 활용한 예측결과와 비교하여 검증하였다. 그 결과, BTC의 변화특성을 활용한 회귀적 예측이 하천 지형 및 흐름의 변동성이 작은 구간에서 1차원 혼합모형들을 이용한 예측보다 더 높은 정확도를 보였으며, 이러한 장점은 장거리 예측에서 더 분명하게 나타났다.

• Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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• v.4 no.1
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• pp.54-59
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• 1997

The river and groundwater are contaminated by pollution source of a waste landfill and others near river. The contaminant transport and response of aquifer parameters are studied in the aquifer affected by variation of river stage. First, the equation for component of variation velocity with river stage is developed by using the analytical solution of groundwater governing equation. The numerical model which considered component of variation velocity is constructed for the transport of mass by advection and dispersion. In order to verify a numerical scheme, the analytical solution is used. The numerical solution is coincided with the analytical one. Aquifer parameters of Nanjido are used as the data for numerical experiment. Second, the range of aquifer parameters is established in order to reponse contaminant transport in aquifer with river stage. The result of numerical experiment shows that the range of the storage coefficient except hydraulic conductivity and effective porosity is relatively sensitive to the contaminant transport. When the storage coefficient is the order of 10$\^$－2/, the response is very sensitive to the variation of river stage.

• Korean Journal of Environmental Agriculture
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• v.8 no.1
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• pp.37-46
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• 1989

A 2-dimensional pollutant transport phenomenon in shallow reservoirs was analyzed by using a finite element method. The Galerkin's weighted residual method, based on linear interpolation, was used and a triangle was adopted as an element. The two dimensional Stock's equation and the advection-diffusion equation integrated over depth were used as governing equations. Also the Newton-Raphson method was introduced to solve the non-linear terms of the equation. The results calculated by the model are in good agreement with the analytical solution for a simplified channel where a known solution is avaiable. An actual application of the model is attempted for Sapkyo Lake with a consideration of the influx of the Sapkyo Chun, the Muhan Chun and kogkyo Chun. Further refined research is needed to evaluate the water quality in the other reservoirs.

• Water for future
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• v.26 no.3
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• pp.137-148
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• 1993

A hybrid finite difference method for the longitudinal dispersion equation was developed. The method is based on combining the Holly-Preissmann scheme with the fifth-degree Hermite interpolating polynomial and the generalized Crank-Nicholson scheme. Longitudinal dispersion of an instantaneously-loaded pollutant source was simulated by the model and other characteristics-based numerical methods. Computational results were compared with the exact solution. The present method was free from wiggles regardless of the Courant number, and exactly reproduced the location of the peak concentration. Overall accuracy of the computation increased for smaller value of the weighting factor, $\theta$ of the model. Larger values of $\theta$ overestimated the peak concentration. Smaller Courant number gave better accuracy, in general, but the sensitivity was very low, especially when the value of $\theta$ was small. From comparisons with the hybrid method using the third-degree interpolating polynomial and with split-operator methods, the present method showed the best performance in reproducing the exact solution as the advection becomes more dominant.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.13 no.2
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• pp.191-199
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• 1993

Diffusion of a steady horizontal line source in a turbulent shear flow is simulated by numerically solving a steady two-dimensional advective diffusion equation. The computational result is compared with the analytic solution for uniform velocity and diffusivity distributions over the depth. The analytic solution for constant velocity and diffusivity overestimates the degree of vertical mixing. The normalized equation indicates that friction factor is the only physical parameter that governs the vertical diffusion process. Sensitivities of the diffusion process to the friction factor and initial source position are analyzed. The rate of vertical mixing varies approximately as the square root of the friction factor. The optimal source position, which gives the most rapid mixing, lies above the mid-depth and moves toward the water surface as the friction factor increases.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.331-335
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• 2011

흔히 진흙으로 불리는 점착성 유사는 모래 등의 비점착성 유사와는 다른 특성을 보인다. 가장 큰 특징은 점착력에 의해 서로 엉겨 붙어 큰 덩어리(플럭)를 형성하고 다시 큰 플럭이 파괴되는 과정인 응집현상(Flocculation Process)을 보인다는 것이다. 이 응집현상의 과정을 통해 플럭은 크기 및 밀도를 지속적으로 변화시킨다. 크기 및 밀도의 변화는 플럭의 침강속도를 변화시켜 점착성 유사의 부유, 퇴적, 이송, 확산의 과정에 직접적인 영향을 미친다. 응집현상은 플럭의 침강속도 뿐 아니라 부피농도와 질량농도 사이의 비선형적 관계를 야기하여 흐름 운동량 방정식 유도, 난류의 모형화 등에서도 비점착성 유사와 다른 방향으로 진행된다. 점착성 유사가 우세한 지역의 또 다른 특성은 자기하중에 의한 압밀현상에 따라 발생하는 가변적인 한계소류력이다. 따라서 점착성 유사의 이동을 모형화 하는 과정에서는 가변적인 침식율의 가정 등을 통해 이에 대한 고려가 반드시 이루어져야 한다. 흐름의 운동량 방정식 및 난류 모형에서는 플럭의 부피 농도와 질량농도가 각 항의 물리적 의미에 부합하도록 개별적으로 선택 및 적용되어야 질량보존의 문제 등으로 발생할 수 있는 계산상의 오류를 배제할 수 있다. 적용 결과, 점착성 유사가 우세한 지역에서 나타나는 높은 부유 및 흐름정체기에서의 부유사 존재 등의 특성이 점착성 유사 이동을 위한 모형에서 보다 합리적으로 계산된다는 사실이 확인되었다. 그리고 비점착성 유사에 적합한 이동 모형이 점착성이 우세한 지역에 적용될 경우, 상황에 따라 유사량을 과대 및 과소 산정할 수 있다는 결론이 도출되었다. 조류의 영향이 존재하는 하구부의 경우에는 조류의 형태와 비대칭성에 따라 유사량의 차이가 큰 것으로 나타났다. 조류의 형태는 주로 하구부의 지형에 의해 결정되므로 준설, 매립, 확폭 등과 같은 하구부에서의 사업이 진행되는 경우, 유사량 변화에 대한 고려가 반드시 이루어져야 할 것으로 판단된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.31 no.2
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• pp.177-187
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• 1998

The spatially integrated model (SIM) which can evaluate temporal variation of groundwater quality is proposed in the stream-aquifer setting entered by nonpoint source contaminants. And the developed SIM included unsaturated soil zone and was tested against the spatially distributed model (SDM) of the coupled advection-dispersion and Richards equations for the various hydrologic and aquifer simulating conditions. The result of the comparison showed that the average concentration responses of saturated aquifer and groundwater outflow between the SIM and the SDM was in good agreement, except for the case of the large dispersivity ratio and thick aquifer system. And it is shown that for the cases of the large dispersivity ratio and thick aquifer system the performance of the nonlinear SIM is better than that of the linear SIM for evaluating the average concentration of groundwater outflow response.

• Water for future
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• v.21 no.1
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• pp.67-76
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• 1988

Analyzed was the circulation phenomena in the open channel with sudden expansion, by applying the Galerkin's finite element method to the depth-averaged 2-dimensional continuity and momentum equations. Wave tests were done in the simplified channel in order to review the validity of this newly developed model and the computed results were within 0.5% of $L_2$-norm error, and application of this model to the simulation of simplified dam-break gave very close results compared with the analytical solution, thus, it can be concluded that this model is valid and efficient. The main flow in the expanded channel was defined as a new initial condition with given velocity and the flow in the expanded portion was at rest in simulating the circulation, and besides the Neumann's condition the slip boundary condition for lateral wall was found to be proper condition than the no-slip condition. It can be concluded, from the numerical tests in the sudden expension, that the circulating phenomena depend mainly on the convective inertia and the effect of turbulence due to bottom shear and lateral shear is insignificant.

• Journal of the Korean GEO-environmental Society
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• v.15 no.7
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• pp.31-38
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• 2014

For analysis of mechanics properties of soil cement, unconfined compressive strength has been proposed by existing case studies. In this study, mechanical changes with water content of silt, curing time and cement content were analyzed through unconfined compressive strength test. In addition, the changes for B factor by Abrams were compared with existing case studies after the prediction equations could be proposed about the unconfined compressive strength of admixed cement soil. Especially, the B constant factor was changed with soil characteristics and curing time. For analysis results of appropriateness status and unconfined compressive strength, consideration of variable form was titrated. The prediction equations at low plasticity silt admixed using the uniaxial compressive strength with applying Abrams's equation and considering cement content, curing time is proposed.