• 한국해양공학회지
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• 제32권6호
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• pp.474-484
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• 2018

In this study, a new numerical modeling system was proposed to predict oil spills, which increasingly occur at sea as a result of abnormal weather conditions such as global warming. The hydrodynamic conditions such as the flow velocity needed to calculate oil dispersion were estimated using a three dimensional hydrodynamic model based on the Navier-Stokes equation, which considered all of the physical variations in the vertical direction. This improved the accuracy compared to those estimated by the conventional shallow water equation. The advection-diffusion model for the spilled oil was combined with the hydrodynamic model to predict the movement and fate of the oil. The effects of absorption, weathering, and wind were also considered in the calculation process. The combined model developed in this study was then applied to various test cases to identify the characteristics of oil dispersion over time. It is expected that the developed model will help to establish initial response and disaster prevention plans in the event of a nearshore oil spill.

• 한국해안해양공학회지
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• 제10권2호
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• pp.73-82
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• 1998

연안에서 표층 방류된 온수의 확산-이송을 모의하고자 배출구 인근의 근역에서는 반능동적 입자추적의 원리가 적용된 부작위행보모형과 원역에서는 Eulerian-Lagrangian 농도가 결합된 2차원 모형이 개발되었다. 근역에서 표층으로 부상되는 온수괴는 부력을 갖는 다수의 입자군으로 변환되어 초기 평면확산의 증가를 나타내고, 이러한 부력확산의 영향이 무작위행보의 기본식에 도입되었다. 개발된 모형의 초기평가는 단순한 지형의 해역과 실제해역에서 수행되었다. 단순해역에서는 부력이 고려되지 않는 중립입자모형의 결과에 비하여 초기 확산이 크게 나타나고, 기존 근역모형CORMIX3과 유사하나 외해측으로 확장된 성향을 보인다. 천수만에서 실제적용 결과도 배출구 근처에서 관측치에 유사한 퍼짐 효과가 나타나며 모형의 적용성이 인정된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.459-463
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• 2005

몬순지역에 속한 우리나라의 대부분 저수지에서는 여름철 집중호우시 탁수가 유입되므로, 저수지 수질관리를 위해 고탁수층의 진행경로, 시공간적 분포, 그리고 방류량조절 등에 의한 탁수저감효과를 예측할 필요성이 있다. 저수지의 성층현상이 임하호의 탁도분포에 미치는 영향을 검토하기 위하여 월별 수온분포가 검토되었고 또한 수리 및 수질모형 CE-QUAL-W2를 이용하여 2차원 수치모의가 수행되었다. 임하호의 6월 수온분포는 표층은 $24^{\circ}C$이고 심층은 $6^{\circ}C$이고 중층은 비교적 선형으로 변화한다. 8월달 수온 분포는 표층의 수온은 $30^{\circ}C$정도이고 심층은 심층은 $6^{\circ}C$이고중층은 $22^{\circ}C$에서 $18^{\circ}C$이고 2개의 수온약층이 존재한다. 6월과 8월의 중층수온분포를 비교해보면 6월은 상대적으로 수온변화가 크고 8월은 수온변화가 작으므로 중층에서의 이송확산이 8월에 보다 활발할 것으로 판단된다. 임하호 성층현상이 탁도분포에 미치는 영향을 파악하기 위하여 6월과 8월의 수온분포의 경우에 대하여 임하호 유역에 80 mm와 120 mm의 총강우량이 발생한 경우에 대하여 수치모의를 수행하였다. 초기 저수위는 El. 148 m와 El. 152 m의 조건을 적용하였다. 수치모의결과는 2002년 태풍루사의 경우에 대하여 검증하였다. 수치모의결과는 다음과 같다. 탁수층 선단이 댐체에 도달하는 시간은 초기 저수위가 높고 중층의 수온분포가 상대적으로 균일한 8월이 긴 것으로 나타났다. 이러한 현상은 유입수가 저수지로 유입되면서 초기수위가 높은 경우에 운동량이 상대적으로 많이 소멸되기 때문으로 판단된다. 또한 탁수층의 두께도 8월 성층의 경우가 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 이는 중층의 8월 수온분포 또는 밀도분포가 상대적으로 균일하기 때문에 연직방향 이송$\cdot$확산이 많이 이루어졌기 때문으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.599-612
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• 1998

수송방정식의 양면적은 특성으로 인하여 이송항이 지배적인 흐름에 있어서 수송방정식의 수채해석은 매우 난해하다. 특히 유한요소법을 사용하여 수치해석할 때, 상류방향으로 더 많은 가중치를 두기 위하여 변화된 시행함수를 사용한다. 이러한 방법을 Petrov-Galerkin 방법이라고 한다. 본 논문에서는 N+1 과 N+2 Petrov-Galerkin 방법을 격자 Peclet 수가 큰 수송문제에 적용하였다. 주파수맞춤 기법을 사용하여 N+2 Petrov- Galerkin 방법을 격자 Peclet 수가 큰 소송문제에 적용하였다. 주파수맞춤 기법을 사용하여 N+2 Petrov-Galerkin 방법의 적정 풍상정도를 찾아내었고, 그 결과를 토의하였다. 이 기법의 시행함수는 이송항과 확산항의 상대적 크기에 따라 그 모양이 변화된다. 수치실험을 통하여 제시된 새로운 수치해석기법의 우수성을 설명하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.223-223
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• 2019

기후 변화에 따른 해수면 상승은 해안 지하수의 해수침투를 야기해 해안 지하수의 염도를 증가시킨다. 또한 해수면 상승은 토양 염류화를 심화시켜 농작물에 피해가 발생하며, 지하수위를 증가시켜 불포화대의 토양두께가 감소한다. 이처럼 지하수 해수침투가 발생하는 포화대와 토양 염류화가 발생하는 불포화대는 서로 연관되어 있지만, 대부분 포화대와 불포화대 연구는 별도로 진행되어왔다. 본 연구에서는 해안 간척지의 해수면 상승에 따른 포화대의 해수침투 및 불포화대의 토양염류화 영향을 연계하여 모의하였다. 포화대 모의는 미국지질조사국(United States Geological Survey, USGS)에서 개발한 3차원 이송확산 모델인 SUTRA, 불포화대 모의는 미국환경청(United States Environmental Protection Agency, USEPA)에서 개발한 1차원 이송확산모델인 VADOFT를 사용하였다. 해수면 상승 시나리오는 IPCC에서 공표한 바와 같이 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오를 사용하였고, 미래 2100년까지 자료를 사용하였다. 해수면 상승 시나리오에 따라 해수침투 및 토양염류화 면적 그리고 지하수위 및 불포화대 토양두께를 정량적으로 산정하였다. 한반도 91개 간척지에 대해서 모의를 수행하였고, 과거 대비 미래 후반기 RCP 4.5 시나리오에서는 지하수 해수침투 면적이 $82.19km^2$, RCP 8.5 시나리오에서는 $83.71km^2$ 증가하는 것으로 나타났다. 또한 토양 염류화 면적은 과거 대비 미래 후반기 RCP 4.5 시나리오에서는 $22.25km^2$, RCP 8.5 시나리오에서는 $24.86km^2$ 증가하는 것으로 나타났다. 담수호 또는 저수지가 있는 대상 지역에서는 해안선으로부터 거리 및 관리 수위가 해수 침투를 야기시키는 중요한 요인으로 나타났으며, 해수침투 저감을 위해서는 해안선 인근 저수지 수위의 적절한 유지관리가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 해수면상승에 따른 해안선의 위치변화와, 기존 관정에서의 양수량, 강수량 변화를 고려하는 것에 한계가 있기 때문에, 향후 위의 세 가지 사항을 복합적으로 고려한 추가 연구가 필요하다고 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.495-506
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• 2013

본 연구에서는 전단류 분산이 이송과 난류에 의한 확산의 결합에 의해 발생한다는 Taylor (1954)의 가정을 바탕으로 개념적 모형을 구성하고, 이를 3차원 개수로에 적용하여 오염물질의 혼합과정을 재현할 수 있는 시간분리 혼합모형(Time-split Mixing Model; TMM)을 개발하였다. 개발된 모형은 연산자 분리 기법(operator split method)과 유사하게 혼합과정을 종방향 혼합과 횡방향 혼합으로 분리하고, 유속 연직편차에 의한 농도분리과정과 난류확산에 의한 연직방향 혼합과정을 순차적으로 반복 계산함으로써 2차원 이송-분산을 재현한다. 수치모의 결과, 제안된 모형은 수로벽면에 의한 농도중첩 효과를 잘 반영하고 있으며, Taylor 구간 내에서 2차원 이송-분산 모형의 해석해와 거의 일치하고 있음을 확인하였다(Chatwin, 1970). 본 모형은 하상경사, 하폭 대 수심 비, 혼합시간 등의 변화에 따라 분산 정도를 달리 재현하고 있으며, 산정된 종분산계수는 Elder(1959)가 제안한 상수값과는 달리 혼합시간에 따라 변화하는 양상을 나타냈다. 횡분산계수의 경우, Sayre와 Chang(1968), Fischer 등(1979)이 실험을 통해 제시한 값과 유사한 범위를 나타냈다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1741-1745
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• 2006

본 연구에서는 하천에 유입되는 오염물질 중 대부분을 차지하는 비보존성 오염물질의 확산거동을 예측하기 위해 2차원 수심평균된 이송분산방정식에 유한요소모형을 적용하였다. 수치모형 구성을 위해 Galerkin법을 이용한 가중잔차법을 사용하였으며, 복잡한 하천경계를 보다 정확히 재현할 수 있도록 삼각 및 사각요소망의 혼용이 가능하도록 하였다. 모의대상 수질인자는 BOD, DO, 질소화합물, 인화합물, 수온, pH 및 대장균군수이며, 이 가운데 BOD와 DO는 상호 쌍을 이루는 방정식을 풀어야 하는 특수한 형태이므로 별도로 취급하였다. 순간주입 및 연속주입에 의한 비보존성 오염물질의 확산거동을 모의하였으며, 시간에 따른 민감도를 분석하기 위해 보존성 오염물질의 확산거동과 비교하였다. 해석해를 이용해 순간주입된 오염물질의 오염운을 구하는 식을 유도하고 해석해와 본 연구에서 개발한 수치모형에 의한 수치해를 비교하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제16권1호
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• pp.47-55
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• 2004

GUI를 이용하여 연안해역에서 항만개발, 방조제 건설, 준설 등의 해상 공사 시 발생하는 부유사(SS)의 이동 및 확산과정을 편리하게 예측할 수 있는 모의시스템(KUSSMOS)을 개발하였다. 모의시스템은 2차원 유한요소모형을 사용하여 해수유동을 모의하고, 입자추적모형을 사용하여 부유사 이송-확산을 모의한다. 군산해역 준설공사에 대해 수립된 시스템을 적용한 결과, 유속과 부유사 농도가 비교적 관측치와 일치하는 양호한 계산결과를 보였다.

• 전기화학회지
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• 제16권1호
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• pp.39-45
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• 2013

물 관리는 저온에서 작동하는 고분자전해질 연료전지의 성능에 큰 영향을 미친다. 가스확산층(gas diffusion layer, GDL)은 반응 가스를 촉매층의 반응영역으로 확산시키는 역할을 한다. 연료전지의 작동온도가 $60{\sim}80^{\circ}C$이기때문에, 고전류 밀도에서 생성된 물은 액적을 형성한다. 만약 생성된 물이 적절하게 제거되지 않는다면, GDL 내의 기공을 막게 되고 연료전지 성능이 저하된다. 본 연구에서는 플러딩 현상을 막기 위해 마이크로채널 GDL 을 제안하였다. 기존 GDL과 마이크로채널 GDL을 3차원으로 구현하여 공기 속도, 물속도, 접촉각의 변화에 따른 물의 이송을 연구하였다. 전산해석 결과를 통해 마이크로채널 GDL에서는 낮은 유동 저항으로 인해 물이 빠르게 제거되는 것으로 나타났다. 그러므로, 마이크로채널 GDL이 가스채널과 GDL 내부의 물 제거에 효율적임을 알 수 있다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
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• pp.413-416
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• 2008

콘크리트 내 공극수의 알칼리성으로 인해 일반적인 상황에서는 철근의 부식이 억제된다. 그러나 해양환경에 있는 콘크리트 구조물은 해수에 존재하는 염분에 의해 극심한 염해 환경에 놓이게 되고, 이에 의해 철근은 부식하기 쉬운 상태가 된다. 해수의 풍부한 염소이온으로 인한 철근부식 가능성이 콘크리트 구조물의 내구수명 결정에 큰 영향요소이며, 특히 교각은 해양환경 콘크리트 구조물의 대표적인 부재이므로 교각의 내구수명 예측은 매우 중요하다고 할 수 있다. 이 논문에서는 염소이온의 확산에 의한 이동과 이송에 의한 이동을 고려하여, 해양 콘크리트 교각에 대한 염소이온 침투해석을 수행하였다. 콘크리트가 항상 수중부에 위치하는 경우보다 건습반복을 받는 경우에 염소이온이 더 빨리 침투함을 확인하였다. 이는 염소이온의 확산속도 보다 수분의 이동속도가 더 빠르기 때문인 것으로 판단된다.