• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.1 no.1
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• pp.39-46
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• 1998

This study presents a numerical model that can simulate changes of particle size distribution (PSD) of PCB-contaminated coastal sediments. The developed model has one spatial dimension including sedimentation and vortical dispersion as well as coagulation. The reason for considering the vortical transport mechanisms is to calculate residence time of the particles. Using the model and Initial PSD data based on actual coastal sediments contaminated with PCBs, this study shows results of model simulations. Within 48 hours of the simulation time, the PSD changed significantly and the particles were removed from water in different rates between different particle sizes. It also shows that coagulation can act an important role in this process. The model may be useful in assessing the range of resuspended sediments that can pollute neighboring areas during environmental remediation projects such as dredging.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1378-1383
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• 2008

댐 저수지에서 지속적인 탁도를 유발하는 물질은 쉽게 침강되지 않는 $20{\mu}m$이하의 작은 부유물질(SS)이며, 가을 수직혼합 시기까지 침강되지 않은 부유물질은 다시 재부상하는 경우도 발생한다. 저수지내 탁수의 장기 체류는 수자원 이용과 하류하천의 수생태계에 다양한 문제를 야기하고 있어 일부 댐에서는 실시간 탁도 감시 장치를 설치하고 취수설비를 개선하는 등의 탁수저감 대책의 노력을 기울이고 있으나, 시설의 최적 운영을 지원할 수 있는 탁수 거동 및 탁도 예측에 관한 연구는 아직 부족한 실정이다. 특히, 탁도는 물 속에 존재하는 부유물질의 광학적 특성(light attenuation)을 나타내는 지표로써 SS와는 물리적인 물성이 달라 실시간 계측자료(탁도)와 모델의 모의 변수(SS)가 다른 문제점 때문에 모델링에 어려움이 있었다. 지금까지 탁도 모델링은 대부분 탁도와 SS의 상관관계를 이용하는 방법을 사용하였다. 그러나 이 방법은 탁도-SS 관계가 실측지점과 입자크기분포에 따라 달라지는 특성 때문에 변환과정에 예측결과의 불확실성이 내재한다는 지적을 받아왔다. 본 연구의 목적은 저수지로 유입한 탁수의 보다 과학적이고 정확한 탁도 예측을 위해 탁도를 유발하는 부유물질의 입자크기 분포와 공간적으로 변하는 탁도-SS의 상관관계를 고려할 수 있는 표준화된 탁도 모델링 방법을 개발하고, 실측자료를 사용하여 제시된 탁도 모델링 방법의 예측 성능을 평가하는데 있다. 부유물질의 이송-확산-침강 모델은 2차원 횡방향 평균 수리 모델과 연결(coupling)되어 수행되며, 저수지 수면을 통한 열 교환, 바람과 바닥 조도에 의한 난류혼합과 성층해석, 하천 유입수의 저수지내 밀도류 유동, 그리고 입자 크기별 부유물질의 독립침강을 해석한다. 부유입자의 크기분포와 공간적으로 서로 다른 탁도-SS 관계를 고려한 탁도 예측모델은 기존의 탁도를 종속변수로 사용한 예측 방법 또는 단일 입자크기를 사용한 모델보다 개선된 모의결과를 보여주었다. 본 연구에서 제시된 탁도 예측 알고리즘은 실시간 탁수감시와 예측 모델링, 그리고 댐 방류수 탁도 관리를 위한 선택취수 설비의 운영을 위한 의사결정지원시스템에 적용 가능할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.475-475
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• 2023

직경 5 mm 이하의 미세플라스틱은 인류 활동에 의해 생산되어 하수처리장 처리수, 우수토구, 도로 분진 등 다양한 경로를 통해 하천에 유입되고 있다. 하천에 유입된 미세플라스틱은 하천흐름을 따라 하류로 이동하여 해양환경에까지 이른다. 미세플라스틱은 수체를 따라 이동할 뿐 아니라 수생생물에 의해 섭식되기도 하여 인체 위해성이 우려되는 상황이다. 특히 서울과 경기도의 주요 상수원인 팔당호는 북한강, 남한강, 경안천이 유입되어 형성되기 때문에 미세플라스틱의 유입에 따른 이송-분산 거동 평가가 중요한 영역이다. 본 연구에서는 준3차원 입자추적기법을 이용한 미세플라스틱 거동해석 모형, MPT-Q3D를 개발하였으며 팔당호 내 미세플라스틱의 거동 특성을 분석하였다. MPT-Q3D 모형은 2차원 흐름해석모형과 연계한 입자의 준3차원 거동해석을 위해 step-by-step computation method를 적용하였으며, 전단류에 의한 입자의 수평거동과 난류확산에 및 침강속도에 의한 연직거동 두 단계 계산과정에 따라 입자의 거동을 해석했다. 전단류는 2차원 흐름해석결과로부터 유속의 연직분포식을 적용하여 생성하였으며, 생성된 전단류에 의해 각 연직층 별 유속이 계산되고 𝚫t 이후 입자의 종, 횡 방향 이동거리를 계산한다. 또한 난류확산에 의한 무작위적 거동 계산을 위해 Gaussian 분포를 따른 난수 생성을 통해 무작위적 거동을 계산했다. 각 연직층에 위치한 미세플라스틱 입자의 종, 횡 방향 거동을 계산한 후 입자의 연직거동을 계산한다. 입자의 연직 위치는 난류확산과 침강속도에 따라 계산되며 침강속도는 미세플라스틱의 밀도 및 직경에 따라 결정된다. 현장 샘플링 결과에 따라 팔당호로 유입되는 미세플라스틱은 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(Polyester)가 있으므로, 세 종류의 미세플라스틱을 동시에 주입하여 팔당호 내 거동을 분석했다. 남한강, 북한강, 경안천의 유량 차이로 인해 팔당호로 유입되는 미세플라스틱은 대체로 남한강과 북한강의 흐름특성에 영향을 받았다. 경안천의 경우 유량이 낮아 팔당호로 유입되지 못하고 좌안을 따라 하류로 이동됐다. 남한강과 북한강에서 유입된 미세플라스틱은 주로 팔당호 내 소내섬을 거쳐 팔당댐 쪽으로 이동했다. 또한 팔당댐 인근에서는 PP, PE, Polyester 순으로 많은 양이 유입되는 결과가 나타났다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.34 no.4
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• pp.327-333
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• 2001

Particle tracking velocimetry (PTV) is introduced and applied to the fall-velocity measurement. The fall velocities of sediment particles were measured using PTV in the still water and compared with the values presented in the existing literature. Comparison shows that PTV measures the fall velocities accurately. This result enables the measurement of fall velocity in the turbulent flows, which was not possible with conventional methods.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.38 no.4
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• pp.343-350
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• 2001

본 연구에서는 탄산화법으로 침강성 CaCO$_3$분말을 제조하고 제조된 CaCO$_3$현탁액의 분산안정성을 연구하였다. CaCO$_3$현탁액의 pH 변화와 고분자전해질 PMAA와 PAA의 첨가에 따른 입자크기, 유동학적 특성(점도), zeta potential 및 현탁액의 침강속도 등을 측정하였다. 탄산화법에 의해 약 0.1$\mu\textrm{m}$ 크기와 비표면적이 23.57$m^2$/g인 단분단 calcite형 CaCO$_3$분말을 제조하였다. pH가 11인 CaCO$_3$현탁액에 0.01 wt% PMAA가 첨가된 경우에 우수한 분산안정성을 나타내었는데 이는 CaCO$_3$입자표면에 PMAA의 흡착에 의한 electrosteric 안정화기구와 CaCO$_3$입자들 사이의 정전기적 반발력에 의한 것으로 판단된다. PMAA와 PAA 첨가량 변화에 따른 pH 6, 9, 11의 CaCO$_3$현탁액의 침전높이를 측정한 결과 PMAA와 PAA의 농도가 0.15 wt% 부근에서 분산안정성을 보였는데 이는 CaCO$_3$입자들 사이간의 분산제에 의한 뚜렷한 경계를 갖는 흡착층이 형성되었기 때문으로 생각되며 따라서 CaCO$_3$현탁액의 최적 분산안정성을 위해서는 적절한 pH 조절과 PMAA 및 PAA의 첨가가 필요함을 알 수 있다.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.5 no.1
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• pp.3-10
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• 2002

Quantifying the settling velocities of fine-cohesive sediments is very essential in the study of ocean pollutions as well as sedimentations. Settling properties of fine-cohesive sediments are influenced largely by aggregation which occurs as a consequence of interparticle collision and cohesion of particles. Since the degree of cohesion of fine-cohesive sediments depends on physico-chemical properties such as grain size distribution, percentage of organic materials, and mineralogical compositions, and these physico-chemical properties varies regionally, the settling velocities of fine-cohesive sediments for a specific site should be determined through field or laboratory experiment. Recently, settling velocities of fine-cohesive sediments in Saemankeum coasts and Kunsan Estuary have been measured through laboratory experiments. Using these data, the previously proposed well-known settling velocity equations for fine-cohesive sediments are examined and a new equation is developed for better representation of the measured data in this study. The newly developed settling velocity equation is simpler in the form and easier in determining the related coefficients than the previous well-known equations.

• Journal of Wetlands Research
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• v.18 no.3
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• pp.324-329
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• 2016

Constructed wetlands are widely applied in urban and rural areas for various purposes such as pollutants reduction, acquisition of eco-spaces and habitats, flooding reduction, acquisition of water resources and environmental education. Since the design of constructed wetlands utilizes ecosystems, special consideration must be given to ecological mechanisms, environmental mechanisms and hydrological mechanisms. To ensure the sustainable functionality of constructed wetlands, it is necessary to achieve stable flow rate and velocity, and remove sediments to ensure sufficient space for detention. To enhance the efficiency of constructed wetland sedimentation basins, this study determined the optimal position for baffle installation, and applied Computational Fluid Dynamics (CFD) to the cross-sectional design of wetlands. CFD analysis revealed that the decrease in flow velocity with baffle installation enhanced the efficiency of sedimentation of particulate matters. Vertical baffles had higher sedimentation efficiency than those with an inclined angle. When vertical baffles were installed in the sedimentation basin of a hybrid constructed wetland to reduce non-point source pollutants in urban areas, the average flow velocity within the basin decreased by 10~30%, while the sedimentation efficiency improved by 1.3~1.5 times. The application of CFD to constructed wetlands is expected to improve the cost efficiency of designing hybrid constructed wetlands with high removal efficiency.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.5 no.1 s.16
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• pp.13-21
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• 2005

Experiments on settling behaviour of fine-grained particles without destroying the large fragile aggregates were carried out in still water with a CCD (Charged Coupled Device)-Camera. The experiments dealt with the measuring of the vertical concentration profile of cohesive particles with a CCD-Camera and the physico-chemical influences (NaCl, density, temperature and pH value) on the vertical distribution of the concentration. The vertical concentration profile of fine suspended particles (alumina and quartz) was possible up to $20,000\;mg/{\ell}$ with a CCD-Camera. The vertical concentration profile of cohesive sediments was on the decrease because of the increasing initial concentration, temperature and salinity. The vertical concentration profile of alumina was on the decrease quicker than quartz with increasing salinity. Furthermore, the pH value affects the settling behaviour of alumina. At a PH value of 4.2 the settling rate of the particles was very low and on the increase until pH 8.9 because of the aggregation behaviour of particles. From the PH value of 9 the average settling velocity was on the decrease.

• Journal of Wetlands Research
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• v.19 no.4
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• pp.451-458
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• 2017

In this study, the removal efficiency of the wetland in terms of particulate matter and dead water zone through the application of baffles in the sedimentation were simulated with the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) to determine the design of a cost-effective constructed wetland. As a result, it was analyzed that the application of the baffle in the sedimentation tank affect the flow and sedimentation rate. Fine particles such as $2{\mu}m$ and $5{\mu}m$ showed high sedimentation rate when the baffles are installed horizontally. large particles such as $10{\mu}m$ and $20{\mu}m$ showed also high deposition rate when the baffles are installed vertically. In addition, the vertical baffles is considered to be more efficient than other baffle types in terms of maintenance since the particulate matter are concentrated in narrow areas. Therefore, it is considered that the selection of the most applicable type of baffle depends on the design purpose of the wetland to be constructed.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.34 no.6
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• pp.745-751
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• 2001

Fall velocities of sand particles in the turbulent flow are analyzed through measurements using PTV. PTV is believed to be the only instrument to measure the fall velocity in the turbulent flow, since it can trace the individual particle. The method is verified by comparison with existing formula for still-water case. The experimental results show that the fall velocity in the turbulent flow decreases compared with that in still water, and decreases by 40% as the turbulent intensity normalized by the friction velocity increases upto 1.