• 한국해안해양공학회지
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• 제4권4호
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• pp.231-242
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• 1992

분 연구에서는 수치모형을 이용하여 조류 및 취송류의 순환형태를 고찰하였다. 사용된 모형은 유체의 운동 및 연속방정식에 기초한 연직평균 2차편 모형으로서 양해법을 사용하며, 개방경계에서의 해수면 변화와 바람의 전단력에 의한 forcing을 포함한다. 모형의 영역은 북위 35$^{\circ}$~36$^{\circ}$40', 동경 125$^{\circ}$~126$^{\circ}$40'이며 경사간격은 x, y 방향 공히 5km이다. 피해측에서 22일간 관측된 조석(2개 지점) 및 조류(1개 지점) 자료와 비교한 결과 본 모형은 4개 주요 분조에 의한 조석 및 조류를 정확도 90% 이내로 재현하였다. 여섯 가지 경우의 가상적인 바람에 대한 해석을 통하여 흐름의 분포양상과 지역적인 특성을 고찰하였다. 그 결과, 풍향에 관계 없이 강한 연안류가 발생하며, 또한 해저지형의 영향으로 부안 외해측에 주반경 40km의 지역적인 과류가 발생함을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.194-194
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• 2012

본 연구에서는 자연하천에서 Rhodamine-WT를 이용하여 추적자 실험을 수행하고 이를 바탕으로 오염사고대응예측모델에 대한 검증을 실시하고자 하였다. 최근 국내에서는 다양한 형태와 규모의 수질오염사고가 매년 수십건 이상 발생하고 있으며, 따라서 수치모형 기반의 수질오염 사고 대응 예측시스템에 대한 높은 신뢰성이 요구되고 있다. 수질사고에 노출되어 있는 지표수를 각종 용수로서 안전하게 공급하기 위해서는 정확한 수질예측이 필수적이며, 이를 위해서 수십 년간 연구되어 온 수질모델을 오염사고 대응예측시스템에 적합하도록 정확성과 신뢰성을 갖추기 위한 연구가 진행되어야 한다. 수치 모형을 이용한 물질의 이송 및 확산 모의에서는 오염물질 도달시간과 확산 농도를 결정하는 것이 가장 중요한 요소이므로 이송 및 확산 모의에 대한 검증 기법 개발 및 적용이 필요하다. 본 연구에서는 낙동강수계 지류하천인 감천에서 추적자 실험을 4회 실시하여 측정한 수리량과 농도 실측치를 이용하여 분산계수를 종 횡분산계수 산정이 가능한 2차원 유관추적법을 적용하여 산정하였다. 각 단면에 유속은 ADV-3차원 유속계인 Flow-Tracker를 사용하여 도섭으로 측정하였으며 하천의 흐름 방향의 직각으로 측선을 설치하고 펌프를 이용하여 채수를 한 다음 Rhodamie WT의 농도를 측정하였으며 측선의 위치 보정은 GPS를 통하여 보정하였다. 측정 자료를 이용하여 2차원 유관추적법으로 분산계수를 산정한 결과 각각의 측선에 따라서 다소 차이가 발생하였으며, 일부 구간에서는 이론식으로 계산한 분산계수와 근사한 값이 나타났다. 이는 사주가 매우 발달하고 만곡이 많은 실험구간의 특성상 Elder와 Fischer 식으로 계산한 값과 차이가 발생할 가능성이 높은 구간이기 때문인 것으로 판단된다. 또한 하폭에 대한 수심비가 커질수록 분산계수도 증가하고 평균유속에 대한 전단유속에 비에 비례하는 것으로 나타났다.

• 멤브레인
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• 제13권2호
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• pp.88-100
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• 2003

테일러 와류흐름 여과에서 평균기공 1.2 ${\mu}m$인 셀룰로우스 에스테르 정밀막으로 이루어진 내부원통의 회전속도와 슬러리의 농도, 입자의 크기에 따른 여과선속의 변화를 실험을 통하여 알아보았다. 여과선속은 압력차에 비례하고 저항에 반비례하였으며, 시간에 따른 케이크 층의 저항 변화를 회전속도, 슬러리의 농도, 입자의 크기에 따라 검토하였다. 회전속도가 증가할수록 케이크 저항이 감소하고 짧은 시간에 준정상 상태에 도달하였다 슬러리의 농도를 증가시킬수록 초기 저항이 급격히 증가하였고 높은 저항값에서 준정상 상태가 유지되었으나, 준정상 상태에 도달하는 시간은 농도에 무관하였다. 입자 크기가 작을 때 저항이 크게 나타남을 관찰하였는데, 입자 크기가 작을수록 막 기공을 막을 확률이 더 높고 전단력에 의해 영향을 덜 받기 때문이라 생각할 수 있다. 본 연구에서 제안한 모델식은 입자의 퇴적과 제거항으로 나누어져 있는데, 실험상수의 평균값을 사용하여 실험결과와 잘 일치하였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제24권4호
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• pp.301-307
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• 2003

본 연구에서는 한국형 인공심장의 혈액주머니 내 혈액 유동에 대한 수치적 해석 결과를 제시하였다. 혈액 유동은 2차원 비정상 유동으로 가정하였으며. 이를 해석하기 위하여 유한요소 기반의 상용코드인 ADINA를 사용하였다. 액츄에이터와 혈액주머니사이의 강체-고체 접촉, 그리고 혈액주머니와 혈류 사이의 고체-유체 상호작용을 모두 계산에서 반영하였다. 본 연구에서는 혈액주머니의 형상설계 과정에서 제시되었던 3가지 모델에 대해서 계산을 수행하고 이들의 혈류역학적인 적합성을 분석하였다. 계산결과에 의하면 혈액주머니의 수축 시는 출구로의 강한 흐름과 입구 부분에서의 정체영역이 관찰되었다. 이완 시에는 외부로부터 입구로 강한 혈류가 유입되고 있으며, 닫힌 출구에서 부근에서는 재순환 영역이 발생한다. 수축 시 전단응력은 출구 모서리 부근에서 극한값들을 가지게 되며, 이완 시에는 주로 입구 모서리와 액츄에이터 접촉면에서 최소, 최고치를 보여주고 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.285-285
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• 2018

하천에서 부유사의 형태로 이송되는 점착성 유사는 입자 표면의 전자기적 점착력의 영향과 하천의 흐름 및 난류에 의하여 지속적인 응집과 파괴의 과정인 응집현상을 겪는다. 이러한 응집현상을 통해 플럭을 형성한 점착성 유사의 크기 및 밀도는 끊임없이 변화하며 침강속도 역시 변화한다. 점착성 유사의 이동을 예측하기 위해서는 유사의 부유에 직접적으로 관계하는 침강속도를 이해하는 것이 중요하며 많은 연구에서 점착성 유사의 농도와 침강속도의 관계를 그래프로 보여주고 있다. 일반적으로 그래프에서 침강속도는 처음에 농도가 증가할수록 증가하는 비례 관계를 보여주다가 농도가 어느 정도를 넘어 더 증가하게 되면 감소하여 반비례하는 모양을 그리고 있다. 또한 연구들은 농도와 침강속도 두 관계가 분명한 멱함수법칙(Power Law)을 가진다고 언급하고 있다. 그러나 이전의 연구에서는 그래프가 보여주는 두 관계의 분석이나 메커니즘에 대해 중점을 두고 논의된 바가 없다. 본 연구는 점착성 유사의 응집현상과 이동을 모의하는 1차원 연직 수치모형으로 수치 실험을 실시하고, 그 결과를 바탕으로 농도와 침강속도가 갖는 관계를 면밀히 분석한다. 플럭의 크기 및 농도는 유사의 부유를 결정하는 침강속도와 매우 밀접한 관련이 있는 특징이며 특히 플럭의 크기는 침강속도를 결정한다. 즉 플럭의 크기와 농도가 갖는 관계가 침강속도와 농도가 갖는 관계에 크게 관여할 것으로 예측된다. 앞서 언급한 연구들의 그래프에서 비례 관계를 갖는 구간은 일반적으로 수면과 가까우며 농도와 크기가 비례하는 경향을 보이며 반비례하는 구간은 농도가 크고 난류가 강한 하상부근으로 두 관계가 반비례하는 경향이 밝혀진 연구가 있다. 점착성 유사의 농도 및 플럭의 크기가 이러한 경향을 띠는 것은 하상부근에서는 난류 전단과 그에 따른 플럭의 파괴와 응집의 결과로 나타나는 응집현상과 관련이 있으며 이러한 결과들을 바탕으로 점착성 유사의 침강속도와 농도가 가지는 관계를 분석한다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.411-419
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• 2020

벌집구조 파에서 나타나는 연속된 쇄파 파봉선 끝단사이로 발달하는 이안류를 수리실험을 통해 재현하고 시간에 따라 발달하는 과정을 정사보정 영상을 통해 관찰하였다. 서로 다른 두 협각의 파랑 중첩에 의해 생성되는 벌집구조 파를 재현하는 대신에 조파장치를 횡방향 두 그룹으로 나누어 역 위상으로 구동시켜 규칙파를 조파하므로 유사 벌집구조 파형을 생성하여 실험을 수행하였다. 수리 실험에서 재현된 이안류의 유속을 계측하기 위해 LSPIV (Large Scale Particle Image Velocimetry) 기법을 이용하였다. 관측을 통해 노드영역을 따라 생성되는 이안류를 확인하였고, 시간에 따라 흐름이 전단 파동(shear fluctuation)을 포함하여 발달하는 비정상 이안류의 유속 분포를 제시하였다. 또한, LSPIV 기법으로 계측된 유속의 시계열을 통하여 파주기 및 상대적으로 긴 주기의 요동에 따른 유속 성분을 확인할 수 있었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제9권3호
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• pp.141-153
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• 2022

본 연구는 유목과 연행침식을 고려한 토석류 수치모형을 개발하여 2011년 발생한 우면산 산사태의 관측데이터를 기반으로 수치모의를 수행하였다. 토석류 모형개발을 위해 천수방정식 기반의 침수모형인 Nays2DFlood 모형에 혼합유사농도의 이송확산, 토석류 지면전단응력, 연행침식 모듈을 추가하였으며 유목생성과 유목거동 모의를 위해 입자법 기반의 유목동력학 모형을 결합하였다. 모의결과, 우면산 산사태로 인한 수심과 유속 및 토석류 체적을 양호하게 재현한 것으로 나타났으며, 유목을 반영한 모의에서 보다 더 정확한 재현성을 나타냈다. 따라서 본 연구의 결과는 현재 기후변화로 인해 토석류 피해가 증가하는 실정에 대응할 수 있는 피해저감방안 구축에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.449-449
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• 2021

하천 내 오염물질 유입원은 하수처리장과 같이 농도를 예측 가능한 점오염원이 일반적이지만, 수질오염사고와 같이 다량의 유해물질이 일시에 하천에 유입되는 경우도 발생하곤 한다. 특히 오염물질 유입지점과 취수장이 인접한 경우, 오염물질 혼합해석에 대한 이해가 오염사고 대응 및 수질 관리 측면에서 매우 중요하다. 자연하천에서는 사행에 따른 유속 구조의 불균일성 등으로 인하여 오염물질의 이송 및 분산 과정은 매우 복잡하게 나타난다. 이러한 하천의 지형적, 수리학적 특성이 오염물질의 혼합 거동에 미치는 영향을 정확하게 모의하기 위해서는 3차원 수치모형을 적용해야 한다. 그러나 대부분의 하천은 하폭 대 수심비가 매우 크기 때문에 2차원 이송-분산 방정식을 지배방정식으로 채택하는 2차원 수치 모형이 널리 사용되어왔다. 2차원 이송-분산 방정식의 해석결과는 입력된 종, 횡 분산계수의 값에 따라 변화하기 때문에 정확한 혼합해석을 위해 분산계수의 결정이 매우 중요하다. 과거 연구에서는 횡 분산계수의 결정을 위해 기본 수리량을 이용한 경험식을 활용하여 계산한 바 있다. 종 분산계수의 경우에는 경험식의 산정에 필요한 충분한 실험 자료가 축적되어 있지 않아 이상적 흐름 상태를 가정하여 유도된 Elder의 이론식(Elder, 1959)을 사용해왔다. 하지만 많은 연구에서 이러한 Elder의 이론식이 종 분산계수를 과소산정 할 우려가 있다고 제시했다. 따라서 하천의 전단류 분산특성을 나타낼 수 있는 데이터 확보를 통해 종 분산계수의 경험식 산정 및 횡 분산계수의 정확도 향상이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 기존 선행 연구에서 수행된 2차원 추적자실험 데이터의 확장을 위해 오버샘플링 기법을 적용하였으며, 이를 통한 머신러닝을 통한 분산계수 산정 가능성을 분석하고자 한다. 부족한 추적자 실험 데이터를 확장하기 위해 오버샘플링 기법 중 SMOTE 기법을 활용했다. 오버샘플링 기법을 이용하여 생산된 데이터의 신뢰성을 검증하였으며, 추후 머신러닝을 이용한 2차원 종, 횡 분산계수 산정에 대한 활용 가능성을 분석했다.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권6호
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• pp.831-839
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• 2023

본 연구는 재난현장에서 실시간으로 발생하는 정보들을 신속하게 수집·분석하여 정확한 재난현장상황파악과 의사결정을 지원할 수 있는 현장지원시스템의 통합방안을 제안하고, 프로토타입 시뮬레이션을 통해 현장 적용성을 검토하는 것에 그 목적이 있다. 이를 위해 재난현장에서 활용 할 수 있는 정보수집·공유·융합 기술에 대해 검토하였으며, 재난관리 전단계에 필요한 정보자원과 정보의 효율적인 흐름을 만들어낼 수 있는 스마트 재난현장지원시스템의 통합방안에 대해 제시하였다. 이를 기반으로 제작된 프로토타입으로 시스템 운용 가능성을 검토하기 위해 풍수해 재난 시나리오를 토대로 시뮬레이션을 진행하였으며, 시스템 내의 다양한 기능들이 정상적으로 구현되어 GIS 상황판에 표출되는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 급변하는 재난환경 속에서 효율적이고 능동적인 재난대응이 가능해질 것이라 기대된다.