• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.362-366
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• 2005

종방향 유속의 연직분포 흐름 특성을 파악하기 위해서 중심각이 $180^{\circ}$인 급변곡선수로에서 실험을 수행하였다. 3차원 유속장 측정은 side-looking ADV를 이용하였다. 실험결과, 흐름이 하류 방향으로 진행함에 따라서 최대 종방향 유속이 하상 근처에서 발생하였으며, 이차류에 의한 이송모멘텀의 분포 값이 바뀌는 단면에서 종방향 유속의 연직분포가 대수분포를 만족하지 않음을 파악하였다 직선하천과는 달리 만곡부 내에서 흐름이 하류방향으로 진행함에 따라서 종방향 유속의 연직분포가 변형되는 현상과 관련된 메카니즘은 지형학적 원인에 의한 원심력 작용은 이차류를 발생시키며, 이로 인해 이송 모멘텀이 종방향 유속의 연직분포를 변형시킨다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.1123-1127
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• 2005

종방향 유속의 연직분포 흐름 특성을 파악하기 위해서 중심각이 $180^{\circ}$인 단일 만곡부에서 실험을 수행하였다. 실험결과를 분석한 후 종방향 유속의 연직분포 흐름특성을 재현하기 위해서 원주형 종방향 운동 방정식에 와점성 개념을 도입하였다. Rozovskii의 종방향 그리고 연직방향 유속식들을 도입하여 이론식을 개발하였다. 이론식의 수리학적 변수들은 원심력 항, Chezy 계수, 그리고 전단유속 항들로 구성되어 있다. 이론식은 곡률반경을 따라 변화하는 만곡부 내에서 종방향 유속의 연직분포가 변형되는 현상을 재현하고 있다. 이론식은 본 연구에서 실험을 통해 취득한 관측자료와 비교한 결과 잘 일치함을 보여주고 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권12호
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• pp.1023-1030
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• 2006

종방향 유속의 특성을 파악하기 위해서 중심각이 $180^{\circ}$인 순환수로에서 실험을 수행하였으며, 3차원 유속장 측정은 측방 음파 도플러 유속계를 이용하였다. 기존의 종방향 유속식들의 단점들을 검토하였다. 종방향 운동 방정식에 와점성 개념을 도입하여 새로운 종방향 유속의 연직분포 식을 개발하였다. 종방향 유속의 연직분포들을 비교한 결과 잘 일치함을 보여주고 있으며, 곡선수로에서 곡률의 변화는 종방향 유속의 연직분포 변화 및 최대 유속 발생 지점에 영향을 미치는 것을 발견하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.468-468
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• 2016

3차원 동수역학 모델을 이용하여 연안 순환에서 발생하는 이안류의 연직 분포를 조사하였다. 이안류 흐름은 변수심 위에서 발생하는 파의 쇄파와 모멘텀 전달에 의해 발생하는 외해방향의 흐름을 의미하는 것으로 해안의 보전, 유지 및 개발 측면에서 매우 중요한 역할을 한다. 지난 수십년동안 이안류와 관련된 현상을 해석하기 위해 많은 연구들이 수행되어 왔다. 하지만 대부분의 연구들은 수심적분된 2차원 모델을 사용하거나 위상 평균된 3차원 모델을 사용하여 이안류 흐름이 발생할 시 유속의 3차원 분포나 각 종 물리량의 시간적인 변화 등을 모의하기 어려웠다. 본 연구에서는 3차원 동수역학 모델 NHWAVE (Non-Hydrostatic WAVE model)을 이용하여 이안류의 연직분포를 조사하였다. 이안류를 발생시키기 위하여 이상적인 이안류 지형을 만들었으며 여러 지점에서 연직분포를 측정하여 수심적분된 Boussinesq 모델과 비교하여 특성을 파악하였다. 수치모의 수행결과, 두 모델 모두 이안류 현상을 잘 재현하였으나 Boussinesq 모델은 수평유속의 연직방향 변화를 잘 재현하지는 못하였다. 또한, 파고가 상대적으로 큰 경우에는 3차원 모델에서는 작은 순환류가 외해 영역에서 발생하였으나 Boussinesq 모델에서는 관측하지 못하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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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.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.587-594
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• 2019

하천 내 흐름에 대한 식생 밀도의 영향을 조사하기 위해 버드나무가 활착된 하천 규모의 자연형 수로에서 유동 측정 실험을 수행하였다. 식생 내 흐름에 대한 하천 규모 실험은 식생의 반 잠김 조건에 대해 수행되었다. 수로 내 식생대(vegetation patch)는 교차로 형성된 사주의 형상으로 배열되었고 식생 구간과 비식생 구간에서의 흐름을 비교하였다. 3차원 유동 구조는 초음파 유속계(Acoustic Doppler Velocimeter)에 의해 측정되었고 종방향 속도의 연직 분포는 다양한 지점에서의 측정값으로부터 분석되었다. 유속은 식생대의 밀도에 따라 다른 양상을 보여 주는데, 식생 구간와 비식생 구간에서의 흐름 속도의 차이는 밀집된 식생대 주변에서 크게 나타나며 흐름 분포의 형태는 식생대의 하류방향 하단에서 복잡한 모습을 나타낸다. 하류에 위치한 식생대 주변의 흐름은 상류에 설치된 식생대에 의해 교란된 흐름에도 불구하고 유사한 분포를 보여준다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.100-100
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• 2017

하천에 유입된 오염물질의 2차원 혼합거동은 하천 주흐름에 의한 이송현상과 유속 성분의 수심평균 값에 대한 공간적 편차로부터 야기되는 분산현상으로 설명 할 수 있다. 이는 3차원 이송확산 방정식으로부터 수심 적분된 2차원 이송-분산 방정식으로 수학적 유도가 가능하며, 수심방향으로 적분하는 과정에서 발생되는 농도의 분산항은 Taylor Dispersion 개념에 기초하여 종방향 및 횡방향의 2차원 분산계수로 표현된다. Fischer(1978)는 연직방향 유속분포로부터 2차원 분산계수를 추정하는 해석해를 수학적으로 유도하였으나, 실제 하천에서 정밀한 연직방향 유속분포를 계측하는 것은 많은 비용 및 노동력을 초래한다. 따라서 선행 연구자들은 2차원 혼합모형의 분산계수를 산정하고자 실험적 방법으로써 추적자실험을 수행하였다. 추적자실험은 추적자 물질을 수체에 주입한 후 농도의 변화를 관측함으로써 추적자물질이 하천에서 이송 및 분산되는 과정을 이해하는데 유용하다. 기존의 추적자실험은 고정된 위치에서 농도를 계측하여 시계열적인 농도의 변화를 관측한 후, 오염운 동결가정을 통해 종,횡방향 분산계수의 산정이 가능하지만, 오염물질 농도의 공간적 분포를 얻기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 기존의 추적자실험법의 한계를 극복하고자 형광물질을 이용한 추적자실험을 수행함과 동시에 드론에 장착된 디지털카메라를 이용하여 항공영상을 취득 및 분석하여, 하천에 주입된 형광물질의 농도분포를 시공간적으로 추출하는 기법을 개발하고, 이를 바탕으로 오염물질의 2차원 혼합거동을 분석하였다. 본 실험은 한국건설기술연구원의 안동하천실험센터의 A3실험수로에서 수행되었으며, 실험수로는 평균 하폭 5 m, 평균 수심 0.44 m, 유량 $0.96m^3/s$의 실제 소규모 하천과 유사한 축척을 가지고 있다. 추적자물질은 Rhodamine WT 용액이 사용되었으며, 실험수로 내 설치된 15개의 형광광도계(YSI-600OMS)를 이용하여 농도를 측정하였다. 항공영상의 취득을 위해 이용된 드론은 DJI-Phantom 3 Professional 이며, 3840x2160의 해상도로 초당 30 frame의 동영상으로 취득되었다. 영상의 정합 및 좌표화를 위해 RTK-GPS를 이용하여 12개의 지상 기준점의 좌표를 취득한 후, 사영변환을 통해 영상좌표를 지상좌표로 변환하였다. 영상의 픽셀값을 농도장으로 변환하기 위해 각 RGB 밴드의 픽셀값을 통계적으로 분석하여 농도장으로 변환하였으며, 영상으로부터 얻은 농도장은 형광광도계에 의해 실측된 농도와 결정계수 0.9이상의 수준으로 정확도를 나타냈다.