• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.614-614
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• 2012

개수로에서 혹은 수리구조물 주변에서의 흐름 및 난류 특성을 파악하기 위해서는 연직유속분포 및 수심별 평면유속분포의 측정이 필요하다. 유속분포를 측정하기 위한 방법은 음파 도플러 유속계(ADV:Acoustic Doppler Velocimetry)를 사용하는 방법과 PIV 기법을 이용하는 방법이 있다. 일반적으로 ADV는 한 지점의 유속을 시간변화에 따라 연속적으로 측정할 수 있어 난류특성의 정량적인 해석에 장점이 있으나 동시간에 여러 지점을 측정할 수 없기 때문에 난류의 공간적인 문제를 해석함에 있어서 한계가 있다. 그러나, 입자영상유속계(PIV:Particle Image Velocity)는 측정하고자 하는 단면에서 연직 횡단면의 유속분포 및 수심별 평면 유속분포 흐름장 측정이 가능하여 난류흐름의 공간적인 문제를 해석하는데 효과적일 뿐만 아니라 영상간의 시간간격을 짧게 하고, 촬영시간을 충분히 길게 한다면 개수로 내 난류특성 분석도 가능하다. 이에 본 연구의 목적은 PIV 기법을 이용하여 매끄러운 하상의 개수로에서 연직유속분포를 측정하고 그 특성을 정량적으로 분석하고자 한다. 본 연구에서는 첫째, PIV 기법을 이용하여 측정한 연직유속분포와 3차원 전자식 유속계를 이용하여 측정한 연직유속분포를 비교 분석하였다. 둘째, 후류법칙에 의해 계산된 연직유속분포와 PIV 기법을 이용하여 측정한 연직유속분포의 비교를 위해 각각의 무차원 유속분포(지점 유속/지점 마찰속도)를 계산하고 비교하였다. 마지막으로 각 흐름 조건에 따라 수심의 변화를 주어 연직유속분포를 PIV 기법으로 측정한 후 개수로의 수심변화에 따른 연직유속의 특성을 분석하였다. 분석 결과, PIV 기법을 이용하여 측정한 연직유속 성분에 비해 3차원 전자식 유속계로 측정한 연직유속 성분이 작게 나타났고 바닥에서부터 0.2h 지점까지는 무차원 유속분포(지점 유속/지점 마찰속도)가 후류법칙과 잘 맞는 경향을 보였으나 0.2h 지점부터 수표면까지는 유속이 감소하는 현상이 나타났다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.11
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• pp.971-976
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• 2018

An accurate analysis of pipeline transient is important for proper management and operation of a water distribution systems. The computational accuracy and its cost are two distinct components for unsteady flow analysis model, which can be strength and weakness of three-dimensional model and one-dimensional model, respectively. In this study, we used two-dimensional unsteady flow model with Five-Region Turbulence model (FRTM) with the implementation of interaction between liquid and air Since FRTM has an empirical component to be determined, we explored the response feature of two-dimensional flow model. The relationship between friction behaviour and the variation of undetermined parameter was configured through the comparison between numerical simulations and experimental results.

• Journal of Bio-Environment Control
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• v.28 no.4
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• pp.279-285
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• 2019

To estimate daily canopy photosynthesis, accurate estimation of canopy light interception according to a daily solar position is needed. However, this process needs a lot of cost, time, manpower, and difficulty when measuring manually. Various modeling approaches have been applied so far, but it was difficult to accurately estimate light interception by conventional methods. The objective of this study is to estimate the spatial distributions of light interception and photosynthetic rate of paprika with time by using 3D-scanned plant models and optical simulation. Structural models of greenhouse paprika were constructed with a portable 3D scanner. To investigate the change in canopy light interception by surrounding plants, the 3D paprika models were arranged at $1{\times}1$ and $9{\times}9$ isotropic forms with a distance of 60 cm between plants. The light interception was obtained by optical simulation, and the photosynthetic rate was calculated by a rectangular hyperbola model. The spatial distributions of canopy light interception of the 3D paprika model showed different patterns with solar altitude at 9:00, 12:00, and 15:00. The total canopy light interception decreased with an increase of surrounding plants like an arrangement of $9{\times}9$, and the decreasing rate was lowest at 12:00. The canopy photosynthetic rate showed a similar tendency with the canopy light interception, but its decreasing rate was lower than that of the light interception due to the saturation of photosynthetic rate of upper leaves of the plants. In this study, by using the 3D-scanned plant model and optical simulation, it was possible to analyze the light interception and photosynthesis of plant canopy under various conditions, and it can be an effective way to estimate accurate light interception and photosynthesis of plants.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.3C
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• pp.143-155
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• 2006

SPT-Uphole tomography method was introduced for the evaluation of near subsurface shear wave velocity (Vs) distribution map. In SPT-Uphole method, SPT (Standard Penetration Test) which is common in geotechnical site investigation was used as a source and several surface geophones in line were used as receivers. Vs distribution map which is the triangular shape around the boring point can be developed by tomography inversion. To obtain the exact travel time information of shear wave component, a procedure using the magnitude summation of vertical and horizontal components was used based on the evaluation of particle motion at the surface. It was verified that proposed method could give reliable Vs distribution map through the numerical study using the FEM (Finite Element Method) model. Finally, SPT-Uphole tomography method was performed at the weathered soil site where several boring data with SPT-N values are available, and the feasibility of proposed method was verified in the field.

• KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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• v.5 no.9
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• pp.401-410
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• 2016

3D registration is a computer vision technique of aligning multi-view range images with respect to a reference coordinate system. Various 3D registration algorithms have been introduced in the past few decades. Iterative Closest Point (ICP) is one of the widely used 3D registration algorithms, where various modifications are available nowadays. In the ICP-based algorithms, the closest points are considered as the corresponding points. However, this assumption fails to find matching points accurately when the initial pose between point clouds is not sufficiently close. In this paper, we propose a new method to solve this problem using the 6D distance (3D color space and 3D Euclidean distances). Moreover, a color segmentation-based adaptive sampling technique is used to reduce the computational time and improve the registration accuracy. Several experiments are performed to evaluate the proposed method. Experimental results show that the proposed method yields better performance compared to the conventional methods.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.92-92
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• 2017

본 연구에서는 수치모델을 이용하여 대하천서 발생되는 조류의 공간적 농도 분포를 예측하였고, 현장실험을 통해 모델을 검증하였다. 국내하천은 다수의 지류가 본류로 유입됨에 따라 오염물질의 생산과 공급이 지속적으로 발생하고, 하천의 유로연장과 하폭에 비해 수심이 낮은 지형학적 특성을 지닌다. 따라서 지류 유입 이후 발생되는 조류의 거동 특성을 분석하기 위해 수심 적분된 2차원 이송-확산 모델을 사용하였다. 광합성 성장을 이루는 조류의 성장속도 계산을 위해 영양염류, 수온, 일사량과 수심 등을 변수로 하는 성장속도 함수들을 위의 모델과 결합하였다. 본 연구의 대상구간은 낙동강과 금호강 합류부를 포함한 강정고령보 하류 약 9.2 km 구간으로 모델 검증을 위한 현장실험을 수행하였다. 2차원 이송-확산 모델의 입력 값인 유속 및 수심을 계산하는 수리동역학 모델 검증을 위해 미국 Sontek사의 M9을 이용하여 낙동강과 금호강 각각 32개, 12개 측선에 대하여 수리량을 측정하였다. 수리량 측정결과, 금호강과 낙동강의 평균 유량은 각각 $240m^3/s$, $60m^3/s$로 측정되었고 측정된 유량을 모델의 상류단 경계조건으로 사용하여 측정 유속 및 수심과 유사한 결과를 모델로부터 취득할 수 있었다. 조류 농도 측정을 위해 독일 bbe사의 AlgaeTorch 10을 사용하였으며, 수리량 측정과 동일한 측선서 총 조류 세포수(cells/ml)를 측정하였다. 농도 측정결과, 하류로 내려감에 따라 조류의 농도가 증가하는 경향이 나타났고 금호강 합류 후 최대농도는 측정구간 최하류 우안서 4,460 cells/ml로 나타났다. 주 흐름이 발생하는 하천 중앙부에 비해 유속이 느린 하안서 상대적으로 높은 농도가 측정되었으며, 이와 같은 경향은 하류로 내려감에 따라 강하게 나타났다. 측정된 조류 농도를 이용한 2차원 이송-확산 모델 검증결과, 합류부 최상류 측선서 MAPE = 10.5 %의 최대오차가 발생하였고 최하류 측선서 MAPE = 6.7 %의 최소오차가 발생하였다. 인과 질소와 같은 영양염류의 농도가 높고 횡 방향 수온 분포가 균일한 대상구간의 특성상 영양염류 함수와 수온 함수로부터 계산된 성장속도 가중치 범위는 각각 0.8~1.0, 0.91~1.09로 공간적 변동성이 크게 나타나지 않은 반면, 수심을 변수로 하는 일사량 함수의 성장속도 가중치 범위는 0.05~1.00으로 상대적으로 매우 높은 공간적 변동성이 나타났다. 수심이 4 m 이하인 하천 양안서 0.8 이상의 가중치가 나타났으며, 수심이 7 m 이상인 하천 중앙서 0.4 이하의 가중치가 나타났다. 본 연구의 수치모의 결과, 수리동역학 모델로부터 계산된 수심이 모델 결과 값에 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.22 no.4
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• pp.468-480
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• 1998

A flow measurement system which is able to measure the instantaneous three-dimensional velocity components and the pressure distribution of fluid flows is developed using a digital image processing system and the stereoscopic photogrammetry. This system consists of two TV cameras a digital image processor and a 32-bit microcomputer. The capability of the developed system is verified by a preliminary test in which three-dimensional displancements of moving particles arranged on a rotating plate are tracked automatically. The constructed system is through the measurement and spatial pressure distribution is also obtained. The measurement uncertainty of this system is evaluated quantitatively. The present technique is applicable to the measurement of an unsteady fluid phenomenon especially to the measurement of three-dimensional velocity field of a complex flow.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1996.05c
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• pp.577-582
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• 1996

지하수 유동체계 해석 모델인 2차원의 TRAFRAP 모델과 3차원의 MODFLOW모델을 사용하여 삼광광산 주변일대를 모델링하였다. 그 결과 암반내의 평균 지하수 유동속도는 1m/년 총 지하수 유출량은 640㎥/일로 분석되었다. 또한 열극대를 고려하여 유동체계를 해석하면, 열극대 주변에서는 물이 빠르게 유동하므로 수두값이 작아지고 지하수 유동로는 평균 100 m 정도 깊은 곳에 형성됨을 알 수 있다.

• Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.26 no.1
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• pp.11-23
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• 1989

A computer code has been developed to simulate three-dimensional viscous flows over a ship-stern. Semi-elliptic forms of Reynolds equations are adopted and numerically generated body-fitted coordinate systems are used to resolve complex geometries of the ship-hull. A standard form of $k-\varepsilon$ turbulence model is adopted for evaluation of the Reynolds stresses. Turbulent flows on a model with 3:1 elliptic sections and the SSPA-720 container ship model are predicted by using the code. Calculated pressure distributions of hull-surfaces and mean velocity distributions are generally in good agreements with measured values in wind-tunnels. But turbulent kinetic energies tend to be over-estimated near the stern in comparison with measured data.