• 제목/요약/키워드: 유관추적법

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하천 오염물질의 2차원 혼합 해석을 위한 유관추적모형의 개발 및 적용 (Development of Streamtube Routing Model for Analysis of Two-Dimensional Pollutant Mixing in Rivers)

  • 백동해;서일원
    • 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.

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하천 혼합 해석을 위한 2차원 이송-분산 모형의 종분산계수 예측 (Predicting Longitudinal Dispersion Coefficient of Two-dimensional Model for Analysis of Mixing in Natural Streams)

  • 서일원;최황정
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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    • pp.75-75
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    • 2015
  • 오염원과 취수장이 동일 구간 내에 공존하는 국내하천의 특성상, 하천 평면 내에서 오염물의 거동 및 혼합 특성을 보다 정확하게 해석하기 위해서는 2차원 이송-분산 모형의 적용이 필요하다. 이를 위해서는 2차원 모형의 주요 매개변수인 종분산계수와 횡분산계수의 적절한 입력이 매우 중요하다. 하지만 국내외적으로 횡분산계수에 대한 연구는 많이 진행된 반면, 현재까지 종분산계수에 대한 연구는 충분히 이루어지지 않은 실정이다. 분산계수를 결정하는 방법에는 실측된 농도 자료의 유무에 따라 크게 두 가지로 분류된다. 실측된 농도 자료가 없는 경우, 이론식이나 경험식을 이용하는 방법이 있다. 반면에 추적자 실험 등을 수행하여 실측된 농도 자료가 있는 경우, 모멘트법 또는 추적법을 적용하여 농도-시간 분포 곡선으로부터 분산계수를 계산하는 것이다. 모멘트법은 임의 지점에서 농도의 횡분포를 통해 얻을 수 있는 2차 모멘트의 종방향 변화율이 횡분산계수와 비례한다는 원리를 이용한 것이며, 추적법은 상류부의 관측된 농도를 입력자료로 하여 하류부의 농도를 계산한 후 계산된 농도와 실측된 하류부 농도의 비교를 통해 분산계수를 산정하는 방법이다. 본 연구에서는 불규칙한 단면 형상을 가지는 자연하천에서의 2차원 종 횡분산계수를 산정하기 위해서 Baek & Seo(2010)가 제안한 2차원 유관추적법(2D Stream-tube Routing Procedure)을 적용하였다. 본 연구에서는 국내 자연하천 중 다양한 사행형태를 갖으며 수질오염 사고의 위험이 높은 구간을 선정하고, 추적자로서 Rhodamine WT를 이용하여 현장실험을 수행하였다. 실험에서 수집된 수리량 및 농도자료로부터 추적자의 2차원적 거동을 분석하였으며, 2차원 유관추적법을 적용하여 종분산계수를 산정하였다. 그 결과 하폭 대 수심비(W/H)와 마찰손실관련 무차원변수(U/U*)의 증가에 따라 종분산계수가 증가됨을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 산출된 종분산계수와 선행 연구에서 수집된 자료를 이용하여 추정식을 개발하였다. 차원해석을 통해 무차원 종분산계수에 영향을 미치는 무차원 인자를 선별하고 회귀분석을 이용하여 종분산계수 추정식을 유도하였다. 추정식을 이용하여 산정한 종분산계수의 범위는 Elder (1959)가 제안한 이론값보다 약 10배 정도로 크게 나타났다. 혼합 특성이 밝혀지지 않은 자연하천에 2차원 확산모형을 적용하고자 할 때 본 연구에서 개발된 추정식으로부터 계산된 종분산계수를 사용할 수 있을 것이다.

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Rhodamine-WT을 이용한 자연하천에서의 추적자 실험 (Tracer Tests On Using Rhodamine-WT in Natural Streams)

  • 서일원;김영도;최황정;한은진;문현생
    • 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.

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자연하천에서 횡혼합에 관한 추적자 실험 (Tracer Test on Transverse Mixing in Natural Streams)

  • Baek, Kyong Oh;Seo, Il Won;Jeon, TaeMyoung
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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    • pp.409-413
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    • 2004
  • 자연하천에서의 횡혼합 특성을 분석하고 횡분산계수를 산정하기 위해서 추적자 실험을 실시하였다. 추적자 실험은 섬강에서 세번, 홍천강에서 두번, 청미천에서 한번, 총 여섯 군데에서 실행되었다. 각각의 실험에서 속도, 수심, 유속과 같은 수리량이 측정되었다. 추적자로서는 미량으로도 관측이 용이하며 병원에서 진찰용으로 사용할 만큼 인체에 해롭지 않은 방사성 동위원소 (I-131)를 사용하였다. 추적자 실험을 통해 얻어진 농도데이터와 수리량 데이터를 이용하여 횡분산계수를 산정하였으며 이때 모멘트 방법과 수정모멘트 방법 그리고 유관모형 추적법이 사용되었다. 세가지 방법을 이용하여 산정된 횡분산계수를 토대로 각각의 방법이 자연하천에서의 횡분산계수를 산정하는데 합당할지를 비교 분석하였다. 또한 여섯 경우의 지형이 다른 자연하천에서 구한 횡분산계수를 토대로 하천의 형상에 의해 하천에서의 횡분산 거동이 어떻게 달라지는가를 분석하였다.

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연속주입 오염물 추적을 통한 하천 횡혼합 해석 (Analysis of transverse mixing in rivers by tracing of continuously injected pollutants)

  • 서일원;정성현
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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    • pp.193-193
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    • 2015
  • 오염원과 취수원이 인접한 위치에 존재하는 국내 하천 같은 경우 취수 시설의 안전한 관리를 위하여 오염물의 2차원 혼합 거동에 대한 연구가 필요하다. 하천에서의 오염물 혼합 거동을 분석하기 위하여 일반적으로 농도와 분산 정보 수집을 위한 추적자 실험을 수행해왔다. 기존에 수행된 추적자 실험들은 형광염료, 방사선 물질, 고형 물질 등과 같은 추적자를 인위적으로 주입하여 사용하였다. 그러나 수온, 전기전도도(electrical conductivity), 이온화 물질 등과 같은 자연 추적자(natural tracers)를 이용하는 추적자 실험은 인공추적자 물질을 대체할 수 있는 방안으로서, 기존 추적자 실험과 비교하여 경제적, 환경적인 효과와 하폭이 넓은 중규모 이상의 하천에서도 수행할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 진천천과 금호강이 합류하는 낙동강 중류 구간에서 횡혼합 연구를 위하여 전기 전도도 추적 실험을 수행하였다. 강정고령보 직하류에서 낙동강 좌안쪽에서 합류하는 금호강과 진천천의 경우 인근 공업단지와 하폐수처리장으로부터 많은 비점오염원과 점오염원이 유입된다. 두곳의 지류에서 모두 높게 측정되었던 전기전도도를 자연 추적자로 선택하였다. 지류의 경우 전기전도도를 측정할 수 있는 센서를 측정 지점에 설치하여 측정하였으며, 본류인 낙동강의 경우 정해진 측선을 따라 센서가 고정된 보트를 이동하며 데이터를 취득하였다. 지류인 금호강과 진천천의 경우, 합류 전 전기전도도의 농도의 횡분포는 균일한 분포를 나타냈으며 농도의 평균값은 합류 전 낙동강 본류의 기저농도 보다 더 높은 값을 나타내었다. 지류 합류 이후의 낙동강 본류에서는 지류로부터 유입된 오염물질로 인하여 횡방향으로 불균등한 전기전도도 농도 분포를 나타내었으며 오염물질이 점점 하류 쪽으로 이동하면서, 횡방향 농도경사의 크기가 줄어들었다. 유관모멘트법을 농도곡선에 적용하여 횡방향 분산계수를 산정하였다. 산정된 횡분산계수의 값은 Rutherford (1994)가 제안한 분산계수의 범위에 포함되는 것으로 나타났다.

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Semi-Lagrangian 이류항 계산의 추적법 개선 (Improved Trajectory Calculation on the Semi-Lagrangian Advection Computation)

  • 박수완;백낙훈;유관우
    • 정보처리학회논문지A
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    • 제16A권6호
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    • pp.419-426
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    • 2009
  • 일반적으로 사실성 있는 유체를 시뮬레이션하기 위해 Navier-Stokes 방정식을 사용한다. Euler 구조에서 Navier-Stokes 방정식을 풀 때, 이 류항은 비선형이어서 계산이 복잡하기 때문에 근사화한 모델로 Semi-Lagrangian 방법을 사용한다. Semi-Lagrangian 방법에서는 먼저 이류하 는 위치를추적하고, 추적한 위치에서 값을 보간해서 사용한다. Stam이 제안한 방법으로 계산할 경우, 이 과정에서 수치적 소실이 많이 발생하 기 때문에 수치적 소실을 보정하려는 노력들이 있어 왔다. 그러나 대부분의 경우에 보간하는 과정에서의 소실을 줄이려는 노력이거나, 입자를 같이 사용하는 방법이었다. 따라서 본 논문에서는 Euler 구조에서 다른 추가나 변형을 가하지 않고 이류항의 연산에서 추적법을 개선함으로 수 치적 소실을 줄이는 방법을 제안한다. 우리의 방법에서는 현재 격자의 속도로 역추적하는 기존의 방법이 아니라, 현재의 격자로 오게 될 속도 를 가진 격자를 찾아서, 그 격자의 물리량들을 선형 보간하여 사용한다. 이는 직관적으로 생각할 때, 어느 지점의 물리량은 그 지점의 속도로 인해 다음 단계에 다른 지점에 있게 된다는 사실을 그대로 적용한 것이다. 본 논문에서 제안한 방법으로 기체를 시뮬레이션 했을 때 수치적 소 실이 줄었으며, 그로 인해 사실성을 높이면서도 실시간 처리가 가능했다.

차세대 국방기술정보통합서비스 구축에 관한 연구 (A Study on Implementation of the advance Defense Technology inforMation Service)

  • 김미정
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제18권6호
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    • pp.636-645
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    • 2017
  • 국방기술정보관리를 위한 정보체계는 국방관련기관에서 개별적으로 보유하고 있는 데이터를 관리하고 적시에 제공하여 사용자의 업무 및 관리자의 의사결정을 지원해야한다. 본 연구의 목적은 국방기술정보관리체계인 DTiMS의 차세대 서비스 구축 방안을 제시함에 있다. 그동안 DTiMS는 법 제도적으로 부여된 임무인 국방과학기술정보 수집 관리 유통 역할을 수행함에 있어 수집관리 분야에 집중되어 왔다. 따라서 서비스 운영에 있어서 기술정보 유통분야 강화 및 수집관리방안 재정립이 필요한 시점이다. 이를 위해 수요자 관점에서 정보의 활용가치를 높일 수 있는 서비스 방향과 무기체계 총수명주기/기술획득 전 순기를 토대로 수집관리대상 기술정보 재정립 방안을 제시하였다. 본 연구에서는 국내 외 유관기관의 관리대상정보와 운영방안을 조사하여 비교 분석하였다. 또한 기존 서비스의 현황분석을 통해 관리대상정보 재정립, 정보관 연관성과 추적성, 사용자 활용성 강화를 위한 인터페이스 적용의 개선과제를 제시했다. 제안된 구축방향은 차세대 국방기술정보통합서비스(Defense Technology inforMation Service, DTiMS) 구축을 통하여 구현하였다. 본 연구의 결과는 향후 무기체계 총수명주기 서비스로 발전하는데 기여할 것으로 기대되며, 국방 기술기획, 연구개발, 정책 의사결정을 효과적으로 지원할 수 있는 도구로써 활용될 것이다.

폐암환자에서 혈청 CEA, SCC, Cyfra21-1, TPA-M 측정의 의의 (Clinical Application of Serum CEA, SCC, Cyfra21-1, and TPA in Lung Cancer)

  • 이준호;김경찬;이상준;이종국;조승재;권건영;한승범;전영준
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제44권4호
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    • pp.785-795
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    • 1997
  • 연구배경 : 종양 표지자는 각종 악성 종양의 진단, 진행정도, 절제 가능성, 예후추정, 치료후 추적 검사 등에도 사용될 수 있으나 민감도와 특이도가 만족스럽지 못한 경우가 많아서 임상에서 보조적인 수단으로 이용되고 있는 경우가 대부분이다. 최근 Cyfra21-1이 비소세포 폐암의 진단에 CEA, SCC보다 우수하다는 보고가 있었고 단일클론 항체를 이용한 TPA-M(Tissue polypeptide antigen)이 비소세포 폐암은 진단하는데 상당히 우수한 결과를 보인다고 보고하고 있다. 이에 폐암환자에서 혈청 CEA, SCC, Cyfra21-1, TPA-M의 임상적 유용성을 서로 비교해 보고자 이 연구를 시행하였다. 방 법 : 1996년 4월 1일 부터 19961건 8월 31일까지 계명대학교 의과대학 병원에 내원한 환자중 조직 생검으로 확진된 비소세포 폐암 37예와 소세포 폐암 12예를 총 49예를 폐암 환자군으로 같은 기간의 입원 환자 중 양성 양성 폐질환으로 확진된 29예를 대조군으로 선정하였고 폐암 환자의 경우 수술, 항암요법 및 방사선치료를 전혀 시행하지 않은 상태에서 혈청을 채취하여 검사를 시행하였다. CEA는 일본 Eiken사의 Ab bead CEA, SCC는 미국 DAINABOT사의 SCC RIA BEAD kit, Cyfra21-1은 일본 TFB사의 CA 21-1 kit, TPA-M은 일본 DAIICHI사의 TPA-M kit를 사용하였다. 결 과 : 전체 폐암환자와 대조군을 비교해보면 CEA가 $10.05{\pm}38.39{\mu}/L$, $1.59{\pm}0.94{\mu}/L$, SCC가 $3.04{\pm}5.79{\mu}/L$, $1.58{\pm}2.85{\mu}/L$, Cyfra21-1이 $8.27{\pm}11.96{\mu}/L$, $1.77{\pm}2.72{\mu}/L$, TPA-M이 $132.02{\pm}209.35U/L$, $45.86{\pm}75.86U/L$으로 나타났으며 Cyfra21-1과 TPA-M은 폐암환자에서 대조군보다 종양 표지자의 측정치가 유의하게 높았다.(p<0.05) CEA, Cyfra21-1, TPA-M, SCC의 cutoff value를 회사에서 권장하는 $2.5{\mu}/L$, $3.0{\mu}/L$, 70.0U/L, $2.0{\mu}/L$로 하였을 때 전체폐암에 대한 민감도와 특이도는 CEA 33.3%와 78.6%, Cyfra21-1 50.0%와 89.7%, TPA-M 52.3%와 89.7%, SCC 23.8%와 89.3%이었으며 비소세포 폐암에 대하여서는 CEA 36.1%와 78.1%, Cyfra21-1 50.1%와 89.7%, TPA-M 53.1%와 89.7%, SCC 33.8%와 89.3% 소세포 폐암의 경우에도 CEA 25.0%와 78.5%, Cyfra21-1 50.0%와 89.6%, TPA-M 50.0%와 89.6%, SCC 0%와 89.2%로 폐암환자에서 Cyfra21-1과 TPA-M이 민감도와 특이도에 있어 더 우수한 결과를 보였고 비소세포 폐암환자에서 SCC도 높은 특이도를 나타내었다. ROC(Receiver operating characteristic) curve에 따라 민감도와 특이도를 얻어 가장 정확도가 높은 cutoff value를 CEA $1.25{\mu}/L$, Cyfra21-1 $1.5{\mu}/L$, TPA-M 35U/L, SCC $0.6{\mu}/L$로 하여 민감도와 특이도, 정확도 및 kappa index를 비교해 보아도 Cyfra21-1과 TPA-M이 더 우수한 결과를 나타내었다. 병기에 따른 비소세포 폐암에서의 종양 표지자를 3A 병기까지와 3B 병기이상으로 나누어 비교해보면 3B 병기이상에서 SCC에서만 통계적 유의성을 보였다. (p<0.05) 그러나 종양크기에 따른 종양표지자의 측정치는 통제적 유의성이 없었다.(p>0.05) 결 론 : 혈청 TPA-M과 Cyfra21-1은 폐암환자에 있어 CEA나 SCC보다 민감도와 특이도가 높으며 SCC의 경우 비소세포 폐암에 있어 높은 특이도를 보였으며 SCC의 측정치가 병기와 유관하게 나타났으나 종양의 크기와 병기의 진행과의 관계에 있어서는 더 많은 환자들을 대상으로 한 연구가 행해져야 할 것으로 생각된다.

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