• Ocean Systems Engineering
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• 제6권1호
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• pp.23-60
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• 2016

The major objective of this study was to develop further understanding of 3D nearshore hydrodynamics under a variety of wave and tidal forcing conditions. The main tool used was a comprehensive 3D numerical model - combining the flow module of Delft3D with the WAVE solver of XBeach - of nearshore hydro- and morphodynamics that can simulate flow, sediment transport, and morphological evolution. Surf-swash zone hydrodynamics were modeled using the 3D Navier-Stokes equations, combined with various turbulence models (${\kappa}-{\varepsilon}$, ${\kappa}-L$, ATM and H-LES). Sediment transport and resulting foreshore profile changes were approximated using different sediment transport relations that consider both bed- and suspended-load transport of non-cohesive sediments. The numerical set-up was tested against field data, with good agreement found. Different numerical experiments under a range of bed characteristics and incident wave and tidal conditions were run to test the model's capability to reproduce 3D flow, wave propagation, sediment transport and morphodynamics in the nearshore at the field scale. The results were interpreted according to existing understanding of surf and swash zone processes. Our numerical experiments confirm that the angle between the crest line of the approaching wave and the shoreline defines the direction and strength of the longshore current, while the longshore current velocity varies across the nearshore zone. The model simulates the undertow, hydraulic cell and rip-current patterns generated by radiation stresses and longshore variability in wave heights. Numerical results show that a non-uniform seabed is crucial for generation of rip currents in the nearshore (when bed slope is uniform, rips are not generated). Increasing the wave height increases the peaks of eddy viscosity and TKE (turbulent kinetic energy), while increasing the tidal amplitude reduces these peaks. Wave and tide interaction has most striking effects on the foreshore profile with the formation of the intertidal bar. High values of eddy viscosity, TKE and wave set-up are spread offshore for coarser grain sizes. Beach profile steepness modifies the nearshore circulation pattern, significantly enhancing the vertical component of the flow. The local recirculation within the longshore current in the inshore region causes a transient offshore shift and strengthening of the longshore current. Overall, the analysis shows that, with reasonable hypotheses, it is possible to simulate the nearshore hydrodynamics subjected to oceanic forcing, consistent with existing understanding of this area. Part II of this work presents 3D nearshore morphodynamics induced by the tides and waves.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권12호
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• pp.1273-1284
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• 2018

본 연구에서는 4대강 살리기 사업 후 퇴적현상이 지배적으로 발생하는 남한강과 섬강 합류부 구간을 대상으로 2차원 수치모형인 CCHE2D 모형을 이용하여 하천의 흐름 및 하상변동에 대한 해석을 수행하였다. 대상지점 합류부는 남한강 본류의 만곡부에 지류 섬강이 유입되는 특성을 갖는다. CCHE2D 모형은 비평형 유사이송을 해석하며 소류사와 부유사 조정거리가 중요한 입력변수로 대상지점에서는 소류사 조정거리가 하상변동에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 수치모의 결과 유량비($Q_r$) 변화가 남한강과 섬강 합류부 지점에서 흐름 및 하상변동에 영향을 미쳤으며, $Q_r{\leq}2.5$인 경우에는 합류전 본류의 유속이 증가하여 흐름박리구역을 감소시켰으며 이로 인해 합류부 내측의 퇴적이 감소하였다. $Q_r$>2.5이면 합류부 구간에 퇴적이 증가하여 사주가 형성될 가능성이 높은 것으로 나타났다. 수치모의를 통해 2013년에 발생한 유량비 변화에 의해 합류부에 고정사주가 형성된 것을 알 수 있었다.

• 생태와환경
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• 제38권3호통권113호
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• pp.372-381
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• 2005

본 연구는 PAC를 응집제로 사용한 가압부상법에 의한 부영양저수지의 수질과 퇴적물의 개선효과를 평가하기 수행되었다. 얕은 부영양 저수지에 설치한 mesocosm에서 (가로 ${\times}$ 세로 ${\times}$ 높이: 6 ${\times}$ 6 ${\times}$ 3 m), 입자성물질과 용존성물질의 변화와 노즐에 의한 퇴적물 교란 전 ${\cdot}$ 후의 퇴적물로부터 인용출률을 조사하였다. 부유물질 (SS)과 휘발성고형물의 제거효율은 각각 54.4 ${\sim}$ 71.2%와 57.3 ${\sim}$ 78.5%였다. 총인과 엽록소 a 농도는 제거효율은 각각 73.5 ${\sim}$ 91.5%, 53.7 ${\sim}$ 97.8% 였다. 생화학적 산소요구량은 86% 이상의 제거효율을 나타냈으나 화학적 산소요구량의 제거효율은 28.9 ${\sim}$ 62.8%로 낮았다. 조류의 성장에 쉽게 이용될 수 있는 용존무기인 (DIP)과 용존총인은 각각 34.1 ${\sim}$ 88.2%와 61.8 ${\sim}$ 87.6%의 제거효율을 나타냈다. 퇴적물 부상분리 전 호기적 조건과 혐기적 조건의 산소 환경에서 용존무기인 용출율은 각각 0.821 mg $m^{-2}$$day^{-1}$과 2.270 mg $m^{-2}$$day^{-1}$이였다. 반면에 부상분리 후에는 각각0.684 mg $m^{-2}$$day^{-1}$와 1.760 mg $m^{-2}$$day^{-1}$로 호기적 조건에서는 17%, 혐기적 조건에서는 23%정도의 감소효과를 나타냈다. 용존총인 용출율 또한 가압부상 후에 호기적 조건과 혐기적 조건에서 각각 33% (5.62 ${\to}$ 3.78 mg $m^{-2}$$day^{-1}$)와 20% (6.23 ${\to}$ 4.99 mg $m^{-2}$$day^{-1}$)의 감소가 나타났다. 이러한 결과들은 가압부상시 수체 내 입자상물질의 제거 뿐만 아니라 퇴적물로 부터의 인용출이 억제되므로 얕은 부영양 저수지의 수질개선을 위한 효과적인 대안이 될 수 있음을 제시한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권10호
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• pp.871-883
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• 2005

본 논문은 식생된 개수로 흐름에서 난류의 비등방성이 평균유속 및 난류구조에 미치는 영향을 파악하기 위한 수치모의 연구이다. 비등방성 난류모형인 레이놀즈응력모형을 이용하여 식생이 없는 일반 개수로 흐름과 침수 및 정수식생된 개수로 흐름에서의 평균유속 및 난류구조를 수치모의하였다. 수치모의 결과를 기존의 실험결과 및 k-$\epsilon$ 모형과 응력대수식모형에 의한 계산 결과와 비교하였다. 식생이 없는 일반 개수로 흐름과 정수식생된 개수로 흐름에서의 평균유속과 레이놀즈응력을 계산한 결과 등방성 및 비등방성 난류모형에 의한 해석 결과의 차이가 거의 나타나지 않았다. 즉, 난류의 비등방성의 영향이 매우 작은 것으로 나타났다. 그러나 자유수면 및 바닥 근처에서 발생되는 난류의 감쇠효과에 의한 난류의 비등방성은 레이놀즈응력이 가장 잘 예측하는 것으로 나타났다. 침수식생된 개수로 흐름의 경우 식생높이 부근에서 난류의 비등방성이 강하게 발생하는 것으로 나타났다. 계산된 평균유속 및 난류구조는 레이놀즈응력모형이 다른 모형 보다 가장 정확한 예측을 수행하였으며, 등방성 모형인 k-$\epsilon$ 모형은 식생높이 보다 높은 영역에서 평균유속 및 난류강도를 각각 과대 및 과소 예측하는 것으로 나타났다. 또한 계산된 결과를 이용하여 식생된 개수로 흐름에서의 부유사량을 산정한 결과 등방성 난류모형이 부유사량을 과소 산정하는 것으로 나타났다.

• 한국물환경학회지
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• 제28권2호
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• pp.255-268
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• 2012

Nonpoint source pollution has become a concern for water quality in the Han River system, especially during the high runoff events during the monsoon season. The patterns in nonpoint source runoff the relationships with land use, rainfall intensity, and stream nutrients concentrations were surveyed in 19 streams in the Han River watershed. The results show that the magnitude of NPS inputs of nutrients and sediment in the Han River watershed are of a serious concern. In the South Han River watershed, event mean concentrations (EMC) for biochemical oxygen demand (BOD), suspended sediment (SS), dissolved organic carbon (DOC), dissolved total phosphorus (DTP), total nitrogen (TN) Nitrate ($NO_3$-N) and total phosphorus (TP) were $1.94mg{\cdot}L^{-1},\;251mg{\cdot}L^{-1},\;2.75mg{\cdot}L^{-1},\;0.076mg{\cdot}L^{-1},\;2.82mg{\cdot}L^{-1},\;2.40mg{\cdot}L^{-1}$ and $0.232mg{\cdot}L^{-1}$, respectively. In the North Han River watershed, EMCs for BOD, SS, DOC, DTP, TN, $NO_3$-N and TP were $1.34mg{\cdot}L^{-1},\;172mg{\cdot}L^{-1},\;2.63mg{\cdot}L^{-1},\;0.032mg{\cdot}L^{-1},\;1.97mg{\cdot}L^{-1},\;1.55mg{\cdot}L^{-1}$ and $0.148mg{\cdot}L^{-1}$, respectively. The specific export coefficients of nutrient and sediments were much higher than those of other reports. Our study also found that the proportion of agricultural field area was significantly correlated with the EMCs for nutrients. Therefore, efforts to reduce NPS loading must focus on agricultural practices in the watershed. The relationships between land use and nutrient and sediment export found in this study can be used to derive estimates of runoff coefficients for agricultural field and as input data for modeling works and to develop total maximum daily load and best management practices in the Han River watershed.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권4호
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• pp.395-404
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• 2008

충적하천의 복잡하고 다양한 이동특성을 파악하고 이해하는 것은 하천공학적으로 매우 중요하며, 본 연구에서는 저수로의 이동 및 하상저하로 인하여 취수문제가 있는 경상북도 구미시에 위치한 해평취수장 주변에 대하여 항공사진 분석을 통하여, 시간에 따른 하천의 지형변화, 저수로의 이동 특성을 조사하고 분석하였다. 저수로는 좌안에서 우안으로 이동해 가고 있으며, 저수로는 강턱유량에 대하여 복렬사주가 발달하는 특성을 보여주고 있다. 이는 하천의 경사가 급하고 하폭이 넓고 수심이 얕은 곳에서 발생하는 현상으로서, 저수로의 불안정성이 증가하기 때문이다. 또한 저수로의 사행도가 감소하면서 저수로 폭이 증가하는 것은 제한된 범위 안에서 저수로의 분류와 합류가 활발하게 발생하는 것을 의미한다. 시간의 증가에 따라 저수로 하폭의 증가율과 측방향 이동율은 감소하고 있다. 강턱유량을 이용하여 중규모 영역구분을 수행한 결과, 복렬사주가 발달하는 하천의 특성을 보여주었으며, 모래하천으로서 부유사가 지배적인 하천으로 판단되었다.

• 한국물환경학회지
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• 제25권6호
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• pp.821-831
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• 2009

The study was aimed to assess the expected impact of climate change on the water cycle and soil losses in Daecheong Reservoir watershed, Korea using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) that was validated for the watershed in a previous study. Future climate data including precipitation, temperature and humidity generated by introducing a regional climate model (Mesoscale Model Version 5, MM5) to dynamically downscale global circulation model (European Centre Hamburg Model Version 4, ECHAM4) were used to simulate the hydrological responses and soil erosion processes in the future 100 years (2001~2100) under the Special Report on Emissions Scenario (SRES) A1B. The results indicated that the climate change may increase in the amount of surface runoff and thereby sediment load to the reservoir. Spatially, the impact was relatively more significant in the subbasin Bocheongcheon because of its lower occupation rate of forest land compared to other subbasins. Seasonally, the increase of surface runoff and soil losses was more significant during late summer and fall season when both flood control and turbidity flow control are necessary for the reservoir and downstream. The occurrence of extreme turbidity flow events during these period is more vulnerable to reservoir operation because the suspended solids that remained water column can be resuspended by vertical mixing during winter turnover period. The study results provide useful information for the development of adaptive management strategy for the reservoir to cope with the expected impact of future climate change.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.96-102
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• 2014

하구역의 지형변화를 예측하기 위해 3차원 해빈 변형 모델을 통한 계산이 수행되었다. 본 모델은 수심적분을 기초로 한 준 3차원 연안흐름 모듈로 구성되며, 해안선의 변화, 부유사의 이송-확산 효과를 고려할 수 있다. 우선 모델의 성능을 확인하기 위해 3차원 해빈 변화 모델이 하구역 사주 형성에 적용되었다. 다음으로 동해에 인접한 Ara 강 하구에 모델이 적용되었다. Ara 강의 사주의 동계 변화가 재현되었으며 계산결과는 현장 관측 결과와 좋은 일치를 나타냈다.

• 한국지역지리학회지
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• 제13권4호
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• pp.409-421
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• 2007

본 연구는 1964년 사연댐 건설 이후에 사연호 상류부에 형성된 퇴적지형의 형성과정과 퇴적환경을 고찰하였다. 이를 위하여 퇴적지형의 형태적 특성과 퇴적물의 입경분포를 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 퇴적지형은 수면하 퇴적지 A B와 하중 퇴적지인 C D, 그리고 지류 연안 퇴적지 E로 구분된다. 둘째, 퇴적지형은 유로를 따라 길게 나타나며, 상류에서 높고 하류로 갈수록 낮아진다. 또한 퇴적지형은 유로에서 멀어질수록 고도가 증가하나, A에서는 유로와 가까운 부분이 먼 곳보다 높아 수면 아래의 자연제방으로 이해된다. 셋째, A와 B의 경우에는 유로에서 멀어지면서 세립화 하는 경향이 나타난다. 운반양식의 경우에도 유로에서 멀어질수록 부유하중의 비율이 높아진다. 넷째, 퇴적물의 분급은 수시로 변하는 수위의 영향을 받아 불량 내지 매우 불량하다. 다섯째, A와 B는 수면 아래에서 유로를 따라 운반되는 퇴적물이 유로에서 멀리 확산되어 수직퇴적으로 형성된 것이다. C와 D는 수위가 하강할 때 하상하중의 형태로 운반된 퇴적물이 쌓인 것이다. 그리고 E는 수위 상승 시 지류에 정체수역이 형성됨으로써 수직퇴적된 것이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제31권3호
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• pp.211-215
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• 1998

여주군 여주읍 상거리 내의 임지, 초지, 밭으로 구성되어 있는 소규모 농업유역에서 (35ha) 유출 및 퇴사 탱크를 시설하고 $90^{\circ}V$노치를 설치하여 토양 유실 및 물 수지(收支)를 측정한 결과는 다음과 같다. 유역내 토양 유실량은 $152.2Mg\;35ha^{-1}$으로 유사량은 $78.6Mg\;35ha^{-1}$, 퇴사량 $73.6Mg\;35ha^{-1}$이였다. 유역내 물 유출량은 $65,018Mg\;35ha^{-1}$로 강우량 1,037.9 mm의 17.9 %가 유출되었다 토지 이용별 토양 유실량은 밭 $16.02Mg\;ha^{-1}$, 상전 $2.69Mg\;ha^{-1}$, 초지 $0.58Mg\;ha^{-1}$, 임지 $0.55Mg\;ha^{-1}$ 유실되었다. 토양유실 예측공식에 의한 토양 유실량의 예측치는 실측치보다 임지, 초지 및 밭은 약 20 %정도 과소 추정, 상전은 32% 정도 과소 추정되었다.