• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제27권4호
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• pp.43-49
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• 2007

This study is conducted to improve the efficiency of a thermal storage tank. The thermal storage tank was designed to store heat energy that obtained from the solar or the others heat sources. However, it has difficulties in storing heat with nonuniform temperature through the entire tank with respect to the vertical direction, This study is focused on the thermal stratification to improve thermal comfort for the resident in house. To enhance temperature stratification of the tank, a distributor was designed and installed in the middle of the storage tank vertically. The vertically designed distributor could supply the return water with stratified temperature in the storage tank with respect to the height. The water velocity from the distributor hole is the same with the other outlet in the distributor. However, gravity effect on the flow in the storage tank is much higher than that of the velocity effect due to that Froude Number is less than 1. During the heat charging process in the storage tank, temperature maintained with little difference with respect to the height. However the charging process takes long time to get a effective temperature for the heating or hot water supply because of all of water in the storage tank needs to be heated.

• 한국물환경학회지
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• 제30권5호
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• pp.491-502
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• 2014

As meteorology is the driving force for lake thermodynamics and mixing processes, the effects of climate change on the physical limnology and associated ecosystem are emerging issues. The potential impacts of climate change on the physical features of a reservoir include the heat budget and thermodynamic balance across the air-water interface, formation and stability of the thermal stratification, and the timing of turn over. In addition, the changed physical processes may result in alteration of materials and energy flow because the biogeochemical processes of a stratified waterbody is strongly associated with the thermal stability. In this study, a novel modeling framework that consists of an artificial neural network (ANN), a watershed model (SWAT), a reservoir operation model(HEC-ResSim) and a hydrodynamic and water quality model (CE-QUAL-W2) is developed for projecting the effects of climate change on the reservoir water temperature and thermal stability. The results showed that increasing air temperature will cause higher epilimnion temperatures, earlier and more persistent thermal stratification, and increased thermal stability in the future. The Schmidt stability index used to evaluate the stratification strength showed tendency to increase, implying that the climate change may have considerable impacts on the water quality and ecosystem through changing the vertical mixing characteristics of the reservoir.

• 한국수자원학회논문집
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• 제57권2호
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• pp.99-110
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• 2024

팔당호 취수장은 수도권 주민에게 상수원을 공급하는 주요 취수장으로, 상수원의 수질 관리를 위해 국가 차원에서 노력을 기울이고 있다. 팔당댐 취수장 인근의 수심이 가장 깊은 지역은 여름철에 연직 방향으로 성층이 발견되는데, 성층의 원인이 밀도류에 의한 것인지 여름철 기온에 의한 것인지 명확하게 분류하기 어려운 실정이다. 본 연구에서는 팔당호 주요 지점의 연직 수질 측정을 통해 밀도류에 의한 성층과 기온에 의한 성층을 분류하고, 발생 원인을 분석하였다. 연구 결과로는 밀도류와 기온에 의한 성층을 구분하였으며, 밀도류의 형성은 유입 하천 간 수온 차이에서 기인하는 것으로 확인되었지만, 밀도류의 지속 거리는 유속에 크게 의존하는 것으로 나타났다. 또한, 갈수기와 풍수기 혼합 특성을 기반으로 하천형과 호소형 특성을 가진 지역으로 팔당호를 분류하였다.

• 한국물환경학회지
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• 제36권5호
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• pp.392-404
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• 2020

The focus of this study was to quantify the thermal stratification and analyze the relationship between the stratification structure and the tributaries to understand flow variations in the Paldang Reservoir. The vertical distribution of the temperature and density gradients, and the depth and thickness of the thermocline were quantitatively calculated using a lake physics tool (rLakeAnalyzer) and high-frequency monitoring data. Based on a density gradient of 0.2 kg/㎥/m, the thermocline was formed from mid-May to early-September 2019 and the other periods were weakly stratified or mixed. The thickness of the thermocline was developed until 4.7 m and the depth of the thermocline was formed at a depth of 3 - 6 m at the front of the Paldang Reservoir. During the formation of the thermocline, the Namhangang and Gyeongancheon tributaries with relatively high water temperature (low-density) flowed into the upper layer of the reservoir, and the Bukhangang tributary with low water temperature (high-density) mainly affected the lower layer of the reservoir. This is because the density currents were formed due to the difference in the water temperature of the tributaries. The findings of this study may be used for constructing high-frequency monitoring and quantitative data analyses of reservoirs.

• 수산해양기술연구
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• 제33권1호
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• pp.9-26
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• 1997

Stokes drift(SD) and Lagrangian discharge(LD) are important factors for analysis of flushing time, tidal exchange, solute transport and pollutant dispersion. The factors should be calculated using the approached method to flow phenomena. The aim of this paper re-examines the previous procedures for computing the SD and LD, and is to propose the new method approached to stratified flow field in the cross-section of coastal region, e.g. Masan Bay. The intensity of velocity near the bottom boundary layer(BBL) depends on the sea-bed irregularity in the coastal estuaries. So we calculated the depth mean velocity(DMV) considering that of BBL omitted in Kjerfve's calculation method. It revealed that BBL effect resulting in application of the bay acts largely on DMV in half more among 1l stations. The new expression of SD and LD per unit width in the cross-section using the developed DMV and proposed decomposition procedure of current were derived as follow : $$Q=u_0+\frac{1}{2}H_1{U_1cos(\varphi_h-\varphi_u)+U_3cos(\varphi_h-\varphi{ud})} LD ED SD$(Q_{skim}+Q_{sk2}) The third term, $Q_{sk2}$, on the right-hand of the equation is showed newly and arise from vertical oscillatory shear. According to the results applied in 3 cross-sections including 11 stations of the bay, the volume difference between proposed and previous SD was founded to be almost 2 times more at some stations. But their mean transport volumes over all stations are 18% less than the previous SD. Among two terms of SD, the flux of second term, $Q_{skim}$, is larger than third term, $Q_{sk2}$, in the main channel of cross-section, so that $Q_{skim}$ has a strong dependence on the tidal pumping, whereas third term is larger than second in the marginal channel. It means that $Q_{sk2}$ has trapping or shear effect more than tidal pumping phenomena. Maximum range of the fluctuation in LD is 40% as compared with the previous equations, but mean range of it is showed 11% at all stations, namely, small change. It mean that two components of SD interact as compensating flow. Therefore, the computation of SD and LD depend on decomposition procedure of velocity component in obtaining the volume transport of temporal and spacial flow through channels. The calculation of SD and LD proposed here can separate the shear effect from the previous SD component, so can be applied to non-uniform flow condition of cross-section, namely, baroclinic flow field.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제12권4호
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• pp.227-234
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• 2009

강에서 유출된 담수가 연안지역에 영향을 미치는 영역을 결정하는 요인 중 하나인 담수풍선의 특성을 비정규격자계를 사용하는 유한체적모델(FVCOM)을 이용하여 연구하였다. 강에서 바다로 유출된 담수는 하류 쪽(강에서 바다를 보면서 오른쪽)으로 이동하는 연안경계류와 강 하구에서 반시계방향으로 회전하며 시간이 지남에 따라 커지는 와류형태의 담수풍선(bulge)을 만든다. 이 담수풍선의 중심에서 수직운동이 유도되어 담수가 해저면 까지 이동한다. 조석을 고려하면 담수풍선이 사라지고, 연안경계류의 폭이 넓어진다. 간단한 염분비교방법을 이용하여 조석에 의한 성층 및 혼합의 변화를 비교하여 조석이 연직혼합을 강화시킴을 정량적으로 평가하였다. 담수가 방출되기 시작한 초기에는 조석에 의한 왕복운동에 의해 조석이 고려된 경우에 수평혼합이 더 크게 나타나나, 일정시간이 지나면 수직혼합에 의해 하구역의 염분이 낮아져 있어, 강 하구에서 담수의 왕복운동이 전체적인 수평 확산계수에 미치는 영향이 작아진다. 조석이 없는 경우 연직혼합 없이 주로 표층에서만 관성불안정에 의해 수평 확산/혼합이 이루어져 수평 확산계수가 시간이 지남에 따라 계속 증가한다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권2호
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• pp.103-113
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• 2023

하천 합류부는 서로 다른 지형학적 특성과 수리학적 특성을 가지는 두 개의 하천이 하나로 합쳐지는 구간으로 급격한 흐름의 변화 및 퇴적물의 유입과 수리학적 지형변화가 발생하는 구간이다. 합류부 구간에서는 물질의 종류 또는 온도 차로 유체의 흐름이 밀도 차이로 발생하게 되는데 이것을 밀도류라고 한다. 밀도 차이에 의해 성층이 생긴 수체혼합거동을 파악하기 위해서는 본류 및 지류의 일정 구간을 포함하는 합류부 구간에 대한 정밀한 계측 및 관찰이 필요하다. 이러한 수체 혼합에 대한 종합적인 분석은 유속장 및 유량 정보를 취득하여 파악할 수 있지만, 성층류가 흐르는 하천의 서로 상이한 물리적 특성과 수질특성을 가지는 수체의 혼합양상 및 그에 따른 물질혼합양상을 파악하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 합류부 구간에서의 수온 분포를 통하여 밀도류를 파악하고자 한다. 하천의 광범위한 데이터 중 연직 자료와 수표면 자료를 취득하였고, 이를 통해 합류부의 성층현상을 확인하고자 하였다. ADCP를 보트 측면에 설치하여 저속운행으로 수리량을 측정하는 방식과 YSI를 이용해 측선설치 없이 측선 선정 후 보트를 이용하여 흐름에 직각인 방향으로 이동하며 실시간 농도를 측정하는 방식으로 얻은 연직자료 중 수온, 전도도(Conductivity) 등의 직독식 센서 데이터 값을 사용하여 수온 차에 따른 수체혼합 패턴을 분석하여 합류부의 혼합양상을 분석하고자 하였다. 본 연구는 기존 수질 측정의 한계였던 1차원적인 측정결과가 나타내는 분석결과를 2차원적으로 보완이 가능하며, 비교 분석한 결과를 토대로 밀도류에 따른 혼합양상 결과가 지니는 혼합패턴을 분석한다면 향후 하천 하류구간의 취수 시스템에 많은 도움을 줄 뿐만 아니라 합류부 구간의 혼합패턴에 따라 수층 내 성층구간의 현황조사와 하천 합류부의 혼합특성 파악하여 합류구간의 수질 관리방안이나 수체 흐름특성을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제9권2호
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• pp.73-77
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• 2003

본 연구에서는 성층화된 수로에서 3차원 hill과 같은 해저지형이 유동장에 미치는 효과를 수치실험을 통해 밝히고자 하였다. 계산결과 hill 주위의 유동장은 지형과 성층의 효과를 복합적으로 받는 것으로 나타났다. hill 배후에서 형성된 칼만와류는 성층효과로 인해 저층에서만 나타났다. 이러한 와류는 hill 중심의 밀도를 감소시켜 성층화된 열염구조를 불안정하게 하는 역할을 하였고 이로 인하여 등밀도선을 따라 흐르는 흐름은 hill 전면의 경우 깊어지는 등밀도선을 따라 하강한 뒤, 그 후면에서는 다시 등밀도선을 따라 상승하는 패턴을 나타내었다. 그 결과 연직유속은 hill의 전면에서는 침강류, 그 후면에서는 용승류가 형성되는 특징을 나타냄과 동시에 수평적으로 보았을 때 hill의 측면을 통해 가장 활발하게 용승이 발생하지만 표층까지 영향을 크게 미치지는 않는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제41권12호
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• pp.1187-1198
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• 2008

국내 많은 저수지들과 그 하류하천은 높은 탁도를 가진 물의 장기적인 방류로 인해 수자원 이용과 수생태계 관리에 많은 어려움을 겪고 있다. 탁도($C_T$)는 물의 탁한 정도를 나타내는 척도로써, 수질과 수환경의 건강을 평가하는 매우 중요한 지표로써 광범위하게 사용되어 왔지만, 모형의 검증에 필요한 실험 자료의 부족으로 인해 탁도 모델링에 대한 연구는 지금까지 매우 부족하였다. 본 연구의 목적은 광범위한 현장 실측자료를 이용하여 성층화된 대청호로 유입한 탁수의 밀도류 거동 모의를 위한 3차원 수리-입자동력학 연동 수치모형인 ELCOM-CAEDYM의 적용성을 검증하는데 있다. 입자크기에 따라 구분된 3개 그룹의 부유물질 (SS) 농도가 모형의 모의변수로 사용되었으며, 모형 변수인 SS와 저수지내 실측값의 $C_T$의 변환을 위해 저수지 지점별로 측정한 SS-$C_T$ 상관관계를 사용하였다. 모의결과는 2004년에 대청호의 회남과 댐앞 지점에서 수심별로 실측한 수온과 탁도 자료와 비교함으로써 검증하였다. 모형은 저수지의 성층구조, 탁수를 포함한 하천 밀도류의 시간에 따른 진행과정을 잘 재현하였으며, 탁도의 수직분포와 크기도 실측값과 부합하였다. 본 연구에서 제시한 3차원 수치모형과 탁도 모델링 방법론은 유사한 탁도 문제를 가지고 있는 다른 저수지에서도 탁수의 최적관리를 위한 지원 도구로써 사용 가능하다고 사료된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제12권2호
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• pp.121-133
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• 2014

사용후핵연료를 포함하는 고준위 방사성폐기물을 지질학적 조건이 안정적인 지하 3~5 km의 심도에 처분할 수 있다면 다음과 같은 많은 장점이 있는 것으로 평가되고 있다. 즉, (1)암반 수리전도도가 매우 낮아 지하수가 생태계까지 도달하는데 속도가 현저히 감소되며, (2)상부층 두께로 인하여 생태계와의 이격거리 확보에 유리하고, (3)지하수가 환원상태이므로 핵종의 용해도가 매우 낮을 뿐만 아니라 (4)오랜 연령의 지하수에서는 핵종이 흡착된 콜로이드 생성과 이동이 극히 제한된다는 점이다. 이와 관련하여 심부시추공 처분(Deep Borehole Disposal) 연구는 심층 처분(Deep Geological Disposal) 시스템에 대한 이상적인 처분 대안기술로서 꾸준하게 진행되어 왔다. 본 논문에서는 최근 심부 시추기술이 비약적으로 발전됨에 따라 의미있게 연구가 진행되고 있는 심부시추공 처분시스템을 국내 적용하기 위한 초기 단계로서 해외의 심부시추공 처분시스템 기술개발 사례를 분석하였다. 이를 통하여 심부시추공 처분에 대한 일반적인 개념과 심부시추공 처분시스템 개념을 도출한 연구사례를 국가별로 정리하였다. 이들 분석결과는 향후 심부시추공 처분기술의 국내 적용을 위한 입력자료로서 유용하게 활용될 수 있을 것이다.