• 제목/요약/키워드: Water boundary layer

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난류 흐름의 RANS 수치모의를 위한 벽함수 성능 평가 (An evaluation of wall functions for RANS computation of turbulent flows)

  • 유동근;백중철
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제53권1호
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    • pp.1-13
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    • 2020
  • 높은 레이놀즈수를 갖는 공학적인 흐름을 예측하는 가장 일반적인 방법은 여전히 벽함수를 이용하는 난류모형에 근거한 RANS 수치모의이다. 최근 벽근처의 점성영역 관계식과 벽에서 떨어진 대수영역 관계식을 혼합하여 개발된 일반화된 벽함수들은 두 영역사이의 난류량과 유속이 부드럽게 천이하도록 한다. 이 연구는 난류운동에너지(TKE), 에너지 소산율, 비소산율, 와점성에 대해서 적용 가능한 벽함수들을 조합하여 일련을 수치 모의를 수행하여 널리 이용되고 있는 난류모형들의 성능과 수렴 특성을 분석하였다. 이 연구 결과는 RNG k-𝜖 모형의 경우 첫번째 계산격자가 완충층에 놓이게 될 때는 반복 계산시 작은 허용오차를 이용하여 주의 깊게 적용을 하여야 안정된 해를 구할 수 있음을 보여준다. 표준 k-𝜖과 RNG k-𝜖 모형은 TKE와 와점성에 대해서 적용 가능한 벽함수들 중 어느 것을 선택하여 적용하더라도 수치모의 결과가 민감하게 반응하지 않는 것으로 나타났다. 한편, k-ω SST 모형의 경우 TKE에 대해서는 kL-벽함수 그리고 와점성에 대해서는 nutUB-벽함수를 이용하여야 정확하고 안정된 경계 조건 설정을 보장할 수 있다. 레이놀즈수 155,000조건에서 적용한 후방계산흐름 수치모의 결과 격자 해상도에 상관없이 약 13% 정도 재부착 거리를 과소평가하는 모형을 제외하고 나머지 적용한 난류모형들 모두 적절히 세밀한 해상도의 격자에서 양호하게 재부착거리를 잘 예측하는 것으로 나타났다.

황해 중.동부 연안 수역의 조석전선이 식물 플랑크톤 생산력과 분포에 미치 는 영향 (The influence of the tidal front on primary productivity and distribution of phytoplankton in the mid-eastern coast of Yellow Sea)

  • 최중기
    • 한국해양학회지
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    • 제26권3호
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    • pp.223-241
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    • 1991
  • 경기만 바깥수역에 조석 전선 형성이 식물플랑크톤 생태에 미치는 영향을 알기 위 하여 국립 수산 진흥원의 정기 정선 관측 자료 분석과 3차에 걸친 현장조사가 서해 중 동부 연안 수역에서 이루어 졌다. 수온와 용존산소의 자료를 분석한 결과 조석 전선이 경기만 바깥수역인 태안 반도 서편에 춘·하계에 걸쳐 형성되는 것이 발견되었다. 조 석 전선의 형성은 식물플랑크톤의 분포와 일차 생산력에 영향을 주는 것으로 나아났 다. 전선 형성 수역의 식물플랑크톤 현존량, 색소량, 일차 생산력이 연안 혼합 수역이 나 바깥 성층 형성 수역의 현존량 색소량, 일차 생산력보다 높게 나타났다. 전선 형성 수역이 이러한 높은 일차 생산력은 좋은 광조건과 풍부한 영양염 공급에 기인된 것으 로 보인다. 전선수역을 경계로 연안 수역은 비교적 높은 색소량과 낮은 일차 생산력을 보이고 성층 형성 수역은 낮은 색소량과 비교적 높은 일차 생산력을 보였다. 성층 형 성 수역의 비교적 높은 일차 생산력은 표층의 미세플랑크톤에 의한 높은 동화율과 수 온 약층 아래에 많이 나타나는 부유성 저서 규조류가 좋은 관조건으로 높은 생산력을 보였기 때문이다. 대체로 본 조사수역은 춘하계의 전선형성에 따라 연안 혼합 수괴, 전선 형성 수괴, 성층 형성수괴로 구분되며 이에 따라 Cholorophyll 분포, 일차 생산 력 분포, 식물플랑크톤의 정량 분포도 이에 영향을 받고 있음을 보여주었다.

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동해 남서부 해역 표층염분의 시계열 변동 (Time-series Variation of Sea Surface Salinity in the Southwestern East Sea)

  • 정희동;김상우;임진욱;최용규;박종화
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제18권4호
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    • pp.163-177
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    • 2013
  • 동해 남서부에 위치한 강릉-울릉도간 해역에서 정기여객선 씨스타호에 수온, 염분 및 클로로필a 형광센서를 설치하고 2012년 7월부터 2013년9월까지 북한한류와 동한난류역을 가로질러 매일 왕복조사를 수행하여 해수물성을 연속관측 하였다. 본 연구에서는 염분과 클로로필a 형광 기록과 동해정선관측 및 환경측정망조사 결과, AVISO의 일별 표면해류도 그리고 GOCI 클로로필a 영상을 이용하여 표층해역의 염분 시계열 변동을 분석하였다. 본 연구 결과, 6월부터 10월까지 강릉-울릉도간 표층 해역에 염분범위 33.15~34.12의 고염분수역이 주로 환류의 중간해역이나 강한 북향류의 서쪽 경계역에서 나타났다. 이 수역의 서쪽에는 최저 염분범위가 30.58~33.20로 남향류를 수반하였고 동쪽은 31.30~33.24로 북향류가 수반되었다. 서쪽의 저염분수는 남하하는 북한한류수의 표층수이며, 동쪽의 저염분수는 북상하는 대마난류 표층수이다. 본 연구에서 확인된 북한한류수의 최저염분은 30.36이었으며, 서쪽 저염분수의 동쪽 한계는 강릉 동쪽 약 110 km지점까지, 남쪽으로는 죽변 연안까지 수심 약 5~10 m 이천에서 33.00이하로 분포하였다. 이 저염분수는 하계에 양자강희석수의 혼합으로 저염화된 대마난류 표층수가 북상하면서 수송하는 담수의 규모에 비하여 무시할 수 없을 정도이다. 이것을 본 연구에서는 북한한류수 기원 하계 표층수라고 명명하고자 한다.

고속회전식 수동형 채집 장치를 이용한 한반도 주변해역에서의 자유용존상 PAHs 측정 (Determination of Freely Dissolved PAHs in Seawater around the Korean Peninsula Using High Speed Rotation-Type Passive Sampling Device)

  • 장유리;이효진;정해진;정다영;김나영;김기범
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제26권1호
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    • pp.37-48
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    • 2021
  • 본 연구에서는 해수 중 생물에게 실질적으로 이용되어질 수 있는 자유용존상 농도(freely dissolved concentration)를 보다 쉽고 빠르게 검출하고자 해수를 고속으로 회전시키는 수동형 채집 장치를 제작하였다. 이 고속회전식 수동형 채집 장치(high speed rotation-type passive sampling device)를 한반도 주변해역에 적용하여 해수 중 다환방향족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)의 자유용존상 농도를 측정하였다. 또한 대용량 해수 채취법(high volume water sampling)으로부터 구한 PAHs의 용존상 농도(dissolved concentration)와 고속회전식 수동형 채집 장치로부터의 자유용존상 농도를 비교하여 생물에게 직접적으로 이용 될 수 있는 비율을 조사하였다. 그 결과, 고속회전식수동형 채집 장치 모터의 회전속도를 900 rpm으로 가동하였을 때, 소수성이 낮은 저분자 PAHs 화합물(log KOW 3.4 ~ 5.2)은 5시간 만에 평형에 도달하였다. 반면 소수성이 비교적 높은 고분자 화합물(log KOW 5.6 ~ 6.8)의 경우, 평형에 도달하는 데 걸리는 시간은 최소 2일에서 한 달 정도 소요될 것으로 예상되었다. 그러나 실행보정물질(performance reference compounds)를 이용할 경우, 5시간 가동만으로도 평형상태에서의 고분자 화합물의 농도 예측이 가능하였다. 수동형 채집 장치를 적용하여 측정된 조사해역에서의 PAHs의 자유용존상 농도는 0.32 ~ 1.2 ng/L으로 다른 대양에서의 농도보다는 높았지만, 항구나 해안과 같은 연안보다는 매우 낮은 수준이었다. 용존상 및 자유용존상이 모두 검출된 PAHs를 대상으로 생물에게 이용 될 수 있는 비율은 서해병 폐기물 배출해역 위치와 인접한 조사구간에서 가장 높았다. 또한 생물 체내 잔류농도를 예측하였을 때, 폐기물 배출해역이 포함된 외해가 연안보다 비교적 높은 것으로 나타났다.

심부 지열자원 개발을 위한 원거리 기준점 MT 탐사자료의 2차원 역산 해석 (Two-Dimensional Interpretation of Ear-Remote Reference Magnetotelluric Data for Geothermal Application)

  • 이태종;송윤호
    • 지구물리와물리탐사
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    • 제8권2호
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    • pp.145-155
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    • 2005
  • 경상북도 포항시 흥해읍 일대에서 지열자원 개발을 위한 심부 파쇄대 탐지를 목적으로 수행된 자기지전류 (MT) 탐사에서 경북 안동과 충북 청원시의 대청호 및 일본의 Kyushu에 원거리 기준점을 설치하고 이를 이용한 자료처리 결과의 상호 비교를 통하여 원거리 기준점에 따른 겉보기 비저항과 위상 자료의 질을 검토하였다. 대상지역에서 약 165 km떨어진 대청호 자료를 이용한 경우는 전력주파수인 60 Hz대역과 자연 전자기장 신호가 미약한 $10^{-1}Hz\~1\;Hz$ 대역을 제외한 주파수 대역에서 매우 좋은 자료를 얻을 수 있었으며, 약 480 km 떨어진 Kyushu 원거리 기준점 자료를 이용해서 거의 모든 주파수 대역에서 연속성이 매우 좋은 전기비저항과 위상 곡선을 얻을 수 있었다. 이를 이용하여 2차원 역산을 수행한 결과, 지표의 10ohm-m 이내의 전기비저항을 보이는 반고결 이암층은 대상지역의 남쪽에서는 약 500 m 이상, 북쪽에서는 200 m 이내의 두께로 분포하며 북에서 남으로 경사진 형태로 나타났다. 심도 $500\~1,500m$에서 저비저항(L-2)과 고비저항(H-2)의 경계면은 단층면으로 해석되며 측점 206, 112와 414를 지나는 대략 $N15^{\circ}E$의 주향을 보인다. 1 km 이내의 천부의 저비저항 이상(L-4)은 파쇄대로 해석되며 측점 105를 지나면서 데략 $N60^{\circ}W$의 주향을 보인다. 또한, 북쪽의 큰 하천을 따라 저비저항 이상대가 공통적으로 나타나 구조선일 가능성을 시사한다. 그리고, 대상지역의 서쪽과 서남쪽의 $2\~3km$ 하부에서 10 ohm-m이내의 저비저항 이상대(L-3)가 나타나는데 이 층에 대해서는 향후 추가적인 연구가 요구된다.

수리 모형을 이용한 Korea Land Data Assimilation System (KLDAS) 자료의 수문자료에 대한 영향력 분석 (Interactions between Soil Moisture and Weather Prediction in Rainfall-Runoff Application : Korea Land Data Assimilation System(KLDAS))

  • 정용;최민하
    • 한국방재학회:학술대회논문집
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    • 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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    • pp.172-172
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    • 2011
  • The interaction between land surface and atmosphere is essentially affected by hydrometeorological variables including soil moisture. Accurate estimation of soil moisture at spatial and temporal scales is crucial to better understand its roles to the weather systems. The KLDAS(Korea Land Data Assimilation System) is a regional, specifically Korea peninsula land surface information systems. As other prior land data assimilation systems, this can provide initial soil field information which can be used in atmospheric simulations. For this study, as an enabling high-resolution tool, weather research and forecasting(WRF-ARW) model is applied to produce precipitation data using GFS(Global Forecast System) with GFS embedded and KLDAS soil moisture information as initialization data. WRF-ARW generates precipitation data for a specific region using different parameters in physics options. The produced precipitation data will be employed for simulations of Hydrological Models such as HEC(Hydrologic Engineering Center) - HMS(Hydrologic Modeling System) as predefined input data for selected regional water responses. The purpose of this study is to show the impact of a hydrometeorological variable such as soil moisture in KLDAS on hydrological consequences in Korea peninsula. The study region, Chongmi River Basin, is located in the center of Korea Peninsular. This has 60.8Km river length and 17.01% slope. This region mostly consists of farming field however the chosen study area placed in mountainous area. The length of river basin perimeter is 185Km and the average width of river is 9.53 meter with 676 meter highest elevation in this region. We have four different observation locations : Sulsung, Taepyung, Samjook, and Sangkeug observatoriesn, This watershed is selected as a tentative research location and continuously studied for getting hydrological effects from land surface information. Simulations for a real regional storm case(June 17~ June 25, 2006) are executed. WRF-ARW for this case study used WSM6 as a micro physics, Kain-Fritcsch Scheme for cumulus scheme, and YSU scheme for planetary boundary layer. The results of WRF simulations generate excellent precipitation data in terms of peak precipitation and date, and the pattern of daily precipitation for four locations. For Sankeug observatory, WRF overestimated precipitation approximately 100 mm/day on July 17, 2006. Taepyung and Samjook display that WRF produced either with KLDAS or with GFS embedded initial soil moisture data higher precipitation amounts compared to observation. Results and discussions in detail on accuracy of prediction using formerly mentioned manners are going to be presented in 2011 Annual Conference of the Korean Society of Hazard Mitigation.

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Beach Cusp 생성기작으로 기능하는 Synchronous Edge Wave 수치해석 (Numerical Analysis of Synchronous Edge Wave Known as the Driving Mechanism of Beach Cusp)

  • 이형재;조용준
    • 한국해안·해양공학회논문집
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    • 제31권6호
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    • pp.409-422
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    • 2019
  • Beach cusp의 생성기작으로 기능하는 Synchronous Edge wave의 수리특성을 살펴보기 위한 3D 수치모의를 OpenFOAM 기반 tool box인 IHFOAM을 활용하여 수행하였다. 파랑모형은 RANS[Reynolds Averaged Navier-Stokes equation]와 연속방정식으로 구성하였으며, Synchronous Edge wave 형성에 필요한 연안방향으로 파고가 변조되는 short-crested waves는 동일한 주기와 파고를 지니는 두 개의 Cnoidal wave가 전면 해역에서 비스듬히 조우되도록 조파하여 재현하였다. 모의결과 파랑 집중단면에서의 유속이 파랑 분산단면보다 전체적으로 크게 모의되었다. 또한 파랑 집중단면의 경우 해안방향 흐름[up-rush]이 먼 바다방향 흐름[back-wash]보다 세기는 우월하나 지속기간은 짧은 비선형 파동계의 일반적인 성정을 지니는 것으로 모의되었다. 이와 더불어 처오름 정점에서 양쪽의 분산단면으로 흐름이 나뉘며 약해지는 b ack-wash로 인해 up-rush 최대유속은 back-wash 최대유속의 두 배 가까이 증가하는 것으로 관측되었다. 이에 비해 파랑 분산단면의 경우 집수효과로 해안 인근 수역에서는 먼 바다방향 흐름이 해안방향흐름보다 우월하게 모의되었다. 또한 천수 중간 수역에서는 해안방향 흐름이 여전히 우세하나 비대칭 정도는 현저하게 감소하였다. 이러한 수리특성은 Synchronous Edge wave의 전형적인 성정으로 수치모의가 성공적으로 이루어진 것으로 판단된다. 이 과정에서 너울이 우월한 해양환경에서 해빈이 느리지만 점진적으로 복원되는 과정에서 주 기작으로 기능하는 경계층 streaming에 대한 새로운 해석도 제시되었다.

19세기 서울 옥호정(玉壺亭)과 석파정(石坡亭)을 통해 본 정원 특성 (A Study on the Characteristic of Garden through Okhojeong Garden(玉壺亭) And Seokpajeong Garden(石坡亭) in the 19th Century Seoul)

  • 이원호;김동현;김재웅;신현실
    • 한국전통조경학회지
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    • 제32권3호
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    • pp.21-31
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    • 2014
  • 본 연구는 옥호정과 석파정을 대상으로 두 정원의 특성을 규명하기 위해 조영 배경과 공간구성, 정원구성요소를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다. 첫째, 옥호정과 석파정은 조선 후기 권력가의 정원으로 정치적 기반 및 부의 축적을 통해 당대의 고급 기술과 자본이 투여되어 창출된 정원문화를 현실화할 수 있었다. 또한 단순 상위계층의 정원문화가 투영된 각각의 정원이 아니라 옥호정이 석파정의 조영에 관련 있었음을 조영자 간의 관계분석을 통하여 짐작할 수 있다. 둘째, 옥호정과 석파정의 공간구성은 생활공간을 중심으로 각각의 작은 정원공간이 정자 단위로 분화된 공간 구성으로 분절된 집산적 형태를 나타내고 있다. 정원공간은 정자의 경영을 통하여 해당 지역의 경관에 대한 주제를 부여하였으며, 식재 및 단의 처리로 경계를 설정하고 계절별 경관의 다양화를 통해 단위 공간 내 다양한 원예 요소를 도입하는 등 각 공간에 장소성의 부여가 시도되었다. 셋째, 옥호정의 공간구성을 도식화하고 이를 석파정과 비교분석한 결과, 옥호정의 조영특성 대부분이 석파정에서 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 석파정의 정원이 옥호정의 공간구성기법을 그대로 수용하거나 조성 과정에서 변용되는 등 정원의 구성기법이 반영되었다는 사실을 알 수 있다. 넷째, 조선 후기 화훼에 관한 취미는 단순한 애호의 차원을 넘어 벽의 단계로까지 접어든 경우가 적지 않다. 옥호정과 석파정에서는 당시 진귀하게 여겨지는 기화요초 및 수반, 석상, 괴석, 분재, 석가산, 등나무 시렁 등 다양한 정원소재들이 정원구성요소로서 각 공간에 다양하게 사용되고 있는 공통적인 특징을 보이고 있다.

FK KoFlux 관측지에서의 지역 규모 열 플럭스의 추정 : 타워 관측에서 MM5 중규모 모형까지 (Inferring Regional Scale Surface Heat Flux around FK KoFlux Site: From One Point Tower Measurement to MM5 Mesoscale Model)

  • Jinkyu Hong;Hee Choon Lee;Joon Kim;Baekjo Kim;Chonho Cho;Seongju Lee
    • 한국농림기상학회지
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    • 제5권2호
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    • pp.138-149
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    • 2003
  • KoFlux는 생태계와 대기 사이에 교환되는 이산화탄소, 수증기 및 에너지에 대한 우리의 이해를 높이고, FLUXNET과 CEOP등의 지역, 대륙 및 전구 규모의 관측망에 기여하기 위해서 시작되었다. 그거나 한반도의 지형적 특성 때문에 KoFlux의 대부분의 플럭스 타워는 관측에 이상적이지 못한 장소에 위치하고 있다. 탄소 및 에너지 교환의 정량화를 위해서 뿐만 아니라 군락 규모에서 지역 규모로 확장하기 위해서는 관측과 모델링을 병용한 다양한 접근 방법의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 지역 규모의 현열 플럭스를 추정하기 위해 타워 플럭스 관측, 대류 경계층(CBL) 수지 방법, MM5 중규모 모형, 그리고 NCAR/NCEP 재분석 자료의 네 가지의 방법을 사용하여 다양한 면적을 대표하는 현열 플럭스를 산출하여 비교하였다. 비록 제한된 짧은 기간의 자료를 사용하였으나, 예비 분석을 통하여 (1) 해남 농경지 플럭스 타워에서 관측된 현열 플럭스가 지표의 불균질성을 보였고, (2) CBL 수지 방법으로 얻어진 지역 규모의 현열 플럭스는 수평 이류 효과의 계산 방법에 따라 다른 결과를 보였으며, (3) MM5 중규모 모형은 타워 플럭스 관측 값과 아주 유사한 현열 값을 수치 모사하였다. 그러나 관측지의 불균질성과 두 방법이 대표하는 면적의 근본적인 차이를 고려할 때, 플럭스 발자국 분석, 지리정보 시스템 및 관측지의 위성 영상 분석에 근거한 타워 플럭스의 공간 대표성을 정량화하는 것이 시급한 것으로 나타났다.

필터케이크(filter cake)를 고려한 슬러리월 연직차수벽의 현장투수계수 평가 (Evaluation of Hydraulic Conductivity of Slurry-wall-type Vertical Cutoff Wall with Consideration of Filter Cake)

  • 웽테바오;이철호;최항석;김상균
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제24권11호
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    • pp.121-131
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    • 2008
  • 슬러리월 연직차수벽 시공시, 지반을 트렌치 형태로 굴착하고, 굴착시공 중 굴착면 붕괴에 대한 안정성을 유지하기 위하여 벤토나이트와 물을 혼합한 슬러리를 트렌치에 채운다. 이렇게 채워진 벤토나이트 슬러리로 인하여 필터케이크(filter cake)이라 불리는 얇고 투수성이 낮은 층이 트렌치벽 표면에 형성되며, 슬러리가 제거 된 이후에도 굴착면에 잔존하여 연직차수벽에서의 순간변위시험(slug test) 해석 결과에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 기존에 개발된 수치해석 프로그램 Slug-3D를 수정하여 순간변위시험 해석시 필터케이크의 영향을 고려하는 방법을 제시하고 이를 통하여 정확한 연직차수벽의 투수계수를 산출하도록 하였다. 필터케이크의 영향을 고려하기 위하여 Slug-3D에서는 차수벽과 토양층의 경계면에 불투수조건(no-flux)을 경계조건으로 설정하여 해석을 수행하였다 또한 투수계수 산정에서 기존의 타입커브법(type curve method)을 이용하기 위하여 개선된 type curve를 도출하였고, 선형 커브피팅법(line-fitting method)를 필터케이크가 존재하는 연직차수벽에 적용할 수 있도록 수정 보완하였다. 본 논문에서 제안된 필터케이크를 고려한 해석방법은 EMCON(1995)에 의해 수행된 현장시험 결과의 재해석을 통하여 타당성을 검토하였다. 또한, 본 연구에서 얻어진 결과를 Choi and Daniel(2006)에 의해 수행된 필터케이크가 존재하지 않는 경우의 순간변위시험 해석결과와 비교를 통해 필터케이크 고려가 반드시 필요함을 보여준다.