• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.184-184
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• 2016

최근 기후변화로 인하여 과거에는 발생하지 않았던 기상재해의 발생이 빈번해지고 있으며 그 피해규모도 전 세계적으로 증가하고 있다. 그 중 가뭄은 용수공급에 가장 직접적으로 영향을 미치는 원인이다. 우리나라에서는 2010년 이후 지속적인 가뭄이 발생하고 있다. 특히 2015년 금강서해유역의 보령강우관측소에서 연강우량은 783.1 mm로 보령강우관측소의 연평균강우량 1,244.3 mm 대비 62.9%에 불과하였다. 특히 많은 강우량이 집중되는 8월 누적강우량은 30.2 mm(예년대비 7%), 9월 누적강우량은 13.3 ??(예년대비 6%)로 보령지역에서는 강우 부족에 의한 가뭄이 2015년 이후 현재에도 진행 중이다. 국토교통부는 보령지역에 2016년 봄까지 충분한 강우가 내리지 않는다면 보령댐의 용수공급이 불가능할 것으로 판단하여 금강에 위치한 백제보 하류와 보령댐 상류를 연결하는 보령댐 도수로를 계획하였다. 국내에서 용수공급을 위하여 도수로를 이용한 사례로는 안동-임하댐 연결 도수로와 임하댐과 영천댐을 연결한 영천도수로 등이 있으며 관련된 연구로는 도수로 운영 이후 댐의 가용 수자원량을 분석한 사례가 있다. 본 연구에서는 도수로를 통해 보령댐으로 공급된 수량이 보령댐의 생공용수 공급에 미치는 영향을 분석하고자 하였으며 분석을 위해 미 육군공병단에서 개발한 저수지 모의운영 소프트웨어인 HEC-ResSim을 이용하여 보령댐이 완공된 1998년부터 2015년까지 18년 동안 보령댐 저수지 모의운영을 실시하였다. 모의운영 조건으로는 도수로 운영조건 및 용수공급 조정기준을 고려하여 케이스별로 모의운영을 실시하였고 그 결과를 바탕으로 이상갈수 시 공급순위가 가장 높은 생공용수의 공급신뢰도를 이용하여 도수로 운영효과를 비교 분석하였다.

• Coupled systems mechanics
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• v.7 no.6
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• pp.649-668
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• 2018

In this paper, we present a numerical model for fluid-structure interaction between structure built of porous media and acoustic fluid, which provides both pore pressure inside porous media and hydrodynamic pressures and hydrodynamic forces exerted on the upstream face of the structure in an unified manner and simplifies fluid-structure interaction problems. The first original feature of the proposed model concerns the structure built of saturated porous medium whose response is obtained with coupled discrete beam lattice model, which is based on Voronoi cell representation with cohesive links as linear elastic Timoshenko beam finite elements. The motion of the pore fluid is governed by Darcy's law, and the coupling between the solid phase and the pore fluid is introduced in the model through Biot's porous media theory. The pore pressure field is discretized with CST (Constant Strain Triangle) finite elements, which coincide with Delaunay triangles. By exploiting Hammer quadrature rule for numerical integration on CST elements, and duality property between Voronoi diagram and Delaunay triangulation, the numerical implementation of the coupling results with an additional pore pressure degree of freedom placed at each node of a Timoshenko beam finite element. The second original point of the model concerns the motion of the outside fluid which is modeled with mixed displacement/pressure based formulation. The chosen finite element representations of the structure response and the outside fluid motion ensures for the structure and fluid finite elements to be connected directly at the common nodes at the fluid-structure interface, because they share both the displacement and the pressure degrees of freedom. Numerical simulations presented in this paper show an excellent agreement between the numerically obtained results and the analytical solutions.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.32 no.5
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• pp.323-331
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• 2019

In this study, a computational model approach for the modeling of hydrodynamic pressures acting on radial gates during strong earthquakes is proposed. The use of the dynamic layering method with the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) algorithm and the SIMPLE method for simulating free reservoir surface flow in addition to moving boundary interfaces between the fluid domain and a structure due to earthquake excitation are suggested. The verification and validation of the proposed approach are realized by comparisons performed using the renowned formulation derived by the experimental results for vertical and inclined dam surfaces subjected to earthquake excitation. A parameter study for the truncated lengths of the two-dimensional fluid domain demonstrates that twice the water level leads to efficient and converged computational results. Finally, numerical simulations for large radial gates with different curvatures subjected to two strong earthquakes are successfully performed using the suggested computational model.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.64-64
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• 2023

황강댐은 임진강 상류 군사분계선으로부터 약 42km떨어진 위치에 존재하며 약 3~4억톤의 규모로 추정된다. 이에 우리나라는 약 7천만톤 규모의 군남홍수조절지를 건설하여 임진강 상류로부터 기인하는 홍수를 방어하고 황강댐의 무단방류에 대비하고 있다. 과거 2009년 9월 6일 임진강 상류 황강댐에서의 대규모 방류로 인해 경기도 연천군 일대에 홍수가 발생하여 이로 인한 인명 및 재산피해가 발생한 바 있으며, 2020년 8월 5일에는 장마전선으로 인한 폭우와 더불어 임진강 필승교 수위관측소의 수위가 급상승하면서 관측 이래 역대 최고수위가 발생하여 홍수경보가 발령되고 인근 주민이 대피하는 사례가 발생하였다. 또한, 2022년 6월 27일부터 발생한 장마전선 및 집중호우로 인해 임진강 필승교 수위관측소의 수위가 급상승하면서 홍수주의보가 발령되고 인근 주민이 대피하는 사례가 발생하였으며, 7월에는 비가 내리지 않는 상황에서 황강댐의 방류로 추정되는 유입량이 필승교 수위관측소와 군남홍수조절지에서 관측되었다. 이에 본 연구에서는 인공위성 영상에서 추출한 황강댐의 수위를 이용하여 수문모형과 저수지 운영 알고리즘을 구축하고 당시 발생한 홍수사례를 분석하여 황강댐의 운영방식을 추정하였다. 분석결과, 2020년 8월 5~7일 사이에 발생한 유입량의 경우 자체 유역 유입량은 전체 유입량대비 약 33%이나 북한 황강댐으로부터 추가로 방류된 양은 약 67%로 군남홍수조절지 유입량의 3/2 가량이 북한 황강댐의 방류량으로부터 발생된 것으로 보이며 2021년 6월에도 유사한 양상을 보였다. 하지만, 북한 황강댐의 운영방식이 용수공급을 위한 고수위 유지 운영방식에서 홍수기에 댐 월류 및 파괴를 방지하기 위한 사전방류를 수행하는 것으로 추정되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.265-265
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• 2023

유역모형을 통해 우심하천을 제시하는 방법은 많은 노력과 시간이 요구되는 경우가 많다. 본 연구에서는 국가배출부하량 자료를 사용하여 간단하게 오염원별/오염물질별 수질 관리가 요구되는 하천을 선정하는 방법을 제시하고, 우심하천을 선정하였다. 적용 유역은 한강 수계에서 가장 복합한 댐 유역인 충주댐 유역으로 결정하였다. 충주댐 유역의 소유역별 배출부하량을 활용해 하천 관점의 배출부하량을 산정하였다. 하천 관점의 배출부하량 (Stream Total Loads, STL로 명명)은 임의의 하천으로 유입되는 모든 소유역의 배출부하량 합계를 면적 합계로 나누어 산정하는 방법이며, 임의의 하천 지점에서 상류의 모든 소유역이 포함된 단위면적당 배출부하를 의미한다. 따라서 댐 유역 말단의 STL은 유역 전체의 단위면적당 배출부하로 표현되며, 유역 전체의 STL보다 높은 소유역이 연결된 하천을 댐 호소 관점에서 볼 때 관리가 필요한 하천이라 할 수 있다. 댐 유역 말단의 STL은 점오염원-BOD 0.617 kg/km²/day, 점오염원-TP 0.038 kg/km²/day, 비점오염원-BOD 2.909 kg/km²/day, 비점오염원-TP 0.237 kg/km²/day로 산정되었다. 점오염원에 대한 BOD 관리하천은 창리천, 장평천, 지장천하류 등 15개 소유역, TP 관리하천은 주천강시점, 창리천, 주천강상류 등 20개 소유역으로 나타났다. 비점오염에 대한 BOD 관리하천은 주천강시점, 장평천, 제천천하류 등 13개 소유역, TP 관리하천은 주천강시점, 장평천, 주천강상류 등 16개 소유역으로 나타났다. 또한 전체 배출부하에 대한 비점오염원의 배출부하비는 BOD 82.5%, TP 86.2%로 점오염원보다 높았다. 따라서 우선 관리 대상 하천은 TP 비점오염원, BOD 비점오염원, TP 점오염원, BOD 점오염원 순으로 계획될 필요가 있다. 향후 유역 모델링을 수행하고, STL 산정 결과와 비교하여 우심 하천 선정에 대한 적합성을 평가할 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.258-258
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• 2020

홍수기시 저수지 방류량으로 인한 피해를 저감하기 위한 방법으로는 구조적인 방법과 비구조적인 방법이 있으며, 구조적인 방법으로는 저수지 제체를 증고하는 등의 방법이 있고, 비구조적인 방법으로는 홍수 관리 수리시설물의 홍수기시 효율적인 운영 등이 있다. 그동안 둑높이기 저수지를 평가하는 다양한 연구에서는 제체의 증고를 통한 홍수조절능력 평가가 주를 이뤄왔으나 홍수기시 수공구조물의 운영방법별 홍수조절효과를 다각적으로 비교 연구한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 황룡강 유역의 장성저수지를 대상으로 빈도별 홍수량을 산정하고, 둑높이기 전후의 수공구조물 운영 방법별 홍수조절능력을 평가하였으며, 효율적인 홍수조절방법을 검토하였다. 본 연구에서는 대상지구인 장성저수지의 지배관측소인 광주관측소의 과거 기상자료를 수집하였으며 HEC-HMS (Hydrologic Modeling System)을 이용하여 50년, 100년, 200년 빈도 및 PMF 유입시 설계홍수량을 산정하였다. 각 설계홍수량의 유입 시 저수지 운영 모의에는 HEC-5 (Hydrologic Engineering Center-5) 모형을 이용하였으며, 저수지 운영기법으로 Auto ROM 과 Rigid ROM 방식을 적용하였다. 또한 둑 높이기 전후 홍수조절능력 평가는 지체시간, 시간별 홍수위, 첨두홍수량, 홍수조절률 등 다양한 평가 지표를 고려하여 수행하였다. 본 연구에서 모의한 저수지 운영기법별 둑높이기 전 후의 홍수조절효과 평가를 통해 저수지의 최적 운영방안을 도출하고 둑높이기 저수지의 하류하천에 대한 치수계획의 수립 및 보완에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.402-402
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• 2021

다목적댐의 유입량은 댐 저수지 관리 및 운영에 있어 중요한 고려사항으로, 정확한 유입량을 사용하는 것이 필수적이다. 댐 저수지 유입량은 유역의 물수지분석, 홍수조절 의사결정 등 이·치수적 측면에서 활용도가 높으며, 특히 기후변화로 인한 홍수나 가뭄의 발생이 빈번해진 최근의 상황에서 위기경보 운영 등 재난관리 측면에서도 그 중요성이 높아지고 있다. 현재 우리나라에서는 댐 저수지 유입량 산정에 방류량과 저수지 수위를 활용한 물수지방정식에 의한 방법을 공식적으로 활용하고 있다. 그러나 물수지방정식을 이용하여 계산된 유입량은 평수기와 갈수기 오차가 크고 음의 유입량 값이 발생하는 등 지속적인 개선의 필요성이 제기되었다. 이를 보완하기 위해 댐 저수지 직상류부 하천의 수위 측정치로부터 수위-유량곡선을 통해 유량을 산출하고, 그 값을 활용하여 댐 방류량을 추정하는 방법이 제시되었다. 그러나 직상류부 수위 측정이 불가능한 저수지에는 활용이 어렵기 때문에 다양한 지점에 적용할 수 없다는 한계가 있다. 본 연구에서는 기존 댐 저수지 유입량 산정방식의 한계를 보완하기 위해 수위계측이 어려운 지점에서도 유량 계산이 가능한 분포형 강우-유출모형 GRM(Grid based Rainfall-runoff model)을 연구에 활용하였다. 한강권역 내 K-water 운영 다목적댐인 소양강댐, 횡성댐, 충주댐 직상류부 유량과 분포형 강우-유출모형으로 계산된 유량을 비교하여 모의 유량자료의 활용성을 검토하였다. 다음으로 댐 유입지점-상류 관측지점 간 유량의 상관관계를 분석하였으며, 이를 통해 상류 하천에 흐르는 유량으로부터 댐 유입량을 계산할 수 있는 관계곡선식을 도출하였다. 본 연구에서 제시한 댐 유입량 산정방식은 관측지점의 다양성과 결과의 정확도를 향상시킬 수 있다는 측면에서 기존 방식 개선에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 분석 절차의 표준화나 결과에 대한 다양한 검증이 이루어진다면, 홍수 및 가뭄의 위기경보 발령에 대한 참고자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Korean Journal of Ecology and Environment
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• v.54 no.4
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• pp.303-314
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• 2021

To understand how to efficiently observe the biomass and community of phytoplankton, phytoplankton sampling was carried out from June to October 2019 at the Yeongju dam sediment control reservoir(YJ) and Bohyeonsan dam reservoir(BH1 and BH2). The results derived from microscopic observation, such as the conventional phytoplankton qualitative/quantitative analysis, and from the CHEMTAX method based on the pigments, were compared. The relative contribution of phytoplankton, calculated by the microscopy and CHEMTAX methods, showed a significant difference in all four classes: cryptophyta, chlorophyta, cyanobacteria, and diatoms. In addition, the correlation between the two observation methods was poor. This might be caused by methodological differences in microscopy that do not consider the varying cell sizes among phytoplankton species. In this study, by converting the cells into carbon, the slope between both carbon biomasses based on microscopy and CHEMTAX was improved close to the 1 : 1 line, and the y-intercept was closer to 0 for cryptophyta and diatoms. For cyanobacteria, the slope increased, the y-intercept decreased, and the plot approached 1 : 1 although the correlation coefficients were not improved in all classes. The present study suggests that application of CHEMTAX based on pigment analysis could be a possible approach to efficiently determine the relative carbon proportions of individual classes of phytoplankton community composition.

• Economic and Environmental Geology
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• v.37 no.1
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• pp.121-131
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• 2004

Removal efficiencies of soil washing and soil improvement processes to remediate farmland soils and stream deposits around Goro abandoned mine were investigated with batch and column experiments. For As-contaminated farm-land soils around Goro mine, batch tests to quantify As extraction rate from contaminated soils and lime treated contaminated soils were performed. The contaminated soil mixed with lime decreased As extraction rate less than one fourth, suggesting that the soil improvement method mixed with lime dramatically decrease As extraction rate. A storage dam will be constructed in the lower part of the main stream connected to Goro abandoned mine and the amount of As extracted from the bottom soils of reservoir could be the main source to contaminate water of reservoir. The decrease of As extraction amount from the bottom in reservoir, caused by the application of the soil improvement method was investigated from the physically simulated column experiment and results showed that As extraction rate decreased to one forty when 1％ lime mixed soil improvement was applied to contaminated soils. For contaminated stream deposits connected Goro mine, the removal efficiency of the soil washing method was investigated with batch experiments. Hydrochloric acid, citric acid, acetic acid and distilled water were used as soil washing solution and 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0 N of washing solution were applied to extract As. When washing with 0.05 N of hydrochloric acid or citric acid, more than 99.9% of As was removed from stream deposits, suggesting that As contaminated stream deposits around Goro mine be successfully remediated with the soil washing process. Total volumes of contaminated soils and deposits needed for remediation were calculated based on three different reme-diation target concentrations and the operation cost of soil washing for calculated soil volumes was estimated. Results from this research could be directly used to make a comprehensive countermeasure to remediate contaminated area around Goro mine and also many contaminated areas similar to this research area.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.10 no.1
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• pp.43-57
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• 2005

Twelve bottom sediments and three cores were collected in Juam reservoir for a study on transportation, which was controlled by particle grain size (2mm-200{\mu}m,\;200-100{\mu}m,\;100-50{\mu}m,\;50-20{\mu}m,\;<20{\mu}m), and vertical distribution of heavy metals. Sediment cores were sliced into 2 to 5 cm intervals to measure heavy metal concentrations in interstitial water and sediments with depth. Pb isotopic compositions of core samples were determined to calculate sedimentation rate. Regardless of sampling sites, levels of heavy metals and trace elements in bottom sediments are nearly constant with mean values of $14.9\;{\mu}g/g\;for\;As,\;0.81{\mu}g/g\;for\;Cd,\;30.7{\mu}g/g\;for\;Cu,\;34.7{\mu}g/g\;for\;Ni,\;63.3{\mu}g/g\;for\;Pb\;and\;87.9{\mu}g/g\;for\;Zn$. In general, Cu, Pb, Zn, Wi, and Cr in fraction of $<20{\mu}m$ exhibit the highest concentration, but content of As is the highest in grain size of $2\;mm-200\;{\mu}m$ and $200-100\;{\mu}m$. Fe and Mn occur as the dissolved compositions of the highest concentrations in interstitial waters and increase in their concentrations toward lower part of cores. On the contrary, concentrations of Zn and Cu show the highest value in the uppermost part in cores, suggesting these elements are released from reductive dissolution of hydroxides and oxidation of organic matters under different redox conditions. The highest accumulations of Cu, Ni, Pb, and Zn contents in the sediment cores are observed at 0-4 cm layers, and concentrations of Cu and Pb are especially high, implying these heavy metals are originated from anthropogenic sources. The apparent sedimentation rate estimated using unsupported $^{210}Pb$ is 0.91 cm $year^{-1}$, corresponding about 10 cm sedimentation in total depth since construction of Juam dam. These results will provide available information for management of bottom sediment in Juam reservoir.