• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.415-420
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• 2009

공학 분야에 있어서 수치 해석적 연구가 많은 주목을 받고 있다. 경제적 측면을 비롯한 다양한 측면에 있어서 모의의 간편성으로 인해 하천에서의 수리학적 거동모의에 수치해석 모의 분석법이 쓰이고 있는데 모의결과의 비교 및 검증을 위해서는 현장 실험 혹은 모형실험이 선행되어야만 한다. 본 연구에서는 강재로 제작된 S자 형태의 만곡부를 두 개 갖고 있는 사행수로 실험 장치를 제작하여 두 가지 유량조건 (30, 60 ${\ell}$/sec.)과 두 가지 하류단 수위조건 (30, 40 cm)에 대하여 수평 2차원 유속분포 자료를 이용하였다. 유속장의 자료는 Sontek사에의 3차원 micro-ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)를 이용하여 측정하였다. 주 흐름은 직선구간에서는 중앙에서 최대 유속을 나타내며, 좌우대칭적인 유속분포의 모습을 보이고, 만곡부에서는 수로안쪽을 따라 최대유속이 발생하였다. 이는 만곡부의 정점부분에서의 이차류 발생 및 소멸에 의한 연직방향 유속분포를 통해 발생되는 현상이라 사료된다. 또한 본 연구에서는 2차원 하천해석 상용프로그램인 RAMS (베타버젼)와 SMS를 이용하여 흐름해석을 수행하였다. 실험 자료와의 비교를 통하여 두 가지 상용프로그램의 경우 모두 다소 과대 산정되는 것을 알 수 있었고, 만곡부와 직선부의 유속분포에 대한 모의결과는 RAMS (RAM2)의 결과가 보다 실험결과와 잘 일치하는 것으로 분석되었다. 위와 같은 유속분포의 분석을 통하여 각각의 상용소프트웨어의 적용성을 비교해 보았으며 향후 오염물질 거동해석 모형을 실험수로에 적용하여 그 결과를 비교할 수 있을 것으로 예상한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.100-100
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• 2016

전자파표면유속계는 대표적인 비접촉식 계측기기로 최근 유량조사를 위해 활발하게 활용되고 있다. 국내에서 사용되고 있는 전자파표면유속계는 평수기 저유속에서도 측정이 가능하고 편각 측정이 가능하도록 개발되어 한 측정 지점에서 다 지점의 유속이 측정이 가능해 평수기 홍수기에 비교적 적은 인원으로 빠른 시간에 유량측정이 가능하다. 하지만 국내의 경우 전자파표면유속계가 과연 얼마만큼의 정확한 유속을 측정하는지에 대한 분석이 다소 부족한 실정으로 특히, 실제 하천에서 정확한 분석은 수행되지 않은 상태에서 유량 측정에 사용되고 있다. 전자파표면유속계를 실제 하천에서 사용할 경우 발생 할 수 있는 오차의 요인으로는 교량과 같이 높은 지점에서 측정을 수행할 경우 측정영역(Footprint or Illuminated area)에 따른 오차가 발생할 수 있는 가능성이 있고, 동일 측정 지점에 대해 수직각과 편각에 변화에 따른 유속 측정 오차가 발생할 수 있다. 이에 본 연구에서는 국내에서 개발된 Mutronics사의 전자파표면유속계(MWSCM; Microwave Water Surface Current Meter)에 레이저포인터를 부착하여 표면유속 약 0.5m/s ~ 1m/s의 자연 하천과 매우 유사한 실제 소하천 규모의 한국건설기술연구원 안동실험센터 직선하천에서 수직각(Tilt angle) 및 편각(Yaw angle)을 변화시켜가며 유속를 측정하였다. 그리고 측정된 결과를 활용하여 수직각과 편각의 변화에 따른 전자파표면유속계의 측정영역을 검토하였고, 동일한 측정 지점에 micro-ADV를 이용해 측정된 연직유속분포를 외삽하여 산정된 표면유속과 비교하여 전자파표면유속계의 측정 정확도를 분석하였다. 분석결과, 수직각(Tilt angle) 15도 이하에서는 유속 측정의 정확도가 떨어지는 것으로 나타났고, 편각(Yaw angle)이 커질수록 측정영역이 커지게 되어 변동 계수가 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 전자파표면유속계의 측정 오차는 측정영역에 민감하게 반응하는 것으로 나타나 실제 전자파표면유속계를 이용한 유량측정 시 측정영역을 고려한 측정이 수행되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.102-102
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• 2016

일반적으로 수자원분야에서 사용되는 기초 자료 중 하나인 유량측정 성과는 설계홍수량 산정, 지점의 수위-유량 관계곡선식 산정 등 유역의 이 치수를 위한 설계나 장 단기 계획을 수립하기 위한 기초자료로서 사용되어지고 있으며, 2차원 및 3차원 수치해석을 위한 입력 자료로 사용되고 있다. 유량측정의 성과는 이렇듯 다양한 방면으로 활용되어지고 있는 반면 현재 국내에서는 측정의 성과에 대한 신뢰성을 나타낼 수 있는 지표가 제시되고 있지 않은 상황이다. ISO(International Organization for Standardization) 및 BIPM, IFCC 등 6개 기구는 공동으로 측정 불확도 산정 지침서(GUM, Guide to the expression of Uncertainty in Measurement, 1993)을 제시하였고, 최근 WMO에서는 GUM 표준안을 하천 유량 측정 불확도 산정방법으로 공인하고 있다(JCGM 100, 2008). 이에 따라 본 연구에서는 최근 유량 측정에 활발하게 사용되고 있는 ADCP의 유량 측정 성과에 대한 불확도를 GUM 표준안 기반으로 평가하고자 한다. ADCP의 측정 방법은 고정측정 방식이고, 유속-면적법으로 계산된 유량에 대한 측정 불확도를 평가하였다. 실험은 실규모에서 유량을 제어할 수 있는 건설기술연구원 하천실험센터에서 수행되었고, 사용된 유속 측정 장비는 SonTek사의 micro-ADV와 ADCP M9을 사용하였으며, ADV로 측정된 결과를 참값으로 가정한 후 실험 및 분석을 수행하였다. GUM 표준안 기반의 불확도 평가를 위해 사용된 관계식 및 불확도 요인들은 선행 연구들을 기반으로 하되, 본 실험을 통해 분석된 수치로 변경하여 최종적인 ADCP 유량 산정 불확도를 평가하였다. 본 연구에서는 고정측정 방식 ADCP의 유량 측정 결과를 GUM 표준안에 적용하여 불확도를 평가하였으며, 추가적인 연구를 진행하여 일반적으로 사용하고 있는 이동측정 방식 ADCP의 유량 측정 결과에 대한 불확도를 평가할 수 있을 것으로 기대되며, 이러한 결과는 설계 홍수량 산정이나 수위-유량 관계 곡선식 산정 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.1418-1423
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• 2004

본 연구에서는 유연한 식생이 식재된 개수로흐름에서의 유속분포 예측 모형을 제시하였다. 유속의 산정은 Klopstra 등(1997)이 제안한 해석해를 이용하였으며, 식생의 변형은 Tsujimoto 등(1996)이 사용한 외팔보 이론을 적용하여 해석하였다. 제안한 모형의 검증을 위하여 수리실험을 실시하였다. 검증실험에서 유속의 측정은 micro-ADV를 이용하였으며, 수위는 servo형 수위계를 이용하였다. 검증 실험 걸과 본 연구에서 제안한 모형이 식생층에서는 비교적 정확하게 유속을 예측하였으며, 수면층에서는 실험값보다 다소 작게 예측하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 유속예측 모형은 향후 식생된 개수로흐름의 부유사 농도분포 예측의 중요 매개변수인 와확산계수 등의 예측에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권7호
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• pp.527-540
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• 2004

다중 만곡부에서의 주흐름과 이차류의 흐름 특성을 분석하기 위하여 중심각 120$^{\circ}$인 두 개의 만곡부로 이루어진 사행수로에서 실험을 수행하였다. 실험수로의 횡단면은 직사각형과 곡선형 두 가지 형태로 제작하였으며, 곡선형 단면 형상 결정에는 베타함수를 이용하였다. 3차원 유속장의 측정은 micro-ADV를 이용하였다. 실험결과, 직사각형 수로에서 주흐름은 수로의 가장 짧은 경로를 따라 발생하였으며, 이는 기존 연구자들의 결과와 일치한다. 곡선형 수로에서도 주흐름이 직사각형 수로에서의 주흐름의 거동과 비슷한 양상을 보이는 것으로 밝혀졌다. 곡선형 수로에서의 실험결과가 실제 자연하천의 만곡부에서의 주흐름 거동(최심선을 따라 발생)과 상이하게 나타나는 이유는 실험수로의 바닥 조도와 사행도에 기인한 것으로 사료된다. 이차류의 정량적인 분석을 위하여 흐름함수를 도입한 결과, 만곡부에서 주 셀 뿐만 아니라 바깥제방 셀의 위치 및 형태를 확인할 수 있었다. 또한 이차류 강도를 계산한 결과, 직사각형 및 곡선형 수로에서 최대값은 두 번째 만곡부의 정점 부근에서 가장 크게 나타나며 곡선형 수로의 이차류의 강도가 직사각형 수로의 값보다 크게 나타나고 있음을 알 수 있었다. 직사각형 수로의 경우, 하폭 대 수심비가 커질수록 이차류의 강도가 증가하고 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.316-316
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• 2011

본 연구에서는 고수호안의 수리학적 안정성을 검토하는 것이다. 수리학적 안정성 검토를 위해 수리실험과 원형실험을 실시하였으며 이에 따른 수치모형도 병행 하였다. 수리 실험에 실험수로 제원은 총 길이가 14 m(정류부 3 m, 안정화 구간 3 m, 세굴측정구간 6 m, 하류부 2 m)로서 폭은 1.2 m이고, 높이는 0.6 m이다. 하류부에는 수위 조절을 위한 수문이 설치되어져 있는 곳에서 다양한 수리학적 조건 등을 실험을 실시하였다. 유실율 산정은 사면측정기를 활용하여 2 cm 간격으로 통수전 후의 세굴심을 측정하여 산정하였다. 유속분포에 관한 측정은 통수 시 3차원 VECTRINO MICRO ADV(N-7781)를 이용하여 측정하였다. 원형실험은 안동에 위치한 하천 종합실험센터에서 실시하였으며 사용한 A1 수로는 총연장 594.0m, 상류단과 하류단의 표고차는 4.50m이며, 단단면 하도로 구성되어져 있고, 실험 수로 연장은 434.0m이며, 상류단과 하류단의 표고차는 3.70m이며, 흐름안정구간, 호안공 검 인증 구간, 조도계수 연구구간으로 구성되어져 있는 곳에서 다양한 유량조건에 따른 실험을 실시하였다. 유실율 산정은 세굴봉을 활용하여 5 cm 간격으로 통수전 후의 세굴심을 측정하여 산정하였다. 유속분포에 관한 측정은 통수 시 흐름을 감안하여 프라이스컵을 이용하여 측정하였다. 수리학적 안정성은 각 실험에 측정한 유속분포와 유속을 이용한 소류력 산정 그리고 유실율 산정 등을 통해 수리학적 안정성을 확보하기 위한 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.765-765
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• 2012

수목이 존재하지 않는 하천과 비교하여 하천 내에 수목이 존재하는 경우, 수목에 의한 항력에 의하여 수위는 상승하지만 차이는 크지 않으며, 수목이 식재된 구간의 유속이 현저하게 저하되는 것으로 알려져 있다. 식재구간과 비식재구간의 현저한 유속차이는 활발한 에너지 교환에 기인한다. 이러한 특성은 하천에 여러 가지 시설물 설치 및 수목 식재 계획 수립 등에 있어 고려되어야 할 사항이다. 또한 수치해석을 통한 정확한 흐름예측을 위해서는 두 구간 사이의 합리적인 에너지 교환계수를 결정하여야 한다. 수목 식재구간과 비식재구간의 에너지교환 특성에 대한 연구는 대부분 모형식생(단순한 봉 형태 위주)을 이용한 소규모 개수로 실험장치를 이용하거나, 이론적으로 접근하고 있다. 이러한 연구는 흐름 상사 등을 고려할 때, 정성적인 분석에 그치고 있으며, 정량적인 분석을 위해서는 원형에 가까운 실험시설을 이용하는 것이 타당할 것으로 생각된다. 본 연구에서는 단면의 높이, 상단폭, 저면폭이 각각 2 m, 11 m, 3 m인 소하천에 가까운 실험수로에 관목류(왕버들)를 식재하여 실험을 수행하였다. 수로의 중앙부와 사면에 식재된 경우, 식재 패턴이 다른 경우(parallel space, staggered space) 등 다양한 조건에 대하여 흐름특성을 분석하였다. 각 경우에 대하여 배수곡선을 측정하여 흐름저항 특성을 분석하였으며, 50Hz의 자료 획득이 가능한 micro-ADV를 이용하여 횡단면의 난류량을 측정하였다. 측정된 난류량을 이용하여 전단속도의 변화, 난류에너지 변화 등을 분석하였다. 이 연구는 하천내 수목식재 계획 수립, 수치모형의 중요한 매개변수인 에너지교환계수의 합리적 결정에 기여할 수 있을 것으로 보인다.

• 한국진공학회지
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• 제19권2호
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• pp.81-90
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• 2010

층과 층 사이의 정전기적인력, 수소결합 또는 공유결합을 이용하여 층당 두께를 수 옹스트롱에서부터 수십 나노미터까지 제조할 수 있으며 박막의 표면 형태를 흡착시키고자 하는 물질 및 박막 후처리 공정을 통해 제어할 수 있으며 더 나아가, 삽입하는 물질의 특성에 따라 박막의 기능성을 집적화 및 다양화시킬 수 있다. 본 연구에서는 이러한 층상자기조립방법의 특성을 이용하여 반사방지막, 초소수성 필름 및 전기화학센서로의 응용가능성을 제시하였다. 반사방지막의 경우, 구형의 블록공중합체를 유리기판 위에 다층박막으로 적층시킴으로써 박막 굴절률을 1.25까지 감소시켰고 이를 통해 약 99.5%의 빛 투과도를 달성할 수 있었다. 더 나아가 바이오물질인 엔자임을 다층박막에 삽입시킬 경우, 활성 산소를 분해시키는 전기화학센서로의 제조가 가능함을 보인다. 본 연구는 본인이 이미 발표한 논문(J. Am. Chem. Soc. 128, 9935 (2006); Adv. Mater. 19, 4364 (2007); Electro. Mater. Lett. 3, 163 (2007))들을 정리하여 층상자기조립법에 관해 소개하는 논문이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.883-888
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• 2007

일반적인 하천의 흐름방향으로 발생하는 주흐름(primary flow)에 중첩하여 주흐름 방향의 수직단면에 이차류(secondary flow)가 발생하게 되며 이러한 이차류의 발달은 투입된 오염물질의 횡혼합을 증대시킨다. 오염물질의 혼합은 이송(advection)과 확산(diffusion) 또는 분산(dispersion)의 과정으로 설명되며 본 연구에서는 수로전체의 혼합과정을 설명하기 위해서 이송 확산 방정식을 적용하였다. 본 연구에서는 실험수조를 $150^{\circ}$의 중심각을 갖는 S자 형태의 만곡수로를 제작하여 유량조건은 15, 30, $60\;{\ell}l/sec$의 세 가지 경우로, 수심은 15, 20, 30, 40 cm의 경우로 총 12 케이스의 실험을 수행하였다. 유속장의 측정은 Sontek사의 3차원 micro-ADV(Acoustic Doppler Velocimeter)를 이용하였다. 오염물질 확산실험은 소금물 용액에 주변수와의 밀도차를 없애기 위해서 메탄올 용액을 첨가하여 추적자로 이용하여 농도장의 분석을 일본 KENEK사의 전기전도도계(conductivity meter)와 Gartner사의 DAS(data acquisition system)를 이용하여 횡방향 유속장의 분포와 오염운의 거동을 비교하여 다음과 같은 결론을 얻게 되었다. 주 흐름은 직선구간에서는 중앙에서 최대 유속을 나타내며, 좌우대칭적인 유속분포의 모습을 보이고, 만곡부에서는 수로안쪽을 따라 최대유속이 발생하였다. 수로의 직선구간에서는 최대유속이 발생하는 즉, 중앙에서의 오염물질의 분산이 가장 활발하게 이뤄졌으며 농도의 퍼짐형상인 오염운 역시 만곡부에서는 수로만곡부의 안쪽을 따라 확산 이동함을 알 수 있었다. 만곡부 외측에서는 오염물질의 정체현상이 일시적으로 발생하며, 유속구조의 횡방향 비대칭구조로 인한 종 횡방향의 분리현상이 발생하고, 오염운의 중첩현상이 종방향으로 연속되게 나타난다. 향후 수심방향 거동을 포함한 3차원적 분석이 요구되며 이 연구결과는 2차원적 수치해석의 적용 및 분석 자료로써 이용이 가능하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.522-522
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• 2017

하천에서 식생은 하도내 흐름저항과 항력을 증가시켜 유속과 유사이동을 감소시킨다. 유속의 감소로 인해 유사가 퇴적되어 사주 발생이 증가하며 이는 하도 지형변화의 중요한 요인이 된다. 하천내 식생은 하천생물의 서식과 밀접한 관련이 있는 물리적인 서식환경을 변화시키게 된다. 이러한 물리적인 서식환경 변화는 수중음향으로 표현되는 하천의 음환경(Soundscape) 변화로 연결된다. 본 연구는 하천 식생대에서의 수중 음향변화를 식생유무, 수온, 수심에 따라 분석하고 수리학적 특성과의 상관관계를 파악하고자 한다. 실규모 하천 수로에 식생 38 주/$m^2$를 식재하고 1 m정도 성장시킨 후 식생을 완전 침수시켜 $3.2m^3/s$의 유량을 공급하여 유속의 변화와 수중음향을 측정하였다. 오후시간대와 새벽시간대를 이용하여 수온이 다른 조건에서 측정하였고, 수심은 표면 3 cm, 40 cm, 80 cm 깊이에서 각각 측정하였다. 측정지점은 식생구간의 상류지점(A), 식생구간(B), 식생구간의 하류지점(C) 세 곳을 선정하였고, 유속은 micro-ADV, 수중 음향은 Hydrophone을 사용하여 5분간 측정하였다. 측정 주파수 spectrum은 1/3 Octave band로 처리하여 음압을 비교분석하였다. 주파수에 따른 음압을 분석한 결과 측정지점에 관계없이 주로 125 Hz, 315 Hz에서 높게 나타났다. 수심에 따른 음향을 분석한 결과 식생이 없는 상류(A)지점에서는 수중음향의 차이가 크게 나타났으며, 식생지점(B)과 식생이 없는 하류(C)지점에서는 수중음향이 유사하게 나타났다. 이는 식생에 의한 유속의 저하로 인해 흐름이 안정화되어 나타나는 현상으로 판단된다. 수온에 따라서는 식생구간(B)과 하류(C)지점에서 대체로 큰 차이를 보이지 않았으나 상류(A)지점에서는 수온이 높을 때 음압이 더 크게 나타났다. 이는 온도가 높을수록 소리의 전달속도가 더 빨라지기 때문으로 판단된다. 이처럼 식생의 유무와 수심, 온도에 따라 하천의 수리학적 특성이 달라지고 이에 따른 수중음향도 달라지므로 하천의 물리적 서식환경을 평가하기 위한 인자로 수중음향을 활용할 수 있을 것으로 사료된다.