한국에서는 지하수가 주요 수자원으로 사용되고 있으며, 다양한 지하수 개발 및 과도한 이용으로 인해 소금물 침입이 발생할 가능성이 높아 지하수 오염의 위험이 크다. 본 연구에서는 일일 평균 해수면, 지하수위, 상·하부 전기전도도, 강수, 상·하부 수온과 LSTM 알고리즘과 같은 시계열 데이터를 활용하여, 각 지역의 연안 지역에서 심각한 수준의 관측정인 경남 해운, 경남 목도, 강원 조양, 인천 성서의 4개 지점에 대해 해수 침입의 지표인 전기전도도를 예측하였다. 각 지역에 대해 3~10일의 시차를 적용하였고, 총 3,438개의 단일변수 데이터 중 2,406일(70%)을 학습에 사용했으며, 1,032일(30%)을 예측 및 평가에 사용하였다. LSTM 층의 수는 8~256, 배치 크기는 5~50, 파라미터는 10~150 범위로 설정하였다. 최적 예측 중 하나로 강원 조양에서 RMSE = 0.0066, R2 = 0.9827의 결과를 보였다. 이후 동일한 파라미터를 사용하여 Shuffle 기법으로 예측한 경우 RMSE = 0.0603, R2 = 0.9856의 결과가 나타났다.

대부분의 연구는 합류부에서의 홍수 흐름 특성에 주목하면서, 직교로 연결되었거나 직각(오른쪽 각)으로 연결된 수로에 초점을 맞추어 왔다. 그러나 비(非)직교로 연결된 수로에 관한 연구는 여전히 제한적이다. 본 연구에서는 비직교로 연결된 수로에 의해 형성된 합류부의 유입부 및 주변에서 나타나는 수류의 공간적 변화를 분석하기 위해 수리모형 실험과 수치 시뮬레이션을 수행하였다. 합류부의 유입부 및 주변에서 측정된 수심 분포와 시뮬레이션된 수심 분포를 비교한 결과, 두 결과는 비교적 양호한 일치성을 보였다. 두 상류 수로 사이의 각이 45°인 실험에서 합류부의 유입부 및 주변에서의 수류 패턴은 (Mignot et al., J Hydraul Res 46:723–738, 2008)이 제안한 Type I에 대략적으로 대응하였다. 그러나 각이 135°인 경우에는 측정된 수류 패턴에 대응하는 어떠한 유량 유형도 존재하지 않는 것으로 확인되었다. 유입에 따른 합류부의 유입부 및 주변에서의 수심 변화 양상을 분석하기 위해 두 유입 수로의 유입 비율을 각각 1, 3, 6으로 설정하여 수치 시뮬레이션을 수행하였다.

한국에서는 지하수가 주요 수자원으로 사용되고 있으며, 다양한 지하수 개발 및 과도한 이용으로 인해 소금물 침입이 발생할 가능성이 높아 지하수 오염의 위험이 크다. 본 연구에서는 일일 평균 해수면, 지하수위, 상·하부 전기전도도, 강수, 상·하부 수온과 LSTM 알고리즘과 같은 시계열 데이터를 활용하여, 각 지역의 연안 지역에서 심각한 수준의 관측정인 경남 해운, 경남 목도, 강원 조양, 인천 성서의 4개 지점에 대해 해수 침입의 지표인 전기전도도를 예측하였다. 각 지역에 대해 3~10일의 시차를 적용하였고, 총 3,438개의 단일변수 데이터 중 2,406일(70%)을 학습에 사용했으며, 1,032일(30%)을 예측 및 평가에 사용하였다. LSTM 층의 수는 8~256, 배치 크기는 5~50, 파라미터는 10~150 범위로 설정하였다. 최적 예측 중 하나로 강원 조양에서 RMSE = 0.0066, R2 = 0.9827의 결과를 보였다. 이후 동일한 파라미터를 사용하여 Shuffle 기법으로 예측한 경우 RMSE = 0.0603, R2 = 0.9856의 결과가 나타났다.

대부분의 연구는 합류부에서의 홍수 흐름 특성에 주목하면서, 직교로 연결되었거나 직각(오른쪽 각)으로 연결된 수로에 초점을 맞추어 왔다. 그러나 비(非)직교로 연결된 수로에 관한 연구는 여전히 제한적이다. 본 연구에서는 비직교로 연결된 수로에 의해 형성된 합류부의 유입부 및 주변에서 나타나는 수류의 공간적 변화를 분석하기 위해 수리모형 실험과 수치 시뮬레이션을 수행하였다. 합류부의 유입부 및 주변에서 측정된 수심 분포와 시뮬레이션된 수심 분포를 비교한 결과, 두 결과는 비교적 양호한 일치성을 보였다. 두 상류 수로 사이의 각이 45°인 실험에서 합류부의 유입부 및 주변에서의 수류 패턴은 (Mignot et al., J Hydraul Res 46:723–738, 2008)이 제안한 Type I에 대략적으로 대응하였다. 그러나 각이 135°인 경우에는 측정된 수류 패턴에 대응하는 어떠한 유량 유형도 존재하지 않는 것으로 확인되었다. 유입에 따른 합류부의 유입부 및 주변에서의 수심 변화 양상을 분석하기 위해 두 유입 수로의 유입 비율을 각각 1, 3, 6으로 설정하여 수치 시뮬레이션을 수행하였다.

대부분의 하천 범람 흐름 특성에 관한 연구는 직각 또는 직교하게 연결된 수로에 초점을 맞추고 있으나, 직교하지 않게 연결된 수로에 대한 연구는 제한적이다. 본 연구에서는 사평탄 수로 4개가 비직교적으로 교차 지점에 연결된 경우를 대상으로, 교차 지점 내외에서의 수면 변동 특성을 분석하기 위하여 수리모형 실험과 수치 시뮬레이션을 수행하였다. 교차 지점 내외에서의 측정 및 시뮬레이션 수심 분포를 비교한 결과, 두 결과는 비교적 양호한 일치를 보였다. 두 상류 수로 사이의 각도가 45°인 실험에서는, 교차 지점 내외에서의 유동 패턴이 Mignot 등(2008)이 제안한 I형(Type I)에 대체로 대응하는 것으로 나타났다. 그러나 상류 수로 사이의 각도가 135°인 경우에는, 측정된 유동 패턴에 대응하는 어떠한 유동 유형도 존재하지 않는 것으로 확인되었다. 유입에 따른 교차 지점 내외에서의 수심 변동을 분석하기 위하여, 두 유입 수로의 유입 비율을 각각 1, 3, 6으로 설정하여 수치 시뮬레이션을 수행하였다.

본 연구에서는 유동 분배 균일도의 향상 효과를 정량적으로 평가하기 위해 평행 배열된 저압 막 모듈 헤더 배관 구조에 이중 배관 이론을 적용하고, 그 타당성을 논의하였다. 막 모듈 헤더 배관에 삽입할 오리피스 내부 배관은 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 기법을 통해 설계하였으며, 운전 중 휴대용 초음파 유량계로 10개의 막 모듈로 유입되는 유량을 실시간으로 측정하여 효과를 검증하였다. CFD 시뮬레이션 및 실제 측정 결과, 기존 헤더 배관의 말단에 위치한 분기관의 유출 유량은 유입구 근처 분기관의 유량보다 3배 더 높았다. 기존 헤더 배관에 개방 단과 폐쇄 단을 가진 2개의 내부 배관을 삽입하고 이중 배관 이론을 적용함으로써 유동 분배 균일도가 개선되었다. CFD 시뮬레이션 및 실험 결과, 유동 균일성은 각각 70%와 50% 이상 향상될 수 있음을 보여주었다.

본 연구의 목적은 수처리 막 여과 공정에서 운전 중인 헤더 파이프에서 병렬로 설치된 각 모듈에 공급되는 유량 분포를 측정하고, CFD 기법을 통해 유량이 불균일하게 분포하는 원인을 규명하는 데 있다. 또한 본 연구에서는 동일한 막 여과 공정에서 유량 분포를 균등화하는 데 필요한 분기관 파이프와 헤더 파이프의 비율을 제안하고자 하였다. 마지막으로, 헤더 파이프에서의 레이놀즈수와 매니폴드 유량 분포 균등도의 관계를 조사하였다. 이동식 초음파 유량계를 사용하여 막 모듈 파이프에서 각 모듈로 유입되는 유량을 측정하였고, CFD 기법을 사용하여 이를 검증하였다. 초음파 유량계에 의한 실제 측정과 CFD 시뮬레이션 결과로부터, 헤더 파이프 말단에 위치한 분기관 파이프에서의 유출 유량이 유입부 근처의 분기관 파이프보다 3배 높음을 확인하였다. 그 이유는 각 막 모듈 사이에서 발생하는 차압이 헤더 파이프 말단 쪽에서 더 크게 나타났기 때문이었다. 분기관 파이프의 단면적 합과 헤더 파이프의 단면적의 비를 약 30배 감소시켰을 때, 각 분기관 파이프에서 막 모듈로 유입되는 유량이 거의 동일해짐을 확인하였다. 또한 헤더 파이프의 유동이 천이적이거나 층류(레이놀즈수 약 4000 이하)인 경우, 각 분기관 파이프에서 막 모듈로 유입되는 유량을 더 균등하게 만들 수 있다.

쓰나미와 폭풍해일 같은 많은 극심한 해수면 상승 사건은 비정상적인 기후변화로 인해 해수면 상승을 초래하여 연안 유역에서 빈번하고 중대한 홍수를 야기한다. 태풍 마미(Mamie)는 2003년 창원시에서 2억 달러 규모의 재산 피해, 3천 가구의 이재민, 14명의 사망자를 발생시켰다. 또한 시간이 지남에 따라 비정상적인 기후변화로 인한 극심한 해수면 상승 사건이 점점 더 빈번하고 심각해질 것으로 예상된다.본 연구에서는 소규모 연안 지역에 대한 홍수 범람의 수치 시뮬레이션 및 분석을 수행하였다. 적용된 수치 모델은 well-balanced HLLC(Harten–Lax–Van Leer contact) 스킴을 사용하는 2차원 유한체적법(two-D finite volume method)을 채택하였다. 보정은 2003년 9월 태풍 “Maemi(마미)” 동안 창원시에서 실제로 관측된 범람 기록과 시뮬레이션 결과를 비교하여 수행하였다.모델은 경계조건으로서 연안선(parapet wall along coastal line)을 따라 방호벽의 월류(overflow)를 시뮬레이션할 수 있도록 개발되었다. 방호벽 높이에 대한 다양한 시나리오를 시뮬레이션하고, 해수면 상승으로 인한 침수에 대한 재난 예방 대책의 효율성을 분석하였다.수치 범람 시뮬레이션 연구는 구조적 대책 중 하나로서 연안선을 따라 설치한 방호벽의 효율성을 보여주었다. 연안선에 방호벽을 제공할 경우 방호벽이 없는 경우에 비해 침수량을 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 더 나아가 방호벽의 시공 비용과 침수로 인한 피해 사이의 경제성 분석을 수행하여 최적의 재난 예방 설계를 위한 방안을 도출하였다.감사의 글: 본 연구는 한국환경산업기술원(KEITI)의 물관리 연구사업을 통해 지원받았으며, 이는 환경부(MOE)(79608)와 한국 NRF(2019R1A2C1003604)의 재원으로 수행되었다.

본 연구는 태풍 기간에 발생한 조위 상승과 이로 인한 내부 배수 불량으로 인해, 강우가 집중되는 상황에서 소규모 연안 도시 지역의 침수 범람 특성을 수치적으로 모의하고 분석하였다. 본 연구에 사용한 수치모델은 HLLC(Harten–Lax–Van Leer contact) 잘-균형(well-balanced) 기법을 적용한 2차원 유한체적(finite volume) 모델이다. 대상 지역은 고현천 하류의 연안 도시 지역으로, 대한민국 경상남도 거제시에 위치한다. 이 지역은 2003년 9월에 발생한 태풍 “매미” 당시의 막대한 강우와 조석(조위) 수준의 유의미한 상승으로 인해 범람 침수로 인해 큰 피해를 입었다. 본 연구에서 사용한 수치모델은 선정된 도시 지역에서 관측된 범람 흔적을 이용하여 검증하였다. 또한 미래에 발생할 수 있는 집중호우의 강도 변화에 따라 하천 유입량이 증가 또는 감소하는 것에 근거하여 범람 침수의 특성을 모의하고 분석하였다.