• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.22 no.1
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• pp.20-26
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• 2016

The residence time measures the time spent by a water parcel or a pollutant in a given water body. So residence time of water is widely used as an indicator of how a substance will remain in an estuary and it is used to enable comparisons among different water bodies. To estimate residence time of particulate matters from land and aquaculture, EFDC that includes particle tracking model was applied to the Geoje Bay. Modelled average residence time was about 65 days in the inner part. It meant it takes about 2 months for substance from land and aquaculture to be transported to the outside of Geoje Bay. The results indicated that residence time varied spatially throughout Geoje Bay depending on tidal flushing and, in general conditions, tidal flushing exerts the greatest influence to the flushing of Geoje Bay. This reveals relationships between residence times of particulate matters and physical properties of the bay and Geoje Bay is vulnerable to water quality problem.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.6
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• pp.603-608
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• 2011

Since PTV (particle tracking velocimetry) provides velocity vectors by tracking each particle in a fluid flow, it has significant benefits when used for nano- and bio-fluid flows. However, PTV has only been used for limited flow fields because interpolation data loss is inevitable in PTV in principle. In this paper, a hybrid particle image velocimetry (PIV) algorithm that eliminates interpolation data loss was constructed by using an affine transformation. For the evaluation of the performance of the constructed hybrid PIV algorithm, an artificial image test was performed using Green-Taylor vortex data. The constructed algorithm was tested on experimental images of the wake flow (Re = 5,300) of a rectangular body ($6cm\;{\times}3cm$), and was demonstrated to provide excellent results.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.23 no.6
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• pp.442-450
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• 2011

A three dimensional random walk particle tracking method is applied to the Saemangeum area in order to find stepwise environmental changes according to long term construction. Flow regime around Mangyeong, Dongjin and Geum river estuary changed greatly due to dike construction. It is distinctive that reduction of Byeonsan area's flow field and stagnant change in the northern part of the inner reservoir. Similar characteristics are found through the tidal excursion analysis. By analysis of the vertical mixing structures according to density stratification based on temperature and salinity variation, a salt wedge and very strong stratification arises in the inner part of the reservoir after final closure, while it has been well mixed or partially mixed estuary during construction. Shrinking of horizontal dispersion and vertical mixing capability may cause adverse effect on water quality not only inner part but also outer region of the Saemangeum reservoir.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.245-245
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• 2021

해양으로 유출된 5 mm 이하의 크기로 분해된 미세플라스틱이 해양 환경 오염의 주요 원인으로 자리잡았다. 최근에는 청정해역으로 알려진 남극해에서도 발견되고 있어 남극해에 잔류하는 미세플라스틱 오염 수준을 이해하기 위해 노력하고 있다. 하지만, 파랑의 효과를 고려한 남극해의 해수 순환 구조와 미세플라스틱의 고유 특성을 반영한 미세플라스틱의 거동 및 공간적 분포에 대한 복합적 이해는 상대적으로 부족하다. 남극해에서 발견된 미세플라스틱은 과학기지들의 방류수나, 조사선 등과 같은 인위적인 활동으로 인해 집적될 수 있으며, 특히 영구적으로 거주하는 과학기지에서 흘려보내는 방류수에 포함된 미세플라스틱은 과학기지 주변 해수 오염에 직접적인 영향을 줄 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 파랑 효과에 따른 남극 킹조지 섬(King George Island)에 위치한 세종과학기지의 방류수에 포함된 미세플라스틱의 이송에 대해 모의하였다. 세종과학기지가 위치한 킹조지 섬과 넬슨 섬(Nelson Island) 사이의 멕스웰 만(Maxwell Bay)의 해수 흐름을 재현하기 위하여 해수 유동 모델(Delft3D-FLOW)이 사용되었다. 또한, 해수 유동 모델에 파랑 모델(Delft3D-WAVE)을 결합하여 파랑의 효과가 미세플라스틱의 이송에 미치는 영향을 확인하였다. 세종과학기지의 방류수가 흘러나가는 마리안 소만(Marian Cove)의 유속장을 바탕으로 이송, 확산, 입자의 침강 속도를 고려하여서, 세종과학기지에서 밀물 시 방출한 입자를 라그랑지안 입자 추적(Lagrangian Particle Tracking) 방법을 이용해 추적하였다. 해수의 밀도보다 가벼운 플라스틱의 경우 해수 표층의 흐름을 따라 소만 내부로 이송되어 해안선에 도달하고, 해수의 밀도보다 무거운 플라스틱의 경우 소만 내부로 이송되나 입자의 침강 속도로 인해 방출 위치 근처에서 집적된다. 파랑의 효과를 고려하게 되면, 고려하기 전보다 두 종류의 미세플라스틱 모두 소만 내부로 더 멀리 이송되는데, 이는 파랑으로 인한 힘(wave-induced force)이 해수 유동 모델의 운동방정식에 추가되며 파랑 에너지 분산으로 인해 해수 흐름에 변화를 준 것으로 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.475-475
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• 2023

직경 5 mm 이하의 미세플라스틱은 인류 활동에 의해 생산되어 하수처리장 처리수, 우수토구, 도로 분진 등 다양한 경로를 통해 하천에 유입되고 있다. 하천에 유입된 미세플라스틱은 하천흐름을 따라 하류로 이동하여 해양환경에까지 이른다. 미세플라스틱은 수체를 따라 이동할 뿐 아니라 수생생물에 의해 섭식되기도 하여 인체 위해성이 우려되는 상황이다. 특히 서울과 경기도의 주요 상수원인 팔당호는 북한강, 남한강, 경안천이 유입되어 형성되기 때문에 미세플라스틱의 유입에 따른 이송-분산 거동 평가가 중요한 영역이다. 본 연구에서는 준3차원 입자추적기법을 이용한 미세플라스틱 거동해석 모형, MPT-Q3D를 개발하였으며 팔당호 내 미세플라스틱의 거동 특성을 분석하였다. MPT-Q3D 모형은 2차원 흐름해석모형과 연계한 입자의 준3차원 거동해석을 위해 step-by-step computation method를 적용하였으며, 전단류에 의한 입자의 수평거동과 난류확산에 및 침강속도에 의한 연직거동 두 단계 계산과정에 따라 입자의 거동을 해석했다. 전단류는 2차원 흐름해석결과로부터 유속의 연직분포식을 적용하여 생성하였으며, 생성된 전단류에 의해 각 연직층 별 유속이 계산되고 𝚫t 이후 입자의 종, 횡 방향 이동거리를 계산한다. 또한 난류확산에 의한 무작위적 거동 계산을 위해 Gaussian 분포를 따른 난수 생성을 통해 무작위적 거동을 계산했다. 각 연직층에 위치한 미세플라스틱 입자의 종, 횡 방향 거동을 계산한 후 입자의 연직거동을 계산한다. 입자의 연직 위치는 난류확산과 침강속도에 따라 계산되며 침강속도는 미세플라스틱의 밀도 및 직경에 따라 결정된다. 현장 샘플링 결과에 따라 팔당호로 유입되는 미세플라스틱은 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(Polyester)가 있으므로, 세 종류의 미세플라스틱을 동시에 주입하여 팔당호 내 거동을 분석했다. 남한강, 북한강, 경안천의 유량 차이로 인해 팔당호로 유입되는 미세플라스틱은 대체로 남한강과 북한강의 흐름특성에 영향을 받았다. 경안천의 경우 유량이 낮아 팔당호로 유입되지 못하고 좌안을 따라 하류로 이동됐다. 남한강과 북한강에서 유입된 미세플라스틱은 주로 팔당호 내 소내섬을 거쳐 팔당댐 쪽으로 이동했다. 또한 팔당댐 인근에서는 PP, PE, Polyester 순으로 많은 양이 유입되는 결과가 나타났다.

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.29 no.6
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• pp.576-586
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• 2023

In this study, a numerical particle tracking experiment was conducted to assess the distribution characteristics of freshwater exclusion resulting from the discharge of Gahwa Stream into Sacheon, Jinju, and Gangjin bays, located downstream of the Namgang Dam. The number of particles discharged into Noryang Channel, Daebang Channel, and Changseon Strait was compared by releasing 1000 particles through Gahwa Stream under three discharge conditions: no discharge, discharge during rainfall, and discharge during flood. Evidently, the percentage of particles in the Noryang Channel increased, whereas that in the Daebang Channel decreased as the discharge from the Gahwa Stream increased. Approximately 95% of the material located downstream of the Gahwa Stream generally escaped through the Daebang Channel. However, as the discharge from the Namgang Dam increased due to rainfall, the percentage of particles in the Noryang Channel increased, reaching 45.5% during floods.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.59-62
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• 2015

하천에서 유사이동 분석이 중요한 이유는, 지속가능한 하천관리의 관점에서 하도, 구조물, 생물 서식처와 수질에 이르기까지 하천 내 유사이동이 미치는 영향이 광범위하기 때문이다. 특히, 유사가 어느 지점에서 유실되며 어느 지점에 쌓이는지와 같은 이슈는 하천 지속가능한 관리를 위한 핵심이라 해도 과언이 아니다. 상대적으로 크기가 작은 부유사 입자의 이동은 일상적인 하천의 흐름에서도 대부분 관찰되기 때문에, 그 이동패턴을 파악하는 것이 하천의 효율적 관리에 밑바탕이 된다. 기존연구들에서 주로 연구되었던 부유사 농도 또는 플럭스 산정은 유사에 의한 영향을 파악하기 위한 좋은 지표임은 분명하지만, 유사 입자가 움직이기 시작하는 지점이나 침전하는 지점 등 공간적 분석을 위해서는 입자의 움직임에 초점을 맞춘 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 부유사 입자를 추적하는 모의 방법을 이용하여, 개수로에서 부유사 입자를 방류하는 형태가 바뀌었을 때, 입자의 공간적 분포가 어떤 식으로 영향을 받는지에 대하여 분석하였다. 모의결과와 실험결과를 비교하여 연구의 접근방법이 부유사 이동의 공간적 분석을 위한 타당한 방법을 검증하였으며, 나아가 실험으로 측정하기 어려운 부유사 이동 패턴을 제시하였다. 입자의 방류 위치나 방류 간격 등 부유사 입자의 분산에 영향을 미치는 요인들 또한 함께 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.50-50
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• 2016

하천에서 유사 및 오염물질의 이동을 예측하기 위하여 초점을 두는 것에는 두 가지 요소가 있다. 입자의 농도로 나타낼 수 있는 양의 개념과 입자의 위치로 나타낼 수 있는 공간의 개념이 그것이다. 유사 입자와 같이 그 비중이 물보다 큰 경우, 흐름 내에서 침전과 부상의 메커니즘을 반복하게 되는데 최종적으로 바닥에 침적하는 위치는 하상변동, 서식처 등 하천관리의 다양한 측면에서 매우 중요하다. 유사 입자가 바닥에 침적하는 위치를 예측하는 데에는 난류와 지형 같은 많은 불확실한 요소가 내포되어 있어, 같은 크기의 유사 입자라 하여도 하나의 exact point로 도달하지 않는다. 이러한 불확실한 요소를 고려하여 침전 위치를 산정하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 침전 위치를 확률밀도함수로 나타내어 분석하고자 한다. 입자의 침전 위치를 확률밀도함수로 나타내기 위하여 입자 기반의 추적 모형을 사용하여 위치 데이터를 얻었으며, 이를 실험데이터와 비교하여 검증 후 확률밀도함수로 나타내었다. 그 결과 입자의 침적 위치에 대한 확률밀도함수는 로그정규분포를 띠고 있음을 확인하였으며, 확률밀도함수를 나타내는 매개변수를 물리 기반 회귀모형식으로 일반화 하여 나타낼 수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.5
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• pp.523-529
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• 2010

Recently, several research groups have been investigating the motion of flagellated bacteria, with the aim of examining the feasibility of using bacterial chemotaxis as an efficient power source for microactuators. In this study, microparticle-tracking velocimetry ($\mu$-PTV) is used for investigating the motion of fluorescent microbeads propelled by bacterial chemotaxis. Flagellated bacteria, Serratia marcescens, are spontaneously attached to the surface of the fluorescent polystyrene (PS) microbeads in an aqueous culture. The microbeads thus treated are injected into the test medium, which contains the solidified chemoattractant L-aspartate. With time, the particles slowly move toward the zone in which the L-aspartate concentration is high. This study shows that chemotaxis of flagellated bacteria can be applied as an efficient power source for microactuators.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2005.11a
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• pp.50.1-50.1
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• 2005