실시간 모델링을 통한 새만금 주변해역의 퇴적 특성 재현

방기영(Ki-Young Bang),유호준(Ho Jun Yoo),송용식(Yong Sik Song),김태인(Tae In Kim),유상철(Sang-Cheol Yoo),안석진(Suk Jin Ahn),김신웅(Shin Woong Kim) 한국해양환경·에너지학회 2014 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.11

입자추적기법 기반 해양쓰레기 거동 예측 모델 적용성 검토

이상영(Sang Young Lee),뉴엔디호양타오(Nguyen Thi Hoang Thao),방기영(Ki-Young Bang),조재갑(Jae Gab Cho),송용식(Yong Sik Song),오정환(Jeong-Hwan Oh) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10

해양쓰레기의 발생량은 꾸준히 증가하는 추세이며, 플라스틱, 목재, 유리 등 다양한 성상의 쓰레기가 해양으로 유출되고 있다. 최근 10년간 해양쓰레기 모니터링 결과에 따르면 플라스틱, 스티로폼 등 부유성 쓰레기 비율이 80% 이상으로 가장 높은 비중을 차지하고 있다. 해양쓰레기는 성상에 따라 다른 거동 특성을 보이며, 해수의 흐름뿐만 아니라 바람에 의해서 분포가 결정된다. 따라서 효율적인 해양쓰레기 수거를 위해서는 관련 모니터링 기술과 다양한 성상에 대해서 구현이 가능한 해양쓰레기 거동 예측 기술이 필요하다. 본 연구에서는 개발 중인 입자추적기법 기반 해양쓰레기 거동 예측 모델을 활용하여 금강하구를 대상으로 부유성 해양쓰레기에 대한 적용성을 검토하였다. 적용성 검토를 위해 PET, 스티로폼, 초목 등의 부유 쓰레기 성상이 반영된 부표 추적결과를 활용하였다. 쓰레기 거동 예측모델의 유동조건으로 Delft3D-Flow를 통해 계산된 강·하구 해수유동장을 입력하였으며, 표층 부유 쓰레기에 대한 바람 영향(leeway)을 고려하기 위해 기상청 국지예보모델(LDAPS)의 매시별 풍향, 풍속 자료를 적용하였다. 입자에 적용되는 유속과 바람은 해당입자의 위치를 기준으로 주변의 유동 및 바람 조건을 역거리 가중법(Inverse Distance Weighted Method)을 통해 보간하여 적용하였으며, 입자이동 계산은 Isobe et al.(2009)의 제안식을 적용하였다. 부유성 쓰레기는 수면하 잠긴 비율에 따라서 바람 영향을 달리하므로, 개발된 모델에 대해서 바람 영향의 변화에 따른(0―5%) 해양쓰레기의 이동양상 및 부표 추적결과에 대한 재현성을 검토하였다. 검토결과, 모델에 바람 영향을 고려했을 때 부표 추적결과를 유사하게 재현하였으며, PET 성성 부표의 경우 풍속 4% 적용 시 재현성이 가장 높게 나타났다. 해양으로 유출된 쓰레기는 흐름과 바람에 의해서 이동되고 침강, 퇴적·침식, 연안부착 등의 과정을 거쳐서 최종 종착지에 집적된다. 본 연구에서는 해양쓰레기 거동 예측 모델 개발의 초기 단계로 흐름과 바람을 고려하여 부유성 해양쓰레기에 대한 모델 적용성을 검토하였다. 향후 침강, 퇴적·침식, 연안부착 등의 해양쓰레기 거동기작에 대한 연구결과를 바탕으로 모델을 개선할 예정이다. The amount of marine debris is steadily increasing, and garbage of various types such as plastic, wood, and glass is disposing into the ocean. According to the monitoring results of marine debris over the past decade, the floating debris such as plastic and styrofoam accounts for the highest proportion of more than 80%. Marine debris exhibits different behavioral characteristics depending on its properties, and its distribution is determined not only by the ocean current but also by the wind. Therefore, for efficient marine debris collection, the distribution monitoring and behavior predicting technologies that can be implemented for various properties are required. In this research, the applicability of an under-development marine debris behavior prediction model, that based on the particle tracking technique, was examined. The observation data of buoy tracking results reflecting the characteristics of floating wastes such as PET, styrofoam, and vegetation were used for reviewing. The river and estuary flow fields calculated by Delft3D-Flow were used as input conditions of the self-tracking model, and the data of wind speed and wind direction from the KOREA Meteorological Administration"s local forecast model (LDAPS) were applied to consider the wind effect on surface floating waste. The effects of flow field and wind to the particles were calculated by interpolating the surrounding flow and wind conditions based on the particle location through the Inverse Distance Weighted Method, and the equation proposed by Isobe et al. (2009) was used for the particle movement calculation. Due to their different submerged ratio, the floating debris surfer wind impact differently, therefore in this study, wind influence of 0-5% was implemented to explore the reproducibility of the model on particle movement patterns. The results showed that the modeling and buoy tracking results were in good agreement when the wind effect was considered, and in the case of PET debris, the model reached its highest performance when applying 4% of wind speed. Garbage leaked to the sea is moved by ocean current and wind, and accumulates at the final destination through sink, sedimentation/erosion, and coastal adhesion. However in this study, the applicability of a floating marine debris investigating model was examined only by using the ocean current and wind as an early stage of the model development. In the future, the model is planed to be improved by considering the effects of sink, sedimentation/erosion, and coastal adhesion processes on the behavioral mechanisms of marine debris.

강·하구 상세 해수유동모델 기반 해양쓰레기 거동 예측모델 적용

방기영(Ki-Young Bang),이상영(Sang Young Lee),뉴엔디호양타오(Nguyen Thi Hoang Thao),송용식(Yong Sik Song),김준성(Junsung Kim),이승현(Seung Hyun Lee) 한국해양환경·에너지학회 2023 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.05

영산강 하구의 2011년 하계 홍수시 퇴적물이동 수치모의

방기영(Bang, Ki-Young),김태인(Kim, Tae In),송용식(Song, Yong Sik),이정현(Lee, Jung Hyun),김신웅(Kim, Shin Woong),조재갑(Cho, Jae-Gab),김종욱(Kim, Jong Wook),우승범(Woo, Seung Buhm),오재경(Oh, Jae Kyung) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.2

영산강 하구는 하구둑 및 방조제 건설등의 개발 사업으로 해수유동 체계에 변화가 발생하였으며, 인위적인 하구둑 운영에 의해서 담수 방류가 조절되어 자연적인 하구와는 다른 하구순환 형태를 나타내며, 하천 기원 퇴적물의 유입이 제한적이다. 하구둑 방류가 빈번한 하계의 하구 퇴적물 이동양상과 수지를 파악하기 위하여 3차원 수치모델인 EFDC를 적용하였다. 외력 및 육상 유입 조건을 실시간으로 입력하고, 연구지역의 퇴적물 입도특성을 바탕으로 모래, 실트, 점토의 다중 입경을 적용하여 모델링을 수행하였다. 관측 조석, 조류와 부유사 농도에 대하여 보정 검정된 모델링 결과에 의하면, 2011년 8월에 부유 퇴적물은 표층에서 외해방향으로 이동하지만 중 저층에서는 하구 내측으로 이동한다. 하구둑 방류에 기인한 하구순환에 의해 실트 크기 입자에 의한 퇴적이 우세하게 나타나며, 점토 크기 입자는 대부분 하구 내에서 순환을 반복하는 양상을 보였다. The hydrodynamics in the Youngsan River Estuary has changed due to coastal developments such as the estuary dam and two tidal barriers. As the freshwater discharge is artificially controlled, the circulation pattern is different from those of natural estuaries and the river-born sediment supply is restricted. 3D numerical modeling system EFDC was applied to investigate the sediment transport pattern and budget in summer with river floods. The real-time driving forces and the fluvial sediment discharges from the watershed modeling were assigned for the simulation period. The size classes of sand, silt and clay were adopted based on the grain-size distribution of bottom sediments. The modeling results were calibrated and validated with the observed tides, tidal currents and suspended sediment concentrations. The suspended sediments are transported to the offshore at surface layer, whereas upstream toward the dam at mid- and bottom layers in August 2011. The characteristic estuarine circulation induced by the freshwater discharge from the dam, causes the deposition of silt-sized sediments on the whole and the sustained suspension of clay-sized sediments.

투수성 호안의 해수유통을 고려한 유동 수치모델링

방기영(Bang, Ki-Young),박성진(Park, Sung Jin),김선우(Kim, Sun Ou),조창우(Cho, Chang Woo),김태인(Kim, Tae In),송용식(Song, Yong Sik),우승범(Woo, Seung-Buhm) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.2

평택 당진항 내항 2공구 수역은 3개의 투수성 호안으로, 그리고 내항 2공구 동측의 투기장 수역은 2개의 투수성 호안으로 둘러싸여 있다. 2010년 5월에 관측된 내항 2공구 외곽호안 내측 수역과 내항 2공구 투기장 내측 수역의 최대조차는 각각 4.70 m와 2.32 m로서, 동시에 호안 외측에서 관측된 최대조차 8.74 m의 54%와 27%에 달한다. 호안 내 외수위차와 내측 수용적 변화율간의 회귀식을 도출하고, 이 식을 이용하여 투수성 호안의 해수 유통량을 매 계산시간마다 산정하는 모듈을 EFDC 모델에 추가하여 아산만의 3차원 해수유동 수치모형을 구축하였다. 2010년 5월 13~27일의 모의기간에 대하여 주요 5개 분조(M₂, S₂, K₁, O₁, N₂)의 합성조석과 아산, 삽교, 남양, 석문방조제의 담수방류량을 실시간으로 입력하여 해수유동을 모의하였다. 2공구 내측과 2공구 투기장 내측에서 평균고조위, 평균해면과 평균저조위의 실측치에 대한 모델치의 skill score는 96~100%로서 매우 양호한 재현율을 보인다. 투수성 호안의 해수유통을 차단한 모의결과와 비교하면, 최강유속은 주수로를 따라 0.05~0.10 m/s 증가하고, 2공구 외곽호안 외측에서 국지적으로 0.1~0.2 m/s 증가한다. 해저면 전단응력은 유속이 강한 주수로에서 0.1~0.4 N/M₂의 범위로 증가하고, 2공구 외곽호안 우각부 주변에서 국지적으로 0.4 N/M₂ 이상 증가한다. 본 연구에서 적용한 투수성 호안의 해수유통 모의기법은 대규모 투수성 호안이 유지되는 해역에서 물질의 이류 확산과 해저지형의 침식 퇴적 및 호안 주변의 국부 세굴 등을 모의 예측하는데 유용하게 적용될 수 있다. The Inner Port Phase 2 area of the Pyeongtaek-Dangjin Port is enclosed by a total of three permeable sea-walls, and the disposal site to the east of the Inner Port Phase 2 is also enclosed by two permeable sea-walls. The maximum tidal range measured in the Inner Port Phase 2 and in the disposal site in May 2010 is 4.70 and 2.32 m, respectively. It reaches up to 54 and 27%, respectively of 8.74 m measured simultaneously in the exterior. Regression formulas between the difference of hydraulic head and the rate of interior water volume change, are induced. A three-dimensional numerical hydrodynamic model for the Asan Bay is constructed incorporating a module to compute water discharge through the permeable sea-walls at each computation time step by employing the formulas. Hydrodynamics for the period from 13th to 27th May, 2010 is simulated by driving forces of real-time reconstructed tide with major five constituents(M₂, S₂, K₁, O₁ and N₂) and freshwater discharges from Asan, Sapkyo, Namyang and Seokmoon Sea dikes. The skill scores of modeled mean high waters, mean sea levels and mean low waters are excellent to be 96 to 100% in the interior of permeable sea-walls. Compared with the results of simulation to obstruct the flow through the permeable sea-walls, the maximum current speed increases by 0.05 to 0.10 m/s along the main channel and by 0.1 to 0.2 m/s locally in the exterior of the Outer Sea-wall of Inner Port. The maximum bottom shear stress is also intensified by 0.1 to 0.4 N/m² in the main channel and by more than 0.4 N/m² locally around the arched Outer Sea-wall. The module developed to compute the flow through impermeable seawalls can be practically applied to simulate and predict the advection and dispersion of materials, the erosion or deposion of sediments, and the local scouring around coastal structures where large-scale permeable sea-walls are maintained.

입자추적 실험을 이용한 새만금 배수갑문 유출수의 영향 범위 연구

조창우(Chang Woo Cho),송용식(Yong Sik Song),방기영(Ki Young Bang) 한국해안해양공학회 2020 한국해안해양공학회 논문집 Vol.32 No.4

입자추적 실험 결과를 이용하여 새만금 배수갑문 유출수의 영향 범위 파악을 위한 방법론을 수립하고, 2017년을 대상으로 새만금 배수갑문 유출수의 영향 범위를 계절별 확률 분포로 제시하였다. 물질 수송 시간의 지표 중 하나인 water age를 계산하고 입자추적 실험 결과와 비교하여 계산 결과의 타당성을 입증하였다. 배수갑문 유출수는 신시 또는 가력 배수갑문을 중심으로 그 영향 범위가 방사형으로 증가하는데 계절풍의 영향으로 동계에는 남측으로, 하계에는 북측으로 영향 범위가 치우치는 것으로 예측되었다. 예측 결과는 2017년 상황에 한정되지만, 본 연구에서 수립한 입자추적 실험을 이용한 배수갑문 유출수 영향 범위 산정 기법은 현재 변화하고 있는 새만금 해역의 장래 배수갑문 유출수의 영향 범위 산정 연구에 활용이 가능하다. This study suggested a method calculating the influence of effluent discharge from Saemangeum sluice-gates using the particle tracking model. For 2017, we presented the seasonal effects of effluent discharge as probability spatial distributions and compared with the results of the water age, one of the indicators of transport time scale. The influence of sluice-gates effluent discharge increases radially around Sinshi or Gaseok gates, which are expected to be biased toward the south in winter and north in summer due to the effect of seasonal winds. Although the results of the prediction are limited to the 2017 situation, the method of calculating the influence of sluice-gates effluent discharge using the Lagrangian particle tracking model can be used to predict the future of the around Saemangeum.

공동주택 리모델링 사업관리를 위한 영향요인 분석

심규정(Shim, Gyu-Jung),서종민(Seo, Jong-Min),나영주(Na, Young-Ju),송용식(Song, Yong-Sik),김선국(Kim, Sun-Kuk) 한국생태환경건축학회 2008 한국생태환경건축학회 논문집 Vol.8 No.5

EFDC 수질모델을 이용한 영산강 수계 수질 예측

신창민 ( Chang Min Shin ),민중혁 ( Joong-hyuk Min ),박수영 ( Su Young Park ),최정규 ( Jungkyu Choi ),박종환 ( Jong Hwan Park ),송용식 ( Young Sik Song ),김경현 ( Kyunghyun Kim ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2017 한국물환경학회지 Vol.33 No.2

A watershed-river linked modeling system was developed to forecast the water quality, particularly weekly changes in chlorophyll-a concentration, of the Yeongsan River, Korea. Hydrological Simulation Program-Fortran (HSPF) and Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) were adopted as the basic model framework. In this study, the EFDC model was modified to effectively simulate the operational condition and the flow of multi-functional weirs constructed in the main channel of rivers. The model was tested against hydrologic, water quality and algal data collected at the right upstream sites of two weirs in 2014. The mean absolute errors (MAEs) related to model calibration in the annual variations of the river stage, TN, TP, and algal concentration were 0.03 - 0.10 m, 0.65 - 0.67 mg/L, 0.03 - 0.04 mg/L, and 9.7 - 10.8 mg/m³, respectively. On the other hand, the MAE values of forecasting results for the chlorophyll-a level at the same sites in 2015 ranged from 18.7 to 22.4 mg/m³, which were higher than those for model calibration. Increased errors in forecasting were mainly attributed to higher uncertainties in weather forecasting data compared to the observed data used for model calibration.

2020년 7월 집중 호우시 하천기원 해양쓰레기의 분포 양상 추정을 위한 금강하구둑 방류수 영향범위 예측

조재갑(Jae Gab Cho),유호준(Ho Jun Yoo),뉴엔디호양타오(Nguyen Thi Hoang Thao),방기영(Ki-Young Bang),송용식(Yong Sik Song),오정환(Jeong-Hwan Oh) 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.11