A Three-Dimensional Modeling Study of Lake Paldang for Spatial and Temporal Distributions of Temperature, Current, Residence Time, and Spreading Pattern of Incoming Flows

A three-dimensional dynamic model was applied to Lake Paldang, Han River in this study. The model was calibrated and verified using the data measured under different ambient conditions. The model results were in reasonable agreements with the field measurements in both calibration and verification. Utilizing the validated model, we analyzed the spatial and temporal distributions of temperature, current, residence time, and spreading pattern of incoming flows within the lake. Relatively low velocity and high temperature were computed at the surface layer in the southern region of the Sonae island. The longest residence time within the lake was predicted in the southern region of the Sonae island and the downstream region of the South Branch. This can be attributed to the fact that the back currents caused by the dam blocking occur mainly in these regions. Vertical thermal profiles indicated that the thermal stratifications would be occurred feebly in early summer and winter. During early spring and fall, it appeared that there would be no discernible differences at the vertical temperature profiles in the entire lake. The vertical overturns, however, do not occur during these periods due to an influence of high discharge flows from the dam. During midsummer monsoon season with high precipitation, the thermal stratification was disrupted by high incoming flow rates and discharges from the dam and very short residence time was resulted in the entire lake. In this circulation patterns, the plume of the Kyoungan stream with smallest flow rate and higher water temperature tends to travel downstream horizontally along the eastern shore of the south island and vertically at the top surface layer. The model results suggest that the Paldang lake should be a highly hydrodynamic water body with large spatial and temporal variations.

팔당호 수온, 유속, 체류시간의 시.공간적 분포 및 유입지류 흐름에 관한 3차원 모델 연구

본 연구에서는 한강수계의 팔당호에 3차원 시변화 모델을 적용하였으며, 상이한 강우 및 유량 조건에서의 실측자료를 이용하여 적용 모델의 재현성을 검토하였다. 모델의 보정 및 검증 결과 모델 예측값은 실측간과 적절한 일치를 보였으며, 재현성이 검토된 모델 결과를 바탕으로 팔당호의 수온, 유속, 체류시간의 시 공간적 분포와 유입지류의 흐름 특성을 분석하였다. 팔당호 수표면에서는 일반적으로 소내섬 남쪽 수역에서 다른 수역에 비해 다소 높은 수온과 낮은 유속이 유지되는 것으로 나타났다. 또한 소내섬 남쪽 수역과 남한강 수역 하류 부분에서는 연중 대부분의 기간 동안 국지적으로 긴 체류시간이 유지되고 있으며, 이는 이들 수역에서 블로킹으로 인한 상류 방향으로의 역류가 발생하기 때문인 것으로 분석되었다. 한편 팔당호에서는 초여름과 겨울에 약한 수온성층이 형성되며, 초봄과 가을에는 성층이 파괴되어 전 수층에서 유사한 수온을 보이나 댐 방류의 영향으로 인해 수체의 수직 혼합은 발생하지 않았다. 집중 강우가 발생하는 여름철에는 유입 및 유출량의 급격한 증가로 인해 수온 성층이 파괴되며, 전 수역에서 체류시간이 크게 감소하는 것으로 예측되었다. 이러한 수체 흐름 하에서 남, 북한강 그리고 경안천은 각각 다른 방향으로부터 팔당호로 유입된 후 구별된 흐름 경로를 통해 댐까지 이동하게 되며, 특히 경안천은 소내섬 남쪽 수역에서 유입된 후 댐에 이르기까지 일반적으로 소내섬 서쪽 호반을 따라 표층을 중심으로 이동하는 것으로 분석되었다. 본 연구 결과 팔당호는 수온, 유속 그리고 체류시간의 시 공간적 변화가 매우 심하며, 수온 성층의 발달이 미약하나 유입지류의 수온 차이로 인해 밀도류가 형성되는 것으로 나타났다.