Piping, a common form of internal embankment erosion, is caused by progressive movement of soil particles through an embankment. The phenomenon commonly occurs with precursory signs of development of fractures in dam structures, but also occurs without any noticeable signs in dams that showed satisfactory dam performance for several years, due to dissolution of soluble material in an embankment. While piping accounts for nearly 50% of the causes for dam failure, few studies have been made for systematic evaluation of the phenomenon. In this study, we attempted to monitor the changes in electrical resistivities of fill-dam material while a saddle dam is dismantled for the construction of emergency spillways of Daechung dam. Two artificial subhorizontal boreholes were drilled into the embankment structure to simulate piping along the two artificial flow channels. Monitoring of changes in electrical resistivity showed an increase in resistivity values during piping. Thus, the investigation of resistivity over time could be an effective method for piping prediction.
In situ experiments of Nutrient Enrichment Bioassays (NEBs) were conducted in the field along with in the laboratory to determine which nutrient limited phytoplankton growth as a indicator of primary productivity. For the NEBs, the water was sampled using a polyethylene-lined container and dispensed into 6 L water tank in the laboratory. The control (C, no nutrient spike) and six treatments of phosphorus (P), 2-fold phosphorus (2P), 4-fold phosphorus (4P), nitrate nitrogen ($NO_3$-N), 2-fold nitrate nitrogen ($2NO_3$-N), and phosphorus and nitrate nitrogen (P+$NO_3$-N) were set up in the lacustrine zone near the dam site, Daechung Reservoir in September, 2009 and analyzed the diel changes of total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and chlorophyll-$\alpha$ (Chl-$\alpha$) in the cubitainers. The short-term NEBs showed that algal response in the treatments spiked phosphorus (P, 2P, and 4P) were significantly (p < 0.05) greater than the response in the control (C), and nitrogen-spike. Also, the response in 4P-treatment was greater than those in the P- and 2P-treatments. In contrast, there was no significant differences (p > 0.20) between the $NO_3$-N and $2NO_3$-N treatment. The outcomes of the NEBs suggest that phosphorus limited the phytoplankton growth and nitrogen was not limited in this system. Furthermore, in the N + P treatments, the response was minimum, compared to all other treatments and the control, indicating that even if the system is evidently P-limited system, when added the nitrogen, the response showed the inhibition. Also, > 95% of observed long-term TN:TP ratios in the ambient water showed > 17, which is the criteria of P-limitation, supporting the P-limitation in the system. Overall, these results suggest that phytoplankton biomass near the dam is a direct linear function of P-loading near the watershed, if the phosphorus pool is mainly dissolved fraction.
Su Yeon Kim;Kyoung Won Park;Young Ho Lee;Yong Kyu Lim
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.514-514
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2023
댐 건설은 하천의 유황, 유사량을 변화시켜 이·치수 및 생태계에 영향을 미치고 있다. 그러나 현재 댐 운영에 사용하고 있는 하천 기본계획은 10년마다 수립하고 있어 하천 지형 측량자료, 식생 및 수생태를 고려한 하천 관리 계획은 대부분 과거자료이다. 또한 홍수소통에 영향을 미치는 하도식생에 대한 연구가 거의 없어 최근 기후변화로 인해 빈번하게 발생하는 홍수 등 물재해에 적극적 대응이 어려운 실정이다. 따라서 최신의 하천 기초조사 자료 기반, '20년 댐 하류하천에 홍수가 발생한 4개 댐(대청, 합천, 용담, 섬진강댐)을 대상으로 하상변동, 식생 영향 등을 고려한 댐 직하류 하천관리방안을 마련하는 연구를 진행하였다. 최신 하천 기초조사 자료 확보를 위해 하천기본계획 등 문헌정보를 수집하고 댐 직하류의 수중부·육상부 측량, 유사량·하상재료 조사, 식생조사, 홍수흔적조사 등을 실시하였다. 확보한 기초자료를 바탕으로 하상변동 분석 모델 및 물리적 서식처 모의 모델을 통해 이수, 치수, 생태 측면으로 분석을 진행하였다. 이수 분석으로 HEC-RAS의 유사이송 분석을 통해 현재부터 20년 뒤의 하상변동을 분석하였다. 치수 분석으로 HEC-RAS 2D 등의 유사이송 분석을 사용하여 한 개의 홍수기 사상 발생 시 하상변동을 분석하였으며, 식생의 유무가 하상변동에 미치는 영향을 함께 분석하였다. 생태 분석으로는 PHABSIM을 사용하여 대상어종에 대한 하상변동 및 식생 유무에 따른 환경생태영향의 영향을 분석하였다. 분석을 바탕으로 각 대상 댐 직하류에 이수, 치수, 생태 측면의 하천관리방안을 수립하였다. 이수 분석을 통해 20년 뒤의 취양수장의 제약수위를 예측, 검토하고 취약구간 모니터링 구간을 산정하였다. 또한 침식과 퇴적이 크게 일어나는 구간을 산정하여 장·단기 하상변동 모니터링 구간을 제시하였다. 치수 분석을 통해 식생이 댐 하류에 미치는 영향을 분석하여 식생 저감 구간을 선정하는 등 적정 식생 밀도 조절 방안을 제시하였다. 또한 하상변동량이 큰 구간은 하상 안정 유지를 위한 수제 설치를 모델 결과를 통해 검토하였으며 제방 정비가 필요한 구간은 드론을 활용한 모니터링을 제안하였다. 생태 분석을 통해 대상 어종이 서식하기 가장 적합한 환경생태유량을 산정하고 댐 하류 하천의 자연성 회복을 위한 증가방류, 유사환원 등의 방안을 검토하였다.
In order to solve water quality problem of domestic dam reservoir, many projects have been performed in a point of view to restoration of water quality. This study was carried out to evaluate the effect of release from sediment on water quality and release characteristics. Daecheong dam reservoir was investigated for two years, from 1998 to 1999. The nutrient release rates of Daecheong reservoir is less than foreign eutrophic reservoir at anoxic condition. For the evaluation of the effect of nutrient release on water quality, internal and external loading was calculated at Daecheong reservoir. As total phosphorus loading from sediment is calculated 9.3 ton/yr and inflow loading from Daecheong reservoir watershed 118 ton/yr, internal loading shows the portion of 7.88% to external loading. At this study, because sampling point was choosed at the point where much sediment is accumulated, experimental result is more than average release rates. Because Daecheong reservoir shows complete thermal stratification and anoxic condition below 30m from water surface in summer seasons, released phosphorus from sediment can not transfer to epilimnion and eventually resettles. Therefore sediment has insignificant impacts on water quality on Daecheong dam reservoir.
The purpose of this paper is to construct a network model for the optimal allocation of limited water resources to the nodal system with given priorities. The solution technique for the model is based on the out-of-kilter algorithm(OKA). For the verification and application of the theoretical methodology and computer programs, the Geum river system is selected. Using release of Daecheong dam and water demand in Geum river basin, optimal allocation of water resources is accomplished for 4 cases(case 1 - case 4) which consider priority numbers in the demand nodes. The results of the application show that the model can reasonably represent the physical system, and water shortage at the demand nodes with high priority numbers is reduced. Its system solution was verified with that by the revised simplex algorithm.
Kim, Jin-Ho;Chung, Gun-Hui;Lee, Do-Hun;Lee, Eun-Tae
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2010.05a
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pp.779-783
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2010
최근 들어 그 심각성을 더하고 있는 이상기후 현상으로 가용 수자원의 변동이 커지고 있으며, 이에 따라 수자원의 효율적인 운영이 요구되고 있다. 그러나 효율적인 운영을 위해서는 미래 유입량의 불확실성의 고려하고, 홍수 조절용량의 확보하면서도, 용수공급을 위한 저수량을 확보하고, 수력 발전을 해야 하는 복잡한 상황을 모두 고려하여야한다. 이러한 복잡한 시스템에서 하나의 최적화 기법으로는 모든 고려사항들을 만족시키는 최적해를 찾는 것은 사실상 불가능에 가깝다. 그러므로 저수지 운영의 최적화를 위한 연구에서 한 가지 이상의 기법을 조합하는 기법을 사용하게 되었다. 이러한 기법은 각 기법의 장점을 취하고 각각의 한계를 극복하기 위해 주로 사용되었다. 본 연구에서는 저수지 운영 최적화를 모의하기 위하여 대청댐에서의 저수위, 유입량, 용수이용량 등을 고려하여 방류량의 예측을 동적 계획법(Dynamic Programming Model)으로부터 동적 신경망(Dynamic Neural Network Model)과 적응 퍼지 제어기법(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System)을 개발하여 실제 방류량과 세 가지 최적화 방법에 의한 결과를 비교 검정하였다. 본 연구의 수행으로 인해 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 동적 신경망과 적응 퍼지 제어기법에 의한 최적화 모의가 동적 계획법에 비해 시스템의 구축이 쉽고 유연하다. 둘째, 퍼지추론의 Membership 함수의 구축에 따라 단시간에 많은 양의 강우가 발생하는 국지성 강우에 대해서도 최적 방류량을 예측할 수 있다. 셋째, 저수지 운영 과거자료의 부족과 불확실성을 해결하면, 보다 용이하고 양호한 예측결과를 얻을 수 있을 것이다.
Kim, Sung-Yeol;Moon, Geon-Soo;Song, Won-Kyong;Choi, Jaeyong
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.24
no.6
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pp.15-34
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2021
Syntaxonomy and Synecology on Quercus variabilis forests in Daecheong-dam basin was carried out using the methods of Braun-Blanquet phytosociology. 6 syntaxa classified as species compositions described were Quercus variabilis community, Platycarya strobilacea-Quercus variabilis community(typicum subcommunity, dictamnus dasycarpus subcommunity), Quercetum variabili-serratae, Zelkova serrata-Quercus variabilis community and Dendranthema boreale-Quercus variabilis community. All syntaxa were shown habitat environmental conditions including steep inclination of more than 30°, high rock exposure rate of more than 50% and South-facing slope. These communities excepting Dendranthema boreale-Quercus variabilis community classified as natural vegetation were identified as low emergence rate of annual plants and species compositions composed native species, so it was confirmed that relatively natural succession were proceeding well. Quercetum variabili-serratae and Dendranthema boreale-Quercus variabilis community distributed forested hillslope of open water edge were representative Quercus variabilis syntaxa in Daecheong-dam basin.
SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model was calibrated for the flow rate of the Deachung lake with a large area of 3108.29 $km^2$. Application of SWAT model requires significant number of input data and is prone to result in uncertainties due to errors in input data, model structure and model parameters. The SUFI-2 (Sequential Uncertainty Fitting Ver. 2) program and GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) program in SWAT-CUP (SWAT-Calibration and Uncertainty Program) are used to select the best parameters for SWAT model. Optimal combination of parameter values was determined through 2,000 iterative SWAT model runs. The Nash-Sutcliffe values and $R^2$ values were 0.87 and 0.89 respectively indicating both methods show good agreements with observed data successfully. RMSE and MSE values also showed similar results for both programs. It seems the SWAT-CUP has a great practical appeal for parameter optimization especially for large basin area and it also can be used for less experienced SWAT model users.
Since the thermal stratification in a reservoir inhibits the vertical mixing of the upper and lower layers and causes the formation of a hypoxia layer and the enhancement of nutrients release from the sediment, changes in the stratification structure of the reservoir according to future climate change are very important in terms of water quality and aquatic ecology management. This study was aimed to develop a data-driven inflow water temperature prediction model for Daecheong Reservoir (DR), and to predict future inflow water temperature and the stratification structure of DR considering future climate scenarios of Representative Concentration Pathways (RCP). The random forest (RF)regression model (NSE 0.97, RMSE 1.86℃, MAPE 9.45%) developed to predict the inflow temperature of DR adequately reproduced the statistics and variability of the observed water temperature. Future meteorological data for each RCP scenario predicted by the regional climate model (HadGEM3-RA) was input into RF model to predict the inflow water temperature, and a three-dimensional hydrodynamic model (AEM3D) was used to predict the change in the future (2018~2037, 2038~2057, 2058~2077, 2078~2097) stratification structure of DR due to climate change. As a result, the rates of increase in air temperature and inflow water temperature was 0.14~0.48℃/10year and 0.21~0.41℃/10year,respectively. As a result of seasonal analysis, in all scenarios except spring and winter in the RCP 2.6, the increase in inflow water temperature was statistically significant, and the increase rate was higher as the carbon reduction effort was weaker. The increase rate of the surface water temperature of the reservoir was in the range of 0.04~0.38℃/10year, and the stratification period was gradually increased in all scenarios. In particular, when the RCP 8.5 scenario is applied, the number of stratification days is expected to increase by about 24 days. These results were consistent with the results of previous studies that climate change strengthens the stratification intensity of lakes and reservoirs and prolonged the stratification period, and suggested that prolonged water temperature stratification could cause changes in the aquatic ecosystem, such as spatial expansion of the low-oxygen layer, an increase in sediment nutrient release, and changed in the dominant species of algae in the water body.
Many reservoirs in Korea and their downstream environments are under increased pressure for water utilization and ecosystem management from longer discharge of turbid flood runoff compared to a natural river system. Turbidity($C_T$) is an indirect measurement of water 'cloudiness' and has been widely used as an important indicator of water quality and environmental "health". However, $C_T$ modeling studies have been rare due to lack of experimental data that are necessary for model validation. The objective of this study is to validate a coupled three-dimensional(3D) hydrodynamic and particle dynamics model (ELCOM-CAEDYM) for the simulation of turbid density flows in stratified Daecheong Reservoir using extensive field data. Three different groups of suspended solids (SS) classified by the particle size were used as model state variables, and their site-specific SS-$C_T$ relationships were used for the conversion between field measurements ($C_T$) and state variables (SS). The simulation results were validated by comparing vertical profiles of temperature and turbidity measured at monitoring stations of Haenam(R3) and Dam(R4) in 2004. The model showed good performance in reproducing the reservoir thermal structure and propagation of stream density flow, and the magnitude and distribution of turbidity in the reservoir were consistent with the field data. The 3D model and turbidity modeling framework suggested in this study can be used as a supportive tool for the best management of turbidity flow in other reservoirs that have similar turbidity problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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