• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.63-63
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• 2017

우리나라에서 홍수기에는 하천에 부유사를 포함한 수체가 침강되어 하층 밀도류 형태로 전파된다. 온도로 성층화가 심하게 되지 않은 댐의 경우 하층 밀도류로 댐체까지 전파되고, 유출되어 하류로 흘러가거나 차단되어 담수된다. 침사용 저수지는 하류에 있는 저수지에 유사 전파를 막기 위해 건설된 댐으로, 이를 잘 관리하기 위해서는 밀도류의 차단에 대한 연구가 필수적이다. 따라서 본 연구의 목적은 층적분 모형을 사용하여 밀도류의 전파와 이에 따른 저수지의 유사 차단 현상을 모의하는 것이다. 이를 위하여 1차원 수치모형을 제시하였으며 실내실험 자료에 적용하여 밀도류의 전파 및 차단 양상을 분석하였다. 모의 결과 소류사는 대부분 상류단에서 퇴적되고, 부유사가 밀도류에 포함되어 하류단까지 전파되고, 차단되는 것을 확인하였다. 또한, 질량보존과 운동량 보존에 의해 저수지 전체에서 밀도류 두께가 증가되며 담수되는 현상을 확인하였다. 담수된 밀도류의 포집효율에 영향을 미치는 인자를 분석하고, 포집효율에 대한 각 입자의 민감도 분석을 수행하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.72-72
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• 2018

우리나라의 대형 저수지에 담수된 수체는 여름에 온도가 높은 표수층과 온도가 낮은 심수층, 그리고 두 층 사이에서 온도가 크게 변화되는 변온층으로 나뉘게 된다. 여름 홍수기에 상류 하천에서 저수지로 유입되는 부유사는 큰 밀도를 가지기 때문에 저수지의 바닥을 타고 하층 밀도류의 형태로 저수지 하류로 전파된다. 그러나 밀도류가 성층화된 저수지의 변온층에 도달하면 심수층과 변온층 하층의 낮은 온도로 인해 발생하는 수체의 큰 밀도로 하층으로 더 침투하지 못하고 변온층이나 심수층 상층에서 남아 하류에 중층밀도류의 형태로 전파된다. 대량의 탁수를 하류에 방류하면 하류 수질에 문제가 발생되며 저수시키면 댐 수질 및 심수층 생물체의 태양광 차단 문제가 발생되므로 저수지에서 밀도류의 조절은 대형 저수지 운영에 매우 중요한 사항이다. 따라서 본 연구의 목적은 층적분 모형을 사용하여 대형 저수지에서 발생하는 중층밀도류의 전파 및 선택취수시설을 이용한 밀도류의 차단과 방류에 대해 수치모의하는 것이다. 이를 위하여 중층 밀도류를 수치모의하기 위한 1차원 수치모형을 제시하였으며 소양강댐 상류 소양호에 적용하여 적용성을 검토하고 밀도류의 전파 및 방류에 대해 분석하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.83-94
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• 1999

대륙붕에서 부유사 하층밀도류는 양측이 수로에 제한을 받지 않기 때문에 주흐름방향인 종방향뿐만 아니라 횡방향으로도 자유롭게 흐른다. 횡방향흐름은 대륙붕 및 대륙붕사면을 따라 흐르는 밀도류의 종방향 도달거리를 크게 감축시킬 수 있다. 본 연구에서는 부유사 밀도류 대신에 염수를 이용한 밀도류 실험을 대형 탱크를 이용하여 실시하였고, 차원해석을 통하여 사면에서 밀도류의 흐름률에 관한 간단한 식을 개발하였다. 특성길이 및 특성시간은 유입부에서의 유량과 부력흐름률의 함수로 나타내었다. 유입부의 폭이 주어질 경우,개발된 흐름식을 사용하여 시간에 따른 밀도류의 최대폭과 종방향으로의 전파속도를 계산할 수 있다. 식에 의한 예측값과 관측값이 서로 잘 일치함을 보였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권1호
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• pp.55-64
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• 2017

본 연구에서는 ULTIMATE 기법을 이용하여 밀도류 층적분 모형의 해석을 위한 수치모형을 제시하였다. 개발된 모형을 경사부와 평탄부로 이루어진 실내 실험에 적용하여 경사부에 유입된 부유사 밀도류의 전파 특성에 대해 분석하였다. ULTIMATE 기법의 범용제한자로 인하여 밀도류의 선단부가 수치진동 없이 비교적 급한 형태로 전파되는 것을 모의하였다. 그리고 사류로 전파되고 수로 끝에서부터 상류로 변화되는 밀도류의 내부 도수 발생 과정을 재현하였다. 이러한 내부 도수는 ULTIMATE 제한자를 사용하면 Courant 수가 1 미만일 때 안정적으로 모의되는 것을 확인하였다. 또한 밀도류의 전파 속도에 영향을 주는 인자에 대하여 분석하였다. 입자의 크기는 $9{\mu}m$ 이하일 때 밀도류의 전파 속도에 큰 영향을 주지 않는 반면, 부력 흐름률은 확연한 영향을 주는 것을 확인하였다. 마지막으로 부유사 밀도류에 의한 하상변동에 대해 검토하였다. 수치모형으로 부유사 밀도류의 전파에 의한 하상변동을 정량적으로 적절히 모의하였으며, 도수로 인한 부유사 연행의 차이와 이로 인한 하상의 불연속적인 형태를 관찰할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권3호
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• pp.201-210
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• 2017

본 연구에서는 저수지에 유입된 부유사 밀도류에 의해 유사가 포집되는 현상을 모의하기 위한 수치모형을 제시하였다. 개발된 모형을 Toniolo and Schultz (2005)의 실내 실험에 적용하여, 부유사 밀도류의 전파, 하도형태의 변화, 그리고 댐에 의한 유사의 포집현상을 모의하였다. 삼각주의 전면층에서 침강된 밀도류가 빠르게 댐까지 전파된 후, 댐에 의해 차단되고 두께가 증가되어 상류로 영향을 전파하는 일련의 과정을 모의하였다. 또한, 소류사와 부유사에 의해 저수지 삼각주에서 전면층이 전진하고, 부유사에 의해 기저층의 두께가 상승하는 현상을 잘 모의하였다. 댐 취수구의 높이에 따른 밀도류의 최대 두께와 내부 도수 발생 위치를 확인하였다. 유사 포집 효율은 수치모형으로 실측 결과의 값을 적절히 모의하였으나, 실험의 한계로 인해 댐 취수구의 높이와 포집 효율과의 관계는 찾아볼 수 없었다. 수치모의 결과를 이용하여 유사 포집 효율의 민감도 분석을 수행한 결과 부유사의 입자 크기가 포집 효율에 가장 민감하게 작용하는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.379-383
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• 2008

본 연구의 목적은 3차원 수리 모델인 ELCOM(Estuary, Lake and Coastal Ocean Model)과 물질 전달모델인 CAEDYM(Computational Aquatic Ecosystem Dynamic Model)을 이용하여 성층화된 저수지로 밀도류 형태로 유입한 부유사의 이송과 확산 그리고 침강특성을 해석하는데 있다. ELCOM은 3차원 수리동력학 모델로써 시공간적인 유속과 수온변화를 예측하는데 사용되었으며, CAEDYM과 매 계산시간 마다 동적으로 연결(Dynamic coupling)되어 부유입자의 이송, 확산, 침강 과정을 모의하였다. 개발된 3차원 모델의 예측 성능은 2004년 홍수기 동안 대청호에서 실측한 자료를 사용하여 검증하였다. 모델의 모의변수는 입자크기별로 구분된 부유물질(SS) 그룹이며, 현장 실측자료인 탁도($C_T$)와 모델 변수인 SS간의 변환을 위해 저수지 지점 별로 측정한 SS-$C_T$ 상관관계를 사용함으로써 부유 입자의 크기분포의 공간적 변동 특성을 반영하였다. 모델은 탁수가 유입하는 환경에서 저수지 성층구조의 변화와 유입 탁수의 밀도류 거동특성, 유입한 부유사의 이송과 확산 그리고 침강특성을 비교적 잘 모의하였다. 저수지로 유입한 부유입자 중 입경이 $20{\mu}m$ 이상인 입자는 매우 빠른 속도로 저수지 바닥에 퇴적된 반면, $10{\mu}m$ 이하의 입자들은 중층에 오랜 시간 부유하며 장기탁수문제를 유발하는 원인이 되었다.

• 물과 미래
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• 제31권3호
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• pp.140-141
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• 1998

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2001년도 학술발표회 논문집(II)
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• pp.877-882
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• 2001

• 상하수도학회지
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• 제27권3호
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• pp.383-394
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• 2013

A sedimentation basin is used to remove suspended sediments which can cause abrasive and erosive wear on hydraulic turbines of hydropower plants. This sediment erosion not only decreases efficiency of the turbine but also increases maintenance costs. In this study, the three-dimensional numerical simulations were carried out on the overseas hydropower project. The simulations of flow and suspended sediment concentration were obtained using FLOW-3D computational fluid dynamics code. The simulations provide removal efficiency of a sedimentation basin based on particle sizes. The influence of baffles on the flow field and the removal efficiency of suspended sediments in the sedimentation basin has been investigated. This paper also provides the numerical simulations for sediment-induced density currents that may occur in the sedimentation basin. The simulation results indicate that the formation of density currents decreases the removal efficiency. When a baffle is installed in the sedimentation basin, the baffle provides intensive settling zones resulting in increasing the sediments settling. Thus the enhanced removal efficiency can be achieved by installing the baffle inside the sedimentation basin.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제2권3호
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• pp.5-15
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• 2001

새만금방조제 축조 전 후 금강하구의 조류 변화와 잔차류특성, 금강의 부유사 유입에 의한 퇴적 과정을 알아보았다. 잔차류는 새만금방조제 축조 전후 금강 하구역의 조석잔차류와 관측된 수온 염분, 바람자료를 이용하여 계산하였다. 계산에 의한 퇴적과정은 잔차류와 입자의 침강속도를 고려하여 Euler Lagrange 방법으로 부유사의 분산 퇴적과정을 3차원 수치 실험에 의하여 재현하였다. 토립자(土粒子)의 중앙입경은 $150{\mu}m$, $300{\mu}m$, $400{\mu}m$의 경우에 대하여 적용하였다. 토립자(土粒子)의 분포사항은 금강하구둑에서 토립자(土粒子) 방류후 24시간과 72시간에 대하여 알아보았다. 그 결과 봄에 관측한 수온 염분, 바람, 조석응력을 이용하여 계산한 잔차류의 특성은 상층에서 만경강과 동진강 하구역에서 시계방향의 흐름분포를 나타내었다. 그리고 하구특성의 하나인 밀도류에 의한 흐름은 하구 쪽 방향으로 아주 작은 분포를 하고 있었다. 부유사의 분산 퇴적과정을 수치실험 한 결과 24시간후의 퇴적분포는 대부분 금강하구와 장항해역에서 퇴적분포를 나타내고 있었으나 72시간 후에는 금강하구와 장항해역, 만경강과 동진강하구까지 퇴적분포를 나타내었다.