• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.477-477
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• 2017

국내 4대강사업 이후의 하천환경의 변화를 고려한 보 구간 별 도달시간 재산정이 필요하며, 더욱이 다기능 보의 영향을 고려한 도달시간에 대한 연구도 필요한 실정이다. 또한 4대강사업 이후 설치된 다기능 보의 기존 방류를 이용한 보 운영은 관리수위를 유지하기 위해 유입된 수량만을 방류시켜 수온차가 있는 성층파괴에는 한계가 있었다. 이러한 문제점으로 펄스 방류는 수질개선을 위하여 제시된 인위적 반복적 방법으로 하천의 유량 및 유속을 증대시켜 하천 상 하층을 혼합하여 성층을 파괴함으로써 조류의 성장을 억제하기 위한 목적으로 적용될 수 있으며, 실제 하천에 적용하기에 앞서 보 방류조건에 따른 흐름전달특성의 분석과 검증이 필요하다. 이에 본 연구에서는 4대강사업 이후의 하도에 대한 지형자료와 상세한 보주변의 지형자료를 이용하여 수리학적 모형을 위한 하도자료를 구축하였으며, 보 운영을 고려하여 2차원 수리해석을 실시하였다. 보 방류조건에 따른 흐름전달특성 분석에 앞서 각 보 구간별 거리를 산정하였다. 또한 일정 방류 시나리오 유량조건을 이용하여 각 보 구간별 도달시간을 산정하였으며, 산정된 도달시간은 HEC-RAS를 통해 모의된 계산결과와 비교 및 한국수문조사연보 유량편의 평균유속과의 비교 및 검증을 실시하였다. 또한 펄스 방류에 따른 흐름의 전달특성을 분석을 하였으며, 분석한 결과와 보 하류 주요지점에서의 수위 관측결과를 2차원 수리모형에서 확인 할 수 있었다. 또한 2차원 수리모형 내에서 입자를 적용하여 입자추적을 통한 보 하류부의 흐름전달 양상을 해석하였다. 본 연구를 통하여 유량 규모 및 등급별 방류량을 고려하여 적용 가능한 간편 도달시간을 제안 및 산정하여 현장에서 실무적으로 사용가능한 자료를 제공함으로써 하천 유지 및 관리에 이용이 가능할 것이라 판단된다. 또한 펄스 방류에 따른 흐름의 전달특성을 분석함으로써, 특정 방류량에 따른 흐름특성을 이해하고 후에 수질개선 효과 분석 및 다양한 방류시나리오에 따른 보의 운영 지침에 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권2호
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• pp.103-113
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• 2023

하천 합류부는 서로 다른 지형학적 특성과 수리학적 특성을 가지는 두 개의 하천이 하나로 합쳐지는 구간으로 급격한 흐름의 변화 및 퇴적물의 유입과 수리학적 지형변화가 발생하는 구간이다. 합류부 구간에서는 물질의 종류 또는 온도 차로 유체의 흐름이 밀도 차이로 발생하게 되는데 이것을 밀도류라고 한다. 밀도 차이에 의해 성층이 생긴 수체혼합거동을 파악하기 위해서는 본류 및 지류의 일정 구간을 포함하는 합류부 구간에 대한 정밀한 계측 및 관찰이 필요하다. 이러한 수체 혼합에 대한 종합적인 분석은 유속장 및 유량 정보를 취득하여 파악할 수 있지만, 성층류가 흐르는 하천의 서로 상이한 물리적 특성과 수질특성을 가지는 수체의 혼합양상 및 그에 따른 물질혼합양상을 파악하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 합류부 구간에서의 수온 분포를 통하여 밀도류를 파악하고자 한다. 하천의 광범위한 데이터 중 연직 자료와 수표면 자료를 취득하였고, 이를 통해 합류부의 성층현상을 확인하고자 하였다. ADCP를 보트 측면에 설치하여 저속운행으로 수리량을 측정하는 방식과 YSI를 이용해 측선설치 없이 측선 선정 후 보트를 이용하여 흐름에 직각인 방향으로 이동하며 실시간 농도를 측정하는 방식으로 얻은 연직자료 중 수온, 전도도(Conductivity) 등의 직독식 센서 데이터 값을 사용하여 수온 차에 따른 수체혼합 패턴을 분석하여 합류부의 혼합양상을 분석하고자 하였다. 본 연구는 기존 수질 측정의 한계였던 1차원적인 측정결과가 나타내는 분석결과를 2차원적으로 보완이 가능하며, 비교 분석한 결과를 토대로 밀도류에 따른 혼합양상 결과가 지니는 혼합패턴을 분석한다면 향후 하천 하류구간의 취수 시스템에 많은 도움을 줄 뿐만 아니라 합류부 구간의 혼합패턴에 따라 수층 내 성층구간의 현황조사와 하천 합류부의 혼합특성 파악하여 합류구간의 수질 관리방안이나 수체 흐름특성을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.108-108
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• 2019

낙동강에는 2010-2012년 4대강 사업 완료 후 8개의 다기능 보가 설치되었다. 보 설치로 인해 물의 체류시간이 증가하고 보 상류에는 정체수역이 광범위하게 형성되었다. 이후 지속된 가뭄과 여름철 고온현상이 겹치면서 남조류의 과잉성장(녹조현상)이 빈번히 발생하여 수생태계 건강성에 문제를 초래하는 등 사회적 이슈로 자리잡게 되었다. 조류의 과잉성장을 해결하기 위해 정부에서는 총인(TP) 방류수 수질기준 강화, 펄스형 방류기법 운영 등 대책을 추진하였으며, 녹조 우심지역을 선정하고 지역 특성에 맞는 대응방안을 수립하여 추진하고 있으나, 그 효과가 국부적이고 일시적이어서 근원적 대책 마련이 필요한 실정이다. 일반적으로 남조류의 과잉성장에 영향을 미치는 요소는 높은 영양염류(질소, 인)와 유기물 농도, 고온과 안정적인 성층강도, 그리고 남조류의 생리적 특성 등으로 매우 다양하기 때문에 정확한 발생 원인의 분석이 어려운 경우가 많다. 그러나, 보에 의해 흐름이 조절되는 하천에서는 유량, 유속 및 수온성층 등이 남조류 성장과 천이특성에 가장 민감한 영향을 미친다. 선행 연구사례에서는 유량과 남조류 생체량이 서로 반비례 관계를 가진다는 점과 상 하층간의 온도차(수온성층)가 남조류 우점과 밀접한 관련이 있다는 것을 보였다(Sherman et al. 1998). 따라서 최근 국내에서도 보의 관리수위를 낮추어 유속을 증가시키고 체류시간을 감소시켜 녹조문제를 완화하려는 노력이 추진 중이다. 하지만 하천의 수질은 물리적, 화학적, 생물학적 요인들의 복잡한 상호작용의 결과이므로, 단기간의 측정 결과로 보 수위 저하의 효과를 평가하는데 어려움이 있다. 따라서 이를 과학적으로 평가하기 위해서 수리 수질 생태의 연동해석이 가능한 수치모델을 활용할 필요가 있다. 수치모델은 매개변수를 충분히 보정한다면, 다른 모든 요인은 동일한 조건에서 보 수위 저하만의 영향을 예측하는데 활용가능하다. 본 연구의 목적은 낙동강 수계 중류에 위치한 칠곡보-강정고령보 구간을 대상으로 3차원 수리 수질모델인 EFDC를 구축하고, 실측 자료를 이용하여 모델을 보정한 후 보 관리수위의 저하운영 시나리오에 따른 수질과 남조류의 시 공간적 변동 특성을 분석하는데 있다.

• 해양환경안전학회지
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• 제21권4호
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• pp.372-380
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• 2015

인공용승구조물 설치 전 후 주변해역의 하계 물리환경특성을 조사하였다. 구조물 설치 전(2002년)의 수온구조는 수심 30m에 강한 성층이 형성되었다. 한편 구조물 설치 3~4년 후(2012, 2013년)의 수온구조는 조류방향에 따라 구조물에 의한 성층의 형성수심 및 세기가 변화하였다. 이와 같은 현상은 구조물에 의한 연직류의 효과로 하계 강한 성층에 의해 저층에 분포하는 저수온수가 상승류에 의해 부상하여 성층분포에 영향을 미친 것으로 판단한다. 또한 구조물 설치 이후 연직류의 분포를 보면, 구조물 중심으로 국지적인 상승류 및 하강류가 혼재하여 나타났다. 즉 연직류는 조류방향에 따라 시 공간적인 변화를 보이면서 흐름이 진행하는 방향의 구조물 후면부에서 형성하는 상승류에 의해 성층이 약화되는 현상을 볼 수 있다. 또한 구조물에 의해 발생하는 연직류는 보다 넓은 해역으로 확장하여 발생한다. 본 연구해역에 설치한 인공용승구조물에 의해 발생하는 국지적인 용승은 한국 남동해안에 나타나는 연안 용승에 비해 유량이 100배 이상 크게 나타났다. 이와 같이 구조물에 의해 발생하는 상승류는 하계 저층에 존재하는 고농도의 영양염을 표층으로 상승시켜 주변해역의 기초생산량을 증가 시키는 역할을 가능하게 한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6B호
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• pp.499-505
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• 2011

저수지내에서의 탁수층의 혼합거동은 연중 온도변화에 영향을 받으며, 특히 여름철에 발생하는 한 개 내지 두 개의 수온약층과 이에 따라 밀도가 다른 연직층 분포에 의해 변화한다. 이와 같은 밀도성층은 연직방향의 혼합을 제한하고 저수지내에서 다양한 수리학적인 거동을 야기한다. 따라서 저수지내에서는 특정 수질 문제를 해결하기 위해 선택취수를 수행할 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 선택취수의 효울을 해석하기 위하여 성층흐름의 수리학적 특성에 관한 실험연구를 수행하였다. two-tank 기법을 이용한 성층수조에서 밀도경사와 유량을 변수로 한 각 조건별 취수구 주변의 수리학적 특성을 입자영상유속계(PIV)를 이용하여 측정하였다. 측정된 유속장을 이용하여 Richardson 수에 따른 선택취수의 효율에 대한 상관관계를 제시하였다.

• 해양환경안전학회:학술대회논문집
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• 해양환경안전학회 2008년도 춘계학술발표회
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• pp.147-151
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• 2008

한국 남해안의 인공 용승 해역에서 발생하는 해양 환경 변화를 파악하기 위하여 2002년 및 2007년 하계의 수온, 염분, 영양염 및 유동을 관측하였다. 해중산 설치 전인 2002년의 수온, 염분은 수심 약 $30\sim40m$에서 약층이 형성되었고, 영양염은 표층에서 저층으로 농도가 증가하였다. 해중산 설치 후인 2007년의 수온, 염분은 흐름에 따른 해중산 전면부에서는 수심 약 $10\sim40m$에 약층이 나타났으나, 후면부에서는 수심 약 $20\sim30m$에서 수온 및 염분 약층이 상승하여 나타났다. 영양염은 해중산 상층부 수심 약 $30\sim40m$ 집적되었다. 이와 같이 수온, 염둔 및 영양염의 변화를 일으키는 원인을 파악하기 위하여 수온 및 염분을 이용하여 부력 주파수를 나타내었고 수평유동성분을 이용하여 연직전단 및 상대와도를 계산하였다. 수온, 염분 및 영양염 분포가 변화하는 지역은 수주의 혼합이 잘 이루어지는 해역으로 나타났다. 또한 이러한 해역은 상승류가 해양 환경 변화를 일으키는 주요인으로 밝혀졌다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.23-23
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• 2016

우리나라의 댐저수지는 홍수기에 상류로부터 다량의 부유물이 폐기물 등과 함께 일시에 유입되어 미관을 해치거나 상수원 수질을 악화시키는 등의 문제점을 가지고 있다. 이에 부유물의 하류확산을 방지하고 수거와 처리를 효율적으로 하기 위한 부유물 차단망이 설치되어 운영 중이다. 부유물 차단망의 설치위치는 저수지내의 흐름을 고려하여 부유물을 가장 효과적으로 차단할 수 있는 지점을 선정하여야 하나, 저수지 흐름을 고려하지 않고 설치될 경우 차단망이 빈번하게 훼손되거나 부유물이 적절하게 포집되지 못한 채 상류에 흩어지는 결과를 초래하기도 한다. 본 연구에서는 대형저수지인 소양댐과 신규 중소규모 댐인 영주댐의 부유물 차단망 최적 설치위치를 선정하기 위하여 3차원 모형을 이용하여 다양한 조건에서의 저수지내 흐름분포와 수리적 특성을 검토하였다. 적용모형은 3차원 수리동력학 모형인 ELCOM 모형을 적용하였으며, 홍수기 표면 유속장 분포, 수직수온분포 및 밀도류 발생지점 등을 종합적으로 분석하여 최적 설치지점을 검토하였다. 시뮬레이션 조건은 200년 빈도 홍수 유입에 대해 초기 수위에 따른 영향을 고려하기 위하여 갈수위, 풍수위 등으로 구분하여 분석하였다. 분석결과, 소양댐의 경우 기존 설치위치에서는 plunging point가 설치지점보다 하류에 위치하여 부유물 포집 기능에는 이상이 없으나 최대유속이 2 m/s를 초과하는 것으로 나타나 안정적 운영을 위하여 이전 설치하는 것이 적합할 것으로 판단되었다. 또한 신규댐인 영주댐에서는 다양한 시나리오에 대하여 분석한 결과 2개 지점이 적합한 것으로 분석되어 적치장 위치 등을 종합적으로 고려하여 최적위치를 선정하도록 하였다. 이와 같은 연구 결과는 부유물 차단망 설치설계기준 등에 반영되어 과학적인 댐 운영관리에 활용될 것으로 판단되며, 향후 보다 안정적인 시설물 관리에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수산과학회지
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• 제30권4호
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• pp.667-678
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• 1997

[ $M_2$ ] 조에 의해 구동되는 원시방정시을 이용한 수치모델이 득량만에서 수온장 및 유속장에 미치는 조석의 효과를 조사하기 위해 이용된다. 모델결과는 관측된 수온장의 여러 가지 특징을 재현하였다. 즉 등온선이 만내의 연안선과 평행한 점, 냉수가 만의 우측에 나타나는 점 등이었다. 특히 실험결과로 볼 때 수평 수온장 및 유속장은 해저지형효과를 크게 받고 있으며 만내의 표층냉수는 고저시의 유입되는 흐름에 수반된다. 경압성을 조사하기 위한 부가적인 수치실험결과는 유속장내의 경압성이 매우 약함을 보여준다. 그러나 실험결과는 관측에서 보여준 밀도성층구조를 재현하지 못했다. 이를 재현하기 위해서는 $M_2$ 조 이외에 $S_2,\;O_2$ 또는 $K_2$ 조를 외력에 포함시켜야 할 것으로 예상된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.442-450
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• 2011

장기간 시행된 새만금 건설단계별 환경변화 분석을 위해 3차원 무작위 행보에 의한 입자추적 기법을 이용한 해석이 시도되었다. 방조제 공사로 만경 동진강 및 금강 하구역의 운동 양상이 크게 변화되었다. 변산반도 외해 부근 운동 감소와 호 내 북측구간의 흐름 정체가 특이하다. 조류 이동거리를 건설단계별로 평가한 결과도 유사한 결과를 보인다. 연직혼합형태의 변화 분석을 위해 수온, 염분을 고려한 밀도성층을 재현한 결과 방조제 착공 전 잘 혼합된 연직구조 형태는 공사 중 개방구간 존재 시 부분적으로 혼합된 구조로 변화되고, 완공 후에는 만경 동진강 하구 입구부에 염분쐐기 구역과 호소 측에는 강한 밀도성층이 발생한다. 해석결과 수평방향의 확산과 연직 방향의 혼합능력 감소로 새만금 내외측 수질환경에 부정적 영향으로 작용할 수 있음이 추론된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.2220-2224
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• 2009

하천의 수질모의를 위해서는 정상상태 모델인 QUAL2E 가 널리 사용되어 왔다. 그러나 우리나라는 기후 특성상 하절기에 강우가 집중되고 경우에 따라서는 댐등에 의해 장기간 수류의 지체현상이 발생하므로 지역 및 시기에 따라 발생하는 수질 문제가 서로 다를 수 있다. 따라서 우리나라의 대부분의 수체에서는 시간에 따라 모의를 할 수 있는 비정상 상태의 수질모델이 적용되어야 할 필요가 종종 발생한다. 미국공병단에서 개발된 CE-QUAL-W2 모델은 2차원 모델로서 수리동역학과 수질반응역학을 한데 묶어서 풀이하였다는 점에서 획기적인 변화로 볼 수 있다. 이 모델은 종방향으로 길고 수심이 깊으며 상대적으로 하폭이 좁은 형태의 수체에 적합하며 하폭방향의 수질 변화를 나타내는 데 사용되지 못하는 단점이 있다. WASP(Water Quality Analysis and Simulation Program) 은 미국 환경부에서 개발한 비정상상태 3차원 수질모델로서 세계적으로 다양한 수체에 널리 사용되어 왔다. 이 모델에서 1차원적 흐름을 예측할 수 있는 DYNHYD 라는 수리학적 부프로그램은 2차원 또는 3차원 상황에서는 사용할 수가 없었음에 따라 수리학적 고려가 빈약한 것이 이 모델의 가장 큰 약점으로 지적되어 왔다. 최근 미국 환경부는 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code) 라는 3차원 수리동역학 프로그램을 이용하여 대상 수체의 수리학적 거동을 모의하고 그 결과를 WASP7 에 연계시킬 수 있도록 하여 기존의 단점을 대폭 보완하였다. 본 연구에서는 금강 상류에 위치하고 있는 용담호를 대상으로 EFDC 를 이용하여 2005년 1년간 수위 및 수온성층현상을 예측하고 그 결과가 WASP 에 연결되어 사용될 수 있도록 하였다. 적절한 격자의 수를 결정하기 위하여 다양한 경우가 시행착오적으로 시험되었으며 비교적 적은 숫자의 격자로도 수위 및 수온의 모의가 가능하다는 것을 발견하였다.