• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권7호
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• pp.3275-3284
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• 2012

본 논문은 국내 농업용저수지의 성층현상을 방지하고자 물순환장치를 설치하였을 때, 3차원 수리해석모델인 EFDC를 이용하여 부유물질 이송확산모의를 하였다. 이를 통해 물순환장치의 이송확산범위를 예측하고, 다양한 운전인자를 조절함으로써 최적의 운전인자를 도출하여 물순환으로 인한 내부변화의 영향을 최소화하고자 하였다. 3차원 이송확산모의 결과에 의하면, 30일 이후에 전 수층에 걸쳐 물순환이 시작되며, 100일 이후 저수지의 전체순환이 가능한 것으로 모의되었다. 또한, 연속운전보다 간헐운전이 저수지 전 구간에서 이송확산농도가 낮게 나타났으며, 안정적으로 전체순환이 일어났다. 물순환장치의 표층과 저층 혼합비율은 표층 혼합율이 높을수록 저수지 영향을 감소시킬 수 있으며, 3:1 동일조건일 경우, Case 8(50일운전:50일정지) 조건이 저수지의 내부영향을 최소화할 수 있을 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.544-549
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• 2008

최근 임하댐, 소양강댐을 대상으로 탁수의 문제가 심각하게 제시되고 있으며, 이에 대한 대책을 수립하기 위해 정부, 공공연구기관, 대학 등에서 다양한 연구를 진행하고 있으나 탁수 발생에 대한 근본적인 대책 수립과 이의 효과에 대한 분석이 이루어지고 있지 않은 실정이다. 현시점에서 탁수발생의 근본적인 원인을 규명하고 이에 대한 대책이 계획적이고 치밀하게 수립되어야 할 것으로 판단 된다. 우리나라의 기후변화는 지난 100년($1906{\sim}2005$) 동안 평균 기온이 약 $1.5^{\circ}C$ 상승하였으며, 강우 강도가 큰 집중호우의 발생빈도는 약 18% 증가한 반면, 강우일수는 약 14% 감소하는 추세에 있다. 또한, 지구온난화로 인하여 식생대, 어종 등 생태계가 아열대성 기후로 진행되고 있으며, 탁수발생의 원인은 이상기후로 인한 강우강도의 증가뿐만 아니라, 집중홍수 빈발, 식생대(Vegetation) 변화와 유역관리(Watershed Management) 소홀 등의 복합적인 원인에 의하여 새롭게 발생되는 현상이다. 또한, 최근의 탁수는 댐 상류는 물론 수계전반에 걸쳐 발생하고 있으며, 지난 2007년 발생한 북한강 수계의 탁수문제 등에서 이제는 정부차원의 체계적인 발생원인 규명과 대책 마련이 필요한 실정이다. 댐 및 하천으로 유입되는 탁수는 저수지의 고탁도 현상의 장기화를 야기시키며, 이로 인해 댐 저수지 및 하류하천 수질악화, 정수처리 비용 증가 등 댐 저수지의 효율적인 수질관리가 어려운 실정이다. 한편, 고농도의 인(P)이 유입되어 저수지내 부영양화(Eutrophication) 및 수생태계의 변화를 초래하고 있다. 앞으로도 잠재적 탁수발생 가능성이 커질 것으로 전망됨에 따라 탁수발생 메커니즘 규명, 댐 저수지내 수리동역학적 거동특성 및 생태계에 영향(Ecological Impact) 등 탁수와 관련된 미개척 분야의 연구가 시급한 상황이다. 댐과 유역을 분리하여 수립된 기존의 대책으로는 탁수발생의 근본적인 원인규명과 대책 수립이 어려운 실정이므로 수계단위로 탁수에 대한 연구가 진행되어야 한다. 따라서 수계별로 탁수발생의 근본적인 원인을 규명하기 위하여는 수계별 탁수발원지 및 발생원인 조사, 댐 저수지의 수리동역학적 탁수거동 해석, 탁수발생 잠재성 평가, 수계단위 탁수예방 대책 수립을 위한 우선순위 결정 등을 포함한 학제적인(Interdisciplinary) 연구를 진행할 계획이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.133-133
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• 2012

기후변화에 관한 정부 간 패널 IPCC의 4차 보고서에 의하면 지난 100년간 지구 평균 기온의 선형추세선 기울기가 $0.74^{\circ}C$/년을 보이고 있으며 21세기말 지구의 평균기온은 최대 $6.3^{\circ}C$까지 더 상승할 것으로 전망하고 있다. 이러한 대기기온의 상승은 저수지 및 하천의 수온과 밀접한 관계를 지니는데, 저수지 표층 수온 및 유입 하천의 수온을 증가시켜 저수지 수온 성층형성시기를 앞당겨 성층화 기간을 증가시키고 또한 성층강도도 증가하게 된다. 이러한 수온성층기간 및 강도의 증가는 심수층의 용존산소 고갈과 이에 따른 퇴적층의 영양염류 용출량을 증가시켜 저수지 수질관리에 어려움을 야기할 것으로 전망되고 있다. 특히 온대기후대에 속하는 우리나라의 대부분의 대형 인공 저수지는 여름철 뚜렷한 수온성층구조가 확인되고 있어 대기기온 상승이 수온성층구조에 미치는 영향을 분석하는 것은 미래 기후변화에 대비한 저수지 수질관리 전략 수립을 위해 필요한 기초 연구라 판단되어진다. 본 연구에서는 2차원 횡방향 평균 수치모형(CE-QUAL-W2)을 활용하여 대기 온도 변화에 따른 충주호의 수온분포를 모의하고 수온 성층구조의 변동경향을 분석하였다. 지구 온난화 영향 모의에 앞서 2010년과 2008년의 충주호 수문조건에 모형을 적용하여 수온 성층구조의 재현성을 확인하였다. 미래 대기기온 자료는 국립기상연구소에서 제공하는 한반도 기후전망 모의자료(RCM) 중 충주댐 유역의 평균 기온자료를 수집하여 사용하였으며, 모의연도는 2011, 2040, 2070, 2100으로 하였다. 또한, 대기기온과 유입수온 자료를 제외한 모든 입력자료는 보정년도인 2010년과 동일하다고 가정하여 대기기온 변화의 영향만을 고려하였다. 2011년에 비해 2100년의 대기기온이 연평균 $2.44^{\circ}C$ 증가하였을 때 표층수온은 평균 $1.72^{\circ}C$, 최대 $4.31^{\circ}C$ 증가하는 것으로 나타났으며, 심층수온은 평균 $0.36^{\circ}C$, 최대 $1.33^{\circ}C$ 증가하는 것으로 나타났다. 성층구조 형성기간의 비교를 위해 표층과 심층의 수온이 $5^{\circ}C$ 이상의 차이를 보이는 기간을 조사한 결과 2011년에 비해 2100년에서 5일 일찍 시작되어 11일 더 지속되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.435-435
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• 2016

기후변화에 따라 강우 패턴이 변화하며, 집중호우 발생 빈도의 증가가 예상된다. 이로 인해 저수지 상류에서 유실된 토사는 저수지로 유입하여 정수 처리비용 증가, 1차생산성 감소, 어류폐사, 하천경관 악화 등 다양한 문제를 유발한다. 따라서 위와 같은 탁수 피해 저감을 위해 과학적인 모니터링과 예측, 저수지 운영과 관리기술 개발 등의 대응이 요구된다. 본 연구에서는 극한 탁수사상 발생시 대응 기술의 일환으로 저수지 탁수예측 모델의 신뢰도 향상을 위해, 기존 탁수예측 모형인 CE-QUAL-W2(이하 W2)의 탁수 예측 알고리즘을 개선하고 소양강댐 저수지에 적용하여 그 성능을 평가하였다. 최근 W2모델 3.72 버전까지 출시되었으나, 모델은 단순 침강속도만 고려하여 저수지 밀도 특성을 반영하지 못하고, TSS 모의시 독립침강을 가정하여 응집 침강 및 장기탁수 예측에 취약한 한계점을 가지고 있다. 따라서, 과거 연구내용을 바탕으로 수온에 따른 점성계수 변화(Stoke's), 다중 부유 입자별 침강속도 고려 기능을 추가하였으며, 새롭게 점착성유사의 응집 침강을 고려할 수 있는 기능을 추가하여 모델을 개선하였다. 모델에 점착성 유사 모의 전략은 입자 크기 $63{\mu}m$를 기준으로 비점착성유사(NCS)와 점착성유사(CS)로 구분하고, 비점착성유사는 독립침강, 점착성 유사는 응집침강을 가정하였다. 응집 후 중간 입경의 추정은 Gailani et al(1991)의 식을 사용하였으며, 침강속도 계산 공식은 Hwang and Mehta(1989)식을 적용하였다. 수정된 모델은 소양강댐 운영이후 최대 탁수사상이 발생했던 2006년을 대상으로 기존 탁수해석 결과와 수정된 모델의 모의결과를 실측값과 비교 분석 하였다. Stoke's 식 적용시 기존의 모의결과 대비 AME 평균 23%, RMSE 평균 18%가 개선되는 것으로 나타났으며, Hwang and Metha식 적용시에 SS 모의값이 전반적으로 과소평가되는 것으로 나타났다. 또한, 실측 방류 탁수 농도와 모의값을 비교하여 평가 하였으며, 모의기간인 Julian Day 173~365(192일) 동안 모의 결과의 총 TSS 부하량은 실측값의 약 80%수준을 보였으며, TSS 방류 부하기준 Stoke's 식 적용시 기존 모의대비 오차가 1.3% 개선되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.265-265
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• 2019

기후변화로 의한 기온의 상승은 가뭄, 홍수와 같은 재해를 일으킬 뿐만 아니라 깊은 호수나 저수지와 같은 수자원에도 용존 산소, 물질, 영양소 및 식물플랑크톤의 수직적 분포 등과 같은 다양한 부분에 영향을 미친다. 본 연구의 목적은 SWAT, HEC-ResSim 및 CE-QUAL-W2(이하 W2)모델을 사용하여 미래의 기후 변화에 따른 소양호의 수온, 성층강도 및 열적 안정성의 변화를 장기 예측하고 그 영향을 평가하는데 있다. W2 모델의 보정은 2005 년부터 2015 년까지의 실측 과거 데이터를 이용하여 보정하였고 기후변화 시나리오는 IPCC의 AR5 RCP 4.5 시나리오를 사용하였다. 기후자료는 GCM 모델인 HadGEM2-AO 결과를 상세화하여 모의기간의 자료를 생성하였다. SWAT모델을 이용하여 모의기간인 2016 년부터 2070 년까지 일단위로 저수지 유입을 예측했으며 HEC-ResSim모델을 이용하여 소양강댐 저수지 운영 조건에 따라 저수지 방류량 및 수위 변화를 모의하였다. 수온 해석을 위해 W2를 적용하여 저수지의 장기간의 수온 변화를 예측하였다. 결과적으로 대기 온도는 $0.0279^{\circ}C/year$(p < 0.05) 상승할 것으로 예측되었으며, 동일기간 상층(수면으로부터 5m 깊이)과 하층 (바닥으로부터 5m 높이) 수온은 각각 $0.0191^{\circ}C$/년(p < 0.05) 및 $0.008^{\circ}C$/년(p < 0.05) 상승할 것으로 예측되었다. 모의된 수온을 계절별로 분석했을 때 상층수온은 여름철 가장 큰 폭으로 상승하였으며 하층의 경우 겨울철에 가장 큰 폭으로 상승하였다. 계절별 상-하층 수온의 차는 여름이 가장 컸으며, 겨울에 온도차가 가장 작았다. 또한 미래 온도의 상승에 따라, 소양호의 성층 강도가 강해지는 경향을 보였으며 상층 및 하층의 온도차 $5^{\circ}C$를 기준으로 성층이 형성되는 기간은 큰 변동이 없었으나 소멸되는 시점이 점점 늦어지는 추세를 보여 성층 형성 기간이 길어지는 것으로 나타났다. 저수지 표면의 수온 상승은 식물플랑크톤의 계절 성장률에 영향을 미쳤는데, 특정 조건에서 규조류는 최적 성장 범위를 벗어나는 고온 조건에서 성장속도가 감소하였으나 녹조류와 남조류의 출현 시기가 빨라지며 장기화될 것으로 예측되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 1994년도 수공학연구발표회논문집
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• pp.87-93
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• 1994

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2009년도 학술논문요약집
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• pp.347-348
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• 2009

• 한국조경학회:학술대회논문집
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• 한국조경학회 2021년도 추계학술대회 논문집
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• pp.105-106
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• 2021

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.419-419
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• 2022

최근 전 지구적 기후변화의 발생으로 수문현상의 규모와 빈도가 예측하기 어려운 수준으로 변화되고 있다. 이에 따라 정밀한 데이터를 활용한 수공구조물 운영 및 관리의 중요성이 대두되고 있다. 이 중에서도 다목적댐은 이·치수 측면에서 모두 활용되기 때문에 정밀한 댐 운영을 위한 댐 유입량 자료의 수집 및 관리가 필요하지만 현실적 한계로 인해 간접적으로 측정되고 있다. 현재 국내 다목적댐 저수지의 유입량은 댐시설 유지관리 기준(MW, 1994)에서 제시한 저수지 수위 변동량과 댐 방류량의 추정치로부터 계산하는 간접측정방법을 통해 산정되고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 태풍이나 집중호우 등 대규모 홍수 발생 시 저수지 수위의 불균일성으로 인한 오차가 나타나며, 음유입량 및 톱니바퀴 형태의 자료가 발생하는 등 정확도 측면에서 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 한국건설기술연구원에서 2008년 개발한 물리적 기반의 분포형 유출해석 모형인 GRM(Grid based Rainfall-Runoff Model)을 활용하여 상류 유량관측소(옥동교 관측소, 영춘 관측소) 관측유량과 충주댐 지점 모의유량간의 경험공식을 도출하였으며, 이를 통해 상류 유량 관측소의 유량자료를 활용한 댐 유입량 직접산정이 가능하도록 하였다. 또한 다중 관측소 활용 시 댐 유입량 모의 성능이 개선되는지 여부를 확인하기 위해 3가지 경우(옥동교 관측소 단일, 영춘 관측소 단일, 옥동교·영춘 관측소 다중)로 구분하고 각 공식의 성능을 비교 평가하였다. 분석 결과 상류 관측소 관측유량과 댐 본체 지점의 모의유량이 비교적 높은 상관관계(0.79~0.96)를 보였으며, 단일 관측소를 활용한 공식 대비 다중 관측소를 활용한 공식이 더 높은 결정계수를 보였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권5호
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• pp.787-799
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• 2017

저수지 제체 내 수로 구조물과 흙 접촉면의 장기적인 누수가 제체 파괴의 주원인 중의 하나 임에도 불구하고 이에 대한 연구는 미미한 실정이다. 배수통관과 같은 구조물이 부분 파손되어 누수가 발생하는 경우 외형적으로 관측하기 곤란하고 파이핑 등에 의한 제체 손상 우려가 있어 이에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 저수지 제체를 관통하는 배수 통관이 부등침하 등으로 인해 통관 일부가 파손되어 누수가 발생하는 경우 저수지의 제체 형태를 코어형 단면과 균일형 단면으로 구분하여 수위변화에 따른 2차원 침투해석을 수행하였다. 연구결과 저수지 등의 제체를 관통하는 배수 통관으로의 누수가 발생 할 경우 통관 하부보다는 상부가 파손되어 누수가 되는 경우가 파이핑 발생 가능성이 크며, 특히 제체 하류측에서 누수가 발생하는 경우 제체 중심 코어부의 존재는 제체 안정 유지에 도움을 주고 있다고 판단된다. 또한 저수지 제체 내부 간극수압의 급격한 감소가 관측되면 파이핑 발생 우려에 대한 심도 있는 고려가 필요할 것으로 사료된다.