• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.173-173
• /
• 2012

중력류는 두 유체 사이에서 물질의 종류 또는 온도차로 인한 밀도 차이에 의해 발생되는 유체의 흐름을 말하며, 자연환경에서는 저수지에서의 중층탁류, 사막에서의 모래 폭풍, 하구에서의 염수쐐기 등이 그 예이다. 여름철에 강우가 집중되는 우리나라는 홍수에 의한 범람, 침수 등이 발생할 뿐만 아니라 댐이나 하천, 호수 등에 흙탕물이 유입되어 중간층에 정체하는 중층탁류에 의한 피해가 자주 발생하고 있다. 과거에 중층탁류는 일시적인 현상에 불과하였으나 오늘날에는 인공적으로 형성된 정체성 호수나 하천에서 장기간 체류하여 생태계의 교란과 수질 악화를 초래하고 있다. 중층탁류에 의한 피해를 저감시키기 위해서는 본래 자연 상태의 하천이나 호수와 같이 온도분포가 비선형적으로 성층화 된 상태에서 탁수가 유입되어 중층탁류가 형성되는 과정과 흐름 특성을 이해하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 중력류 흐름 해석을 위한 실험 장치를 개발하였다. 실험 장치 중 수조의 제원은 1200 $700{\times}300mm$이며, 수조 상부에는 가열장치를 설치하였고, 수조 하부에는 냉각장치를 설치하였다. 이들 장치들을 가동하여 깊이에 따른 자연현상에서의 비선형적인 온도 단면을 재현한다. 수리 실험방법은 깊이 방향으로 온도에 따라 비선형적으로 성층화 된 유체 내로 경사가 있는 판을 따라 수조내의 성층화된 유체의 중간 온도 혹은 밀도를 가진 유체를 침입시킨다. 침입유체는 성층화된 유체 내에서 초기에는 중력에 의해 운동량을 갖고 경사면을 따라 일정한 속도로 흘러내려 간다. 이후 바닥으로 하강 한 후 부력에 의해 상승하여 동일한 밀도층의 위치에서 횡방향으로 전파하게 된다. 이 연구에서는 이와 같이 비선형적으로 성층화된 유체 내에서의 침입 중력류의 흐름 특성을 실험적으로 관측하고 분석한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.33 no.S1
• /
• pp.703-708
• /
• 2000

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2000.05a
• /
• pp.703-708
• /
• 2000

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2021.06a
• /
• pp.61-61
• /
• 2021

온도 성층화는 많은 저수지와 댐에서 흔히 발생하는 현상으로 호수나 저수지의 표면 온도가 바닥보다 상대적으로 높아 깊이에 따른 열 구배를 나타낸다. 이러한 온도 성층화 현상은 여름철과 같이 상부와 하부의 온도 차가 클수록 안정적이게 나타나며 이러한 층화 현상으로 수직 확산이 제어되어 수질에 영향을 미친다고 알려져 있다. 따라서 댐이나 호수 등 층화 현상이 심한 유체 내부 바닥에 물순환장치를 설치하여 외부로부터 공기를 끌어와 하부에서 공기를 분출하여 온도 성층을 약화시키기도 한다. 물순환 장치를 설비하면 수체의 혼합이 용이해지며 물질전달이 개선되어 수질이 향상된다. 국내의 경우 대청댐, 보령댐, 영주 댐 등 많은 국내 댐 내부에 물순환장치가 설비되어있다. 본 연구에서 댐의 물순환장치의 성능을 파악하기 위해 산기식 물순환 장비가 설치되어있는 영주댐을 연구 대상 지역으로 잡았다. 연구지역의 계절별 성층구조 및 특성을 조사하기 위해, 봄, 여름, 가을 영주댐에 방문하여 관측 자료를 취득하였으며 물순환 장치는 봄철의 경우만 가동하였다. 봄철의 물순환 장치 가동 전후 관측 데이터를 바탕으로 수치모형실험을 실행하여 관측 결과와 비교 및 검증하였다. 이를 바탕으로 여름, 가을에 물순환장치를 가동하였을 경우 댐 내부 수체의 혼합과정을 살펴보는 연구를 진행하였다. 본 연구는 CFD (Computational Fluid Dynamic) 시뮬레이션을 수행하기 위해 오픈 소스 소프트웨어 OpenFOAM(version 4.0)에서 열 전달이 포함되어있는 비압축성 VOF 솔버를 사용하였다. 본 솔버는 물과 공기를 동시에 나타낼 수 있으며 온도의 확산 방정식을 포함하고 있다. 또한 유동해석 수행 시 사용한 물순환장치의 효울은 실제 장치의 효율과 동일하다. 본 연구의 목표는 다음과 같다. (1) 관측만으로 파악하기 어려운 수체의 혼합거동을 유동해석 자료를 통해 면밀히 살펴보고 (2) 봄철 물순환 장치가 작동하기 전후 자료를 바탕으로 여름 및 가을철 물순환장치 가동 전후 데이터를 유동해석 자료로 취득한다. (3) 또한 물순환장치 가동 전후 데이터를 통해 계절별 혼합 효율을 취득한다.

• Water for future
• /
• v.29 no.5
• /
• pp.235-244
• /
• 1996

A one-dimensional eddy diffusion model and a mixed-layer model are developed and applied to simulate the vertical temperature profiles in lakes. Also the running results of each method are compared and analyzed. In an eddy diffusion model, molecular diffusivity is neglected and eddy diffusivity which does not need lake-specific fitting parameter and constant lake's level are applied. The heat exchanges at the water surface and the bottom are formulated by the energy balance and zero energy gradient, respectively. In a mixed-layer model, two layers approach which has a constant thickness is adopted. Application of these models which use explicit finite difference an Runge-Kutta methods respectively demonstrates that the models efficiently simulate water temperatures.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
• /
• v.27 no.8
• /
• pp.813-821
• /
• 2005

This paper presents a modeling study of thermal dynamics and turbid current in the Obong Lake, Kangreung. The lake formed by the artificial dam in 1983 for agricultural water supply, is currently under consideration of reconstruction in order to expand the volume of reservoir for water supply and flood control in downstream area. The US Army Corps of Engineers' CE-QUAL-W2, a two-dimensional laterally averaged hydrodynamic and water quality model, was applied to the lake after reconstruction as well as the present lake. The model calibration and verification were conducted against surface water levels and temperature of the lake measured during the years of 2001 and 2003. The model results showed a good agreement with fold measurements both in calibration and verification. Utilizing the validated model, an impact of dam reconstruction on vertical temperature and hydrodynamics were predicted. The model results showed that steep temperature gradient between epilimnion and hypolimnion would be formed during summer, along with extension of cold deep water after reconstruction. During winter and spring seasons, however, the vertical temperature profiles was predicted to be quite similar both before and after reconstruction. This results indicated that thermal stratification would become stronger during summer and stay longer after dam reconstruction. From the examination of predicted water movements, it was noticed that the upstream turbid current would infiltrate into the interface between metalimnion and hypolimnion and then suspended solids would slowly settle down to the bottom before reconstruction. After reconstruction, however, it was shown that the upstream turbid current would stay longer in metalimnion with similar density due to strong stratification. The model also predicted that dam reconstruction would make suspended solids near the dam location significantly decrease.

• Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
• /
• v.18 no.1
• /
• pp.67-73
• /
• 2000

The water quality of inland stream is polluting with industrialization and urbanization, and with that water quality of lake also deteriorated, to manage water quality pollution problem of lake, new water quality management method is needed. As a pilot study of the method that manage water quality of lake using GSIS(Geo-Spatial Information System), we study the method which automatically extract the hydraulic characteristic informations of lake in GSIS environment. Also, as an example of practical use of the extracted hydraulic characteristic information of lake, we carry out the characteristic analysis of waterbody flow using finite different method. With the automation the extraction procedure of hydraulics characteristic information needed in characteristic analysis of waterbody flow, we carried out the analysis efficiently. Particularly, with the extraction of section information on lake not in layout form, in analyzable form, we make the analysis that section information of lake was indispenably required(e.g. stratification analysis) possible in GSIS environment.

• Korean Journal of Ecology and Environment
• /
• v.34 no.1 s.93
• /
• pp.9-19
• /
• 2001

contrasting monsoon between 1993 and 1994 produced an interannual difference in hydrology. Theoretical water residence time (TWRT) in monsoon 1993 averaged 27 d, which was>3 months shorter compared to the TWRT in monsoon 1994. A dominant physical process influencing thermal stratification, water movement, and mixing regime was an interflow current in 1993. During summer 1993, river water plunged to mid-lake (location 27 km) and passed through the 10${\sim}$20m stratum of the reservoir, resulting in an isolation of epilimnetic lake water from advected river water. The interflow disrupted thermal stratification and produced a meta-hypolimnetic warming of >4$^{\circ}C$ downlake, thereby increased a mixing depth (>13 m). In contrast, during monsoon 1994 density currents were not observed and strong thermal stratification occurred in the entire reservoir, resulting in > 2 fold greater thermal resistance (8.2${\times}10^{5}$ erg)compared to 1993 (4.0${\times}10^{5}$ erg). This reservoir was identified as a typical warm monomictic reservoir which showed one mixis during early winter. The timing of overturn, however, differed between the two years as a result of distinct contrast in TWRT and thermal regime; overturn in 1993 occured about one month earlier relative to that in 1994. Hypolimnetic warming was predictable in this system; the variation in discharge accounted (Y = 4.35-0.06X+0.10X$^{2}$, p<0.0001)for 98% of the interannual variation in hypolimnetic temperature. Overall data suggest that thermal stability, the timing of fall overturn, and water residence time in this system are primarily regulated by the intensity of monsoon.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.265-265
• /
• 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.

• Journal of the Korean Geographical Society
• /
• v.38 no.2
• /
• pp.145-155
• /
• 2003

In this research, the primary factors affected to the formation of lake current of surface layer and thermal stratification of temperate lake have been analyzed, the daily change of water temperature, relationship with lake current and the research about the elements of meteorological phenomenon have been implemented. As a result, the lake current of surface layer occurring while the period of thermal stratification is showing the proportional difference of water temperature, thermal exchange caused by this has been known as the main energy source, and this is, secondly, considering as the interaction of the wind driven current by the prevailing wind. On the other hand, during the night time when the water surface is cooled, and it is considering as the vertical convection is occurring than horizontal circumfluence. Also, there exists the water mass, which is circumfluent counterclockwise and clockwise direction separately. The prevailing md is rather affected to the moving direction and moving speed of water mass, but it doesn't affect to the whole flowing direction.