• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.1373-1377
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• 2008

강우-유출에 의해 성층화된 저수지로 유입하는 하천수는 저수지 표층에 비해 낮은 수온과 높은 부유물질(SS) 농도를 가지므로 저수지 표층수보다 상대적으로 높은 밀도를 유지한다. 하천으로부터 유입한 밀도류는 유속에 의한 관성력이 두 수체의 밀도차에 의한 음의 부력보다 큰 구간까지는 저수지 표층을 따라 진행하지만, 두 힘이 같아지는 지점에서 밀도류는 더 이상 진행하지 못하고 저수지 수면 아래로 침강하며 이 과정에서 수체간의 많은 혼합이 일어난다. 따라서 홍수시 유입한 탁수의 침강점에 대한 정확한 예측은 수질관리를 위한 현장조사, 그리고 탁수거동 해석 및 최적관리대책 마련에 중요한 요소이다. 본 연구의 목적은 홍수시 대청호로 유입하는 하천 밀도류의 침강위치를 홍수규모별로 경험식과 수치모델을 통해 산정함으로써 두 방법 간의 장 단점을 비교하고, 탁수 현장조사와 최적관리를 위한 기초정보를 제공하는데 있다. 유입수의 모의조건은 그 동안 대청호에서 발생한 홍수 크기를 기준으로 9개의 등급으로 나누었으며, 저수지 성층조건은 여름철 탁수가 유입되기 전의 발달된 성층구조를 적용하였다. 유입수와 저수지 성층구조의 특성치는 밀도 Froude 수($Fr_i$)로 나타냈으며, $Fr_i$ 조건별로 침강점 위치를 저수지 단면을 삼각형태로 가정한 Hebbert et al.(1979) 경험식과 2차원 수치모델로 산정하여 그 결과를 비교하였다. 대청호로 유입한 탁수는 홍수규모에 따라 대정리 수역에서 회남수역 사이 구간에서 침강하였으며, $Fr_i$ 값이 클수록 침강점 수심이 깊어지는 경향을 보였다. 경험식으로 산정한 침강점 수심은 정상상태 조건을 가정하므로 홍수에 의한 수위변화를 고려하지 못하며, 실제의 불규칙한 하상표고를 일정한 하상경사로 가정하기 때문에 2차원 모델의 결과보다 과대산정하는 경향을 보였다. 따라서 홍수가 연속해서 발생하며 수위변화가 심한 국내 저수지 여건에서 하천 유입 밀도류의 거동을 보다 정확히 예측하기 위해서는 2차원 또는 3차원 수치모델을 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권3호
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• pp.859-871
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• 2014

본 연구에서는 염분과 온도차에 의한 밀도류를 해석하기 위하여 기존의 3차원 파동장 모델(LES-WASS-3D ver. 1.0)을 토대로 염분과 온도에 관한 상태방정식 및 3차원 이류-확산 방정식을 도입하여 새로운 수치모델(LES-WASS-3D ver. 2.0)을 개발하였다. 새롭게 개발한 수치모델의 적용성을 검토하기 위하여 기존의 수리모형실험결과와 비교 분석하였다. 그 결과, 이류-확산하는 해수의 형태 및 연직 염분농도 뿐만 아니라 방출하는 온수의 유속 및 온도를 매우 잘 재현하는 것으로 나타났다. 이로써 본 연구에서 개발한 수치모델의 타당성 및 유효성이 검증되었다.

• 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.

• 한국해양공학회지
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• 제13권3B호
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• pp.3-13
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• 1999

The diffusion characteristics of the high temperature and salinity water discharged in Chinhae Bay under BMP(Barge-Mounted Plants) desalination processes were simulated to access environmental impact. The 3-D baroclinic flow model is formulated by integrating the basic equations with respect to each control volume and by transforming them into a finite difference form using the space-staggered grid system. With a 3-D baroclinic flow model, the tide-induced and density-induced current was computed and confirmed by comparing with observed data. From the results of numerical experiment, it is expected that the maximum diffusion lengths of the high temperature and salinity which increase $0.6^{circ}C$ and 0.2 after discharging are 1 km and 3.5km, respectively. It may be expected that the discharge has an effect on surrounding area of discharge, but not an effect on whole area of Chinhae Bay.

• 한국해안해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해안해양공학회 1991년도 정기학술강연회 발표논문 초록집
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• pp.64-68
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• 1991

Heaps(1972)가 수직좌표계 처리에서 Spectral expansion 기법을 사용하는 3차원 수치모델을 적용한 이래 조류, 풍성류, 밀도류 등 천해역의 흐름현상에 대해 스펙트랄 모델을 적용하여 현상을 재현, 예측하는 연구가 활발히 전개되어 왔다.(중략)

• 해양환경안전학회지
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• 제18권4호
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• pp.295-307
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• 2012

한국 남해에서 조류와 취송류, 밀도류 그리고 잔차류의 특성을 이해하기 위하여 3차원유동모델(POM; Princeton Ocean Model)을 이용하였다. 조석 잔차류의 분포를 보면, 대조기에는 동쪽 방향으로의 흐름이, 소조기에는 서쪽으로의 흐름이 우세하였다. 잔차류는 연안에서 지형의 효과로 인하여 불규칙하게 나타났다. 연안역에서의 밀도류는 비교적 약하고 계절적인 차이는 작다. 외해에서는 특별한 유동현상을 주목해야 한다. 즉, 외양역에서의 흐름은 쓰시마 해류와 유사한 결과를 보이고 있다. 연안역에서의 취송류는 외해역에서 보다 매우 강하게 나타났다. 또한 표층의 해류가 저층의 해류보다 강하게 나타났다. 이상의 결과를 통하여 남해안에서의 물질 이동 확산을 예측하기 위한 기초자료로 활용 가능 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.253-257
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• 2010

최근 들어 이상 강우 현상으로 인한 기록적인 집중 강우와 더불어 토지 이용 변화로 인해 탁수의 발생 빈도가 증가하고 있다. 강우 유출로 유입한 탁수는 저수지 내 장기간 체류하면서 하류 하천의 수질 및 수생태계 뿐만 아니라 저수지 내부의 영양단계에도 많은 영향을 준다. 특히, 성층화된 저수지의 경우 높은 영양염류 농도를 포함한 탁수는 밀도류 거동 특성을 보이면서 수평 및 수직 혼합 과정을 거치면서 국부적인 부영양화 현상과 조류의 수화 현상의 원인이 되고 있다. 따라서 대형 저수지의 수질관리에 있어 하천 유입 탁수의 밀도류 해석, 저수지의 수온 성층 구조 변화, 부유입자의 동력학적 해석이 중요한 요소로 부각되어 왔다. 본 연구에서는 소양호를 연구 대상 지역으로 선정하여 2005년과 2007년 수문 사상을 바탕으로 2차원 횡방향 수치 모형을 구축하였다. 수치모형을 통해 수온 성층 구조의 재현성을 확인하였으며, 다양한 탁수 거동 모형을 구축하여 적용성을 평가하였다. 유입수의 SS(Suspended Solid)를 단일 입경으로 가정한 TM-1 모형, SS의 입경분포에 따라 3개의 그룹(SSi)으로 구분한 TM-2 모형, 3개 그룹을 포함하면서 저수지내 탁수 장기화로 인한 탁수 저감 효과를 1차 반응상수로 매개 변수화(유기물 함량($a_0$) ${\times}$ 분해속도(${\lambda}_a$))하여 수정된 지배방정식을 적용한 TM-3 모형을 사용하였다. 각각의 탁수 거동 모형은 2005년과 2007년 수문 조건에서 수온 성층 구조를 잘 재현하였다. TM-1 모형과 TM-2 모형을 비교해보면, 탁수 중심축의 최고 탁도에 대한 예측 성능은 TM-2 모형이 우수한 결과를 나타냈었다. 하지만, 장기 탁수 모의 시 저수지 수중 잔류 SS가 지속적으로 높게 나타나 중층 탁도를 과대평가하는 경향을 보였다. TM-3 모형이 TM-2 모형에 비해 수심별 탁도 분포에 대한 중심축 탁도가 저평가되는 경향을 보였지만 저수지 내 잔류 탁도에 대한 영향 부분에서는 개선된 결과를 나타내었다. 본 연구 결과는 저수지 탁수 밀도류 해석 및 운영 시스템에 활용 될 수 있으며, 선택 취수 설비 등의 수리 구조물의 영향 평가에 활용할 수 있다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.253-266
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• 2014

광양만 권역의 해수 순환 양상과 섬진강 하천수 유입으로 발생하는 밀도류 이동 양상을 3차원 수치모델링 실험을 통해 연구하였다. $120m^3/s$의 섬진강 연평균 유량을 부과하여 실험을 진행하였다. 조위와 유속장, 염분장에 대해 각각 스킬분석(skill analysis)을 이용하여 모델을 검증하였으며, 그 결과 대부분 90%가 넘는 재현율을 보였다. 모델은 조류, 담수유입에 의한 염분장의 변화를 잘 재현하였다. 창낙조시의 유속장의 분포는 1~2.5 m/s의 범위를 보였다. 특히 노량과 대방, 그리고 창선수로에서 2.0 m/s 이상의 강한 흐름이 발생하는 것으로 나타났다. 지형적 요인에 의해 좌우되는 조석잔차류의 크기는 1~21 cm/s의 범위를 보였고, 섬진강 담수 유입으로 인해 형성된 표층의 밀도류는 여수해만으로 진행하는 12 cm/s의 이하의 남향류와 노량수로로 진행하는 4 cm/s 이하의 동향류가 발생한다. 특히 여수해만에서의 밀도류 흐름은 서쪽 해안에 편향되어 남하하는 양상을 보였다. 모델 내 경계면에서의 체적 수송량과 밀도류 분포를 분석한 결과, 평수기시 섬진강으로부터 광양만 권역에 유입된 담수는 $97.4m^3/s$ (81.5%)가 여수해만으로 유입되며 $22.1m^3/s$ (18.5%)가 진주만으로 유입되는 양상을 보였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제28권6호
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• pp.565-572
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• 2004

전차륜느 연안역에서 큰 스케일에서의 물질수송에 대한 관점에서 보면 조류보다 더 중요한 역할을 한다. 이러한 잔차류의 주된 성분은 조석 잔차류이며, 취송류, 밀도류 등도 이 흐름을 변동시키는 중요한 인자들이다. 이러한 연안역의 흐름의 특성을 규명하기 위해서는 3차원 유동모델의 적용이 필수적이다. 본 연구는 하천으로부터 담수유입에 의한 연안수역의 성층화 구조를 다루는데 초점을 두었으며, 이를 위해 3차원 밀도류모델을 적용하여 울산만의 유동을 재현하고, 담수유입에 의한 성층화 구조를 규명하였다. 그 결과 울산만과 같이 담수유입이 존재하는 반폐쇄 하구에서는 표층에서는 만외로 유출하고, 저층에서는 만내로 유입하는 흐름이 발생하였다. 또한 만내방향으로의 바람이 존재하는 경우에는 표층에서는 만내로 유입하는 흐름이, 저층에서는 이에 대한 보상류로 만외로 유출하는 흐름이 발생하는 것을 알 수 있었다. 이러한 해수유동결과는 해양목장 조성을 위한 인공어초투하, 연안표사 제어를 위한 잠제건설, 해저산맥 조성 등으로 인한 연직방향으로의 용승현상에 대한 규명이나 심층수 활용을 위한 기초연구에 적용이 가능할 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.880-884
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• 2009

여름철 강우시 저수지로 유입하는 고탁도의 하천수는 저수지 주변 수체에 비해 낮은 수온과 높은 부유물질 농도(SS)로 인해 상대적으로 높은 밀도를 가지며, 저수지 내에서 동일 밀도층을 따라 분포하며 밀도류를 형성하게 된다. 탁수는 대부분 장기간 저수지에 체류하며 수질과 수생태계에 큰 영향을 주게 된다. 따라서 저수지로 유입한 탁수의 밀도류 거동특성을 파악하는 것은 저수지 운영, 수질관리 및 수생태계 보호를 위한 관리대책 수립에 있어서 중요한 요소이다. 본 연구의 목적은 횡방향 평균 2차원 수치모델을 이용하여 초기수위별 다양한 유량규모에서 소양호로 유입하는 밀도류의 거동특성(유입경계지점 수심($h_0$), 침강점 수심($d_p$)과 거리($X_p$), 분리점 수심($d_s$), 중층류 관입두께($h_i$), 댐 축 도달시간($t_a$), 희석율(${\beta}$))을 분석하여 저수지 수질관리를 위한 의사결정지원 기초정보를 제공하는데 있다. 밀도류의 거동분석을 위해 사용된 유량조건은 그동안 소양호에서 발생한 홍수크기를 바탕으로 7개의 등급으로 나누었으며, 각각의 유량조건별 수문곡선은 2007년 수문사상 중 7월 30일부터 8월 30일까지의 수문사상을 바탕으로 수정가우시안 공식을 사용하여 산정하였다. 탁수 거동 특성의 모의는 서로 다른 초기 수위 및 유량조건하에서의 탁수거동을 나타냈고, SS농도 25 mg/L 이상을 기준으로 하여 탁수층의 $d_p$, $X_p$, $d_s$, $h_i$, $t_a$, ${\beta}$를 산정하였다. 일반적으로 유량규모가 커질수록 $d_p$와 $d_s$는 증가하였고, $X_p$는 댐 축으로부터 가까워짐이 확인되었으나, 동일 유량규모에 대해 초기 수위가 증가함에 따라 $X_p$는 대체로 댐으로부터 멀어졌다. $h_i$는 유량규모가 증가함에 따라 완만하게 증가하는 경향을 보였고, $t_a$는 초기수위가 EL. 165 m일 때 유량이 2,000 CMS 미만인 경우 댐 앞까지 도달하지 못하는 것으로 나타났으며, 나머지 수위조건에서는 유량이 3,000 CMS 미만인 경우 댐 앞까지 도달하지 못하는 것으로 나타났다. 유량 규모에 따라 $X_p$가 0 km인 지점과 19 km인 지점에서의 ${\beta}$ 값을 산정한 결과 일반적으로 유량규모가 커질수록 유입수의 희석효과는 작아지며 초기수위가 커질수록 증가하는 경향을 나타냈다. 연구 결과는 탁수 발생 초기 저수지 운영 실무자들이 유량규모 및 초기 수위조건에 따른 밀도류의 거동특성을 신속히 예측하는 목적으로 사용될 수 있다.