Journal of Korea Water Resources Association (한국수자원학회논문집)

Korea Water Resources Association (한국수자원학회)
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3D Modeling of Turbid Density Flow Induced into Daecheong Reservoir with ELCOM-CAEDYM

ELCOM-CAEDYM을 이용한 대청댐 유입탁수의 3차원 모델링

  • Chung, Se-Woong (Dept. of Env. Engrg. Chungbuk National University) ;
  • Lee, Heung-Soo (Dept. of Env. Engrg. Chungbuk National University) ;
  • Ryoo, Jae-Il (Dept. of Env. Engrg. Chungbuk National University) ;
  • Ryu, In-Gu (Dept. of Env. Engrg. Chungbuk National University) ;
  • Oh, Dong-Geun (Dept. of Env. Engrg. Chungbuk National University)
  • 정세웅 (충북대학교 환경공학과) ;
  • 이흥수 (충북대학교 공과대학 환경공학과) ;
  • 류재일 (충북대학교 공과대학 환경공학과) ;
  • 류인구 (충북대학교 공과대학 환경공학과) ;
  • 오동근 (충북대학교 공과대학 환경공학과)
  • Published : 2008.12.31
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Abstract

Many reservoirs in Korea and their downstream environments are under increased pressure for water utilization and ecosystem management from longer discharge of turbid flood runoff compared to a natural river system. Turbidity($C_T$) is an indirect measurement of water 'cloudiness' and has been widely used as an important indicator of water quality and environmental "health". However, $C_T$ modeling studies have been rare due to lack of experimental data that are necessary for model validation. The objective of this study is to validate a coupled three-dimensional(3D) hydrodynamic and particle dynamics model (ELCOM-CAEDYM) for the simulation of turbid density flows in stratified Daecheong Reservoir using extensive field data. Three different groups of suspended solids (SS) classified by the particle size were used as model state variables, and their site-specific SS-$C_T$ relationships were used for the conversion between field measurements ($C_T$) and state variables (SS). The simulation results were validated by comparing vertical profiles of temperature and turbidity measured at monitoring stations of Haenam(R3) and Dam(R4) in 2004. The model showed good performance in reproducing the reservoir thermal structure and propagation of stream density flow, and the magnitude and distribution of turbidity in the reservoir were consistent with the field data. The 3D model and turbidity modeling framework suggested in this study can be used as a supportive tool for the best management of turbidity flow in other reservoirs that have similar turbidity problems.

국내 많은 저수지들과 그 하류하천은 높은 탁도를 가진 물의 장기적인 방류로 인해 수자원 이용과 수생태계 관리에 많은 어려움을 겪고 있다. 탁도($C_T$)는 물의 탁한 정도를 나타내는 척도로써, 수질과 수환경의 건강을 평가하는 매우 중요한 지표로써 광범위하게 사용되어 왔지만, 모형의 검증에 필요한 실험 자료의 부족으로 인해 탁도 모델링에 대한 연구는 지금까지 매우 부족하였다. 본 연구의 목적은 광범위한 현장 실측자료를 이용하여 성층화된 대청호로 유입한 탁수의 밀도류 거동 모의를 위한 3차원 수리-입자동력학 연동 수치모형인 ELCOM-CAEDYM의 적용성을 검증하는데 있다. 입자크기에 따라 구분된 3개 그룹의 부유물질 (SS) 농도가 모형의 모의변수로 사용되었으며, 모형 변수인 SS와 저수지내 실측값의 $C_T$의 변환을 위해 저수지 지점별로 측정한 SS-$C_T$ 상관관계를 사용하였다. 모의결과는 2004년에 대청호의 회남과 댐앞 지점에서 수심별로 실측한 수온과 탁도 자료와 비교함으로써 검증하였다. 모형은 저수지의 성층구조, 탁수를 포함한 하천 밀도류의 시간에 따른 진행과정을 잘 재현하였으며, 탁도의 수직분포와 크기도 실측값과 부합하였다. 본 연구에서 제시한 3차원 수치모형과 탁도 모델링 방법론은 유사한 탁도 문제를 가지고 있는 다른 저수지에서도 탁수의 최적관리를 위한 지원 도구로써 사용 가능하다고 사료된다.

Keywords

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