• 한국해양학회지:바다
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• 제15권3호
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• pp.97-109
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• 2010

하계 남강댐 방류수 유입에 의해 강하게 성층화된 남해 강진만에서 3차원 수치모델링 실험을 통해 태풍 통과시 염분장에 미치는 취송류의 영향과 성층 파괴에 대해 연구하였다. 조위와 유속장, 수온장, 염분장에 대해 각각 스킬 분석(skill analysis)을 이용하여 모델을 검증 하였고, 그 결과 대부분 90%가 넘는 재현율을 보였다. 모델은 조류, 담수유입에 의한 밀도류와 바람에 의한 취송류를 잘 재현했다. 대량 담수 유입이 있을 경우 바람의 영향은 강한 밀도류에 의해 상대적으로 큰 효과가 없으나, 담수유입이 감소하는 시기에는 바람이 수직 혼합작용을 촉진하여 바람을 부과하지 않은 모의 실험보다 2~3일 빠르게 성층을 파괴하였다. 담수 유입에 의한 성층과 바람에 의한 성층 파괴는 성층지수(Richardson 수(數), Ri)를 통하여 판단하였으며, 대량 방류시 성층지수는 급속도로 증가하여 Ri 수(數)가 7~20을 보였고, 방류가 중단된 이후에는 바람에 의한 혼합으로, 성층지수는 급격하게 감소하고 Ri 수(數)는 0~2까지 보였으며, 이 때 상하층간 염분은 일정하게 분포하였다.

• 한국환경과학회지
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• 제7권2호
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• pp.223-232
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• 1998

득량만의 조석주기에 따른 성층특성을 연구하기 위하여 우선 30여개 관측점에서 관측된 수온, 염분, 밀도, 해류, 열수지, 바람, 밀도류 자료를 조사하였다. 이 관측자료를 토대로 성층현상을 규명할 수 있는 해석적 모델을 개발하였으며 이 해석적모델을 이용하여 얻어진 연구결과에 따르면, 득량만의 성층을 이루는 요인은 조석, 태양열, 밀도,류인 것으로 나타났으며, 성층을 파과할 수 있는 조석에너지의 혼합에너지의 에너지 기여율 $\varepsilon$ 은 약 0.020 - 0.021정도 되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.94-94
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• 2022

본류와 지류가 만나는 하천 합류부에서 발생하는 복잡한 흐름 구조는 하상변동에 영향을 주며, 본류와 다른 특성을 보이는 지류의 유입은 수질과 수생태계에도 영향을 준다. 합류부는 하천 변화의 다양성을 보이기 때문에 하천 관리 측면에서 중요한 구간으로, 흐름 및 혼합 특성 이해가 중요하다. 합류부에서의 흐름 및 혼합은 본류와 지류의 유량비, 밀도차, 단차, 합류각, 하도형상 등의 영향으로 그 양상이 달라지며, 흐름장 및 두 수체에 의한 이송물질의 혼합이 이루어졌다고 간주하는 혼합거리는 지류가 본류에 미치는 영향 범위 분석을 위한 중요한 매개변수이다. 본 연구에서는 합류부 흐름에 미치는 주요 인자 중 유량비와 밀도차가 합류부 흐름 및 혼합에 미치는 영향을 수치해석을 통해 분석하고, 조건의 변화에 따른 혼합거리를 예측해 보고자 한다. 본 연구의 대상 지역인 낙동강-황강 합류부는 다기능보와 댐의 운영에 따라 유입 유량 및 유량비가 조절되며, 여름철에는 황강의 수온이 낙동강보다 평균 4℃ 이상 낮으며, 9℃(지류 20℃; 본류 29℃) 이상의 수온차가 발생하기도 한다. 이 경우 밀도비는 0.998로 밀도류가 발생할 수 있는데, 밀도류가 발생할 경우 수표면과 저층이 분리되어 흐르기 때문에 동일 유량 조건에서도 혼합 양상은 달라진다. 밀도류가 발생하기 위해서는 수표면과 저층이 분리되는 성층이 발달해야 하는데, 이는 유속 또는 유량의 범위에 따라 성층의 발달 여부가 달라질 수 있다. 이러한 현장 조건을 반영한 수치해석을 통해 다양한 유량 조건(유량비)에서 밀도의 차이(수온차)가 합류부의 흐름 및 혼합에 미치는 영향을 분석해 보고자 하며, 합류부에서 밀도차에 의한 흐름의 변화 조건을 무차원수(Richardson number, Densimetric Froude number 등)를 통해 정량화해보고자 한다. 이는 지류가 본류에 미치는 영향의 정도와 범위를 파악함으로써 하천 관리를 위한 관측망 및 현장 조사의 범위 선정의 기초자료 마련뿐 아니라 본류의 수온 변화가 발생할 수 있는 범위의 파악을 통해 수생태계에 미치는 영향 파악을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.219-235
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• 2013

시화조력발전소 가동에 따른 인근 해역의 해수특성 및 성층변화를 파악하기 위하여 3차원 수치모델을 이용하였다. 여름철의 경우, 하천을 통해 유입되는 담수의 영향으로 인해 시화호 내측의 밀도는 수온보다는 염분에 의해 더 영향을 받는다. 조력발전소 가동 전에 호 내측에서는 외해에 비해 상대적으로 고온, 저염의 해수특성을 보이는 반면에 조력발전소 가동 시에는 호 내측의 수온이 소폭 낮아지고 염분이 증가하는 경향을 보인다. 또한 조력발전소 가동 시 해수의 유입 유출이 활발해짐에 따라 혼합효과의 증대로 인해 시화호의 밀도는 증가하고 성층은 약화되는 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2003년도 가을 학술발표회 발표논문집
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• pp.241-244
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• 2003

2000년에 발생한 12호 태풍(Prapiroon)에 의한 성층 호수의 식물플랑크톤 군집 변화양상을 주암호의 복교지점에서 2000년 8월 30일부터 9월 29일 까지 조사하였다. 프라피룬은 복교지점에서 초속 40m의 강풍을 동반하였는데, 이 물리력은 성층으로 인해 불연속적 층을 형성하고 있던 수괴 전체를 혼합시켰다. 수체의 혼합은 격리로 인해 이질적 환경과 생물조성을 이루고 있던 층간의 혼합을 유도하여 식물플랑크톤의 우점 분류군, 종조성, 우점종을 교체시키는 요인으로 작용한 것으로 추측되었다. 식물플랑크톤의 우점 분류군은 태풍 이전의 규조류에서 녹조류로 교체되었고, 후에 남조류로 교체되었다. 우점종은 태풍 이전에는 Melosira granulata였으나 태풍 이후에는 Scenedesmus spp.와 Staurastrum sp.가 우점하는 것으로 나타났다. 개체수의 밀도는 태풍에 의한 변화가 크지 않았다. 태풍에 의해 파괴되었던 성층은 태풍 이후 재성층화 되기 시작하여 6일째엔 안정된 성층이 관찰되었다. Secchi depth는 태풍에 의해 많이 감소하였으나 수체가 안정화되면서 다시 증가하는 양상을 나타냈다. 결론적으로 태풍은 여름의 성층으로 분리된 수괴를 혼합시킬 수 있는 물리력을 가져 수서 생태계 내 생물의 동태에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2001년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.85-92
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• 2001

중력이 작용하는 압축성유체를 고려함에 있어, 밀도성층 뿐만 아니라 엔트로피 성층의 고려도 중요하다. 본 연구에서 압축성격자볼츠만 유체모델을 이용한 차분계산법을 이용하여 2차원 채널에서 성층류의 전형적인 형상인 선택취수현상을 시뮬레이션 하였으며, 본 모델의 유효성을 확인하였다. 또한 비점성, 비압축성유체의 선택취수흐름과의 차이에 관해서 압축성의 관점에서 고찰하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.171-180
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• 2010

일본 미카와만의 연안 모니터링 부이에서 연속 관측한 수온 및 염분자료를 이용하여 성층의 시간적인 변화 양상을 분석하였다. 분석결과 우선 성층은 뚜렷하고 우세한 1년 주기의 변화 양상을 보이고 있으며, 표층과 저층의 밀도차이로 정의되는 성층강도는 강도가 증가할수록 발생빈도는 기하급수적으로 감소하는 양상을 보이는 것으로 파악되었다. 한편 성층강도의 발생빈도 분포는 정규분포 형태와는 다른 대수 정규분포 또는 지수분포 형태에 보다 근접한 것으로 파악되었다. 수온과 염분의 분산도 분석결과, 저층은 직선 형태의 변화 양상을 보이고 있으나 표층은 곡선 또는 고리(loop) 형태의 변화양상을 보이고 있는 것으로 파악되었다. 한편 성층강도 추정오차를 분석한 결과, 월 4회 관측빈도의 자료를 이용한 오차범위는 본 연구에서와 같이 관측부이의 1일 연속자료를 이용한 오차범위보다 4.45배 이상 증가하는 것으로 파악되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.454-458
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• 2005

여름철 집중강우시 유입되는 고탁수층은 저수지의 밀도성층으로 인하여 표수층 하부에 위치하며, 이를 적기에 배제하지 않을 경우에는 수평방향의 확산현상과 연직방향의 전도현상으로 인해 저수지 전역에 분포하게 되어, 탁수현상의 장기화를 유발한다. 일본 사메우라댐의 경우에는 1977년 9월 태풍 17호에 의한 집중호우로 대량의 고탁수가 유입되어 하류하천으로의 댐 방류수의 고탁도현상이 장기간 지속된 바 있다. 이와 같은 탁수장기화에 대한 저수지내 대책의 하나로서 홍수유입후 탁도가 높은 물을 단기간동안 방류하고, 갈수기에는 탁도가 낮은 물을 방류하는 선택취수 개념이 제안된 바 있다. 국내의 임하댐의 경우에도 2002년 태풍 '루사'와 2003년 태풍 '매미'로 인해 발생한 탁수가 전도현상을 거치며 저수지내 전수층에 확산됨으로써 댐방류수의 고탁도현상이 장기화된바 있다. 이로 인하여 댐하류에 위치한 안동시 용상정수장의 동절기 정수처리 장애로 2003년 11월이후 약 160여일동안 댐방류가 중단된 바 있다. 임하댐의 경우에도 탁수장기화에 대한 대책으로서 홍수기 고탁수층을 우선배제한 후, 저수지내에 유입되는 청수을 담수함으로써 이를 방지할 수 있다. 이러한 선택취수 기법은 동일한 수리동역학적 개념을 적용하여 하류하천의 냉해문제를 대비하기 위한 방법으로 표층의 온수를 선택방류하는 데에도 이용될 수 있다. 이와 같은 선택취수를 효율적으로 수행하기 위해서는 취수시설에 접근하는 밀도흐름을 정확하게 이해하고 있어야 한다. 또한 취수탑 인근에서의 온도 및 탁도 등의 연직분포를 실시간으로 파악할 수 있는 자동수질측정시스템이 구축되어 있어야 한다. 현재 임하댐의 경우, 하류하천의 수질을 고려한 효율적인 탁수배제를 위하여 상류 유입부 2개소, 발전취수탑 전면 1개소, 조정지댐 1개소 등 총 4개의 자동수질측정시스템이 설치되어 탁도와 온도가 실시간으로 모니터링되고 있으며, 향후 강우시 저수지에서의 밀도흐름을 보다 정밀하게 모니터링하기 위하여 저수지내 4개의 주요지점에 추가적으로 설치될 예정이다. 이와 같은 자동측정시스템과 더불어 주기적인 세부 수질조사를 실시하면 저수지내의 온도성층 변화와 탁수층 분포를 매우 정확하게 파악할 수 있으며, 호소의 수질모형과 연계하여 강우시 탁수 도달시간과 탁수량을 사전에 예측할 수도 있다. 또한 이와 같은 기초적인 정보를 바탕으로 하류하천의 탁수 피해를 최소화할 수 있는 선택취수탑의 운영방안을 수립할 수 있다 본 연구에서는 이를 위해 선택취수탑 주위의 성층흐름을 기존의 실험자료와 수치해석을 통하여 분석하였고, 온도성층구조나 취수구의 위치변화에 따른 방류수 수질특성을 조사하였다.

• 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.