• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.63-63
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• 2017

우리나라에서 홍수기에는 하천에 부유사를 포함한 수체가 침강되어 하층 밀도류 형태로 전파된다. 온도로 성층화가 심하게 되지 않은 댐의 경우 하층 밀도류로 댐체까지 전파되고, 유출되어 하류로 흘러가거나 차단되어 담수된다. 침사용 저수지는 하류에 있는 저수지에 유사 전파를 막기 위해 건설된 댐으로, 이를 잘 관리하기 위해서는 밀도류의 차단에 대한 연구가 필수적이다. 따라서 본 연구의 목적은 층적분 모형을 사용하여 밀도류의 전파와 이에 따른 저수지의 유사 차단 현상을 모의하는 것이다. 이를 위하여 1차원 수치모형을 제시하였으며 실내실험 자료에 적용하여 밀도류의 전파 및 차단 양상을 분석하였다. 모의 결과 소류사는 대부분 상류단에서 퇴적되고, 부유사가 밀도류에 포함되어 하류단까지 전파되고, 차단되는 것을 확인하였다. 또한, 질량보존과 운동량 보존에 의해 저수지 전체에서 밀도류 두께가 증가되며 담수되는 현상을 확인하였다. 담수된 밀도류의 포집효율에 영향을 미치는 인자를 분석하고, 포집효율에 대한 각 입자의 민감도 분석을 수행하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2B호
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• pp.113-121
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• 2012

유역에서 집중호우가 발생하였을 경우 저수지 내로 고탁수층이 유입된다. 본 연구에서는 성층저수지로 유입된 고탁수층에 대한 선택취수 탁수배제 능력을 검토하기 위하여 3차원적인 접근흐름에 대한 현장실험 및 수치해석 연구를 수행하였다. 다항목수질모니터링시스템(YSI6600EDS)과 초음파유속계(YSI6600ADV)을 이용하여 선택취수시의 온도, 탁도 및 유속분포를 측정하였다. 3차원 모형인 FLOW-3D를 이용하여 저수지 내 취수탑 주변에서 유동형태를 예측하였으며, 현장실험에서의 유속 측정값과 비교분석한 결과 연직유속분포를 잘 모의함을 확인할 수 있었다. 또한 관측 자료들을 분석한 결과에 의하면 표면 취수에 비해 저층 선택취수를 수행하는 것이 고탁수층에 대한 저수지내 탁도 배제능력이 46% 증가하는 것으로 나타났다. 3차원 수치모의 해석결과, 표면취수에 비하여 중층취수를 하는 경우에는 저수지내 탁도 배제능력이 10% 증가하였고, 저층취수를 하는 경우에는 30% 증가하였다. 따라서 저수지 내 고탁수를 배제하기 위해서는 중층 또는 저층의 선택취수를 수행하는 것이 탁수배제 능력 면에서 우수한 것으로 분석되었다. 또한 수치효율이 매우 높은 1차원 SELECT 모형에서도 유사한 결과를 보여 주었다.

• 환경영향평가
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• 제32권6호
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• pp.473-487
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• 2023

1970~1980년대 준공된 우리나라의 다목적댐 저수지에는 발전방류를 위한 고정식 취수구가 심층에 설치되어 있어 일부 댐 하류에서는 냉수 방류에 의한 농작물 냉해, 안개 일수 증가 등의 문제점이 제기된 바 있다. 본 연구에서는 고정식 취수구를 통해 심층 취수가 이루어지고 있는 합천호를 대상으로 취수 수심이 저수지의 수온 성층 구조와 방류 수온에 미치는 영향을 분석하였다. 3차원 수리수질모형인 AEM3D를 이용하여 합천호의 연직 수온 분포를 재현하고 계절별 수온성층 구조를 분석하였으며, 수문 조건에 따른 수온성층 변화를 비교 분석하기 위하여 풍수해와 갈수해를 대상으로 모델링 하였다. 또한 취수심 변경 시나리오를 적용함으로써 취수 수심이 수온성층 구조에 미치는 영향을 분석하였다. 모의 결과 심층 취수를 표층 취수로 변경할 경우 수온약층의 형성 위치가 풍수해 6.5 m, 갈수해 6.8 m 감소하여 더 얕은 수심에 형성될 것으로 분석되었다. 또한 수체 안정도 지수인 Schmidt Stability Index (SSI)와 Buoyancy frequency (N²)가 증가하여 수온성층 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 표층 취수시 연평균 방류수온이 풍수해 3.5℃, 갈수해 5.0℃ 증가하여 하류하천의 영향은 감소하나, 호내의 저수온층 수체적과 수온성층 강도가 증가하므로 추후 수질관리를 위해 취수심을 댐 운영의 주요인자로 고려해야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.72-72
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• 2018

우리나라의 대형 저수지에 담수된 수체는 여름에 온도가 높은 표수층과 온도가 낮은 심수층, 그리고 두 층 사이에서 온도가 크게 변화되는 변온층으로 나뉘게 된다. 여름 홍수기에 상류 하천에서 저수지로 유입되는 부유사는 큰 밀도를 가지기 때문에 저수지의 바닥을 타고 하층 밀도류의 형태로 저수지 하류로 전파된다. 그러나 밀도류가 성층화된 저수지의 변온층에 도달하면 심수층과 변온층 하층의 낮은 온도로 인해 발생하는 수체의 큰 밀도로 하층으로 더 침투하지 못하고 변온층이나 심수층 상층에서 남아 하류에 중층밀도류의 형태로 전파된다. 대량의 탁수를 하류에 방류하면 하류 수질에 문제가 발생되며 저수시키면 댐 수질 및 심수층 생물체의 태양광 차단 문제가 발생되므로 저수지에서 밀도류의 조절은 대형 저수지 운영에 매우 중요한 사항이다. 따라서 본 연구의 목적은 층적분 모형을 사용하여 대형 저수지에서 발생하는 중층밀도류의 전파 및 선택취수시설을 이용한 밀도류의 차단과 방류에 대해 수치모의하는 것이다. 이를 위하여 중층 밀도류를 수치모의하기 위한 1차원 수치모형을 제시하였으며 소양강댐 상류 소양호에 적용하여 적용성을 검토하고 밀도류의 전파 및 방류에 대해 분석하였다.

• 생태와환경
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• 제38권1호통권110호
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• pp.105-117
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• 2005

낙동강 수계의 최대 인공호인 안동댐 저수지에서 2002${\sim}$2004년 동안 홍수기의 수온성층 구조에 따른 고탁수의 유입특성과 시 ${\cdot}$ 공간적 변동을 조사하였다. 6월부터 수온성층이 형성되었으며 성층구조에 따라 유입 수괴의 이동경로가 결정되었고 고탁수의 유입에 의해 성층구조가 변하였다. 고탁수는 유입 시기와 수량에 관계없이 저수지 상류부에서는 심층류로 유입되었고 중류부에서 바닥으로부터 분리되어 중층 밀도류의 형태로 하류까지 이동하였다. 또한 중층 밀도류의 형성지점은 유입량과 시기에 따라 공간적으로 다소 차이가 있었다. 유입량에 의해 수온성층과 DO 분포가 변하였고, 시기에 따라 변수층에는 2개의 수온 급감층과 저산소층이 각각 존재하였다. 최하류까지 이동한 홍수량의 고탁수층은 상승류를 형성하여 수심 15 m 아래에서 최대 20 m 두께로 고탁수층을 형성하였다. 고탁수층은 저수지 바닥으로 침전되지 않았고 중층의 취수구를 통해 하류로 배출되었으며 가을 순환시기 이후 완전 소멸되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권3호
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• pp.561-573
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• 2017

낙동강에서 다기능보의 건설과 하도의 준설로 인해 수심은 더욱 깊어졌으며 유속이 느려져 지체시간 또한 증가하였다. 이로 인해 수심이 깊은 일부구간에는 성층현상이 발생하였으며, 또한 녹조현상을 가중시키는 원인이 되었다. 본 연구에서는 저수지와 하구언에서 성층현상 재현성이 입증된 3차원 수리 수질 해석모형인 EFDC 모형을 낙동강에 적용하여 성층현상의 재현성을 평가하고자 하였다. 낙동강 수온 및 DO 성층화 현상을 재현하기 위해 낙동강 중 하류부에 EFDC 모형을 구축하고 성층화에 민감한 주요 매개변수에 대한 민감도 분석을 수행하였으며, 민감도 분석을 통해 최적의 매개변수를 선택하여 성층화를 재현하였다. 본 연구의 결과는 다양한 성층교란 시나리오 분석의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권2호
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• pp.109-119
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• 2019

국내의 많은 저수심 저수지들은 다양한 수질오염물질의 유입으로 인해 부영양화가 진행되고 있으며, 해마다 반복적으로 표층의 녹조 발생과 저층의 빈산소화를 겪고 있다. 이를 방지하기 위한 대책으로 저수지의 성층현상을 완화하는 기존 기술들이 있으나 대부분 동력이 필요하며 비경제적인 측면으로 인해 도입이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 바람과 수류의 자연에너지를 활용하는 무동력 수류순환시스템을 개발하고 상이한 조건을 갖는 두 저수지를 대상으로 테스트베드를 구축, 운영하여 현장적용성을 검토하였다. 수류순환시스템을 모사한 전산유체역학 (CFD) 모의 결과, 하향류가 유도되어 표층과 심층 사이의 성층현상을 완화시키고, 영향반경은 약 30 m에 달하는 것으로 해석되었다. 테스트베드에 대한 장기 모니터링 결과, 수류순환 작용에 의해 DO의 변동을 완만하게 하고, DO 과포화 현상을 저감하며, pH의 과도한 상승을 방지하는 등 다양한 수질개선 효과가 관찰되었다. 본 수류순환시스템의 현장적용성을 제고하기 위해서는 홍수시 및 저수심 조건에 대한 대응방안 마련이 필요한 것으로 판단된다.

• 환경영향평가
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• 제26권6호
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• pp.553-562
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• 2017

최근 농업용 저수지는 용수공급과 함께 지역의 관광, 문화, 위락시설 등으로 활용되고 있다. 그러나 많은 농업용 저수지들은 부영양호로 분류되며 높은 유기물 오염도를 보이고 있다. 특히, 1945년 이전에 준공된 노후화된 농업용 저수지의 44.7%는 농업용수 수질 환경기준을 초과하고 있다. 노후화된 저수지의 경우 외부기원 오염부하 이외에 누적된 퇴적물로부터 발생하는 내부부하는 영양염류 공급에 중요한 역할을 한다. 본 연구의 목적은 수심이 얕은 M 저수지(평균 수심 약 1.7 m)를 대상으로 2015년과 2016년에 수심별 수온과 저층 용존산소(DO) 농도를 연속 측정하여 저층 수환경의 동적변화를 모니터링함으로써 영양염류의 내부 부하 가능성을 조사하는데 있다. 또한, 물질수지해석을 통해 내부 인부하가 저수지 전체 인부하량에 미치는 영향에 대해 평가하였다. 연구결과 수심이 얕은 M 저수지에서 약한 수온성층과 강한 DO 성층 현상이 나타났다. 그리고, 저수지 저층에서 DO의 동적변화를 관찰한 결과, 여름철 무강우 기간동안 지속적인 저산소 (DO 2 mg/L 미만) 상태가 2015년과 2016년에 각각 87일과 98일간 발생하였다. DO 농도는 대기온도 강하와 강우발생 기간 동안 간헐적으로 증가하였다. 물질수지분석결과, 수온상승과 함께 조류성장이 촉진되는 8월에는 $PO_4-P$ 내부 부하량이 무강우시 전체 부하량 대비 2015년과 2016년에 각각 37.9%와 39.7%로써 큰 비중을 차지하였다. 따라서 지속적인 저층 저산소 상태가 유지되는 경우에는, 퇴적층의 영양염류 용출을 억제하기 위한 DO 공급 대책이 유효 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권12호
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• pp.1181-1191
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• 2013

다목적댐 저수지는 여름철에 발생하는 성층현상이 발생하고 가을철에는 성층화된 저수지의밀도 차로 인한 전도현상이 일어나게 된다. 이러한 현상은 저수지의 시공간적 수온분포의 변화에 의하여 발생하며, 이를 정확히 모의하고 예측하기 위해서는 수온에 작용하는 관련 매개변수의 작용특성을 명확히 파악할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 합천댐 저수지를 대상으로 횡방향 평균 2차원 저수지 수리 수질 해석모형인 CE-QUAL-W2를 적용하여 저수지내 발생하는 수온성층, 탁수의 거동 및 수질을 예측하기 위해 선행되어야 할 수온모의를 통해 합천댐 저수지에 적합한 수온 매개변수 산정에 대한 연구를 진행하였다. 특히 모델에서 합천댐 수온모의와 관련된 매개변수 중 바람차폐계수(WSC), 복사열계수(BETA), 빛소멸계수(EXH2O), 바닥 열교환계수(CBHE)의 민감도 분석을 수행하였다. 첫 번째로, 민감도가 높은 기간을 확인한 결과 WSC, BETA, EXH2O는 공통적으로 4~9월, CBHE는 8~11월로 나타났다. 두 번째로, 매개변수가 영향을 미치는 수심대를 확인한 결과 BETA는 0~9m, EXH2O는 8~14m 구간으로, 수표면과 가까운 표층과 수온약층, CBHE는 바닥에서부터 12m 구간으로 심층구간에서 영향이 나타났다. 마지막으로 연단위 혹은 각월에서의 최적매개변수를 적용한 결과 WSC와 CBHE 매개변수는 모의온도의 편차가 그다지 크지 않았으나, BETA와 EXH2O의 경우 연단위와 월단위 최적매개변수 적용 시 모의수온편차가 각각 월평균 $0.20^{\circ}C$와 $0.51^{\circ}C$로 다소 큰 값을 보이고 있으며, 특히 수온이 최대로 상승하는 5~8월 중에는 $0.4^{\circ}C$와 $1.09^{\circ}C$의 편차를 보여 월단위 매개변수사용의 필요성이 뚜렷이 확인되었다. 이는 현재 저수지수질모형의 검보정에서 입력요구조건에 따라 혹은 관행적으로 사용되고 있는 연단위 매개변수의 사용에 있어서 월단위로의 개선이 필요한 부분으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.148-148
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• 2023

산업 고도화로 인하여 복잡하고 다양한 유기물의 사용량이 증가하였으며, 공공수역 내 새로운 오염물질이 유입됨에 따라 생화학적 산소요구량(BOD) 중심의 수질평가에 한계를 나타내었다. 이후 난분해성 물질을 고려한 유기물관리 정책과 총량관리의 필요성이 제기되었고 국내 하천과 호소에서는 총 유기탄소(TOC)를 유기물 관리지표로 설정하였다. 그러나 부영양 하천과 호소에서 TOC는 외부 부하뿐만아니라 식물플랑크톤의 과잉성장에 의해 증가할 수 있는 항목이므로 TOC 관리정책 추진을 위해서는 유기물의 기원에 대한 파악이 필요하다. 한편, 우리나라와 같이 몬순 기후대에 속한 댐 저수지의 경우 강우시 유입하는 탁수에 의해 다량의 유기물과 인이 유입되기도 하지만 식물플랑크톤의 제한요인 중 광량에 많은 영향을 미친다. 식물플랑크톤의 광합성은 수체 내 유기탄소 내부생성에 매우 중요한 요소이나 점 단위의 실험적 방법을 활용한 유기탄소 순환 해석은 저수지의 시·공간적인 변동성을 고려하기에 한계가 있다. 본 연구의 목적은 금강 수계 최대 상수원인 대청호를 대상으로 3차원 수리-수질 모델을 적용하여 유기탄소 성분 별 유입과 유출, 내부생성 및 소멸량을 평가하고 탁수가 저수지에서의 유기탄소 순환에 미치는 영향을 분석하는데 있다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 AEM3D 모델을 사용하였으며 2018년을 대상으로 입력자료를 구축한 후 보정 및 검정을 수행하였다. 모델은 유기탄소를 입자성, 용존성, 그리고 난분해성과 생분해성으로 구분하여 모의하며 유기물질 성상별 실험결과를 이용하여 입력자료를 구축하였으며 유기탄소순환 해석을 위해 4가지의 탄소성분과 조류 세포 내 탄소의 질량 변화율을 계산하였다. 이를 위해 외부 유입·유출부하율, 수체 내 생성(일차생산, 재부상, 퇴적물과 수체 간 확산) 및 소멸률(POC 및 조류 침강, DOC 무기화, 탈질)을 고려하였으며 탁수의 영향을 분석하기 위해 탁수 포함여부 시나리오를 구성하고 유기탄소 생성 및 소멸기작별 변동성을 비교 분석하였다. 모델은 2018년의 물수지를 적절히 재현하였으며 저수지의 수온 및 탁도 성층구조를 잘 재현해내면서 전반적인 수질을 적절하게 모의하였다. 탁수를 고려하였을 시 연간 TOC 부하량 중 내부기원 부하량은 56% 수준이였으나 탁수를 배제한 경우 내부기원 부하량은 82%로 나타났다. 특히, 연평균 Chl-a 농도가 44~48% 차이가 발생하면서 1차생산량이 약 4배가량 증가하였다. 몬순지역에서의 탁수는 체류시간이 긴 성층 저수지에서 식물플랑크톤 성장제어에 큰 영향을 미쳤으며 전반적인 유기탄소 순환을 해석하는데 있어 매우 중요한 인자로 작용하였다.