• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.502-502
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• 2023

지난 140여년(1880~2022)간 지구의 연평균 기온은 약 1.5℃ 상승하였다. 이에 따라 폭염, 홍수, 가뭄 등 이상기후 발생이 급증하고 있으며, 생태계가 급격히 변화하여 담수호의 산소량 또한 급속히 감소하고 있다. 소양호는 총길이 60 km, 유역면적 2.703 km², 최대저수량 29억톤으로, 유역면적은 북한강 유역의 25%에 달하며 북한강 상류에 위치하고 있는 국내 최대의 인공호이다. 따라서 소양호 유역의 관리는 북한강 유역의 수질 관리와 수도권 수자원 공급의 핵심 중 하나라고 볼 수 있다. 그러나 기후변화에 따라 소양호의 성층현상에도 변동이 생겼을 것으로 판단되고 있다. 호소의 성층현상은 수심에 따른 온도의 변화로 발생하는 현상으로, 성층현상이 심하면 유체는 연직운동이 제한되고 상대적으로 수평방향 운동이 활발해진다. 소양호는 수심이 매우 깊으며, 열용량이 크기 때문에 여름에 성층이 형성되는 온대일순환호(warm monomictic lake)로 분리된다. 성층현상이 심하면 호소 하부의 저층에서는 용존산소가 거의 없어 혐기성 상태가 되고, 침전된 유기물이 혐기성 미생물에 의해 분해되기 때문에 수질은 크게 악화된다. 따라서 본 연구는 30년간의 소양호의 수온과 DO의 변동을 분석하여 성층현상의 변동성을 파악하고자 하였다. 이에 따라 약 30년간(1993년 1월~2022년 12월) 0~90 m까지 측정한 수온, DO 데이터를 이용하였다. 데이터는 매달 최소 1회~최대 5회 측정된 자료 중 가장 수심이 깊게 측정된 날의 자료를 이용하였다. 1월과 2월의 데이터는 동절기로 인해 소양호 조사를 실시할 수 없어 제외하였다. 수온의 경우 30년간 서서히 증가하는 경향을 보였으며 0~90m 전반에 걸쳐서도 대체로 증가하는 경향을 보였다. 또한 6월에 성층현상이 더 심해지고, 겨울에는 연직운동이 감소하는 모습을 보였다. DO의 경우 용존산소가 중층에서 최저를 보이는 Metalimnetic oxygen minimum을 보였으며, 2008년까지는 거의 매년 농도 2.0mg/L 이하인 달이 있었으나 그 이후에는 회복되어 대부분 2.0 mg/L 이상을 보였다. 그러나 심층의 경우에는 2014년부터 DO 농도 3 미만으로 떨어지는 경우가 증가하였다.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.18 no.2
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• pp.81-93
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• 2015

The comprehensive master plan in November 2010 on Saemangeum internal development has been released, and there is a need for complementary measures related to in-situ monitoring methods in order to acquire water temperature (T) and salinity (S) data. Thus, these data are monitored and analyzed by Korea Rural Community Corporation continuously. The purposes of current study are to evaluate the distributions of seasonal T and S, sigma-t, and stratification parameter and to compare annual stratification system in 2011 and 2012. To achieve these objectives, monthly vertical changes of T, S, and sigma-t, which are reproduced by a kriging technique, have been analyzed. In summer, the temperature difference between surface and bottom layers varies from 2 to $3^{\circ}C$, and the stratification of T is considerably weak. The stratification of S occurs abruptly within depth of EL. (-)5 to EL. (-)10 m. Therefore, stratification is induced by sudden increasing of water inflow amount due to a localized downpour during the rainy season, and these stratification processes are strongly influenced by inflowing a fresh water from watersheds in estuary environment.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.44-44
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• 2011

저수지와 같은 갇혀진 수체는 상류에서 유입되는 오염물질 뿐만 아니라 성층현상에 의해서도 오염될 수 있다. 안정된 성층은 혐기성 조건을 제공하여 바닥에서의 과도한 조류성장을 유발하고 연직순환흐름을 방해한다. 갇혀진 수체에서의 연직순환은 환경적인 문제를 감소시킬 수 있도록 중요한 역할을 한다. 갇혀진 수체에서의 연직순환은 이러한 오염을 줄이는데 중요한 역할을 하는데, 연직순환을 일으키는 인자로는 빛의 입사, 바람, 물의 온도 및 열의 확산 등이 있으며, 그중에서도 가장 중요한 것은 바람의 영향이다. 그러므로 성층화된 흐름에서 바람에 의해 발생하는 연직순환에 대한 수치모형을 개발하고 적용하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 수온성층흐름에서의 순환흐름을 해석하기 위하여 유속성분을 계산하고 자유수면 변위와 온도, 염도등과 같은 스칼라양의 해석을 위해 다음과 같은 3단계의 방법을 이용하였다. 첫 번째 단계(정수압 계산단계)에서는 운동량 방정식의 경사항을 음해적으로 해석하고, 두 번째 단계(자유수면 보정단계)에서는 자유수면의 변화를 계산하고 수평방향 유속성분을 계산한다. 예측-수정자 방법(predictor-corrector step method)을 이용하여 자유수면변위와 유속을 구하였다. 마지막으로 세 번째 단계(이송-확산단계)에서는 이송-확산 방정식을 이용하여 스칼라양을 계산하였다. 본 연구에서 제시한 모형의 정확도를 검증하기 위하여 정사각형수조에서 진동하는 자유수면의 해석해와 비교하였고, 성층화된 흐름에서 발생하는 연직순환에 대하여 수치모의를 실시하였다. 그 결과, 본 연구에서 개발된 수치모형이 흐름 내부의 현상을 잘 묘사함을 알 수 있었다.

• Proceedings of KOSOMES biannual meeting
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• 2007.11a
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• pp.1-7
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• 2007

To illustrate the variation of oceanic condition around artificial upwelling structure which is located in the South Sea of Korea, cm observations were carried out on December, 2005, April, August and October, 2006. Temperature, salinity and density(sigma-t) was nearly homogeneous through the whole depth by mixing of the seawater in winter. Stratification was not clear in spring, and it was only formed weakly in the surface layer shallower than 10m. Stratification was formed about $10{\sim}20$ m depth in summer and about $30{\sim}40$ m depth in autumn. Vertical gradient of temperature was larger than that in the part of western area along the artificial seamount in summer and autumn. The variation of stratification was also occurred around near the artificial structure area after set up structure.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.22 no.3
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• pp.171-180
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• 2010

Analysis on the temporal variation of the stratification is carried out by using the continuous water temperature and salinity data observed in the coastal monitoring buoy in Mikawa Bay, Japan. The main analysis results are as follows. The stratification pattern have an obvious and dominant 1-year period variation and the occurrence frequency (days) are exponentially decreased as the stratification intensity (SI) defined as the density difference between surface and bottom layers linearly increases. The frequency distribution function of the SI is presumably close to the log-normal function type or exponential function type. From the water temperature and salinity scatter diagram analysis, the line and loop type patterns are shown in the bottom and surface layers, respectively. In addition, the analysis of the SI estimation show that the error bound in case of using the weekly-monitoring data is about 4.45 times greater than that in case of using the continuous (daily) monitoring data.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.175-175
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• 2022

하천 합류부는 서로 다른 지형학적 특성과 수리학적 특성을 가지는 두 개의 하천이 하나로 합쳐지는 구간으로 급격한 흐름의 변화 및 퇴적물의 유입과 수리학적 지형변화가 발생하는 구간이다. 합류부 구간에서는 물질의 종류 또는 온도차로 인해 밀도 차이로 유체의 흐름이 발생하게 되는데 이것을 밀도류라고 한다. 밀도차이에 의해 성층이 생긴 수체혼합거동을 파악하기 위해서는 본류 및 지류의 일정 구간을 포함하는 합류부 구간에 대한 정밀한 계측 및 관찰이 필요하다. 이러한 수체 혼합에 대한 종합적인 분석은 유속장 및 유량정보를 취득하여 파악할 수 있지만, 성층류가 흐르는 하천의 서로 상이한 물리적 특성과 수질특성을 가지는 수체의 혼합양상 및 그에 따른 물질혼합양상을 파악하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 합류부 구간에서의 수온 분포를 통하여 밀도류를 파악하고자 한다. 하천의 광범위한 데이터 중 연직 자료와 수표면 자료를 취득하였고, 이를 통해 합류부의 성층현상을 확인하고자 하였다. ADCP를 보트 측면에 설치하여 저속운행으로 수리량을 측정하는 방식과 YSI를 이용해 측선설치 없이 측선 선정 후 보트를 이용하여 흐름에 직각인 방향으로 이동하며 실시간 농도를 측정하는 방식으로 얻은 연직자료 중 수온, EC 등의 직독식 센서 데이터 값을 사용하여 수온차에 따른 수체혼합 패턴을 분석하여 합류부의 혼합 양상을 분석 하고자 하였다. 본 연구에서는 기존 수질측정의 한계였던 1차원적인 측정결과가 나타내는 분석결과를 2차원적으로 보완이 가능하며, 비교 분석한 결과를 토대로 밀도류에 따른 혼합양상 결과가 지니는 혼합패턴을 분석한다면 향후 하천 하류구간의 취수장 취수 시스템에 많은 도움을 줄 뿐만 아니라 합류부 구간의 혼합패턴에 따라 수층 내 성층구간의 현황조사 및 혼합특성 파악을 통해 관리방안제시에 사용될 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.13 no.2 s.29
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• pp.119-125
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• 2007

In order to illustrate the variation cf stratification and to know the effects of the temperature and the salinity on the stratification in the South Sea of Korea, the stratification parameter defined as potential energy anomaly (PEA, $V(J/m^3)$) introduced by Simpson and Hunter (1974) was used. The oceanographic data were obtained in August 1999 and February 2000 by National Fisheries Research and Development Institute (NFRDI). V in August is generally high in offshore and low in near shore. However, in February, V in the near shore is higher than that cf the offshore due to the vertical temperature gradient between surface and bottom layer caused by the expansion of South Korean Coastal Waters (SKCW). In summer, the increase of the atmospheric heating acts on the stratification as the buoyancy forcing. In most cases, the effect cf the temperature on the stratification is stronger than that of the salinity. The temperature effect is predominantly due to the extent of the intrusion of Tsushima Warm Current into the study area. However, at stations where V is high the effect of the salinity is also significant. In winter, V is very low due to the decrease cf the buoyancy forcing, but some stations show the relatively high V due to the expansion of SKCW and salinity in winter unlike that in summer makes the stratification weak.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.205-205
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• 2012

국내에서 새로운 댐 저수지 건설을 통한 수자원의 안정적인 확보는 어려운 여건에 있다. 따라서 수자원의 효율적인 확보, 댐 하류하천의 수질 개선, 신규댐 건설 대체 효과를 기대하기 위해 기존 댐 저수지의 연계운영이 중요하게 인식되고 있다. 본 연구에서는 다수의 댐 저수지 수체를 연계하여 모델을 통해 해석하고자 안동-임하호를 연결한 2차원 모델(CE-QUAL-W2)을 구축하고, 2002년과 2006년 수문사상을 재현하였으며, 수리해석을 실시하였다. 안동호의 좌안인 임동면 마리와 임하호의 우안인 망천리를 연결하고, EL. 140 m 위치에 길이 2 km, 직경 5.5 m로 콘크리트 터널을 연결하는 것으로 가정하였다. 관내 바닥 마찰계수와 미소 마찰손실 값은 0.05를 입력하였다. 저수지 실측수위와 모의수위를 시계열로 비교한 결과, 2002년과 2006년 안동호와 임하호에서 여름철 유입량 증가에 따른 수위 상승을 잘 반영하였고, 결정계수값($R^2$)이 모두 0.9953 이상으로 나타나 모델은 두 저수지 물수지 계산에 있어서 높은 신뢰도를 보였다. 2006년을 대상으로 안동호와 임하호의 댐 앞에서 수심별 수온의 실측값과 모의값을 비교한 결과, 안동호는 4월부터 성층이 진행되어 5월에 수온약층이 EL. 130 m에 형성되었다. 7월 홍수가 중층 밀도류를 형성하여 수온 성층구조를 교란하였고, 기존의 수온약층이 EL. 120 m 로 하강하였으며, 표층 EL. 145 m에 새로운 수온약층이 형성되는 2단 성층 구조를 보였다. 여름철 동안 이러한 현상은 지속되었고, 10월부터 대기기온 강하와 함께 수직혼합이 시작되었다. 수온예측 오차는 AME $0.336{\sim}1.806^{\circ}C$, RMSE $0.415{\sim}2.271^{\circ}C$의 범위로 실측값을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 임하호도 안동호와 유사한 경향을 보였고, 모델은 두 저수지에서 전 기간에 걸쳐 모두 안정적으로 저수지 수온 성층현상을 모의하였다. 2002년 수문사상에서 안동-임하 연계 운영시 안동호의 평균 수위는 1.38 m 상승하였고, 임하호는 3.75 m 낮아지는 것으로 모의되었다. 수위변동에 따른 유동 유량은 임하호에서 안동호로 3억 6천 4백만 톤, 안동호에서 임하호로 2억 9천 1백만 톤으로 임하호에서 안동호로 유동한 유량이 높게 나타났다. 유역면적에 비해 저수용량이 작은 임하호의 경우 두 저수지간 유량의 이동에 따라서 저수용량의 증가로 인한 홍수 저감 효과가 있을 것으로 판단된다. 반면, 안동-임하 연계 운영시 임하호의 차가운 물이 안동호로 유입되는 경우, 안동호의 수온 성층구조에 영향을 주었다. 안동호의 경우는 단독운영시보다 높은 위치에 수온약층(EL. 140 m)이 형성되었으며, 임하호는 반대로 저수위가 낮아지면서 단독운영시보다 수온약층의 위치가 약간 낮아졌다. 이러한 결과는 두 저수지 연결시 안동호의 탁수와 수질 환경에 변화가 있을 수 있음을 시사한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1698-1702
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• 2009

효과적인 저수지 수질관리를 위해서는 신뢰도 높은 수리 및 수질모델이 필요하며, 이러한 모델의 성능은 다양한 수문사상에 대하여 적용함으로써 검증할 수 있다. CE-QUAL-W2 모델(이후 W2)은 횡방향 평균 2차원 수리 수질 해석 모델로써 수체의 길이에 비해 폭이 상대적으로 좁고 수심이 깊은 우리나라 대부분의 저수지 지형에 적합한 모델이다. 본 연구의 목적은 기존 연구에서 가뭄년인 2001년과 평수년인 2004년 수문사상에 대하여 보정한 대청호 W2 부영양화모델을 최근 평수년인 2006년과 가뭄년인 2008년을 대상으로 검증하는데 있다. 모델의 검증은 물수지, 수온성층 구조 변화, 부영양화 해석에 중점을 두었으며, 실측자료와 모의결과의 적합성 비교 평가는 결정계수값$(R^2)$, AME(absolute mean error)와 RMSE(root mean square error)를 이용하였다. 저수지 물수지의 적합성을 검증하기 위하여 모의수위와 실측수위를 비교한 결과, $R^2$값이 2006년과 2008년에 각각 0.9945, 0.9972로 나타나 신뢰도가 높은 것으로 확인되었다. 계절별 성층구조 변화 모의 성능을 검증하기 위해 회남수역과 댐 앞 지점에서 수심별 수온의 모의값과 실측값을 비교하였다. 2006년의 경우 모델은 홍수기 동안 안정적으로 수온 성층현상을 모의하였으나, 댐 앞 지점에서 수온 약층이 형성된 구간에서 실측값과 다소 편차를 보였으며, 오차크기는 AME가 $0.561\sim2.088^{\circ}C$, RMSE는 $0.797\sim2.762^{\circ}C$범위였다. 반면, 가뭄년인 2008년에는 전 기간에 걸쳐 모두 안정적으로 저수지 수온 성층현상을 모의하였으며, 오차크기는 AME $0.413\sim1.162^{\circ}C$, RMSE $0.546\sim1.415^{\circ}C$ 범위였다. 조류의 생산성이 높은 표층에서 T-N, T-P 및 Chl-a 농도 모의결과를 장계교, 대정리, 회남대교, 댐 앞, 추동취수탑 및 문의취수탑에서 시계열로 실측값과 비교 검증한 결과, T-N과 T-P는 2006년과 2008년 모두 모든 비교 지점에서 모의값과 실측값의 시계열 변동이 매우 잘 일치하였으며, 홍수기 이외 기간에는 큰 변동 폭을 보이지 않았다. 그러나 기존 연구에서 확인된 바와 같이 7월 이후부터 T-P 모의값이 실측값을 과대 산정하는 경향을 보였는데, 그 원인은 산소 결핍상태에서 저니층에서 용출되는 철(Fe) 또는 망간(Mn)과 같은 이온 성분이 인과 흡착하여 침전되는 기작이 모의과정에 적절히 반영되지 않은 것이 원인으로 판단된다. 조류(Chl-a)농도의 경우, 2006년과 2008년에 모든 지점에서 모델은 조류의 발생과 시계열 변화를 적절히 모의하였으나, 2008년 1월부터 8월까지 댐 앞과 추동 및 문의취수탑에서는 모의값이 실측값을 과대 산정하는 경향을 보였다. 이는 해마다 그리고 계절별로 우점하는 조류 종이 상이한 반면, 모델에서는 이에 대한 매개변수를 적절히 고려하지 못한 것이 원인으로 판단된다.