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의암호 수체 흐름과 혼합 패턴에 관한 모델 연구
A Hydrodynamic Modeling Study to Analyze the Water Plume and Mixing Pattern of the Lake Euiam 원문보기

생태와 환경 = Korean journal of ecology and environment, v.46 no.4, 2013년, pp.488 - 498  

박성원 (이화여자대학교 환경공학과) ,  이혜원 (이화여자대학교 환경공학과) ,  이용석 (한림성심대학교 보건환경과) ,  박석순 (이화여자대학교 환경공학과)

초록
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본 연구에서는 상류 댐 및 유입 지류의 물리적, 지형적 특성을 고려하여 의암호 수체의 혼합 거동을 해석하고 수질 분포에 미치는 인자로 수체간 혼합 과정을 파악하기 위하여 3차원 시변화 모델, GEMSS 모델 시스템을 구축하였다. 실측 자료를 바탕으로 적용 모델의 재현성을 검토한 결과 본 연구에서 적용된 GLLVHT 모델은 상이한 강우 및 유량 조건에서 의암호 내 열수지 및 수체 혼합 특성을 잘 재현하고 있는 것으로 판단되었으며, 모델 보정 결과를 바탕으로 의암호의 수온, 전기전도도 그리고 체류시간의 시 공간적 분포와 유입지류의 흐름 특성을 분석하였다. 의암호는 상이한 목적을 가진 소양강댐과 춘천댐의 방류량과 유입 지류의 큰 변동폭에 수리 및 수질이 영향을 많이 받고 있다. 의암호는 봄과 여름철에는 수온이 높은 춘천댐의 방류량에 상대적으로 영향을 크게 받아, 전체적으로 높은 수온 분포를 나타낸다. 반면 가을과 겨울철에는 소양강댐의 방류 유량이 많고 수온이 높고, 춘천댐의 유량이 매우 적어 상대적으로 전기전도도가 낮은 소양강댐 방류수의 수온이 의암호의 온도 분포에 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 전기전도도는 춘천하수처리장과 공지천의 높은 유입으로 하류 의암댐 부근까지 높은 전기전도도의 분포를 나타낸다. 의암호의 체류시간은 춘천댐과 소양강댐의 방류수가 유입되는 상류 수역은 체류시간이 비교적 짧게 나타나며 의암댐 부근의 하류에서 점차 증가하는 것으로 분석되었다. 중도 부근의 낮은 수심으로 인해 소양강댐 방류량이 많은 시기에는 역류현상이 발생하여 체류시간이 일시적으로 증가한다. 또한 하중도의 우안에서 공지천과 춘천하수처리장이 유입되는 수역, 중도의 우안에서는 연중 20일 이상의 체류시간을 보이고 있다. 이러한 정체수역에서는 지류들의 혼합률이 저하되고 유속이 낮은 특징을 가지기 때문에, 식물성 플랑크톤의 과대성장 우려가 있어 수질관리에 신중을 기해야 할 것으로 판단된다. 여름철 집중 강우시에는 유입 및 유출의 급격한 증가로 체류시간은 크게 감소하며, 춘천댐과 소양강댐의 방류수는 약 10일 이하의 짧은 체류시간으로 의암호로 유입되는 것으로 예측되었다. 의암호 내 표층에서는 소양강댐의 방류가 많은 비중을 차지하며, 특히 중도의 우안의 상류부까지 소양강댐의 방류수가 역류하는 현상이 나타나며, 중도의 좌안과 붕어섬 상류부에서 소양강댐 방류수가 흐르는 것을 알 수 있다. 춘천댐의 방류량이 큰 경우에는 소양강댐의 방류수가 중도 좌안에 거의 영향을 주지 않으며 우안을 따라서 그대로 방류되는 특징을 보인다. 또한 붕어섬 상류부를 통하여 춘천댐의 방류수가 중도 좌안 및 소양강댐 방류 합류지점까지 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 공지천의 방류수는 소양강댐의 방류수가 많은 시기에 동시에 증가하여 공지천과 의암호 합류부의 상류로 역류하는 현상을 보이고 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A three-dimensional hydrodynamic model was applied to the Lake Euiam. The lake has three inflows, of which Gongji Stream has the smallest flow rate and poorest water. The dam-storage volume, watershed area, lake shape and discharge type of the Chuncheon Dam and the Soyang Dam are different. Therefor...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 상류 댐 및 유입 지류의 물리적, 지형적 특성을 고려하여 의암호 수체의 혼합 거동을 해석하고 수질 분포에 영향을 주는 인자로 수체간 혼합 과정을 파악하고자 한다. 이를 위하여 의암호 지형과 유입 및 유출 구조에 적합한 수리 및 수질 모델을 적용하였으며 재현성이 검토된 모델 결과를 바탕으로 의암호의 시/공간적 혼합 특성과 체류시간의 분포를 예측하였다.
  • 본 연구에서는 상류 댐 및 유입 지류의 물리적, 지형적 특성을 고려하여 의암호 수체의 혼합 거동을 해석하고 수질 분포에 미치는 인자로 수체간 혼합 과정을 파악하기 위하여 3차원 시변화 모델, GEMSS 모델 시스템을 구축하였다. 실측 자료를 바탕으로 적용 모델의 재현성을 검토한 결과 본 연구에서 적용된 GLLVHT 모델은 상이한 강우 및 유량 조건에서 의암호 내 열수지 및 수체 혼합 특성을 잘 재현하고 있는 것으로 판단되었으며, 모델 보정 결과를 바탕으로 의암호의 수온, 전기전도도 그리고 체류시간의 시∙공간적 분포와 유입지류의 흐름 특성을 분석하였다.
  • 5에 제시하였으며, 실측값은 환경부 수질 측정망 중 모델 적용 범위 내에 위치하고 있는 의암댐1, 2, 3지점, 총 3개 수질측정지점에서의 월별 측정 자료를 이용하였다. 본 연구에서는 수온과 전기전도도에 대한 모델의 재현성 분석을 위해서 모의값과 실측값을 비교하였다. 모델의 재현성을 평가하기 위한 도구로 RMSE (Root Mean Square Error), MAE (Mean Absolute Error), RE (Relative Error), Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) 등이 사용되고 있으며, 본 연구에서는 수온과 전기전도도의 모의값과 실측값의 RMSE를 계산하였다.
  • 하지만 연구대상 유역의 개발, 지형의 특성과 기간별 지류의 유량 변동 등으로 인하여 호소 내 부분별 체류시간의 차이가 야기될 것으로 예상한다(Park and Park, 2002). 본 연구에서는 의암호 내 정수역의 공간적 분포 특성을 분석하기 위하여 3차원 시변화 모델의 추적자 시뮬레이션을 수행하였다. 일반적으로 체류시간은 수체 부피에 대한 유출량의 비로 정의되지만, 이는 수체 내 흐름이 정상상태 및 완전 혼합 상태라는 가정 하에 성립되기 때문에 수체 내 흐름이 불균일한 경우에는 문제가 있다.

가설 설정

  • 의암호로 유입되는 춘천댐과 소양강댐의 방류 및 공지천의 주요 흐름 경로를 분석하기 위하여 모델 보정 결과를 바탕으로 추적자 시뮬레이션을 수행하였다. 추적자 시뮬레이션에서는 추적자의 초기 농도가 0 mg L-1인 수 체로 각 댐 방류수와 유입 지류로부터 100 mg L-1 농도의 추적자가 연속적으로 유입된다고 가정하였으며, 춘천 댐과 소양강댐 및 공지천에 대한 시뮬레이션은 개별적으로 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
의암호의 주요 유입원은 무엇인가? 의암호는 1967년에 수력발전을 목적으로 준공된 의암댐으로 조성된 인공호로서 주요 유입원은 상류 춘천댐과 소양강댐의 방류수이다. 이들 두 댐의 방류수의 저수량, 저수 형태, 방류 방식 및 유역의 특성 등 상이한 물리적 차이는 의암호 수체의 시/공간적 수리 이동 및 수질 분포에 영향을 미친다.
의암댐의 위치는 어디인가? 의암댐은 북한강 본류의 춘천댐과 소양강 합류점에서 약 10 km 하류에 위치한 강원도 춘천시 신동면 의암리에 위치한 중력댐이다. 의암호의 총저수량은 8천 톤이며, 주요 유입원은 크게 북한강에 위치한 춘천댐과 소양강에 위치한 소양강댐의 방류수이다.
의암호에 지속적인 외부 유입 유기물 제거에 막대한 예산과 인력을 투입해도 수질개선이 나타나지 않은 이유는 무엇인가? 또한 의암호 내부에 크고 작은 하중도가 위치하고 있어 춘천댐과 소양강댐 방류수가 쉽게 혼합되지 않는다. 특히 유역에 춘천시가 위치하고 있어 점 및 비점오염부하의 유입이 심하고, 특히 오염 농도가 높은 공지천과 춘천하수처리장 방류수가 유입된다. 따라서 의암호는 지속적인 외부 유입 유기물 제거에 막대한 예산과 인력이 투입되었음에도 불구하고 그간 효과적인 수질개선이 나타나지 않았다.
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참고문헌 (21)

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