본 연구에서는 중층 밀도류를 모의할 수 있는 k-ε 난류모형의 지배방정식을 제시하고 수치모의를 수행하였다. 깊은 수체에 모형을 적용하여 중층 밀도류를 모의하고 게산된 유속과 초과밀도 분포를 분석하였다. 밀도류의 주 흐름방향을 따라 물 연행으로 인해 유속이 감소되는 것과 Richardson 수의 증가로 인해 유속 변화율이 감소되는 것을 관찰하였다. 유속과 초과밀도의 유사성을 확인하였으나, 난류운동에너지와 소산율의 유사성에서는 보이지 않았다. k-ε 모형의 모의 결과를 이용하여 중층 밀도류의 층적분 모형에서 사용될 수 있는 형상계수를 계산하였다. 또한, 층적분 모형을 이용하여 k-ε 모형에서 사용되는 부력관련 모형상수 (c₃ɛ)와 부피팽창계수 (β0)를 계산하였다.

본 연구에서는 저수지에 유입된 부유사 밀도류에 의해 유사가 포집되는 현상을 모의하기 위한 수치모형을 제시하였다. 개발된 모형을 Toniolo and Schultz (2005)의 실내 실험에 적용하여, 부유사 밀도류의 전파, 하도형태의 변화, 그리고 댐에 의한 유사의 포집현상을 모의하였다. 삼각주 의 전면층에서 침강된 밀도류가 빠르게 댐까지 전파된 후, 댐에 의해 차단되고 두께가 증가되어 상류로 영향을 전파하는 일련의 과정을 모의하였 다. 또한, 소류사와 부유사에 의해 저수지 삼각주에서 전면층이 전진하고, 부유사에 의해 기저층의 두께가 상승하는 현상을 잘 모의하였다. 댐 취수 구의 높이에 따른 밀도류의 최대 두께와 내부 도수 발생 위치를 확인하였다. 유사 포집 효율은 수치모형으로 실측 결과의 값을 적절히 모의하였으 나, 실험의 한계로 인해 댐 취수구의 높이와 포집 효율과의 관계는 찾아볼 수 없었다. 수치모의 결과를 이용하여 유사 포집 효율의 민감도 분석을 수 행한 결과 부유사의 입자 크기가 포집 효율에 가장 민감하게 작용하는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 괴산댐 하류 달천에서 성어기 피라미에 대한 물리 서식처 모의를 수행하였다. 이를 위하여 퍼지논리에 의한 서식처 적합도 지수를 산정하는 CASiMiR 모형을 이용하였다. 또한 모의결과를 서식처 선호도 곡선을 이용하여 서식처 적합도 지수를 산정할 수 있는 수리모형인 River2D 모형의 결과와 비교, 분석하였다. CASiMiR 모형의 수위 자료는 River2D 모형을 통한 수위계산결과를 활용하였으며 현장측정자료와 비교한 결과 잘 반영하는 것을 확인하였다. 대상구간의 만곡부 상류 직선구간에 있는 여울에서 성어기 피라미의 서식처가 가장 적합한 것으로 나타났다. CASiMiR 모형의 경우 7.23m3/s의 유량조건에서 가중가용면적이 최대값을 보였고, River2D 모형은 9m3/s의 유량에서 최대 가중가용면적을 예측하였다. 또한 갈수량(Q355), 저수량(Q275), 평수량(Q185), 풍수량(Q95) 유량조건에서 CASiMiR 모형은 River2D 모형에 비해 가중가용면적을 0.3～25.3% 정도 과대 추정하는 결과를 보였다.

본 논문에서는 저수지 퇴사 및 배사현상을 모의하기 위한 준정류 모형을 제시하였다. 준정류 모형은 하상은 시간에 따라 변하지만 유동은 정상류라는 가정에 기초한다. 이것은 유동에 비해 매우 장기간에 걸쳐 하도형태가 변하기 때문에 타당하다. 개발된 모형을 저수지 퇴사에 관한 실내실험에 적용하였다. 수치계산을 통하여 상류측에서 공급되는 유사량에 따라 하도의 수심 및 하상경사가 조정되는 것을 보였다. 수치모의에 의한 수위와 하상고가 실험결과와 잘 일치하는 것을 확인하였다. 또한, 모형을 저수지 배사 현상에 관한 선행 실험 조건에 적용하였다. 이 경우에는 배사를 촉진시키기 위해 실험에서 부정류를 발생시켰기 때문에 준정류 모형에 의한 모의결과가 관측자료와 잘 일치하지 않는 것을 확인하였다. 마지막으로, 유사공급에 따른 평형 수심과 하상경사에 관한 공식을 제시하였으며 수치실험을 통하여 이를 검증하였다.