평균조차(平均潮差)가 10cm내외(內外)인 포항(浦項) 영일만(迎日灣)으로 유입(流入)하는 형산강(兄山江)의 감조구간(感潮區間)을 채택(採擇)하여 유역내(流域內)의 부조(扶助) 수문기준점(水文基準點)에서 관측(觀測)한 자료(資料)와 하천유량(河川流量) 및 수질측정자료(水質測定資料) 등을 근거(根據)로 밀도유현상(密度流現象)을 분석(分析)한 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 영일만(迎日灣)의 조석현상(潮汐現象)은 1일(日)1회조(回潮)이며 대조차(大潮差) 0.104m, 소조차(小潮差) 0.066m, 평균조차(平均潮差) 0.085m로써 해면(海面)의 변동(變動)은 매우 작았다. 2. 감조구간내(感潮區間內)에는 해수(海水)의 영향(影響)으로 인(因)하여 약(約) 270만(萬) 이상(以上)의 물이 저류(貯溜)되고 있으며 이중에서 염분농도(鹽分濃度)가 이하(以下)로써 관개용수(灌漑用水)로 이용(利用) 가능한 수량(水量)은 약(約) 120 만(萬)톤에 달(澾)하고 있다. 3. 해수침투현상(海水浸透現象)은 간만(干滿)의 차(差)에 의한 수위변화(水位變化)는 작으나 만조시(滿潮時) 염분침입(鹽分侵入)이 탁월(卓越)하여 뚜렷한 층(層)이 형성(形成)되는 성층밀도류(成層密度流)가 되고 간조시(干潮時)에는 염수(鹽水)쐐기가 후퇴(後退)하면서 쐐기 상류단(上流端)의 염분(鹽分)이 담수(淡水)와 혼합확산(混合擴散)되면서 유하(流下)하여 잘 혼합(混合)된 하구(河口)를 형성(形成)한다. 4. 염수(鹽水)쐐기의 길이는 5.9km로 계산(計算)되었으나 실제로는 4.4km지점(地點)에 설치(設値)된 연일(延日) 잠수교(潛水橋)의 영향(影響)으로 인(因)하여 동지점(同地點)에서 로써 염수(鹽水)의 침투(浸透)가 중단(中斷)된다. 5. 담수(淡水)와 해수(海水)사이에 어떠한 크기의 밀도차(密度差)가 존재(存在)하는 한(限) 수로(水路)바닥을 따라 흐르는 순상류(純上流) 방향(方向)의 흐름이 존재(存在)한다.

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.

여름철 홍수기에 저수지 내로 유입한 탁수는 저수지 내부에 밀도차를 발생시키며 내부 성층류를 형성한다. 유입되는 고농도의 탁수층을 선택적으로 배제하거나 응집제 투입를 통한 오탁물질 입자의 침전 또는 탁수 차단망 설치로 방류 탁도를 저감시키기 위해서는 저수지내 성층 유동장에 대한 이해가 요구된다. 본 연구에서는 다양한 형상의 저수지 성층류 해석을 위한 수치해석 프로그램을 개발하였다. 다양한 형상으로의 적용을 위하여 비정렬 격자계를 사용하였으며, 성층류를 고려하기 위하여 Boussinesq 가정에 기초한 N-S 방정식 및 에너지 방정식을 지배방정식으로 사용하였다. 수치해석법의 검증을 위하여 결과가 잘 알려져 있는 2차원 및 3차원 공동 문제, 여러 개의 격벽이 설치된 정수장내 유동 및 댐 붕괴 거동 결과와 비교함으로써 개발된 알고리즘의 타당성을 검증하였다. 이를 통해 저수지 내 탁수 유입시 발생하는 성층류에 대한 수치해석을 시도하여 결과를 검토하였다.

여름철 홍수시 성층화된 저수지로 유입하는 하천수는 저수지 표층수에 비해 낮은 수온과 높은 부유고형물질(SS) 농도를 가지므로 주변수에 비해 상대적으로 높은 밀도를 가지게 된다. 이러한 밀도차로 인해 형성된 밀도류의 저수지 내 진행과정은 수질과 수생태계에 큰 영향을 주게 된다. 따라서 하천수 밀도류의 거동분석은 저수지 수질관리를 위한 현장조사의 최적화, SS와 영양염류 등 오염물질의 이송 확산 해석에 중요한 요소이다. 본 연구의 목적은 기존 연구를 통해

대륙붕에서 부유사 하층밀도류는 양측이 수로에 제한을 받지 않기 때문에 주흐름방향인 종방향뿐만 아니라 횡방향으로도 자유롭게 흐른다. 횡방향흐름은 대륙붕 및 대륙붕사면을 따라 흐르는 밀도류의 종방향 도달거리를 크게 감축시킬 수 있다. 본 연구에서는 부유사 밀도류 대신에 염수를 이용한 밀도류 실험을 대형 탱크를 이용하여 실시하였고, 차원해석을 통하여 사면에서 밀도류의 흐름률에 관한 간단한 식을 개발하였다. 특성길이 및 특성시간은 유입부에서의 유량과 부력흐름률