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문제 정의
- 구배와 쇄파파고와 같은 물리적인 차이에 의한 해수의 침투 속도가 어떻게 영향을 받을 것인지를 검토했다. 먼저, 파의 쇄파파고가 50 mm, 주기를 0.
- 조간대와 같은 연안지역에서 해수의 토양 이동이 가지는 의미는 육상으로부터 유입되는 오염물질의 토양 이동 및 생물농축, 저서생물들의 생존에 필수적인 플랑크톤, 박테리아, 유기쇄설물, 산소, 영양염, 유기물의 생물공급, 수질 정화량 산정의 중요한 단서가 된다는 점이다. 따라서 본 연구에서는 폐쇄성 수역과 같이 파도에너지가 비교적 작은 조간대에서 파도에 의한 해수의 침투 거동을 해석하고, 파도에너지와 사면 구배의 변화에 따른 해수의 침투량 변화를 파악하고, 그 결과를 바탕으로 실제 조간대에서의 해수 침투량을 개략적으로 산정하는 것을 목적으로 하여, 모의 조간대 실험장치를 이용하여 실험을 수행한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 따라서 본 연구에서는 폐쇄성 수역과 같이 파도에너지가 비교적 작은 조간대에서 파도에 의한 해수의 침투거동을 해석하고, 파도에너지와 사면구배의 변화에 따른 해수의 침투량 변화를 파악하고, 그 결과를 바탕으로 실제 조간대에서의 해수 침투량을 개략적으로 산정하는데 목적을 두고 있다.
- 양 조간대에 있어서 파도에 의한 해수의 침투는 조간대 모의 실험장치를 이용하여 얻어진 실험결과를 이용하여 산정하였다. 실험 결과를 현장에 적용할 시, 규모(scale)의 차이에 의해 결과가 다소 차이가 있을 수도 있을 것으로 판단되나 본 연구에서는 새롭게 밝혀낸 해수의 침투 거동을 바탕으로 현장에서의 개략적인 침투량을 산정해보는데 의의를 두고 있다.
제안 방법
- 파도에 의한 해수의 토양 침투량은 리튬의 수직 농도분포 결과로부터 산정했다. 1일 단위면적 당 파도에 의한 해수의 침투량 Vw(㎥/㎡/d)는 리튬 의 침투깊이로부터 구한 해수의 침투단면적(Ai) 에 조간대 사면의 단위 폭(W)과 토양의 공극률(P)를 곱해 침투량을 산정했으며, 여기에 사면길이 1 m를 이동하는데 걸리는 수위변동시간(t)과 조석 변동에 의해 하루동안 사면의 한 지점을 통과하는 횟수(N, 4회)를 곱해서 계산하였다.
- 8 sec의 주기로 발생시켜 3시간 동안 지속했다. 3시간 후, 내경 2.5 cm, 길이 30 cm의 아크릴관을 이용하여 7.5 cm 간격으로 토양시료를 채취하였다. 채취한 시료는 리튬의 수직농도분포를 파악하기 위해서 1 cm 간격으로 절단하여 균일하게 혼합한 다음, 0.
- 구배의 변화에 따른 해수침투의 변화를 파악하기 위해서 구배를 5/100, 10/100, 15/100, 20/100로 변화시켰으며, 쇄파파고의 차이에 의한 해수 침투의 변화를 명확히 하기 위해서는 쇄파파고를 20, 30, 50 mm로 변화시켰다. 이때 해수의 침투는 2.
- 먼저, 파도에 의한 해수의 침투량을 정량화 하기 위해서 해수의 트레이서로서 질산화 리튬(LiNO3)을 사용하였으며(Wrenn[1997]), 해수중의 질산화 리튬의 농도가 10 mg/L이 되도록 모형 조간대 탱크의 해수에 용해시켜 균일하게 혼합하였다. 그리고, 조석 변동이 없는 상태에서 50 mm의 쇄파파고를 0.
- 구배와 쇄파파고와 같은 물리적인 차이에 의한 해수의 침투 속도가 어떻게 영향을 받을 것인지를 검토했다. 먼저, 파의 쇄파파고가 50 mm, 주기를 0.8 sec로 설정한 조건에서 사면의 구배를 변화시켜 가면서 해수의 침투율 변화를 구하였다. 각각의 구배 조건에서 3회씩 측정을 행한 다음-, 그 값들을 평균헤서 결과를 Fig, 6에 나타내었다.
- 본 연구의 대상지역(日本 廣島微(Hiroshima灣))의 江川島(Eta island))에서 청명한 날 쇄파파고와 파의 주기를 측정하여 분석한 결과 각각 50-100 mm와 0.8〜2.0 sec의 범위였기 때문에, 본 연구에서 기본적인 파도 조건은 쇄파파고를 50 mm, 주기를 0.8 sec로 설정하였다. 조석에 의한 수위 변동 속도는 간조에서 만조까지의 평균 수위변동시간 6시간과 조석변동폭 2m의 관계로부터 계산하여 0.
- 8는 파도의 발생으로부터 3시간 경과 후의 리튬의 침투 깊이를 나타낸 결과이다. 사각형의 심볼은 토양표면으로부터 -6 ~ -15cm에서의 리튬 농도를 평균한 값을 나타낸 결과이며, 이 결과를 기준값으로 하여 각 시료 채취 지점의 0 〜-5 cm 까지의 리튬농도를 검토하였다. 시료채취지점 No.
- 실험 전 피펫을 이용하여 과망간산 칼륨용액을 토양 표면에 적하하였으며, 파도와 조석을 발생시켜 과망간산칼륨 용액의 이동을 비디오카메라(SONY Co. Digital Handy Camera DCR- VX1000)를 이용하여 촬영해서 시간 경과에 따른 해수의 침투 거동을 관측했다.
- 양 조간대는 1987년 동시에 조성되었으며, 물리적 특성은 Table 1에 제시한 바와 같다. 양 조간대에 있어서 파도에 의한 해수의 침투는 조간대 모의 실험장치를 이용하여 얻어진 실험결과를 이용하여 산정하였다. 실험 결과를 현장에 적용할 시, 규모(scale)의 차이에 의해 결과가 다소 차이가 있을 수도 있을 것으로 판단되나 본 연구에서는 새롭게 밝혀낸 해수의 침투 거동을 바탕으로 현장에서의 개략적인 침투량을 산정해보는데 의의를 두고 있다.
- 8 mm이다. 이들 두 조간대의 토양은 본 연구에서 사용한 입경 1 mm 글래스 비즈와 입자의 균일성 등의 차이는 있으나 입경이 유사하기 때문에 글래스 비즈의 실험 결과를 이용하여 개략적인 산정을 시도하였다.
- 구배의 변화에 따른 해수침투의 변화를 파악하기 위해서 구배를 5/100, 10/100, 15/100, 20/100로 변화시켰으며, 쇄파파고의 차이에 의한 해수 침투의 변화를 명확히 하기 위해서는 쇄파파고를 20, 30, 50 mm로 변화시켰다. 이때 해수의 침투는 2.2절에서 설명한 바와 동일한 방법으로 가시화 하였으며, 해수의 침투율 변화는 시간에 따른 색소의 침 투면적을 촬영한 영상을 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 분석하였다.
- 글래스 비즈는 조간대 사질 지형에서 모래입자의 크기와 유사하게 직경을 1 mm로 하였다. 직경 1 mm의 글래스 비즈를 시뮬레이터의 조간대 탱크에 충진하여 토양의 구배를 10/100으로 만든 다음, 파도를 발생시켜 해수의 침투를 관측했다.
- 01 -N농도의 질산용액을 주입하여 10분 동안 격렬하게 진탕시켰다. 진탕액은 5000 rpm으로 15분 동안 원심 분리 시켜 상등액을 ICP(ICAP-575Ⅱ, Nippon Jarrell-Ash)로 분석하였다.
- 그러나 낙조와 창조시의 색소 트레이서의 침투 형태는 약간 달랐다. 창조시 색소 트레이서의 침 투형태가 낙조시의 형태에 비해서 반원형에 가까웠으며, 400초 후 토양표면으로부터 반원의 제일 깊은 침투 깊이는 창조시와 낙조시 각각 17.2 cm, 5.0 cm로서 창조시에 보다 깊이 토양증으로 침투하였다. 창조시와 낙조시의 파도에 의한 색소 트레 이서의 침투형태의 차이는 토양 간 극수의 이동에 의해 기인되었다고 생각된다.
- 5 cm 간격으로 토양시료를 채취하였다. 채취한 시료는 리튬의 수직농도분포를 파악하기 위해서 1 cm 간격으로 절단하여 균일하게 혼합한 다음, 0.01 -N농도의 질산용액을 주입하여 10분 동안 격렬하게 진탕시켰다. 진탕액은 5000 rpm으로 15분 동안 원심 분리 시켜 상등액을 ICP(ICAP-575Ⅱ, Nippon Jarrell-Ash)로 분석하였다.
- 파도에 의한 해수 침투량은 쇄파 파고 50 mm, 100 mm조건의 경우에 관하여 계산하였다. 양조간대에서 파도에 의한 해수의 침투율은 결과 Fig.
대상 데이터
- Fig. 1은 본 연구에서 사용한 모의 조간대 실험 장치로서, 조간대(5.0 mL x 0.8 mW x 1.0 mH), 조파장치, 조석 조절장지, 저류조, 온도조절장치로 구성되어 있으며, 컴퓨터 시스템에 의해서 자동으로 제어된다.
- 02M의 과망간산칼륨 용액을 사용하였다. 글래스 비즈는 조간대 사질 지형에서 모래입자의 크기와 유사하게 직경을 1 mm로 하였다. 직경 1 mm의 글래스 비즈를 시뮬레이터의 조간대 탱크에 충진하여 토양의 구배를 10/100으로 만든 다음, 파도를 발생시켜 해수의 침투를 관측했다.
- 본 연구에서 대상으로 선정한 조간대는 日本 廣島微(Hiroshima灣)의 江川島(Eta island))에 있는 2개소이다. 양 조간대는 1987년 동시에 조성되었으며, 물리적 특성은 Table 1에 제시한 바와 같다.
- 9 mW)이 2개 부착되어 있다. 실험에 사용한 해수는 염분 32 ± 2%의 인공해수이며, 수온은 15 ± 1℃로 제어하였다.
- 해수의 침투량을 정량화 하기위해서 실제의 현장 토양을 사용하였으며, 그 토양의 유기물함량 공극률, 평균 입경은 각각 0.93%, 43% 그리고 0.65 mm 였다. 모형 조간대 사면의 경사는 1/20으로 하였다.
- 폐쇄성수역과 같은 파도의 에너지가 작은 조간대에서 파도에 의한 해수의 토양 침투 거동을 파악하기위해서 가시화기법(visualization method)을 이용하였다. 현장의 실제 토양을 대신하여 글래스 비즈(glass beads, 비중: 2.5 g/㎠)를 사용하였으며, 해수의 유동을 모니터링하기 위해서 색소 트레이서(coloring tracer)로서는 해수와 비중이 거의 동일한 0.02M의 과망간산칼륨 용액을 사용하였다. 글래스 비즈는 조간대 사질 지형에서 모래입자의 크기와 유사하게 직경을 1 mm로 하였다.
이론/모형
- 폐쇄성수역과 같은 파도의 에너지가 작은 조간대에서 파도에 의한 해수의 토양 침투 거동을 파악하기위해서 가시화기법(visualization method)을 이용하였다. 현장의 실제 토양을 대신하여 글래스 비즈(glass beads, 비중: 2.
성능/효과
- 1) 폐쇄성 수역과 같은 파도에너지가 작은 조간대에서는 파도에 의해서 해수가 반원형의 형태로 토양 중으로 침투하는 semi-circular mechanism 은 지금까지 알려지지 않았던 새로운 침투 거동임을 알 수 있었다.
- 2) 구배 또는 쇄파파고가 높아짐에 따라서 해수의 침투량이 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 해수는 쇄파 파고 보다는 구배의 영향을 크게 받아서 토양 중으로 침투한다는 사실을 알 수 있었 다.
- 3) 현장 토양을 이용하여 해수의 침투량을 정량화 할 수 있었으며, 본 연구의 결과를 바탕으로 현장 조간대에서의 해수 침투량을 개략적으로 산정 할 수 있었다.
- 구배가 커짐에 따라서 그것에 비례해서 해수의 침투율이 커지는 것을 알 수 있었다. 구배가 2배가 되면 침투율도 2배가 되는 것을 볼 때, 해수침투에 미치는 구배의 영향은 매우 큼을 알 수 있었다. 이 이유는 사면의 구배가 커지면 수면의 평균 수위가 증가하여 파도에 의한 쇄파의 쳐오름(swash)이 도달하는 점에서의 수두가 증가하게 되는데 이 때문에 해수의 침투량이 증가했다고 판단된다.
- 각각의 구배 조건에서 3회씩 측정을 행한 다음-, 그 값들을 평균헤서 결과를 Fig, 6에 나타내었다. 구배가 커짐에 따라서 그것에 비례해서 해수의 침투율이 커지는 것을 알 수 있었다. 구배가 2배가 되면 침투율도 2배가 되는 것을 볼 때, 해수침투에 미치는 구배의 영향은 매우 큼을 알 수 있었다.
- 2는 조석 변동이 없는 상태에서 파도에 의한 해수의 토양 침투 거동을 가시화한 결과를 50초 간격으로 나타낸 결과이다. 글래스 비즈 표면에 과망간산칼륨 용액을 적하한 다음 파도를 발생시켰을 때, 파도는 조간대 사면에서 부서지게 되고 과망간산칼륨 용액은 쇄파가 도달하는 사면의 정점 (breaking wave run-up point)을 중심으로 반원형태로 글래스 비즈의 사면 내부로 침투해가는 것이 관측되었다. 본 연구에서 관측된 파도에 의한 반원형태의 해수의 침투 거동은 지금까지 밝혀지지 않았던 새로운 침투 거동이었다 (Riedl [1971]; Riedl et al.
- 41 ㎤/sec이었다. 따라서 해수의 침투 속도는 쇄파파고가 커짐에 따라서 증가하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다. 쇄파파고가 20 mm로부터 30, 50 mm로 증가하였을 경우 해수의 침투율은 각각 1.
- 2) 구배 또는 쇄파파고가 높아짐에 따라서 해수의 침투량이 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 해수는 쇄파 파고 보다는 구배의 영향을 크게 받아서 토양 중으로 침투한다는 사실을 알 수 있었 다.
- 3)으로부터 얻어졌다. 이 값들을 근거로 볼 때 글래스 비즈를 이용했을 경우와 실제 토양을 이용했을 경우의 해수 침투거동은 거의 유사한 형태를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 이 결과로부터 해수 침투 면적은 약 47x108㎡/s을 알 수 있었다.
- 104 이었다. 조간대 Site-B에서 파도에 의한 해수의 침투량이 Site- A보다 개략적으로 약 10배 이상 많은 것을 알 수 있었다. 양 조간대에 있어서 해수 침투량의 차이는 구배(4/100(Site-B), 0.
- 8 sec로 설정하였다. 조석에 의한 수위 변동 속도는 간조에서 만조까지의 평균 수위변동시간 6시간과 조석변동폭 2m의 관계로부터 계산하여 0.009 cm/s로 하였다.
후속연구
- 따라서 본 연구 결과를 바탕으로 오염물질의 토양 이동 및 생물농축, 저서 생물들의 먹이 공급, 수질 정화량 산정에 관한 연구가 활발히 진행되기를 요망한다.
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