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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 영일만내에 유입되는 하천수와 연안수와의 연관성을 규명하고자 수치 모형실험을 통하여 영일만내의 조석잔차류 및 형산강 하천유출수의 거동 특성을 파악하였다.
제안 방법
- 수치계산결과의 정확도를 판단하기 위하여 인근의 조위 및 해수유동 실측자료와 계산결과를 비교.검토하여 모델을 검증하여 수치모형실험을 수행하였다.
- 계산영역은 X방향으로 185개의 격자와 y방향으로 210개의 상세격자로 구성된다. 수심도(Fig. 1)는 국립해양조사원 발행 해도 No.146으로부터 구하였으며, 실제 계산 수행시의 수심은 이 자료에 평균해면(M.S.L.) 값을 더하여 수심을 보정하였다.
- 영일만 일대의 해수유동 시뮬레이션의 결과를 검증하기 위하여 Fig. 3과 같이 달만갑(T-1), 장기갑(T-2) 및 포항항(PT-1)에서의 조위관측 결과와 수치 시뮬레이션 조위계산결과를 비교하였다. 여기서, 조위관측결과는 조석조화분해 된 조화상수를 이용하여 예측한 조위이며 조위계산결과의 비교는 수치모형에 의한 소조기로부터 대조기 동안의 결과를 나타내었다.
- 영일만내에 유입되는 형산강 하천유출수에 의한 영일만의 조석잔차류의 거동 특성을 수치모형실 험을 통해서 파악하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 조석에 의한 조위와 조류를 실제상황과 같이 예측하는 실시간 해수유동의 수치모형실험으로서 조석조화상수의 주요 4대 분조인 M2, S2, K1 및 O1 분조의 실측자료 및 해류성분을 고려하여 대조기부터 소조기를 거쳐 다음 대조기에 이르는 15일이상 조석에 의한 해수유동의 수치계산을 행하였다(Table 2 ; Ro [2000]). 수치계산결과의 정확도를 판단하기 위하여 인근의 조위 및 해수유동 실측자료와 계산결과를 비교.
- 한편, 영일만의 조석잔차류 거동에 미치는 형산강 하천유출수의 영향을 검토하기 위하여 하천 수의 유출이 없는 조건으로 수치모형실험을 수행 하였다(Fig. 6). 이 결과를 살펴보면, 기존에 달만 갑 연안을 따라 만내측으로 유하하여 장기갑 연안을 따라 만외로 빠져나가는 잔차류 거동이 나타나지 않았다.
대상 데이터
- 본 연구대상해역의 계산격자망은 Fig. 2와 같으며 격자간격은 계산영역의 크기 및 계산시간 효율에 적합한 ∆x, ∆y를 100 m로 정하였다. 계산영역은 X방향으로 185개의 격자와 y방향으로 210개의 상세격자로 구성된다.
데이터처리
- 분조의 실측자료 및 해류성분을 고려하여 대조기부터 소조기를 거쳐 다음 대조기에 이르는 15일이상 조석에 의한 해수유동의 수치계산을 행하였다(Table 2 ; Ro [2000]). 수치계산결과의 정확도를 판단하기 위하여 인근의 조위 및 해수유동 실측자료와 계산결과를 비교.검토하여 모델을 검증하여 수치모형실험을 수행하였다.
이론/모형
- 본 연구에서 사용된 해수유동모델은 2차원 수심 적분 모델로서 수심이 비교적 얕은 연안해역의 유동장을 계산하는 데 주로 사용된다. 모델에서 사용하고 있는 기본방정식은 2차원 연속방정식과 Navier-Stokes방정식을 연직면(-h ⪯ z ⪯ ζ)에 대해 평균하고, 외력으로 지구자전에 의한 영향, 바닥의 마찰력 및 중력을 포함시켰다. 뿐만 아니라 만내에서의 표층의 흐름은 바람에 의한 영향이 크므로 바람에 의한 응력을 포함하도록 다음과 같은 방정식을 수립하였다.
- 본 모델에서는 수치계산을 위해서 Leendertse [1971]에 의해 조류 · 확산 계산에 응용되어 현재 널리 사용되고 있는 ADI법(Alternating Direction Implicit method)을 사용하였다. ADI법은 양해법 (explicit method)과 음해법 (implicit method)을 동시에 사용하여 계산하는 방식으로 해의 수렴성과 계산시간의 경제성 면에서 효율적인 방법이라 할 수 있다.
- 본 연구에서 사용된 해수유동모델은 2차원 수심 적분 모델로서 수심이 비교적 얕은 연안해역의 유동장을 계산하는 데 주로 사용된다. 모델에서 사용하고 있는 기본방정식은 2차원 연속방정식과 Navier-Stokes방정식을 연직면(-h ⪯ z ⪯ ζ)에 대해 평균하고, 외력으로 지구자전에 의한 영향, 바닥의 마찰력 및 중력을 포함시켰다.
성능/효과
- 1) 영일만에 있어서 조류의 흐름양상은 만입구 부에서는 유속이 만내보다 강하게 나타났으며 해류의 영향으로 인하여 창조류보다 낙조류가 다소 탁월하게 나타났다. 최강창조류 및 최강낙조류 동안의 형산강 하천수의 영향은 평수시의 하천유량이 매우 작기 때문에 직접적인 만내 유동변화에는 영향을 주지 못하고 있음을 알 수 있었다.
- 2) 조석잔차류의 거동은 대상해역의 달만갑 전면 연안을 따라 만내로 유입하여 포항종합제철 전면 해상에서 형산강 하천유출수와 연행되어 동쪽 연안의 장기갑 전면 연안을 따라 만외로 유출하는 경향을 나타내었다. 달만갑 동쪽 30 km 해상에서는 천퇴와 같은 해저지형에 의하여 우회하여 만내로 유입되는 경향이 나타났다.
- 3) 형산강 하천유출수가 영일만내의 조석잔차류에 미치는 영향으로는 하천유출수가 하구로 유출되면서 송도해수욕장 측면에 설치된 도류제(돌제)와 하천수 유출방향으로 죽조된 포항종합제철 호안시설물이 도류제와 같은 기능을 하면서 형산강 하천유출수를 호안을 따라 가속시키는 경향이 나타났다. 이러한 흐름은 기존의 달만갑쪽으로부터 내려오는 잔차류성분과 합쳐져 장기갑쪽 연안을 따라 잔차류의 흐름을 강화시키는 것으로 사 료된다.
- 4) 형산강 하천수가 유출되지 않는 조건에 대한 수치실험결과로부터 영일만의 조석잔차류 거동은 만내의 지형적인 형상의 영향보다는 형산강 하천유출수가 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 각각의 조위 검증점 (T-l, T-2 및 PT-1)에서 조위예 측결과와 계산 결과가 잘 일치 하고 있음을 파악할 수 있으며, 따라서 본 수치모형이 영일만 해역의 조위를 잘 재현하고 있음을 알 수 있다.
- 6). 이 결과를 살펴보면, 기존에 달만 갑 연안을 따라 만내측으로 유하하여 장기갑 연안을 따라 만외로 빠져나가는 잔차류 거동이 나타나지 않았다. 이러한 결과로 볼 때, 영일만의 조석잔차류 거동은 만내의 지형적 형상에 의해 영향을 받기보다는 형산강 하천유출수 거동에 의한 영향이 더 큰 역할을 하고 있음을 알 수 있 다.
- 4에 나타내었다. 이 결과를 살펴보면, 평수시의 최강창조류와 최강낙조류는 내만에서보다 만바깥쪽에서 강하게 흐르고 있음을 알 수 있으며, 형산강 하천유출수는 평수시 하천유출량이 작기 때문에 직접적으로 만내 조류의 거동에는 크게 영향을 주지 못 하고 있음을 파악할 수 있다.
- 이 결과를 살펴보면, 기존에 달만 갑 연안을 따라 만내측으로 유하하여 장기갑 연안을 따라 만외로 빠져나가는 잔차류 거동이 나타나지 않았다. 이러한 결과로 볼 때, 영일만의 조석잔차류 거동은 만내의 지형적 형상에 의해 영향을 받기보다는 형산강 하천유출수 거동에 의한 영향이 더 큰 역할을 하고 있음을 알 수 있 다.
후속연구
- 만외 측 경계부에서의 조석잔차류의 특징은 강제유속에 의한 경계조건의 영향으로 해류에 의한 북서 방향의 흐름이 탁월하게 나타났으며 장기갑 동쪽 끝단에서는 지형적인 영향으로 반시계방향의 와류가 강하게 형성됨을 알 수 있다. 이러한 현상은 창조시 영일만내로 유입한 조량이 장기갑 연안을 따라 유출되면서 만외측으로 빠져나가고 낙조시에는 장기갑 끝단에서 강하게 북서진하는 조량이 지형적인 영향으로 영일만내로 직접 유입되지 못하고 우회하면서 생기는 것으로 사료되므로 강제유속 및 광역모델 등을 고려한 연구의 필요성이 대두된다. 한편, 만내에서의 조석잔차류 거동은 달만갑 연안을 따라 만내측으로 유하하다가 포항종합제철 전면에서 형산강 하천유출수와 연행되어 장기갑 연안을 따라 만외로 빠져나가는 경향을 볼 수 있다.
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