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문제 정의
- 유사의 거동은 부유사와 소류사의 복합적 거동은 나타나게 되고, 금강하구와 같이 점착성 저질인 경우에는 더욱 복잡해져서 외력 변화 와 함께 저니토 입자간 전기화학적인 영향까지 고려하여 해석하여야 한다. 이처럼 복잡하게 나타나는 퇴적영향이 종국적으로는 해저지형을 변화시키며, 이에 따라 지형이 변화되기 때문에 본 논문에서는 이를 관찰한 결과를 토대로 다양한 영향이 퇴적현상 이해에 동시에 고려되도록 하였다. 즉, 일대해역에서 관측된 수심 변화와 수동역학 적 인 파라메타인 바닥마찰응력과의 상관관계를 이용하여 단순화함으로써 적응성을 높이도록 하였다.
제안 방법
- 대안으로 채택할 수 있는 방법은 본 고에서 접근하는 것처럼 사후의 시점에 서 과거를 재현해보고 이를 토대로 향후의 변화 가능성 에 대해 모의를 하면서 부정적인 영향이 나타나게 되면 이에 대한 저감방안을 수립하는 것이 효과적일 수 있 다. 따라서 본 연구는 현재의 시점에서 지나간 과거의 상 황을 재현해 볼 수 있는 방법으로 수치모형을 이용한 후 측(hindcasting) 방법을 이용하여 퇴적변화와 통행지장에 대한 평가를 심층적으로 다룬다.
- 2에서 보는 바와 같이 대상해 역에서 수로구간을 포 함하는 주요 4개의 정선을 설정하여 실시한다. 먼저 관심 이 집중되는 장항수로를 중심으로 위치한 곳에 정선-A를 선정하였고, 주수로 부분을 중심으로 하여 정선-B를, 그 리고 내항 준설토 투기장 부분에 정선(를 선정하였다. 소 형 어선의 주 출입로로 이용되는 개야수로 매몰로 인한 통행지장 평가를 위해 정선-D를 선정하였다.
- 금강하구에서 지난 20여년간 매우 다양한 공사가 이루어졌고 또 현재에도 진행되고 있어 이에 따라 일대 해역의 수동역학이 변화가 불가피하고 이에 연유하여 기존 수로의 퇴적으로 여러 가지 부정적인 영향을 초래받고 있다. 본 연구에서는 이러한 과거의 현상을 후측하는 방법으로 수동역학 수치모형을 적용하여 그 변화추이를 분석할 수 있었으며 , 관심이 집중되는 장항수로에서의 퇴적변 화 원인과 현상에 대해 면밀하게 살펴볼 수 있었다. 수치 실험에 따르면 군산항과 장항항 사이의 주수로 구간도 개야수로와 유사하게 금강하구둑 수문폐쇄 전인 1988년부터 1992년 상황과 수문폐쇄 후 상황인 1994년부터 2000년 상황에서 최대마찰응력장이 약 l-2N/n?에서 0.
- 즉, 일대해역에서 관측된 수심 변화와 수동역학 적 인 파라메타인 바닥마찰응력과의 상관관계를 이용하여 단순화함으로써 적응성을 높이도록 하였다. 세부적으로는 본 연구에서 기존 수심자료를 바탕으로 수치수동역학모형 을 적용하여 하구둑 및 군산항의 남북측 도류제 건설 등 다양한 공사가 복합적으로 이루어진 군산항 일대에 대하여 금강하구둑 건설 전 단계부터 금강하구둑 건설 후 상황인 1988년부터 2000년까지 매 2년 간격으로 7가지 경우에 대해 단계별로 유동장 변화를 후측 실험하였다. 이로부터 유동실험과 연계하여 해저마찰 응력의 변화로 퇴적환경의 변화를 평가하며, 퇴적으로 인한 수심 변화를 주기적으로 살펴봄으로써 소형어선의 통행지장에 피해를 끼친 영향 정도를 살펴본다.
- 먼저 관심 이 집중되는 장항수로를 중심으로 위치한 곳에 정선-A를 선정하였고, 주수로 부분을 중심으로 하여 정선-B를, 그 리고 내항 준설토 투기장 부분에 정선(를 선정하였다. 소 형 어선의 주 출입로로 이용되는 개야수로 매몰로 인한 통행지장 평가를 위해 정선-D를 선정하였다. 이 정선-D 에서는 응력변화와 함께 수심 변화를 평균대조시 1개월 을 설정하여 조위변화에 따른 통행가능 일수의 평가를 실 시한다.
- 수로매몰로 인한 통행지장 피해평가를 위해 장항 선적 소형 어선들의 충남해역으로의 주 출입로로 이용되는 정 선-D를 따라서 설정한 정점들에 대해서 과거 수심 변화와 함께 가상의 조석 조건인 평균대조시의 1개월에 대한 조위변화를 검토함으로써 지장피해에 대한 평가를 정량적으로 수행하도록 하였다. 대표정점으로 정선-D의 정점 6 을 취하였다.
- 수로의 퇴적 변화실험은 대상해 역에서의 지형 변화에 따른 유동장 변화로 인한 퇴적변화를 가늠하기 위하여 Fig. 2에서 보는 바와 같이 대상해 역에서 수로구간을 포 함하는 주요 4개의 정선을 설정하여 실시한다. 먼저 관심 이 집중되는 장항수로를 중심으로 위치한 곳에 정선-A를 선정하였고, 주수로 부분을 중심으로 하여 정선-B를, 그 리고 내항 준설토 투기장 부분에 정선(를 선정하였다.
- 세부적으로는 본 연구에서 기존 수심자료를 바탕으로 수치수동역학모형 을 적용하여 하구둑 및 군산항의 남북측 도류제 건설 등 다양한 공사가 복합적으로 이루어진 군산항 일대에 대하여 금강하구둑 건설 전 단계부터 금강하구둑 건설 후 상황인 1988년부터 2000년까지 매 2년 간격으로 7가지 경우에 대해 단계별로 유동장 변화를 후측 실험하였다. 이로부터 유동실험과 연계하여 해저마찰 응력의 변화로 퇴적환경의 변화를 평가하며, 퇴적으로 인한 수심 변화를 주기적으로 살펴봄으로써 소형어선의 통행지장에 피해를 끼친 영향 정도를 살펴본다.
- 이 정선-D 에서는 응력변화와 함께 수심 변화를 평균대조시 1개월 을 설정하여 조위변화에 따른 통행가능 일수의 평가를 실 시한다. 정선-A, B, C에 대해서는 앞서 설정한 매 2년간 의 수심변화, 유속변화 그리고 해저마찰응력 변화를 산정 하여 평가하도록 하였으며 이로부터 장항수로 퇴적환경 변화추이를 분석한다.
- 이처럼 복잡하게 나타나는 퇴적영향이 종국적으로는 해저지형을 변화시키며, 이에 따라 지형이 변화되기 때문에 본 논문에서는 이를 관찰한 결과를 토대로 다양한 영향이 퇴적현상 이해에 동시에 고려되도록 하였다. 즉, 일대해역에서 관측된 수심 변화와 수동역학 적 인 파라메타인 바닥마찰응력과의 상관관계를 이용하여 단순화함으로써 적응성을 높이도록 하였다. 세부적으로는 본 연구에서 기존 수심자료를 바탕으로 수치수동역학모형 을 적용하여 하구둑 및 군산항의 남북측 도류제 건설 등 다양한 공사가 복합적으로 이루어진 군산항 일대에 대하여 금강하구둑 건설 전 단계부터 금강하구둑 건설 후 상황인 1988년부터 2000년까지 매 2년 간격으로 7가지 경우에 대해 단계별로 유동장 변화를 후측 실험하였다.
- 본 논문에서는 모형의 이론에 대해 재기술하지 않으며, 선행연구(서승원, 1998b)의 내용을 참조한다. 후측 수치실험은 Table 1에 설정한 실험안과 같이 1988년 이전 상황부터 매 2년 간격으로 하구둑 건설, 도류제 건설 등으로 인한 금강하구의 유동 변화와 함께 해저마찰응력장 변화를 모의하고 그 결과를 비교분석 한다.
이론/모형
- 본 연구에 사용된 TEAnl 모형은 당 해역 이외에 이미 국내에서 다수의 현장 적용경험이 있는 모형으로 조류운동을 묘사하는 지배방정식은 수심 평균화된 형태의 Navier-Stokes 방정식으로서 천수해역에서 조석전파를 만족스럽게 설명한다. 본 논문에서는 모형의 이론에 대해 재기술하지 않으며, 선행연구(서승원, 1998b)의 내용을 참조한다. 후측 수치실험은 Table 1에 설정한 실험안과 같이 1988년 이전 상황부터 매 2년 간격으로 하구둑 건설, 도류제 건설 등으로 인한 금강하구의 유동 변화와 함께 해저마찰응력장 변화를 모의하고 그 결과를 비교분석 한다.
- 적용하는 수치모형은 이미 국내외에서 다양한 조건에 적용되어 그 신뢰성이 입증되고 선행연구(서승원, 1998b) 에서 이미 동일 해역에 대해 관측자료와 비교검증이 완 료된 모형으로 본 경우와 같이 불규칙한 해역에 적용하 는데 뛰어난 유한요소모형으로 비선형의 조석을 모의하는 TEAnl 모형(Baptista et al., 1989)을 적용한다. 이 수동역학모형을 적용하여 변화되는 환경에 대한 유속 및 해 저마찰응력 등 수동역학적 변화를 정량적으로 가늠하면서 서승원(1998b)이 제안한 /?=-0.
성능/효과
- 4 N/n?로 보 고되고 있다. 금강하구 일대 해역 수심은 해저마찰응력이 한계마찰응력보다 크면 세굴이 지속되고, 이보다 작으면 퇴적되는데 퇴적율은 R=-0.37-0.40 In T의 관계로 마찰응 력과 관계가 있음을 제시하였고, 이 결과는 유사한 해역 에서 침퇴적 경향 분석을 위해 유용하게 이용되고 있 다.
- 금강하구 일대 해역에서 시행된 각종 공사는 금강 상 류로 전파되는 조석에 너지를 차단함으로써 조석수동역 학의 급변적인 변화를 초래하고 금강하구둑은 조석에너지가 전파되지 못함으로써 하구둑 전면에 퇴적환경이 급속도로 진행되는 직접적인 원인 제공을 하고 있는 것으로 분석 되었다. 특히 , 장항수로 매몰도 하구둑의 수문 닫음 이후에 급속히 진행되고 있는 것이 수치모형을 이용한 후측 을 통해 밝혀졌다.
- 그러나 군산항 주수로 구간에 접어드는 이후의 정점과 기타 정선-B에서는 동적평형 한계치에 근접하면서 퇴적과 세굴이 교호 발생함을 제시한다. 내항가호안과 주수로 구간에 설정한 정선(에 속한 정점들에서는 대부분의 응력이 한계응력 이상의 값을 보이면서 수로매몰과는 무관한 경향을 보이고 있는 것으로 평가되었다.
- 5 이의 확보가 어렵게 된다. 따라서 수로매몰로 인한 통행지장 피해를 정량적으로 평가하기 위하여 수치모형에서 도출된 평균대조시 1개월간의 조위변화를 정선-D의 정점에서 바닥표고와 함께 도시하여 Fig. 5에 제시하였으며, 여기서 보듯이 후측을 통한 모의 결과에서는 예를 들어 2000년도의 평균조석이 적용되는 임의의 한달 30일 중 통행이 가능한 시간이 80%로 급격히 줄어들게 되고, 주야간의 시간대별로 활동가능한 시간이 줄어드는 것을 고려하면 소형어선의 주 출입로로 이용되는 장항수로 퇴적으로 인한 통행지장 피해는 심화됨을 알 수 있다.
- 본 고에서는 상세하게 언급하지 않았지만, 수치실험 이외에 간접적인 해석방법으로 Fig. 1에 보이는 바와 같은 인공위성 영상 및 항공사진자료에 의한 과거 자료와의 비교 결과, 유부도의 수로 매몰은 금강하구둑 건설 후 수문을 닫은 1994년 말을 기준으로 매몰이 확연하게 급속히 진행되고 있음을 알 수 있었다. 더욱이 1996년 이후에는 수로의 기능을 상실할 정도로 매몰이 진행되고 있는 바, 이러한 영향은 하구둑 축조로 인하여 금강 상류 로 전파되던 조석에너지가 이 일대 해역에서 정체되고, 북측도류제가 유부도까지 연장되면서 가일층된 것으로 분석할 수 있다.
- 수치 수동역학모형을 적용한 결과를 분석하면 금강하 구둑 건설전인 자연상태의 대조시 창조시에는 유부도와 장 항 사이의 수로에서는 0.6-1.5 m/s 내외의 왕복성 유동장 이 형성되고 있으며, 장항과 인공섬 사이 수로에서는 1.0-1.8 m/s의 강한 유동장을 나타내고 있다. 그러나 1990 년 이후 상황은 금강하구둑 건설로 인한 금강상류 방향 으로 조석전파가 차단되고, 지형적인 변화로 인하여 유부 도와 장항 사이와 장항과 인공섬 사이 수로에서는 0.
- 이상의 수치실험에 의한 과거 자료와의 비교 결과 유부도 수로 매몰은 금강하구둑 건설 후 수문을 닫은 1994년 말을 기준으로 매몰이 확연하게 급속히 진행되고 있음을 알 수 있다. 실제의 자료분석 뿐만 아니라 앞서 실험한 해저마찰응력 변화를 분석한 결과에서도 동일하게 나타난다.
- 금강하구에서 수년간 연구조사한 결과가 수록된 김태 인 등(2002)의 연구에 따르면, 1994년 8월 하구둑 수문 을 닫음으로 인하여 서승원(1998a)이 지적한 바와 같이 군산내항과 외항의 조차가 확폭되며, 외항은 내항보다 변 화 폭이 작다고 제시하고 있다. 조석수동역학에 미치는 영 향은 하구둑 완공이후에 수문을 닫음으로 인하여 반일 주 조인 M-, 및 S2 분조에 대해 군산 외항은 각각 4 cm 및 5 cm의 진폭의 증가가 유발되었고, 군산 내항은 더욱 크 게 확폭되어 16 cm 및 12 cm 증가로 나타났으나, 일주 조인 K] 분조에 대해서는 진폭이 1 cm 낮게 났으나 0{ 분조는 진폭의 변동이 거의 없는 것으로 분석된 바 있다. 조류도 내항수로의 대조 최강유속이 수문작동 전의 148 cm/s에서 80 cm/s로 46% 감소하는 등 군장항 전체의 유속이 크게 감소함을 지적하였다.
- 전술한 바와 같이 금강하구 일대는 매우 급진적으로 공 사가 진척되면서 자연환경 변화를 촉발하였으나, 당시에는 충분한 연속적인 현장관측이 부실하였고 제한적으로 이루어졌다. 퇴적변화 평가와 함께 소형 어선의 지장피해 평가가 실시되는 장항수로 일대 해역은 선행연구(서승원 과 김정훈, 2003)에서 ADCIRC 모형 (Luettich, 1992)과 TIDE3D 모형 (Walters, 1987)을 적용하여 간사지 유무가 수동역학에 미치는 영향이 검토된바 있으며, 제시된 결과 에 따르면, 개야수로를 통과하는 단면에서는 낙조량이 현 저히 크게 나타나고 창조시 최강 유속이 낙조시 최강 유 속보다 크게 나타나지만 전체적으로 창조 시간보다 낙조 시간이 길게 나타난다. 이와 같은 결과는 금강하구 수리 현상조사를 보고한 자료(군산지방해양수산청 , 2001)의 결 과와 유사하게 금강하구 해역이 낙조 우세임을 보이고 있다.
- 06 mm 내외의 분포를 보 인다. 퇴적에 대한 금강하구 주수로의 동적 평형을 수로 의 안정성으로 평가한 결과로는 군산내외항의 최대바닥마 찰응력이 각각 0.38 N/n? 및 0.27 N/n?임을 제시하였다.
후속연구
- 특히 , 장항수로 매몰도 하구둑의 수문 닫음 이후에 급속히 진행되고 있는 것이 수치모형을 이용한 후측 을 통해 밝혀졌다. 후측모의를 통해 수립된 본 수동역학 수치모형을 실시간 현장관측과 연계된 nowcasting- forecasting과 연계하여 활용한다면 장항수로를 포함한 금강하구 일대의 수동역학적 변화와 퇴적환경 변화 추이를 정밀도 높게 예측함으로써 부정적인 자연환경의 변화를 사전에 예방하고 사회경제적인 기대효과를 거둘 수 있을 것으로 판단된다.
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