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문제 정의
- 개발이라 할 수 있을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 북항 재개발로 인하여 발생할 수 있는 해수순환 양상에 중점을 두어 유동장의 변화를 파악하고 나아가 해수교환에 미치는 영향을 모의하고자 하였다.
가설 설정
- 모델링에서 바람 응력의 효과는.고려하지 않았고, 해수 유 동장에 대한 초기 조건은 해수 유동이 없는 것(cold start)으로설정하였다. 저면 마찰은 Manning 의 마찰계수를 이용한 "'quadratic stress" 법을 사용하였다.
제안 방법
- 식(2-涉에서 미분항은 중앙 차분 양해법을 사용하여 표류속도를 계산하였다. 또한 동일한 격자 내에서 각각의 값들은 동등하게 취급하지 않고 격자 내의 입자 위치에 따라 그 값을선형보간하여 사용하였다. 그리고 입자가 고정경계에 도달한 경우에는 반사경계 조건을 사용하였으며, 개방 경계에 도달하여 계산영역을 빠져나간 입자는 제거하였다.
- 세역 모형은 계산시간의 경제성을 감안하여 북항 재개발 구역을 중심으로 15~ 120m에 이르는 가변격자를 사용하였다. 또한, 광역모형의 경우 세역 모형의 경계조건을 추출하기 위하여 35일간 모델링을 수행하였으며, 세역 모형은 이를 근거하여 대 , 중, 소조기가 포함되는 15일 동안에 걸쳐 수치 모의를 수행하였다. 동천, 부산천, 초량천, 보수천에서 하천 유량은 평수시로 입력하였으며, Table 1에 개략적인 해수 유동실험의 개요를 정리하였다.
- 모형의 검증을 위하여 광역 및 세역 모형에 대하여 각각 조위 및 조류 검증을 수행하였다. 검증 결과 조위의 경우, 97% 이상, 조류의 경우, 75% 이상의 정확도를 보였다 (Fig.
- 본 연구에서는 북항 및 인근 해역의 해황을 재현하기 위하여 서쪽으로 다대포, 동쪽으로 대변항을 포함하고, 남쪽은 20km 외해역까지를 포함한 광역모형을 구축하고 광역 모형의 결과(Fig. 2)를 바탕으로 북항재개발로 인한 유동 재현성을 발휘할 수 있도록 최소 격자를 15m로 하는 세역 모형을 구축하였다. 세역 모형은 계산시간의 경제성을 감안하여 북항 재개발 구역을 중심으로 15~ 120m에 이르는 가변격자를 사용하였다.
- 본 연구에서는 조석 모델링을 통하여 해수순환 및 해수 교환변화 양상을 파악하고 그 변화를 분석하였으며, 이후 유 동장을 외력으로 하여 입자추적 실험을 수행하고만 내수의 항내 체류 시간 및 항내에 투여된 입자의 거동 특성을 분석하였다.
- 부산 북항 재개발에 따른 해양환경적 변화를 예측할 수 있는 해수 유 동장 변화와 해수교환율 평가를 수행하였다. 검토 결과, 재개발에 따른 환경적 영향은 미미할 것으로 판단되지만 매립면적의 확대로 인하여 북항의 기존 수제선 부근 및 동천 부근 내항 쪽에 유속 저감이 일어나기 때문에 해수교환시설의 확충 및 오염원 관리는 필요할 것으로 판단된다.
- 실험은 15일 동안에 대하여 이루어졌으며, 입자 거동 특성과 이를 바탕으로 해수교환율을 평가하였다. Fig.
- 입자 추적 실험은 해수 유동 실험의 외력장인 조위, 조류자료를 입력치로 하여 초기 입자 투입 영역에 입자를 부여하여 거동특성을 분석하였으며, 이를 기초로 하여 해수교환율을 산정하였다. Fig.
- 조위의 개방 경계조건으로 개방 경계면에 위치한 관측자료를 이용하여 외해 측 개방 경계에서 M2, S2, K1, 01 분조에 의한 조위 변화를 관측 자료에 근거하여 시. 공간함수로 주었다.
- 4에 초기 입자 투입 영역을 제시하였다. 투입영역은 제1, 2중앙부두 3, 4, 5부두를 포함한 영역으로 하였으며, 15일 동안 수치모의를 수행하였다.
- 수치 실험에 의하여 모의하였다. 해수 유동장의 변화는 POM모형의 2차원 모드를 적용하여 개발 전·후의 해수 유동을 실험하였고, 이후 유동장 결과를 외력장으로 하여 입자추적 실험을 통하여 입자거동 특성을 분석하였으며 이를 근거로 하여 해수교환율을 평가하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결과를 종합해보며 다음과 같다.
대상 데이터
- 또한, 광역모형의 경우 세역 모형의 경계조건을 추출하기 위하여 35일간 모델링을 수행하였으며, 세역 모형은 이를 근거하여 대 , 중, 소조기가 포함되는 15일 동안에 걸쳐 수치 모의를 수행하였다. 동천, 부산천, 초량천, 보수천에서 하천 유량은 평수시로 입력하였으며, Table 1에 개략적인 해수 유동실험의 개요를 정리하였다. 세역 모형의 격자망도는 Fig.
- 본 연구에서는 북항재개발로 인한 해수유동과 해수 교환변화를 수치 실험에 의하여 모의하였다. 해수 유동장의 변화는 POM모형의 2차원 모드를 적용하여 개발 전·후의 해수 유동을 실험하였고, 이후 유동장 결과를 외력장으로 하여 입자추적 실험을 통하여 입자거동 특성을 분석하였으며 이를 근거로 하여 해수교환율을 평가하였다.
- 2)를 바탕으로 북항재개발로 인한 유동 재현성을 발휘할 수 있도록 최소 격자를 15m로 하는 세역 모형을 구축하였다. 세역 모형은 계산시간의 경제성을 감안하여 북항 재개발 구역을 중심으로 15~ 120m에 이르는 가변격자를 사용하였다. 또한, 광역모형의 경우 세역 모형의 경계조건을 추출하기 위하여 35일간 모델링을 수행하였으며, 세역 모형은 이를 근거하여 대 , 중, 소조기가 포함되는 15일 동안에 걸쳐 수치 모의를 수행하였다.
이론/모형
- 고려하지 않았고, 해수 유 동장에 대한 초기 조건은 해수 유동이 없는 것(cold start)으로설정하였다. 저면 마찰은 Manning 의 마찰계수를 이용한 "'quadratic stress" 법을 사용하였다.
- 본 실험에서는 수평와 동 점성계수는 Smagorinsky형 확산계수를 사용하여, 수심적분으로 인한 분산효과를 고려할 수 있게 하였으며, 격자 구성은 엇갈림 격자(staggered grid)에 속하는 Arakawa C격자체계를 이용하였다. 수치안정조건은 CFL(Courant-FriedrichsTWwy)로, Z貿 는 광역은 5.
- 수치모의에 사용된 모형은 잘 알려진 POM(Princeton Ocean Model)로서 3차원 연안해양 수치 모형으로서 금회 수치 모의에서는 2차원 모드(2-D Circulation)에 의해 계산을.수행하였다.
- 수치안정조건은 CFL(Courant-FriedrichsTWwy)로, Z貿 는 광역은 5.0초, 세역은 0.3초를 사용하였다(Blumberg and Mellor, 1987).
- 이상과 같은 물질보존에 관한 입자 추적 알고리즘은 Lee and Kim(1995)에서 사용된 코드를 기본적으로 사용하였으며, 이 때 계산 격자는 유동장 계산의 것과 동일한 것을 사용하였다. 식(2-涉에서 미분항은 중앙 차분 양해법을 사용하여 표류속도를 계산하였다.
성능/효과
- 또한, 부산대교-영도다리에서 최대까지 유속 분포를 보이며 남항 쪽으로 유출되고 낙조류는 이와 반대의 양상을 보인다. 2) 북항재개발로 인한 해수유동변화는 창. 낙조류 모두 주 수로 상에서는 최대 6~8cm/sec까지의 증가가 나타나고, 북항 및 내항 부근에서는 최대 8~lOcWsec까지의 감소가 나타났다.
- 전반적으로 최대 유속 변화는 극히 일부를 제외하고는 대부분 1~2cm/sec 내외의 미세한 증감을 보였다. 3) 시간에 따른 입자 거동은 개발전의 경우 계산영역을 중심으로 동쪽과 남쪽으로 확산이 비교적 균형적으로 일어나지만, 개발 후의 경우 남쪽으로의 확산거동이 우세하게 나타난다.
- 4) 입자 거동 결과를 바탕으로 한 해 수교환율 평가 결과, 대 조시기인 48시간(2일) 후 개발 전·후 각각 14.4%, 26.8%로 나타났으며, 중조기간인 125시간(5.2일) 후에는 55.3%, 54.4%로, 소조기간인 192시간(8일) 후에는 60.0%, 59.9% 로 나타나, 대조, 중조기간까지는 개발 후의 해수 교환율이 우세하지만 이후부터는 개발전과 후의 차이는 1~2%로 극히 미세한 것으로 분석되었다.
- 증가되는 경향을 보이고 있다. 4일 이후 해 수교환율은 현재 상태는 44.4%, 개발 후는 44.3%, 12일 이후에는 70.0%, 72.1%로 개발 후의 해수교환율이 오히려 높아지는 것으로 나타났다(Fig. 12). 또한, 15일 정도의 준 정상 상태에 이르면 개발 전후에의 차이는 거의 없어지며 해수교환율이 77%에 달하는 것으로 나타났다.
- 및 조류 검증을 수행하였다. 검증 결과 조위의 경우, 97% 이상, 조류의 경우, 75% 이상의 정확도를 보였다 (Fig. 5~Fig. 6).
- 12). 또한, 15일 정도의 준 정상 상태에 이르면 개발 전후에의 차이는 거의 없어지며 해수교환율이 77%에 달하는 것으로 나타났다.
- 실험 결과, 창조류는 감만부두와 남방파제 사이에서 유입되어 내항에서 감속되고 제1부두와 연안부두를 통과하면서 가속화하여 영도다리 부근에서 100cm/sec까지의 최대 유속을 나타내며 남항 부근에서 다시 감속되었다가 남항동 전면에 위치한 방파제 사이의 협수로에서 다시 가속화되어 유출되며, 낙조류는 이와 반대의 양상을 보인다. 북항 부근은 10cm /sec 내의 유속 분포를 나타내고 있다 (Fig.
- 입자 추적 실험 결과를 바탕으로 계산한 해수교환율은 4일까지 급격한 해수교환 효과를 나타내게 되는데, 이는 대조, 중조기 간이 지난 시점이기 때문으로 생각되며, 소조가 끝나고 중조, 대조가 다시 시작하는 시점인 12일 이후에 다시 해수 교환율이 증가되는 경향을 보이고 있다. 4일 이후 해 수교환율은 현재 상태는 44.
후속연구
- 변화와 해수교환율 평가를 수행하였다. 검토 결과, 재개발에 따른 환경적 영향은 미미할 것으로 판단되지만 매립면적의 확대로 인하여 북항의 기존 수제선 부근 및 동천 부근 내항 쪽에 유속 저감이 일어나기 때문에 해수교환시설의 확충 및 오염원 관리는 필요할 것으로 판단된다.
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