[논문]서해연안 돌제구조물 주위의 침퇴적 해석: 실측 및 수동역학 모델에 의한 초기추정

서승원; 유경선; 이화영

서해연안 돌제구조물 주위의 침퇴적 해석: 실측 및 수동역학 모델에 의한 초기추정
Analysis of Sedimentation Around Jetties in the West Coast: based on field measurement and hydrodynamic modeling 원문보기

韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers, v.19 no.4, 2007년, pp.345 - 354

서승원 (군산대학교 해양시스템공학) , 유경선 (군산대학교 대학원 해양산업공학과) , 이화영 (군산대학교 대학원 해양산업공학과)

초록
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대조시 조차가 6.6 m에 이르는 천해역인 전북 구시포 연안에 건설된 어항연육제방, 방류제 및 돌제 등 제방군 주위에서의 침퇴적을 이해하기 위한 초기의 연구가 시도되었다. 직접 해석방법으로 정선측량과 간이항공 측량에 의한 침퇴적 변화를 1년 6개월에 걸쳐 수행하였다. 간접적인 방법으로는 제방 인접지역에서의 침퇴적 성향을 파악하기 위하여 침수-노출을 고려한 2차원의 ADCIRC 모형을 적용하여 제방 건설 전후의 유속 및 해저응력의 변화를 비교 평가하였다. 연구 결과에 따르면 구시포어항 연육제방 부근 및 해수욕장 간사지는 퇴적이 다소 우세한 것으로 평가된다. 제방 건설로 유속이 둔화되고 shadow zone 등에서는 한계응력 이하로 급감하여 $0.10{\sim}0.15\;N/m^2$으로 변하며 퇴적성향으로 전이되는 것이 모델링 결과로부터 분석되었다. 그러나 본 논문에서 제시하는 결과는 해저질의 물리적 특성을 충분히 고려하지 못한 제한적인 초기의 평가에 따른 것으로 이어지는 연구의 상세 침퇴적 모델결과와 비교 검토되어 충실한 결과가 도출되어야 할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A sedimentation analysis has been attempted to figure out sedimentation environment due to construction of coastal jetties, such as fish harbor dike, flow guided dike and jetty in shallow Kusipo area, in which tidal range marks up to 6.6 meters in spring tide. As an initial approach of understanding field measurement were done on several stations along reference lines with total station and photo analysis taken by remote controlled small air craft far one and half years. Also numerical tests were done by 2-D ADCIRC model considering dry-wet treatment to evaluate flow and bottom shear stress variations. According to direct measurement, deposition seems to be dominant on Kusipo beach. Model results show bottom shear stress lessens to $0.10{\sim}0.15\;N/m^2$ on most shadow zone of jetties and the inner zone is suffering sedimentation as a result of dike construction. However this is the first approach with limited analysis, thus it should be dealt further considering physical characteristics of bottom sediments in a complete sediment model on upcoming study.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 수심이 낮고 조석 간만의 차이가 대조시 6.6 m에 이르고 유동이 복잡한 대조차 해역에서 온 배수 배출의 완화 목적으로 설치된 방류제 및 돌제 등이 건설되어있는 전북구시포 해역에 대하여 제방축조로 인한 유동의 변화가 인근의 침퇴적 에 어떠한 영향을 미치는 지 현장관 측을 위주로 평가하며 수동역학 수치모형을 이용한 초기의 평가가 다루어진다. 당 해역에서 침퇴적 현상을 이해하고자 2002년 7월부터 2004년 1월까지 1년 6개월에 걸친 계절별 실측을 통한 현장 관측과 수치 모형을 병행 실시하여 현장관 측과 조류 및 침퇴적 변화를 예측하는 수치 모형의 결과와 견주어 상호 연관성을 고찰하는 연구가 다루어진다.
본 논문에서는 이들 선행연구에서 다루지 않았던 조류의 영향으로 돌제 주위에서 발생되는 침퇴적을 효율적으로 모의할 수 있도록 ADCIRO 선정 흐}고 계수를 조정하여 제방이 유동변화와 해저마찰 응력에 미치는 영향을 비교 검토한다. 모델의 전개 및 적용은 선행의 연구(서, 1999; 서 .
대상 해역은 천해 비선형 조석 등 해수 유동이 복잡한데 여기에 온배수 배출의 완화 목적으로 방류제 및 돌제 등이 건설됨으로써 주변에서 수동역학적 변화 및 침퇴적 변화가 지속적으로 나타나고 있다. 본 논문에서는 현장 관측과 해수 유동 수치실험을 병행하여 침퇴적 환경에 대한 변화를 이해하고 자 하였으며 여기서는 초기의 연구 결과가 다루어졌다.
본 논문은 한국학술진흥재단(KRF-2004-041-D00721)의 지원에 의해 수행되었기에 심심한 사의를 표한다. 군산대학교 측량연구실의 협조와 수산과학연구소의 논문 인쇄비지원에도 사의를 표한다.
수 있다. 본고에서는 제방군 건설로 발생되는 최대해저응력 변화를 분석한다. 정량적 비교를 위해 Fig.
특이점으로 연구 대상 해역은 축조된 제방내측으로 발전소의 온배수가 지속적으로 배출되어 연안의 퇴적환경이 자연환경과 달라지는 특성을 보이고 있다. 본연구에서는 인위적으로 축조된 연안의 돌제 구조물이 침 퇴적 환경을 어떻게 변화시키는지 살펴보고자당 해역을 대상지로 선정하였다.
이런제한사항을 극복할 수 있는 방법이 적절한 수치 모형을 구동하여 이로부터 돌제 주위와 인근 해역의 유동과 퇴적환경의 변화를 간접적으로 살펴보는 것이다. 참고로 당 해역에서는 서 .

제안 방법

1년 6개월에 걸쳐 실시하였다. Fig. 1에 보이는 것처럼 일련의 제방군 중에서 남측에 위치한 방류제 북쪽 입구 (정점 St-1)에 임시조위측정소를 설치하고 WTR-9을 이용하여 매 계절별로 15일간 관측을 실시하였다.관측된 자료중 Fig.
실험을 실시하고 그 결과를 검토하였다. 본 논문에서는 대상 해역에서 제방이 없었던 과거의 상황(case0)을 포함하여 연육제방만 설치된 경우(easel), 연육제방과 방류 제가 설치된 경우(case2), 연육제방, 돌제, 방류제 모두 축조된 현재의 상황(case3) 그리고 가상적으로 방류제만 설치한 경우(case4), 돌제만 설치된 경우(case5) 등 모두 6가지 경우로 실험조건을 설정하여 앞에서 언급한 ADCIRC 모델을 이용하여 수치 실험하였다. 유(2006)는 당 해역의 변화 특성을 이해하기 위해 단순해역에서 단일제방이 설치되어 있는 경우에 조류의 변화가 침퇴적에 미치는 영향을 ECOMsed 및 EFDC 모형을 이용하여 초기 평가한 바 있다.
유, 2007)에서 모델개념및 단순해역의 비교 검토 등으로 다루어졌다. 본 논문은 이러한 현상을 규명하는 일련의 연구인 현장 관측과 상세한 침퇴적 수치 모형을 운용하는 과제 중, 첫 단계로 현장 관측 및수동역학 모형 실험에 의한 초기의 침퇴적 성향 파악을 위주로 논의한다. 이어지는 논문에서는 본고에서 검토된 침퇴적 성향과 학술회의 시 제시되었던 저니 토의 물성 특성을 고려한 모의 및 상호 분석이 다루어질 예정이다.
본 논문의 내용과 연관된 저니 토의 물성을 고려하며 반복적인 고수온의 영향을 고려하는 상세한 침퇴적 모의를 포함하는 연구 성과가 학술회의(서 . 유, 2007)에서 모델개념및 단순해역의 비교 검토 등으로 다루어졌다. 본 논문은 이러한 현상을 규명하는 일련의 연구인 현장 관측과 상세한 침퇴적 수치 모형을 운용하는 과제 중, 첫 단계로 현장 관측 및수동역학 모형 실험에 의한 초기의 침퇴적 성향 파악을 위주로 논의한다.
본 연구에서는 해안선에 직각 방향으로 구시포 해수욕장 간사지에 4개 정선, 구시포어항 연육제 방 북측에 1개 정선을 배치하여 Total Station으로 해빈 변형을 측정 및 분석하였다(Fig. 3). 아울러 광역의 지형 변화를 조사할 목적으로 간이 항공사진을 촬영하는 방법을 직접 측량과 병행하여 실시하였다(군산대학교, 2004).
측정 방법은 회전익 무인 항공기에 장착된 비디오카메라 영상을 지상에서 모니터링하여 대상 해역 전체가 최대 축척으로 촬영되도록 무인항공기의 촬영고도 및 사진경사를 무선원격장치로 조정하고 여기에 장착된 필름 카메라로 경사 사진을 촬영하는 방법이다. 사진 촬영은 가능한 한 직접 수준 측량과 더불어 실시하였고, Fig. 5(a) 에서와 같이 저조부터 고조까지 조위 1시간 간격으로 다수의 영상을 촬영하였다.
3). 아울러 광역의 지형 변화를 조사할 목적으로 간이 항공사진을 촬영하는 방법을 직접 측량과 병행하여 실시하였다(군산대학교, 2004). Geyer et al.
연안지역 특히 수심이 낮은 해역에서 지형 변화에 가장 크게 영향을 미치는 인자는 해저질의 운반과 수송에 직접적으로 영향을 미치는 것은 조류이므로 조석과 병행하여 이에 대한관측이 수행되었다. 관측성과 중일부를 조류타원 도로 도식화하여 Fig.
있다. 이를 보완하기 위해 광역의 변화상을 동시에 파악하고자 항공사진 촬영에 의한 간사지의 전반적인 지형변화조사를 실시하였다. 측정 방법은 회전익 무인 항공기에 장착된 비디오카메라 영상을 지상에서 모니터링하여 대상 해역 전체가 최대 축척으로 촬영되도록 무인항공기의 촬영고도 및 사진경사를 무선원격장치로 조정하고 여기에 장착된 필름 카메라로 경사 사진을 촬영하는 방법이다.
제방 인근에서는 해안수동 역학의 급격한 변화가 유사수송체계의 동적 평형을 교란시켜 침퇴적이 발생하므로, 이에 대한 영향을 살펴보기 위하여 제방이 없었던 자연상태와 대비하여 실험을 실시하고 그 결과를 검토하였다. 본 논문에서는 대상 해역에서 제방이 없었던 과거의 상황(case0)을 포함하여 연육제방만 설치된 경우(easel), 연육제방과 방류 제가 설치된 경우(case2), 연육제방, 돌제, 방류제 모두 축조된 현재의 상황(case3) 그리고 가상적으로 방류제만 설치한 경우(case4), 돌제만 설치된 경우(case5) 등 모두 6가지 경우로 실험조건을 설정하여 앞에서 언급한 ADCIRC 모델을 이용하여 수치 실험하였다.
침퇴적 환경에 가장 크게 영향을 미치는 해양물리특성을 파악하기 위하여 대상 해역의 조석, 조류 및 파랑에 관한 연속관측을 2002년 8월 14일부터 2004년 1월 7일까지 계절별로 1년 6개월에 걸쳐 실시하였다. Fig.
해빈 변형을 실측하는 5개 정선에 대하여 약 3개월 주기로 5회에 걸쳐 실시한 종단수준 측량 결과 중, 본 논문에서는 정선1과 정선2의 시간에 따른 변화를 도시하여 Fig. 4 에 제시하였다. 그림에서 가로축은 단면 시점으로부터 외해 방향 거리(m), 세로축은 간사지단면상 지점의 표고(m)를 나타낸다.

대상 데이터

본 연구 대상 해역은 Fig. 1에 보이는 바와 같이 임해발전소의 냉각수 흐름을 외해로 유도하기 위한 방류제를 포함한 돌제와 함께 구시포어항 연육제방 등이 건설되어 일대 해역에서 해수 유동의 변화와 함께 해저지형의 변화가 발생되는 곳이다. 특이점으로 연구 대상 해역은 축조된 제방내측으로 발전소의 온배수가 지속적으로 배출되어 연안의 퇴적환경이 자연환경과 달라지는 특성을 보이고 있다.
문제시되고 있다. 인공적인 제방 설치가 주변의 침 퇴적에 미치는 영향을 평가하기 위하여 본 연구에서는 수심이 10m 내외로 낮고 조석 간만의 차이가 6.6m에 이르는 등 대조차에 속하는 전북 구시포해역을 대상지로 선정하였다. 구시포해역에서는 어항연육제방, 방류제 및 해수욕장 남단에 위치한 돌제 등이 순차적으로 건설되어 인근의 침퇴적 환경변화가 유발되고 있다.
본고에서는 제방군 건설로 발생되는 최대해저응력 변화를 분석한다. 정량적 비교를 위해 Fig. 6에 제시한 바와 같이, 임의로 해안에 인접한 5곳에 비교 정점을, 이로부터 외해로 0.5 km 이격된 지점에 5개 정점을 선정하였고, 각 제방선단부 주위 0.5 Km 지점에.2개의 비교 정점을 선정하였다.
1에 보이는 바와 같이 임해발전소의 냉각수 흐름을 외해로 유도하기 위한 방류제를 포함한 돌제와 함께 구시포어항 연육제방 등이 건설되어 일대 해역에서 해수 유동의 변화와 함께 해저지형의 변화가 발생되는 곳이다. 특이점으로 연구 대상 해역은 축조된 제방내측으로 발전소의 온배수가 지속적으로 배출되어 연안의 퇴적환경이 자연환경과 달라지는 특성을 보이고 있다. 본연구에서는 인위적으로 축조된 연안의 돌제 구조물이 침 퇴적 환경을 어떻게 변화시키는지 살펴보고자당 해역을 대상지로 선정하였다.

이론/모형

oig)에 소개되고 있으므로 본고에서는 지면 상 생략한다. 해저 면에서의 에너지 수송에 영향을 미치는 전단 응력에 관한 표현은 #와 같으비선형 식을 이용한다(Luettich and Westerink, 2000). 이때 바닥 마찰계수는 당해 역에 대한 선행연구(서 .

성능/효과

(2002)은 비선형 조류에 의한 조류비 대칭은 비록 초기에 대칭인 해저지형도 결국은 비대칭으로 변화시키며 여기에 영향을 끼치는 인자는 M2분조와 배조인 M4와 같은 천해조 및 잔차류등이 주된 것으로 평가하고 있다. 따라서 연구해역과 같이 M2 및 M4분조가 강한 조류는 돌제군이 축조된 당 해역에서 저니 토 유사 수송을 유발하는 상당한 소류력을 갖게 되며, 조석 및 조류의 비대칭과 돌제 축조로 인해 야기된 유사수송은 급격한 환경변화를 겪게 되는 것으로 간주된다. 이런 현상은 Pritchard et al.
제외하고는 증가되는 영향이 크지 않다.만약 제방의 시공 순서가 바뀌어 단일제방이 건설되었다고 가정한경우 case4, case5의 결과를 분석하면, 해당 제방 인근에서만 응력의 변화를 유발하나 광역의 응력에는 크게 변화가없는 것으로 분석되었다. 상기의 결과는 제방군이 형성되면서 구시포해수욕장 전반적으로 퇴적 성향이 나타남을 제시하며 특히 어항 연육제방 이남에서 두드러지는 퇴적 현상이 뚜렷한 것임을 나타내고 있다.
만약 제방의 시공 순서가 바뀌어 단일제방이 건설되었다고 가정한경우 case4, case5의 결과를 분석하면, 해당 제방 인근에서만 응력의 변화를 유발하나 광역의 응력에는 크게 변화가없는 것으로 분석되었다. 상기의 결과는 제방군이 형성되면서 구시포해수욕장 전반적으로 퇴적 성향이 나타남을 제시하며 특히 어항 연육제방 이남에서 두드러지는 퇴적 현상이 뚜렷한 것임을 나타내고 있다.
돌제가 선축조된 상황을 가정하면 (case5), 제방 선단부에 국 지적으로 나타나는 유속 증가를 제외하고는 역시 일대 해역이 폭넓게 유동 저감이 예상된다. 연구 대상 해역에 방류제만 축조되었다고 가정한 상황을 모의한 결과는 (case4) 방류제선단부에서 0.3 m/sec 이상의 매우 강한 유속의 증가가 나타나는 것으로 분석되었고, 방류제 이남의남측해안에서 0.3 m/sec 정도의 급속한 유속 둔화가 예상되는 것으로 평가되었다. 특히 방류제 건설은 구시포 해수욕장을 포함한 일대 해역에 전반적으로 유속 둔화를 유발하고있는 것으로 나타났다.
이들 자료를 분석하면 연구 대상 해역에 제방이 없었던 과거상황(caseO) 및 제방이 순차적으로 축조되어 어항 연육제방이 건설된 easel, 여기에 방류제가 축조된 case2, 그리고 돌제가 추가된 case3의 상황을 살펴보면, 대부분 제방 인근의해안에서 응력이 급감하는 것으로 나타나고 있다. 비교정점 st3, st4는 어항 연육제방 전면에 위치하는데, 제방이 건설됨으로써 창조시 그 전단 응력 (N/nf)이 0.
정선별로 나타나는 위의 현상은 창조와 낙조의 비대칭성에 기인되어 즉, 창조 시 연안을 따라 올라가면서 와류유동에 기인되어 일부 제방의 전면에 퇴적이 일어나는 것임을 직접 수준 측량을 통하여 알 수 있었다.
3 m/sec 정도의 급속한 유속 둔화가 예상되는 것으로 평가되었다. 특히 방류제 건설은 구시포 해수욕장을 포함한 일대 해역에 전반적으로 유속 둔화를 유발하고있는 것으로 나타났다.
높아져 퇴적되고 있는 경향을 보인다. 특히, 기점으로부터 거리 400m 지점은 제1차 관측이후 5개월간 약 0.7m 가 퇴적된 것으로 조사되었다. 시간이 경과하면서, 지속적으로 퇴적이 진행되었으나 퇴적 높이 차이가 점차 줄어들고, 이후 2003년 4월과 2003년 8월에 이르러서는 거의 변화가 없다.

후속연구

그러나 조간대를 고려하면서 수동역학 모델을 이용한 초기의 평가는 해저질을 고려하지 않고 해저 응력만을 이용하여 평가하여 저질의 공간적인 분포가 고려되지 못한 제한사항이 있었으나 정성적인 성향을 이해하는 것은 충분한 것으로 인식된다. 그렇지만 미비점을 보완하고 보다 계량화된 평가를 달성하기 위해서는 저니토의 공간적 특성을 고려하고 고수온의 대조차 해역에서의 특성을 충분히 반영할 수 있는 침퇴적 모형을 적용하여 금번 논문에서 제시한 초기 평가한 결과와 상호 비교하는 연구가 수행되어야 할 것이다.
본 논문에서는 실측과 수동역학 모델의 정성적인 평가에 근거하여 추론한 바, 제한사항이 다수 있었는데, 이에 대한 보완으로 이어지는 연구논문에서는 상세 침퇴적 모형 운용하여 정성적인 결과와 정량적인 비교가 필요할 것으로 판단된다. 그러나 조간대를 고려하면서 수동역학 모델을 이용한 초기의 평가는 해저질을 고려하지 않고 해저 응력만을 이용하여 평가하여 저질의 공간적인 분포가 고려되지 못한 제한사항이 있었으나 정성적인 성향을 이해하는 것은 충분한 것으로 인식된다.
본 논문은 이러한 현상을 규명하는 일련의 연구인 현장 관측과 상세한 침퇴적 수치 모형을 운용하는 과제 중, 첫 단계로 현장 관측 및수동역학 모형 실험에 의한 초기의 침퇴적 성향 파악을 위주로 논의한다. 이어지는 논문에서는 본고에서 검토된 침퇴적 성향과 학술회의 시 제시되었던 저니 토의 물성 특성을 고려한 모의 및 상호 분석이 다루어질 예정이다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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