[논문]STA 기법에 의한 낙동강 하구역의 토사이동경로 예측

윤은찬; 이종섭

STA 기법에 의한 낙동강 하구역의 토사이동경로 예측
Analysis of Sediment Transport Pathway using the STA Method in Nakdong Estuary 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.20 no.6, 2008년, pp.540 - 552

초록
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STA 기법을 이용하여 낙동강 하구역의 계절적인 토사이동경로를 예측하였고 기존의 STA 기법들을 유연하게 적용하기 위해서 eCSedtrend 모형을 사용하였다. 계절적인 토사이동 경로의 분석 결과 낙동강 하구역에서 탁월하게 나타나는 경향은 CB+와 CB-의 경향으로 조사되었다. CB+ 경향의 경우 니질 퇴적물이 분포하는 지역에서 넓게 나타났고 북쪽으로 향하는 수송벡터를 형성하였다. 그리고 CB- 경향의 경우 사질퇴적물이 분포하는 사주 부근에서 대부분 나타나며 계절별로 차이를 보이지만 주로 북쪽으로 향하는 경향벡터를 형성함을 볼 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

We predicted to seasonal sediment transport pathway of the estuary area of the Nakdong river using the STA method. The eCSedtrend model was used to flexible application of the previous STA methods. The analysis of the seasonal interpretation of sediment transport pathway showed that the most dominant trend in the Nakdong estuary was CB+ and CB-. In case of CB+, it was identified around the area where the mud sediment was distributed and formed transport vector toward the north. Also, in case of CB-, it was identified mostly around the sand bar where the sand sediment was distributed and generally showed transport vector toward the north even though there was seasonal difference.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 윤·이(2008)에 의해 계절적으로 관측된 퇴적물의 입도상수들을 활용하여 낙동강 하구사주 남쪽의 계절적인 토사이동 경향을 조사하는데 그 목적이 있고, 기존에 제시된 STA 기법의 이론들을 폭넓게 적용하여 토사이동경로를 해석하였다.

가설 설정

즉, φ 값이 증가할수록 입경은 세립해지는 것을 의미한다. Fig.1의 종축은 입경, 횡축은 함유율을 나타내며 중앙입경이 평균입경보다 조립할 경우 양성왜도를 가진다고 정의하고(Fig. 1b), 반대의경우음성왜도를가진다고정의한다(Fig. 1c).
STA 기법의 기본적인 가정은 토사의 수송을 야기하는과정들은 퇴적물의 통계학적인 분포에 영향을 미친다는 것이다. 퇴적물의 분포는 Fig.

제안 방법

그리고 토사이동 경로를 정의하는 경향은 Poizot et al.(2008)의 연구에서 지적한 바와 같이 토사이동경로를 정의하는 경향을 결합하지 않고 개별적인 네 가지의 경향별로 퇴적물의 이동경로를 계산하였다.
수치모형은 기존의 STA 기법들을 유연하게 적용할 수 있는 GUI 모형인 eCSedtrend 모형을 이용하였고, 수치계산은 토사이동을 정의하는 FB+, FB-, CB+및 CB-의 네 가지 경향을 개별적으로 해석하였다. 그리고 기존의 국내의 주요 연구들에서 사용하였던 필터링의 수행에 따른 토사이동 경향의 변화를 파악하기 위하여 필터링을 고려한 수치계산과 비교하였다.
Noise 벡터를 제거하기 위한 벡터의 필터링은 전체적인 계산결과에 커다란 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 필터링의 수행여부에 따라 C1과 C2 조건으로 분리하여 수치계산을 수행하였다. C1의 조건들은 필터링을 수행하지 않고 네 가지 경향별 토사 이동경로를 예측하는 경우이고, C2의 조건들은 Gao and Collins(1992)의 방법에 따라 계산의 마지막에 필터링을 수행한 조건들이다.
셋째, 평균의 과정은 2.1절에서 언급한 바와 같이 기존에 계산의 마지막에 수행하거나 또는 벡터계산의 초기에 사용하였다. eCSedtrend 모형은 이러한 필터링을 수행 여부를 임의로 선택할 수 있고 필터링을 계산의 초기 또는 마지막에 선택적으로 사용할 수 있게 구성되어 있다.
최종 단계인 통계학적인 유의성 검정은 기존의 방법들에서 각기 다른 검정법을 사용하였다. McLaren and Bowles(1985)의 경우 Z검정을 사용하였고, Gao and Collins(1992)의 경우 L검정을 사용하였으며 Le Roux et al.

대상 데이터

본 연구에서는 낙동강 하구사주 외해쪽 퇴적물의 계절적인 이동경로를 파악하기 위하여 윤·이(2008)가 낙동강하구역 일대에서 2007년 하계부터 2008년 추계까지 계절적으로 관측한 퇴적물의 입도분석 자료들 중에서 관측 간격이 일정하지 않은 수로부분의 자료를 제외하고 1 km의 일정한 관측거리를 가지는 낙동강 하구사주 남쪽의 61개 정점의 자료들을 이용하였다.

데이터처리

McLaren and Bowles(1985)의 경우 Z검정을 사용하였고, Gao and Collins(1992)의 경우 L검정을 사용하였으며 Le Roux et al.(2002)은Watson 검정을 사용하였다. 그리고 Baas(2000)는 두 가지비모수 검정인 Kuiper와 Watson 검정을 사용하였다.
계산된 수송벡터들의 통계학적인 검정은 기존에 가장 우수한 것으로 알려져 있는 Watson 검정을 이용하였고,신뢰수준은 95%이다.

이론/모형

낙동강 하구사주 남쪽에서 규칙적인 격자망을 구성하여 관측된 표층퇴적물의 평균입경, 분급도 및 왜도의 입도상수들을 STA 기법에 적용하여 계절별 토사이동 경로를 예측하였다. 수치모형은 기존의 STA 기법들을 유연하게 적용할 수 있는 GUI 모형인 eCSedtrend 모형을 이용하였고, 수치계산은 토사이동을 정의하는 FB+, FB-, CB+및 CB-의 네 가지 경향을 개별적으로 해석하였다.
본 연구에서는 기존의 STA 기법들을 모두 포함하고 있고, 각종 매개변수를 선택적으로 사용할 수 있는 GUI 모형인 eCSedtrend(Poizot and Mear, 2008) 모형을 사용하여 토사이동경로를 예측한다. eCSedtrend 모형의 특징을 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 낙동강 하구역의 계절적인 토사이동경로를 예측하기 위하여 계절별로 규칙적인 격자망을 따라 관측된 퇴적물의 입도상수를 eCSedtrend 모형에 적용하였다. Table 3은 이러한 수치계산의 개요를 나타낸다.
낙동강 하구사주 남쪽에서 규칙적인 격자망을 구성하여 관측된 표층퇴적물의 평균입경, 분급도 및 왜도의 입도상수들을 STA 기법에 적용하여 계절별 토사이동 경로를 예측하였다. 수치모형은 기존의 STA 기법들을 유연하게 적용할 수 있는 GUI 모형인 eCSedtrend 모형을 이용하였고, 수치계산은 토사이동을 정의하는 FB+, FB-, CB+및 CB-의 네 가지 경향을 개별적으로 해석하였다. 그리고 기존의 국내의 주요 연구들에서 사용하였던 필터링의 수행에 따른 토사이동 경향의 변화를 파악하기 위하여 필터링을 고려한 수치계산과 비교하였다.

성능/효과

계절별로 해석된 토사이동 경로의 분석 결과 모든 계절에서 낙동강 하구역에서 탁월하게 나타나는 경향은 CB+와 CB-의 경향으로 조사되었다. CB+ 경향의 경우 니질 퇴적물이 주로 분포하는 지역에서 넓게 나타났고 북쪽으로 향하는 수송벡터를 형성하였다.
박 등(2008)은 SWAN 모형을 이용하여 낙동강 하구역의 파랑변형에 대한 수치모형을 수행한 바 있다. 그 결과 S와 SW 방향의 입사파향의 경우 낙동강 하구사주 전면에서 높은 유의파고 분포를 보이지만, NE 계열 입사파랑의 경우 지형적인 영향으로 굴절과 천수변형이 크게 일어나 낙동강 하구역 부근에서는 파고가 크게 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 이러한 파고의 크기와파향에 의해 파에 의한 토사이동은 남-북방향의 토사이동이 동-서 방향의 토사이동보다 탁월할 것으로 판단된다.
FB- 경향의 경우, 모든 계절에서 퇴적물 조사에서 가장 분급이 양호하고 세립한 퇴적물들이 분포하는 신자도 외해쪽으로 향하는 이동경로가 모든 계절에서 나타나며, 나머지 지역에서는 계절별로 편차가 크게 나타나는 것을 볼 수 있었다. 그리고 FB+ 경향은 전반적으로 계절적으로 변화가 매우 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
둘째, 토사경향의 선택은 STA 기법에서 가장 중요한 문제이다. 이전의 모형들은 이러한 토사경향을 어떤 지정된 경향에 대하여 해석을 수행하였다.
따라서 대상해역인 낙동강 하구사주 남쪽의 토사이동은 남쪽에서 북쪽으로 향하는 토사이동이 탁월하게 나타나며, 이러한 결과는 파랑이 지배적인 낙동강 하구역 전면에서 상대적으로 높은 파고 분포를 가지는 SSW 및 SW 파랑의 영향으로 판단된다. 그리고 이러한 수송방향은 낙동강 하구사주 부근의 퇴적과 해안선의 전진을 나타내는 것으로서 기존의 현상들과 잘 부합하는 것으로 판단된다.
그 결과 S와 SW 방향의 입사파향의 경우 낙동강 하구사주 전면에서 높은 유의파고 분포를 보이지만, NE 계열 입사파랑의 경우 지형적인 영향으로 굴절과 천수변형이 크게 일어나 낙동강 하구역 부근에서는 파고가 크게 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 이러한 파고의 크기와파향에 의해 파에 의한 토사이동은 남-북방향의 토사이동이 동-서 방향의 토사이동보다 탁월할 것으로 판단된다. 따라서 전반적인 입도분포의 경향에 따른 토사이동의 경로해석 결과 북쪽으로 향하는 경향벡터가 탁월하게 형성되는 것은 이러한 파랑의 영향을 나타내는 것으로 사료된다.
본 연구에 따른 결과들은 퇴적물의 채취간격이 1 km로 비교적 넓기 때문에 사주부근에서 연안류에 의한 계절적인 변동을 명확하게 보여주지는 않았다. 따라서 이러한 현상을 밝히기 위해서는 향후 수치모델링, 지형측량 등의 추가적인 연구들을 수행하여야 할 것이다.
수치계산 결과, 필터링을 사용하였을 경우에 보다 평활화된 결과를 도출하지만 일부 지역에서는 필터링을 수행하지 않은 경우와 비교하여 반대방향의 이동경로를 보이기도 하고 사주전면과 같은 지역에서 연안을 따른 이동 벡터가 형성되지 않는 것을 볼 수 있었다. 따라서 STA 분석의 수행시 이러한 필터링의 수행여부에 대한 면밀한 검토가 요구된다.
위와 같은 결과들에서 각 정점에서 계산된 벡터에 필터링을 수행한 경우에 보다 많은 경향벡터가 생성되고, 보다 평활화된 벡터를 형성하는 것을 볼 수 있었다.

후속연구

본 연구에 따른 결과들은 퇴적물의 채취간격이 1 km로 비교적 넓기 때문에 사주부근에서 연안류에 의한 계절적인 변동을 명확하게 보여주지는 않았다. 따라서 이러한 현상을 밝히기 위해서는 향후 수치모델링, 지형측량 등의 추가적인 연구들을 수행하여야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토사경향분석(Sediment Trend Analysis)법은 무엇인가?	토사경향분석(Sediment Trend Analysis)법은 φ스케일로 측정된 평균입도, 분급도 및 왜도의 세 가지 퇴적물 입도상수를 공간적으로 비교하여 그 경향을 파악하고 이를 통하여 퇴적물의 순 이동경로를 추정하는 방법이다. 이러한 입도경향분석법은 퇴적물의 이동경로를 추정하는데 있어서 퇴적물 입도상수들만을 이용하기 때문에 다른 방법들에 비해서 간편하고 수치모델링과 같은 다른 연구들과 연계할 수 있다는 점에서 큰 장점을 지닌다(Hughes,2005).
	토사경향분석(Sediment Trend Analysis)법과 같은 입도경향분석법은 어떠한 장점을 가지는가?	토사경향분석(Sediment Trend Analysis)법은 φ스케일로 측정된 평균입도, 분급도 및 왜도의 세 가지 퇴적물 입도상수를 공간적으로 비교하여 그 경향을 파악하고 이를 통하여 퇴적물의 순 이동경로를 추정하는 방법이다. 이러한 입도경향분석법은 퇴적물의 이동경로를 추정하는데 있어서 퇴적물 입도상수들만을 이용하기 때문에 다른 방법들에 비해서 간편하고 수치모델링과 같은 다른 연구들과 연계할 수 있다는 점에서 큰 장점을 지닌다(Hughes,2005).
	대표적인 토사이동경로 해석법은 무엇이 있는가?	토사경향분석법은 McLaren(1981)에 의해 최초로 기본적인 아이디어가 제안된 이후에 많은 연구들이 수행되었고, 대표적인 토사이동경로 해석법은 McLaren and Bowles(1985)에 근거한 McLaren-Bowles 방법(MB법), Gao and Collins(1992)의 이론에 근거한 Gao-Collins 방법(GC법) 그리고 Le Roux(1994)의 이론에 근거한 Le Roux 방법(Rx법) 등이 있다. 이러한 입도경향분석법은 만, 대륙붕,조간대 등 다양한 퇴적환경에서 다양하게 적용되고 있다.

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저자의 다른 논문 :

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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