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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 광양만의 홍수기 및 갈수기시 만 내로 유입되는 오염물질의 거동을 정량적으로 파악하기 위하여, 2차원 해수유동 수치실험을 기초로 하여 광양만에서의 COD, T-N 및 T-P의 오염물질 수지를 예측하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 광양만의 홍수기 및 갈수기시 만 내로 유입되는 오염물질의 거동을 정량적으로 파악하기 위하여, 2차원 해수유동 수치실험을 기초로 하여 광양만에서의 COD, T-N 및 T-P의 오염물질 수지를 예측하고자 하였다.
제안 방법
- 광양만 전 해역의 갈수기와 홍수기의 오염물질의 만내 유출입량을 산정하기 위하여, 소해역으로 분할된 8개 해역 중 I~VII 해역을 1개의 Box로 합하고, VⅢ해역을 외해역으로 설정하여 물질 수지를 예측하였다. 오염물질 (COD, T-N, T-P) 의 물질 수지는 다음의 식 (2) 와 같이 산정하였다.
- 광양만의 소해역 분할은 이인철 등(2008)이 만 내 수질의 군집 분석 (Cluster analysis) 과 영양염의 경년변동 해석결과를 종합하여 제시한 8개 해역으로 분할하였다 (Fig. 1). 또한 Fig.
- 탈착, 침강과 재부상과정과 퇴적물 내에서의 분해 및 매장 등의 여러 가지 상호 교환과정을 포함한다. 그러나 본 연구에서는 광양만 내 분할된 소해역의 단면 간의 오염물질의 수송량 변화에 주안점을 두고, 식 (1)과 같이 해역 간의 유량수지와 농도 차에 의한 이류수송과정만을 취급하여 물질수지를 예측하였다.
- 그리고 COD 와 T-N 및 T-P의 수질농도는 국립수산과학원의 해양조사 연보(2004~2006)에 나타나 있는 계절별(2월, 5월, 8월, 11월) 현장조사 자료를 바탕으로 광양만의 8개 소해역내의 조사정점 농도를 평균하여 사용하였다. 또한 홍수기와 갈수기는 각각 8월과 2월의 수질농도를 사용하였으며, 무하천유량 조건은 5월과 11월의 농도를 평균하여 적용하였다.
- 농도를 평균하여 사용하였다. 또한 홍수기와 갈수기는 각각 8월과 2월의 수질농도를 사용하였으며, 무하천유량 조건은 5월과 11월의 농도를 평균하여 적용하였다.
- 상기 해수 유동 수치실험을 바탕으로 Fig. 1에 나타낸 광양만의 8개 소해역 간의 오염물질 수지예측을 위해 각 단면별 유량 Flux 를 산정하였다. 각 소해역별 경계 단면에서의 Net-Flux 는 정 (+, 소해역내로 유입)과 부 (-, 소해역외로 유출)로 정의하였으며, 실험조건은 무하천유량시 (Case 1), 갈수기시 (Case 2) 및 홍수기시 (Case 3) 로 설정하여 단면 유량 Flux를 산정하였다.
대상 데이터
- 광양만의 조위와 조류의 검증 정점은 Fig. 1에 나타낸 바와 같으며, 관측 조위는 포항종합제철주식회사(2001)와 해양수산부(2002b) 를 이용하였으며, 조류관 측 자료는 최근의 현장조사 자료(전라남도, 2002)를 사용하였다.
데이터처리
- 본 연구의 광양만 해수 유동 수치실험의 계산결과는 문헌 치를 참고로 하여 조위와 조류의 관측 결과와 비교 검증하였다. 광양만의 조위와 조류의 검증 정점은 Fig.
이론/모형
- 해수 유동 수치실험은 수심 적분 2차원 해수유동모형 (Leendertse, 1971)을 사용하였으며, 수치모형실험의 영역은 여수해만 일부를 포함한 29km X 22.9km로 설정하였으며, 격자망은 小 = 同/ = 100m 의 등 격자망으로 구축하였다. 그리고 남측 개방경계는 서상리 부근수역, 동 측 개방 경계는 남해군 노량리 부근수역으로 설정하였으며 , 이들 개방 경계에서의 조위는 국립해양조사원 (1992)의 장기관측에 의해 얻어진 주요 4대 분조 (M2, S2, K1, O1) 의 진폭과 위상차로부터 얻어지는 수위변화를 입력하였다.
성능/효과
- (1) 광양만의 소해역별 단면 유량 Flux 산정 결과, 전반적으로 IV, V 및 VII 해역에서는 단면 유량이 증가하는 반면에, Ⅱ, Ⅲ과 VI해역에서는 감소하는 경향을 나타내었다. 특히 묘도 남측에 위치하는 IV해역은 타 해역에 비해 단면 유량이 크게 나타나, 오염물질의 축적에 의한 수질오염의 가속화가 예상되었다.
- (2) 광양만의 COD, T-N 및 T-P의 물질 수지 예측결과에 따르면, COD 의 경우 갈수기의 만 내 잔존량이 홍수기에 비해 1.6 배 많은 것으로 나타났으며, T-N의 물질 수지는 홍수기시의 만 내 잔존량이 갈수기시에 비해 약 7배 많은 것으로 산정되었다. 그러나, T-P의 경우는 갈수기와 홍수기 모두 만 내 잔존량이 거의 없는 것으로 예측되었다.
- 6은 광양만의 소해역별 오염물질의 수지예측 결과를 나타낸다. COD의 물질 수지 산정 결과 살펴보면, 무하천 유량시 (Case 1)는 전반적으로 외해(VⅢ) 측으로 유출되기 보다는 만 내에 집적되는 현상을 보였으며, 특히 광양만. 섬진강 합류해역 (VI)에서 237.
- 광양만 전 해역에서 갈수기의 물질 수지를 살펴보면, COD 는 유입부하량과 외해유출량이 각각 127.8ton/day와 7.0ton/day 로서 만내 잔존량은 120.8ton/day이었으며, T-N은 11.2ton/day 가 유입하고 1.6ton/day가 외해로 유출하여 9.6ton/day 가 만 내에 잔존하는 것으로 예측되었다. 그러나 T-P의 경우는 0.
- 3ton/day 로 예측되었다. 그러나 홍수기시의 외해 유출량은 3.2ton/day로 갈수기에 비해 약 10배가량 많았으며, 육상유입부하량의 증가와 IV해역의 단면유출량 증가로 인하여 Ⅲ해역의 T-P 집적량이 약 2배 정도 증가하는 것으로 나타났다.
- 4ton/day 로 COD의 집적량이 많았다. 그리고 갈수기 (Case 2) 역시 VI 해역에서 236.5ton/day와 IV 해역에서 48.9ton/day로 집적량이 많았으나, CASE 1과 비교하여 외해 측(VⅢ)으로의 유출량이 7ton/ day 정도로 산정되었으며, 육상의 유입 부하에 의해 V 해역에서는 COD 집적량이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 홍수기 (Case 3)는 다른 시기에 비해 외해로의 유출량이 두드러지게 나타났으며, COD 의 집적량이 많았던 IV해역에서 묘도 북측해역(Ⅲ)에 유출됨에 따라 Ⅲ해역에서의 COD 집적량이 163.
- 그리고 T-N 의 물질 수지는 COD 와 달리 홍수기 시의 잔존량이 갈수기시에비해 약 7배로 월등히 많은 것으로 산정되었는데, 이는 만 내와 외해 간의 농도차와 만 내 표류와 저니로부터의 침적현상 등의 영향에 기인한 것으로 추정된다. 또한 T-P는 COD 와 T-N 과 달리 홍수기와 갈수기 모두 만 내 잔존량이 거의 없는 것으로 예측되어, 만내 T-P의 물질 체류 시간이 매우 짧은 것을 알 수 있으며, 특히 홍수기의 외해 유출량이 현저하여 다른 오염물질에 비해 오염 가능성이 희박할 것으로 예상되었다.
- 9ton/day로 집적량이 많았으나, CASE 1과 비교하여 외해 측(VⅢ)으로의 유출량이 7ton/ day 정도로 산정되었으며, 육상의 유입 부하에 의해 V 해역에서는 COD 집적량이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 홍수기 (Case 3)는 다른 시기에 비해 외해로의 유출량이 두드러지게 나타났으며, COD 의 집적량이 많았던 IV해역에서 묘도 북측해역(Ⅲ)에 유출됨에 따라 Ⅲ해역에서의 COD 집적량이 163.3ton/day로 산정되었다.
- . 섬진강 합류해역(VI)에서 27.7ton/day로 집적량이 많았으며, 묘도 남측해역(TV)은 1일유출량이 31.6 ton으로 산정되어, 전반적으로 외해측(VⅢ)으로의 유출은 없고, 주로 VI해역과 묘도 북측해역(Ⅲ)에 집적되는 양상을 보였다. 그리고 Case 2 실험에서는 각 영역에서 Case 1 실험 시와 유사한 값으로 산정되었으나, Case 1에 비해 소량의 외해 유출량이 0.
- 5에 나타내었다. 이를 살펴보면, 무 하천 유량 조건 (Case 1)의 경우 각 단면 유량은 I, IV, V 및 VII 해역에서는 수렴하고 Ⅱ, Ⅲ, VI 및 VⅢ해역은 발산하는 것으로 나타났다 (Fig. 5(a)).
- 이상의 물질 수지 산정 결과, COD 와 T-N의 물질수지는 전반적으로 많은 양이 광양만 내에서 체류하는 것으로 나타났으며, 주된 공급원은 섬진강의 담수 유입으로 예상되었다. 따라서 광양만 내 오염물질의 효율적인 관리를 위해서는 섬진강으로부터 유입되는 오염물질에 대한 규제가 필요할 것으로 생각된다.
- 한편 각 물질의 산정 결과를 비교해보면, COD는 홍수기가 갈수기보다 유입부하량이 많음에도 불구하고, 외해유출량이 갈수기에 비해 약 10배 정도 증가함에 따라, 갈수기시의 COD 잔존량이 홍수기보다 약 1.6 배 많은 것으로 예측되었다. 그리고 T-N 의 물질 수지는 COD 와 달리 홍수기 시의 잔존량이 갈수기시에비해 약 7배로 월등히 많은 것으로 산정되었는데, 이는 만 내와 외해 간의 농도차와 만 내 표류와 저니로부터의 침적현상 등의 영향에 기인한 것으로 추정된다.
후속연구
- 공급원은 섬진강의 담수 유입으로 예상되었다. 따라서 광양만 내 오염물질의 효율적인 관리를 위해서는 섬진강으로부터 유입되는 오염물질에 대한 규제가 필요할 것으로 생각된다.
- 이와 관련하여 향후, 오염물질의 생. 화학적 거동을 포함한 물질 순환구조를 3차원적으로 예측하여, 오염부하량의 제어와 만 내 오염물질의 해역 내 침강 및 축적에 대한 저감 대책 등의 수질 개선 효과에 대한 지속적인 연구가 수행되어져야할 것이다.
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