조석으로 인한 만 내 점착성 부유사 퇴적량 추정 : 수치해석 Estimating the Amounts of Long-term Cohesive Sediment Deposition in Two Tide-dominated Bays of South Korea: Numerical Study원문보기
본 연구에서는 조석으로 인한 만에서 부유사 이동과 해저지형변화 예측에 대한 2차원 유사운송모형인 HSCTM-2D 모형의 적용성을 평가하였다. 또한, 보정된 모형을 이용하여 아산만 해역과 천수만 해역에서 점착성 부유사의 유입으로 인한 장기 퇴적량을 추정하였다. HSCTM-2D 모형을 보정하기 위하여 대상해역에 위치한 검조소의 실측조위자료와 모의기간 동안 측정한 유속 및 부유사농도 자료를 모의결과와 비교하였으며, 실측자료와 모의결과가 유사한 경향을 나타내는 것으로 확인되었다. 대상해역의 퇴적환경을 고려하여 외해유입 부유사 농도를 결정하고 장기간의 조석활동에 의한 점착성 부유사의 퇴적량을 추정하였으며, 아산만 해역에서는 연간 퇴적율이 8.1 cm/yr, 천수만 해역에서는 연간 퇴적율이 14.5 cm/yr를 나타냈다. 이와같은 연구결과로부터 적용된 모델링 시스템이 해역의 점착성 부유사 이동 및 퇴적과정에 대한 이해와 완화대책수립에 유용할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 조석으로 인한 만에서 부유사 이동과 해저지형변화 예측에 대한 2차원 유사운송모형인 HSCTM-2D 모형의 적용성을 평가하였다. 또한, 보정된 모형을 이용하여 아산만 해역과 천수만 해역에서 점착성 부유사의 유입으로 인한 장기 퇴적량을 추정하였다. HSCTM-2D 모형을 보정하기 위하여 대상해역에 위치한 검조소의 실측조위자료와 모의기간 동안 측정한 유속 및 부유사농도 자료를 모의결과와 비교하였으며, 실측자료와 모의결과가 유사한 경향을 나타내는 것으로 확인되었다. 대상해역의 퇴적환경을 고려하여 외해유입 부유사 농도를 결정하고 장기간의 조석활동에 의한 점착성 부유사의 퇴적량을 추정하였으며, 아산만 해역에서는 연간 퇴적율이 8.1 cm/yr, 천수만 해역에서는 연간 퇴적율이 14.5 cm/yr를 나타냈다. 이와같은 연구결과로부터 적용된 모델링 시스템이 해역의 점착성 부유사 이동 및 퇴적과정에 대한 이해와 완화대책수립에 유용할 것으로 판단된다.
In this study, a two-dimensional hydrodynamic and sediment transport modeling system, HSCTM-2D is employed to simulate the amounts of long-term cohesive sediment deposition in two study bays, and its applicability is evaluated. The modeling system's two modules for hydrodynamic modeling and sediment...
In this study, a two-dimensional hydrodynamic and sediment transport modeling system, HSCTM-2D is employed to simulate the amounts of long-term cohesive sediment deposition in two study bays, and its applicability is evaluated. The modeling system's two modules for hydrodynamic modeling and sediment transport modeling are calibrated, comparing the simulated results and the observed tidal levels, tidal current velocities, and suspended sediment concentrations in the Asan and the Cheonsu Bays, South Korea. It is found that there are good agreements between the simulation results and the observed values. The amounts of long-term cohesive sediment deposition of the two study bays are estimated using the modeling system, taking the suspended sediment concentrations from the open ocean in the tide-dominated environment into account. And, in the case of the Asan Bay, the annual deposition rate reaches 8.1 cm/yr; the Cheonsu Bay, 14.5 cm/yr. Overall, it is concluded that the modeling system is useful to understand the physical process of cohesive suspended sediment transport and deposition in tidal water bodies and to establish the mitigation strategy.
In this study, a two-dimensional hydrodynamic and sediment transport modeling system, HSCTM-2D is employed to simulate the amounts of long-term cohesive sediment deposition in two study bays, and its applicability is evaluated. The modeling system's two modules for hydrodynamic modeling and sediment transport modeling are calibrated, comparing the simulated results and the observed tidal levels, tidal current velocities, and suspended sediment concentrations in the Asan and the Cheonsu Bays, South Korea. It is found that there are good agreements between the simulation results and the observed values. The amounts of long-term cohesive sediment deposition of the two study bays are estimated using the modeling system, taking the suspended sediment concentrations from the open ocean in the tide-dominated environment into account. And, in the case of the Asan Bay, the annual deposition rate reaches 8.1 cm/yr; the Cheonsu Bay, 14.5 cm/yr. Overall, it is concluded that the modeling system is useful to understand the physical process of cohesive suspended sediment transport and deposition in tidal water bodies and to establish the mitigation strategy.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 아산만 해역과 천수만 해역의 점착성 부유사 퇴적환경을 파악하고 장기간 퇴적량을 추정하기 위하여 대상 해역의 해양환경을 조사 및 분석하였다. 또한, 2차원 유사운송모형인 HSCTM-2D 모형을 이용하여 대상 해역에서 조석으로 인한 점착성 부유사 운송 및 퇴적과정을 재현하였다.
제안 방법
개방경계조건으로는 외해와 경계면에서 계산시간별 조위값을 격자점마다 지정해주며, 측벽의 폐경계는 유속을 인접한 경계면과 평행하게 하는 slip 조건을 적용하였다. HSCTM-2D 모형에서는 부유사농도를 경계면에서 시간별로 입력하여 사용하나 본 연구에서는 개방경계의 부유사농도는 부유물이 조석과 함께 만의 안쪽으로 유입되는 창조시에는 일정한 농도를 사용하고, 부유물이 조석과 함께 만의 밖으로 유출되는 낙조시에는 식 (7)과 같은 외삽농도경계조건을 사용하였다.
또한, 유사운송모의에 대한 검정은 천수만 해역에서 2001년 2월 9일 14:00~19:00에 그림 7에 나타낸 14개 지점에서 조류속과 부유사 농도 측정자료와 모의결과를 비교하여 실시하였다. 각 지점에서는 아산만 해역에서와 동일한 방법으로 시간별로 측점의 위치, 수심, 유속, 부유사 농도, 염분의 농도, 수온 등의 자료를 측정하였다.
개방경계조건으로는 외해와 경계면에서 계산시간별 조위값을 격자점마다 지정해주며, 측벽의 폐경계는 유속을 인접한 경계면과 평행하게 하는 slip 조건을 적용하였다. HSCTM-2D 모형에서는 부유사농도를 경계면에서 시간별로 입력하여 사용하나 본 연구에서는 개방경계의 부유사농도는 부유물이 조석과 함께 만의 안쪽으로 유입되는 창조시에는 일정한 농도를 사용하고, 부유물이 조석과 함께 만의 밖으로 유출되는 낙조시에는 식 (7)과 같은 외삽농도경계조건을 사용하였다.
계산격자망은 사각형 요소와 삼각형 요소를 혼용하여 사용 하였으며 조간대가 형성되어 있는 해역에서는 조간대 모의시 유속의 불연속을 방지하기 위하여 격자망을 조밀하게 구성하였으며, 주수로가 있는 해역에서는 계산시간을 줄이기 위하여 격자망을 성기게 구성하였다. 그림 1의 우측에 있는 아산만 해역의 격자망은 총 14,015개의 절점과 5,125개의 요소로 구성되었으며, 조간대가 발달한 남양만 지역, 아산방조제와 삽교방조제, 대호방조제 전방, 제부도 부근에서 격자 망을 조밀하게 구성하였다.
또한, 2차원 유사운송모형인 HSCTM-2D 모형을 이용하여 대상 해역에서 조석으로 인한 점착성 부유사 운송 및 퇴적과정을 재현하였다. 그리고 보정된 모형을 이용하여 대상 해역에서 점착성 부유사의 장기 퇴적량을 추정하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
여름철과 겨울철의 부유물 농도 분포를 비교해 보면, 겨울철의 부유물 농도가 여름철부유물 농도보다 상대적으로 크며, 자료들의 표준편차도 크게 나타났다. 따라서 본 연구에서는 이들 자료들의 특성을 고려하여 부유물이 조석과 함께 만의 안쪽으로 유입되는 창조시에는 외해 부유사 농도를 여름철 20 mg/L, 겨울철 50 mg/L를 사용하고, 부유물이 조석과 함께 만의 밖으로 유출되는 낙조시에는 식 (7)과 같은 외삽농도경계조건을 사용하였다.
여름철과 겨울철의 부유물농도 분포를 비교해 보면, 겨울철의 부유물 농도가 여름철 부유물농도보다 상대적으로 크며, 자료들의 표준편차도 크게 나타났으며, 이는 아산만 해역과 유사한 특성이다. 따라서 부유물농도 자료의 특성을 고려하여 부유물이 조석과 함께 만의 안쪽으로 유입되는 창조시에는 부유사 농도 경계조건으로 여름철 20 mg/L, 겨울철 40 mg/L를 사용하고, 부유물이 조석과 함께 만의 밖으로 유출되는 낙조시에는 식 (7)과 같은 외삽농도경계조건을 사용하였다.
본 연구에서는 아산만 해역과 천수만 해역의 점착성 부유사 퇴적환경을 파악하고 장기간 퇴적량을 추정하기 위하여 대상 해역의 해양환경을 조사 및 분석하였다. 또한, 2차원 유사운송모형인 HSCTM-2D 모형을 이용하여 대상 해역에서 조석으로 인한 점착성 부유사 운송 및 퇴적과정을 재현하였다. 그리고 보정된 모형을 이용하여 대상 해역에서 점착성 부유사의 장기 퇴적량을 추정하였다.
모형은 대상 해역 내에 위치한 검조소의 실측조위, 조류속 및 부유사농도 측정자료와 모의결과를 비교하여 보정되었다. 또한, 보정된 모형을 이용하여 조석으로 인한 외해의 부유사유입 및 이동을 고려하여 만의 해저지형변화를 모의하였다.
천수만 해역 모형의 해수유동모의에 대한 검정은 보령검조 소에서 측정한 시간별 조위자료와 모의결과를 비교하여 실시하였다. 또한, 유사운송모의에 대한 검정은 천수만 해역에서 2001년 2월 9일 14:00~19:00에 그림 7에 나타낸 14개 지점에서 조류속과 부유사 농도 측정자료와 모의결과를 비교하여 실시하였다. 각 지점에서는 아산만 해역에서와 동일한 방법으로 시간별로 측점의 위치, 수심, 유속, 부유사 농도, 염분의 농도, 수온 등의 자료를 측정하였다.
모형에서 대상 해역의 침식 및 퇴적에 영향을 미치는 매개변수는 침강속도, 침식 및 퇴적한계전단응력, 침식률 계수 등이다. 이들은 실험이나 실측을 통하여 결정해야 하지만해당 해역의 토사를 이용한 실험자료가 없기 때문에 기존의 관련 연구결과들을 바탕으로 결정하였다.
본 연구에서는 아산만 해역과 천수만 해역에서 조석으로 인한 점착성 부유사운송과 퇴적과정을 파악하기 위하여 HSCTM-2D모형을 선정하였다. 모형은 대상 해역 내에 위치한 검조소의 실측조위, 조류속 및 부유사농도 측정자료와 모의결과를 비교하여 보정되었다. 또한, 보정된 모형을 이용하여 조석으로 인한 외해의 부유사유입 및 이동을 고려하여 만의 해저지형변화를 모의하였다.
유한요소법을 적용하기 때문에 비구조적인 격자들을 사용할 수 있으며, 대상영역에 대한 격자망을 현실성있게 구축할 수 있다. 본 모형은 해수유동 부모형인 HYDRO2D와 점착성 유사운송 부모형인 CS2D로 구성되어 있으며, 이들을 semi-coupling하여 유사이송 및 해저지형변화를 모의한다.
침식한계전단응력은 퇴적층의 깊이에 따른 시추퇴적물을 이용한 시험을 통해서 얻을 수 있으나 현장재현이 어려우므로 모형의 정성적인 보정이나 과거 연구자료에 의존하게 된다. 본 연구에서 적용한 퇴적층 깊이별 전단강도와 건조단위중 량은 한국해양연구소(1990)가 부산 인공섬 건설에 따른 퇴적물 이동 연구에서 적용한 값을 바탕으로 하여 퇴적층 깊이별로 전단강도와 건조단위 중량을 달리하여 22개 측정지점의 부유물 농도자료와 모의값을 비교하면서 보정하였다. 그림 6은 부유사농도 실측치와 모의치를 1:1 그래프로 비교한 것이며, 실측치와 모의치 사이의 R2는 0.
아산만 해역 모형의 해수유동모의에 대한 검정은 평택검조소에서 측정한 시간별 조위자료와 모의결과와 비교하여 실시하였으며, 유사운송모의에 대한 검정은 모의기간 중 측정한 22개 지점의 유속 및 부유사농도자료를 모의결과와 비교하여 실시하였다. 아산만 해역 모형의 검정을 위하여 그림2와 같은 측정지점에서 유속과 부유사 농도를 측정하였다. 아산만 해역에서는 2000년 12월 27일 08:00~16:00에 22개지점에서 각 시간별로 측점의 위치, 수심, 유속, 부유사 농도, 염분의 농도, 수온 등의 자료를 측정하였다.
아산만 해역 모형의 해수유동모의에 대한 검정은 평택검조소에서 측정한 시간별 조위자료와 모의결과와 비교하여 실시하였으며, 유사운송모의에 대한 검정은 모의기간 중 측정한 22개 지점의 유속 및 부유사농도자료를 모의결과와 비교하여 실시하였다. 아산만 해역 모형의 검정을 위하여 그림2와 같은 측정지점에서 유속과 부유사 농도를 측정하였다.
아산만 해역 모형의 검정을 위하여 그림2와 같은 측정지점에서 유속과 부유사 농도를 측정하였다. 아산만 해역에서는 2000년 12월 27일 08:00~16:00에 22개지점에서 각 시간별로 측점의 위치, 수심, 유속, 부유사 농도, 염분의 농도, 수온 등의 자료를 측정하였다. 측정지점의 위치는 휴대용 GPS 수신기를 이용하여 측정하였으며, 수심은 휴대용 음파 측심기를 사용하여 측정하였다.
아산만 해역의 장기간 지형변화를 모의하기 위하여 외해에서 유입되는 부유물의 농도를 표 3에 나타낸 것과 같이 20 mg/L와 50 mg/L인 기간으로 구분하였다. 외해농도가 20 mg/L인 시기에 대상해역 내에 퇴적되는 양은 39,592×103m3으로 나타났으며, 외해농도가 50 mg/L인 시기에 해역 내에 퇴적되는 양은 47,701×103m3으로 나타났다.
염분농도는 휴대용 염분농도측정기를 이용하여 수온과 함께 측정하였다.
측정지점의 위치는 휴대용 GPS 수신기를 이용하여 측정하였으며, 수심은 휴대용 음파 측심기를 사용하여 측정하였다. 유속은 부유 사를 측정한 지점에서 프로펠러 유속계를 이용하여 각 지점 별로 3~4개의 서로 다른 수심에서 측정하였으며, 각 수심에서 부유사 농도조사를 위한 시료를 채취하였으며, 여과법을 이용하여 부유사량과 부유사농도를 산정하였다. 염분농도는 휴대용 염분농도측정기를 이용하여 수온과 함께 측정하였다.
천수만 해역 모형에 적용된 침강속도는 아산만 모형과 동일한 방법을 사용하여 산정하였으며, 퇴적한계전단응력으로 0.10 N/m2를 사용하였다. 퇴적층 깊이별 전단강도와 건조단 위중량은 아산만 해역 모형의 보정에 사용한 방법과 같이 14개 측정지점의 부유물 농도자료와 모의결과를 비교하면서 보정하였다.
천수만 해역 모형의 해수유동모의에 대한 검정은 보령검조 소에서 측정한 시간별 조위자료와 모의결과를 비교하여 실시하였다. 또한, 유사운송모의에 대한 검정은 천수만 해역에서 2001년 2월 9일 14:00~19:00에 그림 7에 나타낸 14개 지점에서 조류속과 부유사 농도 측정자료와 모의결과를 비교하여 실시하였다.
천수만 해역의 장기간 지형변화를 모의하기 위하여 외해에서 유입되는 부유물의 농도를 표 3에 나타낸 것과 같이 20 mg/L과 40 mg/L인 기간으로 구분하였다. 외해농도가 20 mg/L인 경우에 대상해역 내에 퇴적되는 양은 49,441×103m3으로 나타났으며, 40 mg/L인 경우에 대상해역 내에 퇴적 되는 양은 61,038×103m3으로 나타났다.
아산만 해역에서는 2000년 12월 27일 08:00~16:00에 22개지점에서 각 시간별로 측점의 위치, 수심, 유속, 부유사 농도, 염분의 농도, 수온 등의 자료를 측정하였다. 측정지점의 위치는 휴대용 GPS 수신기를 이용하여 측정하였으며, 수심은 휴대용 음파 측심기를 사용하여 측정하였다. 유속은 부유 사를 측정한 지점에서 프로펠러 유속계를 이용하여 각 지점 별로 3~4개의 서로 다른 수심에서 측정하였으며, 각 수심에서 부유사 농도조사를 위한 시료를 채취하였으며, 여과법을 이용하여 부유사량과 부유사농도를 산정하였다.
10 N/m2를 사용하였다. 퇴적층 깊이별 전단강도와 건조단 위중량은 아산만 해역 모형의 보정에 사용한 방법과 같이 14개 측정지점의 부유물 농도자료와 모의결과를 비교하면서 보정하였다. 그림 11은 부유사농도 실측치와 모의치를 1:1 그래프로 비교한 것이며, 실측치와 모의치 간의 R2는 0.
대상 데이터
HSCTM-2D 모형을 사용하여 국내의 만에서 조석으로 인한 점착성 부유사 운송과 퇴적과정을 파악하고 퇴적량을 추정하기 위하여 대상해역으로 아산만 해역과 천수만 해역을 선정하였다. 아산만 해역은 그림 1과 같이 삽교방조제, 아산 방조제, 대호 방조제를 포함하는 해역으로 면적은 약 1,080 정도이다.
아산만 해역과 천수만 해역에는 각각 국립해 양조사원에서 운영하는 평택검조소와 보령검조소가 위치하고 있으며, 이곳에서 측정한 조위자료를 사용하여 모형을 보정할 수 있다. 각 모형의 외해경계조건은 한국해양연구원에서 제공한 주요지점의 조석모의자료를 사용할 수 있다. 국립수 산과학원에서는 아산만 해역의 대호방조제 전방, 자월도와 영흥도 부근과 천수만 해역의 태안연안 및 보령연안에서 매년 2월, 5월, 8월, 11월에 주기적으로 부유물 농도를 측정하고 있으므로 이를 외해 부유사 농도경계로 사용할 수 있다.
계산격자망은 사각형 요소와 삼각형 요소를 혼용하여 사용 하였으며 조간대가 형성되어 있는 해역에서는 조간대 모의시 유속의 불연속을 방지하기 위하여 격자망을 조밀하게 구성하였으며, 주수로가 있는 해역에서는 계산시간을 줄이기 위하여 격자망을 성기게 구성하였다. 그림 1의 우측에 있는 아산만 해역의 격자망은 총 14,015개의 절점과 5,125개의 요소로 구성되었으며, 조간대가 발달한 남양만 지역, 아산방조제와 삽교방조제, 대호방조제 전방, 제부도 부근에서 격자 망을 조밀하게 구성하였다. 그림 1의 좌측에 위치한 천수만 해역의 격자망을 나타낸 것으로 총 8,689개의 절점과 2,777개의 요소로 구성되었으며, 조간대가 발달한 황도와 대주부 근에서 격자망을 조밀하게 구성하였다.
그림 1의 우측에 있는 아산만 해역의 격자망은 총 14,015개의 절점과 5,125개의 요소로 구성되었으며, 조간대가 발달한 남양만 지역, 아산방조제와 삽교방조제, 대호방조제 전방, 제부도 부근에서 격자 망을 조밀하게 구성하였다. 그림 1의 좌측에 위치한 천수만 해역의 격자망을 나타낸 것으로 총 8,689개의 절점과 2,777개의 요소로 구성되었으며, 조간대가 발달한 황도와 대주부 근에서 격자망을 조밀하게 구성하였다.
아산만 해역은 그림 1과 같이 삽교방조제, 아산 방조제, 대호 방조제를 포함하는 해역으로 면적은 약 1,080 정도이다. 대상 해역의 수로 수심은 5~40 m 정도이며, 만안쪽은 대부분 저조시 노출되는 간석지로 구성되어 있다. 천수만 해역은 그림 1과 같이 북쪽에 서산 방조제가 위치하고 있으며, 해역의 면적은 약 770 정도이다.
두 해역의 말단에는 하천의 흐름을 막아 건설된 방조제들이 위치하고 있으며, 이들은 건설된 후 수년이 경과하여 방조제 전방에 새로운 갯벌이 형성된 상태이다. 따라서 외해에서 유입된 점착성 유사로 인해 발생하는 해저지형변화를 연구하는데 적절한 퇴적환경을 갖춘 것으로 판단되어 두 곳을 대상해역으로 선정하였다.
모형을 적용하기 위한 계산영역은 개방경계 조위자료, 부유물 농도자료, 모형 보정 자료 등의 수집 용이성을 고려하여 선정하였다. 아산만 해역과 천수만 해역에는 각각 국립해 양조사원에서 운영하는 평택검조소와 보령검조소가 위치하고 있으며, 이곳에서 측정한 조위자료를 사용하여 모형을 보정할 수 있다.
모형의 외해 농도경계는 국립수산과학원에서 매년 2월, 5월, 8월, 11월에 주기적으로 측정하고 있는 태안연안 5와 보령연안 4 관측지점의 부유물농도로 고려하여 설정하였다. 1997년~2002년에 그림 7에 나타낸 천수만 해역의 경계 부근의 주요지점에서 측정한 자료를 분석한 결과, 측정지점들의 부유물 농도는 여름철(8월)에 2.
외해 농도경계는 대상 해역의 개방경계 부근에서 국립수산과학원에서 매년 2월, 5월, 8월, 11월에 주기적으로 측정한 부유물 농도 자료를 사용하였다. 표 1은 1997년~2002년에 그림 2에 나타낸 것과 같이 아산만 해역의 경계 부근의 주요지점에서 측정한 자료를 분석한 결과이다.
데이터처리
아산만 해역 모형의 구동의 시간간격은 대상해역의 흐름특 성을 고려하여 0.033시간으로 하였으며, 조도계수(n)은 0.03이며, 실측치와 모의치 사이의 RMSE와 R2의 비교를 통하여 모의결과를 평가하였다. 부유사농도모의를 위한 초기농도는 모형보정을 위한 모의기간이 겨울철인 점과 외해부유사 농도 경계조건을 고려하여 50 mg/L를 사용하였다.
천수만 해역 모형의 구동의 시간간격은 대상해역의 흐름특성을 고려하여 0.033시간으로 하였으며, 조도계수(n)은 0.028이며, 실측치와 모의치 사이의 RMSE와 R2의 비교를 통하여 모의결과를 평가하였다. 부유사농도모의를 위한 초기농도는 모형보정을 위한 모의기간이 겨울철인 점과 외해부유사농도 경계조건을 고려하여 40 mg/L를 사용하였다.
이론/모형
EPA, 1995; Martin and McCutcheon, 1998). 본 연구에서는 아산만 해역과 천수만 해역에서 조석으로 인한 점착성 부유사운송과 퇴적과정을 파악하기 위하여 HSCTM-2D모형을 선정하였다. 모형은 대상 해역 내에 위치한 검조소의 실측조위, 조류속 및 부유사농도 측정자료와 모의결과를 비교하여 보정되었다.
본 연구에서는 외해로부터 유입되는 부유사로 인해 발생하는 해저지형변화와 퇴적량을 예측하기 위하여 HSCTM-2D(Hydrodynamics, Sediment, and Contaminant Transport Model) 모형을 사용하였다. HSCTM-2D 모형은 Hayter (1983)에 의해 개발되어 미국 EPA에서 보급하고 있으며, 하구 및 만의 부유사 운송 및 지형변화 모의에 주로 적용되고 있다(U.
이들은 실험이나 실측을 통하여 결정해야 하지만해당 해역의 토사를 이용한 실험자료가 없기 때문에 기존의 관련 연구결과들을 바탕으로 결정하였다. 침강속도는 황규남(2000)이 새만금 퇴적층에서 채취한 시료에 대한 침강시험결과를 이용하였다. 퇴적한계전단응력은 과거 연구결과들(Mehta and Partheniades, 1973; 안수환과 이상화, 1990; 김재중 등, 1995)을 바탕으로 0.
침강속도는 황규남(2000)이 새만금 퇴적층에서 채취한 시료에 대한 침강시험결과를 이용하였다. 퇴적한계전단응력은 과거 연구결과들(Mehta and Partheniades, 1973; 안수환과 이상화, 1990; 김재중 등, 1995)을 바탕으로 0.10 N/m2를 사용하였다. 침식한계전단응력은 퇴적층의 깊이에 따른 시추퇴적물을 이용한 시험을 통해서 얻을 수 있으나 현장재현이 어려우므로 모형의 정성적인 보정이나 과거 연구자료에 의존하게 된다.
성능/효과
1. HSCTM-2D 모형의 해수유동 부모형을 보정한 결과를 살펴보면, 아산만 해역의 경우에 평택검조소의 실측조위자료 모의결과 사이에 RMSE는 0.30 m, R2는 0.987, 대상 기간동안 22개 지점에서 측정한 유속자료와 모의결과 사이의 R2는 0.81, RMSE는 0.07 m/sec을 나타냈다. 천수만 해역의 경우에는 보령검조소의 실측조위자료와 모의결과 사이의 RMSE가 0.
2. HSCTM-2D 모형의 유사이동 부모형의 보정한 결과를 살펴보면, 아산만 해역의 경우에 22개 측정지점의 부유사 농도 실측자료와 모의결과들 사이에 R2는 0.84, RMSE는 7.7 mg/L를 나타냈다. 천수만 해역의 경우에는 14개 측정 지점의 부유사 농도 실측자료와 모의결과를 사이에 R2는 0.
3. 아산만의 연간 퇴적량을 추정하기 위하여 외해에서 유입되는 부유물 농도를 20 mg/L와 50 mg/L로 구분하여 모의한 결과, 각각 3.7 cm/yr와 4.4 cm/yr로 연간퇴적율은 8.1 cm/yr를 나타냈다. 천수만의 연간 퇴적량을 추정하기 위하여 외해에서 유입되는 부유물 농도를 20 mg/L와 40 mg/L로 구분하여 모의한 결과, 각각 6.
모의결과는 천수만 해역에서 퇴적이 주로 이뤄지는 곳은 원산도와 삽시도 사이, 대천항 부근, 죽도와 대주 부근으로 나타났다. 또한, 천수만 해역에서 침식이 주로 이뤄지는 곳은 천수만의 입구인 원산도와 영목 사이, 효자도와 송학도 사이로서 강한 유속에 의해 원지반이 침식되는 결과를 나타냈다.
8%의 범위를 나타냈다. 또한, 퇴적층 시료의 입도분포를 분석한 결과, 퇴적층의 조성이 점토와 실트로 구성된 것으로 나타났다. 천수만 해역의 퇴적층에서 깊이별로 채취한 시료를 분석한 결과, 비중은 2.
아산만 해역의 퇴적층에서 깊이별로 채취한 시료를 분석한 결과, 비중은 2.619~2.678, 습윤밀도는 1.742~1.791 t/m3 , 함수비는 32.4~67.8%의 범위를 나타냈다. 또한, 퇴적층 시료의 입도분포를 분석한 결과, 퇴적층의 조성이 점토와 실트로 구성된 것으로 나타났다.
6 mg/L이다(국립수산과학원, 2009). 여름철과 겨울철의 부유물 농도 분포를 비교해 보면, 겨울철의 부유물 농도가 여름철부유물 농도보다 상대적으로 크며, 자료들의 표준편차도 크게 나타났다. 따라서 본 연구에서는 이들 자료들의 특성을 고려하여 부유물이 조석과 함께 만의 안쪽으로 유입되는 창조시에는 외해 부유사 농도를 여름철 20 mg/L, 겨울철 50 mg/L를 사용하고, 부유물이 조석과 함께 만의 밖으로 유출되는 낙조시에는 식 (7)과 같은 외삽농도경계조건을 사용하였다.
1 cm/yr를 나타냈다. 천수만의 연간 퇴적량을 추정하기 위하여 외해에서 유입되는 부유물 농도를 20 mg/L와 40 mg/L로 구분하여 모의한 결과, 각각 6.5 cm/yr과 8.0 cm/yr로 연간퇴적율은 14.5 cm/yr를 나타냈다.
후속연구
본 연구결과는 대상 해역에 대한 이해를 증진시키고, 해상 공사와 같은 인위적인 영향으로 인한 피해를 완화시키기 위한 대책수립에 기여할 것으로 사료된다. 또한, 대상 해역의 퇴적환경의 변화는 생태환경에 영향을 미치므로 이들의 상호작용을 파악하기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구결과는 대상 해역에 대한 이해를 증진시키고, 해상 공사와 같은 인위적인 영향으로 인한 피해를 완화시키기 위한 대책수립에 기여할 것으로 사료된다. 또한, 대상 해역의 퇴적환경의 변화는 생태환경에 영향을 미치므로 이들의 상호작용을 파악하기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
부유사의 퇴적량과 퇴적형태가 영향을 받는 특성은?
부유사는 응집 덩어리를 형성하여 해저에 침강되며, 일시적으로 가라앉은 유사의 일부는 조류속에 의해 침식되어 재부상하여 부유사 상태로 다시 이동하며, 바닥에 남은 입자들은 장기간 압밀되어 퇴적층이 된다. 이와 같은 과정을 거친 부유사의 퇴적량과 퇴적형태는 해역의 조위, 조류속, 유향 등과 같은 수리적 특성으로부터 영향을 받는다. 또한, 장기간 유사퇴적은 해저지형을 변화시켜 항해에 지장을 주고 수질을 오염시키며 해상장비에 손상을 입히는 경우도 있다(서승원, 2004; McAnally et al.
부유사의 과정을 설명하시오.
이들은 조석이나 파랑에 의해 외해에서 유입된 부유물, 상류유역으로부터 유입된 토사, 해저나 해안에서 부상한 입자들이며, 대부분 미세하기 때문에 부유사 형태로 이동한다. 부유사는 응집 덩어리를 형성하여 해저에 침강되며, 일시적으로 가라앉은 유사의 일부는 조류속에 의해 침식되어 재부상하여 부유사 상태로 다시 이동하며, 바닥에 남은 입자들은 장기간 압밀되어 퇴적층이 된다. 이와 같은 과정을 거친 부유사의 퇴적량과 퇴적형태는 해역의 조위, 조류속, 유향 등과 같은 수리적 특성으로부터 영향을 받는다.
보정된 모형을 이용하여 점착성 부유사의 장기 퇴적량을 추정한 연구의 결과는?
1. HSCTM-2D 모형의 해수유동 부모형을 보정한 결과를 살펴보면, 아산만 해역의 경우에 평택검조소의 실측조위자료 모의결과 사이에 RMSE는 0.30 m, R2는 0.987, 대상 기간동안 22개 지점에서 측정한 유속자료와 모의결과 사이의 R2는 0.81, RMSE는 0.07 m/sec을 나타냈다. 천수만 해역의 경우에는 보령검조소의 실측조위자료와 모의결과 사이의 RMSE가 0.28 m, R2는 0.987, 대상 기간동안 14개 지점에서 측정한 유속자료와 모의결과 사이의 R2는 0.97, RMSE는 0.05 m/sec를 나타냈다.
2. HSCTM-2D 모형의 유사이동 부모형의 보정한 결과를 살펴보면, 아산만 해역의 경우에 22개 측정지점의 부유사 농도 실측자료와 모의결과들 사이에 R2는 0.84, RMSE는 7.7 mg/L를 나타냈다. 천수만 해역의 경우에는 14개 측정 지점의 부유사 농도 실측자료와 모의결과를 사이에 R2는 0.85, RMSE는 4.3 mg/L를 나타냈다.
3. 아산만의 연간 퇴적량을 추정하기 위하여 외해에서 유입되는 부유물 농도를 20 mg/L와 50 mg/L로 구분하여 모의한 결과, 각각 3.7 cm/yr와 4.4 cm/yr로 연간퇴적율은 8.1 cm/yr를 나타냈다. 천수만의 연간 퇴적량을 추정하기 위하여 외해에서 유입되는 부유물 농도를 20 mg/L와 40 mg/L로 구분하여 모의한 결과, 각각 6.5 cm/yr과 8.0 cm/yr로 연간퇴적율은 14.5 cm/yr를 나타냈다.
참고문헌 (23)
국립수산과학원(2009) 한국해양환경조사자료 .
김재중, 김기철, 이정만(1995) 낙동강 하구에서의 부유사 거동에 관한 연구, 한국해양공학회지, 한국해양공학회, 제9권, 제1호,pp. 120-131.
황규남(2000) 새만금 갯벌퇴적물의 침강속도 산정을 위한 실험적 연구, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제20권, 제2호, pp.277-286.
황보윤(2003) 이차원 유사운송모형을 이용한 해저지형변화 예측, 석사학위논문, 경성대학교.
Baugh, J.V. and Littlewood, M.A. (2005) Development of a cohesive sediment transport model of the Thames Estuary, Proceedings of Estuarine and Costal Modeling 2005, pp. 824-841.
Hayter, E.J. and Mehta, A.J. (1986) Modeling cohesive sediment transport in estuarine waters. Applied Mathematical Modeling, Vol. 10, pp. 294-303.
Hayter, E.J. (1983) Prediction of cohesive sediment movement in estuarial water, Ph. D. Thesis, University of Florida.
Martin, J.L. and McCutcheon, S.C. (1998) Hydrodynamics and transport for water quality modeling, CRC Press, Inc., Florida, USA.
McAnally, W.H., Teeter A., Schoellhamer, D., Friedrichs, C., Hamilton, D., Hayter E., Shrestha, P., Rodriguez, H., Sheremet, A., and Kirby R. (2007) Management of fluid mud in estuaries, bays, and lakes-: Measurement, modeling, and management, Journal of Hydraulic engineering, Vol. 133, No. 1, pp. 23-38.
Mehta, A.J. and Partheniades E. (1973) Depositional behavior of cohesive sediments, Technical report No. 16: Costal and oceanographic engineering Laboratory, University of Florida, Gainesville, Florida.
Nicholson, J. and O'Connor, B.A. (1986) Cohesive sediment transport model, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 112, No. 7, pp. 621-640.
Papanicolaou, A.N., Elhakeem M., Prakash, S., and Edinger, J. (2008) Sediment transport modeling review-current and future developments, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 134, No. 1, pp. 1-14.
U.S. Environmental Protection Agency(EPA) (1995) HSCTM-2D, a finite element model for depth-averaged hydrodynamics, sediment and contaminant transport, Georgia, USA.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.