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문제 정의
- 해중림 및 해조장 적지선정에 관한 연구로는[7]이 현재까지 유일하나, 분석대상지의 단계별 적지후보대상선정에 있어 정량적 방법이 제시되어 있지가 않아, 후보적지를 선정하기에는 모호한 점이 있으며, 일본이라는 해역적 특성이 우리나라와는 부합되지 않는다. 따라서 본 연구의 목적은 한국의 바다숲 조성사업에 있어 지형, 광량, 저질, 파고 및 유속 등의 물리적 환경을 고려한 최적의 장소를 정량적으로 도출하여 시설물이 최적의 효과를 낼 수 있도록 설계함에 있다.
제안 방법
- 역에 구조물을 안정하게 유지・보전하기 위하여 경사, 보상심도, 퇴적물, 파랑, 해수 흐름의 5가지 물리환경항목에 관하여 적지조사를 수행하였다. 각 항목들을 효율적으로 분석하기 위하여 Kriging 보간법을 사용하여 격자화된 공간분포도를 작성하였고, 적지조사지침기준에 따라 각 항목에 적지지수(SI)를 적용하여 제 1적지, 제 2적지, 제 3적지 및 부적지로 세분화하여 정량적으로 적지를 도출하고자 하였다. 그 결과 최적지는 0.
- 분석된 물리환경 요소의 GSDM에 각각의 SI(Suitability Index : 적지지수)를 부여하였다. 각각의 물리환경항목에 대하여 바다숲조성에 있어 가장 안정한 환경을 제공할 것으로 판단되는 영역은 최적의 적지(제 1적지)로써 SI 100을 부여하였으며, 물리환경적으로는 불안정한 면이 있으나, 기술적으로 해결 할 수 있는 영역에 대해서는 적지후보지(제 2적지)로 판단하여 SI 50을 부여하였다. 그리고 부적지는 SI를 0으로 처리하여, 각각의 GSDM에 대한 SI분포의 중첩을 통해 제 1적지, 제 2적지, 제 3적지, 부적지의 총 4단계로 분류하였다.
- 유속의 분포는 인근해역에서 측정된 국립해양조사원의 대조의 최강 창・낙조류의 유속을 바탕으로 수치모형을 통하여 바다숲이 조성될 지역의 유속분포를 표층과 저층으로 격자를 조밀하게 주어 자세하게 나타내었다. 계산조건은 Table 1과 같으며, 인공어초의 적지조사 지침에 따르면 적지가 되기 위한 유속의 강도는 2m/s를 넘지 않도록 규정하고 있으므로 대상 바다숲조성지의 유속분포가 2m/s를 넘지 않는지에 대한 조사를 실시하였다.
- 각각의 물리환경항목에 대하여 바다숲조성에 있어 가장 안정한 환경을 제공할 것으로 판단되는 영역은 최적의 적지(제 1적지)로써 SI 100을 부여하였으며, 물리환경적으로는 불안정한 면이 있으나, 기술적으로 해결 할 수 있는 영역에 대해서는 적지후보지(제 2적지)로 판단하여 SI 50을 부여하였다. 그리고 부적지는 SI를 0으로 처리하여, 각각의 GSDM에 대한 SI분포의 중첩을 통해 제 1적지, 제 2적지, 제 3적지, 부적지의 총 4단계로 분류하였다.
- 본 연구해역은 유속이 매우 정온하여 해중시설물에 있어서 유속으로 인한 피해는 없을 것으로 사료된다. 따라서 유속에 대해 대상해역 전역을 제 1적지로 판정하여 SI 100을 부여하였다.
- 0m/s이상인 곳은 부적지로 명시해놓고 있다. 따라서 파랑으로 인한 궤도유속의 분포를 파악하였다. 파고는 수심이 얕아짐에 따라 파장의 감소와 더불어 약간씩 증가하는 경향을 보이며, 수립자 속도는 수심 5m대 이심부터 수립자속도의 증가양상이 나타난다.
- 바다숲 조성지에 대하여 15개의 정점(Figure 5)에 걸쳐 퇴적물을 채취하였으며, 바다숲 조성해역의 퇴적물 양상에 대한 GSDM을 작성하였다(Figure 6). 대상해역은 해안선에 연해 사력질이 우세하며, 가장 안쪽 내만은 자갈로만 구성이 되어있다.
- 바다숲 조성해역의 최적적지를 산출하기 위하여 각각의 항목에 대하여 중첩을 하였다. 각각의 항목은 제 1적지, 제 2적지, 제 3적지, 부적지로 구성되어 있다.
- 바다숲이 조성될 해역의 적지분석은 보간기법을 이용, 래스팅화된 물리환경적인 요소들을 중첩시키는 방법으로 수행하였다. 분석된 물리환경 요소의 GSDM에 각각의 SI(Suitability Index : 적지지수)를 부여하였다.
- 보간된 수심자료를 이용하여 경사도를 산정하였다. 경사도는 가장 급격한 경사를 지니는 곳의 방향을 기준으로 하였으며 [13]의 식(1)로 산정되었다[13].
- 그러나 DTM에서는 지형의 기복뿐만이 아니라 지표의 다른 속성도 포함시킬 수 있기 때문에 더 포괄적인 의미를 지닌다고 할 수 있다[12]. 본 연구에서는 DTM 을 바탕으로 하여 바다숲이 조성될 해역의 수심, 광량, 저질, 파고, 유속의 물리환경적인 요소를 Kriging 방법으로 보간 및 레스팅화한 후 격자화된 공간분포도(GSDM)로 작성을 하여 적지 선정시에 각 격자를 중첩시킴으로써 최적 적지를 산출하였다.
- 이 방법은 한 점에서 다른 모든 점들 간의 거리와 속성의 차를 구한 뒤, 이들 두 변수를 축으로 하여 배리오그램(분산도)을 획득 할 수 있으며, 일반적으로 점들 간의 거리가 가까울수록 속성 값의 변이는 작지만, 거리가 증가할수록 속성 변이는 증가하게 된다는 원리를 배리오그램(분산도)을 사용하여 계산한다[11]. 본 연구에서는 격자 간격 12m의 Ordinary Kriging을 사용하였으며, 분산도는 slope=1을 지니는 선형방법을 사용하였다.
- Figure 4는 GSDM화된 지형을 바탕으로 각 격자간의 경사도를 산정한 것이다. 본 연구해역은 x방향으로 100, y방향으로 75개의 격자를 생성케 하였으며, 격자간의 거리는 x방향으로 12.12m, y방향으로는 12.08m가 되게끔 하였다. Table 2에 의하면 급격한 경사로 인해 해중구조물의 불안정성을 야기하는 급경사를 피하기 위해 경사도 0.
- 바다숲이 조성될 해역의 적지분석은 보간기법을 이용, 래스팅화된 물리환경적인 요소들을 중첩시키는 방법으로 수행하였다. 분석된 물리환경 요소의 GSDM에 각각의 SI(Suitability Index : 적지지수)를 부여하였다. 각각의 물리환경항목에 대하여 바다숲조성에 있어 가장 안정한 환경을 제공할 것으로 판단되는 영역은 최적의 적지(제 1적지)로써 SI 100을 부여하였으며, 물리환경적으로는 불안정한 면이 있으나, 기술적으로 해결 할 수 있는 영역에 대해서는 적지후보지(제 2적지)로 판단하여 SI 50을 부여하였다.
- 해중림초를 시설하기 위하여 설계파고를 산정하였다. 설계파고는 50년빈도의 설계파고 및 주기를 이용하였으며, 파고와 주기로 인한 수립자 속도는 미소진폭파 이론(식 (4)와 (5))으로 계산하였으며[16], 천수변형으로 인한 파고의 변화는 식 (6)을 이용하여 산정하였다[17]. 쇄파대는 시설물을 설치할 수가 없는 곳으로서 Yamada(1968)의 쇄파 공식 식 (7)을 이용하여 쇄파가 일어나는 수심대를 계산하였다[18].
- 역에 구조물을 안정하게 유지・보전하기 위하여 경사, 보상심도, 퇴적물, 파랑, 해수 흐름의 5가지 물리환경항목에 관하여 적지조사를 수행하였다. 각 항목들을 효율적으로 분석하기 위하여 Kriging 보간법을 사용하여 격자화된 공간분포도를 작성하였고, 적지조사지침기준에 따라 각 항목에 적지지수(SI)를 적용하여 제 1적지, 제 2적지, 제 3적지 및 부적지로 세분화하여 정량적으로 적지를 도출하고자 하였다.
- 바다숲 조성해역에서의 퇴적물조사를 위해서 100 ~ 150m의 간격으로 선상에서 피스톤 코어를 이용하여 퇴적물을 채취하였으며, 피스톤 코어로 채취할 수 없는 정점은 다이버를 투입하여 시료를 채취하였다. 채취된 시료는 2, 1, 0.5, 0.25, 0.0125, 0.063mm 크기의 체를 이용하여 입도분석을 실시하였다. 분석된 입도는 [15]의 통일분류법(USCS)으로 분류하였다[15].
- 해중림초를 시설하기 위하여 설계파고를 산정하였다. 설계파고는 50년빈도의 설계파고 및 주기를 이용하였으며, 파고와 주기로 인한 수립자 속도는 미소진폭파 이론(식 (4)와 (5))으로 계산하였으며[16], 천수변형으로 인한 파고의 변화는 식 (6)을 이용하여 산정하였다[17].
대상 데이터
- 바다숲 조성지에 대하여 15개의 정점(Figure 5)에 걸쳐 퇴적물을 채취하였으며, 바다숲 조성해역의 퇴적물 양상에 대한 GSDM을 작성하였다(Figure 6). 대상해역은 해안선에 연해 사력질이 우세하며, 가장 안쪽 내만은 자갈로만 구성이 되어있다. 해안에서 멀어질수록 사질 및 니질 함유량이 높아져 내만의 가장 중심지에서는 니사질의 분포를 보이며, 만 입구에서는 사니질의 분포를 보이고 있다.
- 0m/s정도로 비교적 완만한 유속을 지니고 조류보다 해류의 영향을 비교적 많이 받는 곳이다[10]. 또한 파랑의 영향을 최소화 하기 위하여, 거문도 해역의 남쪽은 태풍의 영향을 직접적으로 받을 것으로 판단되어 파랑으로부터 시설물의 안정성을 최대한 확보할 수 있는 거문도 북부해역의 내만을 대상해역으로 선정하였다.
- 바다숲 조성해역에서의 퇴적물조사를 위해서 100 ~ 150m의 간격으로 선상에서 피스톤 코어를 이용하여 퇴적물을 채취하였으며, 피스톤 코어로 채취할 수 없는 정점은 다이버를 투입하여 시료를 채취하였다. 채취된 시료는 2, 1, 0.
- 수주내에서 광합성이 일어날 수 있는 수심을 알아보기 위해 보상심도를 이용하였으며 표면조도를 파악하기 위하여 광도계를 이용하여 2009년 4월 1일부터 4월 30일까지 측정하였다. 보상심도는 투명도판을 이용하여 [14]의 경험식을 사용하여 소광계수를 계산하였고 식 (2), 소광계수는 식 (3)을 이용하여 보상심도를 산정하였다[14].
- 연구대상이 되는 거문도 북부 해역은 대조차가 3m내외의 반일주조가 우세한 해역이며 평균 유속은 대조기시에 창·낙조 공히 0.45~1.0m/s정도로 비교적 완만한 유속을 지니고 조류보다 해류의 영향을 비교적 많이 받는 곳이다[10].
이론/모형
- 수주내에서 광합성이 일어날 수 있는 수심을 알아보기 위해 보상심도를 이용하였으며 표면조도를 파악하기 위하여 광도계를 이용하여 2009년 4월 1일부터 4월 30일까지 측정하였다. 보상심도는 투명도판을 이용하여 [14]의 경험식을 사용하여 소광계수를 계산하였고 식 (2), 소광계수는 식 (3)을 이용하여 보상심도를 산정하였다[14].
- 본 연구에서는 국지적 공간 인터폴레이션으로서 일반적으로 사용되고 있는 Kriging 방법을 사용하였다. 이 방법은 한 점에서 다른 모든 점들 간의 거리와 속성의 차를 구한 뒤, 이들 두 변수를 축으로 하여 배리오그램(분산도)을 획득 할 수 있으며, 일반적으로 점들 간의 거리가 가까울수록 속성 값의 변이는 작지만, 거리가 증가할수록 속성 변이는 증가하게 된다는 원리를 배리오그램(분산도)을 사용하여 계산한다[11].
- 063mm 크기의 체를 이용하여 입도분석을 실시하였다. 분석된 입도는 [15]의 통일분류법(USCS)으로 분류하였다[15].
- 설계파고는 50년빈도의 설계파고 및 주기를 이용하였으며, 파고와 주기로 인한 수립자 속도는 미소진폭파 이론(식 (4)와 (5))으로 계산하였으며[16], 천수변형으로 인한 파고의 변화는 식 (6)을 이용하여 산정하였다[17]. 쇄파대는 시설물을 설치할 수가 없는 곳으로서 Yamada(1968)의 쇄파 공식 식 (7)을 이용하여 쇄파가 일어나는 수심대를 계산하였다[18].
- Figure 2는 바다숲 조성해역의 해저지형과 수심의 분포를 GSDM화 하여 나타내었다. 해저지형, 수심 및 경사도에 관한 GSDM은 식 (2) 및 (3)을 이용하여 Kriging으로 보간하였으며 Variogram으로써는 Linear모델을 사용하여 작성하였다. Figure 4는 GSDM화된 지형을 바탕으로 각 격자간의 경사도를 산정한 것이다.
성능/효과
- Figure 7은 거문도 주변해역의 50년주기 설계 유의파에 관한 파랑분포도이다[21]. 결과를 살펴보면, 거문도 해역에서는 ESE방향으로 파고가 12m로서 가장 높다는 사실을 알 수 있으며 이는 태풍의 경로가 대체적으로 남동쪽인 것에 기인하는 것으로 판단된다. 따라서 남쪽해역은 설계파고가 높아 바다숲 시설물을 조성하기에 파랑으로 인한 수심의 제약을 많이 받을 것으로 사료된다.
- Figure 3은 경사도산정결과를 GSDM화 한 것이다. 경사도 산정결과 0.05미만의 평탄한 해역은 만의 가장 안쪽 부분과 만의 중앙에서 만입구의 북동쪽에 걸친 해역으로서 2.9˚이하의 평탄한 해저지형을 지니고 있는 것으로 나타났으며, 해안선에 연한 곳은 대부분 20˚이상의 급경사를 지니고 있어 해안선에 너무 근접할 경우 구조물의 착저에 불안정성이 야기 될 것으로 사료된다. 따라서 경사도가 2.
- 각 항목들을 효율적으로 분석하기 위하여 Kriging 보간법을 사용하여 격자화된 공간분포도를 작성하였고, 적지조사지침기준에 따라 각 항목에 적지지수(SI)를 적용하여 제 1적지, 제 2적지, 제 3적지 및 부적지로 세분화하여 정량적으로 적지를 도출하고자 하였다. 그 결과 최적지는 0.25ha로 나타났으며, 제 2적지와 제 3적지는 2.36ha, 1.8ha로 각각 나타났다. 제 1적지에 비해 제 2적지는 제한요소가 경사도로 분석되었다.
- Figure 13은 각 항목에 대해 SI(최적지 100, 적지후보지 50, 부적지 0)를 부여하였고, 부여된 SI를 바탕으로 각 항목별로 작성된 GSDM에 적용하여 중첩을 한 것이다. 그 결과, 제1적지는 SI 총합이 500이며, 제 2적지는 450, 제3적지는 400으로 구분되었다.
- 9˚이하의 평탄한 해저지형을 지니고 있는 것으로 나타났으며, 해안선에 연한 곳은 대부분 20˚이상의 급경사를 지니고 있어 해안선에 너무 근접할 경우 구조물의 착저에 불안정성이 야기 될 것으로 사료된다. 따라서 경사도가 2.9˚미만의 평탄한 해역은 제 1적지로써 SI를 100으로 하였으며, 경사도가 비교적 평탄한 해역인 5.7˚까지를 제 2적지로써 SI 50을 부여하였다. 그 이외의 영역은 해중구조물의 착저에 불안정을 야기 할 것으로 판단하여 모두 부적지로 판정하였다.
- 9˚미만에 수심 6~8m 대에 분포하며, 파랑 및 유속에 대해 안정하고, 저질이 점토가 약간 혼합된 자갈질로 된 해역이다. 따라서 제1적지는 Table 2에 의거, 경사도, 보상심도, 퇴적물 분포, 파랑 및 유속에 대한 제반조건을 모두 충족하는 곳으로서 바다숲을 시설하기에 물리 환경적으로 가장 안정한 장소를 제공할 것으로 판단되며 적지면적은 0.25ha로 분석되었다. 제 2적지는 경사도가 2.
- 정점 1을 제외하고 모든 정점에서 표층과 저층의 유속이 거의 유사하게 나타나 바다숲 조성지에서의 표·저층 유속차이는 존재하지 않는 것으로 나타났다.
- 파랑 및 유속에 대해서 안정하며 저질은 점토가 섞인 모래지반으로 구성되어있다. 제 1적지에 비하여 경사도가 비교적 급하며, 광량이 약한 것으로 분석되었으며, 적지면적은 1.8ha로 분석되었다. 구분된 적지에 대한 각각의 SI 및 총 SI를 참조하기 위하여 Table 6으로 정리하였다.
- 파랑 및 유속에 대해서 안정하며, 저질은 점토가 약간 섞인 자갈 및 모래지반으로 구성되어있다. 제 1적지에 비해 경사도가 비교적 급한 양상을 보이고 있으며 적지면적은 2.36ha로 분석되었다. 제 3적지는 경사도는 2.
- 따라서 파랑으로 인한 궤도유속의 분포를 파악하였다. 파고는 수심이 얕아짐에 따라 파장의 감소와 더불어 약간씩 증가하는 경향을 보이며, 수립자 속도는 수심 5m대 이심부터 수립자속도의 증가양상이 나타난다. 설계파고에 의해 쇄파가 일어나는 3.
후속연구
- 그러므로 제 2적지의 보강시설에 덧붙여 대상해조류를 선정할 시에 광량이 약해도 광합성을 할 수 있는 종을 선정하여 시설할 필요가 있다. 따라서 제 2 및 3적지에 상기의 조건을 적용하여 바다숲을 조성한다면, 제 1적지와 동등한 효과를 낼 수 있을 것으로 판단되며, 제 1적지의 16배에 달하는 적지면적을 추가적으로 확보할 수 있을 것으로 사료된다.
- 향후, 적지조사 자료가 최적화된 바다숲 조성사업의의 기초자료로 활용되기 위해서는, 다른 여러보간기법의 상세한 검증을 통하여 보다 정밀한 적지면적을 도출할 필요가 있으며, 물리환경 뿐만 아니라, 해조류의 생리 및 생태에 대해서도 보다 면밀하게 고려하여 물리와 생물환경을 종합적으로 고찰하여 적지를 도출해야 할 것으로 판단된다.
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