[논문]대규모 매립에 대한 환경영향예측과 저감방안에 관한 연구

신범식; 김규한

대규모 매립에 대한 환경영향예측과 저감방안에 관한 연구
Prediction of Environmental Change and Mitigation plan for large scale reclamation 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.22 no.2, 2010년, pp.95 - 100

신범식 (관동대학교 첨단해양공간개발연구센터) , 김규한 (관동대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 구조물 건설 및 외부로부터 오염물질이 유입될 경우, 자연정화가 어려운 폐쇄성해역에서 실시되고 있는 대규모 매립이 수질 및 해양생태계에 미치는 영향을 파악하였다. 해양환경변화를 예측하기 위해 3차원 해수유동모델과 물질순환모델을 이용하여 현재의 해양환경을 재현하였으며, 매립 후의 수질 및 생태계 변화를 각각 검토하여 대규모 매립에 의한 환경변화를 평가하였다. 아울러, 매립에 의한 환경영향을 완화시킬 수 있는 방안을 제시하기 위해 수치모의결과로부터 얻어진 환경부하량과 기존의 조사결과를 이용하여 환경변화를 최소화할 수 있는 미티게이션방안으로서 인공갯벌, 인공해빈과 친수호안을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study we predicted some of the negative effects on the ocean ecosystem and water quality, caused by a coastal reclamation project in semi-closed bay that makes it extremely difficult to be purified by natural process. In order to predict change of water quality triggered by coastal reclamation, the 3D hydrodynamic model and material cycle model are used. And we suggested new ecological park, an artificial beach and eco-friendly revetments on the reclamation area to mitigate the environmental impacts affecting this area using the numerical simulation results and observation data.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

5에 제시한 개발계획에 대한 충분한 검토를 바탕으로 환경을 고려한 해역 환경창조 방법을 도입하고자 한다. 7,603,515 m²매립계획 중 현재 해안선에 접해있는 117 ha의 갯벌훼손에 의한 영향을 완화하기 위해 주요 훼손 생물인 바지락조개에 대한 복원방안을 제시하고자 한다.
이러한, 수질악화의 원인은 갯벌지역에 서식하고 있는 많은 양의 조개(clam), 바지락(malina clam)과 같은 Benthos의 소멸에 따른 것이며, 이것이 reclamation에 따른 Environmental Ecosystem Impact라고 할 수 있다. 본 연구에서는 계산결과로부터 얻어진 Environmental Ecosystem Impact량에 대한 mitigation idea로서 인공갯벌(artificial tidal flat), 인공해빈(artificial beach)과 친수호안(eco friendly revetments)를 고안하였다. 따라서, 개발에 의해 훼손되는 환경을 보전하기 위해 개발계획을 축소하는 것보다는 환경영향을 최소화할 수 있는 다양한 방법을 이용하는 것이 반드시 필요한 시기라고 판단된다.
본 연구에서는 폐쇄형 지형으로 자연정화가 어려운 자연적 특성을 가지고 있는 지역에서 실시되고 있는 대규모 매립에 의한 환경변화를 예측하기 위해 수행된 자연환경자료를 분석하고, 3차원 해수유동모델(3D Hydrodynamic model)과 물질 순환모델(Material cycle model)을 이용하여 현재의 수질현황을 재현하였으며, 아울러, 매립 후의 수질 및 생태계 변화를 예측하여 매립에 의한 환경변화를 정량적으로 검토하였다.
매립으로 인해 상실되는 대상 해역 주변에 존재하고 있는 갯벌면적은 117 ha이며, 여기에는 바지락, 조개가 생식하고 있다. 생산량에 대한 명확한 통계가 없기 때문에 이제까지 각지에서 관측된 생존량을 근거로 이 갯벌면적에 생식하고 있는 바지락조개를 추계(推計)하여, 이것을 보상하는 것을 목표로 한다. 기존에 갯벌과 바지락조개(a short-necked clam)의 관계를 장기간 관측한 치바현(Chiba, Japan)의 Banzu갯벌에서의 조사결과가 있으며, 원단위는 Table 1과 같이 되어있다.
손실되는 갯벌 및 기존환경을 복원하기 위한 Mitigation 방안의 목적은 환경을 지키고, 활용(창조)하여 환경을 육성(이용)시키는데 있다. 효과적인 Mitigation을 위해서는 대상지역의 환경특성을 염두에 두고, Fig. 5에 제시한 개발계획에 대한 충분한 검토를 바탕으로 환경을 고려한 해역 환경창조 방법을 도입하고자 한다. 7,603,515 m²매립계획 중 현재 해안선에 접해있는 117 ha의 갯벌훼손에 의한 영향을 완화하기 위해 주요 훼손 생물인 바지락조개에 대한 복원방안을 제시하고자 한다.

가설 설정

본 연구에서는 대규모 매립에 따른 생물(Benthos) 개체수의 감소가 수질환경에 직접적으로 영향이 있을 것으로 가정하여 환경영향저감방안을 수립하였다.

제안 방법

그러나, 생물체(Benthos)가 수질환경에 미치는 영향(Impact)는 연안환경에 따라 각각 다르다고 볼 수 있으나, 우선은 생물체의 서식공간을 보상하는 방안과 대상지역의 생물체의 효과를 정성적 또는 정량적으로 조사한 자료가 불충분하기 때문에 문헌자료(Yoshiharu Kon et al., 1989)를 이용하여 그 효과를 비교하였다.
일반적으로 해역에서 물질의 이동은 초기에는 조류의 수평 연직점성과 직각방향의 난류확산에 의해 분포하지만 그 이후에는 물질의 분산이 흐름의 항류성분에 의존하는 부분이 크기 때문에 조석류에 대해 층별 수질(물질순환)을 시뮬레이션 하기 위해서는 해수의 연직운동을 내부경계면을 고정해서 면을 통과하는 연직류로 표현하는 다층 model을 이용하여야한다. 따라서, 본 연구에서는 밀도류의 영향으로 흐름의 연직 방향 변화 또는 연직 방향의 순환류를 고려하기 위한 3차원 모델을 적용하였으며, 유체의 운동을 정식화한 기본식(운동방정식, 연속방정식)은 다음과 같다.
물질순환모델은 해수유동모델에 사용된 수심 및 격자망을 동일하게 적용하였고, 해수유동모델의 계산결과에서 도출된 유속장을 입력자료로 한다. 모델의 구성요들에 대한 각 수질 항목 중 무기태 질소와 인은 I-N(inorganic-nitrogen)과 I-P(inorganic -phosphorus)로 구분하여 비생물군으로 취급하였으며, 유기질 질소와 인은 O-N(organic-nitrogen)과 O-P(organicphosphorus)로 생물군으로 나타내었다. 특히, 본 모델에서는 유입부하(육상기원), 저니로부터의 용출에 의한 COD(COD1)와 수역의 내부생산에 의한 COD(COD2)로 구분하여, 물질 순환을 재현하였다.
물질순환모델은 해수유동모델에 사용된 수심 및 격자망을 동일하게 적용하였고, 해수유동모델의 계산결과에서 도출된 유속장을 입력자료로 한다. 모델의 구성요들에 대한 각 수질 항목 중 무기태 질소와 인은 I-N(inorganic-nitrogen)과 I-P(inorganic -phosphorus)로 구분하여 비생물군으로 취급하였으며, 유기질 질소와 인은 O-N(organic-nitrogen)과 O-P(organicphosphorus)로 생물군으로 나타내었다.
물질순환모델은 해수유동실험결과에서 산출된 시간별 유속, 유향 및 조위변동자료를 외력조건으로 대규모 매립에 의한 대상지역의 수질 및 영양염류의 변화를 파악하였다. 실험결과, 매립 전후의 변화를 비교하여 Fig.
본 연구에서 사용된 수질 및 환경변화 예측모형은 Fig. 1에서 나타내는 바와 같이 해수유동 특성을 재현하기 위한 3차원 해수유동모델, Fig. 2에서 나타내는 바와 같이 갯벌을 포함한 종합적인 물질순환과정을 거쳐 생성된 생물에 대한 영향을 예측하기 위한 물질순환모델로 구성된다. 본 모델은 해수유동실험에서 산출된 유속성분을 생태계 모델에 입력하여 각 구성요소에 대한 현존량의 시간적, 공간적인 변화를 계산함으로써 연안의 수질을 예측하는데 있어서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
아울러, 수치모형실험으로부터 얻어진 Environmental Ecosystem Impact량을 정성적으로 파악하여, 환경변화를 최소화할 수 있는 mitigation idea로서 인공갯벌(artificial tidal flat), 인공해빈(artificial beach)과 친수호안(eco friendly revetments)을 제안하고, 기존에 조사된 자료를 이용하여 그 정량적인 환경 보상에 대해 검토하였다.
모델의 구성요들에 대한 각 수질 항목 중 무기태 질소와 인은 I-N(inorganic-nitrogen)과 I-P(inorganic -phosphorus)로 구분하여 비생물군으로 취급하였으며, 유기질 질소와 인은 O-N(organic-nitrogen)과 O-P(organicphosphorus)로 생물군으로 나타내었다. 특히, 본 모델에서는 유입부하(육상기원), 저니로부터의 용출에 의한 COD(COD1)와 수역의 내부생산에 의한 COD(COD2)로 구분하여, 물질 순환을 재현하였다. 모델의 기본방정식은 다음에 나타내는 수질자료의 보존식(이류확산식)으로 나타낼 수 있다.

성능/효과

본 연구에서는 3차원 해수유동모델(3D Hydrodynamic model)과 물질순환모델(Material cycle model)을 이용하여 매립에 의해 발생되는 수질변화를 예측한 결과, 매립 후에는 갯벌이 사라지기 때문에 식물플랑크톤(phytoplankton)농도가 감소하고, 영양염(NH₃, NO₃, PO₄)은 증가하는 것으로 나타났다. 이러한, 수질악화의 원인은 갯벌지역에 서식하고 있는 많은 양의 조개(clam), 바지락(malina clam)과 같은 Benthos의 소멸에 따른 것이며, 이것이 reclamation에 따른 Environmental Ecosystem Impact라고 할 수 있다.
물질순환모델은 해수유동실험결과에서 산출된 시간별 유속, 유향 및 조위변동자료를 외력조건으로 대규모 매립에 의한 대상지역의 수질 및 영양염류의 변화를 파악하였다. 실험결과, 매립 전후의 변화를 비교하여 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 매립지 주변에서 농도변화가 크게 나타나고 있으며, 매립지의 북서측에서 식물 플랑크톤농도가 감소하고, 동측에서 증가하기 때문에 영양염은 그와 반대 변화경향을 나타내고 있다.
3에 나타내었다. 실험결과, 매립이 진행될 지역 주변에서의 유속 변화가 두드러지게 나타나고 있으며, 매립지 전면(동측)으로는 유속이 감소하고, 측면(북측)에서는 유속이 증가할 것으로 예측되었다.

후속연구

2에서 나타내는 바와 같이 갯벌을 포함한 종합적인 물질순환과정을 거쳐 생성된 생물에 대한 영향을 예측하기 위한 물질순환모델로 구성된다. 본 모델은 해수유동실험에서 산출된 유속성분을 생태계 모델에 입력하여 각 구성요소에 대한 현존량의 시간적, 공간적인 변화를 계산함으로써 연안의 수질을 예측하는데 있어서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
따라서, 개발에 의해 훼손되는 환경을 보전하기 위해 개발계획을 축소하는 것보다는 환경영향을 최소화할 수 있는 다양한 방법을 이용하는 것이 반드시 필요한 시기라고 판단된다. 아울러, 시공에 따른 주변 환경의 변화와 대책공법에 대한 효과를 항상 모니터링하는 Adaptive management 계획을 수립과 더불어, 추후 연구에서는 Benthos가 수질에 미치는 영향을 포함한 정량적인 보상에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	매립에 의한 환경변화를 예측하기 위해서 어떤 것이 선행되어야 하는가?	매립에 의한 환경변화를 예측하기 위해서는 대상해역의 수질현황자료조사가 선행되어야하며, 관측자료를 이용하여 보정된 수치모델에 의한 정도 높은 예측이 필요하다.
	손실되는 갯벌 및 기존 환경을 복원하기 위한 Mitigation 방안의 목적은 무엇인가?	손실되는 갯벌 및 기존환경을 복원하기 위한 Mitigation 방안의 목적은 환경을 지키고, 활용(창조)하여 환경을 육성(이용)시키는데 있다. 효과적인 Mitigation을 위해서는 대상지역의 환경특성을 염두에 두고, Fig.
	매립에 의한 환경영향을 완화시킬 수 있는 방안을 제시하기 위해 수치 모의 결과로부터 얻은 환경부하량과 기존의 조사 결과를 이용하여 환경 변화를 최소화할 수 있는 Mitigation 방안으로 고안한 것은 무엇인가?	이러한, 수질악화의 원인은 갯벌지역에 서식하고 있는 많은 양의 조개(clam), 바지락(malina clam)과 같은 Benthos의 소멸에 따른 것이며, 이것이 reclamation에 따른 Environmental Ecosystem Impact라고 할 수 있다. 본 연구에서는 계산결과로부터 얻어진 Environmental Ecosystem Impact량에 대한 mitigation idea로서 인공갯벌(artificial tidal flat), 인공해빈(artificial beach)과 친수호안(eco friendly revetments)를 고안하였다. 따라서, 개발에 의해 훼손되는 환경을 보전하기 위해 개발계획을 축소하는 것보다는 환경영향을 최소화할 수 있는 다양한 방법을 이용하는 것이 반드시 필요한 시기라고 판단된다.

참고문헌 (5)

신범식, 김규한, 편종근 (2006). 물질순환모델을 이용한 울산해역의 수질예측, 한국해양공학회 논문집, 20(1), 55-62.
Leendertse, J.J. and Liu, S.K. (1975). A three-dimensional model for estuary and coastal seas. Aspects of computation, Vol. II, Report No. R-1764-OWRT, The Rand Corporation, California, USA.
Hayter, E.J. and Pakala, C.V. (1989). Transport of inorganic contaminants in estuarian waters. J. Coast. Res., Spec. Iss, Vol. 5, 217-330.
Nakata, K., (1993). Ecosystem model. Its formulation and estimation method for unknown rate parameters. Journal of Advanced Marine Technology Conference. Vol.1, No.8, 99-138.
Yoshiharu Kon et al. (1996). An Examination of the Judgement in Introducing Japan's Mitigation Style, Tecno-Ocean '96 international Symposium -Proceedings II, 251-256.

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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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