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광양만과 진주만 해역에서 담수 유입으로 인한 밀도성층 변화
Variation of Density Stratification due to Fresh Water Discharge in the Kwangyang Bay and Jinju Bay 원문보기 논문타임라인

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.23 no.1, 2011년, pp.126 - 137  

강영승 ((주)전략해양) ,  채영기 ((주)전략해양) ,  이형래 ((주)한국해양과학기술)

초록
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본 연구에서는 EFDC 모델을 이용하여 광양만과 진주만 해역에 대한 조석과 수온, 염분을 고려한 3차원 해수순환 양상을 재현하였다. 수치모델 결과는 관측 자료를 이용하여 검증하였고 그 결과 모델은 관측결과를 잘 재현하였다. 실험 결과, 연구해역의 해수순환은 노량수도와 대방수도 중간 해역에서 해수가 수렴 및 발산되는 양상을 보이고 잔차류는 전형적인 2층 순환구조를 보인다. 모델을 통해 광양만과 진주만 일대의 밀도성층 변화를 분석한 결과, 연구해역은 담수의 영향이 지배적인 해역으로 진주만의 경우 남강댐 방류의 영향을 지배적으로 받는 해역이지만 남강댐에서 방류를 하지 않는 경우에는 섬진강의 영향도 받는 것으로 나타났다. 한편 남강댐 방류시에는 광양만의 성층이 상대적으로 강화되는 결과를 볼 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study simulate three-dimensional ocean circulation patterns using the EFDC model in the Kwangyang Bay and Jinju Bay, considering tide, water temperature and salinity. The numerical model results were verified using observed data. The model results well reproduced the observed data. As a result,...

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  • 연구해역에서 섬진강과 남강댐 담수영향으로 인한 밀도성층 변화를 분석하기 위해 3차원 해수유동실험을 수행하였다. 예측실험은 2007년 하계상황을 대상으로 검증된 모델을 이용하여 담수 유입이 없는 경우와 섬진강 담수 유입만 있는 경우 및 남강댐 담수 유입만 있는 경우를 가정하여 실험하였다(Table 4).
  • 또한, 수치실험을 이용하여 밀도성층변화 분석 결과, 연구해역은 섬진강과 남강댐의 담수가 진주만과 광양만에 각각 밀도성층에 영향을 주는 것으로 나타났다. 이는 담수유입이 있는 경우와 유입되지 않는 경우를 구분하여 모델실험을 통해 도출한 결과이며, 남강댐의 담수 방류는 없는 경우가 있지만 Case X와 Case B는 지속적으로 해수역으로 담수를 유입시키는 섬진강담수가 없는 것으로 가정한 상황으로 광양만과 진주만 양측 해역의 수괴가 상호 영향을 주는 것을 정성적으로 파악하였다. 정량적인 영향정도를 파악하기 위해서는 장기적인 관측을 통한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code)모델은 어디에서 개발한 것인가? 연구 대상해역인 광양만과 진주만 일대의 경압효과를 고려한 해수유동특성을 재현하기 위해 사용한 모델은 EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code)모델이다. EFDC모델은 미국 VIMS(Virginia Institute of Marine Science, Hamrick, 1992)에서 개발된 것으로 연안, 하구 호소, 습지 등의 해수유동 및 물질수송을 모의할 수 있는 3차원 모델로 현재 세계의 여러 대학 및 연구기관에서 적용한 바 있다(Park et al., 2005).
담수와 해수가 만나는 기수역의 물리적인 특성은 주로 무엇에 의해 영향을 받는가? 담수와 해수가 만나는 기수역의 물리적인 특성은 주로 강우량, 기온, 바람, 조석 등에 의해 영향을 받는데, 특히 기수역의 해수순환은 계절별 담수유입량의 변화에 따라 순환양상이 다르게 나타난다. 이를 파악하기 위해서는 장기간의 관측이 필요한데 Lee et al.
EFDC 모델이 복잡한 연안 지형과 하천의 흐름을 직각좌표계 보다 잘 재현할 수 있는 이유는 무엇인가? EFDC 모델은 수직방향으로 σ좌표계를 사용하며, 수평방향으로는 직각(cartesian)또는 직교-곡선(orthogonal-curvilinear) 좌표계를 사용할 수 있으므로 복잡한 연안 지형과 하천의 흐름을 직각좌표계 보다 잘 재현할 수 있는 장점을 가진다. 수직 와동점성계수를 계산하기 위하여 Mellor and Yamada(1982) 의 turbulence closure scheme(level 2.
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참고문헌 (22)

  1. 김태인, 이형래, 장경일 (2006). 새만금해역에서 밀도성층의 계 절변동. Ocean and polar Research, 28(3), 339-352. 

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    PEA는 수층을 완전 혼합 시키는데 필요한 단위 체적당의 일인데 수층의 현재 위치에너지와 이 수층이 수직적으로 완전히 혼합되었을 경우의 위치에너지의 차이를 의미한다(김 등, 2006).

  2. 최현용, 이상호, 오임상 (1998). 황해 중부 연안 수온전선역의 정량적 해석. 한국해양학회지, 바다, 3, 1-8. 

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    밀도성층의 변화는 성층강도 계산을 통해 분석하였는데 많은 연구자들이 수직 적분한 potential energy anomaly(이하 PEA) 개념을 도입하여 하구 및 연안의 성층분석을 수행하였다(최 등, 1998; Lee and Cho, 1998; Simpson and Bowers, 1981; Simpson et al., 1990; Rippeth et al., 2001; Lie et al., 2002; Palacios-Hernandez et al., 2002).

  3. 추효상, 이병걸, 이규형 (2002). 다층 진단모델에 의한 광양만의 잔차류 수치실험. 한국환경과학회지, 11, 637-650. 

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    광양만은 광양제철소가 건설된 이후 컨테이너부두 건설과 같은 매립공사와 항로유지를 위한 준설공사가 지속적으로 이루어져 왔으며 이에 따른 해양환경 변화를 평가하기 위해 해양관측 및 예측실험이 수행되었다(추 등, 2002).

  4. 한성대 (1995). Eulerian-Lagrangian 수송 모형에 의한 광양만의 유류확산 모의. 대한환경공학회지, 17(8), 735-747. 

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    연구해역인 광양만과 진주만 해역은 우리나라 남해안의 중앙에 위치하고 있으며, 남해도를 기준으로 서측의 광양만은 남측의 여수수도를 통해 외해와 연결되어 있고, 동측의 진주만은 북쪽으로 사천만, 남쪽으로 강진만과 연결되며 창선도 북측의 대방수도와 남측의 창선수도를 통해 외해로 연결되어있다(한, 1995).

  5. Blumberg, A.F. and Mellor G.L. (1987). A description of a three dimensional Coastal Ocean Model. Ed. by N. S. Heaps, Coast, Est. Sci., 4, 1-16. 

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    또한 EFDC 모델은 수질 모델이나 퇴적물이동 모델과 접합이 용이한 장점을 가지고 있으며(Sission et al., 1997) 물리적, 수치해석적으로 Blumberg and Mellor(1987)의 모델과 많은 공통점을 가지고 있으며 보다 자세한 설명은 Hamrick(1992)에 제시되어 있다.

  6. Cho, C.W. (2005). A study on the circulation between the Gwangy-ang bay and the Jinju bay, the south coast of Korea. M.S. thesis, Chonnam National University, 72 p. 

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    한편, Cho(2005)는 광양만과 진주만 해역의 해수유동 상황을 2개의 주요 조석조화상수(M2, S2)를 반영한 수치실험을 수행하여 두 개의 만을 연결하는 노량수도 해역의 잔차류 특성에 관하여 연구한 바 있다.

  7. Hamrick. J.M. (1992). A three-dimensional environmental fluid dynamics computer code: theoretical and computational aspects. Special Report in Applied Marine Science and Ocean Engineering (SRAMSOE) No. 317, Virginia Institute of Marine Science (VIMS), VA. 

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    또한 EFDC 모델은 수질 모델이나 퇴적물이동 모델과 접합이 용이한 장점을 가지고 있으며(Sission et al., 1997) 물리적, 수치해석적으로 Blumberg and Mellor(1987)의 모델과 많은 공통점을 가지고 있으며 보다 자세한 설명은 Hamrick(1992)에 제시되어 있다.

  8. Hamrick, J.M. (1994). Linking hydrodynamic and biogeochemical transport and transformation models for estuarine and coastal waters. In M. L. Spaulding, K. W. Bedford, A. F. Blumberg, R. T. Cheng, & J. C. Swanson (Eds.). Estuarine and coastal modeling III (pp. 591.608). New York: ASCE. 

  9. Jung, K.Y. (2007). Three-dimensional numerical modeling of tidal, wind-driven and density currents in the Kangjin Bay, South Sea, Korea. M.S. thesis, Chungnam National University, 130 p. 

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    한편, 광양만에 비해 상대적으로 해양환경변화의 요인이 적었던 진주만 해역에 대한 연구결과가 많지 않으며 최근 Ro(2007, 2010)와 Jung(2007) 등에 의해 해양관측 및 수치모델을 이용한 연구 결과가 보고된 바 있다.

  10. Lee, B.-G. and Cho, H.-D. (1998). The spatial characteristics of stratification in Deukryang Bay, Korea. J. Kor. Environ. Sci. Soc., 7, 223-231. 

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    밀도성층의 변화는 성층강도 계산을 통해 분석하였는데 많은 연구자들이 수직 적분한 potential energy anomaly(이하 PEA) 개념을 도입하여 하구 및 연안의 성층분석을 수행하였다(최 등, 1998; Lee and Cho, 1998; Simpson and Bowers, 1981; Simpson et al., 1990; Rippeth et al., 2001; Lie et al., 2002; Palacios-Hernandez et al., 2002).

  11. Lee. J.C., Kim, J.C. and Park, M.W. (2006). Observations of current in the Northeastern Gwangyang bay. Journal of the Korean Society of Oceanography, 11(4), 136-142. 

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    이를 파악하기 위해서는 장기간의 관측이 필요한데 Lee et al.(2006)이 1994년부터 1999년까지 광양만 북동부 해역에서 해류관측을 실시한 결과에 의하면 노량수도와 대도 북측수로에서 지속적으로 양쪽으로 발산하는 해류를 보상하기 위해 노량수도 서측해역에서 반시계방향의 순환이 존재하며 그 중 일부가 노량수도를 통해 진주만으로 유입되는데 이러한 순환은 여름철에 강하고 겨울철에 약화되는 것으로 보고한 바 있다.

  12. Lie, H.-J., Lee, S. Cho, S.-H. and Kim, C.-H. (2002). Tidal front in the main tidal channel of Kyunggi Bay, eastern Yellow Sea. J. Kor. Soc. Oceanogr., 37, 10-19. 

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    밀도성층의 변화는 성층강도 계산을 통해 분석하였는데 많은 연구자들이 수직 적분한 potential energy anomaly(이하 PEA) 개념을 도입하여 하구 및 연안의 성층분석을 수행하였다(최 등, 1998; Lee and Cho, 1998; Simpson and Bowers, 1981; Simpson et al., 1990; Rippeth et al., 2001; Lie et al., 2002; Palacios-Hernandez et al., 2002).

  13. Mellor G.L. and Yamada, T. (1982). Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problems, Review of Geophysics and space Physics. 20, 851-875. 

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    수직 와동점성계수를 계산하기 위하여 Mellor and Yamada(1982) 의 turbulence closure scheme(level 2.5)을 사용하고, 질량보존 scheme을 이용하여 천해역에서 3차원의 조간대 처리가 가능하다(Hamrick, 1994: Moustafa and Hamrick, 2000).

  14. Moustafa, M.Z. and Hamrick, J.M. (2000). Calibration of the wetland hydrodynamic model to the everglades nutrient removal project. Water Quality and Ecosystem Modelling, 1, 141-167. 

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    EFDC모델은 미국 VIMS(Virginia Institute of Marine Science, Hamrick, 1992)에서 개발된 것으로 연안, 하구 호소, 습지 등의 해수유동 및 물질수송을 모의할 수 있는 3차원 모델로 현재 세계의 여러 대학 및 연구기관에서 적용한 바 있다(Park et al., 2005).

    수직 와동점성계수를 계산하기 위하여 Mellor and Yamada(1982) 의 turbulence closure scheme(level 2.5)을 사용하고, 질량보존 scheme을 이용하여 천해역에서 3차원의 조간대 처리가 가능하다(Hamrick, 1994: Moustafa and Hamrick, 2000).

  15. Palacios-Hernndez, E., Beier, E., Lavn, M.F. and Ripa, P. (2002). The effect of the seasonal variation of stratification on the circulation of the northern Gulf of California. J. Phys. Oceanogr., 32, 705-728. 

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    밀도성층의 변화는 성층강도 계산을 통해 분석하였는데 많은 연구자들이 수직 적분한 potential energy anomaly(이하 PEA) 개념을 도입하여 하구 및 연안의 성층분석을 수행하였다(최 등, 1998; Lee and Cho, 1998; Simpson and Bowers, 1981; Simpson et al., 1990; Rippeth et al., 2001; Lie et al., 2002; Palacios-Hernandez et al., 2002).

  16. Park K., Jung, H.S., Kim, H.S. and Ahn, S.M. (2005). Three-dimensional hydrodynamic-eutrophication model(HEM-3D) : application to Kwang-Yang bay, Korea. Marine Environmental Research, 171-193. 

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    EFDC모델은 미국 VIMS(Virginia Institute of Marine Science, Hamrick, 1992)에서 개발된 것으로 연안, 하구 호소, 습지 등의 해수유동 및 물질수송을 모의할 수 있는 3차원 모델로 현재 세계의 여러 대학 및 연구기관에서 적용한 바 있다(Park et al., 2005).

  17. Rippeth, T.P., Fisher, N.R., and Simpson, J.H. (2001). The cycle of turbulent dissipation in the presence of tidal straining. J. Phys. Oceanogr., 31, 2458-2471. 

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    밀도성층의 변화는 성층강도 계산을 통해 분석하였는데 많은 연구자들이 수직 적분한 potential energy anomaly(이하 PEA) 개념을 도입하여 하구 및 연안의 성층분석을 수행하였다(최 등, 1998; Lee and Cho, 1998; Simpson and Bowers, 1981; Simpson et al., 1990; Rippeth et al., 2001; Lie et al., 2002; Palacios-Hernandez et al., 2002).

  18. Ro, Y.J., Jun, W.S., Jung, K.W. and Eom, H.M. (2007). Numerical modeling of tide and tidal current in the Kangjin Bay, South Sea, Korea. Ocean Science Journal, 42(3), 153-163. 

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    한편, 광양만에 비해 상대적으로 해양환경변화의 요인이 적었던 진주만 해역에 대한 연구결과가 많지 않으며 최근 Ro(2007, 2010)와 Jung(2007) 등에 의해 해양관측 및 수치모델을 이용한 연구 결과가 보고된 바 있다.

  19. Ro, Y.J. and Jung, K.Y. (2010). Impact of the dam water discharge on the circulation system in the Kangjin Bay, South Sea, Korea. Ocean Science Journal, 45(1), 7-25. 

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    한편, 광양만에 비해 상대적으로 해양환경변화의 요인이 적었던 진주만 해역에 대한 연구결과가 많지 않으며 최근 Ro(2007, 2010)와 Jung(2007) 등에 의해 해양관측 및 수치모델을 이용한 연구 결과가 보고된 바 있다.

  20. Simpson, J.H. and Bowers, D. (1981). Models of stratification and frontal movement in the shelf seas. Deep-Sea Res., 28, 727-738. 

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    밀도성층의 변화는 성층강도 계산을 통해 분석하였는데 많은 연구자들이 수직 적분한 potential energy anomaly(이하 PEA) 개념을 도입하여 하구 및 연안의 성층분석을 수행하였다(최 등, 1998; Lee and Cho, 1998; Simpson and Bowers, 1981; Simpson et al., 1990; Rippeth et al., 2001; Lie et al., 2002; Palacios-Hernandez et al., 2002).

  21. Simpson, J.H., Brown, J., Matthews, J.P. and Allen, G. (1990). Tidal straining, density currents and stirring in the control of estuarine stratification. Estuaries, 13, 125-132. 

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    밀도성층의 변화는 성층강도 계산을 통해 분석하였는데 많은 연구자들이 수직 적분한 potential energy anomaly(이하 PEA) 개념을 도입하여 하구 및 연안의 성층분석을 수행하였다(최 등, 1998; Lee and Cho, 1998; Simpson and Bowers, 1981; Simpson et al., 1990; Rippeth et al., 2001; Lie et al., 2002; Palacios-Hernandez et al., 2002).

  22. Sisson, G.M., Shen, J., Kim, S.-C., Boon, John, D. and Kuo, A.Y. (1997). VIMS Three-Dimensional Hydrodynamic-Eutrophication Model (HEM-3D): Application of the Hydrodynamic Model to the York River System. SRAMSOE #341. SMS/VIMS, College of William and Mary, Gloucester Point, VA. 123 pp. 

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    또한 EFDC 모델은 수질 모델이나 퇴적물이동 모델과 접합이 용이한 장점을 가지고 있으며(Sission et al., 1997) 물리적, 수치해석적으로 Blumberg and Mellor(1987)의 모델과 많은 공통점을 가지고 있으며 보다 자세한 설명은 Hamrick(1992)에 제시되어 있다.

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