선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 목포해역 점착성 퇴적물의 침식특성을 정량적으로 산정하기 위하여 전북대 환형수조를 이용한 실내실험이 수행되었다. 침식실험은 목포 해역 내의 1개 정점에서 채취된 퇴적물 시료에 대해 총 5회 수행되었으며 각기 다른 밀도를 갖는 균일저면 조건하에서 수행되었다.
- 본 연구에서는 목포해역에서 채취된 퇴적물 표본시료에 대한 침식실험에 앞서 퇴적물 자체의 물리·화학적 특성조사를 위한 실험이 수행되었다.
- 본 연구에서는 목포해역에서의 제반 퇴적환경 변화 해석 및 평가를 위한 기초연구 단계로써, 퇴적물의 침식, 퇴적, 연행부상 등의 여러 기본 이송 특성 중에 우선적으로 침식특성 파악을 목적으로 목포해역 점착성 퇴적물에 대한 침식실험이 수행되었다. 침식실험은 국내 최초로 제작되고 타당성이 검증된 전북대 환형수조를 이용하여 수행되었으며, 이를 통하여 침식한계전단응력 및 침식률계수로 대표되는 목포해역 점착성 퇴적물의 침식매개변수들이 정량적으로 산정되었다.
가설 설정
- 또한, ρl값과 관련하여, Hwang and Mehta(1989)는 ρl이 Vane 전단강도가 영(Zero)이 될 때의 저면밀도와 동일하다고 가정하였으며, 이러한 가정에 근거하여 류홍렬 등(2006) 또한 군산해역 퇴적물에 대해 저면밀도 및 Vane 전단강도를 측정하고 두 변수간의 상관관계 해석을 통하여 ρl값으로 1.13g/cm3을 산정하고 적용한 바 있으나, 본 연구에서는 접합곡선 산정시 최적값인 1.12g/cm3이 적용되었다.
제안 방법
- 1N/m2씩 2~6단계에 걸쳐 증가되었다. 또한, 각 단계별로 바닥전단응력은 90분씩 가해졌으며, 전단응력이 가해지고 있는 90분 동안 수조 내수층의 탁수가 각각 0, 2, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 75, 90분에 채취되었다. 전체 수층에서의 평균 부유사 농도를 측정하기 위하여 수층의 각기 다른 2개의 높이에서 탁수가 동시 채취되었으며, 그 평균값이 실험결과 해석시에 사용되었다.
- 또한, 점착성 퇴적물의 침식특성은 퇴적물 자체의 물리·화학적 기본특성에 크게 영향을 받으므로, 이러한 퇴적물의 기본특성과 연계하여 목포해역 점착성 퇴적물의 침식특성이 조사되었으며, 타 지역의 결과와 비교·검토되었다.
- 목포해역 점착성 퇴적물에 대한 침식실험은 전북대 환형수조를 이용하여 수행되었다. 본 수조는 점착성 퇴적물의 침식률 산정을 목적으로 국내 최초로 제작된 국내 유일의 환형수조로, 황규남 등(2005)과 류홍렬 등(2006)에 의해 수조의 성능, 침식실험 방법 및 실험결과 등에 대한 타당성 검증이 수행된 바 있다.
- 목포해역 점착성 퇴적물의 침식특성을 나타내는 두 매개변수 τce와 εM에 대한 본 연구의 실험결과와 과거 타 지역 점착성 퇴적물들에 대한 실험결과와의 비교·검토를 통하여 점착성 퇴적물의 침식특성의 지역적 변화에 대한 정성적 분석이 수행되었다.
- 본 연구에서 입경분포는 체분석과 비중계법을 병행하여 분석되었다. 우선, 현장 채취된 퇴적물 표본시료는 No.
- 본 연구에서 침식실험은 각기 다른 밀도의 균일저면 조건 하에서 각각 수행되었는데, 우선적으로 수조 내 부유사 농도의 시간적 변화가 각 저면밀도별로 각각 작성되었다. 한 예로 Test #4의 경우에 작성된 부유사 농도의 시간변화도가 Fig.
- 본 연구에서 침식실험은 목포해역에서 채취된 시료를 이용하여 조성된 균일저면의 밀도를 변화시켜가면서 총 5회 수행되었으며, 모든 실험에서 수층의 깊이와 저면층의 두께는 각각 10cm와 5cm로 동일하게 적용되었다. 또한, 퇴적물이 채취된 정점과 동일 정점에서 채취된 해수가 실험 전체 과정에서 침식수(Eroding fluid)로 사용되었다.
- 본 연구에서 침식특성의 지역적 변화 원인은 퇴적물 자체의 물리·화학적 특성과 연계하여 정성적으로 분석되었다.
- 우선, 현장 채취된 퇴적물 표본시료는 No.200번 체(∅ =75µm)를 기준으로 Wet-sieving 방법으로 분리되었으며, No.200번 체를 통과한 시료에 대해서는 비중계 실험이 수행되고 체에 남은 시료에 대해서는 체 분석이 수행되었다.
- 본 연구에서는 목포해역에서 채취된 퇴적물 표본시료에 대한 침식실험에 앞서 퇴적물 자체의 물리·화학적 특성조사를 위한 실험이 수행되었다. 조사 항목은 입경분포, 유기물 함량, 광물질 구성이며, 도출된 결과들은 침식매개변수 산정결과의 타당성 분석시 사용되었다.
- 본 연구에서는 목포해역 점착성 퇴적물의 침식특성을 정량적으로 산정하기 위하여 전북대 환형수조를 이용한 실내실험이 수행되었다. 침식실험은 목포 해역 내의 1개 정점에서 채취된 퇴적물 시료에 대해 총 5회 수행되었으며 각기 다른 밀도를 갖는 균일저면 조건하에서 수행되었다. 또한, 점착성 퇴적물의 침식특성은 퇴적물 자체의 물리·화학적 기본특성에 크게 영향을 받으므로, 이러한 퇴적물의 기본특성과 연계하여 목포해역 점착성 퇴적물의 침식특성이 조사되었으며, 타 지역의 결과와 비교·검토되었다.
대상 데이터
- 목포해역 점착성 퇴적물의 물리·화학적 기본특성 및 침식특성 분석을 위한 퇴적물 표본시료는 2009년 4월 30일에 1개 지점에서 채니기(Grab sampler)로 채취되었다. 또한 현장 해수의 조건을 반영시키기 위하여 동일 정점에서 해수가 채취되었으며, 채취된 해수는 침식실험의 전 과정에서 사용되었다. 목포해역 퇴적물 표본시료의 채취 위치도는 Fig.
- 본 연구에서 침식실험은 목포해역에서 채취된 시료를 이용하여 조성된 균일저면의 밀도를 변화시켜가면서 총 5회 수행되었으며, 모든 실험에서 수층의 깊이와 저면층의 두께는 각각 10cm와 5cm로 동일하게 적용되었다. 또한, 퇴적물이 채취된 정점과 동일 정점에서 채취된 해수가 실험 전체 과정에서 침식수(Eroding fluid)로 사용되었다.
- 목포해역 점착성 퇴적물의 물리·화학적 기본특성 및 침식특성 분석을 위한 퇴적물 표본시료는 2009년 4월 30일에 1개 지점에서 채니기(Grab sampler)로 채취되었다.
이론/모형
- 또한 본 연구에서 침식한계전단응력 τce는 Shields(1936)가 제시한 방법에 따라 접합곡선 M2를 횡좌표 축까지 외삽시켜 산정되었으며, 침식률계수 εM은 접합곡선 M2의 기울기와 τce를 곱하여 도출되었다.
- 본 연구에서 목포해역 퇴적물의 유기물 함량은 해양환경공정시험방법(국립수산진흥원, 1997)에 따라 강열감량법으로 분석되었다. 목포해역 퇴적물에 대해 산정된 유기물 함량은 타 지역 퇴적물의 유기물 함량과 함께 Table 3에 주어진다.
- 본 연구에서는, 저면밀도 ρB의 함수로 주어지는 침식한계전단응력 산정식과 침식률계수 산정식을 도출하기 위하여, 과거 Hwang and Mehta(1989)와 황규남 등(2005)에 의해 사용된 다음의 식 (3)과 (4)를 적용하였다.
- 200번 체를 통과한 시료에 대해서는 비중계 실험이 수행되고 체에 남은 시료에 대해서는 체 분석이 수행되었다. 한편, 비중계 실험은 ASTM(1987)이 제시한 방법에 따라 수행되었으며, 입경분포 실험은 시료 전처리 과정을 통하여 순수 토사만으로 구성된 시료에 대해 수행되었다. 본 연구에서 도출된 입경분포 측정 결과는 군산해역(임상호 등, 2008), 새만금해역(황규남 등, 2008) 및 Okeechobee호(Hwang and Mehta, 1989) 퇴적물의 입경분포 결과와 함께 Fig.
성능/효과
- Fig. 2에 제시된 바와 같이, 목포해역 퇴적물의 입경분포는 군산해역의 퇴적물과 대체적으로 유사한 입경분포를 가지며, Okeechobee호 퇴적물보다 조립의 분포를 갖고 새만금 퇴적물보다는 비교적 세립한 분포를 갖는 것으로 나타났다. 또한, Table 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 목포해역 퇴적물의 점토함량은 25%로서, 군산 및 새만금에 비해 점토의 함량이 약 2배 정도 많은 것으로 나타났다.
- 또한 광물학적 측면에서 보면, 보편적으로 점착성 퇴적물에 많이 함유되어 있는 고령토, Illite, 녹니석 등의 광물성 점토보다 석영이 훨씬 작은 점착력을 갖는다. 따라서, Okeechobee호 퇴적물보다 상대적으로 평균입경이 크고 유기물함량이 적으며, 비교적 점착력이 작은 석영을 주성분으로 하는 목포해역은 Okeechobee호 퇴적물보다 더 작은 점착력을 가질 것으로 판단된다. 일반적으로, 저면 퇴적물의 점착력이 더 크다는 것은 저면을 구성하고 있는 개개 토사입자의 결합력이 더 강하고, 결과적으로 흐름에 대한 저항력 즉, 저면의 전단강도가 더 크다는 것을 의미하므로, 목포해역 퇴적물이 상대적으로 큰 점착력을 갖는 Okeechobee호 퇴적물보다 작은 τce값을 갖는 한편, 더 큰 εM값을 갖게 되었다고 해석될 수 있다.
- 목포해역의 퇴적물의 평균입경은 군산 퇴적물의 평균입경과 거의 비슷하고, 새만금 퇴적물보다는 작은 값을 가지며, 유기물 함량은 군산 및 새만금 퇴적물보다 약 2배 많으므로 퇴적물의 점착력이 더 클 것으로 판단된다. 따라서, 목포해역 퇴적물은 군산 및 새만금 퇴적물보다 침식한계전단응력은 더 크고, 침식률계수는 더 작아야 하나, Fig. 7 및 Fig. 8에 제시된 결과는 이와는 매우 상이한 결과를 보여주고 있다.
- 또한 본 연구에서는 목포해역 점착성 퇴적물의 물리·화학적 특성이 정량적으로 분석되었는데, 이러한 특성들과 침식매개변수들간의 정성적 상관관계 해석을 통하여, 목포해역 점착성 퇴적물의 침식특성 산정결과의 타당성이 간접적으로 검토되었다.
- 2에 제시된 바와 같이, 목포해역 퇴적물의 입경분포는 군산해역의 퇴적물과 대체적으로 유사한 입경분포를 가지며, Okeechobee호 퇴적물보다 조립의 분포를 갖고 새만금 퇴적물보다는 비교적 세립한 분포를 갖는 것으로 나타났다. 또한, Table 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 목포해역 퇴적물의 점토함량은 25%로서, 군산 및 새만금에 비해 점토의 함량이 약 2배 정도 많은 것으로 나타났다.
- 64mg/cm2 · hr범위에서 지수함수적으로 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 점착성 퇴적물의 침식특성은 지역적으로 현저한 차이를 보이는 것으로 확인되었는데, 목포해역 점착성 퇴적물의 침식한계전단응력은 새만금 및 Okeechobee호 퇴적물보다는 작고, 군산 퇴적물과 유사한 것으로 나타났다. 반면, 목포해역 퇴적물의 침식률계수는 새만금 및 Okeechobee호 퇴적물보다 크고, 군산 퇴적물보다 다소 작은 것으로 나타났다.
- 한편, 목포해역 퇴적물과 군산 및 새만금 퇴적물간의 침식특성 차이는 앞서와 동일한 원리로 설명될 수 없는 것으로 보인다. 목포해역의 퇴적물의 평균입경은 군산 퇴적물의 평균입경과 거의 비슷하고, 새만금 퇴적물보다는 작은 값을 가지며, 유기물 함량은 군산 및 새만금 퇴적물보다 약 2배 많으므로 퇴적물의 점착력이 더 클 것으로 판단된다. 따라서, 목포해역 퇴적물은 군산 및 새만금 퇴적물보다 침식한계전단응력은 더 크고, 침식률계수는 더 작아야 하나, Fig.
- 2배 큰 것으로 나타났다. 반면, 목포해역 퇴적물의 유기물 함량은 10% 이하로 군산 및 새만금 퇴적물의 유기물 함량과 비슷한 수준인 것으로 나타났으며, 유기물 함량이 40%인 Okeechobee호보다 약 7배 정도 작다. 한편, 광물질 구성성분을 살펴보면, 목포해역 퇴적물은 군산 및 새만금 퇴적물과 동일하게 석영이 주된 광물이나, Okeechobee호 퇴적물은 고령토가 주된 광물질 성분이다.
- 또한, 점착성 퇴적물의 침식특성은 지역적으로 현저한 차이를 보이는 것으로 확인되었는데, 목포해역 점착성 퇴적물의 침식한계전단응력은 새만금 및 Okeechobee호 퇴적물보다는 작고, 군산 퇴적물과 유사한 것으로 나타났다. 반면, 목포해역 퇴적물의 침식률계수는 새만금 및 Okeechobee호 퇴적물보다 크고, 군산 퇴적물보다 다소 작은 것으로 나타났다.
- 침식률계수의 경우에는 정량적으로 훨씬 더 큰 차이를 보이는데, 저면밀도 1.20g/cm3의 조건에서 목포해역 점착성 퇴적물의 침식률계수는 약 23mg/cm2 · hr로서 군산 퇴적물과 유사한 값을 가지며, 새만금 퇴적물보다는 약 2배 크고, Okeechobee호 퇴적물보다는 무려 약 38배나 크다.
- 침식실험 결과에 따르면, 저면밀도를 1.14~1.34g/cm3로 변화시켰을 때 침식한계전단응력(τce)은 0.16~0.43N/m2 범위에서 로그함수적으로 증가되고, 침식률계수(εM)는 272~4.64mg/cm2 · hr범위에서 지수함수적으로 감소하는 것으로 나타났다.
- 그림들로부터 두 매개변수 τce와 εM이 모두 각각 저면밀도 ρB와 상관성이 매우 크며, 일반적으로 저면밀도 ρB가 증가함에 따라 침식한계전단응력 τce은 로그함수적으로 증가하고, 침식률계수 εM는 지수함수적으로 감소하는 경향이 있음을 알 수 있다. 특히, 저면밀도 값이 비교적 작은 구간에서는 침식한계전단응력 및 침식률계수 값 모두가 급격히 변화하다가, 저면밀도 값이 커질수록 그 변화율은 모두 완만해지는 비선형적인 경향이 있음을 명확히 알 수 있다. 일반적으로, 저면밀도가 증가하게 되면 입자간의 응집력이 향상되어 저면이 지니는 전단강도가 증가하게 되는 동시에 주어진 바닥전단응력, 즉 흐름력에 대한 저면의 저항력이 향상되어 침식한계전단응력은 증가되는 반면에 침식률계수는 감소하게 된다.
- 목포해역 표본시료의 광물질 구성성분은 한국지질자원연구원의 회절분석기(X'pert MPD)를 이용하여 정량적으로 수행되었으며 분석결과는 타 지역의 결과들과 함께 Table 4에 주어진다. 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 목포해역 퇴적물은 군산 및 새만금 퇴적물의 분석결과와 비교적 비슷한 구성을 갖는 것으로 나타났으며, Okeechobee호 퇴적물의 광물질 구성성분은 목포해역과 달리 고령토가 지배적 구성성분임을 알 수 있다.
- 목포해역 퇴적물에 대해 산정된 유기물 함량은 타 지역 퇴적물의 유기물 함량과 함께 Table 3에 주어진다. 표에 주어진 결과에 따르면, 목포해역 퇴적물의 유기물 함량은 10% 이하로 군산 및 새만금 퇴적물의 유기물 함량과 비슷한 수준인 것으로 나타났으며, 유기물 함량이 40%인 Okeechobee호와는 매우 큰 차이가 있음을 알 수 있다.
후속연구
- 결론적으로, Table 7에 제시된 입경분포, 유기물 함량 및 광물질 구성성분의 3가지 항목만으로 목포해역, 군산 및 새만금 퇴적물간의 침식특성 차이의 원인을 설명하는 것은 불가능한 것으로 여겨지며, 지역별 침식매개변수의 정량적 차이를 타당성 있게 해석하기 위해서는 퇴적물의 물리·화학적 특성 조사 항목으로 점성계수 및 양이온전도율 등과 같은 항목들을 추가적으로 포함시킬 필요가 있는 것으로 판단된다.
- 본 연구를 통하여 도출된 목포해역 점착성 퇴적물의 침식특성에 대한 정량적 결과들은 향후 목포해역에서의 수질 및 퇴적물 이송에 대한 수치모형 프로그램 시 요구되는 입력자료로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 해역 내 오염에 대한 대책방안 수립 및 저면의 침/퇴적에 따른 하상변동 해석 등 다양한 목적으로 크게 활용될 수 있을 것이다. 점착성 퇴적물의 침식특성은 현장특성에 현저하게 의존하는 “Site-specific”한 특성을 가지므로, 황규남 등(2005), 류홍렬 등(2006)에 의해 강조된 바와 같이 해당 지역 퇴적물에 대한 침식특성 매개변수 산출을 위해서는 현장 관측이나 실내실험이 각 조사대상 지역으로 반복적으로 수행되어야 하겠다.
- 또한 본 연구에서는 목포해역 점착성 퇴적물의 물리·화학적 특성이 정량적으로 분석되었는데, 이러한 특성들과 침식매개변수들간의 정성적 상관관계 해석을 통하여, 목포해역 점착성 퇴적물의 침식특성 산정결과의 타당성이 간접적으로 검토되었다. 본 연구를 통하여 도출된 목포해역 점착성 퇴적물의 침식특성에 대한 정량적 결과들은 향후 목포해역에서의 퇴적물 이송에 따른 침/퇴적 변화 예측/평가를 위한 수치모형 실험시 기초자료로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 부유사 확산 및 수질오염에 대한 대책방안 수립 등 다양한 목적으로 크게 활용될 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.