[논문]Flushing 방류로 인한 섬진강 하구부 염수침입 영향분석

노준우; 이진영; 신재기

doi:10.14249/eia.2011.20.3.325

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Estuary is a transitional zone between river and ocean environment that receives the maritime and riverine influence simultaneously. Estuaries are the most productive habitats because their incoming water provides large quantities of nutrients. The Seomjin River estuary, located in the middle south ...

Estuary is a transitional zone between river and ocean environment that receives the maritime and riverine influence simultaneously. Estuaries are the most productive habitats because their incoming water provides large quantities of nutrients. The Seomjin River estuary, located in the middle south of Korea, has no barrage and shows natural characteristic of estuary. However, due to dredging and reclamation the environment of the estuary has been changed significantly in the river mouth. In addition, increased freshwater intake in midstream of the Seomjin River results in salinity intrusion. In this paper salinity variation in downstream estuary of the Seomjin River has been simulated and tested using EFDC model. The results of simulation were compared with measured data collected at three points, Culture & Art Center, Sumjin Iron Bridge, and Mokdori, located at 9Km, 14Km, and 15.5Km respectively from downstream estuary. Based on the simulated results, the contribution of the flushing discharge has been evaluated in preventing the salinity intrusion by increasing the discharge flowrates released from the Juam dam.

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문제 정의

최근 지구 온난화로 인한 해수면의 상승으로 인하여 연안수역에 대한 연구와 관리의 필요성은 날로 증대되고 있다. 본 연구에서는 갈수기 수질을 개선하기 위하여 실시한 flushing 방류의 효과를 염수침입방지 측면에서 EFDC 모의를 통하여 분석하였다. 섬진강 하구를 대상으로 분석한 결과 flushing 방류는 수질개선과 염분침입방지에 매우 효과적인 것으로 나타났다.
섬진강 하구역에서는 지자체의 대규모 모래채취, 댐건설과 하류단의 취수장으로 인한 유량 감소 등으로 인하여 하구의 기수역이 점차 상류로 확장되는 추세이다. 이에 본 연구에서는 섬진강 본류 및 하구역을 대상으로 3차원 수치모형인 EFDC를 구축하고 기수역의 염분침투 현상과 상류단 방류량 증가에 따른 하구 기수역에서의 염분 감소현상에 대한 모의를 실시하였다. 실측된 조위자료와 대상유역에서 측정한 염분자료를 바탕으로 모형의 검보정을 실시하였고 주암댐 flushing 방류 유무에 따른 하류단 수심별 염분농도 저감효과에 대하여 비교 분석한 결과를 제시하였다.
또한 Hartnett 등(2003), Choi 와 Lee(2004) 등에 의해 현재까지 이루어진 하천하구에서의 flushing에 대한 연구는 조석이나 계절적 해수의 순환 등으로 인한 flushing의 수질 개선 효과에 그 초점이 맞춰져 있다. 일반적으로 flushing 방류는 저수지 하류에서의 수질개선을 목적으로 하나 본 연구에서는 flushing 방류로 인한 하구에서의 염분도 변화에 대해 알아봄으로써 섬진강하구에서의 기수역 확장의 대안으로 flushing 방류의 효과에 대하여 검토하였다.

제안 방법

EFDC 모형에서의 대상유역의 수평계산 격자는 종단방향으로 약 100m 간격의 280개, 횡단방향으로 약 20m 간격으로 25개로 총 7000개의 격자를 가지고 있으며, 연직방향으로 5개의 층으로 격자를 구성하였다. 계산격자는 그림 1과 같이 주수로와 홍수터를 구분하여 유량변동에 따른 wet/dry 현상을 반영한 모의가 가능하도록 구성하였다.
먼저 구축된 EFDC 모형의 수리학적 재현성에 대해 검증하기 위하여 본 연구에서는 송정관측소의 유량과 여수관측소에서 측정한 조위자료를 경계조건으로 반영하였고 그림 3에 하동수위관측소에서 관측한 수위와 모델을 이용하여 계산한 결과값을 비교 제시하였다. 하동지점은 조위의 영향을 그대로 받는 지역으로서 입력자료로 사용된 조위의 형태를 그대로 재현하는 지점이다.
섬진강의 주요 지류인 보성강의 주암댐에서는 갈수기 수질악화를 개선하기 위하여 2008년 3월~5월에 두 차례에 걸쳐 flushing 방류를 실시했다. 본 연구에서는 4/24~5/7에 걸쳐서 시행된 두 번째 flushing 방류를 기준으로 수행하였다. 주암댐에서는 기존 방류량 대비 0.
이에 본 연구에서는 섬진강 본류 및 하구역을 대상으로 3차원 수치모형인 EFDC를 구축하고 기수역의 염분침투 현상과 상류단 방류량 증가에 따른 하구 기수역에서의 염분 감소현상에 대한 모의를 실시하였다. 실측된 조위자료와 대상유역에서 측정한 염분자료를 바탕으로 모형의 검보정을 실시하였고 주암댐 flushing 방류 유무에 따른 하류단 수심별 염분농도 저감효과에 대하여 비교 분석한 결과를 제시하였다.

대상 데이터

1이고, 유역형태는 수지상이며, 평균고도는 EL. 301.60 m이다. 행정구역상 전라북도의 정읍시, 남원시, 진안군, 장수군, 임실군, 순창군, 전라남도의 순천시, 광양시, 담양군, 곡성군, 구례군, 화순군, 보성군, 장흥군, 경상남도의 하동군을 포함 3도 4시 11군으로 이루어져 있다.
EFDC 모형에서의 대상유역의 수평계산 격자는 종단방향으로 약 100m 간격의 280개, 횡단방향으로 약 20m 간격으로 25개로 총 7000개의 격자를 가지고 있으며, 연직방향으로 5개의 층으로 격자를 구성하였다. 계산격자는 그림 1과 같이 주수로와 홍수터를 구분하여 유량변동에 따른 wet/dry 현상을 반영한 모의가 가능하도록 구성하였다.
상류부 경계자료로 송정지점의 유량자료를 사용하였고, 하류부 경계자료로 여수조위관측소의 조위자료를 사용했다. 염분도의 경우 여수지점 평균치인 32‰을 사용해 모의를 실시한 결과를 그림 2에 제시하였다.
행정구역상 전라북도의 정읍시, 남원시, 진안군, 장수군, 임실군, 순창군, 전라남도의 순천시, 광양시, 담양군, 곡성군, 구례군, 화순군, 보성군, 장흥군, 경상남도의 하동군을 포함 3도 4시 11군으로 이루어져 있다. 연구 대상지역은 섬진강 하구로부터 상류방향으로 약 30km지점을 포함한 범위로 연구대상지역 내 다압취수장이 존재한다.

이론/모형

염분은 용존산소의 포화도(dissolved oxygen saturation concentration)와 해수와 담수와의 밀도차에 의한 동역학적 거동에 영향을 받는다. EFDC의 염분추적은 질량보존 방정식을 기본으로 사용한다(Hamrick(1992). 다양한 수질변수에 대한 질량보존의 지배방정식은 식 (5)와 같다.

성능/효과

주암댐에서 실시한 flushing 방류는 기존 저수지방류량 대비 2m³/s내외 증가하였을 때 염분침투거리는 약 300m의 차이를 보이는 것으로 모의되었다. EFDC 모의 결과는 하천 유량이 많은 경우 고유량이 염분을 하천 하구로 밀어내고 하천유량이 적은 경우, 염분이 좀 더 상류로 침입하는 이전의 연구결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 바탕으로 flushing 방류는 수질개선 및 염수침입 방지에 효과적일 것으로 판단되며 저수지 운영시 이를 반영하여 보다 최적화된 저수지 운영이 가능할 것으로 예상된다.
모의기간 내의 주암댐에서의 증가방류량은 2m³/s 정도이나 Oujiang 강의 경우와 마찬가지로 담수가 고유량일 경우 침투거리가 더 짧은 동일한 경향을 나타내고 있다. 또한 상류로의 염분침입한계의 위치는 조위와 그 양상이 잘 일치하는 것으로 나타났음을 알 수 있는데 이는 하천의 유량은 일정한데 반해 밀물 때는 조석류의 영향이 크기 때문에 염분이 썰물 때보다 상류로 더 올라가는 것이 주원인으로 판단된다.
하천의 담수유량이 많아지면 염분을 하구로 밀어내며, 하천유량이 적은 경우 염분이 보다 상류쪽으로 유입되는 것으로 나타났고, 염분의 성층화 현상 역시 담수유량이 적은 경우가 보다 뚜렷하게 나타났다(Xu et al (2008)). 모의 결과 flushing 방류가 없었을 경우, 하류로부터 약 300m 정도 더 상류까지 염분이 도달하는 것으로 나타났다. 모의기간 내의 주암댐에서의 증가방류량은 2m³/s 정도이나 Oujiang 강의 경우와 마찬가지로 담수가 고유량일 경우 침투거리가 더 짧은 동일한 경향을 나타내고 있다.
본 연구에서는 갈수기 수질을 개선하기 위하여 실시한 flushing 방류의 효과를 염수침입방지 측면에서 EFDC 모의를 통하여 분석하였다. 섬진강 하구를 대상으로 분석한 결과 flushing 방류는 수질개선과 염분침입방지에 매우 효과적인 것으로 나타났다. 주암댐에서 실시한 flushing 방류는 기존 저수지방류량 대비 2m³/s내외 증가하였을 때 염분침투거리는 약 300m의 차이를 보이는 것으로 모의되었다.
EFDC로부터 계산된 염분모의결과를 그림 4에 제시하였다. 하류에서부터 상류방향으로 9km 지점의 목도리지점, 14km 지점의 섬진철교지점, 그리고 15.5km 지점의 문화회관의 3개 지점에서 실측 염분 자료와 EFDC 모형으로 계산된 염분자료를 비교한 결과 EFDC 모형의 모의결과는 실측치와 비교적 잘 일치하였으며, 염분 성층화현상도 잘 모의되고 있음을 알 수 있었다. 목도리 지점의 경우 실측값과 모의치 사이의 오차평균은 3.

후속연구

하지만 본 연구에서는 조석류에 대해서만 고려하였고, 모의 결과 염분의 성층화 현상을 보였지만 실측치는 뚜렷한 성층화 현상을 보이지 않았다. 따라서 염분의 실제 침투양상을 재현하기 위해서는 하구에서의 바람과 파도에 대한 영향도 고려되어야 할 것이며, 또한 염분의 침투양상 및 성층화 현상에 대한 연구를 위해서는 보다 정확히 측정된 염분자료를 바탕으로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
EFDC 모의 결과는 하천 유량이 많은 경우 고유량이 염분을 하천 하구로 밀어내고 하천유량이 적은 경우, 염분이 좀 더 상류로 침입하는 이전의 연구결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 바탕으로 flushing 방류는 수질개선 및 염수침입 방지에 효과적일 것으로 판단되며 저수지 운영시 이를 반영하여 보다 최적화된 저수지 운영이 가능할 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하구의 흐름은 어떤 요인에 의해 지배되는가?	하구는 담수와 해수가 서로 혼합되는 천이 수역으로 하천류, 해진류, 조석파, 지형, 그리고 담수와 염수간의 밀도차 등에 의한 요인들로 흐름이 지배된다. 강과 바다가 만나는 연안해역은 염수와 담수의 만남으로 다양한 동식물의 서식처가 될 뿐 아니라 자연적인 항구로서의 기능을 수행하여 공업발전의 기반과 각종 오염물 자연처리 기능까지 여러 역할을 담당하게 된다.
	섬진강 유역과 인접하는 유역은 무엇이 있는가?	섬진강 유역은 한반도의 남해안 중서부의 동경 126˚ 51‘ 50“ ~ 127˚ 53’05”, 북위 34˚ 40‘ 26“~ 35˚ 50’0”사이에 위치하고 있다. 인접하는 유역은 동쪽으로 낙동강유역, 서쪽으로 영산강유역과 동진강유역, 북쪽으로 금강유역 및 만경강유역이다. 섬진강 하구지점의 유역면적은 4,911.
	하구는 어떤 수역인가?	하구는 담수와 해수가 서로 혼합되는 천이 수역으로 하천류, 해진류, 조석파, 지형, 그리고 담수와 염수간의 밀도차 등에 의한 요인들로 흐름이 지배된다. 강과 바다가 만나는 연안해역은 염수와 담수의 만남으로 다양한 동식물의 서식처가 될 뿐 아니라 자연적인 항구로서의 기능을 수행하여 공업발전의 기반과 각종 오염물 자연처리 기능까지 여러 역할을 담당하게 된다.

참고문헌 (18)

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