한국 남서해 다도해역 주변의 조석 조류특성을 파악하기 위해 2차원 수치모델을 이용하여 다도협수로역, 섬과 육지사이 수로역, 섬 주변 개방해역 주변 4개 해역의 조석 조류 계산 결과를 비교하였다. 조류 최대유속은 다도협수로역에서 31.92 cm/s로 작았고, 섬주변 개방역에서 87.55 cm로 컸다. 조석잔차류는 협수로가 길고 수로 내 섬이 많은 해역에서 컸다. 조석에너지 분산과 조석진폭의 변동범위는 다도협수로역($392.6{\times}10^7$ erg/s, 99.0 cm)이 가장 크고 섬과 육지사이 수로역($125.7{\times}10^7$ erg/s, 11.6 cm), 섬 주변 개방역($23.1{\times}10^7$ erg/s, 8.1 cm) 순서로 작았다. 즉 다도해역 내 협수로와 수심의 급격한 변화가 조석에너지 분산에 큰 역할을 하고 있는 것으로 나타났다.
한국 남서해 다도해역 주변의 조석 조류특성을 파악하기 위해 2차원 수치모델을 이용하여 다도협수로역, 섬과 육지사이 수로역, 섬 주변 개방해역 주변 4개 해역의 조석 조류 계산 결과를 비교하였다. 조류 최대유속은 다도협수로역에서 31.92 cm/s로 작았고, 섬주변 개방역에서 87.55 cm로 컸다. 조석잔차류는 협수로가 길고 수로 내 섬이 많은 해역에서 컸다. 조석에너지 분산과 조석진폭의 변동범위는 다도협수로역($392.6{\times}10^7$ erg/s, 99.0 cm)이 가장 크고 섬과 육지사이 수로역($125.7{\times}10^7$ erg/s, 11.6 cm), 섬 주변 개방역($23.1{\times}10^7$ erg/s, 8.1 cm) 순서로 작았다. 즉 다도해역 내 협수로와 수심의 급격한 변화가 조석에너지 분산에 큰 역할을 하고 있는 것으로 나타났다.
In order to estimate the tide and flow properties around the archipelago, around Dolsan, Choyak, Geogeom and Jindo which located in the southwestern waters of the south sea of Korea, tidal currents, residual flows and tidal energy dissipation were investigated by using 2-dimensional numerical model....
In order to estimate the tide and flow properties around the archipelago, around Dolsan, Choyak, Geogeom and Jindo which located in the southwestern waters of the south sea of Korea, tidal currents, residual flows and tidal energy dissipation were investigated by using 2-dimensional numerical model. The maximum speeds of tidal currents are small around Dolsando(31.92 cm/s) and large around Jindo(87.55 cm/s). The residual flow is fastest around Choyakdo where many channels and islands as compared with other study areas. The area around Jindo has the highest currents speed, but shows the flat movements. The margins between the maximum and the minimum dispersion rates of tidal energy in the areas are estimated and designate the order of values around Dolsando($392.6{\times}10^7$ erg/s), Geogeumdo($125.7{\times}10^7$ erg/s) and Jindo($23.1{\times}10^7$ erg/s) sequently. These circumstances are same as in the amplitude of M2 constituent. This means that rapid depth changes and narrow channels play an important role in tide and tidal currents energy in archipelago.
In order to estimate the tide and flow properties around the archipelago, around Dolsan, Choyak, Geogeom and Jindo which located in the southwestern waters of the south sea of Korea, tidal currents, residual flows and tidal energy dissipation were investigated by using 2-dimensional numerical model. The maximum speeds of tidal currents are small around Dolsando(31.92 cm/s) and large around Jindo(87.55 cm/s). The residual flow is fastest around Choyakdo where many channels and islands as compared with other study areas. The area around Jindo has the highest currents speed, but shows the flat movements. The margins between the maximum and the minimum dispersion rates of tidal energy in the areas are estimated and designate the order of values around Dolsando($392.6{\times}10^7$ erg/s), Geogeumdo($125.7{\times}10^7$ erg/s) and Jindo($23.1{\times}10^7$ erg/s) sequently. These circumstances are same as in the amplitude of M2 constituent. This means that rapid depth changes and narrow channels play an important role in tide and tidal currents energy in archipelago.
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문제 정의
본 연구는 한국 남서해역 중, 진도, 고금도, 거금수도 및 돌산도의 4개 섬 주변 해역(Fig. 1)의 조석과 조류 현상을 2차원 수치유동 모델을 이용하여 조위, 조석에너지 등을 정량 비교, 분석한 후, 다도해역 주변의 조석·조류특성을 파악하고자 하였다.
본 연구를 통해 한국 남서부 해역에서의 조석과 조류특성을 수치모델을 이용하여 살펴보았다. 해역의 특성에 따른 조석 및 조류성분의 차이에 관한 분석은 중요한 해역의 향후 연구에 도움이 될 것으로 판단된다.
가설 설정
연안 해역의 조류·조석 계산을 위해, 평균해면을 원점으로 한 직교 좌표계로 나타내었다. 계산의 편리를 위해 유체는 점성이고 비압축성이며, 압력은 정수압분포를 하는 것으로 가정하였다. 연직방향 흐름의 시간적 변화량은 무시하였다.
제안 방법
해당해역 주변 수심은 국립해양조사원 간행의 해도를 이용하였으며, 조류계산에서 안정 해를 얻기 위해 반일주조를 기준으로 총 8주기(100시간)에 걸쳐 계산한 뒤 마지막 주기의 유속과 해면변위를 해로 취하였다. 계산의 시간 간격은 양해법의 CFL(Courant-Friedrichs-Lewy) 수치적 안정도 조건을 충분히 만족하도록 하여 5초의 time step으로 계산하였다. 연구해역의 외해경계조건은 한반도 조석 조화상수집(KORDI, 1996)으로부터 해당해역 주변의 값을 고려하여 적용하였다.
조류계산 결과와 현장 조류측정치의 검증은 지금까지 본 연구진이 소속된 실험실에서 조사한 돌산도~ 금오도~개도 주변의 돌산~금오도(34° 33.8’N, 127° 47.03’E), 금오도~개도(34° 33.7’N, 127° 42.6’E), 조약도~신지도~고금도 주변의 조약도~고금도(34° 23.3’N, 126° 52.05’E), 고금도~신지도(34° 21.9’N, 126° 50.10’E), 거금수도 해역의 남쪽 입구(34° 27.0’N, 127°12.2’E)와 서쪽 입구(34° 30.4’N, 127° 11.0’E), 진도 주변 서쪽 개방경계(34° 19.48’N, 126° 15.49’E)와 동쪽 개방경계(34°20.8’N, 126° 17.86’E)에서의 조류 측정 자료를 이용하여 비교하였다.
조석에너지 분산범위는 다도협수로역이 가장 크고 섬과 육지사이 수로역, 섬 주변 개방역 순서로 작았다. 진도주변의 조류 세기는 4개 해역 중 가장 컸으나 조석에너지 분산과 그 분산범위는 가장 작아, 해역 내 협수로와 수심의 급격한 변화가 조석에너지 분산에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
조시는 거금수도의 남쪽 경계를 기준으로, 남쪽 경계부근 지죽도 272°, 서쪽 경계 소록도에서 281°로, 거금수도 남쪽 입구에서 소록도 부근 서쪽입구까지 조석파의 진행은 약 20분 정도의 차이로 진행하였다.
한국 남서해 다도해역 주변의 조석·조류특성을 파악하기 위해 2차원 수치모델을 이용하여 다도협수로역(돌산도~금오도~개도, 조약도~신지도~고금도), 섬과 육지사이 수로역 (고흥~거금도의 거금수도), 섬 주변 개방해역(진도 주변) 주변 4개 해역의 조석·조류 계산 결과를 비교하였다.
해당해역 주변 수심은 국립해양조사원 간행의 해도를 이용하였으며, 조류계산에서 안정 해를 얻기 위해 반일주조를 기준으로 총 8주기(100시간)에 걸쳐 계산한 뒤 마지막 주기의 유속과 해면변위를 해로 취하였다. 계산의 시간 간격은 양해법의 CFL(Courant-Friedrichs-Lewy) 수치적 안정도 조건을 충분히 만족하도록 하여 5초의 time step으로 계산하였다.
대상 데이터
계산에 사용된 격자수는 돌산도~금오도~개도 주변 56×47, 조약도~신지도~고금도 주변 54×43, 거금수도 주변 62×45, 진도 주변 28×29격자로 구성하였다.
반일주조 성분이 우세한 우리나라 남서해안 다도해역 중, 많은 섬과 협수로로 이루어진 다도협수로역인 돌산도~금오도~개도와 완도주변 조약도~신지도~고금도, 섬과 육지사이 수로역인 고흥~거금도 사이 거금수도 주변, 섬 주변 개방해역인 진도 주변해역의 해수유동을 재현하였다. 유동의 재현에는 유한차분법(finite difference method)과 지형효과를 고려한 수치모델이 사용되었다.
계산영역에서 바람의 영향, 하천 유입 등의 영향은 고려하지 않았다. 주변해역의 수심은 국립해양조사원 간행 해도 No. 240, 227, 220, 221A를 각각 참고하였다. Fig.
이론/모형
해양의 조석에서 부분 폐쇄된 해역으로의 조석에너지 흐름은 원칙적으로 해저마찰에 의해 분산(소실)된다. 본 연구에서는 대상해역에 대해 식(6)(Taylor, 1919)을 이용해 조석에너지의 분산(dissipation) 정도를 계산하였다.
따라서 수심이 10 cm이하의 경우에는 모두 수심 10 cm에서의 마찰계수를 적용하였다. 식(1), (2), (3)을 차분화하여 계산하였으며, 차분방법은 Dufort-Frankel법을 이용한 leap-frog scheme를 사용하였다. 첫 step은 backward scheme으로 계산을 시작하였다.
계산의 시간 간격은 양해법의 CFL(Courant-Friedrichs-Lewy) 수치적 안정도 조건을 충분히 만족하도록 하여 5초의 time step으로 계산하였다. 연구해역의 외해경계조건은 한반도 조석 조화상수집(KORDI, 1996)으로부터 해당해역 주변의 값을 고려하여 적용하였다. 계산영역에서 바람의 영향, 하천 유입 등의 영향은 고려하지 않았다.
반일주조 성분이 우세한 우리나라 남서해안 다도해역 중, 많은 섬과 협수로로 이루어진 다도협수로역인 돌산도~금오도~개도와 완도주변 조약도~신지도~고금도, 섬과 육지사이 수로역인 고흥~거금도 사이 거금수도 주변, 섬 주변 개방해역인 진도 주변해역의 해수유동을 재현하였다. 유동의 재현에는 유한차분법(finite difference method)과 지형효과를 고려한 수치모델이 사용되었다. 연안 해역의 조류·조석 계산을 위해, 평균해면을 원점으로 한 직교 좌표계로 나타내었다.
성능/효과
86’E)에서의 조류 측정 자료를 이용하여 비교하였다. 관측값과 계산값에 약간의 차이는 있었으나, 모델결과는 전반적으로 현장 값의 재현에 문제가 없는 것으로 나타났다.
또한 일본 세토내해 나루토 해협에서 500 cm/s의 조류가 강하게나타나는 것은 조류가 진행함에 따라 수로가 급격히 좁아지는 지형적인 특성을 가지기 때문이다. 따라서 조석에너지는 그 지역의 조류의 유속과 지형적인 특성에 의해 그 크기가 차이가 있다는 것을 알 수 있다.
수영만 조류의 최대 유속은 다도협수로의 특성을 지니는 돌산도 조류의 최대유속의 1.3배로 나타났고, 개방형인 진도 최대유속의 0.5배로 나타났다. 진도와 수영만은 모두 개방된 형태의 해역이나 조류에 의한 최대 유속이 큰 차이를 보인다.
Table 1은 한국 남서해역 주변의 조석 조화상수를 나타낸 것이다. 여수는 조석 형태수(tide form number :Hk +Ho / Hm +Hs)가 0.23으로 반일주조가 우세하며, 나로도, 거문도, 동항(장직로) 및 소안도는 0.27~0.33으로 점차 서쪽으로 갈수록 반일주조가 우세한 혼합조의 특성을 가지고 있는 것으로 나타났다. 또 각 분조의 위상도 서쪽으로 갈수록 점차 늦어졌다.
조류 최대유속은 다도협수로역인 돌산도 주변에서 작았고, 섬 주변 개방역인 진도 주변에서 가장 컸다. 조약도 주변은 타 해역에 비해 3개의 주 협수로를 통한 조류의 유출입으로 해역 내 조석잔차류가 가장 컸다.
조석에너지 분산 결과는 동쪽경계 송군리 앞바다 120(×107 erg/s), 굴포리 남쪽바다에서 145(×107 erg/s)였다.
조석에너지 분산의 최대값은 섬 주변 개방해역을 제외한 3개 해역이 411~435(×107 erg/s)로 유사했으나, 최소값에서 큰 차이를 보였다.
조석에너지분산은 남쪽경계에서 310(×107 erg/s)정도이고, 해역이 상대적으로 제한되어 수심 변화가 많은 서쪽경계의 소록도 부근에서 435.0(×107 erg/s)로 컸다.
조약도 북쪽과 고금도와 조약도 남쪽의 조석에너지 분산정도는 210~240(×107erg/s)이나, 고금도 북쪽에서 460(×107erg/s)으로 크게 나타났다.
즉 분산의 범위(최대치-최소치)는 다도협수로역이 351.0~392.6(×107 erg/s)로 가장 크고 섬과 육지사이 수로역 125.7(×107 erg/s), 그리고 섬 주변 개방역이 23.1 (×107 erg/s)로 가장 작았다.
지형적으로 단조롭고 개방된 형태의 한국 남동해역에 위치한 수영만에서 M2분조의 최대진폭에 의한 조류는 40 cm/s, 섬과 육지로 이루어진 좁고 긴 수로역의 형태를 보이는 일본 세토내해의 나루토 해협에서 500 cm/s로 수영만에 비해 12배 이상의 유속 차가 나타났다. 지형적으로 복잡한 섬과 수로형태를 가지는 일본 세토내해에서 조석에너지 분산은 비교적 단조로운 수영만에 비해 5.
9 cm/s였다. 진도 주변의 해수유동은 다도협수로 역이나 섬과 육지사이 수로역보다 유동의 크기가 크고 단조로운 유동형태를 나타냈다.
조석에너지 분산범위는 다도협수로역이 가장 크고 섬과 육지사이 수로역, 섬 주변 개방역 순서로 작았다. 진도주변의 조류 세기는 4개 해역 중 가장 컸으나 조석에너지 분산과 그 분산범위는 가장 작아, 해역 내 협수로와 수심의 급격한 변화가 조석에너지 분산에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 경향은 조석진폭의 변동범위에서도 동일하였다.
다도협수로역 중 돌산도 주변이 조약도 주변 다도해역보다 크게 나타난 것은 돌산도 주변이 조약도보다 주변에 섬이 더 많이 존재하고 수심변화가 커, 조류 마찰 변화가 컸기 때문이다. 진도주변의 조류 세기는 4개 해역 중 가장 컸으나 조석에너지 분산과 그 분산범위는 가장 작아, 해역 내 협수로와 수심의 급격한 변화가 조석에너지 분산에 큰 작용을 함을 나타냈다. 이러한 경향은 조석 진폭의 변동범위에서도 동일하였다.
후속연구
본 연구를 통해 한국 남서부 해역에서의 조석과 조류특성을 수치모델을 이용하여 살펴보았다. 해역의 특성에 따른 조석 및 조류성분의 차이에 관한 분석은 중요한 해역의 향후 연구에 도움이 될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한국의 남해안의 지리 특성은?
한국의 남해안은 남북, 동서로 뻗은 산맥이 남해에 침강 되고, 바닷물의 영향으로 골짜기가 깊고, 완만한 경사의 해안 지형을 가진다. 따라서 한국 남해 연안은 조차 및 조간대 발달 정도가 커 리아스식 해안과 다도해로 이루어져 있다.
2차원 수치모델을 이용 하여 조석 조류특성을 파악했다. 어떤 결과를 비교했는가?
한국 남서해 다도해역 주변의 조석 조류특성을 파악하기 위해 2차원 수치모델을 이용하여 다도협수로역, 섬과 육지사이 수로역, 섬 주변 개방해역 주변 4개 해역의 조석 조류 계산 결과를 비교하였다. 조류 최대유속은 다도협수로역에서 31.
조석 조류특성의 최대 유속은?
한국 남서해 다도해역 주변의 조석 조류특성을 파악하기 위해 2차원 수치모델을 이용하여 다도협수로역, 섬과 육지사이 수로역, 섬 주변 개방해역 주변 4개 해역의 조석 조류 계산 결과를 비교하였다. 조류 최대유속은 다도협수로역에서 31.92 cm/s로 작았고, 섬주변 개방역에서 87.55 cm로 컸다.
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