새만금호 방수제 공사에 따른 관리수위 운영과 환경변화에 관한 고찰 Consideration on the Operation of water level management and Environmental Change Associated with Inner Dike Constructions in Saemangeum Reservoir원문보기
새만금 사업은 대체 농지조성 및 쾌적한 복지 농어촌을 건설하고, 동북아 경제중심지로서 거점을 개발하는 한편 친환경적 개발 계획 및 기술에 바탕을 둔 녹색 도시로 성장하도록 하는 글로벌 명품 사업이다. 이러한 새만금 사업을 친환경 간척 모델의 하나로 개발하기 위하여 새만금 사업 환경영향 공동조사 및 토론회 등을 거쳐 친환경적 순차 개발 계획이 확정되었다. 현재는 방수제 공사가 진행 중에 있으며, 이에 따라 새만금호의 적정 수질 유지 및 환경변화에 따른 합리적인 대책 수립이 요구되고 있는 실정이다. 새만금호 내 환경은 상류 오염부하량 및 배수갑문 조작 현황 등에 의해 많은 영향을 받게 되므로, 본 연구에서는 새만금 방조제 끝막이로부터 방수제 공사 이후까지의 새만금호 관리수위 결정에 미치는 전반적인 요인들을 파악하였으며, 현재 진행 중인 방수제 공사와 관련된 수치 모델링 및 지속적인 해수 유통이 미치는 환경적 문제를 함께 고찰하였다. 새만금호 관리수위는 배후지 침수 분석, 끝막이 시공 여건과 비산먼지 등 환경대책에 대한 내용을 포함한 여러 조건에 따라 결정되며, 방수제 축조 후가 축조 전에 비하여 염분 농도 뿐 아니라 해수 유입 범위가 갑문 방향으로 1.2 km 감소하는 것으로 예측되었다.
새만금 사업은 대체 농지조성 및 쾌적한 복지 농어촌을 건설하고, 동북아 경제중심지로서 거점을 개발하는 한편 친환경적 개발 계획 및 기술에 바탕을 둔 녹색 도시로 성장하도록 하는 글로벌 명품 사업이다. 이러한 새만금 사업을 친환경 간척 모델의 하나로 개발하기 위하여 새만금 사업 환경영향 공동조사 및 토론회 등을 거쳐 친환경적 순차 개발 계획이 확정되었다. 현재는 방수제 공사가 진행 중에 있으며, 이에 따라 새만금호의 적정 수질 유지 및 환경변화에 따른 합리적인 대책 수립이 요구되고 있는 실정이다. 새만금호 내 환경은 상류 오염부하량 및 배수갑문 조작 현황 등에 의해 많은 영향을 받게 되므로, 본 연구에서는 새만금 방조제 끝막이로부터 방수제 공사 이후까지의 새만금호 관리수위 결정에 미치는 전반적인 요인들을 파악하였으며, 현재 진행 중인 방수제 공사와 관련된 수치 모델링 및 지속적인 해수 유통이 미치는 환경적 문제를 함께 고찰하였다. 새만금호 관리수위는 배후지 침수 분석, 끝막이 시공 여건과 비산먼지 등 환경대책에 대한 내용을 포함한 여러 조건에 따라 결정되며, 방수제 축조 후가 축조 전에 비하여 염분 농도 뿐 아니라 해수 유입 범위가 갑문 방향으로 1.2 km 감소하는 것으로 예측되었다.
A Saemangeum Development Project, which is a national project in South Korea, has started with the objective of developing the reclaimed area mainly agricultural land use since the mid'80s. To develop a model of the global eco-reclamation, constructions of the eco-friendly counter facilities such as...
A Saemangeum Development Project, which is a national project in South Korea, has started with the objective of developing the reclaimed area mainly agricultural land use since the mid'80s. To develop a model of the global eco-reclamation, constructions of the eco-friendly counter facilities such as sluice gates and inner dikes, as well as environmental preservation measures for an estuary reservoir, have been carried out. However, reasonable measures of the water quality management for the Saemangeum area are required. Thus, the purpose of this study is to rigorously analyze and quantitatively evaluate the environmental problems due to the water level management associated with inner dike constructions. To achieve these objectives, the affecting factors on determination of water level management are described and a series of calibrated transient-state numerical simulations was performed to demonstrate the salinity distribution difference in the estuary before and after the construction of inner dikes. The overall salinity reduced about 2~5 psu, and the seawater intrusion was weakened by a well-regulated waterway after construction of the inner dikes compared to before construction of them.
A Saemangeum Development Project, which is a national project in South Korea, has started with the objective of developing the reclaimed area mainly agricultural land use since the mid'80s. To develop a model of the global eco-reclamation, constructions of the eco-friendly counter facilities such as sluice gates and inner dikes, as well as environmental preservation measures for an estuary reservoir, have been carried out. However, reasonable measures of the water quality management for the Saemangeum area are required. Thus, the purpose of this study is to rigorously analyze and quantitatively evaluate the environmental problems due to the water level management associated with inner dike constructions. To achieve these objectives, the affecting factors on determination of water level management are described and a series of calibrated transient-state numerical simulations was performed to demonstrate the salinity distribution difference in the estuary before and after the construction of inner dikes. The overall salinity reduced about 2~5 psu, and the seawater intrusion was weakened by a well-regulated waterway after construction of the inner dikes compared to before construction of them.
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문제 정의
4a)을 분석한 이유는 해당 연도의 관리수위가 EL. 0.05 m로 다른 연도에 비하여 높게 유지되고 있으며, 또한 최근 몇 년 동안 가장 강수량이 적은 기간으로(부안기상관측소의 경우, 강수량은 884.0 mm로 2011년 강수량 1237.7 mm에 비하여 매우 작은 값을 기록(KMA[2012b])), 만경 및 동진강 하류로부터 새만금호로 유입되는 유량이 매우 적어 만경 및 동진 수역 상류로 염분 침투가 가장 심화될 것으로 예상되어 이를 다른 경우들과 비교해 보기 위해서이다. 수치 모델링 결과, 방수제 축조 전 2008년(Figs.
60 m로 유지하고 있고, 국내외의 배수갑문 또는 수문 운영에 의한 환경적인 문제점들이 보고되고 있으므로, 이들이 주변 환경에 미치는 영향과 이를 최소화하는 방안에 대한 고찰이 필요할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 새만금 방조제 끝막이 이후 관리수위 운영과 이에 따른 환경변화를 고찰하고, 현재 진행 중인 방수제 공사를 위한 관리수위에 따른 해수 유입 범위를 모의하여 지속적인 해수 유통이 새만금호에 미치는 환경적인 영향을 함께 분석하였다.
본 연구에서는 새만금 방조제 끝막이 이후로부터 내부개발 완료시까지의 새만금호 관리수위 결정에 미치는 전반적인 요인들을 파악하였으며, 현재 진행 중인 방수제 공사와 관련된 환경적 문제를 고찰하였다.
2). 특히, 배수갑문을 통한 해수유통이 이루어지는 시기의 새만금 수역 배수갑문 작동은 새만금호의 적정수질 유지 및 재해예방, 환경개선, 시공관리 등을 주된 목적으로 실시된다.
가설 설정
둘째, 용수공급측면이 불합리해진다. 용수의 수요·공급 분석(KRC[2011b])에 의하면 새만금 담수호의 총 용수 공급 가능량 380백만m3/년(만경 220, 동진 160 백만m3/년)에서 최대 농업용수 필요수량인 215 백만m3/년을 제외하면, 165 백만m3/년의 잉여수량이 발생하는 것으로 추정되나, 상류 하천에서 공급되는 용수는 하계에 집중되는 우리나라 계절 특성상 연간 안정적으로 농업용수를 공급시키지 못할 가능성이 매우 크다.
제안 방법
00 m~EL. (-) 5.00 m를 0.50 m간격으로, 갑문폭 300 m~1,200 m를 30 m 간격으로하고 조위는 대조(spring tide) 및 소조(neap tide)를 적용하고, 홍수량은 20, 100, 200, 500, 1,000, 2,000, 5,000, 10,000년 빈도에 대한 검토 결과에 따라 바닥 표고와 홍수빈도별 적정 통수 단면을 결정하였다. 하천공사 시 규정을 참고하면, 계획홍수량이 2,000 m3/sec~4,000 m3/sec일 때 갑문폭은 30 m로, 4,000 m3/sec 이상 일 때는 30 m~40 m 범위로 계획하도록 되어있다.
셋째, 수질 및 생태적 측면에서도 관리수위를 높이는 것은 해수유통을 시행하고 있는 현재 실정에서 일시적 수질관리 측면에서는 유리하다. 따라서 공사 중의 관리수위는 상기와 같은 조건을 고려하고, 환경영향을 최소화하는 방안을 검토하여 EL. (-) 1.
또한 수리 변수들에 대하여 검·보정(2008년 보정과 2009년 검정)된 모델(Shin et al.[2012])과 새롭게 보정된 2011년도에 모델(Oh et al.[2013])에 수평 및 수직적으로 격자를 세밀하게 구축하여(Table 4), 수치 모델링을 수행하였다.
본 연구에서 활용한 수치 모델은 유역과 수역모델이며, 각각 HSPF(Hydrological Simulation Program Fortran)와 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)이다. 먼저 만경강과 동진강의 유입 유량과 유입수 수온은 HSPF 모델(2007년~2008년 보정과 2009년~2011년 검정)로부터 산정된 자료(KRC[2012c])를 이용하여 EFDC 모델의 상류 경계 조건으로 할당하였다. 모델링에 적용한 기상 자료는 2008년과 2011년 군산 기상대의 기온, 해면기압, 상대습도, 강수량, 증발산량, 일사량, 풍향, 풍속 및 강수량(KMA(기상청): Korea Meteorological Administration [2012a])이다.
새만금 방조제 끝막이 공사 후, 내부개발 착수 전까지는 가력·신시 배수갑문을 해측 조위에 따라 상시 개방하여 해수유통 할 계획이며, 배후지 침수, 담수호 수질, 내부간척지 비산먼지발생 등의 환경문제, 방조제 성토공사 시공 조건 등의 종합적인 검토사항을 고려 하여 담수호를 관리·운영하였다.
대상 데이터
모델링에 적용한 기상 자료는 2008년과 2011년 군산 기상대의 기온, 해면기압, 상대습도, 강수량, 증발산량, 일사량, 풍향, 풍속 및 강수량(KMA(기상청): Korea Meteorological Administration [2012a])이다. 2008년 및 2011년 기상자료는 해당 년도 모델링 수행시 각각 적용하였으며, 2015년의 경우는 2011년 기상자료를 적용하였다. 또한 수리 변수들에 대하여 검·보정(2008년 보정과 2009년 검정)된 모델(Shin et al.
새만금 방수제는 내부의 토지와 수면의 경계를 확정짓는 제방으로써, 홍수로부터 내부 토지를 보호하고 토지의 침식 및 세굴을 방지하는 기능을 수행하며, 전라북도 군산시, 김제시, 부안군 공유수면 일원에 위치한다. 공사 규모는 방수제 11개 공구 총 68.2 km, 기간은 2010년에서 2015년(6개년)까지이다. 새만금 방수제는 만경 및 동진강 구간으로 나뉘며 전자는 31.
먼저 만경강과 동진강의 유입 유량과 유입수 수온은 HSPF 모델(2007년~2008년 보정과 2009년~2011년 검정)로부터 산정된 자료(KRC[2012c])를 이용하여 EFDC 모델의 상류 경계 조건으로 할당하였다. 모델링에 적용한 기상 자료는 2008년과 2011년 군산 기상대의 기온, 해면기압, 상대습도, 강수량, 증발산량, 일사량, 풍향, 풍속 및 강수량(KMA(기상청): Korea Meteorological Administration [2012a])이다. 2008년 및 2011년 기상자료는 해당 년도 모델링 수행시 각각 적용하였으며, 2015년의 경우는 2011년 기상자료를 적용하였다.
새만금 사업은 1991년 11월 방조제 공사 착공을 시작으로 2006년 4월 방조제 최종 물막이 공사가 완료된 이후 2010년 4월 새만금 방조제가 준공되었다. 이 방조제는 행정구역상 군산시, 김제시, 부안군의 일부 및 만경강(북측)과 동진강(남측) 하구를 포함하며, 부안군 변산면 대항리에서 군산 비응도까지 연결된 총 길이 33.9 km 인 4개의 방수제와 2개의 배수갑문(신시, 가력)으로 구성되어 있다(Fig. 1). 지형적으로는 새만금 방조제 내측 수심은 0 m~ 40 m 내외로 분포하며, 만경강으로부터 4호 방조제와 2호 방조제로 이어지는 2개의 수로와 동진강으로부터 가력 배수갑문과 2호 방조제로 이어지는 2개의 수로, 총 4개의 수로가 존재하나, 이러한 수로들을 제외하고는 대체로 평편한 지형을 보인다.
데이터처리
방수제 건설과 관리수위에 따른 수치 모델링 결과는 Fig. 4에 도시하였으며, 전반적인 염분 유입 범위를 파악하기 위해 평균 염분 분포를 분석하였다. 여름철(7월 15일)에서의 염분 분포는 Fig.
이론/모형
(-) 5 m로 준설하는 것으로 계획되어 있어, 이로 인한 해수 유입은 상류로 더욱 진행될 것으로 예상된다. 본 연구에서 활용한 수치 모델은 유역과 수역모델이며, 각각 HSPF(Hydrological Simulation Program Fortran)와 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)이다. 먼저 만경강과 동진강의 유입 유량과 유입수 수온은 HSPF 모델(2007년~2008년 보정과 2009년~2011년 검정)로부터 산정된 자료(KRC[2012c])를 이용하여 EFDC 모델의 상류 경계 조건으로 할당하였다.
성능/효과
(1) 새만금호 관리수위는 배후지 침수분석, 끝막이 시공 여건과 비산먼지 등 환경대책에 대한 내용을 포함하여 수위 조건에 따라 결정되었으며, 새만금 방수제 공사 중 관리수위는 시공성 등을 종합적으로 검토하여 EL. (-) 1.
(2) 방수제 공사 완료 후 관리수위는 평상 시, 수위가 유지 및 관리되도록 EL. (-) 1.
새만금 인근 계화도 사업지구에서는 비산 및 부유 먼지의 발생으로 조성된 논둑과 수로가 매워진 사례가 있으며, 기존의 화옹방조제의 경우도 방조제 체절 초기에 드러난 간척지에서 발생한 비산먼지로 인하여 피해 사례가 보고되었다(CIES((사)시민환경연구소: Citizen Institute for Environmental Studies[1998]). 셋째, 수질 및 생태적 측면에서도 관리수위를 높이는 것은 해수유통을 시행하고 있는 현재 실정에서 일시적 수질관리 측면에서는 유리하다. 따라서 공사 중의 관리수위는 상기와 같은 조건을 고려하고, 환경영향을 최소화하는 방안을 검토하여 EL.
셋째, 해수 유통 시에 새만금호 내 담수를 사용할 수 없게 되어 물배분 체계(용담댐, 부안댐 등)의 조정이 예상되며, 이는 지역 간의 물 분쟁이 발생될 가능성이 있다. 안정적인 새만금 자체 용수 공급원을 포기하면서까지 타 지역의 물배분을 요구하는 것은 부적절할 것으로 판단된다.
한편 방수제 축조 후 준설까지 고려한 경우, 방수제 축조 후인 2015년에 비해 약 10 정도의 염분 농도 상승이 나타나며, M1 및 D1 부근까지 해수가 유입되고 있는 것으로 모의되었다. 수치 모델링 결과, 새만금호 내 상류로의 해수 유입 진행 정도는 방수제 축조 유무 보다는 관리수위 및 지형에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다.
(-) 5 m이기 때문이며, 낮은 관리수위라 하더라도 상류로의 해수 유입이 준설 전보다 원활하여 동일지점에서 높은 염분 농도가 나타나게 된다. 수치 모델링 결과, 새만금호 내 상류로의 해수 유입 진행 정도는 방수제 축조 유무 보다는 관리수위 및 지형에 영향을 많이 받으며, 염분 농도는 방수제 축조에따라 더욱 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서 환경변화 측면에서 해수 유통 시 형성되는 염분 성층은 지속적인 수위 관리로 개선할 수 있을 것으로 판단된다.
[2013])에 수평 및 수직적으로 격자를 세밀하게 구축하여(Table 4), 수치 모델링을 수행하였다. 이렇게 구축된 방수제 축조 전 2008 모델과 2011년 모델에 대한 8 지점(M1~M4, D1~D4)에서의 염분 보정 결과, 유효화 변수별로 RMSE(Root Mean Square Error)는 각각 0.22~3.41과 0.02~5.28로 나타났으며, AME(Absolute Mean Error)는 0.13~2.78과 0.02~3.91의 범위로 나타나 모의값이 실측값을 잘 반영 하는 것으로 평가되었다.
6 m의 결정은 다음과 같은 측면이 고려되었다. 첫째, 경제성과 시공측면으로 관리 수위가 낮으면 경제적으로 유리하다. 관리수위가 상승하게 되면 새만금호 내에서의 준설작업이 육상 준설 방법에서 해상 준설 방법으로 변경되어야 하고, 시공 공법 변경이 수반되어야 한다.
첫째, 해수유통은 구조적으로 수체가 정체되는 구역에서는 수질이 좋지 않을 것으로 예상된다. Fig.
후속연구
수치 모델링 결과, 새만금호 내 상류로의 해수 유입 진행 정도는 방수제 축조 유무 보다는 관리수위 및 지형에 영향을 많이 받으며, 염분 농도는 방수제 축조에따라 더욱 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서 환경변화 측면에서 해수 유통 시 형성되는 염분 성층은 지속적인 수위 관리로 개선할 수 있을 것으로 판단된다.
또한 여름철 가력 배수갑문의 개폐로 인한 거품띠 발생 문제는 여름철 해수욕장 개장 기간 동안 홍수기를 제외하면 신시 배수갑문으로만 해수를 유통하여 예방할 수 있을 것으로 보인다. 배수갑문은 새만금 내측의 담수화를 전제로 설계되었기 때문에 홍수량을 배제하기 위한 시설로써 사용되어 지속적인 해수 유통은 배수갑문의 노후화를 촉진할 것으로 판단되므로 이에 대한 지속적인 관찰이 필요할 것으로 판단된다.
마지막으로 새만금의 배수갑문은 담수호를 전제로 설계되어 있지만, 지속적인 해수유통은 배수갑문을 경계로 해측과 내측의 수두가 수시로 변하게 하기 때문에 이로 인한 유속 변화가 심하게 나타나 내측 바닥보호공의 안정성에 무리가 갈 수 있다. 새만금의 배수갑문을 통과하는 흐름은 난류가 강하고 이로 인한 유속이 증가하므로 지속적인 해수유통이 바닥보호공에 미치는 영향에 대한 심도 있는 조사가 필요할 것으로 판단된다. 시화호의 경우 호수의 수질악화를 방지하기 위하여 배수갑문을 당초 계획보다 잦은 빈도로 작동하여 수중콘크리트 타설 등의 바닥보호공 보강사례가 있다(Jo et al.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
새만금 방수제는 어떤 기능을 수행하는가?
새만금 방수제는 내부의 토지와 수면의 경계를 확정짓는 제방으로써, 홍수로부터 내부 토지를 보호하고 토지의 침식 및 세굴을 방지하는 기능을 수행하며, 전라북도 군산시, 김제시, 부안군 공유수면 일원에 위치한다. 공사 규모는 방수제 11개 공구 총 68.
새만금호는 어디에 위치하는가?
새만금호는 만경강 및 동진강 하구에 위치하며, 서해 조석간만의차로 노출된 갯벌에 조성되기 때문에 수심은 방조제 내측 인근 지역(40 m)을 제외하고 0 m~10 m로 낮게 분포하며, 지형은 완만하여 경사도 1o 이하 지역이 전체의 90%를 차지한다. 이로 인해 호 내 체류시간이 짧고 수심변화도 매우 작기 때문에 상류로부터의 유입수량 및 수질과 배수갑문의 운영 이력에 의해 호 내 수리, 수질 및 환경적 변화는 크게 영향을 받는다.
국내외에서 방조제및 배수갑문의 운영과 관련하여, 하구호의 수질 및 생태환경이 변화되고 이로 인해 나타난 문제점은?
국내외에서 방조제및 배수갑문의 운영과 관련하여, 하구호의 수질 및 생태환경이 변화되고 이로 인한 문제점들이 나타났다. 새만금과 유사한 일본의 이사하야 만(Isahaya Bay) 간척지는 방조제 건설 후 수질이 악화되어 수질개선대책을 추진하였으나 목표수질을 달성하지 못하였고(Yokoyama& Kyozuka[2003]), 네덜란드는 델타사업 (Delta Works)의 한 부분인 하링블리트 댐(Haringvliet dam with sluice gate)을 건설한 이후 해수 유입이 방지되는 긍정적인 효과를 가져왔으나 유속의 감소로 수질이 심하게 악화되었다(Stuyfzand et al.[2004]). 또한 호주에서는 투콤빌(Tuckombil) 수로에 홍수 범람을 방지하기 위해 수문을 건설하였으나, 현재는 관리 시설물들의 노후화와 함께 수질이 급격하게 악화되었다(Richmond River County Council[2007]). 한편 국내의 경우, 방조제 체절 후 농업용수로 활용을 계획했던 시화호는 상류 유역에 공단과 도시가 밀집해 있으나, 환경 기초시설이 완공되지 않은 상황에서 담수화를 시작하여 시화호 표층은 저염분층, 저층은 고염분층을 이루는 환원층을 형성하는 등 (Park et al.[1997]) 수질 오염에 대한 문제가 발생하여, 해수를 유통시키는 것으로 계획이 변경되었다(KRC[2006]).
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