[논문]천문조, 배조 및 복합조 특성을 이용한 경기만 한강하구 구역별 조석체계 분류

윤병일; 우승범; 김종욱; 송진일

doi:10.9765/kscoe.2015.27.3.149

천문조, 배조 및 복합조 특성을 이용한 경기만 한강하구 구역별 조석체계 분류
The Regional Classification of Tidal Regime using Characteristics of Astronomical Tides, Overtides and Compound Tides in the Han River Estuary, Gyeonggi Bay 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.27 no.3, 2015년, pp.149 - 158

윤병일 (인하대학교 해양과학과) , 우승범 (인하대학교 해양과학과) , 김종욱 (인하대학교 해양과학과) , 송진일 (인하대학교 해양과학과)

초록
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경기만 한강하구에서 주요 수로의 조석 전파 특성을 이용하여, 천문조, 배조 및 복합조의 분포를 파악하고, 조석 형태수의 특징에 따라 구역별 조석체계 (tidal regime)를 분류하였다. 주요 수로에서 보이는 조석 전파 특성은 외해는 천문조로 대표되는 5대분조 (e.g., $M_2$, $S_2$, $N_2$, $K_1$ 및 $O_1$)가 지배적이지만, 상류로 진입할수록 천해 분조 (e.g., $M_4$)와 장주기 분조 (e.g., $MS_f$)의 뚜렷한 증가가 보인다. 반일주조 성분이 우세한 경기만 및 한강하구에서 천문조, 배조 및 복합조를 이용하여 제시된 조석 형태수 (tidal form number)의 특성에 따라 크게 3구역으로 분류하였다. 1구역은 천문조가 우세한 지역으로 외해에서 인천항 전면까지 (염하수로), 외해에서 석모수로의 북쪽 입구로 제시된다. 2구역은 염하수로 남쪽 입구에서 북쪽 입구까지와 강화 북수로 지역으로 단주기 천해 분조 (e.g., $M_4$와 $MS_4$)가 강하게 나타나는 지역이다. 마지막으로 3구역은 신곡 수중보 이후부터 한강 상류지역으로 장주기 복합조 (e.g., $MS_f$)가 제일 우세한 지역이다. 일반적인 하구와 마찬가지로 한강하구의 조석 비선형성은 지형적 특성에 기인한 천해 분조가 증가를 하며, 1/4일주기 (fourth-diurnal) 및 장주기 (long-term period) 분조의 확연한 분포 차이를 보인다. 특히, 수중보의 영향은 구조물의 상류와 하류지점의 조석체계에 지대한 변화를 일으킨다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we investigate tidal wave propagation characteristics, and classify regional tidal regime using tidal form number considered distribution of astronomical tide, overtides, and compound tides in the Han River Estuary, Gyeonggi Bay. The characteristics of the tidal wave propagation in main channels show dominance of major tidal constituents (e.g., $M_2$, $S_2$, $N_2$, $K_1$ and $O_1$) contributing to the astronomical tide however, distinct increasing of shallow water (e.g., $M_4$) and long period (e.g., $MS_f$) components toward up-estuary. Using the characteristics of tidal form number to astronomical tide, overtides, and compound tides, the regional tidal regime could be assorted into three regions. Firstly, a dominance area of astronomical tide was presented from open sea to a front of Incheon Harbor (Yeomha channel) and to north entrance of Seokmo channel. The area between south and north entrance of Yeomha channel and Ganghaw north channel classified into zone of showing strong shallow water components. It could be separated into upper estuary, upstream the Singok underwater dam, showed dominance of shallow overtides (e.g., $M_4$ and $MS_4$) water and long-term compound tides (e.g., $MS_f$) larger magnitude than astronomical tide. The shallow water components was earlier generated in lower part (south entrance) of Yeomha channel have strong bottom by effect of shallower and narrower compared with Seokmo channel. Tidal asymmetries of upper estuary cause by a development of overtides and compound tides are mainly controlled by influence of man-made structure.

주제어

AI 본문요약
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가설 설정

수중보 관련된여러 연구가 수행되었고 이전 또는 철거와 관련된 장점과 문제점 등이 보고되었다. 철거를 가정한다면 명확한 사실은 조석의 상류로 전파가 길어지고, 염분의 침입이 증가한다는 것이다. 다만, 조석의 크기 및 한계, 염수의 침입 거리 등은 계속된 논의가 필요하다.

제안 방법

20개 정점 (T1−T20)에 대한 조화상수 값을 장주기 (longterm period), 일주조 (diurnal), 반일주조 (semi-diurnal) 그리고 1/4일주기 (fourth-diurnal) 성분으로 구분하여 제시하였다 (Table 1).
4대분조의 조화상수 값을 이용하여 조석 형태수 (tidal form number, F; 식(1))를 계산하였고, 배조 및 복합조의 영향을 평가하기 위해서 천해 조석 형태수를 제시하였다.
25 보다 작을 때는 반일주조 우세로 정의된다 (Defant, 1961; Kjerfve, 1981). 배조와 복합조는 4대 천문조 성분의 주기보다 짧은 1/4일주기 (fourth-diurnal) 성분과 긴장주기 (long-term period) 성분으로 구분하였다. 주기를 바탕 으로 조석 형태수는 단주기 조석 형태수와 장주기 조석 형태 수로 구분하였다.
외해 정점인 T1과 T9에서 상류로 진입하면서 소요되는 조석 전파 시간을 주된 반일주조 성분인 M₂의 위상과 각속도 (degree/h)을 이용하여 제시하였다 (Fig. 3c와 4c). 염하와 석모수로의 북쪽 입구 (e.
그러므로 본 연구에서는 M₄ 진폭만이 아닌 M₂와 S₂ 의 합성으로 생성되는 복합조를 고려할 필요가 있다. 이를 파악하기 위해서 조석 형태수의 형태를 수정한 천해 조석 형태수를 주기에 따라서 1/4일주조 성분 조석 형태수 (F_FD)와 장주기 조석 형태수 (F_LP)를 제시하였다.
조석 형태수와 천해 조석 형태수의 분포 특징과 더불어 조류의 변화를 함께 파악하기 위해서 염하수로의 조류 관측자료 (Song and Woo, 2011; Yoon and Woo, 2012a)를 분석하였다. 조류 자료는 주성분 분석 (principal component analysis)을 사용하여 구한 주축 방향 성분을 조화분해 하여 조화상수를 추출하였다. 한강하구를 구성하는 각각 수로의 지형적인 영향과 함께 인위적인 구조물의 영향을 비교하기 위하여 신곡 수중보 건설 이전 (1985년)과 이후 (2008년)의 행주대교 수위를 비교하였다.
조석 전파 특성과 더불어 조류 전파 특성을 확인하기 위해서 조류 자료의 상관도 분석을 수행하였다 (Fig. 6). 조류에 대한 자세한 분석과 결과는 Yoon and Woo (2012a)에 제시되어 있다.
조석 형태수 (F), 단주기 조석 형태수 (F_FD), 장주기 조석 형태수 (F_LP) M₄/M₂진폭비 (R), 그리고 전파 특성 등을 종합적으로 고려한 조석체계를 이용하여 경기만 해역 및 한강 하구 지역을 분류하였다 (Table 3). 구분된 지역은 Fig.
조석 형태수와 천해 조석 형태수의 분포 특징과 더불어 조류의 변화를 함께 파악하기 위해서 염하수로의 조류 관측자료 (Song and Woo, 2011; Yoon and Woo, 2012a)를 분석하였다. 조류 자료는 주성분 분석 (principal component analysis)을 사용하여 구한 주축 방향 성분을 조화분해 하여 조화상수를 추출하였다.
배조와 복합조는 4대 천문조 성분의 주기보다 짧은 1/4일주기 (fourth-diurnal) 성분과 긴장주기 (long-term period) 성분으로 구분하였다. 주기를 바탕 으로 조석 형태수는 단주기 조석 형태수와 장주기 조석 형태 수로 구분하였다. 단주기 조석 형태수 (fourth-diurnal tidal form number, F_FD ; 식(2))는 배조 성분 (M₄)와 복합조 성분 (MS₄)를 사용하고 구하고, 장주기 조석 형태수 (long-term period tidal form number, F_LP; 식(3))는 M_M과 MS_f를 이용한다.
천문조, 배조 및 복합조를 이용한 조석 형태수 및 진폭 비율의 조석체계의 특성에 따라서 경기만을 크게 3구역으로 분류하였다. 먼저, 외해 조석 (천문조)이 우세한 지역은 외해에서 인천항 전면까지, 외해에서 석모수로의 북쪽 입구로 나타났다.
조류 자료는 주성분 분석 (principal component analysis)을 사용하여 구한 주축 방향 성분을 조화분해 하여 조화상수를 추출하였다. 한강하구를 구성하는 각각 수로의 지형적인 영향과 함께 인위적인 구조물의 영향을 비교하기 위하여 신곡 수중보 건설 이전 (1985년)과 이후 (2008년)의 행주대교 수위를 비교하였다.

대상 데이터

1. Topographic map of the study area with 5 (thin black line) and 30 m (gray line) isobaths. The observation points for tide (T1−T20, black circles) and for current (C1, C4−C6, × symbols) are shown around Gyeonggi Bay.
1). 수집된 조석 자료는 국립해양조사원 (Korea Hydrographic and Oceanographic Administration, KHOA), 한강홍수통제소 (Han River Flood Control Office, HRFCO)에서 제공 받았고, 연구 보고서 (Ministry of oceans and fisheries, 2001; Ministry of oceans and fisheries, 2002)의 내용을 기반으로 한다. Kim (1997)에서 제시된 경기만 외해에서 한강하구까지의 흐름을 참고하여 조석 자료를 구역별로 구성하면 다음과 같다.
앞서 제시된 비대칭 영향 정도 (H_M4/H_M2), 위상을 이용한 조석 전파시간 산정 (e.g., M₂) 등의 결과는 주로 반일주조 성분 중에서 가장 큰 M₂ 분조와 배조 성분인 M₄를 이용하였다. Table 2에 제시된 바와 같이 M₂ 다음으로 큰 조석 성분은 S₂ 분조이고, 이런 영향으로 MS₄ 성분의 크기가 M₄성분만큼 큰 것을 보았다.
연구지역의 조석 특징을 정량적으로 분석하기 위해서 외해 지역의 6 정점 (T1−T5, T9), 강화도 동쪽 지역의 4 정점 (T6−T8, T15), 강화도 서쪽 지역의 5 정점 (T10−T14), 그리고 한강하구 상류 지역의 5 정점 (T16−T20)으로 총 20개의 정점의 조석 자료를 수집하였다 (Fig. 1).

성능/효과

경기만 한강하구에서 조석과 조류의 조화상수를 이용하여 제시된 주요 수로의 조석 전파 특성은 천문조, 1/4일주조 및장주기 성분에 따라 특징적으로 나타났다. 천문조는 hyper synchronous 형태를 보이며, 바닥마찰의 차이로 주요 수로에서 보이는 최대값의 위치가 다르게 나타났다.
천문조, 배조 및 복합조를 이용한 조석 형태수 및 진폭 비율의 조석체계의 특성에 따라서 경기만을 크게 3구역으로 분류하였다. 먼저, 외해 조석 (천문조)이 우세한 지역은 외해에서 인천항 전면까지, 외해에서 석모수로의 북쪽 입구로 나타났다. 염하수로 남쪽 입구에서 북쪽 입구까지와 강화 북수로는 1/4일주조의 천해 분조가 강하게 나타나는 지역으로 분류할 수 있다.
1/4일주조는 천문조가 급격히 감속하는 위치에서 급격한 증가를 하며, 지속해서 증가를 하다가 인위적 구조물에 의해서 급격한 감소를 한다. 장주기 분조는 1/4일주조와 비슷한 경향을 보이지만, 인위적 구조물의 영향은 상대적으로 적은 것으로 조사되었다.
조류 자료는 주성분 분석 (principal component analysis) 을 사용하여 구한 주축 방향 성분의 진폭과 위상을 Table 2에 제시하였다. 조석 조화상수와 마찬가지로 반일 주조 성분이 가장 큰 값을 보여주며, 최대 진폭 값은 조석 M₂분조의 최대값이 나타난 염하수로 남쪽 입구 (T7)의 인근 정점인 C4에서 나타났다. C4에서 최대값을 보인 이후에 5개 천문조는 감소한다.
경기만 한강하구에서 조석과 조류의 조화상수를 이용하여 제시된 주요 수로의 조석 전파 특성은 천문조, 1/4일주조 및장주기 성분에 따라 특징적으로 나타났다. 천문조는 hyper synchronous 형태를 보이며, 바닥마찰의 차이로 주요 수로에서 보이는 최대값의 위치가 다르게 나타났다. 1/4일주조는 천문조가 급격히 감속하는 위치에서 급격한 증가를 하며, 지속해서 증가를 하다가 인위적 구조물에 의해서 급격한 감소를 한다.

후속연구

)도 적지 않다 (Table 1과 Table 2). 그러므로 본 연구에서는 M₄ 진폭만이 아닌 M₂와 S₂ 의 합성으로 생성되는 복합조를 고려할 필요가 있다. 이를 파악하기 위해서 조석 형태수의 형태를 수정한 천해 조석 형태수를 주기에 따라서 1/4일주조 성분 조석 형태수 (F_FD)와 장주기 조석 형태수 (F_LP)를 제시하였다.
염하수로에서 보이는 변하는 수심의 감소와 수로 폭이 작아지는 지형적 특성에 의한 변화라고 판단되며, 조석뿐 아니라 조류의 상관도 및 조석과 조류의 hysteresis diagram에서도 확인을 수 있다. 다만, 석모수로의 조류 관측 정점이 추가된다면 석모, 염하수로의 각각의 상관도 및 두 수로가 합류된 이후의 상관도 비교가 가능할 것으로 보인다.
S5 구역은 특히 장주기 조석의 특성이 강하고, 신곡 수중보 같은 인위적인 구조물에 의한 영향이 조석체계에 큰 영향을 미친다. 인위적 구조물에 의한 영향을 명확하게 파악하기 위해서는 수치모델을 이용한 연구가 추적으로 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하구는 어떤 지역인가?	하구는 하천의 담수와 외해의 해수가 만나서 혼합이 발생하는 전이지역으로 해양물리학적, 퇴적학적 그리고 생지화학적 변화가 시공간적으로 매우 복잡하고 독특하게 나타난다. 이러한 시공간적인 변화는 하구의 물리적 외력인 조석, 파랑 및 하천 유량 등의 복합적인 상호작용으로 발생한다 (McLusky and Elliott, 2004).
	수로의 조석 전파 특성 중 천문조의 특징은?	경기만 한강하구에서 조석과 조류의 조화상수를 이용하여 제시된 주요 수로의 조석 전파 특성은 천문조, 1/4일주조 및장주기 성분에 따라 특징적으로 나타났다. 천문조는 hyper synchronous 형태를 보이며, 바닥마찰의 차이로 주요 수로에서 보이는 최대값의 위치가 다르게 나타났다. 1/4일주조는 천문조가 급격히 감속하는 위치에서 급격한 증가를 하며, 지속해서 증가를 하다가 인위적 구조물에 의해서 급격한 감소를 한다.
	천해 분조의 발생 원인은?	조석 변형과 비대칭성은 배조와 복합조로 정의된 천해 분조로 표현할 수 있다 (Gallo and Vinzon, 2005). 천해 분조는 하구 조석 연구의 중요한 요소이고, 지형적 효과, 바닥 마찰 등 여러 비선형 원인에 의해서 발생한다 (Parker, 1991). 천해분조는 결합하는 분조에 따라서 배조 또는 복합조로 정의된다 (Le Provost, 1991).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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