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문제 정의
- 그러나 해저 터널의 도로교통과 관련된 연구는 거의 찾아 볼 수 없었다. 이에 본 연구에서는 진해만의 침매터널 상부에서 계절별로 층별 수중소음을 측정하고 그 결과를 분석하였다.
제안 방법
- g 1). 해저지형의 단면은 L1~L3에서 측정하였으며, 수중소음 측정과 CTD 관측은 p1에서, 유향 및 유속은 p2에서 이루어졌다.
- 침매터널 주변의 해저지형의 단면은 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 해저지형측정시스템을 탑재한 소형선박을 이동시켜 관측하였다.
- 해저지형측정시스템은 200 kHz의 측심용 싱글빔 음향측심기 (AquaRuler200, Sonatech, Ltd., Korea)와 GPS로거 (GPS741, Ascen, Taiwan), 측량용 소프트웨어 (Hypack Gold, Coastal Oceanographics Inc., U.S.A.) 및 노트북 컴퓨터 (Compaq NX6120, Hewlett–Packard, U.S.A.)로 구성하였다.
- 이 연구에서는 침매터널 상부의 해저 표면에 음원을 두고 음원으로부터의 거리 (50 m, 100 m, 150 m, 200 m)에 따라 hydrophone이 설치된 특정의 수층 (1, 5, 10, 15 및 20 m)으로 전달되는 고유의 음선 수 (eigenray)를 음선추적 소프트웨어 (Rayson 2.17, Seamantic–TS, France)의 Rayson–1D 모델을 사용하여 구하였다.
- 수중소음 파형 데이터는 해저터널 상부의 해저면 가까이에 설치한 수중음향기록장치 (AUSOMS–micro, AquaSound, Japan)를 사용하여 자체 메모리에 저장하였다.
- 수중음속은 휴대용 CTD (304CTD, IDORONAUT Srl, Italy)를 사용하여 계절별로 측정하였으며, 1시간 간격으로 25시 관측한 데이터는 자체 메모리에 저장하였다. 샘플링 속도는 8 Hz로 하였으며, 관측 모드는 ‘Continuous’로 하였다.
- 수중소음의 연직 분포는 수중음압계 (SW1020, OKI, Japan) 및 hydrophone (ST1020, OKI, Japan)를 사용하여 계절별로 측정하였다. 수중소음 측정시 hydrophone 은 휴대용 CTD에 부착시켰으며, 층별 (수면하 1 m, 2 m, 5 m, 10 m, 15 m) 수중소음은 1시간 간격으로 25시관측하였다.
- 수중소음의 연직 분포는 수중음압계 (SW1020, OKI, Japan) 및 hydrophone (ST1020, OKI, Japan)를 사용하여 계절별로 측정하였다. 수중소음 측정시 hydrophone 은 휴대용 CTD에 부착시켰으며, 층별 (수면하 1 m, 2 m, 5 m, 10 m, 15 m) 수중소음은 1시간 간격으로 25시관측하였다.
- 수중소음 파형 데이터는 해저터널 상부의 해저면 가까이에 설치한 수중음향기록장치 (AUSOMS–micro, AquaSound, Japan)를 사용하여 자체 메모리에 저장하였다. 샘플링 속도는 48 kHz로 하였으며, 1min 기록 1min 휴지를 반복하는 방법으로 25시 관측하였다. 수중 소음에 대한 음향적 특성은 파형분석 소프트웨어(CAT–78WR, RION, Japan)를 사용하여 분석하였다.
- 음선추적 모델에서 필요로 하는 음속분포 자료는 침매터널 상부에서 4계절에 걸쳐 25시 관측한 CTD 자료를 사용하였다. 해저 수심은 4가지 형태로 구분하여 적용하였다. 첫 번째와 두 번째 형태는 해저지형측정시스템으로 침매터널의 길이방향과 직각에 가깝도록 가로질러 측정한 실제 지형 자료 (침매터널 상부 해저면의 굴곡이 있는 자료)를 각각 만 안쪽과 만 바깥쪽으로 구분하여 적용한 것이며, 세 번째와 네 번째의 형태는 실제 지형 자료로부터 구한 해저면의 기울기를 사용하여 침매터널 상부 해저면의 굴곡이 없고 기울기만 있는 평탄한 해저 모델을 각각 만 안쪽과 만 바깥쪽으로 구분하여 적용한 것이다.
- 해저 수심은 4가지 형태로 구분하여 적용하였다. 첫 번째와 두 번째 형태는 해저지형측정시스템으로 침매터널의 길이방향과 직각에 가깝도록 가로질러 측정한 실제 지형 자료 (침매터널 상부 해저면의 굴곡이 있는 자료)를 각각 만 안쪽과 만 바깥쪽으로 구분하여 적용한 것이며, 세 번째와 네 번째의 형태는 실제 지형 자료로부터 구한 해저면의 기울기를 사용하여 침매터널 상부 해저면의 굴곡이 없고 기울기만 있는 평탄한 해저 모델을 각각 만 안쪽과 만 바깥쪽으로 구분하여 적용한 것이다.
- 바다에서 100~500 Hz의 주요 소음원은 선박통행이며, 500 Hz~ 25 kHz에서의 수중소음은 바다 표면의 거친 정도에 주로 좌우된다 (Urick, 1983). 수중소음 관측 당시 선박에 의한 영향을 감소시키기 위해 관측점으로부터 1 km 이상 멀어졌을 때 선박 추진기나 엔진에 의한 소리가 미약하거나 거의 들리지 않음이 확인되면 관측하였다. 이러한 이유로 파워스펙트럼에 나타난 100~500 Hz의 소음원은 침매터널을 통과하는 차량으로 사료된다.
- 유속에 따른 수중소음의 증가분은 유속에 따른 수중 소음 자료와 조위에 따른 유속 자료를 사용하여 제거하였다. 유속에 따른 수중소음의 증가분을 조사하기 위하여 (1) 유속별 수중소음을 부경대학교의 회류수조에서 관측하였으며 (Table 4), (2) 수중소음 관측 현장 주변에서 10분 간격으로 유향 및 유속을 측정하였다.
- 유속에 따른 수중소음의 증가분은 유속에 따른 수중 소음 자료와 조위에 따른 유속 자료를 사용하여 제거하였다. 유속에 따른 수중소음의 증가분을 조사하기 위하여 (1) 유속별 수중소음을 부경대학교의 회류수조에서 관측하였으며 (Table 4), (2) 수중소음 관측 현장 주변에서 10분 간격으로 유향 및 유속을 측정하였다. 유향 및 유속 자료는 계류식 도플러 유향유속계 (RCM9, Aanderaa, Norway)를 사용하여 침매터널 주변에서 측정하였으며 측정 자료는 내부의 저장장치 (DSU2990, Aanderaa, Norway)에 저장하였다.
- 유속에 따른 수중소음의 증가분을 조사하기 위하여 (1) 유속별 수중소음을 부경대학교의 회류수조에서 관측하였으며 (Table 4), (2) 수중소음 관측 현장 주변에서 10분 간격으로 유향 및 유속을 측정하였다. 유향 및 유속 자료는 계류식 도플러 유향유속계 (RCM9, Aanderaa, Norway)를 사용하여 침매터널 주변에서 측정하였으며 측정 자료는 내부의 저장장치 (DSU2990, Aanderaa, Norway)에 저장하였다. 샘플링 속도는 10 min로 하였으며, 유향유속계는 수면하 5 m층에 계류하였다.
- 침매터널 상부의 수로를 회유로로 사용하는 대구나 다른 어류가 침매터널 통과 차량으로 인해 발생하는 수중소음의 영향을 받을 가능성도 있다. 이 연구에서는 수중음압계와 휴대용 CTD를사용하여 층별 (1, 2, 5, 10, 15 m) 수중소음 및 수중음 속을 사계절에 걸쳐 25시관측하고 분석하였다. 침매터 널에서의 평균 시간당 교통량은 사계절 중 봄에 1,408 [standard deviation (SD): 855]대로 최대값을 보였다.
대상 데이터
- 실험 해역은 진해만 입구에 위치하는 거가대교의 침매터널 주변 해역이었다 (Fi.g 1). 해저지형의 단면은 L1~L3에서 측정하였으며, 수중소음 측정과 CTD 관측은 p1에서, 유향 및 유속은 p2에서 이루어졌다.
- 침매터널을 통과하는 거가대교의 1일 교통량 자료는 거가대교 운영사인 지케이해상도로(주), 거가대교의 운영 감독에 관여하는 부산광역시청 및 경상남도청의 협조를 얻어 입수하였다. 1일 교통량은 시간대별로 차종별 (경차, 소형차, 중형차, 대형차 및 특대형차)로 구분 하였다.
- 음선추적 모델에서 필요로 하는 음속분포 자료는 침매터널 상부에서 4계절에 걸쳐 25시 관측한 CTD 자료를 사용하였다. 해저 수심은 4가지 형태로 구분하여 적용하였다.
- 조위자료는 국립해양조사원에서 제공하는 ‘과거 해양관측정보’ 중에서 부산신항검조소의 관측 자료를 사용하였다.
데이터처리
- 수중 소음에 대한 음향적 특성은 파형분석 소프트웨어(CAT–78WR, RION, Japan)를 사용하여 분석하였다.
- A) 프로그램을 사용하였다. 상관관계의 조사는 SPSS 프로그램의 이변량상관계수를 통하여 조사하였다.
이론/모형
- 음향측심기의 음속보정은 bar–check법을 이용하여 실시하였으며, 조위는 부산신항 검조소의 데이터를 사용하여 보정하였다.
성능/효과
- 사계절을 통하여 관측한 수중소음의 일변화에서 연직적으로는 5 m층에서의 평균 수중소음 준위가 121.2 [standard deviation (SD): 3.6] dB (re 1 µPa)로 가장 높았으며, 그 다음이 10 m층 [120.7 (SD: 3.5) dB (re 1 µPa)], 2 m층 및 15 m층 [120.3 (SD: 3.5 to 3.7) dB (re 1 µPa)] 및 1 m층 [119.2 (SD: 3.6) dB (re 1 µPa)] 순이었다.
- 1). 그러나 Fig. 2 및 Fig. 3에 나타낸 것처럼 창조기 및 낙조기의 조위 및 그 때의 유속 자료를 구분하여 사용하면 그렇지 않은 경우보다 편차를 1.89이하로 감소시킬 수 있었으며, 회귀식의 결정계 수도 0.439에서 0.660~0.822로 개선할 수 있었다. 2014년 2월 27일에는 1차 및 2차의 고조와 저조가 각각 07:33 (조위: 160 cm), 19:37 (153 cm) 및 00:36 (12cm), 13:25 (3 cm)에 있었으며, 2014년 2월 28일에는 각각 08:18 (조위: 175 cm), 20:26 (167 cm) 및 01:28 (–5cm), 14:06 (–13 cm)에 있었다.
- 전체적으로 보았을 때 실제 수심 (요철 있음)을 적용한 경우의 음선 수는 모델 수심(요철 없음)보다 약 2.68배가 많은 11.03개이었다. 실제 수심을 적용한 경우에는 만 안쪽 (거리에 비례하여 수심이 얕아짐)의 음선수가 만 바깥 (거리에 비례하여 수심이 깊어짐)보다 약 1.
- 03개이었다. 실제 수심을 적용한 경우에는 만 안쪽 (거리에 비례하여 수심이 얕아짐)의 음선수가 만 바깥 (거리에 비례하여 수심이 깊어짐)보다 약 1.31배 많은 12.49개를 보였으나 모델 수심을 적용한 경우에는 만 안쪽이 만 바깥보다 약 1.05배 많은 4.21 개를 보였다.
- 03개이었다. 실제 수심을 적용한 경우에는 만 안쪽 (거리에 비례하여 수심이 얕아짐)의 음선수가 만 바깥 (거리에 비례하여 수심이 깊어짐)보다 약 1.31배 많은 12.49개를 보였으나 모델 수심을 적용한 경우에는 만 안쪽이 만 바깥보다 약 1.05배 많은 4.21 개를 보였다.
후속연구
- 유속에 따른 수중소음의 증가분을 보정하는 것은 특정 소음원이 발생하는 수중소음 또는 수중의 배경잡음을 정확하게 측정하기 위해서 필요하므로, 앞으로 보다 다양한 조건에서 유속과 수중소음과의 관계를 측정할 필요가 있다고 사료된다.
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