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문제 정의
- 본 연구에서는 서해안 검조소에서 관측된 조위자료를 분석하여 주요 4개 분조의 조화상수를 산출하고, 그 변화를 분석하였다. 또한 조석 비조화상수의 변화를 조사하여 조간대와 범람가능성의 변화 및 설계조위의 변화에 대해서 검토하였다.
제안 방법
- 인천은 자료의 일관성을 유지하기 위하여 모든 관측자료 중에서 연안부두에서 최근에 관측한 자료만을 분석에 포함하였다. 6개월 이상의 연속적인 조위자료가 존재하는 년도에 대해서만 조화분석으로 수행하고, 그 결과를 연구 자료로 활용하였다. 조석 분조의 진폭과 위상의 경년변화를 살펴보면 아래와 같다.
- 국립해양조사원의 검조소에서 관측하는 서해 모든 지점의 장기 검조자료를 분석하였으나 단기간의 자료는 경년변화의 정확한 분석이 어려워 비교적 장기간 자료가 안정적으로 확보되어 있는 7개 지점(인천, 안흥, 보령, 군산외항, 위도, 목포, 대흑산도; Fig. 1)에서 주요 분조들의 경년변화를 분석하였다. 인천은 자료의 일관성을 유지하기 위하여 모든 관측자료 중에서 연안부두에서 최근에 관측한 자료만을 분석에 포함하였다.
- 서해안에서 조석 조화상수의 경년변화를 조사하기 위해서 국립해양조사원(KHOA)의 홈페이지로부터 2014년까지 매시간 관측한 조위자료를 수집하여 1년 단위로 정리하고, 이를 조화분석하여 조화상수를 산출하였다. 기존 연구(Jung and Jeong, 2013)에서 2012년도까지 자료를 분석하여 발표한 M2 분조에 대해서는 보다 정확한 분석을 위해서 2013년과 2014년의 자료를 포함하여 분석하였으며, 기존자료에서는 방조제 준공 직전과 직후의 단기간 변화추세에 대해서 고찰하였으나 본 연구에서는 방조제 착공전과 준공후에 대해서 비교하였다. 추가로 서해안에서 주요 조석분조인 S2 분조, K1 분조, O1 분조의 경년변화에 대해서도 검토하였다.
- 추가로 서해안에서 주요 조석분조인 S2 분조, K1 분조, O1 분조의 경년변화에 대해서도 검토하였다. 또한 주요 분조의 조화분석결과와 평균해수면 분석결과(Jung, 2014)를 이용하여, 설계조위를 결정하는 데 널리 쓰이는 약최고고조위(Approximate Higher High Water)의 경년변화를 고찰하였다. 항만 및 어항설계기준(MOF, 2014)에서는 해안구조물의 설계조위는 해안구조물이 가장 위험하게 되는 조위라고 규정하고, 천문조(조석)와 폭풍해일, 지진해일 등에 의한 이상조위의 실측값 또는 추산 값을 기초하여 다음과 같은 방법으로 결정하도록 정하고 있다.
- 따라서 이러한 자연재해로부터 해안시설을 안전하게 보호하기 위해서는 해수면 상승의 경향성과 그 원인에 대한 정확한 분석이 필요하며, 이 결과는 해안시설물의 설계에 반영되어야 할 것이다. 본 연구에서는 서해안 검조소에서 관측된 조위자료를 분석하여 주요 4개 분조의 조화상수를 산출하고, 그 변화를 분석하였다. 또한 조석 비조화상수의 변화를 조사하여 조간대와 범람가능성의 변화 및 설계조위의 변화에 대해서 검토하였다.
- 설계 기준조위를 추산하는 데 널리 사용되는 약최고고조위(평균해면에서 주요 4개 분조 진폭의 합만큼 올라간 높이), 대조기와 소조기의 조간대의 면적과 밀접한 관계가 있는 평균대조차(M2 분조와 S2 분조의 조차의 합)와 평균소조차(M2 분조와 S2 분조의 조차의 차이), 일주조와 반일주조의 진폭의 비로 조석운동에서 반일주기가 우세한지 전일주기가 우세한지를 판단하고 일조부등 정도를 파악할 수 있는 조석형태수(Tide Form Number), 해도에서 바다 깊이의 기준이 되는 기준면 즉 약최저저조위의 변화에 대해서 조사하였다. 분석하기에 앞서서 우리나라 연안해역에서 조위관측하고, 조화분석 하여 얻은 조석 조화상수를 수집해서 최대조차와 조석형태수를 계산하였다. 4개 분조의 파고를 합하여 구한 최대조차의 공간분포(Fig.
- 서해 연안의 7개 검조소에서 장기 조위관측자료를 조화분석하고, 주요 4개 분조의 조화상수와 조석 비조화상수의 경년변화를 조사하여 다음과 같은 결론은 얻었다. 가장 큰 조석분조인 M2 분조의 진폭이 군산과 위도에서는 금강하구언과 새만금방조제 준공 이후에 감소하였으며, 목포에서는 하구언과 방조제 건설로 인해서 크게 증가하였으며, 그 외 지역에서는 거의 변화하지 않았다.
- 서해안에서 조석 조화상수의 경년변화를 조사하기 위해서 국립해양조사원(KHOA)의 홈페이지로부터 2014년까지 매시간 관측한 조위자료를 수집하여 1년 단위로 정리하고, 이를 조화분석하여 조화상수를 산출하였다. 기존 연구(Jung and Jeong, 2013)에서 2012년도까지 자료를 분석하여 발표한 M2 분조에 대해서는 보다 정확한 분석을 위해서 2013년과 2014년의 자료를 포함하여 분석하였으며, 기존자료에서는 방조제 준공 직전과 직후의 단기간 변화추세에 대해서 고찰하였으나 본 연구에서는 방조제 착공전과 준공후에 대해서 비교하였다.
- , 1998; Koo, 1998). 서해안에서 진폭과 위상 변동이 자연적인 요인에 의한 것인지를 살펴보기 위해서 자료를 평균한 기간 동안의 표준편차를 조사하였다. 진폭의 표준편차를 살펴보면, 안흥과 보령에서는 각각 0.
- 앞에서 분석한 조석 조화상수를 토대로 조석 비조화상수(Pugh, 1987; Lee, 1986)의 변화에 대해서 조사하였다. 설계 기준조위를 추산하는 데 널리 사용되는 약최고고조위(평균해면에서 주요 4개 분조 진폭의 합만큼 올라간 높이), 대조기와 소조기의 조간대의 면적과 밀접한 관계가 있는 평균대조차(M2 분조와 S2 분조의 조차의 합)와 평균소조차(M2 분조와 S2 분조의 조차의 차이), 일주조와 반일주조의 진폭의 비로 조석운동에서 반일주기가 우세한지 전일주기가 우세한지를 판단하고 일조부등 정도를 파악할 수 있는 조석형태수(Tide Form Number), 해도에서 바다 깊이의 기준이 되는 기준면 즉 약최저저조위의 변화에 대해서 조사하였다. 분석하기에 앞서서 우리나라 연안해역에서 조위관측하고, 조화분석 하여 얻은 조석 조화상수를 수집해서 최대조차와 조석형태수를 계산하였다.
- 앞에서 분석한 조석 조화상수를 토대로 조석 비조화상수(Pugh, 1987; Lee, 1986)의 변화에 대해서 조사하였다. 설계 기준조위를 추산하는 데 널리 사용되는 약최고고조위(평균해면에서 주요 4개 분조 진폭의 합만큼 올라간 높이), 대조기와 소조기의 조간대의 면적과 밀접한 관계가 있는 평균대조차(M2 분조와 S2 분조의 조차의 합)와 평균소조차(M2 분조와 S2 분조의 조차의 차이), 일주조와 반일주조의 진폭의 비로 조석운동에서 반일주기가 우세한지 전일주기가 우세한지를 판단하고 일조부등 정도를 파악할 수 있는 조석형태수(Tide Form Number), 해도에서 바다 깊이의 기준이 되는 기준면 즉 약최저저조위의 변화에 대해서 조사하였다.
- 따라서 해안개발로 인한 영향을 보다 자세히 살펴보기 위하여, 영산강하구언(YSRD) 준공(1981년 2월), 금강하구둑(KRD) 준공(1988년 2월), 영암방조제(YAS) 준공(1991년 4월), 금호방조제(KHS) 준공(1993년 3월), 새만금방조제(SMGD) 3공구 준공(1994년 7월), 보령방 조제(BRD) 준공(1997년 11월), 새만금방조제 준공(2006년 4월) 전후로 구분하여 변화량을 조사하였다. 지점별로 영향이 있을 것으로 생각되는 방조제 준공 전후를 다르게 구분하여 정리하였다. Table 1은 M2 분조의 진폭(A)과 위상(지각, g)에 대해서 분석한 결과이다.
- 기존 연구(Jung and Jeong, 2013)에서 2012년도까지 자료를 분석하여 발표한 M2 분조에 대해서는 보다 정확한 분석을 위해서 2013년과 2014년의 자료를 포함하여 분석하였으며, 기존자료에서는 방조제 준공 직전과 직후의 단기간 변화추세에 대해서 고찰하였으나 본 연구에서는 방조제 착공전과 준공후에 대해서 비교하였다. 추가로 서해안에서 주요 조석분조인 S2 분조, K1 분조, O1 분조의 경년변화에 대해서도 검토하였다. 또한 주요 분조의 조화분석결과와 평균해수면 분석결과(Jung, 2014)를 이용하여, 설계조위를 결정하는 데 널리 쓰이는 약최고고조위(Approximate Higher High Water)의 경년변화를 고찰하였다.
- 해안구조물의 설계해면을 산출하는 데 가장 널리 이용되는 약최고고조위(AHHW)와 선박의 안전항해의 기준이 되고, 해도작성의 기준면인 약최저저조위(ALLW)의 변화에 대해서 살펴보았다(Fig. 14 & 15, Table 5).
데이터처리
- Table 1은 M2 분조의 진폭(A)과 위상(지각, g)에 대해서 분석한 결과이다. 구분한 기간 동안의 평균값을 표에 수록하였다. 인천은 자료가 분석된 1999년 이후로 인근에서 진행된 대규모 해안개발이 없었고, 조화상수가 거의 변동성을 보이지 않았으므로 정량적 분석에서 제외하였다.
성능/효과
- 3° (약 10분)가 각각 빨라졌다. 3회의 방조제 건설로 진폭은 18.8 cm가 감소하고, 위상은 약 1시간 빨라졌다. 외해에 위치한 대흑산도에서는 새만금방조제 건설로 인해서 진폭은 0.
- 분석하기에 앞서서 우리나라 연안해역에서 조위관측하고, 조화분석 하여 얻은 조석 조화상수를 수집해서 최대조차와 조석형태수를 계산하였다. 4개 분조의 파고를 합하여 구한 최대조차의 공간분포(Fig. 10)를 살펴보면, 조차는 인천부근에서는 약 10 m에 달하나, 서해남부, 남해, 동해로 갈수록 작아져 동해에서는 수십 cm로 감소한다. 조석형태수(Fig.
- 위상은 목포, 군산 순으로 뚜렷하게 빨라졌으나 다른 지역은 거의 변화하지 않았다. 가장 큰 일주조인 K1 분조의 진폭은 거의 변화하지 않았으며, 위상은 목포에서만 빨라졌다.
- 서해 연안의 7개 검조소에서 장기 조위관측자료를 조화분석하고, 주요 4개 분조의 조화상수와 조석 비조화상수의 경년변화를 조사하여 다음과 같은 결론은 얻었다. 가장 큰 조석분조인 M2 분조의 진폭이 군산과 위도에서는 금강하구언과 새만금방조제 준공 이후에 감소하였으며, 목포에서는 하구언과 방조제 건설로 인해서 크게 증가하였으며, 그 외 지역에서는 거의 변화하지 않았다. M2 분조의 위상은 전반적으로 해안개발 특히 새만금방조제 개발 이전에 비해서 빨라졌다.
- 16). 그러나 목포에서는 해안개발로 주요 분조의 진폭이 증가하는 현상으로 인해서 조차가 증가하였으며, 평균해수면은 거의 변화하지 않았음에도 불구하고 약최고고조위는 상승하고, 약최저저조위는 하락하는 현상이 나타났다. 따라서 장래 설계조위를 결정하기 위해서 널리 사용하고 있는 약최고고조위에 장래 평균 해수면 증가량의 추정치를 더해서 설계조위를 구하는 방법은 개방된 지역에서 사용하는 데는 일반적으로 문제가 없으나, 목포와 같이 내만에 위치하여 개발로 인해서 조석의 진폭이 크게 변화하는 지역에서는 조석진폭의 변화를 고려하지 않고 단순히 평균해수면의 변화만을 가지고 장래 약최고고조위를 추정하는 방법은 문제가 있다는 것을 알 수 있었다.
- 8°(약 4분)가 빨라졌고, 새만금방조제 건설의 영향으로 5°(약 10분)가 빨라졌다. 금강하구언 보다는 새만금방조제가 군산해역의 조석특성을 크게 변화시켰음을 확인할 수 있었다. 새만금방조제 인근에 위치한 위도에서는 금강하구언 건설로 진폭이 2.
- 목포에서는 해안개발로 조차가 커지는 조석확폭으로 인해서 크게 하강하였다. 따라서 간조시의 수심이 서해남부해역을 제외한 지역에서는 깊어져서 선박의 운행안정성이 다소 개선되었을 것으로 보이나 서해남부해역에서는 오히려 간조시 수심이 얕아져서 선박운항의 위험성이 증가하고 있었다. 약최고고조위와 약최저저조위의 변화는 전반적으로 평균해수면 변화와 매우 상관성이 높음을 회귀분석을 통해서 확인할 수 있었으나 내만에 위치한 목포에서는 평균해수면 상승과 거의 상관성이 없는 것으로 나타났다.
- 설계조위를 결정하는 데 널리 사용되는 약최고고조위는 위도와 대흑산도를 제외한 지역에서 상승하였다. 따라서 서해연안이 과거에 비해서 범람의 위험성이 증가하였음을 확인할수 있었다. 약최저저조위는 서해남부에 위치한 목포와 대흑산도를 제외하고는 증가하였다.
- 그러나 목포에서는 해안개발로 주요 분조의 진폭이 증가하는 현상으로 인해서 조차가 증가하였으며, 평균해수면은 거의 변화하지 않았음에도 불구하고 약최고고조위는 상승하고, 약최저저조위는 하락하는 현상이 나타났다. 따라서 장래 설계조위를 결정하기 위해서 널리 사용하고 있는 약최고고조위에 장래 평균 해수면 증가량의 추정치를 더해서 설계조위를 구하는 방법은 개방된 지역에서 사용하는 데는 일반적으로 문제가 없으나, 목포와 같이 내만에 위치하여 개발로 인해서 조석의 진폭이 크게 변화하는 지역에서는 조석진폭의 변화를 고려하지 않고 단순히 평균해수면의 변화만을 가지고 장래 약최고고조위를 추정하는 방법은 문제가 있다는 것을 알 수 있었다.
- 새만금방조제 인근에 위치한 위도에서는 금강하구언 건설로 진폭이 2.3 cm가 감소하고, 위상이 1.6° (약 3분) 빨라졌으며, 새만금방조제 건설기간에 조화상수가 큰 변동성을 보였으나 새만금방조제 건설로 인해서 진폭은 0.2 cm가 증가하고, 지각은 0.7° 빨라져서 조석특성이 거의 변화하지 않았다.
- 약최저저조위는 관측초기에 비해서 목포와 대흑산도를 제외하고는 모두 상승하였으며, 전반적으로 해안개발 기간에서는 그 변동성이 크게 나타났다. 약 최고고조위의 변화를 자세히 살펴보면, 조위관측 초기에 비해서 새만금방조제 준공이후에 안흥에서는 4.8 cm, 보령에서는 11.4 cm, 군산에서는 8.8 cm, 목포에서는 32.2 cm가 상승하여 범람으로 인한 재해발생 위험성이 증가하였다. 특히, 목포에서는 영산강하구언 개발로 인해서 약최고고조위는 17.
- 약최고고조위 및 약최저저조위의 변화의 원인을 파악하기 위해서 평균해수면 변화와 관련성을 살펴본 결과, 목포를 제외하고는 평균해수면의 상승량과 크기가 거의 일치하여 약최고고조위와 약최저저조위의 변화가 평균해수면의 변화와 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있었다(Fig. 16). 그러나 목포에서는 해안개발로 주요 분조의 진폭이 증가하는 현상으로 인해서 조차가 증가하였으며, 평균해수면은 거의 변화하지 않았음에도 불구하고 약최고고조위는 상승하고, 약최저저조위는 하락하는 현상이 나타났다.
- 따라서 간조시의 수심이 서해남부해역을 제외한 지역에서는 깊어져서 선박의 운행안정성이 다소 개선되었을 것으로 보이나 서해남부해역에서는 오히려 간조시 수심이 얕아져서 선박운항의 위험성이 증가하고 있었다. 약최고고조위와 약최저저조위의 변화는 전반적으로 평균해수면 변화와 매우 상관성이 높음을 회귀분석을 통해서 확인할 수 있었으나 내만에 위치한 목포에서는 평균해수면 상승과 거의 상관성이 없는 것으로 나타났다. 따라서 해안구조물 설계를 위한 장래 설계조위을 결정하기 위해서 장래 평균해수면 추정치와 주요 4개 분조 진폭의 합을 합해서 구하는 방법은 개방된 해안에서는 타당성이 있으나 목포와 같이 해안구조물 건설로 인해서 진폭이 크게 변하는 내만에 위치한 지역에서는 적용하는 데 문제점이있으므로 주의해야 할 것이다.
- 약최고고조위의 변화를 보면, 거의 변화하지 않은 위도와 대흑산도를 제외하고는 모두 과거에 비해서 상승하였다. 약최저저조위는 관측초기에 비해서 목포와 대흑산도를 제외하고는 모두 상승하였으며, 전반적으로 해안개발 기간에서는 그 변동성이 크게 나타났다. 약 최고고조위의 변화를 자세히 살펴보면, 조위관측 초기에 비해서 새만금방조제 준공이후에 안흥에서는 4.
- 10° 이다. 이를 종합하면, 군산외항, 위도, 목포에서는 인위적인 해안개발로 진폭이 뚜렷하게 변화하였으나 다른 지점에서는 변화량이 표준 편차 보다 작았다. 그러나 위상은 모든 지점에서 해안개발로 인해서 해안선이 단순화됨에 따라서 빨라졌다.
- 한편 외해에 위치한 대흑산도에서는 대조 차는 증가하고, 소조차는 약간 감소하였다. 이상을 종합해 보면, 해안개발의 영향을 거의 받지 않은 안흥과 대흑산도에서 대조차가 증가하고, 소조차가 감소하는 패턴을 보였으며, 개방된 연안해역에서는 방조제 건설과 해안 매립 등의 해안개발로 해안선이 단순화되어서 조석파의 위상이 빨라지고, 가장 큰 조석분조인 M2 분조의 진폭이 감소함으로 인하여 대 조기와 소조기의 조차가 감소하였다. 따라서 서해안에서는 해안개발로 인해서 조차가 감소함으로 인해서 조간대 폭이 크지는 않지만 약간 감소하였다.
- 조석형태수(Fig. 11)는 서해안과 남해안에서는 전반적으로 반일주조형(TFN1.5)를, 동해중부해안에서는 반일주조가 우세한 혼합형 조석형태를 보였다.
- 따라서 해안구조물 설계를 위한 장래 설계조위을 결정하기 위해서 장래 평균해수면 추정치와 주요 4개 분조 진폭의 합을 합해서 구하는 방법은 개방된 해안에서는 타당성이 있으나 목포와 같이 해안구조물 건설로 인해서 진폭이 크게 변하는 내만에 위치한 지역에서는 적용하는 데 문제점이있으므로 주의해야 할 것이다. 조석형태수는 전반적으로 감소하여, 반일주조의 특성이 뚜렷해지고 있음을 확인할 수 있었다. 기왕의 조위자료에는 해안개발로 인한 영향이 뚜렷하게 나타나고 있어서 기후변화로 인한 장래 조석변화를 예측 하는 데 본 연구결과를 바로 사용하기에는 문제가 있으며, 정확한 예측을 위해서는 기후변화로 인한 영향, 해안개발로 인한 영향, 지각변동 등의 영향을 정확하게 분리하기 위한 추가적인 연구가 필요하다.
- 주요 분조의 조화상수가 변화함에 따라서 비조화상수도 변화를 보여 대조기와 소조기의 조차가 목포에서 크게 증가하였고, 안흥과 대흑산도에서는 대조차는 약간 증가하였으나 소조차는 약간 감소하였으며, 군산과 위도에서는 대조차와 소조차가 약간 감소하였다. 해안개발로 인해서 목포에서는 조석확폭이 크게 발생하여 조간대의 폭이 증가하였으나 군산과 위도에서는 간사지의 폭이 오히려 약간 감소하였다.
후속연구
- 위도에서는 새만금방조제 건설보다 금강하구언 건설로 인한 조화상수 변화가 나타나 군산외항과 상반되는 조석변화를 보였다. 금강하구언과 가까운 군산외항에서는 오히려 새만금방조제의 영향이 크게 나타나고, 새만금방조제와 가까운 위도에서는 금강하구언의 영향이 크게 나타난 점은 매우 특이한 현상으로 그 원인에 대해서는 추가적인 연구를 통해서 자세히 고찰해 볼 필요가 있다. 다른 지역과 달리 폐쇄성 내만에 위치한 목포항 인근에서는 3개의 방조제가 건설되었으며, 이로 인하여 조석 특성이 크게 변화하였다.
- 조석형태수는 전반적으로 감소하여, 반일주조의 특성이 뚜렷해지고 있음을 확인할 수 있었다. 기왕의 조위자료에는 해안개발로 인한 영향이 뚜렷하게 나타나고 있어서 기후변화로 인한 장래 조석변화를 예측 하는 데 본 연구결과를 바로 사용하기에는 문제가 있으며, 정확한 예측을 위해서는 기후변화로 인한 영향, 해안개발로 인한 영향, 지각변동 등의 영향을 정확하게 분리하기 위한 추가적인 연구가 필요하다. 또한, 약최고고조위와 같은 비조 화상수의 경년변화를 정확하게 예측하기 위해서는 18.
- 위에서 언급한 다양한 요인들에 의해서 서해연안에서 평균 해수면과 조석특성이 변화하고, 궁극적으로 해수면이 상승하여 해안재해가 증가할 것이다. 따라서 이러한 자연재해로부터 해안시설을 안전하게 보호하기 위해서는 해수면 상승의 경향성과 그 원인에 대한 정확한 분석이 필요하며, 이 결과는 해안시설물의 설계에 반영되어야 할 것이다. 본 연구에서는 서해안 검조소에서 관측된 조위자료를 분석하여 주요 4개 분조의 조화상수를 산출하고, 그 변화를 분석하였다.
- 이는 군산은 인근에서 새만금방조제가 건설되어 해안선이 급격하게 변화하는 과정에서 발생한 것으로 보이며, 보령에서의 급격한 변화는 Jung(2014)의 평균 해수면의 변화에 대한 연구에서 언급한 바와 같이 인근에 위치한 화력발전소로 인한 해수온도의 상승과 관련 있을 것으로 추정된다. 정확한 분석을 위해서는 조석변화 모델링 또는 해수온도 변화와의 상관성 분석 등의 연구가 필요할 것이다.
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