10 MW급 부유식 파력-해상풍력 복합발전 플랫폼의 석션 매립 앵커 시스템 설계를 위하여 제주도 차귀도 서북쪽 인근해역에서 퇴적 환경 및 퇴적물 성분 조사를 수행하였다. Chirp III을 이용하여 획득한 탄성파 단면도를 Chough et al.[2002]의 분류 방법에 따라 음향상 분류를 수행하였다. 그 결과, 조사 해역내의 중앙 및 서북부 지역에서는 주로 편평한 해저면 아래 두께 5~15 m의 내부 반사층이 존재하는 Type I-3으로 확인되었다. 반면 동남부 지역에서는 표층 반사 신호가 상대적으로 큰 Type I-1, I-2 그리고 III-1로 확인되었다. 또한 8개의 대표 정점에서 채취한 시료에 대하여 5종류의 물리적 시험(단위중량, 함수비, 입도분석, 액성 및 소성 한계, 비중)을 수행한 결과 조사 해역 내에는 모래(SP)와 실트가 섞인 모래(SM) 그리고 SP-SM이 혼합된 퇴적물이 존재함을 확인하였다.
10 MW급 부유식 파력-해상풍력 복합발전 플랫폼의 석션 매립 앵커 시스템 설계를 위하여 제주도 차귀도 서북쪽 인근해역에서 퇴적 환경 및 퇴적물 성분 조사를 수행하였다. Chirp III을 이용하여 획득한 탄성파 단면도를 Chough et al.[2002]의 분류 방법에 따라 음향상 분류를 수행하였다. 그 결과, 조사 해역내의 중앙 및 서북부 지역에서는 주로 편평한 해저면 아래 두께 5~15 m의 내부 반사층이 존재하는 Type I-3으로 확인되었다. 반면 동남부 지역에서는 표층 반사 신호가 상대적으로 큰 Type I-1, I-2 그리고 III-1로 확인되었다. 또한 8개의 대표 정점에서 채취한 시료에 대하여 5종류의 물리적 시험(단위중량, 함수비, 입도분석, 액성 및 소성 한계, 비중)을 수행한 결과 조사 해역 내에는 모래(SP)와 실트가 섞인 모래(SM) 그리고 SP-SM이 혼합된 퇴적물이 존재함을 확인하였다.
The sedimentary environment and sediment were surveyed at the West-Northern site of Chagwi-do nearby Jeju Island for the design of the embedded suction anchor system of 10 MW-class floating wave-offshore wind hybrid power generation system. According to the classification scheme of Chough et al.[200...
The sedimentary environment and sediment were surveyed at the West-Northern site of Chagwi-do nearby Jeju Island for the design of the embedded suction anchor system of 10 MW-class floating wave-offshore wind hybrid power generation system. According to the classification scheme of Chough et al.[2002], the echo type of the seismic profiles using the chirp III was classified. As a results, the center and west-northern area of survey site were proved to be type I-3 where subbottom layer with thickness 5~15 m exists under the flat seafloor. On the other hands, the east-southern area were regarded to be type I-1, I-2 and III-1 where seafloor reflection is much stronger than type I-3. Also, the physical tests (unit weight, moisture content, grain size, liquid limit, specific gravity) were performed with samples taken from 8 fixed locations. It is found that the sand (SP), the sand blended with silt (SM) and the mixture of SP-SM are distributed uniformly on the survey area.
The sedimentary environment and sediment were surveyed at the West-Northern site of Chagwi-do nearby Jeju Island for the design of the embedded suction anchor system of 10 MW-class floating wave-offshore wind hybrid power generation system. According to the classification scheme of Chough et al.[2002], the echo type of the seismic profiles using the chirp III was classified. As a results, the center and west-northern area of survey site were proved to be type I-3 where subbottom layer with thickness 5~15 m exists under the flat seafloor. On the other hands, the east-southern area were regarded to be type I-1, I-2 and III-1 where seafloor reflection is much stronger than type I-3. Also, the physical tests (unit weight, moisture content, grain size, liquid limit, specific gravity) were performed with samples taken from 8 fixed locations. It is found that the sand (SP), the sand blended with silt (SM) and the mixture of SP-SM are distributed uniformly on the survey area.
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문제 정의
본 조사에서는 Hong et al.[2013]이 제안한 10 MW급 부유식 파력-해상풍력 복합발전 플랫폼의 석션 앵커 설계에 필요한 기초 자료를 제공하는 목적으로 설치 대상 해역인 제주도 차귀도 서북쪽 해역에 대하여 탄성파 탐사를 이용한 퇴적 환경 조사와 해저면 시료채취를 실시하였다. 탄성파 탐사를 통해 얻은 음향상 자료를 Chough et al.
본 연구에서는 복합발전 플랫폼의 앵커 시스템을 설계하기 위한 목적으로 제주도 차귀도 서북쪽 해역의 퇴적 환경 조사와 그에 따른 퇴적물 성분 조사를 수행하였다. 먼저 퇴적 환경 조사를 위해 탄성파 탐사 장비 중 하나인 Chirp III를 이용하여 얻은 탄성파 단면도를 Chough et al.
제안 방법
Fig. 3에 동그라미로 표시된 24개의 정점에서 채취된 퇴적물 중 육안으로 서로 다르다고 판단되는 8개의 정점(B2, B3, C1, C2, C4, D3, E1, E4)을 선별하여 성분 분석 시험을 실시하였다. 성분 분석 시험을 통하여 얻은 분석 결과는 Table 1에 정리하였다.
탄성파 탐사를 통해 얻은 음향상 자료를 Chough et al.[2002]의 분류 방법에 따라 분류하고, 채취한 퇴적물 시료에 대한 성분 분석을 통해 내부 반사층의 두께와 퇴적물의 물리적 특성을 파악하였고 석션 매입 앵커 시스템의 설치 가능성을 검토하였다.
또한 액성 한계도 몇몇 정점에서는 측정할 수가 없었다. 끝으로 시료의 공기 중 무게와 부력의 비인 비중(Specific gravity)을 측정하였다.
1에 나타냈으며, 편의상 경도에 따라 제주도에서 가장 멀리 떨어진 정점을 E, 가장 가까운 정점을 A로 정하였고, 위도에 따라 차귀도에서 가까운 해역으로부터 순서대로 1부터 4까지 숫자를 부여하였다. 또한 제주도에서 가까운 해역에서 보다 세밀한 탐사를 위하여 추가적인 정점(G1, G2, G3, G4)과 탐사 경로(Line B1, B2, B3)를 포함시켰다.
각 정점별로 채취한 시료의 구성 비율과 평균 입도(φ = -log2(d/do), d: 입도 직경, do: 기준 입도 직경)는 표에 나타내었다. 시료가 습윤 상태로 있을 때 단위 부피당 중량을 측정하여 비중량(Specific weight)을 구하였다. 함수율(Moisture content)은 시료 속에 포함되어 있는 물의 양을 나타내는 척도로서 100 °C 이상의 온도를 유지할 때 시료로부터 제거할 수 있는 물의 무게와 순수한 시료의 무게의 비로 계산된다.
4체 통과량이 50% 이하이면 자갈, 50% 초과하면 모래로 분류한다. 액성 및 소성 한계시험은 흙의 유동상태를 나타낼 수 있는 최소 함수비인 액성한계와 흙의 소성한계를 측정하였다. 그러나 조사 지역에서 채취한 시료들은 주로 실트가 포함된 모래로 구성되어 있어 서로 뭉치지 않기 때문에 소성한계는 측정할 수 없었다.
입도분포시험 측정에 앞서 시료에 미세한 실트 성분이 부분적으로 존재하는 것이 확인되어 No. 4체(4.75 mm)와 No. 200체(75 μm)를 통과시켜 시료를 물로 씻은 후 No. 200체를 이용하여 잔류량과 통과량을 분류하여 입도분포를 분석하였다.
조사는 제주대학교 해양수산조사선 제라호를 이용하여 2015년 6월 4일, 6월 10일, 10월 13일 세 차례에 나눠 실시하였다. 조사 해역내의 퇴적 환경을 조사하기 위한 탄성파 탐사 장비로 천부지층 탐사기(Subbottom profiler, Chirp III)를 이용하였다. Chirp III의 사용 주파수는 2~7 kHz인 고주파수 대역을 음원으로 사용하므로 해저 지층을 통과하는 능력은 낮으나, 분해능이 좋기 때문에 보다 정밀한 지층조사를 수행할 수 있다(Yu[2010]).
중력 코어 채취기는 코어가 해저면에 박히는 순간 내부로 해저면 시료가 삽입되는 원리로, 깊이에 따라 시료 채취가 가능한 장점을 가지고 있다. 해저면으로부터 약 15~20 m 위의 지점에서 윈치(Winch)에서 코어를 분리하여 자유 낙하시키는 방법으로 시료를 채취하였다. 중력 코어 채취기의 내부 라이너(Liner)의 길이는 1.
대상 데이터
조사 해역은 복합발전 플랫폼 설치 예정지로 위도 33°20'00.00''N~33°23'30.00''N, 경도 126°02'40.00''E~126°07'60.00''E이며, 조사 범위는 8 km×6 km 이내로 한정하였다.
조사는 제주대학교 해양수산조사선 제라호를 이용하여 2015년 6월 4일, 6월 10일, 10월 13일 세 차례에 나눠 실시하였다. 조사 해역내의 퇴적 환경을 조사하기 위한 탄성파 탐사 장비로 천부지층 탐사기(Subbottom profiler, Chirp III)를 이용하였다.
53 m이다. 중력코어 채취기가 박히지 않은 딱딱한 해저면 위의 시료를 채취할 때는 그랩 채취기를 사용하였다.
[1992]). 탄성파 탐사 자료는 각 정점을 포함한 이동 경로 Line A1~A8, B1~B3 그리고 C1~C8를 따라 이동하면서 취득하였다. Chirp III는 최대 출력을 사용하였고, 반복률(Rep.
해저면 퇴적층 시료를 채취하는 목적으로 중력 코어 채취기(Gravity core sampler)와 그랩 채취기(Grab sampler)을 사용하였다. 중력 코어 채취기는 코어가 해저면에 박히는 순간 내부로 해저면 시료가 삽입되는 원리로, 깊이에 따라 시료 채취가 가능한 장점을 가지고 있다.
데이터처리
조사 해역내의 표층 퇴적물의 대부분은 모래질 퇴적물로 구성되어 있으나, B3, C1 정점에서는 실트와 점토의 함량이 증가함을 보였다. 단위 중량시험과 함수비 시험은 각 정점별로 3번의 실험을 통해 평균값을 산정하였다. 시료의 단위 부피당 중량은 정점에 따라 다소 달라지지만 1.
이론/모형
먼저 퇴적 환경 조사를 위해 탄성파 탐사 장비 중 하나인 Chirp III를 이용하여 얻은 탄성파 단면도를 Chough et al.[2002]가 제안한 분류 방법에 따라 탐사 이동 경로에 따라 음향상으로 분류하였다. 그 결과, 조사 해역내의 동남쪽을 제외한 나머지 지역에서는 주로 평탄한 해저면이 나타나고 일정 깊이 아래 내부 반사층이 존재하는 Type I-3임이 확인되었다.
탄성파 탐사를 통하여 얻은 조사 해역내의 탄성파 단면도를 Chough et al.[2002]가 제안한 분류 방법을 따라 분류하였다. Chough et al.
함수율(Moisture content)은 시료 속에 포함되어 있는 물의 양을 나타내는 척도로서 100 °C 이상의 온도를 유지할 때 시료로부터 제거할 수 있는 물의 무게와 순수한 시료의 무게의 비로 계산된다. 채취된 시료는 통일 분류법(Unified soil classification system)에 따라 분류하였다(Das[1990]). 분류기준을 살펴보면 잔류량 및 통과 량을 기준으로 No.
성능/효과
[2002]가 제안한 분류 방법에 따라 탐사 이동 경로에 따라 음향상으로 분류하였다. 그 결과, 조사 해역내의 동남쪽을 제외한 나머지 지역에서는 주로 평탄한 해저면이 나타나고 일정 깊이 아래 내부 반사층이 존재하는 Type I-3임이 확인되었다. 특히 조사 해역의 북부 지역은 상대적으로 입자가 고은 니사질 성분이 주로 분포되어 있었으며, 서부 및 남부 지역은 좀 더 굵은 입자로 구성된 사질 또는 지역에 따라 니사질로 이루어져있다.
반면 제주도와 가장 가까운 동남쪽 해역은 Type I-1, Type I-2 그리고 Type III-1이 혼재된 지역으로 판명됐다. 또한 중력 코어 채취기와 그랩 채취기를 이용하여 탄성파 탐사 이동 경로 상에 놓인 정점에서 채취한 시료를 가지고 성분 분석 시험(단위중량, 함수비, 입도분석, 액성 및 소성 한계, 비중)을 실시한 결과, 조사 해역의 서쪽에 위치한 정점 E1, E4은 주로 모래(SP)가 표층에 분포되어 있으며, 정점 B3, C1은 실트가 섞인 모래(SM), 나머지 정점 B2, C2, C4, D3은 SP와 SM이 혼합된 퇴적물이 분포되어 있음을 확인하였다.
[2002]의 분류 방법을 토대로 음향상(Echo type) 분류를 표기하였다. 모든 영상에서 잡음 (Noise) 라인이 관측되는 것을 볼 수 있으며, 잡음 라인 아래 나타난 해저면 라인을 통하여 조사 해역에 대한 해저 지형 특성을 파악할 수 있었다.
본 연구를 통하여 복합발전 플랫폼의 설치 예정 해역에서 제주도와 가까운 지역을 제외한 대부분의 지역에서 내부 반사층이 존재함을 확인하였다. 탄성파 단면도 영상에서는 해저면과 내부 반사층 사이의 거리는 약 5~15 m 정도로 추정된다.
단위 중량시험과 함수비 시험은 각 정점별로 3번의 실험을 통해 평균값을 산정하였다. 시료의 단위 부피당 중량은 정점에 따라 다소 달라지지만 1.10~1.38 g/cm3 범위 내에 놓여 있으며 반면 함 수비는 정점 B3에서 가장 낮은 17.15%, 정점 D3에서는 가장 높은 34.21%가 측정되었다. 입도분포시험 측정에 앞서 시료에 미세한 실트 성분이 부분적으로 존재하는 것이 확인되어 No.
음속 (Sound speed)은 1500 m/s이다. 위치 측정은 제라호에 설치된 DGPS (Differential global positioning system)를 이용하여 기록하였으며, 탐사 중 조사선의 정점별 이동 속도는 정속 3~4 knot를 유지하였다.
9%임을 알 수 있다. 조사 해역 내에서는 입도분포가 불량한 모래(SP), 입도 분포가 양호한 실트가 섞인 모래(SM) 그리고 SP와 SM이 혼합된 퇴적물이 해저면에 분포되어 있음을 확인하였다. 여기서 SP는 세립분의 함량이 5% 미만(No.
이로부터 Line C1~C4은 Type I-3b, Line C5~C8은 Type I-3a로 분류하였다. 중력 코어 채취기로부터 얻은 퇴적물 시료로부터 확인한 결과 Type I-3a가 나타난 지역은 모래, 머드, 조개껍질 등 혼합 층으로 이뤄져 있는 반면 Type I-3b 지역은 머드가 포함된 모래로 이루어져 있는 해역으로 파악되었다. 조사 해역내의 북부 해역은 입자가 고은 니사질 성분이 주로 분포 되어 있고, 반면 서부 및 남부 해역은 입자가 굵은 사질로 이루어졌다.
후속연구
만약 퇴적층 깊이가 석션 앵커의 매립 깊이보다 얕다면 반사층 아래의 퇴적물의 종류를 알아야 한다. 따라서 퇴적층 깊이를 고려한다면 천공 작업과 같은 추가 탐사가 필요할 것으로 사료된다. 향후에는 본 연구 자료를 토대로 천부지층탐사기 뿐만 아니라 중천부지층탐사기도 이용하여 더 정확한 해저 지층 분석 및 퇴적물 조사를 수행할 것이다.
따라서 퇴적층 깊이를 고려한다면 천공 작업과 같은 추가 탐사가 필요할 것으로 사료된다. 향후에는 본 연구 자료를 토대로 천부지층탐사기 뿐만 아니라 중천부지층탐사기도 이용하여 더 정확한 해저 지층 분석 및 퇴적물 조사를 수행할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
중력 코어 채취기를 사용하여 어떻게 해저면 퇴적층 시료를 채취하는가?
중력 코어 채취기는 코어가 해저면에 박히는 순간 내부로 해저면 시료가 삽입되는 원리로, 깊이에 따라 시료 채취가 가능한 장점을 가지고 있다. 해저면으로부터 약 15~20 m 위의 지점에서 윈치(Winch)에서 코어를 분리하여 자유 낙하시키는 방법으로 시료를 채취하였다. 중력 코어 채취기의 내부 라이너(Liner)의 길이는 1.
해저 지형 및 해저면 탐사방법 중 가장 널리 이용되는 방법은?
현재까지 해저 지형 및 해저면 아래 지층을 파악하기 위한 다양한 탐사방법 중 탄성파 탐사가 가장 널리 이용되고 있다(Kearey and Brooks[1991]). 탄성파 탐사의 원리는 수중에서 인공적으로 음파를 발생시키고, 수신기에서 받는 반사파의 신호를 분석하여 해저 지층 구조를 파악한다.
앵커 시스템을 설계하기 위해 필수적인 정보는?
특히, 계류/앵커시스템은폭풍과같은강한 파랑 외력에도 부유 구조물의 위치를 유지시켜야 하므로 부유체의 수명과 직·간접적으로 연관되는 매우 중요한 설계요소 중 하나이다. 특히 앵커 시스템을 설계하기 위해서는 파랑, 바람, 조류와 같은 해양환경외력 뿐만 아니라 설치 대상해역의 해저 지형 및 해저 지층을 구성하고 있는 퇴적물에 대한 정확한 정보가 필수적이다. 부유식 파력-해상풍력 복합 발전 플랫폼의 앵커 시스템으로 현재 고려중에 있는 석션 매입 앵커(Embedded Suction Anchor; ESA)는 석션의 기초와 동일한 원기둥 형태의 단면 형상을 가지며 석션 기초 선단부에 부착되어 해저면 아래 원하는 깊이에 설치할 수 있는 앵커이다.
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