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문제 정의
- 목표해안선은 일단 결정되면 변하지 않는 해안선이나 평가해안선은 기후의 변화 그리고 유역, 연안, 해역 환경의 변화에 따라 시간적, 공간적으로 변화가 발생한다. 이러한 변화를 예측하는 방법론으로는 충분한 관측 자료의 확보나 믿을 만한 예측 수단의 개발로 가능하며 본 연구에서는 그 방법론을 소개 한다. 아래 Fig.
가설 설정
- ) 자료나 해빈축척계수(A)로부터 입사하는 고파랑의 쇄파고에 따라 해빈정선의 전진⋅후퇴의 경향을 파악 하여 침식폭을 추정할 수 있도록 하였다. 충분히 긴 시간 지속 적으로 파랑이 입사하며, 파고가 낮은 평상파가 지속될 경우 해빈단면이 1:m의 일정 경사면을 회복한다고 가정하였고, 개념에 대한 정의는 아래 Fig. 5와 같다.
제안 방법
- 이는 연안침식 관리를 위한 연안구조물 및 관리해안선 설정에 중요한 인자로 판단하여본 연구에서는 파랑에너지 산출을 30년 빈도 파고를 적용하였다. 30년 빈도 파고를 산정하기 위해 파랑자료 수집 및 분석을 통해 결정된 NCEP의 40년간(1979년~2018년) 파랑자료를 기초로 연도별 최대파고를 이용하여 극치분석을 수행하였다. 극치 분석은 CEDAS(Coastal engineering design & analysis system)내프로그램을 이용하였으며, 이때 사용되는 확률분포함수는 FT-Ⅰ(Fisher-tippett type Ⅰ)분포와 k값이 각각 0.
- Table 2에서 제시한 30년 빈도 침식선의 경우 수집 해안선이 정규분포를 이룰 때, σ = 1에 대한 값을 도시화한 결과이며, 본 연구에서는 해변별 관측자료를 기초로 값을 재산정하여 일일 변동폭을 산정하였다.
- 관리해안선으로 평균해안선과 침식한계선을 적용하는 방법을 도입하였으며, 이는 기 관측된 해안선으로부터 평균해안선 (MSL)을 설정하고 중앙입경과 30년 빈도 파고를 적용하여 고파랑 해안 침식폭 모델인 HaeSaBeeN을 통해 침식한계선(ECL) 설정을 하였다. 이 두 라인을 통해 평가해안선 설정이 이루어진다.
- 관측 자료를 통한 해안선 변동성 분석과 30년 빈도 파고, 중앙 입경, 해빈경사의 적용을 통한 고파랑 침식 폭을 산정한다. 수집한 해안선 자료를 기초로 각 표본해안별 평균해안선 및 30년 빈도 침식선을 산정하여 아래 Fig.
- 이 두 라인을 통해 평가해안선 설정이 이루어진다. 기 관측된 해안선 측량 자료를 바탕으로 정규분포에 따른 다는 가정하에 일일 변동폭을 적용하여 지역별 변동폭을 산정 하였으며, 고파랑 해안 침식폭 모델인 HaeSaBeeN을 통해 중앙 입경(D50)과 30년 빈도 파고를 적용하여 침식폭을 산정하여 비교하였다.
- 선행연구 Kim and Lee(2018)에서 Dean(1977)의 평형해빈단면의 개념을 이용하여 유입되는 파랑 에너지에 따라 수렴하는 고유한 해안정선 위치간의 변화관계를 분석하였으며, 관측을 수행하지 않고도 해변 입자 특성으로부터 그 관계를 얻어내는 방 법론을 제시하였다. 따라서 본 연구에서는 관리해안선으로 평균해안선과 침식한계선을 적용하는 방법을 도입하였으며, 이는기 관측된 해안선으로부터 평균해안선(Mean shore line, MSL)을설정하고 중앙입경(D 50 )과 30년 빈도 설계파고를 적용하여 고파랑에 의한 해안 침식폭 예측 모델인 HaeSaBeeN을 통해 침식 한계선(Erosion control line, ECL) 설정을 하였다.
- 이 해안선은 장기간 관측자료로부터 빈도분석을 통해 결정된다. 본 연구에서는 30년 빈도 침식해안선을 연안침식관리선으로 설정하였다.
- 본 연구에서는 선진국 관리해안선 사례 조사와 국내 연안에 서의 주거, 해양공사 여건 등을 고려하여 목적별 관리해안선으로 연안해역행위제한선, 평형(평균)해안선, 연안침식관리해안선, 연안육역개발통제선과 같이 4가지 해안선을 두고 아래와 같이 정의한다.
- 봉포 및 속초해변은 같은 격자점 자료를 사용하였으며, 40년간(1979~2018) 연도별 최대파고를 추출하여 극치분석을 수행하 였다. Weibull 분포(k = 1.
- 수집된 해안선 자료를 기초로 각 해안별 해안선 변동성 분석을 수행하였다. Table 2에서 제시한 30년 빈도 침식선의 경우 수집 해안선이 정규분포를 이룰 때, σ = 1에 대한 값을 도시화한 결과이며, 본 연구에서는 해변별 관측자료를 기초로 값을 재산정하여 일일 변동폭을 산정하였다.
- 연안역의 환경보존 및 재해저감을 위하여 평형해안선과 침식 한계선 등 4가지 관리해안선의 필요성을 언급하였다. 그러나 실질적인 관리를 위하여 관리의 목표가 되는 목표해안선의 설정 이 필요하다.
- 위 방법론을 기초로 하여 중앙입경(D 50 )자료에 의한 파고 (Wave height)와 파랑에너지(Wave energy)의 평균해안선(MSL)간의 상관성과 해빈단(Berm height)의 영향을 고려하여 파고에 따른 해안선 전진, 후퇴 경향을 간단하게 살펴볼 수 있는 HaeSaBeeN 모형을 개발하였다.
- 연안침식 핵심관리구역의 육역부분 결정방법은 연간침식률의 30배로 설정(NOAA, 2012)하고 있다. 이는 연안침식 관리를 위한 연안구조물 및 관리해안선 설정에 중요한 인자로 판단하여본 연구에서는 파랑에너지 산출을 30년 빈도 파고를 적용하였다. 30년 빈도 파고를 산정하기 위해 파랑자료 수집 및 분석을 통해 결정된 NCEP의 40년간(1979년~2018년) 파랑자료를 기초로 연도별 최대파고를 이용하여 극치분석을 수행하였다.
- 이와 같은 방법론은 가장 단순하면서도 보편적으로 인정되고 있는 대표적 해빈단면곡선식이며, 이를 이용하면 비교적 간단 하게 중앙입경(D50 ) 자료나 해빈축척계수(A)로부터 입사하는 고파랑의 쇄파고에 따라 해빈정선의 전진⋅후퇴의 경향을 파악 하여 침식폭을 추정할 수 있도록 하였다.
- 연안육역개발통제선은 해수면상승, 파의 처오름 등과 같이 파랑 또는 수위상승 등 재해로 인해 피해가 예상되는 경계선으로 대상지역에는 개발제한 또는 피해를 방지할 수 있는 시설을 설치하여야 한다. 즉, 물로 인한 침수 또는 영향으로 인한 피해가 예상되는 해안선으로 기존에 피해를 받은 해안선이거나 100년빈도의 파랑 또는 해수면 상승 등을 적용한 수치실험 결과를 기초로 적용된다.
- 연안정비사업 전⋅후의 평가해안선 설정기술의 과정은 평균 해안선(MSL)설정과 침식한계선(ECL)을 통해 이루어진다. 해안선 장기관측 데이터를 통해 평균해안선을 설정하고 해안구조물 설치에 따른 해안선 변화를 예측하여 평형해안선 예측 모델인 미파솔(MeePaSoL)을 통하여 평균해안선을 설정한다. 또한, 해안선 관측 데이터의 변동성 분석을 통해 중앙입경 및 30년 빈도 파고값을 적용하여 고파랑 해안 침식폭 예측 모델인 해사빈 (HaeSaBeeN)에 적용하면 침식한계선 설정이 가능해진다.
대상 데이터
- 각 해변별 중앙입경(D50 ) 값은 강원도 환동해본부의 연안침식 실태조사 보고서(The Province of Gangwon, 2017; The Province of Gangwon, 2018)에서 조사한 자료를 바탕으로 사용하였으며, 입도분포를 통해 대표 중앙입경의 값을 Table 6에 나타내었다. 또한, 동해안의 해저지형과 특성을 반영하여 동일하게 m = 1:30을 적용하였다.
- 봉포해변은 수집된 52회 해안선 측량자료를 모두 이용하였으며, 정규분포를 통해 산정된 표준편차(σ)는 9.48이 산정되었고, 속초해변은 수집된 31회 해안선 측량결과를 모두 이용하여 정규분포를 통해 산정된 표준편차(σ)는 13.35가 산정되었으며, 맹방해변은 수집된 54회 해안선 측량결과 중 관측 길이가 짧은 2018년 6월, 7월, 9월 및 2019년 2월, 3월, 6월 총 6개 데이터를 제외한 48개를 이용하여 정규분포곡선을 산정하였다.
데이터처리
- 5개 확률분포를 통해 극치분석을 수행한 후 상관계수 (Correlation)가 1에 가까운 분포를 각 표본해변 빈도별 파고값으로 채택하였으며, 프로그램 결과로는 2, 5, 10, 25, 50, 73, 100년빈도 파고값이 산정된다. 본 연구에서 필요한 파고값은 30년 빈도 값으로 이는 극치분석을 통해 산정된 빈도별 파고값을 이용 하여 추세선을 그리고 이를 적용하여 역으로 30년 빈도 파고값을 산정하였다.
- 극치 분석은 CEDAS(Coastal engineering design & analysis system)내프로그램을 이용하였으며, 이때 사용되는 확률분포함수는 FT-Ⅰ(Fisher-tippett type Ⅰ)분포와 k값이 각각 0.75.
- 5개 확률분포를 통해 극치분석을 수행한 후 상관계수 (Correlation)가 1에 가까운 분포를 각 표본해변 빈도별 파고값으로 채택하였으며, 프로그램 결과로는 2, 5, 10, 25, 50, 73, 100년빈도 파고값이 산정된다. 본 연구에서 필요한 파고값은 30년 빈도 값으로 이는 극치분석을 통해 산정된 빈도별 파고값을 이용 하여 추세선을 그리고 이를 적용하여 역으로 30년 빈도 파고값을 산정하였다.
- 평균해안선은 관측데이터의 평균값이며, 30년 빈도 침식선의 경우 평균 해안선을 기준으로 정규분포함수에서 σ = 1일 때 재현주기에 따른 침식폭 값을 적용하여 산정하였다.
후속연구
- 그러나 평형해빈단면을 이용한 HaeSaBeeN 방법은 해안선 관측자료로부터 침식한계선을 추정하는 것보다 30년 빈도의 고파랑이 해빈단면을 평형에 도달시킬 만큼 충분한 지속시간을 갖는지에 따라 과대평가될 가능성이 있다. 따라서 고파랑의 지속시간에 대한 후속 연구를 통해서 평형해빈단면 방법의 보완이 필요하다.
- 이러한 결과는 30년 빈도 파고가 내습했을 때 최대 침식폭을 알려주며, 이는 향후 개발사업이나 해안선 보존에 유의미한 자료로 활용할 수 있을 것이다. 또한, 오랜기간의 해안의 침퇴적 관측이나 해안선 측량 자료가 없어도 중앙입경과 30년 빈도 파고만 있으면 그 지역의 침식한계선을 설정할 수 있는 자료로 매우 유용한 자료를 간단하게 산정할 수 있을 것으로 판단되어 진다. 그러나 평형해빈단면을 이용한 HaeSaBeeN 방법은 해안선 관측자료로부터 침식한계선을 추정하는 것보다 30년 빈도의 고파랑이 해빈단면을 평형에 도달시킬 만큼 충분한 지속시간을 갖는지에 따라 과대평가될 가능성이 있다.
- 이러한 결과는 30년 빈도 파고가 내습했을 때 최대 침식폭을 알려주며, 이는 향후 개발사업이나 해안선 보존에 유의미한 자료로 활용할 수 있을 것이다. 또한, 오랜기간의 해안의 침퇴적 관측이나 해안선 측량 자료가 없어도 중앙입경과 30년 빈도 파고만 있으면 그 지역의 침식한계선을 설정할 수 있는 자료로 매우 유용한 자료를 간단하게 산정할 수 있을 것으로 판단되어 진다.
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