[논문]금강하굿둑과 각종 해안구조물 설치 전, 후의 금강하구역 해수유동 양상 비교

장창환

doi:10.5762/kais.2021.22.4.601

금강하굿둑과 각종 해안구조물 설치 전, 후의 금강하구역 해수유동 양상 비교
Comparision of Tidal Current Patterns at Keum River Estuary before and after Construction of Keum River Bank and Coastal Structures 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.22 no.4, 2021년, pp.601 - 610

장창환 (특허청 건설기술심사과)

초록
AI-Helper

해안구조물 설치 전, 후의 금강하구역 해수유동 양상을 CASE별로 비교하기 위해서 수심적분된 그리고 조간대 처리기법이 적용된 해수유동 수치모형인 FLOW2DH를 사용하였다. 실험조건은 해안구조물 설치 전(CASE1), 해안구조물 설치 후(CASE2), 배수갑문운영 추가(CASE1Q, CASE2Q) 및 현재 상태(CASE3)로 구성된다. CASE1의 경우, 자연형 하구의 안정화된 해수유동 양상을 보여주고 있고, CASE2의 경우, 설치된 해안구조물들로 인하여 금강하구역의 유속 및 유향에 변화가 발생하였다. 특히, CASE2의 개야수로 구간(P5~P9)은 CASE1과 대비하여 유속이 10~30% 크게 계산되었다. 금강하굿둑과 가장 가까운 군산 내항(P4)의 경우는, CASE1Q와 CASE2Q의 낙조 시 2.7시간의 배수갑문의 방류로 인하여 낙조 유속이 다른 CASE들과 비교하여 약 250~300% 빨라졌다. 이는 퇴적물이동에 영향을 줄 것이고, 나아가 해저지형변화를 야기할 것으로 예측된다. 현재 상태인 CASE3의 경우, 금강하구와 주변 해안역의 유속과 유향을 검토한 결과 안정화 단계로 접어들고 있는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The tidal current patterns at Keum River Estuary before and after the construction of coastal structures were compared according to the CASES. The depth-integrated and tidal difference treatment applied FLOW2DH numerical model was used for the tidal current predictions. The test conditions consisted of before construction of coastal structures (CASE1), after construction of coastal structures (CASE2), and the addition of watergate operation(CASE1Q and CASE2Q), and present (CASE3). CASE1 showed a stable tidal current pattern, such as a natural estuary. In CASE2, the tidal current velocities and directions of the Keum River Estuary were changed due to the installed coastal structures. In particular, the tidal current velocities of the Gaeya open channel sections (P5~P9) in CASE2 were calculated to be 10~30% larger than that of CASE1. In the case of the Gunsan Inner Harbor (P4), which is closest to the Geum River Estuary, the ebb flow rate was approximately 250~300% faster than that of other CASEs due to the discharge of the watergate operation for 2.7 hours during the ebb of CASE1Q and CASE2Q. This will affect sediment transport, and it is predicted to lead to seabed changes. CASE3 is considered to be entering the stabilization stage according to the simulation of the tidal current velocities and directions of the Keum River Estuary and the surrounding coastal area.

주제어

표/그림 (26)

그림 Fig. 1. Study area and velocity measurement points
표 Table 1. Case Study
그림 Fig. 2. Comparison of tidal current velocity for P1.
그림 Fig. 3. Comparison of tidal current velocity for P2.
그림 Fig. 4. Comparison of tidal current velocity for P3.
그림 Fig. 5. Comparison of tidal current velocity for P4.
그림 Fig. 6. Comparison of tidal current velocity for P5.
그림 Fig. 7. Comparison of tidal current velocity for P6.
그림 Fig. 8. Comparison of tidal current velocity for P7.
그림 Fig. 9. Comparison of tidal current velocity for P8.
그림 Fig. 10. Comparison of tidal current velocity for P9.
그림 Fig. 11. Tidal current vectors at 3 (lunar time) for CASE1.
그림 Fig. 12. Tidal current vectors at 9 (lunar time) for CASE1.
그림 Fig. 13. Tidal current vectors at 3 (lunar time) for CASE2.
그림 Fig. 14. Tidal current vectors at 9 (lunar time) for CASE2.
그림 Fig. 15. Tidal current vectors at 3 (lunar time) for CASE1Q.
그림 Fig. 16. Tidal current vectors at 9 (lunar time) for CASE1Q.
그림 Fig. 17. Tidal current vectors at 3 (lunar time) for CASE2Q.
그림 Fig. 18. Tidal current vectors at 9 (lunar time) for CASE2Q.
그림 Fig. 19. Tidal current vectors at 3 (lunar time) for CASE3.
그림 Fig. 20. Tidal current vectors at 9 (lunar time) for CASE3.
그림 Fig. 21. Tidal ellipse diagram for CASE1.
그림 Fig. 22. Tidal ellipse diagram for CASE2.
그림 Fig. 23. Tidal ellipse diagram for CASE1Q.
그림 Fig. 24. Tidal ellipse diagram for CASE2Q.
그림 Fig. 25. Tidal ellipse diagram for CASE3.

AI 본문요약
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문제 정의

조석에 의한 조류이동 및 금강 하굿둑 배수갑문 운영에 따른 방류에 의한 해수유동 양상을 살펴보기로 한다.

제안 방법

FLOW2DH 수치모형실험결과를 통해 금강하구 인근 해역의 해안구조물 설치 전, 후의 유속 및 유향의 변화를 비교, 분석하였다.
7시간 동안 균등하게 방류하기로 한다. Fig. 1.에서와 같이, 금강하구역의 9개의 정점을 선정하여 유속 및 유향의 변화를 면밀히 검토하였다.
지형자료를 CASE1로 선정하였다. 각종 해안구조물이 금강 하굿둑과 시기적으로 중복되어 건설되었기 때문에 CASE2는 1990년 지형자료에 2010년까지 해안구조물들이 설치된 상태를 가상적으로 겹쳐서(overlap) 해수유동에 각종 해안구조물이 미친 영향을 비교 및 분석하였다. 그리고 각종 해안구조물 공사 및 금강 하굿둑 공사가 완공된 2010년 지형자료를 CASE3으로 선정하여 CASE1과 CASE2를 비교 및 분석하였다.
경계조건의 조석상수는 강성준 등(2010)과 같이, 4대 분조와 N2, M4까지 입력조건으로 적용한 사례가 있으나, 서해안은 조위조건 중 4대분조인 M2, S2, K1, O1과 N2 분조가 우세하기 때문에 본 연구에서는 상기 5개 분조를 입력조건으로 하였다[10].
각종 해안구조물이 금강 하굿둑과 시기적으로 중복되어 건설되었기 때문에 CASE2는 1990년 지형자료에 2010년까지 해안구조물들이 설치된 상태를 가상적으로 겹쳐서(overlap) 해수유동에 각종 해안구조물이 미친 영향을 비교 및 분석하였다. 그리고 각종 해안구조물 공사 및 금강 하굿둑 공사가 완공된 2010년 지형자료를 CASE3으로 선정하여 CASE1과 CASE2를 비교 및 분석하였다.
해안구조물 설치 전, 후의 금강하구 인근 해안역의 해수 유동 양상 변화에 대하여 분석하였다. 분석 결과 해안구조물 설치 전은 자연형 하구로 해수유동의 흐름이 완만하다(CASE 1).

대상 데이터

해안구조물 설치로 인한 금강하구 인근의 해수유동 양상 변화를 분석하기 위하여 금강 하굿둑 공사가 완공된 1990년 지형자료를 CASE1로 선정하였다. 각종 해안구조물이 금강 하굿둑과 시기적으로 중복되어 건설되었기 때문에 CASE2는 1990년 지형자료에 2010년까지 해안구조물들이 설치된 상태를 가상적으로 겹쳐서(overlap) 해수유동에 각종 해안구조물이 미친 영향을 비교 및 분석하였다.

이론/모형

개발된 FLOW2DH 수치모형은 금강하구 인근 해역의 해수 유동 양상을 분석하는데 적합한 조간대 처리기법이 적용되었다.
본 연구에서는 각종 개발 사업으로 건설된 해안구조물들과 금강 하굿둑의 배수갑문 운영에 따른 해수유동 체계의 변화를 분석하기 위해서 자체 개발된 2차원 해수 유동 수치모형(이하 FLOW2DH)을 사용하였다. FLOW2DH 는 소스코드를 원하는 해양환경 조건(배수갑문 운영, 조간대 설정, 각종 파라미터 변경 등)에 따라 수정할 수 있다는 점에서 사용효과가 있다.
조위의 상승 및 하강에 따라 노출되기도 하고 해수로 덮이기도 하는 조간대 해역의 처리는 Flather and Heaps(1975)에 의해 개발된 처리기법을 사용한다[9]. 이 기법은 격자 노출 여부와 유속 계산 여부를 다음의 조건 중 하나가 만족하는지의 여부로 판단할 수 있다.

성능/효과

배수갑문 운영 시의 CASE1Q에 대해서는 외항 주 수로(P1)의 최대 유속이 1.28 m/s로 나타났으며, 군산 외항 내부(P2)의 유속은 최대 0.05 m/s, 장항항 수로(P3) 의 유속은 최대 1.38 m/s, 군산 내항(P4)의 유속은 최대 1.11 m/s, 개야수로 남서측(P5)의 유속은 최대 0.88 m/s, 개야수로 남동측(P6)의 최대 유속은 1.22 m/s, 개야 수로 북서측(P7)의 최대 유속은 1.46 m/s, 개야 수로 북동 측(P8)은 1.55 m/s, 그리고 개야수로 북측 입구(P9) 는 1.42 m/s로 낙조 시를 제외하고 CASE1과 개야 수로 구간은 유속이 유사하게 계산되었다.
배수갑문 운영 시의 CASE2Q는 외항 주 수로(P1)의 최대 유속이 1.16 m/s로 나타났으며, 군산 외항 내부 (P2)의 유속은 0.02 m/s, 장항항 수로(P3)의 유속은 최대 1.19 m/s, 군산 내항(P4)의 유속은 최대 1.04 m/s, 개야수로 남서측(P5)의 유속은 최대 1.09 m/s, 개야 수로 남동 측(P6)의 최대 유속은 1.49 m/s, 개야수로 북서측 (P7)의 최대 유속은 1.84 m/s, 개야수로 북동측(P8)은 1.77 m/s, 그리고 개야수로 북측 입구(P9)는 1.74 m/s 로 낙조 시에 개야수로 구간의 유속이 비교적 타 CASE 들보다 크게 계산되었다.
양상 변화에 대하여 분석하였다. 분석 결과 해안구조물 설치 전은 자연형 하구로 해수유동의 흐름이 완만하다(CASE 1). 그러나 CASE2와 같이 해안구조물 설치 후에 유속 및 유향의 변화가 발생하였고, 이로 인하여 퇴적물 이동의 변화가 야기되고, 이는 곧 해저지형 변화로 이어진 것을 예측할 수 있다.

후속연구

본 연구는 앞으로 서, 남, 동해안의 해안구조물의 신설 및 리모델링 등에 따른 해수유동의 양상을 예측할 수 있는데 기여할 수 있고, 해수유동 수치모형인 FLOW2DH 는 수심적분 2차원 평면 수치모델이므로 수심 방향으로 유속분포를 얻을 수 없다는 한계가 있으나, 파랑변형 수치모형과 연동하여 해안류 변화 예측을 수행하는 것이 가능하고, 더불어 퇴적물이동 수치모형과 연계하여 퇴적물 이동 확산 범위 및 지형변화에 대한 예측을 수행할 수도 있다.
본 연구의 결과물을 토대로 향후 연구에서는 금강 하구 역의 퇴적물이동 및 지형변화에 대한 분석 결과를 제시하고자 한다.

참고문헌 (10)

Gunsan Regional Office of Oceans and Fisheries, A Survey Report of Hydrodynamic Characteristic Changes at Keum River Estuary, 2002.
Gunsan Regional Office of Oceans and Fisheries, A Survey Report of Hydrodynamic Characteristic Changes at Keum River Estuary, 2004.
T. KIM, Hydrodynamics and Sedimentation Processes in the Keum River Estuary, West Coast of Korea, Ph.D. dissertation, Sungkyunkwan University, 2002. pp.1-71.
H. Yoo, J. Cho, T. Kim, S. Park, S. Lee, "Analysis of Sediment Transport Characteristics in Geum Estuary Using Delft3D Numerical Model" Proceedings of the 7th Annual Conference, Korean Society of Coastal Disaster Prevention, Jeju, Korea, p.109, 2019.
J. Cho, Y. Song, T. Kim, E. Jeong, "A Integrated Numerical Model Development of Geum River Estuary with Watershed-River-Estuary" Proceedings of Cooperation Spring Conference, Journal of Korean Society on Water Environment, Gwangju, Korea, pp.106-107, March 2017.
Deltares systems, Delft3D-FLOW, User Manual, Version: 3.15, 2021, Deltres, Netherlands, pp.7-10.
G. J. Park, M. J. Jung, H. S. Kim, Y. Kim, J. Y. Yoo, "The Review of Models for Effect of Sediment in Weir Section", Proceedings of the KAIS Spring Conference, Korea, pp.348-351, May 2012.
H. Kim, Three Dimensional Sediment Transport Model, Ph.D. dissertation, University of Liverpool, 1993. pp.15-140.
R. A. Flather, N. S. Heaps, Tidal computations for Morecambe Bay. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society. Vol.42, No.2, pp.489-517, 1975. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1975.tb05874.x

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S. J. Kang, Y. K. Park, "Comparative Analysis for Numerical Modeling of Tidal Current on Geum River Estuary." Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.11, No.9, pp.3583-3589, 2010. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2010.11.9.3583

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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