[논문]진해만해역의 수질환경특성에 관한 연구

반영남; 국승기

문제 정의

또한 계산된 유동 data를 이용하여 오염확산 시뮬레이 션 모델을 구축하고 시뮬레이션을 행하여 그 수질환경특 성을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 대상수역내£ 국 립수산과학원 및 현장관측 조사를 통하여 관측한 데이터 를 이용하여 COD농도 분포를 계산하여 진해만의 수길 특 성을 파악하였다.
또한 계산된 유동 data를 이용하여 오염확산 시뮬레이 션 모델을 구축하고 시뮬레이션을 행하여 그 수질환경특 성을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 대상수역내£ 국 립수산과학원 및 현장관측 조사를 통하여 관측한 데이터 를 이용하여 COD농도 분포를 계산하여 진해만의 수길 특 성을 파악하였다. 현장조사와 오염 확산 시뮬레이션결과를 비교하여보면 진해항 주변이 다른 곳 보다 높기 때문에 여기를 중심으로 오염물이 확산되어 가고 있는 양상을、보 이고 있으며, 이 영향으로 국립수산과학원에서 관측하는 관측정점에서의 농도 보다 높게 나타나고 있다.
이러한 해역에 있어서 적조가 상습적으로 발생할 것이 예상되는 지역에 대하여 수질환경조사를 통 하여 수질특성을 조사하고, 또한 조석 . 조류 등 유동특성 을 파악하고 이를 수치 모델을 통하여 구현하고 유동특성 을 검증하고, 파악된 유동특성을 토대로 수질환경 시뮬레 이션에 필요한 기조자료를 제공함으로서 이 해역에 있어 서의 수질환경특성을 규명하고자 하였, 다.

제안 방법

1'able 4에 현장관측 중 산소요구량(COD)의 조사결과를 나타낸다. 각 지점별로 평균을 구하여 해당지점의 초기값으로 입력하여 오염확산 시뮬레이션을 실시하였다. 이 때는 진해만에서 적조가 한창 일어나고 있는 하절기로서 COD의 농도가 높 게 나타나고 있다.
모델의 검증을 위하여 국립수산과학원 관측Data를 이용 하여 오염확산 시뮬레이션을 행하였다. 먼저 진해만내의 국립수산과학원에서 2002년 관측지점 10곳의 데이터를 이 용하여 춘하추동 및 각 층별 평균을 구하여 Table 3에 나 타냈다.
해수유동의 실험은 해수유동수치모델에 의한 대상해역 모형의 구축, 검증 및 분석의 과정으로 수행되었다. 수치 모형의 현장 적용성에 대한 검증은 대상해역의 지형자료, 조석 . 조류 관측 자료를 이용한 수치모형에 의해 대조기 유동특성을 재현하고, 실측치와의 비교 .
수치모델의 재현성을- 검증하기 위하여 국립해양조사원 에서 관측한 조석자료와 해수유동 시뮬레이션 결과를 비 교하여 검증하였다. Table 2는 진해항에서의 저 .
이 값을 이용하여 진해만 내의 초기값을 입력하고 시뮬 레이션을 행하였다. 시뮬레이션은 정상상태에 이를 때까지 중조기(M2조)의 유동을 이용하여 실시하였다. 여기서 유 동 데이터는 유동 시뮬레이션 시에 저장한 1조석 주기분 의 데이터를 사용하였다.
실측자료와의 비교분석하여 검증된 유동데이터를 이숑 하여 오염확산 시뮬레이션을 행하기 위하여 중조기의 1주 석주기 의 조류데이 터를 저 장하였다. 저 장간격은 확산 시뮬 레이션의 Time Step 100 sec와 동일하게 설정하였다.
오염 확산 시뮬레이션은 국립수산과학원에서 진해만 내에 서 관측하는 관측정점의 데이터를 초기 조건으로 입력하 여 정상상태가 될 때까지 시뮬레이션을 행하여 오염 확산 형태를 파악하였다. 오염물 확산의 계산조건 및 경계조건 은 다음과 같다.
이 값을 이용하여 진해만 내의 초기값을 입력하고 시뮬 레이션을 행하였다. 시뮬레이션은 정상상태에 이를 때까지 중조기(M2조)의 유동을 이용하여 실시하였다.
진해만 해역은 상습적조지역으로서 매년 피해를 입고 있는 지역이다. 이러한 해역에 있어서 적조가 상습적으로 발생할 것이 예상되는 지역에 대하여 수질환경조사를 통 하여 수질특성을 조사하고, 또한 조석 . 조류 등 유동특성 을 파악하고 이를 수치 모델을 통하여 구현하고 유동특성 을 검증하고, 파악된 유동특성을 토대로 수질환경 시뮬레 이션에 필요한 기조자료를 제공함으로서 이 해역에 있어 서의 수질환경특성을 규명하고자 하였, 다.
수치 모형의 현장 적용성에 대한 검증은 대상해역의 지형자료, 조석 . 조류 관측 자료를 이용한 수치모형에 의해 대조기 유동특성을 재현하고, 실측치와의 비교 . 검토에 의해 수행 되었다.
조사는 수질관측 장비를 이용 하여 매년 적조현상이 일어나고 있는 진해 행암만 주변의 10개 지점을 선정하여 행하였다. 조사항목으로서는 수온, 수소이온농도(pH), 염분농도, 용존산소(DO), 화학적 산소 요구량(COD), 총질소(T-N), 총인(T-P), 식물성플랑크톤, 동물성플랑크톤 및 클로로필-a 등 10개항목이다. 현장관측 조사는 적조현상이 심한 여름철을 택하여 2002년 7월부터 약 1개월에 1회씩 행하여 총5회를 실시하였다.
진해만에서의 적조발생 등 수질상황을 파악하기 위하여 현장관측조사를 실시하였다. 조사는 수질관측 장비를 이용 하여 매년 적조현상이 일어나고 있는 진해 행암만 주변의 10개 지점을 선정하여 행하였다.
해수유동의 실험은 해수유동수치모델에 의한 대상해역 모형의 구축, 검증 및 분석의 과정으로 수행되었다. 수치 모형의 현장 적용성에 대한 검증은 대상해역의 지형자료, 조석 .
조사항목으로서는 수온, 수소이온농도(pH), 염분농도, 용존산소(DO), 화학적 산소 요구량(COD), 총질소(T-N), 총인(T-P), 식물성플랑크톤, 동물성플랑크톤 및 클로로필-a 등 10개항목이다. 현장관측 조사는 적조현상이 심한 여름철을 택하여 2002년 7월부터 약 1개월에 1회씩 행하여 총5회를 실시하였다. 1'able 4에 현장관측 중 산소요구량(COD)의 조사결과를 나타낸다.
이 때는 진해만에서 적조가 한창 일어나고 있는 하절기로서 COD의 농도가 높 게 나타나고 있다. 현장조사 값을 토대로 해양오염확산시 뮬레이션을 행하였다.

대상 데이터

계산대상해역은 진해만을 대상으로 하고, 계산대상해역 의 격자망은 Fig. 3과 같이 구성하였다. 수심자료는 이 해 역에 대한 수로국간행 해도(No.
시뮬레이션은 정상상태에 이를 때까지 중조기(M2조)의 유동을 이용하여 실시하였다. 여기서 유 동 데이터는 유동 시뮬레이션 시에 저장한 1조석 주기분 의 데이터를 사용하였다.
진해만에서의 적조발생 등 수질상황을 파악하기 위하여 현장관측조사를 실시하였다. 조사는 수질관측 장비를 이용 하여 매년 적조현상이 일어나고 있는 진해 행암만 주변의 10개 지점을 선정하여 행하였다. 조사항목으로서는 수온, 수소이온농도(pH), 염분농도, 용존산소(DO), 화학적 산소 요구량(COD), 총질소(T-N), 총인(T-P), 식물성플랑크톤, 동물성플랑크톤 및 클로로필-a 등 10개항목이다.

데이터처리

8은 오염확산 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 오염확 산 시뮬레이션의 결과를 검증하기 위하여 관측결과의 비 교를 행하였다. Fig.

이론/모형

여기에 해면(z =, ) 및 해저 (z=-h)의 조건을 도입하여 진체 해면하 즉 ( -h*以 )의 범위에 대해 적분함으로써, 다음과 같이 수심방향으로 평 균화된 2차원 유동의 방정식으로 변화할 수 있다. 이를 2 차원 단층 유동모델의 기본 방정식으로 사용하였다.
식 1〜3으로 나타내어지 는 연속량을 차분법 또한 유한요 소법에 의해 적당한 이산량으로 변환함으로써 수치해를 구할 수 있다. 이에 대한 많은 해법 중 해의 수렴성과 ■손 산시간의 경 제성 등이 탁월하여 조류 및 확산계산에 시근 널리 이 용되 고 있는 ADKAltemating Direction Imp ici: Method)을 사용한다.(金了安雄, 堀江毅, 村上和男 1975) 우선 대상 해역을 평면적으로 Fig.

성능/효과

수치모델을 구성하고, 주변해역의 해수유동을 계 산. 검증해본 결과 최대창조류일 때는 가덕수로에서 내만 으로 조류가 흐르고 있으며, 최대낙조류일 때는 내만에서 가덕수로로 조류가 흐르고 있다. 특히 저도 부근에서는 입 구가 좁고 수심도 가덕수로보다 낮은 지역이여서 조류의 속력이 빨라짐을 알 수 있다.
여기서 등치선은 계산결과이고 점은 관측결과이다. 계산 결과에 따르면 마산항 및 진해항의 수질은 3등급 정도를 유지하고 있으며 거제도 서측은 2등급 정도 가덕 수로에서 외해는 1등급을 유지하고 있는 것으로 나타났다.
관측시기에는 적조가 활발하게 일어나고 있던 하절기로 서 진해항 주변의 COD 농도가 높은 것으로 나타났다. 여 기서는 관측결과의 부족으로 초기값을 입력함에 있어서 관측지점 이외의 곳은 국립수산과학원의 자료를 이용하여 서 정상상태가 될 때까지 계산을 행하였다.

후속연구

진해항 주변이 다른 곳 보다 높 기 때문에 여기를 중심으로 오염물이 확산되어 가고 있는 양상을 보이고 있으며, 이 영향으로 국립수산과학원에서 관측하는 관측정점에서의 농도도 높게 나타나고 있다. 이 것으로 미루어 보아 국립수산과학원의 데이터가 약간 작 은 수치를 나타내고 있음을 알 수 있으며 관측 포인트를 늘여서 관측한 데이터를 이용하여 오염 확산시뮬레이션을 행한다면 좀더 정확한 분석이 이루어 질 것으로 생각된다. 또한 진해항 및 마산항은 만의 안쪽에 위치하고 있어서 수질개선을 위한 방안들이 강구되어야 할 것이다.
그림에서 알 수 있는 바와 같이 현장관측 부근만이 높은 농도로 나타 나고 있다. 좀더 관측지점을 추가하여 만 전반적인 자료를 이용하여 초기치를 입력하여야 정확한 분석이 가능할 것 으로 판단된다. 또한 Fig.
흐}■지 만, 오염현상은 오탁물질 간의 상호작용에 의 한 상승 효과 등이 있기 때문에 각 인자간의 영향 등을 밝혀내는 것, 다른 인자의 영향 등이 향후의 연구 과제라 할 n- 있 다.

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