[논문]항내 해수교환시설에 관한 효과검토

윤성진; 김규한; 송만순; 김효섭

문제 정의

이러한 경우에는 항내의 수질개선을 위하여 기존의 해수교환 시설에 추가시설을 설치해야 하며, 본 연구에서는 주문진항의 항내측에 다기수로를 설치함으로써 항내에 존재하는 폐쇄수역을 감소시키고 항내의 해수교환 기능을 개선시키는 효과에 대하여 검토를 수행하였다.

제안 방법

해석결과의 정밀도를 높이기 위해서는 대상영역의 연직에서 촬영된 영상이 필요하지만 연직영상을 획득하기는 쉽지 않다. 가능한 연직사진에가까운 경사진 영상으로 촬영한 후 사영변환을 통하여 연직수치정사영상을 획득하게 된다.
계측기기로서는 입사파고를 계측하기 위하여 용량식파고계를 이용하였으며, 기존시설의 도수관과 다기수로 관내의 유속을 계측하기 위하여 2차원 전자유속계를 이용하였다. 또한, 디지털 캠코더 및 카메라를 이용하여 실험과정을 모니터링 및 화상해석 시에 사용하였다.
1을 사용하지 않을 경우에는 다기수로측으로 도수관 6개를 모두 사용하였다. 또한, 기존시설과 다기수로를 병용할 경우에는 도수관과 다기수로 각각 3기씩을 나누어 사용하였다.
실험재현 범위는 Fig. 3에 나타내는 바와 같으며, 수심재현에 있어서는 수조바닥에 수심 Contour를 재현하고 높이를 표시한 후에 각 수심 별로 표시된 높이까지 모래를 채우고, 그 위에 약 3cm 두께의 시멘트 몰타르로 마무리작업을 하여 고정상을 제작하였다.
유입유량은 전자유속계를 이용하여 계측한 관내의 유속에 관의 단면적을 곱하여 산출하였다.
평면수리모형실험을 이용하여 기존의 해수교환 시설을 재현하고, 기존시설과 다기수로를 병용하는 안 및 다기수로만을 사용하는 안에 대한 해수교환 검토를 수행하였다.
Table 1에 실험조건을 나타내었다. 평면안에 대해서는 현재상태를 포함하여 7개안에 대한 실험을 수행하였으며, 파고는 0.7m~3.0m, 주기는 5.0sec~15.0sec, 파향은 ENE~ESE, 조위는 MSL~DL(+)1.2m의 조건에서 다양한 수리특성에 대하여 유입유량의 특성을 파악하는 실험을 수행하였다.

대상 데이터

6은 다기수로의 유출위치를 나타내고 있다. 기존의 해수 교환시설(No.1)을 통해 항내로 유입되는 도수관은 6기가 있으며, No.1만을 개방하는 경우는 도수관 6개를 모두 사용하였고, No.1을 사용하지 않을 경우에는 다기수로측으로 도수관 6개를 모두 사용하였다. 또한, 기존시설과 다기수로를 병용할 경우에는 도수관과 다기수로 각각 3기씩을 나누어 사용하였다.
본 평면수리모형실험은 관동대학교 첨단해양공간개발연구센터의 다방향 불규칙조파장치가 설치된 대형 평면수조에서 수행하였다. 본 실험에 사용된 조파장치는 일방향 규칙파 및 불규칙파, 다방향 불규칙파의 조파가 가능한 사형(Snake type) 조파장치이다. 수조는 32m(길이)× 39m(폭) × 1.
본 평면수리모형실험은 관동대학교 첨단해양공간개발연구센터의 다방향 불규칙조파장치가 설치된 대형 평면수조에서 수행하였다. 본 실험에 사용된 조파장치는 일방향 규칙파 및 불규칙파, 다방향 불규칙파의 조파가 가능한 사형(Snake type) 조파장치이다.
수조는 32m(길이)× 39m(폭) × 1.5m(높이)이다.
실험에서는 해저지형 및 모형구조물의 축척을 1/60로 선정하여 재현하였다.

성능/효과

관내유속 계측에 의한 유입유량을 비교한 결과, 기존시설(No.1)만을 open하는 경우가 유입유량이 가장 많았으며, 기존시설과 다기수로를 병용하는안, 다기수로만을 사용하는 안의 순으로 유입유량이 감소하는 것을 확인하였다.
각 케이스별 유입유량을 비교해 보면 기존시설의 경우가 유입유량이 가장 많은 것으로 나타나고 있으며, 기존시설과 다기수로를 병용하는 경우, 다기수로만을 이용하는 경우 순으로 감소하는 경향을 보이고 있다. 또한, 다기수로의 개방수가 증가할수록 유입유량은 감소하는 것을 알 수 있다.
염료를 투입한 후 화상해석에 의해 확산면적 및 항입구부 도달시간을 비교한 결과, 기존시설과 다기수로를 병용하는 안(Case-03, 04)이 가장 우수하였으며, 기존시설만을 이용하는 경우에는 폐쇄 수역이 발생하고, 다기수로만을 사용하는 경우에는 항입구부까지의 도달시간이 지연되는 것을 확인하였다.
5sec, 파향 ESE, 조위 MSL 인 경우의 파고별 유입유량값을 나타내었다. 파고가 증가할수록 유입유량도 증가하는 경향을 보이고 있으며, 파고가 비교적 작을 경우(0.7m, 1.0m)에는 유입유량이 현저히 감소했다가, 일정파고(2.0m, 3.0m) 이상이 되면 유입유량이 상당히 증가되는 것을 알 수 있다.

후속연구

이에 대한 대책으로서 항만 및 어항에서는 기존에 설치되어 있는 방파제에 해수교환 구간을 설치하여 항외로부터 항내로 유량을 공급시킴으로써 항내수질을 개선시키는 방법을 다수 적용하고 있다. 그러나, 항내로부터의 부하량이 증가하여 항내유입량으로는 부족한 경우 및 항내의 일부구간만 해수소통이 이루어지고 있는 경우에는 항내의 수질개선에 있어서 충분한 역할을 하지 못하는 경우이므로 추가적인 방법이 도입될 필요가 있다.
따라서, 기존의 해수교환시설의 일부를 다기수로를 이용하여 항내의 폐쇄수역에 흘려보내는 방법에 의해 항내수질 개선에 효과가 있을 것으로 기대된다.

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