Simulation of Water Quality Changes in the Saemangeum Reservoir Induced by Dike Completion

방조제 완공에 따른 호내부 수질변화 모의

  • Suh, Seung-Won (Department of Coastal Construction Engineering, Kunsan National University) ;
  • Lee, Hwa-Young (R&D Center, DY Engineering Co., Ltd.) ;
  • Yoo, Sang-Cheol (Department of Ocean Science & Engineering, Kunsan National University)
  • 서승원 (군산대학교 해양건설공학과) ;
  • 이화영 ((주)대영엔지니어링 기술연구소) ;
  • 유상철 (군산대학교 해양산업공학과)
  • Received : 2010.07.15
  • Accepted : 2010.08.16
  • Published : 2010.08.31

Abstract

In order to figure out hydrodynamic and water quality changes after completion of dike construction of the Saemangeum, which behaves as a semi-enclosed estuarine lake, numerical simulations based on fine grid structure by using EFDC were intensively carried out. In this study some limitations of precedent study has been improved and gate operation were considered. Also 3 phases such as air-water-sediment interaction modeling was considered. It is clear that inner mixing of the Saemangeum is dominated by Mankyeong and Dongjin riverine discharges rather than the gate opening influence through the Lagrangian particle tracking simulations. Vertical DO structure after the dike completion shows steep gradient especially at Dongjin river estuary due to lessen of outer sea water exchange. Increasing SOD at stagnantly changed man-made reservoir might cause oxygen deficiency and accelerating degradation of water quality. According to TSI evaluation test representing eutrophication status, it shows high possibility of eutrophication along Mankyeong waterway in spite of dike completion, while the index is getting high after final closing along Dongjin waterway. Numerical tests with gate operations show significant differences in water quality. Thus it should be noted that proper gate operation plays a major role in preserving target water quality and management for inner development plan.

방조제 완공 후 반폐쇄형 하구호 특성을 가지는 새만금호의 동수역학 및 수질변화를 이해하기 위하여 EFDC 모형에 상세격자를 적용한 수치모의를 실시하였다. 본 연구에서는 선행연구의 제한사항을 개선하고 배수갑문의 운영을 고려하였으며 수체-저질/대기간의 3상 모의가 수행되었다. Lagrangian 입자추적모의를 통해 새만금호 내부의 혼합이 갑문운영에 따른 영향보다는 만경·동진강의 하천유량에 지배되고 있음을 확인하였다. 방조제 완공 후 해수소통이 저하되면서 동진 유입부에서는 표층과 저층간 DO 농도 차이가 유발되며, 정체된 인공호 특성상 SOD도 호내빈산소 현상을 유발시켜 수질을 저해시키는 요인으로 작용하는 것이 확인되었다. 부영양화 상태를 나타내는 TSI 평가에 따르면 만경수로에서는 끝물막이 전·후에 상관없이 부영양화 가능성이 높게 나타나며, 동진수로에서는 방조제 완공 이후에 부영양화 발생 가능성이 높게 평가되었다. 배수갑문 운영과 연계된 수치모의 결과에 따르면 무작위적인 갑문운영이 내부 수질에 영향을 미치는 유의할만한 차이를 확인 할 수 있었다. 따라서 내부 개발 방안에 따른 최적의 수질확보에는 적절한 갑문운영이 수질관리에 중요한 인자로 작용한다.

Keywords

References

  1. 김현경, 이혜원, 최정현, 박석순 (2007). 해안 구조물 건설에 따른 조간대 및 희석률 변화에 관한 모델 연구, 대한환경공학회지, 29(10), 1106-1113.
  2. 농어촌연구원 새만금연구센터. www.seamangeum.or.kr.
  3. 박상근 (1998). 마산만의 온도모의를 위한 와확산계수의 비교 연구, 석사학위논문, 서울대학교.
  4. 서승원, 김정훈, 유시흥 (2002). 배수갑문을 통해 부분개방된 하구호에서의 순환과 수질모의, 한국해안.해양공학회지, 14(2), 136-150.
  5. 서승원, 김정훈 (2003). 급격한 저니토 교란이 인공하구호 수질에 미치는 영향, 한국해안.해양공학회지, 15(1), 39-50.
  6. 서승원, 조완희 (2007). 새만금호 완공전후의 수동역학 변화 해석, 대한토목학회논문집, 27(3B), 361-369.
  7. 서승원, 이화영 (2008). 새만금호 완공에 따른 수질변화 모의, 대한토목학회논문집, 28(1B), 79-93.
  8. 이화영 (2008). 새만금호 완공에 따른 수질변화 모의, 석사학위논문, 군산대학교.
  9. 양재삼, 정용훈, 지광희, 김현수, 최정훈, 김원장 (2008). 새만금방조제 체절 이후 초기의 수질변화에 관한 연구, 한국해양환경공학회지, 11(14), 199-213.
  10. 조홍연, 채장원, 전시영 (2002). 진해.마산만의 성층화 및 DO농도변화, 한국해안.해양공학회지, 14(4), 295-307.
  11. 환경부, 과학기술처(1997). 해양환경 감시 및 평가 기술: 연안 수질 평가 및 예측 기술개발(제 2단계 1차년도 보고서).
  12. 환경부 (1999). 해양환경 감시 및 평가기술: 연안수질 평가 및 예측 기술 개발 (최종보고서), 한국해양연구원.
  13. 한국농어촌공사 (2009). 새만금.군산 경제자유구역 새만금사업 지구 환경영향평가서(초안).
  14. Bowie, G.L., Mills, W.B., Porcella, D.B., Campbell, C.L., Pagenkopf, J.R., Rupp, G.L., Johnson, K.M., Chen, P.W.H., Gherini, S., and Chamberin, C.E. (1985). Rates, constants and kinetics formulation in surface water quality modeling(Second edition), Report Report EPA/A600/4-85/040, U.S. EPA, Athens, GA, USA.
  15. Carlson (1977). A trophic tate index for lakes. Limnology and Oceanography. 22(2), 361-369. https://doi.org/10.4319/lo.1977.22.2.0361
  16. Cerco, C.F. and Cole, T.M. (1994). Three-dimension eutrophication model of Chesapeake bay: Volume 1, main report. Technical Report EL-94-4, US Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS.
  17. Craig, P.M. (2004). User's manual for EFDC-Explorer. A pre/post processor for the environmental fluid.
  18. Craig, P.M. (2009). Implementation of a Lagrangian particle tracking sub-model for the environmental fluid dynamics code.
  19. DiToro, D.M. and Fizpatrick, J.J. (1993). Chesapeake bay sediment flux model, contact report EL-93-2, US Army Engineer Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS.
  20. Hamrick, J.M. (1992). A three-dimensional environmental fluid dynamics computer code : theoretical and computational aspects, SRAMSOE #317. The College of William and Mary, Gloucester Point, VA.
  21. Ji, Zhen-Gang. (2007). Hydrodynamics and Water Quality, Modeling Rivers, Lakes, and Estuaries.
  22. Park, K, Kuo, A.y. Shen, J., and Hamrick, J.M. (1995). A threedimensional hydrodynamic-eutrophication model (HEM-3D): description of water quality and sediment process submodels, SRAMOSE No. 327, VIMS/SMS, SWM, VA.
  23. Smith, D.E., Leffler, M., and Mackiernan, G. (1996). Oxygen dynamics in the Chesapeake bay: A synthesis of recent research, Maryland Sea Grant Book.
  24. Walton, T.L. Jr. (2002). Tidal velocity asymmertry at inlets. ERDC/ CHL CHETN IV-47, U.S. Army Engineer Research and Development.
  25. Yang, J.,Y. Kim and K. Choi. (2004). The monitoring of biogeochemical interactions between sediment and water. J. Oceanol. Soc. Korea, 39, 107-118.
  26. Zheng, L., Chen, C. and Zhang, F.Y. (2004). Development of water quality model in the Satilla river estuary, Georgia, Ecological Modelling. 178, 457-482. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2004.01.016