선박이 항구를 안전하게 입·출항 하기 위해서는 고려해야할 요소들이 많지만, 특히, 선박의 좌초 위험을 줄이기 위해 항구의 조석을 파악하는 것이 중요하다. 기존의 선행연구는 주로 조화상수를 찾고 분석하는 연구가 대부분이었으나, 타 수로국의 조석표상 조화상수 분석 및 정확성에 관한 연구는 부족하였다. 본 연구는 인천, 군산, 여수, 부산, 울산 및 속초, 총 6곳의 항구를 대상으로, 실측정보를 기준으로 영국조석표와 한국의 조석표를 비교하였으며, 조석의 차이가 발생하는 원인을 찾기 위하여 조화상수를 사용하여 조고, 조시, 조석형태수를 계산한 후 영국과 한국의 정보를 비교하였다. 실측정보와 조석표의 차이 분석 결과 대상 항구 모두 실제 조고와 조시가 차이가 있었으며, 그 원인은 영국과 한국의 조화상수, 조석 기준값, 조석 형태수에서 차이가 있는 것을 발견하였다. 따라서 이 논문에서는 영국 조석표에 우리나라 표준항을 추가해야 하며, 조석표를 만드는데 필요한 기준이 되는 조화상수가 지속적으로 최신정보로 업데이트 되어야 하고, 영국 조석표 보다는 각 국가에서 제작하는 조석표가 더 정확하다는 것을 제시하고자 한다.
우리나라 주변 해역별 조석특성을 쉽게 보기 위해 정의된 비조화상수를 고찰하였다. 국립해양조사원의 표준항 가운데 20개 조위관측소의 자료로부터 계산한 조화상수 값을 기반으로 비조화 상수를 계산하였다. 이 가운데 표준항의 관측 및 예보조위자료를 이용하여 임의지점의 조위를 개략적으로 추산하기 위해 사용되는 개정수(조시차 및 조고비)는 천해분조가 강하게 발달하는 해역에서는 적용하는데 한계가 있음을 알 수 있었다. 또한 기존의 조화분해 소프트웨어로부터 구한 표준시 자오선기준 지각(phase lag, 또는 epoch)에서 로컬 지각(local phase lag)을 구하는데 사용하고 있는 p 값을 관습적으로 통용되고 있는 정수(integer)형의 첨가수(suffix)대신 a/15(a=각 분조의 각속도)를 사용하는 방안을 제시하였다.
비천문조인 연주조(Sa)와 반년주조(Ssa)는 해수특성 변화와 기상 상태에 영향을 받는 비대칭 월평균 해수면의 연변화와 관련이 깊다. 국립해양조사원이 운영하는 21개 조위관측소에서 관측한 1시간 간격의 19년(1999~2017년) 간 해수면 높이 자료에 대하여 두 종류의 조석 조화분해 프로그램(Task2K와 UTide)을 사용하여 Sa와 Ssa의 조화상수를 산출하였다. 조화분해에 사용되는 자료의 시작 시기와 길이에 따른 Sa의 안정도를 조사하였으며, Sa와 Ssa의 조화상수의 분포 특성을 살펴보았다. 먼저, 인천 조위관측소의 20년(1999~2018년) 해수면 관측자료를 1일씩 이동하면서 1년(369일) 조화분해를 수행하고 그 결과를 비교하였을 때, 두 프로그램 모두 자료의 시작 시기에 따라 Sa 조화상수가 불규칙하게 크게 변동한다는 사실을 알 수 있었다. Task2K가 Sa 분조 계산식에 근일점 천문변수를 고려하지 않아서, 두 프로그램 간에 약 78°의 지각 차가 났으며, 이들 진폭 차이는 1 cm 이하였다. 우리나라 연안에서는 Sa 조화상수가 해마다 크게 다르므로, 조위 예측 정확도와 관련하여 안정적인 조화상수 산출에 필요한 적절한 자료 길이를 결정하기 위해 관측자료 길이(1년, 2년, 3년, 5년, 9년, 19년)에 따른 인천 조위관측소의 Sa 조화상수 값의 변동성을 살펴보았다. 대표성 있는 Sa 조화상수를 구하기 위해서 조화분해를 수행할 때 5~9년 동안의 관측자료를 사용하면 조화상수 예측오차가 상당히 줄어들며, 19년 자료를 사용 것이 가장 바람직하다는 결론을 얻었다. Sa 분조의 진폭은 각 해역별로 다른 해양·대기 환경 특성에 의해 서해안에서 15.0~18.6 cm, 제주도를 포함한 남해안에서 10.7~17.5 cm이었으며, 울릉도를 포함한 동해안에서 10.5~13.0 cm이었다. 울릉도 등 동해 일부 해역을 제외하고 우리나라 연안에서 Ssa 분조의 영향으로 인해 연중 최고(최저) 해수면 높이가 발생하는 시기가 늦어(빨라)져서 해수면의 계절변화가 시간적으로 비대칭적인 특성을 보였다. 끝으로, 월평균 해수면, 대기압 보정 해수면, 비부피 높이 간 관계로부터 해수면의 해해변화와 계절변화의 비대칭성에 대기압 효과와 해수밀도가 가장 큰 영향을 끼친다는 사실을 확인하였다.
최근 낙동강 하구 기수생태 복원에 있어서 중요한 요소 중 하나는 하굿둑 외해측의 보다 높은 정도를 가지는 조석예보치 산정과 이를 통해 하굿둑 방류량과 해수 유입량을 추정하여 주변 환경 등을 예측할 수 있다. 기수생태 복원이 본격으로 논의가 진행 전인 2016년까지는 하구에서 수km 떨어진 기존 조위관측소(부산 및 가덕도)를 활용하여 하류수위를 예측하여 왔지만 조위 높이와 위상 차이로 인하여 활용이 용이하지 않다. 따라서, 낙동강 하굿둑 인접 외해역에서 조석 영향을 받는 수위관측치를 이용하여 조석조화분해를 통해 조위 예측을 보다 정밀하게 산정하는 것이 필요하다. 연구방법으로는 낙동강 하굿둑 외해역에서 관측된 2016년, 2017년 각각 1년간 10분간격으로 관측자료의 저장상태 및 이상자료 유무를 확인하고, 조석조화분해 프로그램인 TASK2000(Tidal Analysis Software Kit) Package를 이용하여 2016년, 2017년 낙동강 하굿둑 인접 외해역에서 관측된 조위자료를 각각 조석조화분해한 결과로 관측조위와 예측조위 비교하였고, 관측조위와 예측조위를 뺀 성분인 조석잔차성분을 구했다. 조화분해결과, 낙동강 하굿둑 외해역은 일반적인 연안역의 조석과는 달리 하천수의 유출, 배수갑문의 조작, 연안사주지형에 의한 조석변형 등 매우 복잡하고 불규칙적인 특성인 기상성분(기압, 바람 등)에 의한 교란을 고려한다면 예측정확도가 상당부분 확보되는 것으로 나타났다. 또한 장주기 성분과 비선형 조석성분의 크기를 비교해 볼 때 거의 편차가 없이 나타나 조석조화상수를 이용한 예보 가능성을 확인할 수 있었다. 조위검증은 2016년의 1년치의 조석자료를 이용하여 조화분해된 조화상수 63개를 이용하여 2017년의 조석 예보치를 산정하였으며, 이를 2017년의 낙동강 하굿둑 외해역의 조석관측치와 조석예측치를 1대 1 비교하는 방식으로 검증하였고, 이들의 상관관계를 파악하기 위하여 두 성분에 대하여 Regression Analysis를 수행하여 예측조위와 관측조위 사이에는 Pre=0.9535×Obs+0.396과 같은 관계식이 성립하는 것으로 분석되었다. 또한, 두 성분간의 상관도는 0.9535로 높게 나타났다. 조위예측 프로그램인 TASK2000 Package 중 MARIE를 이용한 조위예측 프로그램의 신뢰도가 매우 높은 것으로 판단되고, 해당년도 조위예측 시에는 가능하면 직전년도의 1년 조석관측자료를 조화분해하고 얻어진 조화상수를 이용하여 조위예측을 실시하면 보다 정확한 자료를 얻을 수 있다.
금강하구둑 축조 전 ${\cdot}$ 후의 조석변화를 알기위하여 금강하구의 조류조화상수 및 비조화상수를 분석하였다. 그 결과, 하구둑 축조 후에 조화상수 및 비조화상수가 증가하였다. 또한 연도별 해도자료를 이용하여 구간별 수심변화를 분석하였다. 그 결과 남 ${\cdot}$ 북측도류제 사이의 수로에서는 세굴이 발생하였다. 그리고 군산외항에서 하구둑까지의 수로에서는 퇴적이 발생하였다. 조석변화는 건설과 준설, 금강하구둑의 수문닫힘의 영향으로 판단된다 그리고 수심변화는 금강하구둑 건설과 남측도류제, 군장 국가공단 조성사업, 새만금 4호 방조제 건설의 영향에 의하여 야기된 것으로 판단된다.
서해 연안해역에서 국립해양조사원이 관측한 기왕의 조위자료를 분석하여 조석 조화상수를 산출하고, 조화상수와 비조화상수의 변화추세와 원인을 고찰하였다. 전반적으로 반일주조의 진폭은 거의 변화하지 않았으나 위상은 빨라졌으며, 일주조의 진폭과 위상은 거의 변화하지 않았다. 그러나 내만에 위치한 목포에서는 하구언과 방조제 건설로 인해서 반일주조의 진폭은 크게 증가하고, 위상은 크게 빨라졌다. 전반적으로 일주조의 진폭과 위상은 변화하지 않았으나, 목포에서만 위상이 뚜렷하게 빨라졌다. 대조기 조석간만의 차는 목포를 제외하고는 크게 변화하지 않았으며, 목포에서는 조석확폭 현상으로 조차가 증가하고, 간사지의 폭이 넓어졌다. 약최고고조위는 전반적으로 과거에 비해서 상승하여 서해 연안에서 범람으로 인한 위험성이 증가하고 있었다. 약최고고조위와 약최저저조위의 변화는 평균해수면 상승과 밀접한 관계를 가지고 있었다.
조간대 저서생물들의 서식환경을 결정하는 중요한 인자 중의 하나인 노출시간을 추정하는 공식을 개발하였다. 이 공식은 기존의 1시간 간격, 1년 기간 조위자료를 이용하여 노출시간을 추정하는 방법과는 달리 대부분 연안의 기본 조석 정보에 해당하는 주요 4분조 조화상수들을 이용하여 노출시간을 간단하게 계산할 수 있다. 서해안의 관측 조위자료를 이용한 노출시간과 본 연구에서 개발한 공식에 의한 추정결과를 비교한 결과 RMS 오차는 0.8-1.4%로 파악되었다. 본 공식은 장기간의 조위자료가 없는 조간대 지역에서 간단하면서도 정확한 노출 시간 및 침수시간 추정에 활용할 수 있다.
지구조석을 계산하는데 있어 가장 주요한 항은 달이나 태양에 의한 구면조화차수가 2인 항으로서 지구조석의 약 98%를 이루며, 나머지는 3차 이상의 고차 항들이다. 그런데 차수 3항과 그 이상의 고차수의 항들의 값들은 차수 2항과는 다른 상수가 각각 곱하여져서 계산되어야 한다. 본 연구에서는 조석에 의한 중력변화, 변위 및 수직선의 변화에 대한 바른 계산을 검토하였으며, 필요한 관련상수들을 다시 구하였다. 동일차수내의 다른 계수의 조화함수적 조석주기의존성을 토의하였다. 한편, 지구조석을 계산하는데 관련된 중요한 개념들을 요약 소개하였다.
2차원 수심적분된 조석 수치모형을 이용하여 남해도 해역의 독립적인 주요 8개 분조(M$_2$, S$_2$, $K_2$, $N_2$, $K_1$, $O_1$, P$_1$, Q$_1$)에 대한 조석도와 조류 타원도를 제시하고, 기존의 관측치와 비교하였다. 이 8개 분조의 개방경계조석에 의해 모형해역의 1개월 실시간 조석(조위, 조류)을 산정하여 매 격자점에서의 조위와 조위를 조화분석하여 구해진 조화상수를 예보상수로 하여 Data Table을 구축하였다. 구축된 Data Table에 의해서 조위와 조류예보 알고리즘에 의해 대상해역내 조석의 시공간적 추정을 신속하게 수행할 수 있는 체계를 구성하였다.
정점에서의 조석(조위, 조류)은 전통적으로 조화분석 및 예보에 의해 추정되며 다른 방법은 조석수치모형에 의한 예보이다. 본 연구에서는 수치모형의 직접적인 출력으로서 조석을 추정하는 방법과 장기간(1개월)의 모형출력을 조화분석한 조위와 조류의 조화상수의 Data Table을 근거로 한 인천항 전역의 임의위치에서의 실시간적으로 조석을 신속하게 추정하는 방법을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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