International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권1호
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pp.212-225
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2015
In order to preserve the quality of fresh water in the artificial lake after the reclamation of an intertidal flat at the mouth of a river, we suggest two novel methods of water purification by using tidal potential energy and an enclosed permeable embankment called an utsuro (Akai et al., 1990) in the reclaimed region. One method uses an inflatable bag on the seabed within an utsuro, while the other uses a moored floating barge out of a dyke. Each case employs a subsea pipe to allow flow between the inside and outside of the utsuro. The change in water level in the utsuro, which is pushed through the pipe by the potential energy outside, caused circulation in the artificial lake. In this paper, we analyzed the inflatable bag and floating barge motion as well as the pipe flow characteristics and drafts as given by a harmonic sea level, and compared the theoretical value with an experimental value with a simple small model basin. The numerical calculation based on theory showed good agreement with experimental values.
우리나라 연안해역에서 조사된 조위 조화상수를 수집하여 조석 분포와 비선형 조석특성의 분포를 조사하고, 국립해양조사원에서 관측한 목포항과 군산외항의 조위자료를 조화분석하여 비선형 조석의 경년변화와 비조화상수(고조위, 저조위, 조차)의 경년변화의 관련성을 검토하였다. 비선형 조석의 발생과 조석형태수가 관련성이 있음을 확인할 수 있었으며, 비선형 분조의 변화는 고조위와 저조위의 변화에 큰 영향을 주었다. 목포항에서는 해안개발로 인해서 비선형 분조의 진폭과 위상이 크게 변화하고, 이로 인해서 고조위가 상승하고, 저조위는 하강하여 조차가 증가하였다. 군산외항에서는 새만금방조제 준공이후에 비선형 조석의 영향으로 고조위는 하강하고, 저조위는 상승하여 조차가 감소하였다.
본 연구의 목적은 시화호 조력발전소 가동 후에 새롭게 형성된 시화호 조간대의 면적과 시기별 면적변화를 분석하는 것이다. 조간대 면적 분석을 위해 원격탐사기법을 이용하여 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM)을 추출하여 14.4 cm의 root mean square (rms) 오차를 갖는 정밀한 수준의 자료를 생산하였다. 시화호 조간대의 면적은 1910년대에는 $165.1km^2$, 방조제 완공 전인 1991년에는 $115.2km^2$, 2010년의 배수갑문 운영시기에는 $5.6km^2$, 조력발전소 가동 후인 2013년에는 $20.3km^2$의 시기별 변화를 보였다. 시화호 조간대는 시화방조제가 완공된 후에 거의 소멸되었으나, 2012년에 조력발전소가 가동되면서 규칙적인 조석환경 형성과 해수 유동량 증가로 인해 그 넓이가 크게 증가되었다. 조력발전소의 가동으로 형성된 시화호 조간대는 유례를 찾기 힘든 조간대 복원의 좋은 예이며, '훼손된 생태계 복원'의 전형적인 사례로서 활용될 수 있을 것이다.
한반도 남동부의 울산단층 동편에는 염기성~중성 암맥군들이 우세하게 발달한다. 이 암맥들은 대부분 동해가 활발히 확장되었던 전기 마이오세(약 17 Ma 이전)의 지각 변형기 동안 동서방향의 지각 신장에 의해 만들어진 남북방향의 인장 균열을 통로로 관입하였다. 연일구조선을 경계로 서쪽지역과 인근지역 그리고 동쪽지역의 화강암체에서 관찰된 염기성 암맥의 평균 관입면 주향 방향은 동쪽으로 갈수록 시계방향으로 회전된다(N06$^{\circ}$E$\longrightarrow$N15$^{\circ}$E$\longrightarrow$N37$^{\circ}$E). 또한 연일구조선 동편의 염기성 암맥의 주향 방향은 동쪽 해안에 가까워질수록 시계방향으로 보다 많이 회전된 특징(구룡포반도에서 N75$^{\circ}$E)을 보여주었다 이는 이들 암맥들이 정치 이후 연일구조선 동쪽의 것들만 시계방향 수평 회전운동을 겪었으며, 이들 중 동쪽 해안에 가까운 것일수록 보다 많은 앙의 회전운동을 겪었음을 의미한다. 또한 동해의 확장으로 인해 대륙연변을 따라 발생한 북북서방향 우수향 전단력이 시간이 경과함에 따라 동에서 서로 전파되는 과정을 겪었으며, 연일구조선이 마이오세 분지 지역에서 흔히 관찰되는 지괴의 수평 회전운동을 규제한 주요 서쪽 한계선임을 지시하고 있다.
모델변수의 증감 및 분해능을 고려하는 새로운 교차모델 제한자를 사용한 시간경과 역산 알고리듬을 개발하였다. 증감을 고려한 교차모델 제한자는 같은 변화비를 갖는 모델변수에 같은 제한을 가한다. 이 교차모델 제한자는 모델변수의 증감에 관계없이 의미 있는 변화를 보이는 모델변수들을 강조할 수 있다. 분해능 교차모델 제한자는 분해능이 낮은 모델변수에 작은 제한을 가하는 반면, 분해능이 높은 모델변수에는 큰 제한을 가한다. 따라서 분해능이 낮은 모델변수도 시간 경과에 따라 의미 있는 변화를 보일 경우 효과적으로 식별할 수 있다. 3차원 전기비저항 모니터링 자료의 수치실험을 통하여 이들 두 교차모델 제한자의 타당성을 검증하였다. 최종적으로, 방조제의 안정성 평가를 위하여 서해안에 위치한 방조제에서 얻은 3 차원 전기비저항 모니터링 자료의 처리에 개발된 시간경과 역산법을 적용하였다. 시간경과 역산의 결과 모니터링이 수행된 기간 동안 방조제에 주목할 만한 변화가 없는 것으로 해석되었다.
금강하구언 수문작동이후 물성구조와 하구유형을 조사하기 위하여 1997년 6월, 7월 및 10월, 1998년 5월과 7윌에 CTD와 조류관측을 하였다. 조석과 조류의 관계는 고조전에 조류가 전류되어 낙조가 창조보다 1.5시간 정도 길다. 풍수기에는(5월부터 7월) 낙조시에 하구언에서 담수를 간헐적으로 대량 방류하여 하구 상류쪽의 수직적 염분차이와 염분의 시간변화가 커지고 하계 홍수시 2‰ 미만의 염분이 나타난다. 유출담수에 의한 염분약층의 발달로 2층구조를 보이며, 약층의 세기와 깊이는 저조시에 증가한다. 조석위상과 표층염분 변화의 관계는 히구 상류쪽에서 약 2.5 시간의 위상차이를 보이나 하구 하류쪽에서는 정상파 관계를 보인다. 하구 상류쪽에서의 위상차이는 낙조시 2~3시간 정도 방류된 담수에 의해 생성된 저염수가 조류에 의해 이동된 것을 의미한다. 갈수기에는 수직염분차이가 현저히 줄어든다. 관측된 표층유속과 염분구조 및 담수방류량을 사용하여 성층계수, 순환계수를 산출하였다. 금강하구는 부분혼합형 하구이고 풍수기와 갈수기에 따라 성층계수가 달라진다. 관측된 조류의 평균적 흐름은 상층에서 바다쪽으로, 저층에서 육지쪽으로 향하여 부분혼합형 하구의 전형적 순환형태와 일치하였다. 이러한 하구언 수문작동 후의 금강하구 유형과 순환은 하구역에서 저층부유사가 상류쪽으로 이동하며 퇴적되는 환경임을 제시한다.
지금까지 연안조류를 예측하는 대부분의 유한요소 수치모형은 육지경계를 고정하여 사용하여 왔으나, 조간대가 넓게 발달한 우리나라 서해연안에서의 적용은 현실적이지 못하였다. 본 연구에서는 이동경계(조간대)를 고려한 유한요소법에 관한 평면 2차원 해수류동 수치모형을 수립하였다. 유한요소의 형태로는 3각형을 사용하였으며, 시간적분방법으로는 양해법을 사용하였다. 수립된 수치모형은 한쪽이 열린 경계와 다른 한쪽에 조간대를 갖는 장방형 수노에서 모형의 조간대 처리에 대한 특성이 분석 되었으며, 전나남도 해남군과 진도군사이에 위치한 마노해, 특히 울돌목의 조류계산에 적용되었다. 모형의 현장 적용으로부터 이동경계 처리를 포함한 수치모형의 타당성을 입증하였으며, 고천암적제의 건설에 따라 조간대 영역의 큰 변화를 갖는 마로해에서 조류분포의 변화와 최대 약 12노트에 달하는 유속을 갖는 울돌목부근에서의 조류 분포특성을 재현하였다. 본 모형은 신한요소법을 사용함으로써 서, 남해와 같이 해안선이 복잡한 해역에서 해안선을 보다 정확하게 표현할 수 있으며, 조간대의 변화를 이동경계를 사용함으로써 해안선부근의 조류예측의 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.
본 연구에서는 지정학적인 측면에서 뿐만 아니라 자연환경적인 측면에서도 중요성을 가지는 연평도에 대해 해안지형을 중심으로 지형과 경관을 분석하고자 하였다. 연평도는 접근성이 제한되어 있고 군사적인 위험 때문에 자연 환경은 잘 보존되어 있지만 기존의 연구 성과는 미미한 실정이다. 본 연구는 4일간의 현지 답사와 실내 조사의 결과를 토대로 한 것이며, 연구 결과는 다음과 같다. 1) 20개 주요 조사 대상 지형 중 60%인 12개가 1등급으로 판정되어 전체적으로 연평도의 지형적인 가치는 매우 우수한 것으로 판단된다. 2) 연평도는 해안지형은 파식대와 해식애가 특징적인 암석 해안, 만입부에 형성된 퇴적 해안과 해안 충적지, 갯벌지대와 부속 도서 등의 3가지 지형시스템으로 구분할 수 있다. 3) 연평도의 지형은 파랑의 영향으로 인해 북쪽과 서쪽이 높고 동쪽과 서쪽이 낮은 비대칭형이다. 4) 최근 연평도 남단의 갯벌지대에서 행해지는 각종 공사는 우수한 갯벌의 질을 저하시킬 것이다.
선행연구에서 개발된 ESCORT 모형을 사용하여 영산강하구언 배수갑문을 통한 담수방류의 영향성을 분석하였다. 낙조우세를 감안한 해수유동 모의를 통해 2차원 뿐 아니라 3차원 흐름해석에 있어서도 모형의 적용성과 타당성을 입증하였다. 방류가 흐름양상에 미치는 영향성을 분석하였으며, 담수방류 모의 결과 확산현상은 3차원 모형으로 해석해야 함을 확인할 수 있었다. 또한, 방류구 인근에서 염도의 연직분포 특성을 규명하였고 목포해역 담수확산 범위를 추정하였다. 그 결과 외해수와의 해수교환이 원활치 않음에 기인하여, 목포해역에서는 담수농도의 희석이 매우 느리게 진행되고 있음을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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