바다모래 채취에 의한 부유토사의 3차원 거동 예측 실험

Abstract

본 연구에서는 연간 3,000만 m3 이상의 바다모래를 채취하는 경기만에서, 해사채취로 인하여 발생하는 토사의 표층, 중층 그리고 저층에서의 이동과 확산 현상을 수치실험과 현장실험을 이용하여 예측하였다. 본 연구에서는 3차원해양모델인 ROMS를 이용하여 표층과 해저층의 수직분해능을 1 m 이내로 유지하여 표층의 이동확산과 저층에서의 이동 그리고 중층으로의 침강을 혼합된 입자 크기에 대해 재현하였다. 다음과 같은 실혐결과를 얻었다. 1. 해사채취에 따른 해저토사 이동 예측을 위한 부유토사 발생량 산정 방식을 수립하였다. 해사채취를 위한 국내외 과학적 조사 연구를 바탕으로 본 연구에서 표층과 저층에서의 부유토사발생량 산정식을 개발하여 적용하였다. 개발 산정식의 적용범위는 기존의 정박식 S Class에 해당하며 THSD식 A Class의 적용을 위해서는 보완이 필요하다. 산정식의 적용 시험에서 결과는 매우 만족스럽고 현실적 관측과 잘 일치하는 것으로 나타났다. 하지만 현지 적용에서 반드시 필요한 요소는 토사의 정밀한 누적입도분포도이며, 상위 10%의 입경 구성 비율이 매우 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 2. 해사채취로 인한 부유토사 이동 예측을 위한 예측 변수를 최적화하였다. 해사채취로 인하여 발생하는 부유토사의 표층과 저층에서의 이동과 확산 과정에 영향을 미치는 중요한 변수들에 대한 최적화 방안을 제시하였다. 수평 확산계수는 토사입경이 중력 작용을 받기 때문에 기존에 널리 사용하는 운동량, 수온 또는 염분의 난류확산계수의 사용은 부유토사의 거동 예측에 큰 오류를 남길 수 있음을 증명하였다. 3. 조류에 의한 해사채취 해역의 부유토사 이동 확산 범위를 산정하였다. 조류의 크기와 토사채취량에 대한 토사이동 범위와 소멸과정에 대한 3차원 수치실험 결과는 아래 표와 같다.