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진영 후
5 years ago
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1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 17, No. 4 pp , ISSN / eissn 추태호 1, 심수용 1, 양다운 1, 박상진 1, 곽길신 1* 1 부산대학교사회환경시스템공학부 A Study on Estimation of Design Tidal level Considering Sea Level Change in the Korean Peninsula Tai Ho Choo 1, Su Yong Sim 1, Da Un Yang 1, Sang Jin Park 1, Kil Sin Kwak 1* 1 Dept. of Environmental and civil Engineering, Pusan National University 요약이산화탄소의배출증가와지구온난화, 엘리뇨현상, 라니냐현상등과같은이상기후현상의발생빈도증가로인하여전세계적으로내륙과해안의온도가상승하고있다. 지구온난화로인한바닷물의열팽창그리고빙하의해빙등으로인한지구의해수면은매년 2.0mm/yr( 전세계평균값 ) 의속도로상승하고있다. 그러나해안에인접한수리구조물혹은해안수리구조물을설계할시기준이되는설계조위는과거관측된조위값으로부터 4대분조및조화상수를분석하거나수치모형실험에의해결정된다. 따라서, 설계조위는구조물의설계빈도에상응하는해수면의상승속도를감안해야할필요가있다고사료된다. 본연구에서는국립해양조사원 (Korea Hydrographic and Oceanographic Administration; KHOA) 에서운영하고있는 46 개소의조위관측소를대상으로관측개시일부터 2015 년까지시단위로조위자료를수집하였다. 우리나라를크게남해동부, 남해서부, 동해남부, 동해중부, 서해남부, 서해중부, 제주로총 7개의해역으로구분하여월별, 연별변동추이및연평균상승률분석을수행하였다. 향후국지적해수면상승의원인규명및설계조위고려시기초자료로활용가능할것으로판단된다. Abstract The air temperatures of the coast and inland are rising due to an increase in carbon dioxide emissions and abnormal climate phenomena caused by global warming, El Nino, La Nina and so on. The sea levels of the Earth are rising by approximately 2.0 mm per year (global average value) due to the thermal expansion of sea water, melting of glaciers and other causes by global warming. On the other hand, when it comes to designing a hydraulic structure or coastal hydraulic structure, the standard of the design water level is decided by analyzing four largeness tide values and a harmonic constant with the observed tidal water level or simulating numerical model. Therefore, the design tidal water level needs to consider an increasing speed of the seawater level, which corresponds to the design frequency. In the present study, the observed tidal water levels targeting 46 tidal stations operated by the Korea Hydrographic and Oceanographic Administration (KHOA) from the beginning of observations to 2015 per hour were collected. The variation of the monthly and yearly and increasing ratio were performed and divided into 7 seas, such as east and west part of the Southern Sea, south part and middle of the East Sea, south part and middle of the Western Sea, and Jeju Sea. The current study could be used to determine the cause of local seawater rises and reflect the design tidal water level as basic data. Keywords : Change of tidal water level, Climate change, Design water level, Global warming, Sea level rise 1. 서론 산업화의발달과토지이용의고도화로인해탄소배출 이증가하였으며, 이로인하여지구온난화및엘리뇨 (El Nino) 현상과같은이상기후현상의발생빈도가잦아지고있다. 이와같은현상으로인해우리나라뿐만아니라 본연구는정부 ( 국민안전처 ) 의재원으로자연재해저감기술개발사업단의지원을받아수행된연구임.[MPSS-자연 ] * Corresponding Author : Kil Sin Kwak(Pusan National Univ.) Tel: kgs7813@naver.com Received February 11, 2016 Accepted April 7, 2016 Revised (1st March 21, 2016, 2nd April 6, 2016) Published April 30,

2 전세계적으로내륙과해양의온도가상승하고있다. 북극의빙하도 1978년이후로십년당평균 2.7 % 감소하고있으며, 산악지역에쌓인눈도점점감소하고있는상태이며, 1961년이후로전세계평균해수면상승은 1.8(1.3~2.3) mm/yr이며, 1993년이후로해수면열팽창과해수로녹아들어간빙하의양을고려한해수면상승은 3.1(2.4~3.8) mm/yr로보고되고있다 (IPCC, 2007). 뿐만아니라미국국립해양대기청 (NOAA) 의분석에따르면 2015년지구내륙의연평균온도는 20세기평균보다 1.13도, 최고기록보다 0.25도높았고, 해양의연평균온도는 20세기평균보다 0.74도, 최고기록보다 0.11도높다는것이밝혀졌다 (NOAA, 2015). 그리고 IPCC (2007) 의보고서에의하면 1900년이후지구의평균기온은 0.76 상승하였으며, IPCC(2013) 에서는우리나라기온은 2020년까지 1.1 에서 1.5 까지상승을전망하고있는데, 최악의경우지난 100년간이루어졌던기온상승이 2020년내에발생할수있는가능성이있다고한다. 또한지구온난화가일어남으로서가장큰영향을받는것중하나가해수면의상승이라고발표한바있다 (IPCC, 2001). 매년국립해양조사원이발표한해수면변동률에따르면 2015년발표한우리나라해수면상승률은 2.48 mm/year 로 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 가발표한전세계평균값인 2.0 mm/year 보다약간높다. 이는지반침하와연안개발, 수온상승차이에따른것으로, 지역마다차이는있지만, 한반도해역이최근 40년동안약 10cm 상승했다고밝혀졌다. 설계조위 (Design Water Level; D.W.L.) 는항만및해양구조물의설계에사용하는구조물에가장위험하거나취약하게작용하는해수면의높이로결정된다. 그러나매년해수면은상승하는추세이지만, 실제설계조위를결정하는데있어해수면상승률은고려되지않는다. 2. 연구동향지구온난화로인한이상기후현상, 해수면상승은앞서언급한바와같이, NOAA, IPCC, 국립해양조사원등전세계적으로해결해나가야하는중요한과제임에틀림없다. 이에관련된연구동향을살펴보면, 강주환등 (2004) 은서남해안의해수면상승실태분석및해일고 분석을통하여해수면과해일고가증가하는경향이있다고연구한바있으며, 조광우등 (2007) 은지구온난화에따른해수면상승에따른우리나라의기초적인대처방향과과제를제시하였다. 송태관 (2008) 은지구온난화에따른해수면상승이연안방재시스템에도영향을주고있는상태로보완이필요함을밝혔다. 그리고오상명등 (2011) 은한반도를포함한북서태평양이다른해역에비해해수면상승이크게나타난것은온난화에따른표층해류의변화로쿠로시오확장지역이북상하였기때문으로분석하였으며, 임채욱등 (2013) 은열팽창효과를고려한지구온난화에의한북서태평양에서의해수면상승에대한연구를수행하였다. 또한, 박준영등 (2009) 은해수면상승에따른연안시설물의영향정도를분석절차를도출하였으며, 김태윤등 (2013) 은반경험식법을이용해대기온도상승으로인한해수면의상승을예측하였다. 항만및해안구조물에적용되는설계조위는여러가지분조들의조합에의해결정이된다. 분조란조석 (tide) 및조류 (tidal current) 의변화를구성하는서로다른진폭과주기를가진성분을의미하는것으로, 조석은해수입자와불균등한운행을하는여러천체들의만유인력으로인한주기적인승강운동을뜻한다. 이많은분조들중우리나라근해의조석과조류는진폭이큰 M 2, S 2, K 1, O 1 등의분조에의한것이며, 나머지분조들은미미하다. 여기서 M 2, S 2, K 1, O 1 의분조들을 4대분조라일컫고, 이는우리나라설계조위에결정요소가된다. 4대분조중 M 2( 주태음반일주조 ) 는주로달의운동에기인한조석성분으로, 주기는 12.42시간이며, S 2( 주태양반일주조 ) 는주로태양의운동에기인한조석성분으로 12시간의주기를가진다. 그리고 K 1( 일월합성일주조 ) 는달과태양이적도상을운행하지않기때문에생기는분조로서, 주기는 23.93시간이며, O 1( 주태음일주조 ) 는주로달의운동에기인한조석성분으로 25.82시간의주기를가진다. 각요소 (M 2, S 2, K 1, O 1) 들이최대치로동시발생할때약최고고조위 (Approximate Highest High Water (Level); Approx.H.H.W.) 라하고, 이는해륙의경계인해안선으로채택되어있다. 항만및해안구조물을설계할시주로약최고고조위가설계조위로산정되지만, 설계조위는과거의조위자료를기반으로산정되기때문에미래의상황및상승률에대한고려는미약한것으로판단된다. 윤종주등 (2012) 은우리나라조위관측소의장기간해수면변화분석을수행하여평균해수면상승추이, 평 465

한국산학기술학회논문지제 17 권제 4 호, 2016 균해수면변동을예측가능성제시와일본과중국의장기간관측자료검토의필요성을강조했고, 각해역별로분석된장기변화율을연안시설물에맞게적용하여야할것임을밝혔다. 또한, 강주환등 (2014) 은약최고고조위산정시평균해수면을고려하여 4대분조에연주조를포함시키는방법을검토하였다.

3 한국산학기술학회논문지제 17 권제 4 호, 2016 균해수면변동을예측가능성제시와일본과중국의장기간관측자료검토의필요성을강조했고, 각해역별로분석된장기변화율을연안시설물에맞게적용하여야할것임을밝혔다. 또한, 강주환등 (2014) 은약최고고조위산정시평균해수면을고려하여 4대분조에연주조를포함시키는방법을검토하였다. 따라서, 본연구에서는국립해양조사원에서운용 관리하는 46개의조위관측소를대상으로해수면상승률을분석하고, 해수면상승률을고려하기위한기초자료제공및설계조위에연상승률을고려하는것을제안하고자한다. 3. 연구방법 Fig. 2. The location map of tide station 본연구에서는해수면상승의현황파악및해수면상승률을설계조위에반영하기위해국립해양조사원에서운용하고있는조위관측소를연구대상으로선정하였으며, 전체적인연구의흐름도는 Fig.1 과같다. 우리나라서해, 남해, 동해, 제주해역의조위관측소의위치는 Fig.2 와같다. 조위관측소는조위외에수온, 염분, 파랑 ( 파고, 파주기 ), 기온, 기압, 풍향, 풍속등을관측하고있다. 그리고국립해양조사원에서운용하는 46 개소 ( 제주도농탄제외 ) 의조위관측소의현황은 Table 1 과같다. 총 46개소의조위관측소중에서자료수집이 30 년이상된관측소는 20개소로분석되었으며, 10년이상 30년미만인관측소는 15개소로파악되었다. Fig. 1. Flow chart of study 여기서, 파란색역삼각형은 46개소의조위관측소위치를나타내며, ES(East part of the Southern Sea) 는남해동부해역, WS(West part of the Southern Sea) 는남해서부해역, SE(South part of the East Sea) 는동해남부해역, ME(Middle of the East Sea) 는동해중부해역, SW(South part of the Western Sea) 는서해남부해역, MW(Middle of the Western Sea) 는서해중부해역, JJ(Jeju Sea) 는제주해역으로기상청주의보및경보발효기준인먼바다로구분하였다. Table 1. The status of tide station Tide station Zone Beginning of observation Data (year) Gadeokdo ES Geojedo ES Masan ES Busan ES Busan(New Port) ES Samcheonpo ES Tongyeong ES Geomundo WS Goheung(Balpo) WS Gwangyang WS Yeosu WS Wando WS Chujado WS Ulsan SE Pohang SE Hupo SE Mukho ME Sokcho ME Ulleungdo ME Donghae(Port) ME Gunsan SW Mokpo SW

4 Yeonggwang SW Wido SW Jindo SW Heuksando SW Ganghwa daegyo MW Gyeongin(Port) MW Guleobdo MW Daesan MW Boryeong MW Seocheonmaryang MW Ansan MW Anheung MW Eocheongdo MW Yeongjong daegyo MW Yeongheungdo MW Incheon MW Incheosongdo MW Janghang MW Taean MW Pyeongtaek MW Moseulpo JJ Seogwipo JJ Seongsanpo JJ Jeju JJ 조위관측소의조위자료는관측개시일부터시단위로수집하였으며, 관측개시일이동일하지않으며, 객관화된정량적분석을수행하기위해결측자료분석을수행하였다 (Table 2). Table 2. The status of missing value for each tide station Ganghwadaegyo `06 `08 `09 `11 `15 Gyeongin(Port) `15 Gunsan `80 `88 `95 `96 `97 `98 `99 `00 `01 `03 `08 `09 `15 Guleobdo `10 `11 `14 `15 Daesan `03 `04 `05 `06 `07 `08 `09 `10 `11 `14 `15 Mokpo `08 `09 `15 Boryeong `85 `00 `01 `02 `03 `04 `15 Seocheonmaryang `10 `15 Ansan `99 `00 `02 `03 `07 `08 `09 `10 `11 `15 Anheung `86 `01 `02 `03 `05 `07 `09 `15 Eocheongdo `07 `09 `10 `11 `15 Yeonggwang `01 `04 `07 `08 `10 `15 Yeongjongdaegyo `09 `11 `12 `15 Yeongheungdo `09 `10 `11 `15 Wido `88 `00 `02 `03 `04 `05 `09 `10 `11 `15 Incheon `09 `10 `15 Incheosongdo `10 `15 Janghang `03 `04 `05 `08 `09 `10 `11 `15 Jindo `06 `08 `10 `11 `15 Taean `10 `15 Pyeongtaek `92 `98 `99 `01 `07 `08 Heuksando Gadeokdo Geomundo Geojedo Goheung(Balpo) Gwangyang Masan Busan Busan(NewPort) Samcheonpo Yeosu Wando Chujado Tongyeong Mukho Sokcho Ulleungdo Ulsan Pohang Hupo Donghae(Port) Moseulpo Seogwipo Seongsanpo Jeju `09 `10 `11 `15 `88 `99 `01 `02 `03 `06 `08 `09 `15 `80 `82 `02 `03 `04 `10 `11 `15 `88 `08 `11 `15 `06 `08 `09 `10 `11 `15 `03 `04 `07 `10 `14 `15 `04 `05 `10 `15 `02 `03 `05 `06 `07 `08 `09 `10 `11 `15 `89 `11 `15 `09 `11 `15 `15 `02 `03 `07 `10 `11 `15 `05 `09 `10 `11 `15 `83 `84 `00 `08 `09 `10 `11 `15 `10 `15 `02 `06 `09 `11 `15 `08 `09 `10 `11 `15 `00 `05 `07 `08 `09 `10 `11 `13 `15 `15 `15 `02 `09 `15 `09 `11 `14 `15 `03 `09 `15 `08 `09 `10 `11 `15 `03 `08 `09 `10 `11 `15 `09 `15 조위상승률을분석하기위해자료수집이 30년이상인 20개소의조위관측소를선정하였다. 각지점의조위관측소에따라연평균조위를도출할시, 객관적인비교및분석하기위해기준년도의선정이필요했다. 이에연별단위의자료들중관측자료가미비하거나그존재의유무가컸던 1980년미만의자료들은일관성을부여하기위해본연구의분석에서제외하였으며, 기준년도를 1980 년으로결정하였다 (Fig.3). 200 Busan Gadeokdo Tongyeong 180 Yeosu Jeju (a) 467

5 한국산학기술학회논문지제 17 권제 4 호, 월별조위분석 Ulsan Pohang Mukho Sokcho Ulleungdo 월별조위분석은 30년이상의자료를가지는조위관측소에대하여해역별 ( 남해동부, 남해서부, 동해남부, 동해중부, 서해남부, 서해중부, 제주 ) 로구분하여월평균조위를분석하였으며, 그결과는 Fig. 4과같다 ES WS SE 400 ME (b) SW MW JJ Avg. ES Avg. WS Avg. SE Avg. ME Avg. SW Avg. MW Avg. JJ Gunsan Mokpo Heuksando Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Month (c) Fig. 3. Analysis of tidal water level data (before 1980 year) (a) Southern Sea and Jeju Sea (b) East Sea (c) Western Sea Fig. 2는 x축은과거관측년부터 1980년까지, y축은연평균조위를나타낸다. 여기서, (a) 는남해와제주의조위관측자료이고, (b) 는동해, (c) 는서해를타나낸다. 남해와제주의경우연평균조위가크게변화하였음을알수있으며, 동해의경우약 35 cm정도변화하였으며, 서해의경우 130 cm 이상차이가있음을보여준다. 따라서, 본연구에서는 1980년이전의조위관측자료는연구에서제외하기로결정하였다. 4. 결과분석 3장에서선별한조위관측소및시단위조위자료를바탕으로남해동부, 남해서부, 동해남부, 동해중부, 서해남부, 서해중부, 제주로총 7개의해역으로구분하여월별, 연별변동추이및연평균상승률분석을수행하였다. Fig. 4. Monthly average tidal water level for each sea 여기서, 표식은각 7개의해역의월평균값을나타내고, 실선및쇄선은해역별평균조위를나타낸다. 월평균값은서해중부가약 395 cm로가장높게분석되었으며, 반면, 동해남부와동해중부는약 10 cm에서 11 cm로가장낮은것으로분석되었다. 월평균값은모든해역에서 8월에서가장높게나타났으며, 12월에서 2월사이에가장낮게분석되었다. 4.2 연별조위분석연별조위분석은 3장에서언급한바와같이 1980년을기준으로 30년이상의조위자료가수집된관측소를대상으로조위분석을수행하였다. Fig. 5는 7개의해역으로구분하여연평균조위를도시화하였다. Gadeokdo Busan Tongyeong (a) east part of the Southtern Sea (a) 468

6 220 Geomundo Yeosu W ando Chujado 410 Boryeong Anheung (b) west part of the Southtern Sea (f) middle of the Western Sea (b) (f) Ulsan Seogwipo 45 Pohang 170 Jeju (c) south part of the East Sea (g) Jeju Sea (c) Mukho Sokcho 40 Ulleungdo (d) middle of the East Sea (d) Gunsan Mokpo Wido Heuksando (e) south part of the W estern Sea (e) (g) Fig. 5. Variation of annual tidal water level for each sea (a) East part of the Southern Sea (b) West part of the Southern Sea (c) South part of the East Sea (d) Middle of the East Sea (e) South part of the Western Sea (f) Middle of the Western Sea (g) Jeju Sea Fig. 5는 7개의해역에대한연평균조위의값을보여준다. 남해, 동해, 서해, 제주해역의모든조위관측속가해수면이증가하는경향을가지는것으로분석되었다. 특히가장큰상승폭과가장작은상승폭을가지는조위관측소는모두서해남부에존재하였다. 서해남부의목포조위관측소에서 33.4 cm로가장큰상승폭을가지는것으로분석되었으며, 서해남부의위도조위관측소에서 4.0 cm로가장작은상승폭을가지는것으로분석되었다. 4.3 조위상승률분석남해동부, 남해서부, 동해남부, 동해중부, 서해남부, 서해중부, 제주의총 7구역의해역으로나누어결과를분석해보았다. 30년이상의자료를가지는관측소에대하여해역별로조위상승률을분석하였으며그결과는 Fig. 6 과같다. 469

7 한국산학기술학회논문지제 17 권제 4 호, Busan y=0.369x R 2 = Mukho y=0.297x R 2 = (a) Busan (a) 195 Wando y=0.215x R 2 = (b) Wando (b) 340 Gunsan y=0.302x R 2 = (e) Gunsan (c) 130 Jeju y=0.482x R 2 = (d) (g) Jeju (h) Mukho (e) Fig. 6. Increase ratio of tidal water level for each station (a) Busan (b) Wando (c) Gunsan (d) Jeju (e) Mukho Table 3. Increase ratio for each station(over 30 years) Obs. Name ratio(cm/year) years Gadeokdo Busan Tongyeong ES Mukho Sokcho Ulleungdo ME Gunsan Mokpo Wido Heuksando SW Geomundo Yeosu Wando Chujado WS Ulsan Pohang SE Boryeong Anheung MW Seogwipo Jeju JJ Total 위 Table 3과같이우리나라의관측소별해수면상승률은동해남부에위치한포항조위관측소에서 cm/year로가장큰값을가졌으며, 서해남부에위치하는위도조위관측소에서 cm/year로가장작은값을가지는것으로분석되었다. 남해동부, 남해서부, 동해남부, 동해중부, 서해남부, 서해중부, 제주총 7개해역별 470

8 해수면상승률은제주에서 cm/year로가장큰값을가졌으며, 남해서부에서 cm/year로가장작은값을가지는것으로분석되었다. 남해, 동해, 서해, 제주총 4개의해역별해수면상승률이가장큰해역은제주로 cm/year의값을가지며, 해수면상승률이가장작은해역은남해로 cm/year의값을가지는것으로분석되었으며, 우리나라해역별평균상승률은 cm/year로분석되었다. 따라서, 설계조위를결정할시과거자료에의해분석한결과와항만및해안구조물의설계빈도를고려하여설계조위를결정하는것이바람직할것으로판단되며, Eq. (1) 과같이해수면상승률과설계빈도를고려할수있는설계조위산정식을제안한다. 즉, 30년빈도의구조물을통영지역에설계한다고가정한다면 4대분조분석을통해산정된약최고만조위에조위상승률 0.28 cm에설계빈도 30년을곱하여 8.4 cm를높여야할것으로사료된다. (1) 여기서, D.W.L은설계조위, App.H.H.W. 는약최고고조위, R.S.W는조위상승률, D.F는설계빈도, Fr. 은여유고이다. 남부에존재하였다. 서해남부의목포조위관측소에서 cm로가장큰상승폭을가지는것으로분석되었으며, 서해남부의위도조위관측소에서 3.962cm로가장작은상승폭을가지는것으로분석되었다. 셋째, 해수면상승률이가장큰해역은제주로 0.485cm/year의값을가지며다음으로는동해 0.408cm/year, 서해 0.397cm/year, 남해 0.294cm/year 순으로각해역의연평균증가율을도출하였으며, 우리나라해역별평균상승률은 0.370cm/year로분석되었다. 넷째, 우리나라해안의조위는연 0.370cm씩증가하고있기때문에설계조위를결정할시과거자료에의해분석한결과와해수면상승률, 항만및해안구조물의설계빈도를고려하여설계조위를결정하는것이바람직할것으로판단된다. 다섯째, 본연구에서도출된결과는한반도의국지적해수면상승의원인규명및설계조위고려시기초자료로충분히활용가능할것으로판단된다. 5. 결론본연구에서는기후변화에따른한반도해수면의변동에관하여분석하기위해우리나라조위관측소 46개소를대상으로과거관측자료를수집하여분석하였다. 그리고항만및해안구조물의설계빈도를산정하는데있어과거관측치에의해결정되기때문에해수면상승률을고려할수있는설계조위산정식을제안하였다. 이에따라다음과같은결론을도출하였다. 첫째, 월평균분석을통하여모든해역에서조위가 8 월에가장높게나타났으며, 12월에서 2월사이에가장낮은것으로분석되었다. 둘째, 연평균분석을통하여가장큰상승폭과가장작은상승폭을가지는조위관측소는모두서해 References [1] Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC), IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change, 2007 (AR4): The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. [2] National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Global Analysis October 2015, [3] Intergovernmental Panel on Climate change 2013: the physical science basis: Working Group I contribution to the Fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press. [4] Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC), Climate Change : The scientific basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge Univ. Press, Cambridge, [5] J. W. Kang, N. S. Oh, Analysis of Sea Level Rise at the Southwestern Coast, Korea Water Resource Association, Vol.2004, pp ,

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03이경미(237~248)ok

03이경미(237~248)ok The recent (2001-2010) changes on temperature and precipitation related to normals (1971-2000) in Korea* Kyoungmi Lee** Hee-Jeong Baek*** ChunHo Cho**** Won-Tae Kwon*****. 61 (1971~2000) 10 (2001~2010).