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윤소 영
6 years ago
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1 진해만의입자성부유물질수지예측 이인철 1), 공화훈 1), 윤한삼 2), 옥곤 3) ( 1) 부경대학교해양공학과, 2) 부경대학교해양산업개발연구소, 3) 부경대학교다이옥신연구센터 ) Prediction of Material Budgets of Suspended Particulate Matters in Jinhae Bay I.C. LEE 1), H.H. KONG 1), H.S. YOON 2) and K. OK 3) ( 1) Dept. of Ocean Engineering, Pukyong National University, 2) 3) Research Center for Ocean Industrial Development, Pukyong National University, Dioxin Research Center, Pukyong National University) ABSTRACT In this paper, in order to setup the management system of water quality environment in Jinhae Bay, the behavior of Suspended Particulate Matters(SPM) were investigated. The behavior of SPM in Jinhae Bay were mainly transported through Gadeok Sudo. SPM inflowing loads of flood season and dry season in Jinhae Bay were estimated about 66.2 ton/day and 12.7 ton/day, respectively. From the simulated result of material budgets, a amounts of SPM were 1,147 ton/day(outflow) in dry season and 1,096 ton/day(inflow) in flood season. Key Words : Jinhea Bay, Suspended Particulate Matters(SPM), Numerical model, material budgets 1. 서론 남동해안에위치하고있는진해만은대구의산란장이며굴, 홍합, 피조개등의중요한양식장으로수산활동이활발한해역이다. 그러나우리나라의대표적인반폐쇄성내만으로서수심이얕고폭이좁으며, 유속이느려외해와의해수교환율이낮다. 또한 1960년대이후조성된공업단지, 농공단지로인해연안지역에인구가집중되면서오염물이지속적으로유입하고침강되어양식어장으로서의지속적이용이어려워지고있다. 특히항만공사등을위한준설, 매립등의해상공사시발생하는다량의부유물질로인하여수질환경과생태계에많은영향을주고있다. 이와관련하여진해만의적조현상 ( 이 [2004], 곽등 [2001], 이등 [1998]), 부영양화 ( 김등 [1995], 김 [1995]), 빈산소수괴 ( 조등 [2002], 김등 [1994], 최등 [1994]) 등을해석한다수의연구가있지만진해만내에서부유물질의정량적인거동에관한연구는미흡한실정이다. 따라서본연구에서는진해만수질환경의체계적인관리방안을마련하기위한기초적연구로서진해만으로유입되는입자성부유물질의유입부하량산정및물질수지를예측하고자한다. 2. 재료및방법 2.1 대상해역진해만은남해안의동쪽에위치하고있으며동서로는가덕도동두말에서거제대교까지, 남북으로는마산내만에서장승포시양지까지복잡한형태를이루고있다. 동서방향의폭이총 25 km, 남북방향의길이가총 25 km 정도로서평균수심이 10 ~ 20 m 정도되는천해이며, 가장깊은곳은잠도와거제만북단광지말사이의해역으로수심이 50 m에이르고있다. 유역면적은지부가 1,008 km 2, 해역부가 637 km 2 로서총면적은 1,645 km 2 이다. 가덕수도는폭이넓으며최대수심은약 45 m정도이고, 견내량수로는폭이대단히좁으며최대수심은약

2 8 m정도이다. 진해만유역은마산만, 진해만입구, 진해만동부해역, 진해만중앙부, 진동만, 진해만서부, 고현만등여러해역과작은만으로이루어져있으며 40여개의소하천이유입한다. 2.2 입자성부유물질유입부하량산정 본연구에서는진해만으로유입되는하천유량을구하기위해서강우유출모형인 Tank model( 이등 [2001]) 을이용하여 2003년에서 2004년까지 2년동안기상청의일별강우량및증발산량자료를입력조건으로모의발생실험을실시하였다 (Fig. 2). 하천유출량의계산결과는조등 (1998) 의 1995년 Fig. 1. Geographical location and feature of Jinhea Bay. 평균하천유출량의관측결과와비교 / 검증하였다. 하천입자성부유물질의농도는국립환경과학원의물환경정보시스템의하천수질측정망자료를이용하였고, 하천유량과입자성부유물질의농도를곱하여유입부하량을산정하였다. 2.3 입자성부유물질의 Net-flux 산정 1 해수유동수치실험 Precipitation(mm) 본연구에서는수심적분 2차원모형을사용하였 150 으며, 계산영역은남북 34 km, 동서 50 km이고격 2 자간격은 x = y = 200 m인등격자망을사용하였 다. 수심은해도 (No.206, F732) 를참고하였으며, 계 Spring Summer Autumn Winter Spring Summer Autumn Winter 산에필요한물리계수등기타입력조건과대상해 Time(Season) 역의해저지형도는 Table 1과 Fig. 3에각각나타 Fig. 2. Daily precipitation and evaporation in Masan. 내었다. 해수유동수치실험은무하천량시 (Case 1), 갈수기하천유량유입시 (Case 2), 홍수기하천유량유입시 (Case 3) 로구분하여, 각하천유량조건별로 15일간실시하였다 Masan Precipitation Evaporation Evaporation(mm) 2 단면별해수유통량 Net-flux 산정해수유동수치실험결과를바탕으로진해만해역에소통되는입자성부유물질의거동에물리적영향인자로판단되는해수유통량의단면유량Flux 산정실험을수행하였다. 유량Flux를계산하기위해진해만을수질 Cluster 분석 ( 윤등 [2004]) 결과를바탕으로해수유동에의한단면별유량플럭스의상호작용을가장효율적으로파악하기위한단면으로 4(Ⅱ~Ⅴ) 개의내부 Box(Ⅰ, Ⅵ) 와 2개의외부경계 Box로분할하였다 (Fig. 4). 3 단면별입자성부유물질의 Net-flux 산정진해만해역의각단면에서입자성부유물질의이동특성을살펴보기위하여, 홍수기와갈수기의단면별유량Flux와조사된입자성부유물질의농도를곱하여단면간의 Flux를산정하였다. 입자성부유물질의농도는국립수산과학원의해양환경조사정점자료를사용하였다. 홍수기와갈수기의농도는각각 8월과 2월의농도로정의하였다 (Table 2). Table 1. Computation condition of the Table 2. SPM concentrarion of each Box, hydrodynamic model Jinhae Bay (unit : mg/l) Parameter Value Remarks Calculating CFL time( t) 20 sec condition f=2ωsinφ Coriolis factor(f) ω=2π/( ) Φ=35.03 Mean Water Level 1.11 m f-plane Box No. Dry season Flood season Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ

Fig. 3. 3-D Bathymetric map of model domain. Fig. 4. Box division for prediction material budgets of SPM in Jinhae Bay. 3. 결과및고찰 3.1 입자성부유물질유입부하량산정결과 1995년일별하천유출량을계산한결과는 Fig. 5 와같다.

이를장마, 집중호우, 태풍등으로인해강우량이많은 7~9월을홍수기, 12~2 월을갈수기, 나머지기간을평수기로설정한결과홍수기하천유량은 2003년~2004년사이에각각 52.3%, 42.0% 로서진해만으로의유입량이많았다.

3 Fig D Bathymetric map of model domain. Fig. 4. Box division for prediction material budgets of SPM in Jinhae Bay. 3. 결과및고찰 3.1 입자성부유물질유입부하량산정결과 1995년일별하천유출량을계산한결과는 Fig. 5 와같다. 마산지역에서조등 [1998] 의관측에의하여얻어진연평균하천유출량관측치 ( 점선 ) 와 Tank모델에의하여산정된연평균하천유출량의계산치 (1점쇄선 ) 는잘일치하는것으로나타났다. Table 3은 2003~2004년의월별하천유량으로대상기간 2년간의연평균추정유출량은 3, m3 /day로산정되었다. 이를장마, 집중호우, 태풍등으로인해강우량이많은 7~9월을홍수기, 12~2 월을갈수기, 나머지기간을평수기로설정한결과홍수기하천유량은 2003년~2004년사이에각각 52.3%, 42.0% 로서진해만으로의유입량이많았다. River discharge(m 3 /sec) Time(day) Fig. 5. Daily river discharge in Jinhae bay in Table 4 는진해만으로유입되는입자성부유물질유입부하량산정결과로서홍수기에 66.2 ton/day, 갈수기에 12.7 ton/day로홍수기시에약 5배많은것으로산정되었다. 이결과를조등 [1998] 의현장조사결과와비교하여보면홍수기시에는거의일치한값으로나타났으나, 갈수기시의부하량은약 2배정도과소하게산정되었다 Calculated Annual mean Observed Annual mean Calculated Table 3 Estimated result of River discharge Month River discharge ( 10 3 m3 /day) 2003 yr yr. Mean JAN 2,353 2,187 2,270 FEB 2,362 2,714 2,538 MAR 2,398 2,132 2,265 APR 4,972 4,319 4,645 MAY 6,250 5,444 5,847 JUN 6,932 4,906 5,919 JUL 10,129 3,855 6,992 AUG 6,161 6,919 6,540 SEP 5,661 5,614 5,637 OCT 993 1,263 1,128 NOV 1,701 2,433 2,067 DEC 1,160 1,111 1,135 Mean 4,266 3,571 3,918 Table 4 Estimated result of SPM load (unit : ton/day) Inflowing Dry season Flood season point 2003 yr yr. mean 2003 yr yr. Mean Total

4 3.2 입자성부유물질의 Net-flux 산정결과 1 해수유동수치실험결과진해만의홍수기 (Case 3) 유동패턴을살펴보면창조류시최대유속은약 94 cm/sec로가덕수도를통해유입하였으며, 유입된흐름은거제도북쪽에서진해만서부와마산만으로의흐름으로분리되었다 (Fig. 6). 낙조류시최대유속은약 82 cm/sec로서창조류시와반대방향의흐름이나타났다 (Fig. 7) 그리고전반적인진해만의해수유동특징은창조류시에유입, 낙조류시에유출이일어나는것으로나타났다. Fig. 8은홍수기의대조기 25시간계산유동결과를바탕으로조류타원도를작성한것으로, 가덕수도에서왕복성흐름의유속이강해폭이좁은타원형태가나타나고, 해수의대부분이가덕수도를통해서유입, 유출이일어나는것을나타났다. 무하천량시 (Case 1) 와갈수기 (Case 2) 에는큰하천이없으며, 유입유량도적은지역적인특성으로인해홍수기와거의유사한유동형태를나타내었다. 2 단면별해수유통량 Net-flux 산정결과기수행된수치실험결과로부터무하천량시 (Case 1) 와갈수기 (Case 2) 는홍수기 (Case 3) 와거의유사한결과를나타내었으므로육역으로부터의유입부하가가장많을것으로판단되는홍수기 (Case 3) 에대해서단면별해수유통량 Net-flux를산정하였다. Fig. 9는해수유동수치실험을통해계산한홍수기 (Case 3) 의 15일간단면별유량flux를산정한결과이다. 가덕수도를통한유량 flux의유출량과유입량은각각 m 3 /day, m 3 /day로산정되어, 견내량을통한유출입량 m 3 /day, m 3 /day보다약 51배많은것으로계산되었다. 이상의결과를바탕으로진해만에서의유량flux의주흐름경로를표기하면가덕수도외해 (Ⅰ) 에서유입된해수가진해만동부 (Ⅱ), 중부 (Ⅲ), 남서부 (Ⅳ) 를거쳐견내량외해 (Ⅵ) 로빠져나가는것을알수있다. Fig. 6. Computed tidal current on maximum flood flow at Spring tide with Case 3 simulation. Fig. 7. Computed tidal current on maximum ebb flow at Spring tide with Case 3 simulation. Fig. 8. Distribution of computed tidal current ellipses during the Spring tide with Case 3 simulation. Fig. 9. Calculated result of the net flux of water in Jinhae Bay(Case 3).

5 3 단면별입자성부유물질의 Net-flux 산정결과입자성부유물질의단면flux 결과는갈수기에는진해만동부해역 (Ⅱ) 에서많은양의부유물질이진해만중부해역 (Ⅲ) 과가덕수도외해 (Ⅰ) 로이동하는경향을나타내었으며, 진해만중부해역 (Ⅲ), 진해만남서부해역 (Ⅳ) 에서집적이, 진해만동부해역 (Ⅱ), 마산만 (Ⅴ) 에서유출경향을나타내었다. 진해만동부해역 (Ⅱ) 에서의유출량은 2,345 ton/day로나타났으며, 진해만중부해역 (Ⅲ) 에서유입량은 640 ton/day로나타났다 (Fig. 10). 홍수기의경우가덕수도외해 (Ⅰ) 에서유입되는입자성부유물질의양이매우많은것으로나타났으며. 진해만동부해역 (Ⅱ), 진해만중부해역 (Ⅲ), 진해만남서부해역 (Ⅳ) 에서집적이발생하였다. 특히진해만동부해역 (Ⅱ) 단면에서의집적량이 703 ton/day로가장큰것으로나타났다. 또한, 마산만 (Ⅴ) 에서유출이발생하였다 (Fig. 11). 진해만전체를진해만해역을하나의 Box로고려하여, 입자성부유물의하천으로부터유입되는양 (a), 견내량수도 (b) 와가덕수도 (c) 로유입, 유출되는양대한물질수지를살펴보았다. 그결과갈수기의유입량이 6,032 ton/day, 유출량이 7,491 ton/day로나타나전체적으로 1,459 ton/day의유출이발생하는것으로나타났다 (Fig. 12). 또한, 홍수기시에는유입량 7,886 ton/day, 유출량이 6787ton/day로 1,161ton/day가유입하여집적이발생하였다 (Fig. 13). 이상의연구결과를종합하여진해만의입자성부유물질의단면flux는갈수기에유출, 홍수기에유입이우세한것으로판단된다. 그러나진해만중부와남서부해역에서는갈수기및홍수기모두입자성부유물질의집적이나타나, 이로인해해양환경오염우심해역으로사료되므로, 이에대한지속적인모니터링및체계적인연안역관리가요구되어진다. Fig. 10. Calculated result of SPM Net-flux between each Box(Case 2). Fig. 11. Calculated result of SPM Net-flux between each Box(Case 3). Fig. 12. Predicted result of SPM Net-flux in Jinhae Bay(Case 2). Fig. 13. Predicted result of SPM Net-flux in Jinhae Bay(Case 3). 4. 결론및요약 본연구는진해만수질환경의체계적인관리방안을마련하기위한기초적연구로서진해만으로유입되는

6 입자성부유물질의유입부하량산정하고물질수지를예측하고자하였다. 이를위해연구방법으로진해만으로유입되는하천으로부터입자성부유물질의부하량을산정하고, 수치실험을통하여진해만의유동장을재현, 유동장결과를바탕으로단면유량및입자성부유물질의 flux를계산하였다. 본연구의결과로서진해만으로유입되는입자성부유물질유입부하량은홍수기 66.2 ton/day, 갈수기 12.7 ton/day로산정되었으며홍수기가갈수기보다약 5배많은것으로나타났다. 해수유동장수치실험결과로부터계산되어진입자성부유물질의단면flux 결과는갈수기에는진해만동부해역 (Ⅱ) 에서많은양의부유물질이진해만중부해역 (Ⅲ) 과가덕수도외해 (Ⅰ) 로이동하는경향을나타내었으며, 진해만중부해역 (Ⅲ), 진해만남서부해역 (Ⅳ) 에서집적이, 진해만동부해역 (Ⅱ), 마산만 (Ⅴ) 에서유출경향을나타내었다. 진해만동부해역 (Ⅱ) 에서의유출량은 2,345 ton/day로나타났으며, 진해만중부해역 (Ⅲ) 에서유입량은 640 ton/day로나타났다. 홍수기의경우가덕수도외해 (Ⅰ) 에서유입되는입자성부유물질의양이매우많은것으로나타났으며. 진해만동부해역 (Ⅱ), 진해만중부해역 (Ⅲ), 진해만남서부해역 (Ⅳ) 에서집적이발생하였다. 특히진해만동부해역 (Ⅱ) 단면에서의집적량이 703 ton/day로가장큰것으로나타났다. 또한, 마산만 (Ⅴ) 에서유출이발생하였다. 진해만해역을하나의 Box로고려할때입자성부유물질의총유입량과총유출량을계산하여보면갈수기유입량이 6,032 ton/day, 유출량이 7,491 ton/day로나타나전체적으로 1,459 ton/day의유출이발생하는것으로나타났다. 또한홍수기시에는유입량 7,886 ton/day, 유출량이 6787ton/day로 1,161ton/day가유입하여집적이발생하였다. 이상의연구결과를종합하여진해만의입자성부유물질의단면flux는갈수기에유출, 홍수기에유입이우세한것으로판단된다. 그러나진해만중부와남서부해역에서는갈수기및홍수기모두입자성부유물질의집적이나타나, 이로인해해양환경오염우심해역으로사료되므로, 이에대한지속적인모니터링및체계적인연안역관리가요구되어진다. 후 기 본연구는해양수산부의 해양생태계내분비계장애물질연구 (2005년도) 의일부내용이며, 연구비지원에감사드립니다. 참고문헌 [1] 기상청, 기상월보, 1995, 2003, [2] 국립수산과학원, 한국해양환경조사연보, 2000 ~ [3] 국립환경과학원, 홈페이지, 물환경정보시스템하천수질측정망자료. [4] 곽승국, 최만영, 조경제, " 마산 - 진해만에서적조원인편모조류의분포와발생빈도 ", 2001, 한국조류학회지, Vol 16 No. 3 pp [5] 김종구, 박청길, 신성교, " 진해만해역의하계부영양화모델링 (Ⅰ) - 생태계모델을이용한식물플랑크톤농도분포시뮬레이션 -", 1995, 대한환경공학회지, Vol. 17 No.2 pp [6] 김종구, 유선재, 박청길, " 진해만해역의하계부영양화모델링 (Ⅱ) - 부영양화 ( 富營養化 ) 억제방안 -", 1995, 대한환경공학회지 Vol. 17 No. 3 pp [7] 김차겸, 이필용, " 진해만의수리구조와용존산소분포 ", 1994, 한국수산학회지, Vol. 27 No. 5 pp [8] 공화훈, 이인철, 옥곤, 진해만유입오염부하량의시 공간적변동해석, 2005, 한국해양환경공학회추계학술대회논문집 pp [9] 김경회, 이인철, 낙동강하구역의입자성부유물질수지예측, 2005, 한구해양과학기술협의회공동학술대회짐, p. 633 [10] 이문옥, 백상호, " 판별함수에의한진해만적조예측 ", 1998, 한국환경과학회지, Vol. 7 No. 1 pp [11] 이인철, "Tank 모델에의한영일만유입오염부하량의계절변동예측 ", 한국해양환경공학회, 2001, Vol. 6, No. 3, pp [12] 이대인, 진해만적조에있어서수치모델링에의한 Chl-a 의공간적집적과확산평가, 2004, 한국해양환경공학회지, Vol. 7 No. 1 pp [13] 윤석진, 이인철, 마산만준설사업및하수처리장가동에따른진해만의수질변동, 2004, 한국해양공학회춘계학술대회논문집, pp [14] 조홍연, 채장원, 진해 마산만오염부하량의특성분석, 한국해안 해양공학회, 1998, Vol 10, No 3, pp [15] 조홍연, 채장원, 전시영, " 진해ㆍ마산만의성층화및 DO 농도변화 ", 2002, 한국해안해양공학회지, Vol. 14 No. 4 pp [16] 최우정, 박청길, 이석모, " 진해만의빈산소수괴형성에관한수치실험 ", 1994, 한국수산학회지, Vol. 27 No. 4 pp [17] 환경부, " 진해만일원오염실태조사보고서, 1991.

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PDF 27 년도한국해양과학기술협의회공동학술대회 진해만빈산소수괴의시 공간적변동해석 이인철, 문창용, 오유진, 공화훈 ( 부경대학교해양공학과 ) The Spatio-Temporal variations of Oxygen deficient water mass (ODW) in Jinhae Bay I.C LEE, *C.Y. MOON, Y.J. OH, H.H KONG (Dept.