계절별 해수교환율 : 하천, 해수유동 실험

51개 하천의 갈수량은 0.0001~9.10 m3/sec, 저수량은 0.0141~15.00 m3/sec, 평수량은 0.0172~22.60 m3/sec, 풍수량은 0.0384~41.10 m3/sec로 섬진강 유량이 가장 많은 것으로 나타났다.섬진강 유량과 남강댐 방류량은 2017년 일유량 자료를 분석하여 2월, 5월, 8월, 11월 각각의 유량 자료를 수치모형실험의 동계, 춘계, 하계 및 추계 자료로 입력하였다. 동계, 춘계, 하계 및 추계 평균 유량은 섬진강 유량이 각각 25.76 m3/sec, 12.36m3/sec, 65.11 m3/sec, 13.78 m3/sec이고, 남강댐 방류량이 각각 17.90 m3/sec, 18.46 m3/sec, 20.79 m3/sec, 21.38 m3/sec이다. 수치모형실험에서 섬진강과 가화천을 제외한 나머지 하천의 하천유량은 하천기본계획 보고서를 참조하여 동계는 저수량, 춘계와 추계는 평수량, 하계는 풍수량을 적용하였다.본 연구대상 해역 주변은 51개의 하천이 있으며, 이들 하천의 풍수량, 평수량, 저수량에 대한 자료는 국토교통부와 경상남도, 전라남도 등 각 지자체에서 작성한 하천기본계획 보고서를 참조하였고, 섬진강 유량과 남강댐 방류량은 2017년 일유량 자료를 분석하여 계절별로 정리하였다. 섬진강 유량 자료는 국가수자원관리종합정보시스템(www.wamis.go.kr), 남강댐 방류량 자료는 My Water(water.or.kr) 자료를 분석하여 적용하였다. 본 수치모형실험에는 연안, 하구, 호소, 습지, 저수지 등의 유동 및 물질수송을 모의하는 수치모델로서 미국에서 개발되었으며, 대학, 연구기관, 국가기관, 사설연구기관 등에서 널리 이용되는 EFDC (Environmental Fluids Dynamics Code)를 사용하였다.현장에서 실시한 수온, 염분 관측결과 및 연구대상 해역에서 과거 관측된 조석, 조류 자료 및 기상청, 국립해양조사원 자료를 토대로 해수유동실험의 검증 및 보정 작업을 실시하여 광양만, 주만, 강진만, 사천만을 포함한 연구대상 해역의 평상시 유동장을 재현하였으며, 섬진강과 가화천을 포함한 주변 51개 하천의 유량을 적용하였다.본 연구에서 수치모형 영역의 크기는 동서방향으로 57.0 km, 남북방향으로 56.5 km로 설정하였다. 모델의 격자는 대부분의 영역은 30∼400 m의 가변격자를 사용하였으며, 연구대상 해역의 하천 중 유량이 많은 섬진강과 가화천의 경우에는 곡선가변격자를 적용하여 곡선이 많은 하천 지형의 특성이 잘 반영되도록 하였다. 구성된 격자망은 동서방향 359개, 남북방향 319개이며, 이 중 유효한 수치 계산이 행해지는 격자의 수는 총 34,548개이다.조위의 개방경계 조건은 연구대상 해역에서 기 관측된 자료와 삼천포, 광양 및 여수 검조소의 조석 자료에 근거하여 시·공간의 함수로 주어 수차례 시행착오를 거쳐 조석과 조류에 대한 검증 및 보정 과정을 거친 후에 확정하였다. 수치모델 및 조류관측 검증 계산시간은 대조기에서 소조기를 포함하는 30일간의 수치실험을 수행하였으며, 계산시간 간격은 CFL 조건을 만족하는 2초로 설정하였다. 조류의 개방경계 조건으로 개방경계에 수직한속도성분은 모델영역 외부의 속도성분을 필요로 하는 이류항과 수평와동항을 무시하고 운동방정식을 사용하여 구하였다.연구대상 해역에서 기존에 관측된 조석 17개 정점, 조류 24개 정점에 대한 검증을 실시하였다. 조석과 조류의 계산값이 관측값을 잘 재현하였는지를 정량적으로 판단하기 위하여 현장 관측값과 수치실험으로 계산한 값의 결정계수(R2, coefficient of determination)를 계산한 결과, 조석 17개 정점에 대한 R2의 범위는 0.9395~0.9957, 평균은 0.9727로 관측값과 계산값의 상관성은 매우 높은 것으로 나타났고,조류 24개 정점 표·중·저층에 대한 R2의 범위는 동방성분은 0.2853~0.9910 (평균 0.8308), 북방성분은 0.2045~0.9941 (평균 0.8397)로 검증을 수행한 24개 정점 중 5개 정점의 R2가 0.5 미만으로 나타났지만 계산한 조류 결과가 수평방향으로 최대 400 m×400 m 격자의 평균 조류이나 관측된 조류는 한 지점에서의 관측 결과인 점을 고려하고, 조석과 조류의 관측값과 계산값의 시계열 비교를 통해 검토한 검증 결과는 본 해수유동실험이 대상해역의 조석과 조류 특성을 잘 재현하고 있음을 보여준다.

출처: SFO논문