학술저널 번역(한국어 원본)하구 및 연안지역에서 발생하는 비선형 효과는 바닥마찰, 담수, 수심 및 지형적 효과와 같은 다양한 원인의 복합적인 작용에 의해서 야기된다. 이런 비선형 효과는 하구 및 연안지역의 조석, 조류곡선을 비대칭한 형태로 변형시킨다(Ippen and Harleman 1966; Pugh, 1987; Aubrey and Speer 1985; Blanton et al 2002; Kang and Jun, 2003). 조석, 조류의 비대칭성은 창조, 낙조의 지속시간과 최강, 평균 유속 크기의 차이를 야기하며, 이러한 불균형은 퇴적물 및 부유물질의 이동거리 및 이동량을 결정한다(Aubrey, 1986; Dronker, 1986). 또한, 하구에서의 식물플랑크톤의 생물량과 생산성을 조절하는 하구 최대 탁도 지점의 시공간적인 이동에도 영향을 미친다(Cloern, 1987). 하구지역의 조석, 조류의 왜곡현상에 의해 발생하는 해수순환, 퇴적물 이동 기작에 의한 조간대 지역의 침식과 퇴적현상을 규명하기 위해서는 조석, 조류의 비대칭 현상에 대한 이해가 필수적이다.
조간대를 포함하는 수심과 수로의 지형학적 형태에 의한 창조와 낙조 우세성과 퇴적물 이동에 관한 다양한 연구가 수행되었다(Aubrey and Speer, 1985; Speer and Aubrey, 1985; Friedrichs and Aubrey, 1988; Speer et al., 1991; Wang et al., 2002). Friedrichs and Aubrey (1988)은 26개 하구지역의 수위자료를 최소자승법으로 분해하여 , 분조의 진폭과 위상값을 추출하였다. 추출한 분조의 진폭과 위상값을 이용하여 진폭비가 클수록 천해분조에 의한 조석 비대칭 현상의 왜곡 정도가 커지며, 상대 위상 차이를 이용하여 상대 위상 차이의 값이 0˚ ~ 180˚ 사이면 창조 우세, 180˚ ~ 360˚ 낙조 우세 현상이라고 제시하였다.
위와 같은 전통적인 방법은 유속에 근거한 것이 아니라 수위 자료를 이용하였기 때문에 퇴적물 이동 분석에 사용되기는 어렵다(Robin and Davies, 2010). 또한 연구지역이 석호와 같은 담수의 영향이 크게 중요하지 않은 지역이기 때문에 담수의 유입이 지속적이고 강하게 나타나는 하구 및 연안지역에서는 적용에 한계성이 있다(Seim et al., 2006). 즉, 담수의 영향이 강한 하구 또는 조석이 우세 하구지역이라도 담수의 영향이 지속적으로 작용한다면 조석자료를 이용한 전통적인 분석방법은 정확하게 창조와 낙조의 우세성을 제시하는 것이 어려울 수도 있다. 또한, 조석과 조류의 창조, 낙조 우세성은 상호 연관되어 나타나기도 하지만, 조석에 비하여 조류는 조간대의 영향, 수심 그리고 지형학적 특성에 의해서 큰 영향을 받기 때문에 조석과 조류의 우세성이 반드시 일치하게 나타나지는 않을 가능성이 높다. 그러므로 조석 조화상수를 이용한 분석과 더불어 조류 관측 자료 분석을 통한 비교, 검토가 필요하다.
경기만 한강하구는 인천항을 기준으로 평균대조차가 8.0 , 평균소조차 3.5 인 대조차 해역이다. 해안지형이 복잡하며 크고 작은 섬들과 수로들이 연결되어 있으며, 큰 조차와 완만한 지형경사로 조간대가 넓게 발달되어 있어 복잡한 해수순환 특성을 보이며(Park, et al., 2002), 각 수로들의 조석 전파 특성이 독특하게 나타난다(Woo and Yoon, 2011; 윤과 우, 2011). 김 등(2010)은 석모수로 지역의 경우 담수의 영향에 의해서 전 수층에서 낙조하는 조석 잔차류를 제시하였고, 송과 우(2011)는 염하수로 인근의 조류 관측자료 분석을 통해서 장주기 분조의 대·소조기 변동 특성을 제시하였다. 조석 및 조류의 변화가 수로 별로 독특하게 나타나며, 연중 유입되는 담수의 영향이 계절적으로 다르기 때문에 전통적인 방법과 더불어 조류자료를 이용한 창조와 낙조 우세성의 연구가 필요하다.
본 연구에서는 경기만 한강하구 지역에서 수집한 조석 , 분조를 이용하여 조석 변형 특성과 상대 위상차에 의한 창·낙조 우세를 분석하였다. 조석의 위상차를 이용한 분석과 더불어 염하수로 인근의 조류 관측자료를 이용하여 낙조우세 현상과 그 원인을 제시하였다. 조석 전파 특성을 조석과 조류 조화분해 결과를 이용하여 정상파와 진행파의 관점에서 해석하였으며, 각 조류 관측자료의 주성분 간의 상관도 분석을 수행하였다.
재료 및 방법
Fig. 1에 경기만 한강하구 지역의 조석 검조소 위치와 연구 보고서(국립해양조사원, 2002; 인하대학교, 2003)에서 제시한 수위 관측 위치를 제시하였다. 국립해양조사원에서 제공하는 검조소 자료와 한강홍수통제소의 수위 자료를 조화분석 프로그램 TASK Package (Proudman Oceanographic Laboratory, UK)을 이용하여 조화상수 값을 추출하였다. 2005년 11월부터 12월까지 경기만 한강하구 지역의 4개 정점(Fig. 1; C1과 C4~C6)에서 RCM 계열의 장비를 표층 부이에 계류하여 해수면 하 1.5~2 지점에서 10분 간격으로 유속을 관측하였다. 관측된 유속자료는 Preisendorfer and Mobley(1988)가 제시한 PCA(Principal component analysis)분석을 이용하여 원시자료(raw data)의 u(동서방향)와 v(남북방향)의 성분을 주축(major)방향과 횡(minor)방향의 새로운 좌표계로 선형 변환하여 가장 지배적인 조류성분을 추출한 후 통계분석 및 정조시간 계산에 사용하였다. 조류의 주축 성분을 조화분해하여 주요 분조의 조화상수값을 이용하여 진폭비, 위상차 그리고 조류 변형률을 계산하였다.
각 조류 관측 정점의 관측 기간은 상이하지만 동기간 관측기간이 16일(12월 2일부터 17일까지) 이상 포함된다. 본 연구에서 사용한 조류자료는 동기간에 관측된 자료이기 동일한 담수의 영향, 바람 등의 계절적 영향을 동시에 고려할 수 있다는 장점이 있다. 또한 신곡수중보 하류에 위치한 C6(전류리)부터 염하수로를 따라서 C1(영종대교 인근)까지 총 4개 정점에서 동기간의 공간적인 변화도 고려 할 수 있다. 관측 자료가 표층에 국한되어 있고, 동기간의 자료가 30일 이상 관측되지는 않았지만 조류 관측의 동시성과 집중성을 고려할 때 조류 변형 특성과 창조 또는 낙조의 우세 현상을 이해하고 효율적으로 해석하는데 효과적이다. 또한, 동시 관측자료의 장점을 이용하여 각 관측 정점의 조류 주성분의 상관도 분석이 가능하다.
조류 관측 정점의 위치를 Fig. 1에 도시하였고, 각 조류 관측정점의 관측기간, 관측지점 및 관측장비에 대한 자세한 설명을 Table 1에 제시하였다. 조류 관측 정점 C6은 신곡수중보(T10~T11 사이)로부터 하류방향으로 약 15km 떨어져 있으며, 총수심은 D.L(-) 8 이고 수로 폭은 약 1.0 이다. 정점 C5는 염하수로 북측입구에 위치한 강화대교에서 북쪽방향으로 약 3 지점에 위치한다. C4는 염하수로 남측입구에 위치하며, 초지대교에서 남쪽방향으로 약 2 지점이다. 정점 C1은 세어도 부근에 위치하며 영종대교에서 북쪽방향으로 약 4 떨어져 있다. |
학술저널 번역(영어 번역본)The nonlinear effects that occur near estuaries and coastal areas are due to the comprehensive effect of bottom friction, fresh water, depth, topology, and a variety of other causes. Such non-linear effect transforms the tides and currents of estuaries and coastal areas to an asymmetrical form (Ippen and Harleman 1966; Pugh, 1987; Aubrey and Speer 1985; Blanton et al 2002; Kang and Jun, 2003). The asymmetry of tides and currents are caused by the duration of the flood and ebb, as well as the differences between the maximum and average flow; such imbalance determines the travel distance and volume of sediments and suspended solids (Aubrey, 1986; Dronker, 1986). It also has an effect on the spatial and temporal movement of the estuary’s highest point of turbidity, which controls the biomass and productivity of plankton in the area (Cloern, 1987). In order to identify the corrosion and accumulation phenomenon at intertidal zones resulting from the seawater circulation and sediment movement mechanism caused by the tidal/current distortion phenomena near estuaries, understanding tidal/current asymmetry is critical.
A variety of research regarding the flood and ebb dominance (based off the depth and channel of intertal zones), and the movement of sediments has been conducted (Aubrey and Speer, 1985; Speer and Aubrey, 1985; Friedrichs and Aubrey, 1988; Speer et al., 1991; Wang et al., 2002). Friedrichs and Aubrey (1998) decomposed the level data of 26 estuary areas using the least-squares method, and found the amplitudes and phases of the , component tides. Using the collected wave amplitudes and phase values, we proposed that as the amplitude ratio increases, the greater distortion of the tidal asymmetry phenomenon due to shallow-water constituents. In addition, it was found that by using the relative phase difference we can conclude that it is flood dominant if the relative phase difference value is 0o ~ 180o and ebb dominant if 180o ~ 360o.
Because the traditional method mentioned above is based on the water level data and not velocity, it is inappropriate for the analysis of sediment movement (Robin and Davies, 2010). Also, because the research area is not greatly influenced by freshwater, there are limits to the application of the method in areas where freshwater inflow is steady and strong, such as estuaries and coastal areas (Seim et al., 2006). Thus, in areas where freshwater effects are abundant like estuaries or even estuary areas with tidal dominance, the traditional method may not suggest an accurate proposal of whether the ebb or flood is dominant if the fresh water has consistent effects. Also, while the dominance of the ebb/flood of tide and currents show mutual relevancy, the tidal and current dominance may not always be consistent due to the fact that currents are more greatly influenced by intertidal zones, depth, and topological characteristics than tides. Therefore, it is important to compare and check results using analysis based of tidal harmonic constants, and observed current data analysis.
The Gyeongi Bay Han River estuary has an average spring range of 8.0m and an average neap range of 3.5m using the Incheon port as a standard. It has a complex coastal landform in which channels and islands are connected. The widely developed intertidal zone, formed due to the large and slight terrain slopes, causes complex seawater circulation (Park, et al., 2002). The tidal wave characteristics of each channel are unique. (Woo and Yoon, 2011). Kim et al. (2010) proposed that there exists of ebb in all water levels due to the influence of freshwater. Song and Woo (2011) presented the spring-neap variability properties of long-term component tides through the analysis of observed tidal current data analysis near the Yeomha channel. Tidal and current changes are unique for each channel and the inflowing freshwater has different seasonal effects. Therfore, there must be more research on not only the traditional methods but also on the flood/ebb dominance using the tidal current data.
This work uses and tidal constituents collected near the Gyeonggi Bay Han River estuary to analyze tidal transformation properties and the flood/ebb dominance due to relative phase difference. The ebb dominance phenomenon and cause were proposed using the tidal phase difference analysis and observed tidal current data around the Yeomha channel. The tidal wave properties were interpreted in the viewpoint of standing waves and traveling waves using the tidal and current harmonic decomposition results, and the analysis of the correlogram between main components of each observed tidal current data was practiced.
Materials and Methodology
Fig. 1 shows the location of the tidal station of Gyeoggi Bay Han river estuary area and the water level observation location proposed in the research paper (Korea Hydrographic and Oceanographic Administration, 2002; Inha University, 2003). Using TASK Package (Proudman Oceanographic Laboratory, UK), a tidal analysis program, we extracted the harmonic constant value of the tidal station data provided by Korea Hydrographic and Oceanographic Administration and Han River Flood Control Office’s water level data. From November to December in 2005, RCM series equipments were moored on surface layer buoys at 4 fixed points of the Gyeoggi Bay Han river estuary area (Fig. 1; C1 and C4~C6) and observed the velocity every 10 minutes at 1.5~2 under sea level. Regarding the observed velocity data, the u(east-west direction) and v(south-north direction) components of the raw data was linearly transformed into a new coordinate system of major and minor directions and the most dominant current component was extracted using PCA(Principal component analysis) proposed by Preisendorfer and Mobley(1988) and was used in statistical analysis and stand of tide time computation. The major component of the current was harmonically analyzed and the amplitude ratio, phase contrast, and current change rate were computed by using the harmonic constant value of the main constituent.
The observation periods of each tidal observation spot are different but there are more than 16 days during which the periods overlapped (December 2nd to 17th). The current data used in this research had an advantage that the same influence of fresh water, weather influence such as wind can be simultaneously be considered because they were observed during the same period. The spatial change during the same time period at a total of 4 stations, which starts from C6 (Jeonryu-ri), located at the lower Shingok Weir, and following the Yeomha channel up to C1(near Yeongjong Grand Bridge), can also be considered. Despite that the observed data is limited to the surface layer and the duration of time in which data are in the same time frame doesn’t exceed 30 days, it is effective in understanding and efficiently understanding the characteristics of tidal change and flood or ebb current domination phenomenon considering the simultaneity and focus of tidal observation. Also, the correlation analysis of main constituents of the currents at each observational station is possible using the advantage of simultaneous observational data.
The location of the tidal observation spots are shown in Fig. 1, and detail explanation of the observation periods of each tidal observation station, observation place and equipments are provided in Table 1. Tidal observation station C6 is located approximately 15km away from the Shingok Weir (between T10~T11) in the downstream direction, the total depth is D.L(-) 8 ,and the width of the water channel is approximately 1.0 . Station C5 is located approximately 3 north of the Ganghwa Grand Bridge, which is located at the north entrance of the Yeumha channel. C4 is located at the south entrance of the Yeumha channel, and is a place approximately 2 south of the Choji Grand Bridge. Station C1 is located near Se-uh island and is approximately 4 north of the Yeongjong Grand Bridge. |
