한국해안해양공학회 논문 번역(한국어 원본)서해 중부연안에 위치한 경기만 해역은 반일주조가 우세한 반 폐쇄성 지역으로 크고 작은 섬들과 수로들이 연결되어 있고 해안선이 복잡하며, 큰 조차로 인해서 조간대가 넓게 발달되어 있다(Fig. 1). 본 연구지역은 다양한 원인에 의한 조석과 조류변형(윤, 2006; 송·우, 2011; 윤·우, 2011), 계절적인 담수유입(Park et al., 2002)과 해수와의 혼합 및 성층형성(정 등, 2007) 그리고 열염순환으로 인해서 잔차류 및 수송량의 시공간적인 변화가 매우 복잡하다.
최(1987)는 경기만 주요 8개 분조에 대해 등조석도를 제시하였고, 김(1997)은 경기만의 평균적인 조석, 조류 및 염분 분포에 관한 수치 모델링 모의 결과를 통해서 외해 조석의 영향이 장봉도/용유도 해역보다 영종도/인천항 해역에 크게 미치며, 담수의 영향은 장봉도/용유도 해역에 더 크게 작용한다는 연구 결과를 제시하였다. 임(1999)은 담수 유입을 고려한 경기만 수치 모델링을 수행하여 한강하구 수로의 잔차 수송량을 제시하였다. 김(2001)은 서해 조석현상을 고려한 하천 모델 모의 시 신곡수중보의 영향과 한강 및 임진강 담수 유입량에 의해서 조석파의 전파가 크게 영향을 받는다고 하였다. 윤(2006)은 조류 관측자료 및 수치 모델링 연구를 통해서 한강 하구역은 비선형 천해분조가 강하게 나타나며, 낙조류가 우세하고 낙조 지속시간이 강한 해수순환 형태를 제시하였다. Kim et al.(2009)은 장기 관측한 유속결과로부터 석모수로의 조석 잔차류는 담수 유입에 의해서 지배된다고 제시하였고, 송·우(2011)는 염하수로에서 동시에 관측된 조류 및 조석자료를 이용하여 상류와 하류지역의 해수면 차이가 대·소조기에 따라 변하는 특성 때문에 장주기 조류성분의 흐름이 대·소조기에 따라 변한다고 제시하였다.
위와 같이 많은 연구자들이 관측자료 분석 및 수치모델 결과를 이용하여 경기만 해역의 다양한 연구결과를 제시하였다. 근래까지 경기만 해역에서 모의된 수치모델은 수행 목적에 따라 최선의 선택을 하였지만 몇 가지 한계점이 있다. 먼저, 모의되는 수치모델의 격자 영역을 보면 해양모델은 상류방향으로 신곡수중보에서 육상 경계조건을 설정하는 경우가 많기 때문에 조석파의 반사에 의한 왜곡과 담수 유입량의 부정확성이 존재할 수 있다. 하천모델의 경우 외해 개방경계조건을 부여하는 위치가 하구의 특정 지점으로 한정되기 때문에 외해, 하구 및 감조하천이 유기적으로 통합되지 않아 외해 조석조건을 정확하게 반영하지 못 할 수도 있다. 외해 조석과 담수가 지속적으로 상호 영향을 미치는 경기만 한강하구역의 수치모델 구축을 위해서는 모의 영역이 유기적으로 연결되어야만 한다. 그래야 각 외력 인자들을 수치모델 수행 시 통합적으로 적용할 수 있고 이 지역의 해수유동 특성의 정확한 재현이 가능하다.
다음으로 담수 유입량과 수치모델 결과의 신뢰성 및 정확성을 판단할 수 있는 보정과 검증에 대한 문제이다. 군사분계선이 인접한 한강 하구역은 접근이 어렵기 때문에 기본적인 조석, 조류관측이 지속적으로 수행되지 못하였다. 관측자료의 부족으로 한강 하구역의 물리적 특성에 관한 연구뿐 만이 아니라 수치모델 결과의 보정 및 검증 작업에 필요한 자료 수집도 원활하지 않다. 관측 자료의 한계를 고려 할 때 최선의 검증과 보정 자료를 취합하는 것이 중요하다. 담수 유입량 자료의 확보가 수월하지 않아 평균 유량을 사용하였고, 임진강은 유역면적비를 이용하여 산정하는 경우가 대부분이었다. 그러나 국가관측망시스템 구축으로 유입량 자료를 수집할 수 없는 예성강을 제외하고 한강 및 임진강은 실제 담수 유입량 자료를 수집하여 사용이 가능하다.
3개의 담수 유입 지역과 다수의 수로로 구성된 경기만 및 한강 하구역의 해수순환 특성은 각 수로 별로 독특한 특성으로 나타난다(Woo and Yoon, 2010; 윤·우, 2011). 또한, 조석의 대·소조기 변화 및 계절적으로 큰 차이를 보이는 담수 유입량을 고려할 때 각 수로의 순 수송량은 시공간적으로 상이하게 나타날 것이고, 각 수로의 보이는 순 수송량 차이는 퇴적물 및 물질이동에 직접적인 영향을 미칠 것이다. 본 연구에서는 경기만 외해지역과 한강 하구역이 통합적으로 연결된 고해상도 모델을 구축하였고, 다수의 조석자료를 이용한 보정을 통해서 수치모델의 민감도 분석을 수행하였다. 또한, 4개 정점에서 30일 이상 관측된 유속자료를 사용하여 검증 작업을 거쳐 신뢰성이 확보된 수치모델 결과를 이용하여 각 수로 별 순 수송량의 비율과 대·소조기 변화에 따른 염하수로의 순 수송량의 차이를 제시하고자 한다. |
한국해안해양공학회 논문 번역(영어 번역본)The Gyeonggi Bay is located in the central part of the coast of the Yellow Sea is a semi-closed region that is dominated of semidiurnal tides. It is connected of big and small islands and channels, has a complicated coastline, and a large intertidal zone due to the big difference between ebb and flow (Fig. 1). This region has a very complicated spatio-temporal variability of tidal residual flow and volume transport due to tide and change in tidal current for various reasons (Yoon, 2006; Song·Woo, 2011; Yoon·Woo, 2011), seasonal inflow of fresh water (Park et al., 2002), mixture with seawater and the formation of (Jeong et al., 2007), and thermo-saline circulation.
Choi (1987) suggested a co-tidal chart of the eight main component tides of Gyeonggi Bay, and Kim (1997) suggested a research result through plotting the mock numerical modeling of the average tide and tidal currents and the distribution of salinity that the open sea tides influence the Youngjong island/Incheon Harbor area more than the Jangbongdo and Yongyoodo seas, while the fresh water influences the Jangbongdo and Yongyoodo seas more greatly. Lim (1999) suggested a the residual volume transport of the Han River estuary channel by practicing a Gyeonggi Bay numerical modeling which considered the inflow of fresh water. Kim (2001) argued that the wave of the tidal wave is greatly influenced by the influence of and the inflowing volume of fresh water into Han River and Imjingang through plotting the river model considering the tide phenomenon of the Yellow Sea. Yoon (2006) argued that the Han River estuary is dominated by nonlinear shallow water constituents, through the observational data of tidal currents and numerical modeling study. Yoon then went on to suggest the form of seawater circulation that is dominated by and has a long duration time. Kim et al. (2009) suggested that the tidal residual flow of the Seongmo Channel is under the control of the inflow of fresh water through the data collected by observing the fluid for a long time period. Song·Woo (2011) suggested that the flow of the long period tidal constituents change depending on the spring-neap variability due to the change in the difference of seawater level in the upstream and downstream areas depending on the spring-neap variability. Such conclusion was derived from the data of tides and tidal currents that were observed simultaneously at the Yeomha channel.
Various research findings of the Gyeonggi Bay seas were suggested through the analysis of observational data and results of numerical data as listed above. However, though the numerical models plotted in the Gyeonggi Bay made the best choice depending on its research goal, it had some limitations. Firstly, there are possibilities of distortion due to the reflection of tidal wave and the inaccuracy of the volume of inflowing fresh water. This is because when we look into the grid domain of numerical models, in the case of marine models, the land boundary conditions are often set up in the towards the upstream. In the case of river models, the locations of the open boundary conditions of the open sea are limited to special parts of the estuary. Therefore, the open sea, estuary, and Phatidal river does not organically combine and the open sea tidal conditions may not be accurately applied. In order to construct a numerical model of the Gyeonggi Bay Han River estuary in which the open sea tides and fresh water consistently interacts, the plotted region should be organically connected. That way, each external factors can comprehensively be applied when conducting the numerical model and the liquidity of seawater in this region can be accurately reenacted.
Next, there is the revision and verification problem of judging the reliability and accuracy of the results of the numerical model and the volume of inflowing fresh water. The Han River estuary is not easily accessible because it is close to the Military Demarcation Line. For that, the basic observation of tide and tidal current cannot be practiced consistently. Due to the lack of observational data, gathering data needed not only for studies on the physical qualities of the Han River estuary but also for the revision and verification of the results of the numerical model is difficult. Regarding the limitations on the observational data, it is important to put together the best verification and revision data. Since collecting data on the inflowing volume of fresh water is difficult, we used the average flux. For Imjingang, we mostly computed the value from the ratio of basin areas. Nonetheless, except for Yeseonggang, where data on the inflowing volume cannot be collected due to the construction of the national observational network system, the actual inflowing fresh water volume data of the Han River and Imjingang can be collected and used.
The three regions with fresh water inflow, Gyeonggi Bay that is constituted of many channels, and the seawater circulation of the Han River estuary are the unique qualities of each channel (Woo and Yoon, 2010; Yoon·Woo, 2011). In addition, regarding the spring-neap variability of tides and the great seasonal difference of the inflowing fresh water volume the net volume transport of each channel will appear spatio-temporally different. The difference in the net volume transport of each channel will directly influence the transfer of sediment and substance. This research constructed a high-resolution model that polysynthetically connected the open seas of Gyeonggi Bay and Han River estuary. Revision on various tidal data enabled the practice of analysis on the sensitivity of the numerical model. In addition, this study aimed to propose the ratio of the net volume transport of each channel difference of the Yeomha channel net volume transport depending on the spring-neap variability. This was completed by using the results of the numerical model that proves to be reliable through the verification process using the fluid data that has been observed at four points during thirty days. |
