공사에 따른 조석의 변화

공사에 따른 조석의 변화

 

이번 시간에는 공사에 따른 조석의 변화에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

하구둑 건설, 해안 매립, 항만 건설, 수로 준설 등 대규모 개발사업을 설계함에 있어서 해안 및 해저지형 변화에 따른 조석 현상의 변화를 수치모형실험 또는 수리모형실험을 통하여 예측하여야 합니다.

 

수치모형실험 중 해수유동실험은 수립, 보정·검증, 예측실험의 3단계로 수행됩니다. 모델 수립은 계산격자망을 구성하고 해도와 수심도를 이용하여 각 격자에 수심을 입력하는 과정입니다. 모델의 경계조건과 보정·검정에 필요한 해저지형, 조석, 조류, 조량 관측자료의 수집·분석이 선행되어야 합니다. 모델 보정(Calibration)은 모델의 경계조건과 불확정 파라메타를 조정하면서 모델계산값을 관측값에 맞추어가는 과정이고, 검정(Validation)은 모델 계산값을 보정 시와 다른 정점 또는 다른 시기에 대한 관측값과 비교하여 수치모델의 정확성을 확인하는 과정입니다. 검정은 대·중·소조기 및 홍수시에 대하여 조석, 조류, 조량, 수온, 염분 등 해수유동에 영향을 미치는 모든 요소에 대하여 수행하는 것이 바람직합니다.

 

예측실험 과정에서는 개발사업에 따른 해저지형의 변화를 모델에 입력하고 여러 조석 조건과 하천유량 조건에 대한 실험을 실시하여 조석, 조류 및 조량의 변화량을 파악하고 이에 따른 영향을 분석합니다. 개발사업에 따른 조석, 조류, 조량의 변화가 현상태와 비교하여 악영향이 예상되는 경우에는 대안을 도출하여 영향이 최소화되도록 반복 실험을 수행할 필요가 있습니다.

 

특히, 하구역에서 수로 폭의 감소 등으로 홍수 배제에 영향을 줄 우려가 있는 경우에는 대조기 및 50년 또는 100년 빈도 홍수가 동시에 발생하는 상황에 대하여 수위 상승을 예측하여야 하며, 이 때 하천과 해양의 지형과 유동 특성이 모델에 정확하게 반영 및 재현되어야 합니다.

 

해안역에는 주요 도시뿐만 아니라 항만시설, 발전소 등 주요 시설물들이 밀집되어 있기 때문에 장래에 발생할 수 있는 폭풍해일고를 정확하게 예측하여 시설물 방어대책을 수립하여야 합니다. 폭풍해일 수치모형실험은 기압 강하에 따른 해수면 상승과 바람에 의한 해수면의 전단응력 및 점성에 의한 해저면의 전단응력을 고려하고, 해수의 운동량 보존방정식과 연속방정식에 따라 각 지점의 조위와 유속의 변화를 일정 시간간격마다 순차적으로 계산해 나가는 방법입니다.

그리고 시설물 건설에 따른 해일고 분포 변화를 예측하기에 앞서 과거 사상을 재현하여 수치모델의 신뢰성을 재현하여야 합니다. 과거의 폭풍해일 사상을 재현하기 위해서는 우선 신뢰성 있는 연안역의 해일고 관측자료와 태풍 풍역의 데이터베이스(DB) 구축이 매우 중요합니다.

 

다음으로 부진동 실험에서는 해당 항만의 탁월주기를 계산하고 항만계획안에 대한 예측실험을 실시하여 부진동 현상으로 인한 하역작업의 지연과 계류라인의 절단 등 악영향을 최소화하는 대안을 수립하여야 합니다. 장주기파의 입력조건을 보다 정확하게 설정하기 위해서는 입사경계 인근의 다수 정점에서 파고와 파향을 동시에 관측한 자료가 필요합니다. 또한 여러 파향에 대하여 항내 공진 특성을 민감도 분석하여 부진동에 가장 큰 영향을 미치는 파향을 검토하여야 합니다. 주파향이 결정되면 장주기파의 주기별로 항만 완공후의 공진특성을 실험하여, 평면 배치의 변경 또는 소파시설의 설치 등, 부진동 영향이 최소화될 수 있는 대안을 검토하여야 합니다.

 

지금까지 공사에 따른 조석의 변화에 대하여 알아보았습니다. 이번 시간을 통해 공사 중 영향도 설계 시 반드시 검토해야 된다는 것을 느끼는 계기가 되었습니다. 매번 검토해야하는 사항이 늘어나는 것 같습니다. 설계는 정말 복합적인 것 같습니다. ^^ 그럼 이만~ 다음 주제로 찾아뵙겠습니다.~