하구 수리 현상

하구 수리 현상

이번 시간에는 하구 수리 현상에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

하천이 해역과 합류하는 하구역에서 하천의 고수시와 저수시의 유황, 소류 및 부유토사, 조석의 변화 및 밀도류, 파랑과 하천의 공존 등의 하구 수리 현상을 검토하여야 합니다.

 

하구역에서는 하천수 유출과 유사 작용에 외해로부터의 조석, 조류, 파랑, 해빈류, 표사 등의 작용이 더해집니다. 이 때문에 수위, 유속의 주기적 변화, 밀도류의 발생, 토사의 응집·침전·퇴적 등의 복잡한 수리현상이 발생하게 됩니다. 이러한 제 현상은 하구역의 유황과 물질 수송에 큰 영향을 주게 됩니다. 따라서 하구 수리를 접근함에 있어서 하천·해역 양장에 대한 고찰이 필요하며 각각의 특성을 분석·검토하여야 합니다.

 

해양의 조석은 하구역에 진동을 일으킵니다. 해양 조석의 영향을 받는 하천을 감조하천이라 부릅니다. 한강에서는 조위가 EL(+)2.7m 이상일 때 창조류가 신곡수중보를 월류하여 약 30km 상류의 잠실수중보까지 조석 현상을 일으키고 있으며, 금강에서는 하구둑 체절 전에 상류 약 60km 지점인 규암까지 조석 영향을 받았습니다.

하구에 진입한 조석파는 수심이 얕아지고 마찰이 증가하기 때문에, 그리고 하천류 때문에 점차 변형하게 됩니다. 하구 조석은 해양 조석과 같이 대칭형이나, 상류로 올라감에 따라 비대칭형으로 됩니다. 즉, 저조부터 수면은 갑자기 고조가 되고 고조부터 수면은 서서히 저조로 됩니다. 이 때문에 창조시간이 짧고 창조유속은 강하며, 낙조시간이 길조 낙조유속은 약합니다.

 

감조하천의 또 하나의 특징은 하천 상류로 가면서 고조면의 높이는 거의 변하지 않거나 약간 높을 정도로 되지만 저조면은 점차 높아지고 조차는 점차 작아집니다. 또 일반적으로 하류에서 대조기 저조면은 소조기 저조면보다 낮으나 상류로 올라감에 따라 대조기 조저면이 소조기보다 높아집니다. 이것은 하천조석과 해양조석간의 본질적인 차이를 말해줍니다.

조석파가 하천을 거슬러 올라가면 점차 변형하여 마침내는 조석파 전면의 급경사가 마치 직립벽과 같이 하천을 돌진하는 현상이 드물게 일어납니다. 이것을 조석 해일(Tidal bore)이라 합니다.

 

하구역의 수리현상 중 가장 큰 특징은 조석에 의한 영향입니다. 일반적으로 수위와 유속의 주기적 변동이 나타나며, 조차가 큰 하구에서는 창조시 수면이 역경사가 되어 하천수가 역류하는 경우가 많습니다. 그리고 조차가 작은 하구에서는 하천수의 역류가 발생하지 않지만, 저층에는 해수가 쐐기상태로 침입하며, 하천류는 표층에서 엷은 층으로 가속되어 유찰합니다. 이때의 연직유속분포는 표층에서는 설상을 나타내며 저층에서는 역류를 나타냅니다. 소위 이층류의 밀도류를 형성하는 경우가 많습니다.

 

그리고 하구에 침입한 조류는 하상 경사, 하천류 등 때문에 일반적으로 창조시간은 짧고, 낙조시간은 길어지는 경향이 발생합니다. 유속·유량의 극대·극소는 조석의 고·저조시보다 늦게 발생합니다. 이러한 제 현상이 하구의 위치, 형상, 하천 및 외해의 수리량에 따라 시간적, 공간적으로 변화하는 것은 당연하지만, 하구류의 특성을 아래와 같이 요약할 수 있습니다.

① 유출 시에는 하천류가 강하여 하천 본래의 경사류가 탁월한 등류로 볼 수 있습니다.

② 평수 시에는 경사류성, 조석에 의한 조류성, 여기에 해수와 담수의 밀도차에 기인하는 밀도류성이 더해져 흐름 특성이 복합해집니다.

③ 갈수기에는 조류성이 지배적이다. 그러나 동해안과 같이 조차가 작은 하구역에서는 갈수기에도 조류성은 그다지 강하게 나타나지 않고 오히려 밀도류성이 강해집니다.

④ 남‧서해안과 같이 조차가 큰 하구역에서는 조류성이 탁월하게 나타납니다.

 

하구역에서는 담수와 해수의 밀도차 때문에 해수는 하천수의 저층으로 침입하고 역학적 평형을 이루기 위한 유동이 나타납니다. 이 흐름을 하구 밀도류라 부르며, 유속, 수온, 염분의 현지관측 또는 해양과 하천을 포함하는 3차원 수치모형실험을 통하여 그 공간적 분포 형태를 파악할 수 있습니다.

 

밀도류의 형식은 하구역에서의 담수와 해수의 혼합 상태에 따라 아래 그림과 같이 3가지 형태로 대별됩니다. 그림에서 염분의 단위인 psu(실용 염분단위, Practical Salinity Unit)는 해수 1kg에 녹아있는 염류의 g 질량으로, 이전에 사용하던 천분율(ppt, ‰, Permil)과 같습니다.

① 염수쐐기형(Salt-wedge type)

일반적으로 하천 유량에 비하여 조차가 작은 하구에서 볼 수 있습니다. 표층의 하천수와 저층의 해수 사이에 혼합이 거의 일어나지 않고, 담수와 해수의 경계면(밀도 불연속면)이 명백하게 나타납니다. 이 형식을 특히 성층 밀도류 또는 이층류라 부릅니다.

② 부분혼합형(Partially mixed type)

조차가 하천 유량에 비해 ①의 경우보다 약간 커지면 나타납니다. 이 형식에서는 하수와 해수의 혼합이 비교적 잘 이루어집니다. 염분의 수직적, 수평적 변화가 모두 나타나서, 표층에서 저층으로 갈수록 그리고 하천쪽에서 바다쪽으로 갈수록 염분이 증가합니다.

③ 강혼합형(Well mixed type)

이 형식은 하천 유량에 비해 조차가 큰 하구역에서 발생합니다. 조석의 난류혼합에 의하여 수층 전체가 잘 섞여져 수직적인 염분의 변화가 거의 나타나지 않고, 염분의 변화는 수평적으로 하천 쪽에서 바다 쪽으로 가면서 증가하는 양상으로 나타납니다.

 

하구역에 진입해 온 파랑은 흐름과의 상호작용에 의해 변형이 나타납니다. 수심에 따른 굴절과 흐름의 상대적 방향에 따른 굴절이 나타나서 파고가 낮아집니다. 그러나 파향이 유향과 정반대인 경우에는 파고가 커지게 됩니다. 진입파는 하구를 거슬러 올라가는 과정에서 마찰 저항과 난류 등의 영향으로 파고가 감소합니다.

 

지금까지 하구에서의 수리 현상에 대하여 알아보았습니다. 여러분도 잘 알아두었다가 하구 지역의 설계 시 많은 도움이 되기를 바랍니다. 그럼 다음 주제로 뵙겠습니다.!!!