조력발전 건설사업에서 우선적으로 고려되어야 할 사항은 조수간만에 의해 외해부와 조지부 사이를 이동하는 해수를 적절히 소통시키는 것이다. 즉, 조력발전소에서 수문구조물의 목적은 주어진 조건 하에서 계획된 유량을 충분히 그리고 안전하게 배제시키는 것이다. 본 연구에서는 수문구조물에 대한 Apron의 길이와 경사의 변화에 의한 외해 조위와 시화호 수위차 조건에 따른 유량계수를 구해 배수능력과 유$\cdot$출입부, 외해, 시화호 및 큰가리섬 주위의 흐름 특성을 검토하고자 하였다. 이를 위해 시화호를 실험대상으로 하여 구조물을 중심으로 외해측으로 1,000m, 시화호측으로 500m, 폭 1,500m의 범위를 선정하였다. 수리모형을 1대50의 축척비로 제작하였다. 표 1은 실험별 Apron과 수문구조물의 제원을 나타내며, 수문구조물은 7기로 이루어졌다. 시화호의 흐름은 관성력과 중력이 지배력이 되며, 이때 상사법칙은 Froude 상사법칙을 적용할 수 있다. 실험III은 실험II에서 Apron의 경사를 1대10에서 1대5로 수정한 실험으로 수위조건은 외해측 -2.530 EL.m이고, 시화호측은 -1.603EL.m이다. 유량계수를 산정하기 위하여 6개 실험조건을 기본계획에서 제시된 수위-조위 조건에서 수위차 및 통수유량을 분배하여 결정하였고 유량계수 산정식에 따라 구조물의 유입부와 유출부에서 유속-면적법에 의해서 유량을 측정하였다. 그리고 국부평면 실험모형에서의 전체적인 해류의 흐름을 분석하기 위해 2차원 유속을 측정하였다. 또한, 유$\cdot$출입부 안정성을 검토하기 위해 Apron 지점과 수문구조물 지점에 3점법으로 유속을 측정하였으며, 색소를 이용하여 유황을 관찰하였다. 시화호와 외해의 수위차가 1.011 m일 때의 전체 수문구조물을 통과하는 유량을 비교한 결과, 실험II 및 실험III의 통과유량은 각각 $10,924m^3/s$ 및 $10,075m^3/s$로서 실험 I의 $2,757m^3/s$에 비해 통수능이 많이 개선되었음을 알 수 있다.
시화호는 초기 목적인 담수호 개발을 심각한 환경 오염으로 달성하지 못한 채 해수로 복구되었다. 파괴와 복원의 시간 동안 시화호의 생태계는 변화를 겪어왔는데, 특히나 철새가 많이 지나는 곳이었기 때문에 조류 생태계에 가시적인 변화가 나타났다. 이에 따라 본 연구는 총 8가지 Ecosystem Index를 바탕으로 시화호 조류 생태계의 변화를 분석하였다. 그리고 더 나아가, 경사 하강법을 적용하여 그간 환경 오염의 척도로도 이용되었던 COD (Chemical Oxegen Demand, 화학적 산소 요구량)지수가 앞서 언급한 8가지 중 3가지 Ecosystem Index의 함수로 표현하였다. 이는 직접적인 환경에 대한 측정 및 정보 수집 없이 생태계의 정보만으로 환경 자체의 상태를 파악할 수 있다는 점에서 큰 가치가 있으며, 더 쉽게 구해낼 수 있기에 그 범용성이 넓다.
한국해안해양공학회 1997년도 정기학술강연회 발표논문 초록집 Annual Meeting of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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pp.102-105
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1997
경기도 안산시, 시흥시, 화성군 일원에 위치한 시화호는 1994년 12.7 km에 달하는 방조제 끝막이 공사의 완료로 55.6 $\textrm{km}^2$의 인공호로 조성되었다. 그러나 용지확보의 측면에서 개발된 시화호는 방조제 공사의 완료로 외해와 단절되면서 수체가 정체되고, 인근 지역의 개발로 오염물질의 유입이 증가하여 수질이 급속히 악화되었다(수자원공사, 1996). (중략)
본 연구는 생태계 모델을 이용하여 수질오염이 심각한 시화호의 수질을 재현하고, 시화호 내로 유입하는 육상기원 오염부하량의 변동에 따른 시화호의 수질변화를 살펴보았다. 모델에 의해 계산된 화학적 산소요구량 결과는 관측치와의 상관성이 양호하였으며, 하천이 밀집한 호의 내측 수역에서 $8{\sim}9mg/L$의 높은 농도분포를 나타내었고, 방조제 수문이 위치한 남서쪽 수역에서 5 mg/L 내외의 가장 낮은 농도분포 특성을 보였다. 시화호로 유입하는 육상오염부하가 시화호의 수질에 미치는 영향을 살펴보았는데, 육상오염부하량을 95% 삭감시켜도 시화호의 화학적산소요구량 농도는 3 mg/L 내외로 계산되었으며, 이것은 해역생활환경 II등급 기준인 2mg/L를 초과하는 것으로써 육상으로부터 유입되는 오염부하의 삭감만으로는 수질개선에 한계가 있는 것으로 예측되었다. 한편, 퇴적물을 인위적으로 개선하여 퇴적물로부터 인과 질소의 용출량과 저층 산소소비율을 삭감시켰을 경우에 시화호 수질의 개선효과가 나타났다. 특히, 육상으로부터 유입하는 유기물 및 영양염류 부하와 퇴적물에 의한 영양염류 용출부하 및 산소소비율을 동시에 삭감하였을 경우에 시화호 내 대부분의 수역에서 $1.5{\sim}2.0mg/L$ 이내로 수질이 크게 개선되는 것으로 나타났다. 따라서, 시화호는 육상기원 오염부하량을 상당량 삭감하여도 목표수질 기준을 만족하기가 상당히 어려울 것으로 예측되었고, 퇴적물을 인위적으로 개선시키면 보다 뚜렷한 수질 개선의 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 시화호 내측과 외측수역과의 해수 교환량이 적고 퇴적물의 오염이 심한 현 상태의 환경조건에서 해역생활환경 III등급 기준인 4 mg/L 이하를 달성하기 위한 시화호의 환경용량은 화학적산소요구량 기준으로 5 톤/일로 산정되었다. 향후 시화호의 수질관리를 위해서는 시화호를 포함한 유역별로 뚜렷한 개선목표를 설정하고 배출원별 할당부하량을 산정하여 오염물질 총량관리를 통해 시화호 주변 유역의 점원, 비점원 및 시화호 내퇴적물 등을 종합적으로 고려하여 관리해 나가야 할 것으로 판단된다.
본 연구의 목적은 시화호 조력발전소 가동 후에 새롭게 형성된 시화호 조간대의 면적과 시기별 면적변화를 분석하는 것이다. 조간대 면적 분석을 위해 원격탐사기법을 이용하여 수치표고모델(Digital Elevation Model, DEM)을 추출하여 14.4 cm의 root mean square (rms) 오차를 갖는 정밀한 수준의 자료를 생산하였다. 시화호 조간대의 면적은 1910년대에는 $165.1km^2$, 방조제 완공 전인 1991년에는 $115.2km^2$, 2010년의 배수갑문 운영시기에는 $5.6km^2$, 조력발전소 가동 후인 2013년에는 $20.3km^2$의 시기별 변화를 보였다. 시화호 조간대는 시화방조제가 완공된 후에 거의 소멸되었으나, 2012년에 조력발전소가 가동되면서 규칙적인 조석환경 형성과 해수 유동량 증가로 인해 그 넓이가 크게 증가되었다. 조력발전소의 가동으로 형성된 시화호 조간대는 유례를 찾기 힘든 조간대 복원의 좋은 예이며, '훼손된 생태계 복원'의 전형적인 사례로서 활용될 수 있을 것이다.
시화 방조제 건설 후 급속도로 오염되고 있는 시화호 내의 식물플랑크톤 대증식 현상을 파악하기 위하여 1995년 10월부터 1996년 8월까지 시화호 내외에서 환경요인들과 식물플랑크톤 chlorophyll-a, 현존량, 우점종, 일차생산력 등을 4계절 조사하였다. 시화호는 부영양화된 기수호의 성격을 띄고 있으며 저층에는 밀도가 높은 잔류해수가 남아있다. 시화호의 표층에서 육상으로부터 유입된 오염된 하천수의 영향으로 chlorophyll-a 농도가 평균 168.0 ${\mu}g\;l^{-1}$에 이르는 식물플랑크톤 대증식 현상이 연중 지속적으로 일어났다. 식물플랑크톤의 대증식은 추계와 동계에는 돌말류 Cyclotella atomus 에 의해 주로 일어났고, 춘계와 하계에는 와편모류 Prorocentrum minimum 등과 황갈조류 등에 의해 일어났다. 시화호 바깥해역에서도 시화호수의 방류로 통계에서 하계에 걸쳐 돌말류 Thalassiosira nordenskioeldii, Skeletonema costatum, Chaetoceros sp. 등에 의해 대증식이 계속 일어났다. 시화호의 식물플랑크톤에 의한 일차생산력은 연평균 3,972 mgC $m^{-2}\;day^{-1}$로 높게 일어났다. 그러나 일차생산력의 대부분은 표층에서의 높은 광흡수로 수심 3 m 내로 국한되고, 추계와 동계에는 규산염이 제한요인으로 작용하여 더 이상 높게 나타나지 못하였다. 저층에서는 광제한 등으로 광합성 작용이 거의 없었고, 표층에서 떨어진 유기물이 분해되어 산소가 고갈되는 양상을 보였다.
시화호 내해의 저서퇴적물에 서식하는 중형저서생물의 군집구조, 수평분포, 서식 밀도, 선충류/저서성 요각류비 등을 연구하기 위하여 1999년 5월과 2000년 5월에 총 19개의 정점에서 조사를 실시하였다. 중형저서동물은 1999년 총 11개의 분류군, 2000년 8개의 분류군이 출현하여, 다른 연안 해역에 비하여 아주 낮은 분류군이 출현하였다. 두 시기 모두 출현 분류군 중 선충류(nemato-des)가 가장 우점하고 있었고, 그 다음으로 중요한 출현분류군은 유공충류(sarcomastigophorans), 갑각류의 유생(nauplius), 저서성 요각류 (benthic harpacticoids), 갯지렁이류(polychaetes)로 이들 5개의 분류군이 전체 중형동물 출현 개체수의 90% 이상을 차지하고 있었다. 2000년에는 이들 분류군 이외에 갯지렁이의 유생 (poly-chaetes larvae)이 아주 많이 나타나는 특징을 보였다. 개체수 크기는 체 크기 0.063mm에 들어가는 크기의 생물들이 가장 많이 나타났다. 서식 밀도는 시화호 안쪽의 상부 정점들에서 각 시기 모두 아주 낮게 나타났고, 시화호 배수 갑문 근처인 하부 해역에서 높게 나타났으며, 그 중간 해역에서는 서식밀도 역시 중간 값을 보였다. 환경 오염 지수의 하나인 선충류/저서성요각류 비(N/C ratio)역시 시화호 배수 갑문 근처의 정점들에서는 낮게 나타나고, 안쪽의 상부 정점들에서는 아주 높게 나타나, 시화호 저서 퇴적물의 환경은 시화호 하부인 수문이 위치한 해역에서 상부로 갈수록 생물들이 서식하기에 적합하지 않은 현상을 보였으며, 특히 상부 해역은 아주 극심한 오염된 환경을 나타냈다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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