산지계곡에는 큰 자갈이나 호박돌이 무더기로 퇴적되어 있어서 대규모 공극을 구성한다. 호우시 이 돌무더기 내부에 빠른 흐름이 형성되고 이에 따른 퇴적사면의 급격한 변동이 발생하기도 한다. 본 연구에서는 대공극 매질의 흐름은 산지계곡에 퇴적된 균일 직경을 가진 구형 입자로 구성된 대규모 공극 매질을 구성하고, 비 Darcy 흐름의 유속에 미치는 입경의 영향을 수리실험으로 조사하였다. 실험에 사용된 구형 입자는 크기가 15.5mm, 25mm, 36.5mm인 유리구슬이고, 조성된 매질의 공극율은 Table 1과 같으며, 실험에서 침투거리는 40cm로 하였다. 실험유량은 0.98~15.41 t/s이고 입자 Reynolds 수는 120~4,580의 범위였다. 동수경사가 증가하면 매질의 단면평균 유속이 비선형적으로 증가하였다. 입경이 작을수록 유속과 동수경사 사이의 비선형적 경향이 더 크다(Fig.1). 동일한 동수경사에서 매질의 입경이 클수록 유속이 빠르게 나타났다.
본 연구에서는 하상의 시공간적변동에 대한 평가기법을 개발하고자, 1차원HEC-RAS 모델과 2차원CCHE2D 모델을 이용해 하상변동을 평가하였다. 실제하천의 장기간 하상변동의 결과를 해석함에 있어서 변동 특성을 일관적인 기준으로 평가하고, 변화량을 직관적으로 알 수있는 평가방법을개발하고자유사단면누가곡선, 유사단면모멘트, 유사확률분포함수의 세 가지 평가 방법을 개발하였다. 본 연구를 수행한 결과 유사단면 누가곡선법은 단면의 총량적 개념의 침식 또는 퇴적 여부를 판별하는데 효과적이며, 유사단면 모멘트법은 하천의 좌, 우안을 나누는 기준선을 중심으로 좌, 우안의 퇴적 또는 침식 정도를 하나의 척도로 제시하는 것이 가능하였다. 이러한 방법은 하천의 곡률 등과 연계한 하상변동 예측에 있어서 하나의 영향지표로 활용할 수 있을 것이다. 유사확률분포함수의 경우 하천 단면 구간에 대한 시간의 변화에 따른 변동 모의 결과를 직관적으로 도시하고, 해당 구간의 시공간적 변동 특성을 통계적 특성치인 평균과 신뢰 구간을 통해 정량화 할 수 있었다.
제주도 북제주군 한림읍 협재리에는 대부분 탄산염퇴적물로 이루어진 해안사구가 분포하고 있다. 사구를 이루는 탄산염퇴적물은 연체동물과 홍조류의 조각이 약 80% 이상을 차지하며 그 외에 저서성 유공충, 성게류와 태선동물의 조각, 그리고 화산암편으로 이루어져 있어, 제주도에 분포하는 여러 탄산염 해빈퇴적물의 입자조성과 매우 유사한 경향을 나타낸다. 이러한 탄산염 입자들은 천해에 서식하던 해양생물들에 의해 생성되며, 그 각질이 해빈으로 운반되고 바람에 의해 재동되어 사구를 형성하였다. 특히 이 연구지역의 사구가 분포하는 지점에서 북쪽으로 약 1km 떨어져 있는 협재 해수욕장에는 현재에도 천해에서 생성된 많은 양의 탄산염 해빈퇴적물이 퇴적되어 있으며, 제주도의 타 지역에 비해 매우 빠른 북동${\sim}$북서방향의 바람이 불고 있어, 퇴적물을 해빈에서부터 사구형성지점으로 운반시키는 데 효과적인 역할을 했을 것으로 판단된다. 사구를 절개하여 그 단면을 관찰한 결과, 전반적으로 희미한 수평층리와 사층리가 발달하고 있으며, 그 외의 다른 뚜렷한 퇴적구조는 관찰되지 않는다. 퇴적물의 입자들은 주로 직경이 $0.27{\sim}0.40mm$로 중립질 모래에 해당한다. 이 크기의 입자들은 가장 침식이 잘 될 수 있는 입자크기에 해당하는 것으로 알려져 있으며, 따라서 해빈으로부터 퇴적물이 운반될 때에 특히 이 크기의 입자들이 차별적으로 더 많이 운반되었을 것이라고 생각된다. 또한 퇴적물 입자의 크기와 구성성분의 함량은 각 사구의 전 층준에서 크게 변화하지 않는 것으로 나타나며, 이는 사구가 형성되는 기간 동안 탄산염퇴적물을 운반한 바람의 세기가 어느 정도 일정하였음을 지시한다. 해안사구의 형성시기를 알아보기 위하여 사구의 기반을 이루는 고토양층과 사구 최하부와 최상부의 탄산염퇴적물에 대해 방사성탄소연대측정을 실시하였다. 그 결과, 사구의 형성시기를 지시하는 고토양의 연령은 $680{\sim}720\;BP\;(1,200{\sim}1,300\;AD)$로 측정되었으며, 사구를 이루는 탄산염퇴적물의 연령은 전 층준에서 모두 약 3,500 BP로 측정되었다. 따라서 약 3,500 BP에 천해에서 생성된 탄산염퇴적물이 해빈에 분포하다가 $1,200{\sim}1,300\;AD$에 바람에 의해 재동되고 현재의 위치에 쌓여 사구를 형성한 것이라고 해석할 수 있다. 사구가 형성되기 시작하던 시기는 전세계적으로 춥고 바람이 세었던 Little Ice Age ($1,300{\sim}1,820\;AD$)에 해당하며, 따라서 해빈에 분포하던 많은 양의 탄산염퇴적물이 이 시기에 집중적으로 운반된 것으로 사료된다.
금강살리기 사업은 장래 치수 및 물 부족 현상과 가뭄에 대비하여 용수 확보를 위해 금강 본류에 금남보, 금강보, 부여보 3개의 보를 건설하고 있다. 이러한 보의 건설은 하천의 흐름을 차단하여 토사퇴적에 많은 영향을 미치며 하상의 형상을 변화시킨다. 한 지점에서 하상재료 및 하상단면이 변화되면 하천 전 구간에 걸쳐 장기간의 하상변화를 일으키게 되며 이를 예측하고 분석하는 작업은 하천계획 및 관리를 효율적으로 수행하기 위해 매우 중요하다. 현재 금강에는 금강보가 건설중에 있으며 공사 후 보에 의해 상류로부터 하류로의 유사 유입이 차단되고 보 방류량이 인위적으로 조절되기 때문에 보 하류의 하상변동을 장기적이고 거시적인 관점에서 모니터링 하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 금강보 건설 기간 중 하상변동 및 퇴적 토사의 입도 변화양상을 조사하기 위해 보 상 하류에 모니터링 지점을 선정하였고, 하상단면 수심측정기를 이용하여 하상변동 모니터링과 5회에 걸쳐 현장의 토사시료를 채취하여 하상재료 입도분포를 분석하였다. 그 결과 금강보 상류 모니터링 지점은 하상침식에 의해 하상고의 평균높이가 0.29m 낮아졌고, 하류 모니터링 지점 역시 하상고의 평균 높이가 0.05m 낮아졌으며, 하상형상의 모습은 큰 차이를 보이지 않았다. 또한, 5회에 걸쳐 하상재료를 채취하여 균등계수 및 곡률계수를 통해 입도분포를 분석한 결과 체가름시험 규정에 의해 5회 모두 '나쁜입도'로 분류 되었다.
Wells (1967)에 의해 제안된 2nd order 파랑들의 비선형 상호작용에 의한 바닥 부근에서의 유속분포에 대한 왜도(skewness)를 다시 계산하고 재평가하였다. 해안선에 수직한 방향의 퇴적물 이동 방향을 그 유속의 3차 모멘트(왜도)의 부호에 따라 알 수 있음을 보였고, 해빈이 어떤 교란을 받은 후에도 원래의 평형을 회복할 수 있는 새로운 개념의 중립수심을 제안하였다. 또한 계절적인 파랑조건의 변화에 따른 해빈단면의 변화(폭풍-너울 단면)도 종래의 단순한 파랑구배에 의한 구분보다는 파랑의 비선형 상호작용으로 설명되었다. 즉, 파랑의 비선형 작용이 강할 때에는 (폭풍파) 해빈은 침식을 받으며, 반면에 비선형작용이 약할 때에는 (너울파) 해빈은 퇴적됨을 보였다.
본 연구는 자연하천에서 직렬보 설치에 따른 배수위 계산을 실시하여 여러 가지 수리특성인자들의 결과와 비교해 보았다. 그 결과, 자연수위에 따른 통수단면적보다 수위증가로 인한 통수단면적의 영향이 가장 큰 것으로 분석되었다. 그러나 유속을 포함한 다른 수리특성인자의 영향은 다소 적은 것으로 분석되었다. 따라서 보(weir)를 설치할 경우 다른 수리특성인자보다 수위상승에 따른 통수단면의 통수능력이 먼저 검토되어야 할 것이다. 또한 자연하도에 비해 수중보 설치에 의한 상류의 수위상승 종단거리가 예상치보다 매우 크게 나타나고 있었기 때문에 보 설치에 따른 종단거리의 영향을 파악하여 제방설계를 실시해야 할 것으로 판단된다. 보의 설치는 수위증가로 인한 용수확보, 수변공간 확보 등 많은 이점이 있으나, 홍수시의 하도통수능력 고려, 오염물질의 퇴적으로 인한 수질오염 방지 그리고 갈수시에 하천의 유지용수 확보 등을 고려한 신중한 분석 검토를 해야 할 것으로 사료된다.
남해 대륙붕 도미분지는 제주분지의 북동단에 위치하는 지역으로 동해의 울릉분지와 인접해 있으며 그 발달시기에 대한 연구가 지속적으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 도미퇴적분지의 해석에 적합한 탄생파자료 전산처리 모듈을 시험하고 매개변수를 도출하였다. 도미분지 천부 퇴적층인 제3기 층의 경우 반사파 신호의 연속성 향상과 페그레그(peg-leg) 다중반사파 억제가 요구되었고 이를 위하여 중합 층서속도분석(Horizon Velocity Analysis, HVA)과 표면-연관 파동방정식 다중반사파 제거(Surface Relative Wave Equation Multiple Rejection, SRWEMR)모듈을 조합하여 중합단면의 품질을 제고하였따. 연구결과 제작된 도미분지 탄성파 중합단면에서 퇴적층서가 구분되는 부정합면이 인지되었다. 분지의 발달양상 규명에 적절한 중합단면이 도출되었고 다중반사파의 억제로 백악기 기반암의 해석에 도움이 되었다. 본 연구를 통하여 검증된 전산처리과정은 도미분지와 인근 소라분지, 북소라분지의 탄성파 자료 전산처리 품질의 규격화 및 처리속도 향상에 기여할 것으로 기대된다.
10 MW급 부유식 파력-해상풍력 복합발전 플랫폼의 석션 매립 앵커 시스템 설계를 위하여 제주도 차귀도 서북쪽 인근해역에서 퇴적 환경 및 퇴적물 성분 조사를 수행하였다. Chirp III을 이용하여 획득한 탄성파 단면도를 Chough et al.[2002]의 분류 방법에 따라 음향상 분류를 수행하였다. 그 결과, 조사 해역내의 중앙 및 서북부 지역에서는 주로 편평한 해저면 아래 두께 5~15 m의 내부 반사층이 존재하는 Type I-3으로 확인되었다. 반면 동남부 지역에서는 표층 반사 신호가 상대적으로 큰 Type I-1, I-2 그리고 III-1로 확인되었다. 또한 8개의 대표 정점에서 채취한 시료에 대하여 5종류의 물리적 시험(단위중량, 함수비, 입도분석, 액성 및 소성 한계, 비중)을 수행한 결과 조사 해역 내에는 모래(SP)와 실트가 섞인 모래(SM) 그리고 SP-SM이 혼합된 퇴적물이 존재함을 확인하였다.
호형 사주는 동해안에서 흔히 분포하는 지형특징으로 고파랑시를 제외하고 리드미컬한 형상을 지속적으로 유지한다. 하지만, 2019년 9, 10월에 동해안에 직 간접적 영향을 미친 연속적인 4개의 태풍으로 인해 해안선과 평행한 연안사주가 형성되었고 해안선 부근에 침식과 퇴적이 반복되는 패턴을 보였지만 전반적인 해안선 후퇴가 발생하였다(약 2 m). 이와 같은 연속적인 폭풍파랑으로 인한 지형변화와 각 폭풍(NE-E 입사파) 이벤트의 영향을 모의하기 위해 폭풍 사상시 해빈의 침식 모의에 널리 사용되는 XBeach를 사용하였다. 개선된 XBeach 수치모의를 위해 최신 계수보정 연구 동향에 따라 계수보정이 실시되었으며, 이로부터 도출된 최적의 계수 값을 수치 모의에 적용하였다. 모델의 입력값으로 사용된 파랑, 조석 및 폭풍 사상 전후 수심 자료와 최적의 계수 값을 활용한 결과, 해안선 부근의 침식 및 퇴적 반복패턴(BSS = 0.77(침식 단면), 0.87(퇴적단면))과 해안선과 평행한 연안 사주의 형성을 성공적으로 모의하였다. 각 태풍의 최대 입사파고 도달 시 수치 모의된 전체 퇴적물 이동 벡터 및 지형변화 분석결과, 입사 파향이 호형 사주의 거동에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 유의파고 크기뿐만 아니라 고파랑의 지속시간 또한 퇴적물 이동량의 중요한 요인으로 판단 된다. 하지만 모델링 결과, 내측 쇄파대(inner surfzone)의 지형변화 및 연안 사주의 마루의 정확한 위치 예측을 위해서는 추가적인 보정과정이 필요함을 시사한다.
수심도, 표층퇴적물. 그리고 탄성파 자료들을 이용하여 광양만의 최근 지형변화와 후기 제4기 퇴적층의 발달양상을 연구하였다. 최근 30년 동안 광양만의 해안선은 산업기지 건설을 위한 해안지역 매립으로 급격히 변하였으며 광양만 면적은 현재 25%정도 줄어들었다. 그리고 광양만내 항로지역의 해저퇴적물 준설로 인해 해저지형이 변화하였다. 표층퇴적물은 광양만 서측지역에 뻘질퇴적물이 분포하는 반면, 모래질뻘 퇴적물은 동측지역에 분포한다. 탄성파 단면도상에서 광양만의 퇴적층은 기반암위에 2개의 퇴적층서, Unit I과 II로 구성되며, 이들 퇴적층서는 중간반사면(reflector-M)에 의해 부정합적으로 경계된다. 하부의 Unit II층서는 광양만의 수로지역에 집중 분포하며, 저해수면 동안 쌓인 하천기원 퇴적층으로 해석된다. 상부 Unit I층서는 섬진강하구에서 여수해협을 향해 전진하는 퇴적양상을 보인다. 이 층은 빙기 이후 흘로세 고해수준 동안 섬진강에서 유출된 퇴적물이 델타환경을 이루면서 형성된 퇴적층서로 해석된다. 특히 천부가스층이 퇴적층내에 광범위하게 분포하며, 일부지역에서는 준설로 인해 해저면에 노출된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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