오랜 기간동안 자연 상태로 퇴적되어 있는 퇴적토를 펌프준설의 방법으로 준설할 때, 안정상태의 퇴적토는 준설되는 과정에서 교란되어 침강을 촉진시키는 응결제 및 응집제를 투입하더라도 자연 상태의 퇴적토와 준설토 사이에는 필연적으로 체적변화가 발생한다. 본 연구는 동해안 속초에 위치한 석호인 영랑호의 준설토를 대상으로 실내실험을 하였으며, 준설토의 함니율 변화, 응집제 및 응결제 투입량 변화에 따른 체적변화율을 정량적으로 분석하였다. 실험결과 최적 약품첨가의 경우 준설토의 체적변화율은 평균 1.69배 증가하는 것으로 파악되었다.
미세점착성 퇴적물 침강속도의 정량적 산정은 퇴적학적 측면에서뿐만 아니라 환경공학적 측면에서도 매우 중요한 과제이다. 미세점착성 퇴적물의 침강특성은 입자간의 충돌과 입자간의 점착으로 인하여 발생하는 응집에 의해 크게 영향을 받는다. 한편, 미세점착성 퇴적물의 응집강도는 광물질 구성, 입경분포, 유기물 함량 등으로 묘사되는 퇴적물의 물리ㆍ화학적 기본 특성에 따라 크게 변화하고, 이러한 물리ㆍ화학적 기본특성은 또한 지역적으로 변화하므로, 한 특정지역에서의 점착성 퇴적물의 침강특성은 현장관측이나 실내실험을 통하여 관측되어야만 한다. 본 연구에서는 최근 수행된 새만금 및 군산해역 점착성 퇴적물의 침강속도 관측 결과를 이용하여, 기존의 침강속도 경험식을 검토하고, 새로운 침강속도 곡선식이 개발된다. 새로 개발된 침강속도 곡선식은 기존의 복잡한 곡선식에 비해 단순하며, 측정치로부터의 계수산정이 편리하고, 또한 측정치의 변화 경향을 더욱 잘 나타낸다.
한공종합개발 휘 한강하구 및경기만에서의 퇴적환경을 파악하기 위하여 수리물리 적 및 퇴적학적 관점의 수사를 실시하였다. 수리적 특정과 퇴적학적 특성을 종합해 볼 때, 본 연구지역은 크게 \circled1 행주대교 상류역의 하천, \circled2한강과 경기만을 연결하는 하 구, \circled3 경기만 일대의 연안-만 퇴적환경으로 구분할 수 있다. 그러나 한강종합개발 이 후 한강 전역에서 통수단면적이 증가되고 유속이 감소되는 등 전반적인 수리물리적 특 성이 변화됨으로써 한강하류 및 하구역(강화대료)에서의 부유물질 농도가 각각 37mg/l, 500-1750 mg/l에서 개발이후 17 mg/l 208-1142 mg/l 로 큰 폭으로 감소된 것 으로 나타났다. 또한 하류 수중보 부근에서는 siltation이 유발되고 있으며, 하천환경 과 하구환경의 경제가 점이 적이지 못하고 급격한 변화를 보이는 등 퇴적환경에도 상 당한 변화가 초래된 것으로 나타났다. 이는 주로 종합개발에 수반되는 한강의 수위저 하를 방지하기 위하여 잠실대교와 신곡에 수중보를 설치함으로써 비롯된 것으로 사료 된다. 하구는 하천과 해양을 연결하는 전이지역이므로, 한강과 한구에서의 이러한 변 화는 앞으로 인접한 퇴환경에도 많은 영향을 미칠 것으로 사료되며, 경기만으로 파급 되는 영향을 파악하기 위하여는 무엇보다도 임진강과 예성강 하구를 포함한 한강 하구 역에 대한 상세한 연구가 요구된다.
강릉항 주변 해역의 퇴적환경의 변화 특성을 파악하기 위해 2007년 2월부터 2009년 2월까지 총 5회에 걸쳐 획득한 퇴적물의 조직변수와 측량 자료를 분석하였다. 연구지역의 퇴적물은 주로 모래로 이루어져 있고 외해 방향으로 갈수록 입도가 세립해진다. 하계에 평균입경은 외해역, 강릉항 내측, 남항진 해빈에서 동계보다 조립하게 나타났으며, 안목 해빈에서는 점차적으로 세립해지는 양상을 나타냈다. 강릉항 완공 전의 연구 결과와 비교할 때, 강릉항 완공 후 평균입경은 안목 해빈에서 세립해졌으나, 남항진 해빈에서 조립해졌다. 2년간의 침 퇴적 양상을 보면, 수심 5-10 m 사이 지역에서는 침식이, 수심 2-5 m 사이 지역에서는 퇴적이 우세하며, 수심이 2 m 보다 얕은 지역에서는 침식과 퇴적이 교호하는 형태로 침식이 다소 우세하게 나타났다. 연구지역의 퇴적물 조직변수와 침 퇴적 분포는 지속적으로 변화하고 있다. 이러한 변화는 계절적인 변동뿐만 아니라 장기변화 추이 양상을 보이고 있고, 강릉항 완공 후 장기변화 추이는 유지되는 것으로 생각된다.
오염된 지역의 연안 퇴적물은 PCB 등 소수성 오염 물질을 흡착하고 있으며, 준설과 같은 환경 정화사업을 할 때, 재부유되어 오염되지 않은 인근 수역으로 이동될 수 있다. 이러한 환경 영향의 평가를 위해 저자는 앞서 침강, 연직확산, 응집에 의해 입자크기 분포가 변화하는 것을 모사할 수 있는 수학적 모델을 개발 제시한 바 있다. 본 연구에서는 이 모델을 이용하여, 연안환경을 실험적으로 재현한 높이 2 m의 settling column으로부터 측정된 입자크기분포 자료를 이용하여 시뮬레이션하며 분석한 결과를 제시하였다. 분석결과, 모델은 퇴적물 입자가 column 내에서 연직이동을 하며 입자 분포가 시간적으로 또 수심별로 변화하는 것을 상당히 잘 예측하는 것으로 나타났으며 재부유된 퇴적물 입자는 연직이동과 함께 응집이 되고 있는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구는 크기가 다양한 오염된 퇴적물이 응집에 의해 입자크기분포가 변화하며 연직 이동되는 매우 복잡한 현상에 대해 유효하게 컴퓨터 모사할 수 있음을 보였다.
하구에서의 흐름은 하천의 담수와 바다에서부터 유입되는 염수, 조석, 파랑 등으로 인해 복잡한 흐름구조와 혼합 양상을 보인다. 특히 만 내에 하천이 있을 경우 만의 해류특성은 하구에서의 혼합과 이송에 지배적인 영향을 미치며, 하천에서부터 방류되는 입자들은 만의 해류특성 따라 만에서의 체류시간과 이송이 결정된다. 잔차류 특성에 의한 순 물질 플럭스의 방향과 조석비대칭에 따른 하구에서의 퇴적 형태들이 결정되며, 이로 인해 하구에서의 퇴적물 퇴적 및 물질의 집적 위치, 하구 인근과 만에서의 환경변화에 영향을 줄 수 있다. 따라서 만 내에서의 혼합과 입자의 이송확산, 하천 담수의 영향역 등과 같은 만과 하천의 흐름 특성을 이해하는 것은 연안 및 하구의 환경 및 관리에 중요하다. 본 연구에서는 영일만과 형산강을 대상으로 계절변화에 따른 영일만 내 흐름과 형산강 하구에서의 퇴적양상에 대해 수치모의를 통해 수행하였다. 수치모델로는 천수방정식으로 준 3차원 유동해석을 하는 Delft-3D Flow와 파랑모형인 SWAN 모델을 결합하여 형산강 하구와 영일만의 유동을 해석하였다. 상류개방경계는 형산강하구 9 km, 하류개방경계는 영일만 외해 50 km로 설정하였고, 경계조건은 대상지역의 관측소 자료와 전지구 모형자료를 결합하여 구성하였다. 또한, 라그랑쥬 입자추적모델을 통해 형산강 상류에서 유입한 입자들의 영일만 내 체류 시간과 집적 위치를 평가하였다.
퇴적층의 두께와 형성 기간을 분석하는 것은 퇴적분지의 발달사를 이해하기 위한 분지 해석과 모델링 연구에서 중요하다. 분지 발달 과정에서 퇴적층은 깊이가 증가함에 따라 다짐 작용에 의해 두께가 감소하고, 이 두께 변화는 깊이에 따른 공극률 변화 경향(다짐 작용 경향)을 통해 계산이 가능하다. 이 연구에서는 대표적인 퇴적암상인 사암, 셰일, 탄산염암의 깊이에 따른 공극률 변화 자료를 기반으로, 암상에 따른 다짐 작용 경향의 범위를 지수 함수를 이용하여 정량화하였다. 그리고 다짐 작용이 퇴적층의 공극률과 두께 변화에 미치는 영향을 수치해석적 방법을 이용해 평가하였다. 사암은 초기 공극률의 범위가 좁고 깊이 증가에 따른 공극률 감소 경향이 비교적 일정하여, 다짐 작용에 의한 층두께의 변화 범위가 작다. 셰일은 약 2,000 m 깊이까지 공극률이 빠르게 감소한 후, 급격히 낮아진 감소율을 보이며 이는 퇴적층의 두께 변화에도 반영된다. 탄산염암은 초기 공극률의 범위가 넓고, 깊이 증가에 따른 공극률 감소 양상의 차이가 커서, 결과적으로 다짐 작용에 의해 감소한 퇴적층 두께 차이의 범위도 크게 나타난다. 이 수치 해석적 다짐 작용 연구의 정량적 분석 결과에서 나타난 각 암상들의 다짐 작용에 따른 공극률과 층두께 감소의 특징들은 퇴적분지의 생성과 발달 과정을 이해하기 위해 필요한 퇴적층 두께 복원과 침강사 그리고 지열 작용 분석에 영향을 끼치며, 이는 다짐 작용 경향이 분지 모델링 연구에서 중요한 요소이며 적절한 적용이 필요함을 보여준다.
퇴적물에 오염된 중금속의 지화학적 특성을 규명하고자, 연속추출방법을 이용하여 구성광물 과의 지구화학적 수반관계와 산성화에 따른 중금속 용출특성을 연구하였다. 용출실험과 연속추출 실험을 종합한 연구결과, 서울시 도로변의 하수퇴적물이 산성비와 같은 요인에 의해 pH 5.0정도의 약산성환경과 접촉하였을 때 중금속의 상대적인 용출특성은 Zn>>Cd$\geq$Co>Ni>Cu$\geq$Pb>Cr이며, 원소별 용출량은 Zn 40-90%, Cd 10-30%, Co 15-25%, Ni 5-25%, Cu 0-20%, Pb 0% 및 Cr 0% 이었다. 하수퇴적물에 오염된 Zn, Cd, Cu 및 Ni의 용출은 매우 우려할 만한 수준이며, 수계의 물리화학적 변화(pH 등)에 따라 이들 원소의 일부분이 용해되어 지표수 및 강물을 오염시킬 것으로 예상된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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