조력발전소 가동에 따른 시화 해역의 해수특성 변화에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

시화조력발전소 가동에 따른 시화방조제 내측의 해수특성과 수질의 변화를 파악하기 위하여 조간대 처리가 가능하고 밀도류와 조력발전 운영상황을 재현할 수 있도록 개선된 3차원 EFDC 모델을 이용하였다. 시화호로 유입되는 담수유입량과 오염부하량은 별도의 유역모델로 산정한 결과를 이용하였고, 바람에 의한 해표면의 순환과 해양-대기 열교환을 모델에 반영하였다. 모델의 신뢰도를 확보하기 위하여 조석, 조류, 수온, 염분 및 수질에 대한 보정과 검증을 수행하였다.
시화호는 반폐쇄 만의 형태를 가지고 있는 관계로 다른 계절에 비해 상대적으로 환경변화가 큰 여름철에 대한 결과를 주로 분석하였다. 분석 결과, 하천을 통해 유입되는 담수의 영향으로 인해 시화방조제 내측의 밀도변화는 수온보다는 염분의 영향을 더 많이 받는 것으로 나타났다. 조력발전소 가동 전에 호 내측에서는 외해에 비해 상대적으로 고온, 저염의 해수특성을 보이는 반면에 조력발전소 가동 후에는 호 내측의 수온이 소폭 낮아지고 염분이 증가하는 경향을 보인다. 조력발전소 가동 시 해수의 유입․유출이 활발해짐에 따라 해수와 혼합효과로 인해 시화호의 밀도는 증가하고 성층은 약화되는 것으로 나타났다.
수질모델을 이용하여 COD와 TP의 변화를 실험한 결과, 현황의 경우 5월부터 8월까지 시화호의 평균 수질농도는 해수유통이 활발한 갑문 부근에서는 저농도인 반면 상류로 갈수록 고농도의 분포를 나타내며 시화방조제 외해측 하수처리수 방류지점에서 고농도의 평균 수질분포를 나타냈다. 시화방조제 내측의 용존산소는 표층에서 균질한 분포를 보이지만 상류의 저층에서는 2mg/l 이하의 빈산소층이 넓게 분포한다. 조력발전소가 가동될 경우 시화호 중앙과 하류의 수질은 전반적으로 개선되지만 상류 수로에서는 개선효과가 크지 않은 것으로 나타났다. 이는 상류의 수로에서 낙조시(배수시) 수용적의 감소와 저질용출의 증가로 인해 단위부피당 외부부하의 영향이 상대적으로 증가하기 때문이다.
광범위한 해역에서 발생하는 복잡한 해수유동과 생지화학적인 반응을 모델로 모두 재현하기에는 한계를 가지고 있지만, 모델의 검증결과가 관측자료와 비교할 때 연구해역의 장기적인 변동을 잘 재현하고 있으므로 시화호의 환경변화 예측에 이 모델이 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
추후 조력발전소 가동중인 상황에 대한 해수유동과 수질의 관측결과가 확보되면 본 연구에서 예측한 결과와 비교를 통해 모델의 정확도를 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구해역의 해황 1
• 1.2 연구 목적 2
• 1.3 연구 범위 2
• 1.3.1 지리적 범위 2
• 1.3.2 내용적 범위 3
• 제2장 조력발전소 가동에 따른 해수유동 및 해수특성 변화 5
• 2.1 서론 5
• 2.2 사용 모델 5
• 2.2.1 모델 개요 5
• 2.2.2 유동방정식 6
• 2.3 연구 방법 15
• 2.3.1 자료 15
• 2.3.2 모델 수립 29
• 2.3.3 경계 조건 31
• 2.3.4 실험 조건 33
• 2.4 모델 보정 및 검증 36
• 2.4.1 조석 보정 및 검증 36
• 2.4.2 조류 보정 및 검증 39
• 2.4.3 수온, 염분 보정 및 검증 53
• 2.5 연구 결과 56
• 2.5.1 조력발전소 비가동상황 56
• 2.5.2 조력발전소 가동상황 57
• 2.5.3 조력발전소 가동으로 인한 해수특성 변화 64
• 2.6 요약 및 토의 78
• 제3장 조력발전소 가동에 따른 해역수질 변화 79
• 3.1 서론 79
• 3.2 사용 모델 80
• 3.2.1 모델 개요 80
• 3.2.2 수질 변수 82
• 3.3 연구 방법 86
• 3.3.1 수질 자료 86
• 3.3.2 모델 수립 99
• 3.3.3 수질모델 보정 및 검증 106
• 3.4 연구 결과 120
• 3.4.1 공간적 수질변화 120
• 3.4.2 정점별 수질변화 128
• 3.5 요약 및 토의 132
• 제4장 결론 134
• 참고 문헌 136