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해양모델을 이용한 조기별 항내 희석률 변화에 관한 연구

Title
해양모델을 이용한 조기별 항내 희석률 변화에 관한 연구
Authors
박정은
Issue Date
2001
Department/Major
과학기술대학원 환경학과
Publisher
이화여자대학교 과학기술대학원
Degree
Master
Abstract
The southwestern coasts of Korean peninsula have very long and complicated coastlines with over three thousands of small islands. Due to these physical and geographical conditions, there are numerous enclosed or semi-enclosed coastal seas which keeps in the sea very calm. These enclosed seas are highly productive, providing for breeding, spawning, and nursery habitats for many fish and shellfish species. However, they are also very vulnerable to contamination due to the poor exchange of sea water with the open sea. In addition, pollutant discharge into coastal waters has been increasing due to industrialization, urbanization and establishment of industrial complexes in the coastal region. Therefore, in the enclosed coastal seas water quality has been deteriorating, which causes severe environmental damages to marine ecosystem. This thesis presents a method to predict self-purification ability for each tide(neap tide, spring tide) in terms of flushing rate, which was computed on the basis of concentration changes predicted by the RMA-2/RMA-4 hydrodynamic and transport models which include advection, dispersion and biological decay processes. Simulations were performed discriminating physical process and biological one to find out which more important mechanism is. This methods were applied to Mokpo embayment, which has typical geomorphic characteristics of an enclosed coastal sea and poor condition of water quality. This thesis also estimated the effects of Youngsan River estuary weir, on the water quality. A finite element mesh for study area was constructed into 3137 nodes and 974 elements. Using proper parameters, calibration and verification results in hydrodynamic model showed reasonable agreements with the real conditions at both neap tide and spring tide. And decay coefficient was determined by water quality model calibration. The water quality was simulated for 96 hours and the flushing rate was computed for neap and spring tide to find out the effect of physical process for purification of water quality. The results indicated little difference of flushing rate in Youngsan waterway for each tide, showing stagnance and poor ability of self-purification due to geomorphic closure. On the other hands, the region near Mokpogu has the best flushing rate because of strong tidal velocity. Also, the effect of biological decay was very small to water quality improvement. Consequently, it is physical tide process that affects water quality purification for enclosed embayment. Futher, the effect of pollutants through Youngsan waterway was simulated. 6mg/L, present water quality, increase 2mg/L concentration and 8mg/L affects 3mg/L increase in water quality. These simulation results suggested that water quality management should be determined differently according to ability of self-purification for improvement of coastal water pollution. And it is needed to improve water quality in Youngsan Lake as well as coastal area to make coastal water quality better. Flushing rate can be utilized to predict the ability of self-purification for enclosed or semi-enclosed sea, improve the problems of coastal water pollution, and help effective coastal water quality management established.;연안은 국토개발의 중심지역이며 해양개발의 거점지역으로써 환경생태적으로 매우 중요한 기능을 갖고 있어 보전과 개발의 조화가 매우 필요한 지역이다. 그러나 계속되는 해안개발사업으로 인한 해양오염원이 증가하여 항내수질은 극도로 악화되고 결국 해양생태계에 악영향을 미치고 있다. 특히 폐쇄성 연안해역은 잔잔한 해양의 물리적 상태와 지형적 특성 때문에 유입된 부하량이 쉽게 빠져나가지 못하여 수질악화의 위험성이 매우 높다. 따라서 폐쇄성 해역에 대한 시급한 수질관리방안이 요구되며 이를 위해서는 해역의 자정능력을 정량적으로 예측·파악하는 것이 필요하다. 이러한 폐쇄성 해역의 경우 가장 주요하게 작용하는 자정기작은 조석(潮汐)에 의한 희석작용이며 해수교환율(sea water exchange ratio)이나 희석률(flushing rate)을 이용하여 해역의 자정능력을 정량적으로 나타낼 수 있다. 본 논문에서는 기존의 해양모델을 이용하여 폐쇄성 해역에서의 대조기·소조기에 따라 희석률을 산정하고, 정체수역을 파악하여 조기에 따른 해역수질의 영향을 분석하였다. 또한 생물학적 분해에 의한 오염물질 제거효과를 정량적으로 파악하고, 정체해역으로 방류되는 담수의 수질에 따른 해양수질을 예측하고 현 해양수질을 유지하기 위한 주요 오염원의 적정 방류수질을 예측해보고자 하였다. 연구대상해역은 항내 지형과 해안선이 복잡하고 전형적인 폐쇄성 해역의 특징을 가지고 있는 해역수질 II-III등급의 목포항과 그 주변해역의 영산, 해남, 화원수로를 포함하고 서쪽으로는 외달도까지, 북쪽으로는 압해도와 무안반도를 연결하는 선을 상단경계로 설정하였으며 시공간적으로 자세한 예측결과를 얻을 수 있는 RMA-2/RMA-4 모델을 이용하여 유한요소격자망을 구성하였다. 목포항의 조위변화값과 영산강하구언 및 영암-금호 방조제의 방류량을 수리모형에 적용하였으며, 조류속과 단면적에 기초하여 조량을 입력하였다. 수리모델의 보정 및 검증을 실시하여 입력변수값을 결정하고 적절함을 확인하였다. 해양수질을 대표할 수 있는 수질항목인 COD에 대해 대상해역의 수질측정치에 기초하여 외해수와 내해수에 해역수질등급 I과 III에 해당하는 1mg/L와 4mg/L를 적용하여 농도변화를 시뮬레이션하였다. 조기별로 해양수질변화를 예측한 결과 소조기와 대조기의 경우 조석과 조속이 강한 대조기에 초기 감소률은 높았으나 유사한 평형농도에 도달함을 보였다. 그러나 지형적 위치에 따른 결과를 살펴보면 목포구 인근해역은 강한 조류속으로 인하여 조기별 농도의 변화가 크게 차이를 보였으나 영산수로의 경우 조기별 수질의 변화가 거의 없음을 볼 수 있었으며 이는 영산강 하구언에 의한 조류속 감소와 지형적 폐쇄성에 의한 것으로 판단된다. 따라서 해양의 물리적 현상에 의한 자정능력은 타 지점에 비해 현저히 저하되므로 수질악화의 위험성이 높아 이에 따른 수질관리방안이 시급히 요구된다. 그에 비해 목포구 인근에서 발생되는 오염원은 조기에 따라 해양수질에 미치는 영향에 차이가 나므로 조기에 따른 처리방류방안을 채택하는 것이 효과적인 수질관리방안을 위해 필요하다고 사료된다. 목포해역으로 유입되는 대부분의 오염원들은 자정능력이 가장 낮은 것으로 나타난 영산수로에 집중되어 있다. 그 중에서도 영산강 하구언에서 유입되는 부하량의 기여도가 가장 크므로 하구언 방류수질에 따른 주변해역 수질에 대한 영향을 살펴보았다. 현 방류수질인 COD 6mg/L일 경우와 이보다 악화된 COD 8mg/L일 경우에 대해 시뮬레이션 한 결과 현 방류수질에서는 영산수로의 수질이 약 2mg/L 정도 상승하는 경향을 보였으며, 악화된 수질로 방류하였을 경우 약 3mg/L 정도 상승하였다. 희석률을 산정함으로써 폐쇄해역의 자정능력을 예측하는데 활용될 수 있으며, 해역수질오염의 문제점을 개선하고 체계적인 연안관리정책수립과 연안통합관리계획을 수립하여 연안의 이용효율을 극대화하고 연안환경보전 및 자원의 지속가능한 이용기반을 마련하는데 유용할 것으로 사료된다.
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일반대학원 > 환경공학과 > Theses_Master
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