전산 모델을 이용한 인천 해양 환경관리 방안에 관한 연구

Abstract

Coastal area near Incheon, which is located in the estuary where the Han river and the Limjin river discharge, receives pollutants from Incheon, Seoul and Kyungkido. It is expected that pollution sources would increase due to developments in metropolitan area and coastal area. Recently, solid wastes such as paper and plastics have caused damages in nursery grounds for fishes and habitats for near shore organisms. This thesis presents the pathline of solid wastes for each tide (high, mean, low) and pollution contribution for each pollution source, using simulation results of the AQUASEA model, and ultimately proposes effective management of Incheon coastal environment. A finite element mesh was constructed and refined to cover the complicated geometry of Incheon coast. The time variable changes of tidal height at 13 places of Incheon harbor inlet and flow of the Han river were given as an input condition to the tidal simulation. Load of all pollution sources that discharge into Incheon coast was given as an input data of the water quality (COD) simulation. Simulation results showed reasonable agreements with real situations in both tidal flow and water quality. The pathline of wastes through retention ponds of Incheon City and fishery wastes was similar for each tide. But wastes from the Han river and shipping wastes showed different pathline for each tide. Because of flood and ebb currents, the solid wastes stagnated in areas near Seokmodo and Yeomhwa waterway, below Youngjongdo, and above Jawalldo. Therefore, if monitoring sites are chosen at these areas, they could be used to clean coastal areas. Pollution contribution analysis showed that the pollution source from the Han river affected water quality of Incheon coast from Yeomhwa waterway to northern area of Younghungdo. The pollutants from Incheon City affected water quality from the area below Youngjongdo to the area above Jawalldo. The effect of Sihwa lake was from the area near Sihwa lake to Incheon harbor, and pollutants from Kyungkido affected the area near Oido. Using these results, appropriate water quality managements can be proposed when load of pollutants or water quality of coastal areas changes. ; 한강과 임진강이 서해로 유입되는 하구에 위치한 인천 연안은 서울, 경기, 인천의 육상오염물질의 최종 종착지로서, 수도권 개발에 의한 오염원의 증가뿐만 아니라 매립, 항만건설 등과 같은 해안개발사업으로 인한 해양 오염원의 증가도 예상되고 있다. 또한, 최근에는 종이나 플라스틱 류 등의 해양 쓰레기 문제까지 야기되고 있어, 미관상의 문제뿐만 아니라 어류의 산란장 및 기타 생물의 서식처를 훼손하는 등 어업권에 피해를 주고 있다. 그러나, 유입오염원이 일정한 행정구역 내에서만 국한되는 것이 아니라, 행정구역의 경계를 초월하여 발생하기 때문에 연안의 수질 개선을 위해서는 광역적인 대처가 요구된다. 따라서, 인천연안으로 유입하는 오염원을 조사하여 연안 오염에 미치는 영향정도를 지역별, 오염원별로 분석하고 이에 따른 적절한 해양환경관리 계획을 수립하여야 한다. 본 논문에서는 전산 모델을 사용하여 인천 연안의 수리현상과 수질현황을 재현하고 이를 이용하여 인천연안으로 유입되는 각 오염원별 기여도를 분석하고 현재 해역기준등급을 만족하기 위한 오염원 감량수준을 알아보고자 하였다. 또한, 최근 문제가 되고 있는 해양 쓰레기의 이동경로를 조기별로 시뮬레이션하여 그 이동경로를 알아보고 쓰레기 관리와 포집을 위한 모니터링 장소를 제시하고자 하였다. 연구 대상 해역은 인천 연안의 I, II, III 등급별 해역을 모두 포함하고 시화호 방류수에 의한 영향까지 고려하기 위하여 남서쪽으로 덕적도 부근까지 남동쪽으로 영흥도 하단 부근까지로 설정하였고 본 연안에 적용하기 적합하다고 판단된 AQUASEA 모델을 이용하여 유한요소 격자망을 구성하였다. 한강 하구의 평수기 유량과 인천항 부근의 13개 조위관측소의 조위변화값을 이용하여 수리모델을 적용하였고 연안으로 유입되는 모든 오염원을 고려하여 수질항목 COD에 대한 수질모델을 적용하였다. 수리와 수질 모델의 보정 및 검증을 실시하여 Chzy coefficient, 혼합 깊이(Mixing depth), 확산계수(Longitudinal dispersion), 사멸계수(Decay) 등의 계수값을 결정하고 적절함을 확인하였다. 조기별로 해양 쓰레기의 이동경로를 시뮬레이션한 결과, 유수지를 통해 유입되는 인천광역시 쓰레기들과 어업관계 쓰레기들은 비교적 유사한 이동경로를 나타내었고 한강하구를 통해 유입되는 쓰레기와 선박쓰레기는 조기별로 다른 이동경로를 나타내었다. 조석현상에 따른 창·낙조류의 영향으로 외해로 밀려나가는 쓰레기가 다시 연안으로 되돌아오기 때문에 일부해역에서 정체현상을 보인다. 대조기의 경우에는 조위차가 상대적으로 크기 때문에 비교적 넓은 해역에서 정체현상을 나타내고 소조기의 경우에는 조위차가 작기 때문에 좁은 해역에서 정체현상을 나타낸다. 이러한 현상이 두드러지게 나타나는 해역은 석모도 근해, 염하수로 근해, 영종도 아래 해역, 자월도 위 해역으로 이 해역에 모니터링 지점을 설치한다면 쓰레기 관리 및 포집 등과 같은 연안정화사업에 이용할 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 이 결과를 이용하여 선박사고로 인한 기름유출시 그 이동경로를 미리 예측할 수 있으리라 기대된다. 인천 연안으로 유입되는 오염원들을 1) 한강 2) 인천광역시 3) 경기도 4) 시화호 오염원으로 구분하여 각 오염기여도를 분석해 본 결과, 한강 오염원이 유입부하량 비율(59%)도 가장 클 뿐만 아니라, 공간적으로도 영흥도 북방해역까지 가장 넓은 해역의 수질에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 인천광역시 오염원은 영종도 아래 해역에서 자월도 위 해역까지 연안 수질에 전반적인 영향을 나타내었고 경기도 오염원은 큰가리섬 서북 방향의 상대적으로 좁은 해역에서만 그 영향이 나타났다. 시화호 오염원은 시화호 근해뿐만 아니라 오이도 북방과 인천항 내에까지 그 영향이 나타났다. 따라서, 연안의 수질을 향상시키기 위해서는 한강 하구의 수질 개선과 인천제철 유수지, 학익 배수구, 해양시설 등의 인천광역시 오염원 및 시화호 방류수질의 관리가 필수적이라고 판단된다. 오염 기여도 결과를 이용하여 부하량이나 연안수질 변동시 적절한 대책 마련뿐만 아니라 해역기준등급을 만족시킬 수 있는 수질관리방안을 제시할 수 있으리라 사료된다.