Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety Research Paper Vol. 19, No. 6, pp. 582-596, December 31, 2013, ISSN 1229-3431(Print) / ISSN 2287-3341(Online) http://dx.doi.org/10.7837/kosomes.2013.19.6.582
한국 남서해 다도해역의 조석 ·조류 특성
추효상 김동선
* 전남대학교 해양기술학부, ** 부경대학교 해양산업개발연구소
Tide and Tidal Currents Around the Archipelago on the Southwestern Waters of the South Sea, Korea
Hyo-Sang Choo Dong-Sun Kim
* Faculty of Marine Technology, Chonnam National University, Dundeok-dong Yeosu-si, Jeollanam-do, 550-749, Korea
** Research Center for Ocean Industrial and Development(RCOID), Pukyong National University, Busan, 608-737, Korea
요 약 : 한국 남서해 다도해역 주변의 조석·조류특성을 파악하기 위해 2차원 수치모델을 이용하여 다도협수로역, 섬과 육지사이 수 로역, 섬 주변 개방해역 주변 4개 해역의 조석·조류 계산 결과를 비교하였다. 조류 최대유속은 다도협수로역에서 31.92 cm/s로 작았고, 섬 주변 개방역에서 87.55 cm로 컸다. 조석잔차류는 협수로가 길고 수로 내 섬이 많은 해역에서 컸다. 조석에너지 분산과 조석진폭의 변동 범위는 다도협수로역(392.6×107erg/s, 99.0 cm)이 가장 크고 섬과 육지사이 수로역(125.7×107erg/s, 11.6 cm), 섬 주변 개방역(23.1×107erg/s, 8.1 cm) 순서로 작았다. 즉 다도해역 내 협수로와 수심의 급격한 변화가 조석에너지 분산에 큰 역할을 하고 있는 것으로 나타났다.
핵심용어 : 남서해, 다도해, 조석, 조류, 잔차류, 조석에너지분산, 수치모델
Abstract : In order to estimate the tide and flow properties around the archipelago, around Dolsan, Choyak, Geogeom and Jindo which located in the southwestern waters of the south sea of Korea, tidal currents, residual flows and tidal energy dissipation were investigated by using 2-dimensional numerical model. The maximum speeds of tidal currents are small around Dolsando(31.92 cm/s) and large around Jindo(87.55 cm/s).
The residual flow is fastest around Choyakdo where many channels and islands as compared with other study areas. The area around Jindo has the highest currents speed, but shows the flat movements. The margins between the maximum and the minimum dispersion rates of tidal energy in the areas are estimated and designate the order of values around Dolsando(392.6×107erg/s), Geogeumdo(125.7×107erg/s) and Jindo(23.1×107erg/s) sequently. These circumstances are same as in the amplitude of M2 constituent. This means that rapid depth changes and narrow channels play an important role in tide and tidal currents energy in archipelago.
Key Words : Southwestern waters, Archipelago, Tide, Tidal current, Residual flow, Tidal energy dissipation, Numerical model experiment
1)1. 서 론
한국의 남해안은 남북, 동서로 뻗은 산맥이 남해에 침강 되고, 바닷물의 영향으로 골짜기가 깊고, 완만한 경사의 해 안 지형을 가진다. 따라서 한국 남해 연안은 조차 및 조간대 발달 정도가 커 리아스식 해안과 다도해로 이루어져 있다.
이러한 다도해 주변 해역은 일반적으로 높낮이가 심한 산지 가 해면 아래로 가라앉은 지형이어서 해저지형 변화가 매우
* First Author : [email protected], 051-659-3113 Corresponding Author : [email protected], 051-629-7071
심한 다양한 지형적 특성과 함께, 조류와 해류가 동시에 존 재하여 연안 각 지역의 해수 유동은 매우 복잡하게 나타나 는 해역이다.
이러한 한국 남해안 중 남서쪽에 위치하는 전남해안은 전 국에서 가장 많은 섬(1,965개, 전국 도서의 약 60 %)과 가장 긴 해안선(6,419 km, 전국 해안선의 약 50 %)을 가진다. 또한 남서해안은 남해안의 동쪽 해안에 비해 수심이 얕고 다양한 수괴들로 인해 풍부한 어종과 양식업이 매우 활발해, 해면 의 61 %가 어장으로 개발되어 연간 971,000톤(전국의 약 30
%)의 수산물을 생산하고 있다.
한국 남서해역은 기원을 달리하는 성질이 서로 다른 해수 가 존재하며, 이러한 해수분포는 계절적으로 큰 변동을 보 인다. 동 해역에 출현하는 수괴로 쿠로시오에서 분리되어 제주도 동쪽으로 유입되는 대마난류수(Lie and Cho, 1997), 제 주도 남쪽 대마난류에서 분지되어 제주도 서쪽을 통해 제주 해협으로 유입되는 제주난류수(Park, 1986; Chang et al., 1995), 겨울철 남해연안에서 형성되어 여름의 계절수온약층 아래 에 분포하는 남해연안수, 황해에서 발생되어 남해에 영향을 미치는 황해저층냉수(Cho and Kim, 1995), 양자강 하구수와의 혼합으로 형성되어 여름철 남해안에 영향을 주는 양자강희 석수(Kim et al., 1991) 등이 있다. 한편, 남서해 연안의 유동 은 조석에 의한 조류가 매우 지배적으로, 동해역 주변~제주 해협은 이러한 수괴들이 계절에 따라 열염전선을 형성하나 (Lee, 1983), 강한 조류로 인한 수직 혼합이 발생하기도 한다 (Lie, 1989).
한국 남서해의 조석, 조류에 관한 연구로는 Kim and Chang(1993), Lee et al.(1995), Choo et al.(2002), Choo(1995;
1998a; 1998b; 2009)가 있으며, Odamaki(1989), Choi et al.(1995), Kwoun(2002), Choo et al.(2007), Hwang et al.(2006), Lee et al.(2007)은 남해 전역 또는 남서해역 내 국지적 해역에서 조 석·조류 관측에 의한 해황 파악과 이들 자료를 바탕으로 수 치모델에 의한 조류현상을 재현하였다.
본 연구는 한국 남서해역 중, 진도, 고금도, 거금수도 및 돌산도의 4개 섬 주변 해역(Fig. 1)의 조석과 조류 현상을 2 차원 수치유동 모델을 이용하여 조위, 조석에너지 등을 정 량 비교, 분석한 후, 다도해역 주변의 조석·조류특성을 파악 하고자 하였다.
Jeollanam-do
0 25 50
KOREA
125 44' 126 18' 126 50' 127 22' 125 55' E
33 52' 34 19' 34 45' N
km
Korea
Jeonlanam-do
(A) (B) (C)
(D)
Fig. 1. A map of the southwestern waters. Quadrilaterals in the map indicate the study areas. A: Jindo, B: Kogumdo, C:
Geogeumsudo, D: Dolsando.
2. 자료 및 방법
2.1 조류계산
반일주조 성분이 우세한 우리나라 남서해안 다도해역 중, 많은 섬과 협수로로 이루어진 다도협수로역인 돌산도~금오 도~개도와 완도주변 조약도~신지도~고금도, 섬과 육지사이 수로역인 고흥~거금도 사이 거금수도 주변, 섬 주변 개방해 역인 진도 주변해역의 해수유동을 재현하였다. 유동의 재현 에는 유한차분법(finite difference method)과 지형효과를 고려 한 수치모델이 사용되었다. 연안 해역의 조류․조석 계산을 위해, 평균해면을 원점으로 한 직교 좌표계로 나타내었다.
계산의 편리를 위해 유체는 점성이고 비압축성이며, 압력은 정수압분포를 하는 것으로 가정하였다. 연직방향 흐름의 시 간적 변화량은 무시하였다. 이러한 가정 하에 수심 적분된 2 차원 조류모델의 운동방정식과 연속방정식은 다음과 같다.
, : 2차원 직교좌표 (:동쪽, :북쪽) , : , 방향의 수심 평균된 유속(m/sec) : 평균해면으로부터의 해면 값(m) : 평균해면 하 수심(m)
: Coriolis parameter(sin , : 각속도, : 위도) : 수평와동점성계수( × cm/sec)
: 중력가속도(9.8 m/sec)
또한, 식(1), (2)의 , 는 해저마찰을 나타내고 있으며, 식(4), (5)와 같이 계산하였다.
여기서 는 해저마찰계수이다. 마찰항 ,
는 분모가 수심이므로 수심이 0에 가까워지면 무한 값으로 커지게 된다. 따라서 수심이 10 cm이하의 경우에는 모두 수
(b)
(c) (d)
DOLSANDO
(a)
Geumodo
GOGUMDO
CHOYAKDO
JINDO
GEOGEUMDO GEOGEUM SUDO
Fig. 2. Study areas and their topographies. Depth in meters.
심 10 cm에서의 마찰계수를 적용하였다. 식(1), (2), (3)을 차 분화하여 계산하였으며, 차분방법은 Dufort-Frankel법을 이용 한 leap-frog scheme를 사용하였다. 첫 step은 backward scheme 으로 계산을 시작하였다.
해양의 조석에서 부분 폐쇄된 해역으로의 조석에너지 흐 름은 원칙적으로 해저마찰에 의해 분산(소실)된다. 본 연구 에서는 대상해역에 대해 식(6)(Taylor, 1919)을 이용해 조석에 너지의 분산(dissipation) 정도를 계산하였다.
× × ×
여기서 는 해저마찰계수 × , 는 각 계산격
자의 표면적, 는 각 계산격자의 단면적, 는 각 계산격자 를 가로지르는 조류진폭의 체적수송량을 나타낸다.
2.2 초기 및 경계조건
해당해역 주변 수심은 국립해양조사원 간행의 해도를 이 용하였으며, 조류계산에서 안정 해를 얻기 위해 반일주조를 기준으로 총 8주기(100시간)에 걸쳐 계산한 뒤 마지막 주기 의 유속과 해면변위를 해로 취하였다. 계산의 시간 간격은 양해법의 CFL(Courant-Friedrichs-Lewy) 수치적 안정도 조건을 충분히 만족하도록 하여 5초의 time step으로 계산하였다. 연 구해역의 외해경계조건은 한반도 조석 조화상수집(KORDI, 1996)으로부터 해당해역 주변의 값을 고려하여 적용하였다.
계산영역에서 바람의 영향, 하천 유입 등의 영향은 고려하
Station
Location M2 S2 K1 O1 Cotidal hour
Hk+Ho Hm+Hs Lat. Long. Amp Phase Amp Phase Amp Phase Amp Phase M2 K1
cm deg. cm deg. cm deg. cm deg. hr hr
Yeous 34o45’N 127o46'E 102 252 47 278 21 178 13 150 8.9 12.4 0.23
Naro do 34o28'N 127o27’E 105 260 48 283 25 187 16 157 9.2 13.0 0.27
Geomun do 34o02'N 127o19'E 92 266 42 291 24 193 18 168 9.4 13.4 0.31
Dong hang 34o21'N 126o53'E 91 282 41 303 26 196 16 170 9.9 13.6 0.32
Soan do 34o09'N 126o38'E 102 296 44 324 27 198 21 177 10.4 13.8 0.33 Table 1. Harmonic constants of tide at the stations in the southwestern waters of Korea
지 않았다. 주변해역의 수심은 국립해양조사원 간행 해도 No. 240, 227, 220, 221A를 각각 참고하였다. Fig. 2에 나타낸 수심도는 입력된 수심자료를 재구성하여 작성한 것이다. 계산에 사용된 격자수는 돌산도~금오도~개도 주변 56×47, 조약도~신지도~고금도 주변 54×43, 거금수도 주변 62×45, 진 도 주변 28×29격자로 구성하였다. 해역의 격자간격은 돌산 도~금오도~개도 주변 각 200 m, 나머지 해역은 각 300 m이다.
3. 결과 및 고찰
Table 1은 한국 남서해역 주변의 조석 조화상수를 나타낸 것 이다. 여수는 조석 형태수(tide form number : ) 가 0.23으로 반일주조가 우세하며, 나로도, 거문도, 동항(장 직로) 및 소안도는 0.27~0.33으로 점차 서쪽으로 갈수록 반일 주조가 우세한 혼합조의 특성을 가지고 있는 것으로 나타났 다. 또 각 분조의 위상도 서쪽으로 갈수록 점차 늦어졌다.
조류계산 결과와 현장 조류측정치의 검증은 지금까지 본 연구진이 소속된 실험실에서 조사한 돌산도~ 금오도~개도 주변의 돌산~금오도(34° 33.8’N, 127° 47.03’E), 금오도~개도 (34° 33.7’N, 127° 42.6’E), 조약도~신지도~고금도 주변의 조약 도~고금도(34° 23.3’N, 126° 52.05’E), 고금도~신지도(34° 21.9’N, 126° 50.10’E), 거금수도 해역의 남쪽 입구(34° 27.0’N, 127°
12.2’E)와 서쪽 입구(34° 30.4’N, 127° 11.0’E), 진도 주변 서쪽 개방경계(34° 19.48’N, 126° 15.49’E)와 동쪽 개방경계(34°
20.8’N, 126° 17.86’E)에서의 조류 측정 자료를 이용하여 비교 하였다. 관측값과 계산값에 약간의 차이는 있었으나, 모델결 과는 전반적으로 현장 값의 재현에 문제가 없는 것으로 나 타났다.
3.1 유속분포 특성 1) 다도협수로역
Fig. 3은 저조, 고조 및 최강창조, 최강낙조시 돌산도~금오 도~개도 주변의 조류 유향과 유속분포를 나타낸 것이다. 저 조시 평균유속은 약 6.0 cm/s이고 최대유속은 유송리와 개도 사이에 나타난다. 고조시 유동세기는 평균 4.7 cm/s로 미약한 흐름형태이나, 유송리와 개도사이에서 다소 큰 유속의 발산 류가 나타난다. 최강창조시는 평균유속이 약 20.4 cm/s이고, 유송리와 개도사이에서 최대유속 약 73.2 cm/s를 보이고 있 으며, 돌산도 남서쪽에 위치하고 있는 금오도와 개도를 비 롯한 많은 섬들 사이의 유속이 다른 지역에 비하여 크게 나 타나는 특징을 나타낸다. 최강낙조시 유향은 최강창조시와 반대이며 평균 유속은 18.7 cm/s의 크기이다. 돌산도~금오도~
개도 주변해역의 유동은 주변에 많은 섬들이 있어 섬 사이 유동의 세기가 다른 해역에 비해 큰 값을 나타냈다. 특히 유 송리~개도에서 발산류 형태의 흐름을 나타내는 것은 주변해 역 수심보다 이 지역이 급격히 깊어지는 협수로 형태이어서 나타나는 현상이라 사료된다.
Fig. 4는 저조, 고조 및 최강창조, 최강낙조시 조약도~신지 도~고금도 주변의 조류 유향과 유속분포를 나타낸 것이다.
저조시는 장평리 남쪽에서 조류가 유입되어 조약도 남쪽으 로 시계방향으로 유출되는 큰 흐름이 나타난다. 또 조약도 북쪽은 동쪽과 서쪽에서 유입되어 옹암리 북쪽으로 흐르는 흐름과 고금도 북쪽에서 소도를 중심으로 동쪽과 서쪽으로 양분되는 흐름이 나타나는 복잡한 양상을 보인다. 저조시의 평균유속의 세기는 약 8.4 cm/s였다. 고조시 유동은 저조와 반대양상이나, 저조시 보였던 소도와 마량리에서의 서로 반 대방향 흐름은 나타나지 않았다. 최강창조시 흐름은 조약도
(a) (b)
(c) (d)
Fig. 3. Tidal currents at low water(a), high water(b), flood water(c) and ebb water(d) around Dolsando.
북쪽동쪽경계역에서 고금도 고성리쪽으로 흐름이 진행되고, 일부는 죽동과 정동리의 좁은 수로를 빠져나가는 남향류가 조약도의 독암리에서 유입되는 흐름과 합류하여 고금도 서 남쪽으로 흘렀다. 육지와 인접한 지역의 유속은 약하지만 섬 사이 협수로에서는 유속이 강했다. 평균유속은 약 14.6 cm/s였다. 최강낙조시는 고금도 서남쪽에서 유입한 흐름 중 일부가 조약도 독암리쪽으로 북향하며, 다른 일부는 덕동리 와 정동리 사이 수로에서 북향하여 고성리 앞바다에서 유입 되는 흐름과 합류하여 해동리와 기목리 사이 동쪽경계역으 로 유출되었다. 최강창조시 평균유속은 약 16.8 cm/s였다.
2) 섬과 육지사이 수로역
Fig. 5는 저조, 고조 및 최강창조, 최강낙조시 고흥~거금도 사이 거금수도 주변의 조류 유향과 유속분포를 나타낸 것이 다. 저조시 소록도와 지죽도가 9°의 지각차이로 소록도에서 지죽도로의 흐름을 나타낸다. 평균유속은 8.5 cm/s, 최대유속 은 가하리 앞바다에서 23.7 cm/s의 유속분포였다. 고조시 유 동은 최강창조시와 같은 흐름의 형태이나, 소록도~거금도 사이는 최강창조시에 비해 흐름이 아주 미약하다. 이것은 소록도~거금도의 수로가 좁고, 다른 곳에 비하여 수심이 상 대적으로 깊기 때문에 나타나는 현상으로 생각된다. 최강창 조시 조류는 수심이 복잡한 가화리 앞바다에서 최대유속 약
(a) (b)
(c) (d)
GOGUMDO
GOGUMDO
GOGUMDO
GOGUMDO
Fig. 4. Tidal currents at low water(a), high water(b), flood water(c) and ebb water(d) aroundChoyakdo.
38 cm/s인 반면, 거금도 북쪽지역은 상대적으로 약한 유속을 나타낸다. 평균 유속은 15.1 cm/s였다. 최강낙조시는 최강창 조시와 같이 가화도 앞바다에서 거금수도 남쪽입구인 지죽 도 앞바다의 유속이 다른 해역보다 크고, 남쪽방향 흐름이 나타난다. 최대유속은 가화리 앞바다에서 38.2 cm/s, 평균유 속은 15.2 cm/s의 세기였다.
3) 섬 주변 개방해역
Fig. 6은 남쪽 개방 경계역을 기준으로 했을 때의 저조, 고조 및 최강창조, 최강낙조시 진도 주변의 조류 유향과 유
속분포를 나타낸 것이다. 저조시 굴포리 앞바다와 송군리에 서 동남쪽 경계역으로 흐르는 형태를 나타냈다. 연안에서 남쪽 개방경계로 갈수록 유속이 커졌으며, 평균유속은 약 15.5 cm/s였다. 고조시는 저조시 유동과는 반대방향이고, 유 동의 크기는 저조와 비슷했다. 평균유속은 약 16 cm/s였다.
최강창조시 평균유속은 40.1 cm/s로 동쪽에서 서쪽으로 흐 르는 형태였다. 최강 낙조시는 최강창조시와 반대방향의 평 균유속 40.9 cm/s였다. 진도 주변의 해수유동은 다도협수로 역이나 섬과 육지사이 수로역보다 유동의 크기가 크고 단조 로운 유동형태를 나타냈다.
(a) (b)
(c) (d)
Fig. 5. Tidal currents at low water(a), high water(b), flood water(c) and ebb water(d) around Geogeumsudo.
3.2 조위분포 특성 1) 다도협수로역
돌산도~금오도~개도 주변해역의 M2조의 등조차선(co-amplitude line)과 등조시선(co-phase line)을 Fig. 7(a)와 (b)에 나타냈다.
조차는 유송리와 개도사이에서 54 cm, 돌산도와 금오도 사이 에서 153 cm의 값을 나타내었다. 조시는 해역의 동쪽이 서쪽 에 비해 조석파가 빠르게 진행되고, 특히 유송리와 개도사 이에서 조시가 급격하게 빨라지는데, 이는 지형과 수심의 변화에 따른 것으로 판단된다.
조약도~신지도~고금도 주변해역의 M2조의 등조차선 (co-amplitude line)과 등조시선(co-phase line)을 Fig. 7(c)와 (d)에
나타냈다. 조차는 고금도와 조약도 남쪽에서 93~98cm의 등 조차선이 분포한다. 조약도와 고금도 북쪽의 조차는 동쪽경 계에서 95 cm, 서쪽경계에서 121 cm로 고금도와 조약도의 남 쪽보다 조차가 컸다. 조시를 보면 동쪽경계에서 , 서쪽 과 남쪽경계에서는 각각 , 로, 동쪽경계에서 서쪽과 남쪽경계까지 조석파는 약 2시간 30분 이상의 빠르기로 진 행되고 있음을 알 수 있다.
2) 섬과 육지사이 수로역
고흥~거금도의 거금수도 주변 M2조의 등조차선과 등조시 선을 Fig. 8(a)와 (b)에 나타냈다. 조차는 거금수도 남쪽 경계
(a) (b)
(c) (d)
JINDO JINDO
JINDO JINDO
Fig. 6. Tidal currents at low water(a), high water(b), flood water(c) and ebb water(d) around Jindo.
의 오천리와 지죽도에서 약 106 cm, 소록도 부근 서쪽 경계 에서 약 116 cm로, 거금수도 남쪽 경계에서 서쪽 경계로 갈 수록 조차가 점차 증가하였다. 조시는 거금수도의 남쪽 경계 를 기준으로, 남쪽 경계부근 지죽도 , 서쪽 경계 소록도 에서 로, 거금수도 남쪽 입구에서 소록도 부근 서쪽입 구까지 조석파의 진행은 약 20분 정도의 차이로 진행하였다.
3) 섬 주변 개방해역
진도 주변 M2조의 등조차선과 등조시선을 Fig. 8(c)와 (d) 에 나타냈다. 조차는 동쪽 개방경계에서 약 103 cm, 서쪽 개 방경계인 굴포리 앞바다에서 약 108 cm로, 동쪽에서 서쪽으 로 갈수록 큰 값을 나타낸다. 조시는 진도 동쪽경계에서 약
, 서쪽경계인 굴포리 앞바다에서 약 로 동쪽에서 서쪽으로 조석파가 진행하고 있음을 나타냈다.
3.3 조석잔차류 특성 및 조석에너지
연안역의 잔차류(residual flow)는 바람, 담수 및 외해로부 터의 흐름과 조류의 비선형성에서 발생한다. 그러나 협수로 와 같은 해역의 잔차류는 외해의 흐름에 직접 영향을 받지 않기 때문에 바람에 의한 흐름(wind-driven current), 밀도구 배에 의한 흐름(density-driven current) 및 조석의 영향(tidal induced residual current)에 기인된다. 바람이나 밀도의 영향은 계절적, 지역적으로 일정하지 않고 변동하므로 잔차류는 변 화할 것이다. 그러나 조석잔차류(tidal induced residual current)
(a) (b)
(c) (d)
GOGUMDO GOGUMDO
Fig. 7. Amplitude(a), phase(b) of M2 constituent around Dolsando and amplitude(c), phase(d) of M2 constituent around Choyakdo.
는 해안지형(boundary geometry)과 해저지형(bottom topography) 에 기인하므로 연안역의 장기적인 물질수송에 중요한 역할 을 한다(Yanagi, 1980). 한편, 해저마찰로 인해 흐르는 수주의 단위면적당 일률로 나타나는 조석에너지 분산정도는 해협 이나 수로와 같이 제한된 해역에서 크게 나타난다. 즉, 강한 조류가 존재하는 수로에서의 단위면적당 조석에너지 손실 은 다른 해역에 비하여 크다.
1) 다도협수로역
Fig. 9(a)와 (b)는 돌산도~금오도~개도 M2조의 조석잔차류 분포와 조석에너지 분산결과를 나타낸 것이다. 유송리와 개 도 사이에서 조석잔차류는 최대 37.5 cm/s의 크기를 가진 발산
류를 나타냈다. 잔차류의 평균유속은 약 1.5 cm/s였다. 전 해역 에서 계산된 조석에너지분산 정도는 18.1~410.7×로 최소와 최대값의 차이가 391.9×로 매우 큰 값을 나 타냈다. 조석에너지 분산이 큰 해역은 섬 사이 해수의 수렴 으로 인해 조석 진폭이 크며, 주변 섬들로 인한 해저마찰로 단위면적당 일률이 커졌기 때문이다. 그러나 협수로 바깥 개방해역이나 조류가 강하지 않고 지형이 완만한 곳의 조석 에너지 분산정도는 작게 나타났다.
Fig. 9(c)와 (d)는 조약도~신지도~고금도 주변해역의 M2조 의 조석잔차류 분포와 조석에너지 분산결과를 나타낸 것이 다. 고금도와 조약도 남쪽의 조석잔차류는 고금도 남서쪽에 서 조약도의 독암리 방향의 시계방향 환류가 형성되었으며,
(a) (b)
(c) (d)
JINDO JINDO
Fig. 8. Amplitude(a), phase(b) of M2 constituent around Geogeumdo and amplitude(c), phase(d) of M2 constituent around Jindo.
최대유속은 고금도 남서쪽에서 7.4 cm/s였다. 고금도와 조약 도 북쪽은 고금도 북쪽의 동류와 덕동리~정동리 수로에서 북류하는 흐름, 조약도 북쪽의 동쪽방향 흐름이 나타났다.
조석잔차류 평균값은 1.3 cm/s였다. 조약도 북쪽과 고금도와 조약도 남쪽의 조석에너지 분산정도는 210~240×이 나, 고금도 북쪽에서 460×으로 크게 나타났다. 이 는 마량리, 소도, 고성리 주변 지형이 수로형태를 취해 해저 마찰에 의해 발생하는 조석에너지 분산이 다른 해역에 비하 여 크게 작용한 결과로 판단된다.
2) 섬과 육지사이 수로역
Fig. 10(a)와 (b)는 고흥~거금도 거금수도 주변 M2조의 조
석잔차류 분포와 조석에너지 분산결과를 나타낸 것이다. 조 석잔차류는 지형의 요철이 있거나 섬이 있는 해역 주위에서 시계 혹은 반시계방향으로 회전하는 흐름이 발생한다(Tee, 1976). 그림에서 수로 동쪽 가화리 앞바다에 시계방향 와류 가, 거금도 북쪽 앞바다는 반시계방향의 와류가 존재하였다.
조석잔차류의 최대유속은 남쪽경계 부근인 지죽도와 오천리 사이에서 약 4.5 cm/s였으며, 평균유속은 약 0.7 cm/s였다. 조 석에너지분산은 남쪽경계에서 310×정도이고, 해역 이 상대적으로 제한되어 수심 변화가 많은 서쪽경계의 소록 도 부근에서 435.0×로 컸다. 거금수도 내 수로해역 은 수심 변화가 큰 곳이어서 조석에너지 분산정도가 컸다.
(a) (b)
(c) (d)
GOGUMDO GOGUMDO
Fig. 9. M2 Tidal induced residual currents(a), distributions of M2 tidal energy dissipation due to bottom friction(b) around Dolsando and M2 tidal induced residual currents(c), distributions of M2 tidal energy dissipation due to bottom friction(d) around Choyakdo.
3) 섬 주변 개방해역
Fig. 10(c)와 (d)는 진도 주변 M2조의 조석잔차류 분포와 조 석에너지 분산결과를 나타낸 것이다. 완만하고 복잡하지 않 은 해저 및 해안지형 효과로 인해, 이 해역의 조석잔차류는 평균유속 0.9cm/s로 매우 작았다. 조석에너지 분산 결과는 동 쪽경계 송군리 앞바다 120×, 굴포리 남쪽바다에서 145×였다. 진도 주변 개방해역의 조석에너지 분산 정도는 수로나 섬이 많은 해역에 비해 작았다. 이는 조류는 강하지만 수심이 완만하고 영역이 폐쇄적이지 않은 곳은 해 저마찰에 의한 조석에너지 분산이 작음을 의미한다.
Table 2에 한국 남서해 4개 해역에 대한 조류, 조석진폭, 조석에너지 분산크기를 나타냈다. 조시에 따른 조류 최대유 속은 다도협수로역인 돌산도 주변에서 10.9~32.2 cm/s로 작았 고, 섬 주변 개방역인 진도주변에서 32.7~88.6 cm/s로 가장 컸 다. 조석에너지 분산의 최대값은 섬 주변 개방해역을 제외 한 3개 해역이 411~435×로 유사했으나, 최소값에서 큰 차이를 보였다. 즉 분산의 범위(최대치-최소치)는 다도협 수로역이 351.0~392.6×로 가장 크고 섬과 육지사이 수로역 125.7×, 그리고 섬 주변 개방역이 23.1
×로 가장 작았다. 다도협수로역 중 돌산도 주변이
(a) (b)
(c) (d)
JINDO JINDO
Fig. 10. M2 Tidal induced residual currents(a), distributions of M2 tidal energy dissipation due to bottom friction(b) around Geogeumdo and M2 tidal induced residual currents(c), distributions of M2 tidal energy dissipation due to bottom friction(d) around Jindo.
조약도 주변 다도해역보다 크게 나타난 것은 돌산도 주변이 조약도보다 주변에 섬이 더 많이 존재하고 수심변화가 커, 조류 마찰 변화가 컸기 때문이다. 진도주변의 조류 세기는 4 개 해역 중 가장 컸으나 조석에너지 분산과 그 분산범위는 가장 작아, 해역 내 협수로와 수심의 급격한 변화가 조석에 너지 분산에 큰 작용을 함을 나타냈다. 이러한 경향은 조석 진폭의 변동범위에서도 동일하였다.
조석잔차류는 다도협수로역의 조약도 주변에서 4.59 cm/s 로 가장 컸다. 이는 섬과 육지사이 수로역인 거금수도 주변 과 같이 비교적 긴 협수로와 수로 내 많은 섬이 존재하는
해역에 잔차류가 크게 발달하는 것과 일치했다. 조약도 주 변은 타 해역에 비해 3개의 주 협수로를 통한 조류의 유출 입이 있으며, 3개 협수로가 만나는 지점에 많은 섬이 존재 한다.
지형적으로 단조롭고 개방된 형태의 한국 남동해역에 위 치한 수영만에서 M2분조의 최대진폭에 의한 조류는 40 cm/s, 섬과 육지로 이루어진 좁고 긴 수로역의 형태를 보이는 일 본 세토내해의 나루토 해협에서 500 cm/s로 수영만에 비해 12배 이상의 유속 차가 나타났다. 지형적으로 복잡한 섬과 수로형태를 가지는 일본 세토내해에서 조석에너지 분산은
Curr. Areas Tidal currents (cm/s)
Tidal-induced Residual currents
(cm/s)
Tide Amplitude (cm)
Tidal energy dissipation (×107erg s-1)
Islands
&
Channels
Around Dolsando
Max. flood 0.32~32.24 (31.92)
0.04~2.55
(2.51) 54.0~153.0
(99.0) 18.1~410.7 (392.6) High water 0.10~10.93
(10.83) Max. ebb 0.24~30.95
(30.71) Low water 0.18~12.36
(12.18)
Around Choyakdo
Max. flood 0.26~44.89 (44.63)
0.03~4.59
(4.56) 77.1~120.7
(43.6) 107.0~458.0 (351.0) High water 0.13~33.92
(33.79) Max. ebb 0.31~52.80
(52.49) Low water 0.07~40.04
(39.93)
Around a Channel
Around Geogeum
do
Max. flood 1.22~35.36 (34.14)
0.01~2.71
(2.70) 106.4~118.0
(11.6) 309.3~435.0 (125.7) High water 0.31~26.09
(25.78) Max. ebb 1.05~34.85
(33.80) Low water 0.55~21.66
(21.11)
Open areas near a
island
Around Jindo
Max. flood 0.99~88.33 (87.34)
0.01~1.63
(1.62) 100.9~109.0
(8.1) 117.7~140.8 (23.1) High water 0.36~33.84
(33.48) Max. ebb 1.09~88.64
(87.55) Low water 0.36~32.67
(32.31)
※ ( ): the margins between the maximum value and the minimum value Table 2. Current Values at each area computed by numerical model experiments
비교적 단조로운 수영만에 비해 5.5배 크게 나타났다(Kim and Yanagi 1996).
수영만 조류의 최대 유속은 다도협수로의 특성을 지니는 돌산도 조류의 최대유속의 1.3배로 나타났고, 개방형인 진도 최대유속의 0.5배로 나타났다. 진도와 수영만은 모두 개방된 형태의 해역이나 조류에 의한 최대 유속이 큰 차이를 보인 다. 이는 한국 동해안과 서해안의 조차 특성은 지역적 차이 로 발생한 것으로 판단된다. 또한 일본 세토내해 나루토 해 협에서 500 cm/s의 조류가 강하게나타나는 것은 조류가 진행 함에 따라 수로가 급격히 좁아지는 지형적인 특성을 가지기 때문이다. 따라서 조석에너지는 그 지역의 조류의 유속과 지형적인 특성에 의해 그 크기가 차이가 있다는 것을 알 수 있다.
4. 결 론
한국 남서해 다도해역 주변의 조석·조류특성을 파악하기 위해 2차원 수치모델을 이용하여 다도협수로역(돌산도~금 오도~개도, 조약도~신지도~고금도), 섬과 육지사이 수로역 (고흥~거금도의 거금수도), 섬 주변 개방해역(진도 주변) 주 변 4개 해역의 조석·조류 계산 결과를 비교하였다.
조류 최대유속은 다도협수로역인 돌산도 주변에서 작았 고, 섬 주변 개방역인 진도 주변에서 가장 컸다. 조약도 주 변은 타 해역에 비해 3개의 주 협수로를 통한 조류의 유출 입으로 해역 내 조석잔차류가 가장 컸다. 거금수도 주변은 주 수로를 따라 창조시 거금도 남쪽에서 소록도, 낙조시는 그 반대였다. 진도주변 개방해역의 유동은 다른 해역보다
조류세기는 컸으나, 단조로운 유동형태였다.
조석에너지 분산범위는 다도협수로역이 가장 크고 섬과 육지사이 수로역, 섬 주변 개방역 순서로 작았다. 진도주변 의 조류 세기는 4개 해역 중 가장 컸으나 조석에너지 분산 과 그 분산범위는 가장 작아, 해역 내 협수로와 수심의 급 격한 변화가 조석에너지 분산에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 경향은 조석진폭의 변동범위에서도 동일 하였다. 조석잔차류는 거금수도 주변이나 조약도 주변과 같 이 협수로와 수로 내 많은 섬이 존재하는 해역에서 컸다.
본 연구를 통해 한국 남서부 해역에서의 조석과 조류특 성을 수치모델을 이용하여 살펴보았다. 해역의 특성에 따른 조석 및 조류성분의 차이에 관한 분석은 중요한 해역의 향 후 연구에 도움이 될 것으로 판단된다.
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원고접수일 : 2013년 09월 10일
원고수정일 : 2013년 11월 15일 (1차) 2013년 12월 03일 (2차) 게재확정일 : 2013년 12월 26일
