Article
http://dx.doi.org/10.4217/OPR.2012.34.3.337
고해상도 해양순환모형을 이용한 씨프린스호 유류유출 사고 수치실험
김예솔
1·이호진
1*·정경태
2·박재훈
2·이현정
31한국해양대학교 대학원 해양생명환경학과 (606-791) 부산광역시 영도구 태종로 727
2한국해양과학기술원 해양환경보전연구부 (426-744) 경기도 안산시 상록구 해안로 787
3한국해양과학기술원 부설 극지연구소 (406-840) 인천광역시 연수구 갯벌로 12 갯벌타워
Numerical Experiment on Sea Prince Oil Spill Incident Using a High Resolution Ocean Circulation Model
Ye Sol Kim
1, Ho Jin Lee
1*, Kyung Tae Jung
2, Jae-Hun Park
2, and Hyun Jung Lee
31Division of Marine Environment & Bioscience, Korea Maritime University Busan 606-791, Korea
2Marine Environments & Conservation Research Division, KIOST Ansan P.O. Box 29, Seoul 425-600, Korea
3Korea Polar Research Institute, KIOST Incheon 406-840, Korea
Abstract : This study investigates the effects of tide, wind and oceanic currents on oil spill dispersions through a series of numerical floats tracking experiments on the Sea Prince oil spill incident occurred in 1995 using a 3-dimensional high resolution ocean circulation model. For that, a total of four experimental cases (experiment with tide, wind and oceanic currents, experiment with tide and oceanic currents, experiment with wind and oceanic currents, and experiment with tide and wind) were compared. It could be seen that results from experiment involving all external forces showed better agreement with the observed pattern of oil slick movement than other cases. The oceanic currents acted to drive floats to move to the western channel of the Korea straits and wind accelerated the eastward movement of floats in the early stage of the incident. Tidal currents played significant role in the horizontal dispersion of floats.
Key words : ROMS, high resolution, Sea Prince Oil Spill, numerical floats tracking
1. 서 론
해양에 오염물질이 유입되면 초기에는 조류와 같은 비 교적 단주기 운동에 의해 이동되고 확산되지만 장기적으
로는 해류와 같은 장주기 해수의 유동에 의해 먼 지역까 지 이동된다. 따라서 정확한 오염물질의 이동·확산 예측 을 위해서는 이러한 현상을 모두 포함하는 해수유동 계산 이 선행되어야 한다. 하지만 최근까지 한반도 연안을 대상 으로 수행된 대부분의 유류확산 예측 모형의 경우 주로 취송류와 조류만을 포함한 것으로(홍과 이 1998; 김 등
*Corresponding author. E-mail : [email protected]
338 Kim, Y. S. et al.
1999; 류와 김 2005; 정 2009) 해류를 동시에 고려하여 해 수유동 계산을 수행한 경우는 극히 드물다.
또한 대부분의 예측 모형에서는 신속한 계산을 위해 풍 속의 일정 값(3%)을 곱하는 방법으로 취송류의 해표면 유 속을 계산하거나 조류와 취송류를 독립적으로 계산한 후 서로 더해주는 방법을 사용하여 왔다. 이러한 계산방법으 로 특정 해역의 해수의 흐름을 계산하는 것은 조류, 취송 류, 해류 등의 각 흐름 성분이 상호 무관하고 독립적이라 는 가정이 전제된 것이다.
그러나 실제 해양에서는 각 성분이 혼재해서 동시에 존 재하고 있으며 서로 상호 작용한다. 조류에 의한 혼합 (mixing)의 증가는 해수의 밀도 구조를 변화시키고 결국 해류의 크기와 방향에 영향을 미친다(Lee et al. 2011). 해 표면에서의 취송류의 방향 및 속도 또한 난류 확산의 크 기에 의해 달라진다(Lee et al. 1997). 본 연구에서는 1995년 발생한 씨프린스호 사고를 대상으로 바람 및 조석 뿐만 아니라 해류를 동시에 포함하는 3차원 고해상도 복 합 해양순환 모델링을 수행하고 수치 부표추적 계산을 통 해 바람 및 조석, 해류 각각의 성분이 유류확산 및 이동에 미치는 영향을 고찰한다. 연구대상 해역인 남해와 대한해 협부근은 조류와 해류가 거의 같은 크기로 존재하는 해역 으로 복합 해양순환 모델링의 효과를 검토하는데 있어 적 절한 해역이라 할 수 있다.
2장에서는 모델에 사용된 입력자료 및 경계조건에 대하 여 기술하고, 3장에서는 모델 안정화 결과 및 실시간 대기 자료를 이용한 씨프린스호 사고 당시 해수유동 및 부표추 적 계산 결과를 소개한다. 동시에 해류, 조류 및 바람에 의
한 취송류 등의 각 성분이 부표의 이동 및 확산에 미치는 영향을 검토한다.
2. 모델 및 입력자료
본 연구에서 사용한 해양순환모델은 ROMS(Regional Ocean Modeling System) version 3.4이다(http://www.
myroms.org/). 모델 영역은 동경 125~129.5o, 북위 33~
35.5o로 제주도 및 남해의 대한해협 일부 영역을 포함한다 (Fig. 1). 수평격자 크기는 1/108o로 약 1 km의 공간해상도 를 가진다. 연직격자는 총 20개 층으로 설정하였고 S-좌표 계를 이용하며 해표면 근처 격자의 해상도를 증가시켜 주 었다. 모델에 입력된 수심자료는 한국해양연구원의 30초 간격의 수심자료이다(서 2008).
연직 확산계수는 Mellor-Yamada 난류확산 모형(Mellor and Yamada 1982)을 이용하여 계산되며 수평 확산계수는 Smagorinsky (1963) 식으로 계산된다.
개방 경계 조건으로 해수면 변위는 Chapman (1985) 조 건, 수심 평균된 2차원 유속은 Flather (1976) 방사 (Radiation) 경계조건을 사용한다. 3차원 유속과 수온·염 분은 Marchesiello et al. (2001)의 방사경계 조건을 사용 하여 계산한다. 수온과 염분의 경우에는 경계조건과 더불 어 관측 값의 입력(Nudging)을 함께 사용하며 Nudging 시간간격은 1일이다.
개방경계에 입력되는 조석자료는 Oregon대학에서 제공 한 1/12o 간격의 조석 모델결과(OTIS Regional Tidal Solutions) 자료를 이용하였으며 M2, S2, K1, O1, N2, K2,
Fig. 1. Model domain and bathymetry. Black triangles indicate ADCP mooring locations deployed by Teague et al.
(2001). Shaded areas are deeper than 100 m
P1, Q1, Mf, Mm 총 10개 분조를 고려하였다. 그리고 해류 와 관련된 해수면 변위, 2차원 유속, 3차원 유속 및 수온, 염분은 Cho et al. (2009)의 1/10o 간격의 북서 태평양 광 역 모델결과 중 1999~2000년 자료를 월평균 하여 사용하 였다.
해표면에서의 열·염분 및 운동량 교환은 Fairall et al.
(1996)의 Bulk 식을 이용하여 계산한다. 계산에 필요한 대 기 강제력은 1/2o 간격의 ECMWF(European Centre for Medium Weather Forecast)자료 중 1999~2000년 자료를 월 평균하여 사용한다. 해표면에서의 염분은 증발량과 강 우량의 차이 외에 본 모델에서 고려하지 못한 강 유입 등 의 염분에 영향을 미치는 다른 요인들을 포함하기 위해 1/4o 간격의 GDEM(Generalized Digital Environmental Model, http://www.usgodae.org/ftp/outgoing/static/ocn/gdem/) 의 해표면 염분 자료를 복원(restoring)하는 방법으로 모델 결과를 보정하며 복원시간 간격은 30일 이다. 모델은 안 정화(spin up)를 위해 월평균 대기자료를 이용해 5년 6개 월 간 시간 적분 되었으며 이 후 씨프린스호 사고 당시인 1995년 7월 1일부터 8월 31일까지 3시간 간격의 실시간 WRF 대기 모델결과를 이용하여 두 달간 실시간 과거재현 (hindcast) 모델링을 수행하였다. 모델 수행에 사용한 WRF 모델결과는 기온, 기압, 단파복사, 바람, 상대 습도 등이다. 개방 경계조건 및 조석과 해류 자료는 모델 안정 화 계산과 동일하지만 해표면에서의 염분 기후 값의 복원 은 사용하지 않는다.
3. 결 과
모델 안정화(model spin up)
모델결과를 검증하기 위해 모델에 의해 계산된 수온 및 조류, 해류를 관측 값과 비교하였다. Fig. 2는 각각 2 m와 50 m 수심에서 2월과 8월의 월평균 수온을 GDEM 수온 기후 값과 비교한 그림이다. 모델결과 2월의 경우 모든 깊 이에서 연안의 저온수와 외해의 고온수 사이에 전선이 형 성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 패턴은 겨울철 남해에서 고온·고염의 대마난류 기원 외해수와 저온·저 염의 연안수에 의해 형성되는 것으로 알려진 열·염 전선 의 특징으로 양 등 (1998)과 이와 최 (2009) 등에 의해 보 고된 바 있다.
GDEM과 비교할 때 모델에 의해 재현된 수온이 2 m 깊이에서는 남해 다도해 주변 내만 및 연안부근 해역에서 더 뚜렷한 저온수를 보여주는 반면 연안역이 제외된 50 m 깊이에서는 서로 유사한 것을 확인할 수 있다. 2 m 수온 분포에서의 모델과 GDEM 자료와의 차이는 부분적으로 모델의 해상도(1/108o)와 GDEM 해상도(1/4o)의 차이에 기인한 것으로 보인다. 즉, GDEM의 경우에는 자료 해상
도의 문제로 인해 다도해 내만과 인근 연안역에서의 수온 을 모델과 직접 비교하는데는 다소 한계가 있을 것으로 사료된다.
8월의 경우 2 m 깊이에서는 전반적인 수온 상승으로 인 해 대마난류의 존재를 확인할 수 없지만 50 m 깊이에서 17oC 이상의 등수온선이 대마난류의 흐름을 따라 제주도 이남에서 대한해협 서수도까지 이어져 있는 것을 확인할 수 있으며 GDEM의 수온분포도 유사한 특징을 나타낸 다. 전체적으로 2월과 8월 모두 모델은 GDEM 기후 값과 유사한 수온 분포를 재현한 것으로 판단된다.
Fig. 3은 Teague et al. (2001)의 ADCP계류 관측결과와 모델결과를 비교한 그림이다. 관측결과는 Fig. 1에 표시한 총 6개의 정점에서 1999년 5월부터 10월까지 유속 시계 열 자료를 분석하여 구한 것이고 모델은 5년 6개월의 모 델 안정화 계산 중 관측과 동일한 지점에서 마지막 1달의 유속계산 결과를 분석한 것이다. 평균해류는 관측과 모델 의 각 기간별 유속을 시간 평균한 것이다.
모델에 의해 재현된 주요 4대 분조(M2, S2, K1, O1)의 조류타원은 거의 모든 정점에서 관측과 거의 일치하는 것 을 확인할 수 있다. M2분조의 경우 S1정점에서 장축의 기 울기에서 약 9o의 차이를 보였지만 장·단축의 길이는 일 치하였다. S2 정점에서도 거의 유사한 차이가 존재했으며 S6 정점에서는 단축에서 약 2 cm/s, 기울기에서 약 11o 정 도의 차이를 나타냈다. 나머지 정점의 경우에도 전반적인 조류타원의 크기는 관측결과가 모델결과보다 약간 크게 나타났지만 장축의 경우는 대부분의 오차가 1 cm/s 미만 이고 단축의 오차도 0.5 cm/s 미만이다. 장축의 기울기의 차이도 대부분 1o 이내로 전반적으로 모델이 연구 대상해 역의 조류를 잘 재현한 것으로 판단된다.
평균해류의 경우 전반적으로 유사한 유향을 나타내고 있지만 S3정점에서 모델이 관측에 비해 약 10 cm/s 정도 작게 계산되었다. 그리고 관측과 모델 모두 S3 정점과 S4 정점에서 상대적으로 큰 해류가 존재하는 것을 확인할 수 있다. 이는 대마난류의 주축이 S3 정점 주변 해역에 존재 하는 것을 의미하며 모델에서도 대마난류의 주축을 잘 재 현한 것으로 판단된다.
씨프린스호 사고 부표추적 수치실험
1995년 7월 1일부터 8월 31일까지 3시간 간격의 실시 간 WRF(Weather Research and Forecasting) 대기모델 자 료를 이용하여 씨프린스호 사고 당시의 해수유동을 모사 하였고 부표추적을 통하여 유출유의 이동확산 분포를 계 산하였다. 유출유의 이동 및 확산에 미치는 영향을 알아보 기 위하여 외력으로 해류 및 조석, 바람을 모두 고려한 경 우(CASE CTW)와 해류와 조석(CASE CT), 해류와 바람 (CASE CW), 조석과 바람(CASE TW)만을 포함하는 총
340 Kim, Y. S. et al.
Fig. 2. Horizontal Temperature distribution at the depth of 2 m and 5 m in February and August. Left panels are model results and right panels show GDEM data
4가지 경우를 계산하였다.
ROMS에서 해수유동에 의한 부표추적은 다음 식에 의 해 계산된다(Piñones et al. 2011).
(1)
여기서, 는 3차원 공간(x, y, z)에서 부표의 위치벡터를 나타내며 는 유속벡터, 는 난류와 같은 무 작위운동에 의한 연직방향의 이동량을 나타내는 것으로 연직 확산에 의한 부표 이동을 의미한다. 본 연구에서는 연직 확산에 의한 부표의 이동은 고려하지 않았으며 해수 유동 모델에 의해 계산된 유속에 의해서만 이동된다고 가 정하였다. 식 (1)은 fourth-order Milne predictor-Hamming corrector scheme(Abramowitz and Stegun 1964; Hamming 1973)에 의해 수치 적분된다. 본 모델에서는 부표추적 계 산이 해수유동모델과 온라인으로 동시에 수행되며 계산 시간간격은 유동모델에서의 3차원 변수 계산시간 간격과 동일한 60초이다.
사고 당시의 상황과 부표추적 실험 조건을 요약하면 다 음과 같다. 1995년 7월 23일 오후 2시경 전라남도 여수시 남면 소리도 부근 해안에서 태풍 ‘페이’의 영향으로 씨프 린스호가 좌초되었다. 이 사고로 인하여 5,035톤의 기름이 유출되었으며 7월 25일 오후 3시 30분이 지나서야 사고해 역 주변에 오일펜스가 설치되어 사고 선박으로부터의 기 름유출을 통제 한 것으로 보고되었다(해양수산부 2002).
따라서 약 48시간 동안 기름이 유출되었다고 추정할 수 있으며 본 연구에서는 총 3200개의 부표를 48시간동안 연 속적으로 투하하였다.
Fig. 4는 수치실험에 사용된 사고시점 전후의 실시간 바
람장으로 7월 23일부터 8월 3일까지 1일 간격으로 매일 오후 3시의 바람을 나타낸 그림이다. 7월 23일 사고해역 주변은 태풍의 영향으로 반시계 방향으로 회전하는 강한 바람이 존재하는 것을 볼 수 있다. 7월 23일 이후 전체적 인 바람장은 남서풍과 남풍 계열의 바람이 우세하였으며 점차 그 세기가 감소하다가 7월 30일 이후 다시 남풍의 풍속이 커진다. 따라서 사고기간 동안 바람에 의해 전체적 으로 동쪽으로 향하는 취송류가 발생할 것으로 예상된다.
Fig. 5는 모델에 의해 재현된 수심 2 m에서의 흐름장으 로 7월 21일부터 8월 4일까지 5일 간격으로 시간 평균한 결과이다. CASE CTW의 경우 계산 기간 내내 북동 방향 으로 흘러가는 해류가 존재하며 특히 대한해협 서수도로 유입되는 0.5 m/s 이상의 강한 대마난류의 흐름을 확인할 수 있다. 하지만 해류가 고려되지 않은 CASE TW의 경우 7월 25일 이전에는 북동방향의 흐름이 존재하나 세기가 상대적으로 약하고 7월 25일 이후에는 약한 동향류가 존 재하는 것을 확인할 수 있다. 이는 모델 계산에 대마난류 를 포함하지 않은 결과로 사료되며 7월 25일 이전의 북동 류는 태풍으로 인한 남풍계열의 강한 바람에 의해 발생한 것으로 추측된다. 태풍이 통과한 후에는 풍속이 점차 감소 함에 따라 연안과 서수도 주변에서 북동 방향의 흐름이 거의 나타나지 않으며 오히려 대마도를 따라 남쪽을 향하 는 흐름을 보인다. 7월 31일 이후 다시 풍속이 증가함에 따라 동향류의 흐름이 커지는 것을 볼 수 있다.
바람이 고려되지 않은 CASE CT의 경우에는 서수도로 향하는 흐름이 존재하나 사고발생 지점 인근 연안역에서 의 흐름은 상대적으로 약하게 나타난다. 북동쪽으로 흘러 가는 대마난류의 주축은 상대적으로 연안에서 다소 멀리 떨어져 있으며 사고해역 주변에는 오히려 남서쪽으로 향 dX
---dt = U X t( , ) W+ vwZˆ X
U X t( , ) WvwZˆ
Fig. 3. Tidal ellipse for four main tidal constituents and mean current at ADCP mooring stations (S1-S6). Blue color is for model results and red for observations
342 Kim, Y. S. et al.
하는 흐름이 존재한다. CASE CW의 경우는 CASE CTW 와 가장 유사한 흐름을 보여주며 이는 모델결과를 5일 시 간 평균하는 과정에서 조류와 같은 단주기 변화가 제거되 었기 때문으로 사료된다.
Fig. 6~9는 각 CASE별 부표추적 결과로 7월 24일부터 8월 3일까지 1일 간격으로 매일 오후 3시의 부표의 위치 를 나타낸 것이다. 그림에서 붉은 색 숫자는 그림영역 내 에 존재하는 부표의 개수를 나타낸다. CASE CTW 경우 사고초기 바람의 영향으로 동쪽으로 이동하던 부표들이
바람이 약해지기 시작하는 7월 27일 이후 대마난류의 영 향으로 일부 부표가 북동류의 흐름을 따라 대한해협의 서 수도로 이동하는 것으로 나타났다(Fig. 6). 7월 30일 이후 에는 다시 강해지는 남풍의 영향으로 동쪽으로의 부표의 이동을 가속화시켜 서수도를 통과하는 부표의 개수가 증 가하며 8월 3일 이후 투입한 대부분의 부표가 대한해협 서수도를 통해 모델 영역을 빠져나간다.
김 등 (1999)과 해양수산부 (2002)에 따르면 실제 유출 유는 사고해역인 여수 일대는 물론 7월 28일 경에는 통 Fig. 4. Input daily wind fields from July 23th to August 3th at 3 pm (local time)
영거제 해역을 지나 부산 수영만과 울산, 포항 해역까지 약 127 마일 해상을 오염시킨 것으로 보고되었다. CASE CTW 결과 또한 일부 부표가 7월 29일 거제도로부터 동 쪽으로 약 20 km 떨어진 해상을 지나 7월 30일에는 부산 연안에 가깝게 접근하고 이후 대부분의 부표가 서수도를
통하여 부산 동해로 유입되는 것을 확인할 수 있다. 따라 서 CASE CTW는 부산 및 포항, 울산 등 동해안에서 발 견된 유출유의 분포를 설명할 수 있는 모델결과로 해석 된다.
CASE TW의 경우 7월 25일 까지는 CASE CTW와 유 Fig. 5. Calcultated flow fields at the depth of 2 m averaged over 5 days from July 21th to August 4th. The red star
(★) denotes the location of Sea Prince Oil Spill incident
344 Kim, Y. S. et al.
Fig. 6. Calculated floats distribution of CASE CTW from July 24th to August 4th. The red number indicates the number of floats in the displayed domain
Fig. 7. Same as in Fig. 6 except CASE TW
사한 패턴을 보이나 7월 26일부터 바람이 약해짐에 따라 부표의 이동 속도 또한 약해진다(Fig. 7). 7월 27일과 28일 사이에는 대부분의 부표가 동경 128.5o 서쪽에 위치하며 남풍계열의 바람이 다시 강해지는 7월 30일부터 동향의 취송류가 발달하면서 대마도의 서쪽해안으로 이동한다.
그러나 대마난류가 존재하지 않음에 따라 대부분의 부표 는 한국 연안으로 이동하지 않고 대마도 서쪽 해안에 도 달한다.
반면 CASE CT의 경우에는 사고초기 바람에 의해 발생 하는 취송류가 포함되지 못함에 따라 상대적으로 동쪽으 로 이동이 느려져 7월 28일까지도 사고해역 주변에만 국 한되어 부표가 위치한다(Fig. 8). 7월 29일 이후에도 부표 는 연안을 벗어나지 못하고 연안을 따라 존재하는 서향류 (Fig. 5)를 따라 서쪽으로 이동한다. 해류가 포함되었음에 도 불구하고 북동방향으로의 부표의 이동이 약한 이유는 사고지점이 대마난류의 주축에서 다소 떨어진 연안에 위 치함에 따라 대마난류의 영향이 미치지 못한 결과로 사료 된다. 7월 31일 이후부터 일부 외해 쪽으로 이동한 부표가 느리게 이동하는 것을 확인할 수 있다.
CASE CW의 경우 전체적인 부표의 이동양상은 CASE CTW와 유사하며 7월 28일 이후 북동쪽으로 방향을 바꾼 부표들이 대마난류 주축을 따라 대한해협 서수도 쪽으로 빠르게 이동하는 것으로 나타났다(Fig. 9). 그러나 CASE
CTW(Fig. 6)와 비교할 때 7월 30일 동일한 개수의 부표 가 존재함에도 부표가 분산되지 못하고 뭉쳐서 이동하는 관계로 적은 수의 부표가 존재하는 것처럼 보인다. 결국 8월 2일 이후에는 서수도를 통하여 거의 모든 부표가 모 델영역을 빠져나간다.
이러한 결과로 부터 조류는 남해에서 오염물질의 수평 확산에 영향을 미치는 주요한 요인이 될 수 있음을 확인 할 수 있다. Teague et al. (2001)은 ADCP 관측으로부터 평균 난류운동에너지에 대한 평균 조류운동에너지의 상대 적인 비율을 계산하였는데 그 크기가 약 55%에 이른다고 보고하였다. 즉, 남해에서 조류에 의해 유발되는 수평확산 이 전체 난류운동에 의한 수평확산의 절반 이상을 차지할 수 있음을 의미한다. 결국 CASE CW의 경우에는 조류가 배제됨에 따라 부표의 수평 분산이 일어나지 않으며 바람 과 해류에 의해 빠르게 모델영역을 벗어나는 것으로 해석 된다.
모델에 의해 계산된 부표추적 결과를 실제 유출유의 확 산양상과 비교하기 위하여 7월 31일의 부표의 위치를 해 양수산부 (2002)의 씨프린스호 유류오염 확산도 위에 표 시하였다(Fig. 10). 해양수산부 (2002)의 유류오염 확산도 는 좌초 해역을 중심으로 7월 24일부터 7월 31일까지 매 일 해양경찰청 헬리콥터를 이용하여 이동하는 기름띠를 찾아 목측한 결과를 해도에 표시한 그림이다. 따라서 모델 Fig. 8. Same as in Fig. 6 except CASE CT
346 Kim, Y. S. et al.
Fig. 9. Same as in Fig. 6 except CASE CW
Fig. 10. Floats distribution on July 31th for (a) CASE CTW, (b) CASE TW, (c) CASE CT and (d) CASE CW.
Background figures are oil spill dispersion map constructed by aircraft detecting oil slick (Ministry of Maritime Affairs & Fisheries, 2002)
결과와의 직접 비교는 다소 무리가 있을 수 있으나 유출 유의 확산 범위 및 이동 양상을 비교하기에는 충분할 것 으로 판단된다.
CASE CTW의 경우 7월 31일의 거제도 동쪽 약 20 km 해상에 표시한 유출유 패치 분포와 부표의 위치가 잘 일 치하는 것을 확인할 수 있다. 다만 모델에서 부표가 북동 쪽으로 더 멀리 이동하여 동해로 유입된 것으로 나타난 다. 김 등 (1999)이 언급한 바와 같이 7월 28일 이후 부산 수영만과 울산, 포항 해역까지 유출유가 관측되었다는 점 을 고려하면 이 시기에 동해로 유입으로 되는 부표의 이 동 양상은 실제에 가까우나 관측에 비해 연안 보다는 외 해 쪽으로 치우쳐 있는 것으로 보인다. 이러한 결과는 Fig. 3에서 확인한 바와 같이 모델에 의해 재현된 해류의 주축이 관측에 비해 다소 외해 쪽으로 치우쳐 있는 것에 기인하는 것으로 사료된다.
CASE TW의 경우 부표는 유류오염 확산도에 비하여 남쪽 외해로 더 많이 확장되어 위치한다. 또한 대한해협 서수도 쪽으로의 이동은 약한 반면에 대마도쪽으로 더 치 우쳐 존재한다. CASE CT의 경우 대부분의 부표들이 동 경 128.2o의 서쪽에 위치해 있으며 실제 확산범위에 비하 여 큰 차이를 보인다. 사고초기 바람에 의한 동쪽으로의 이동이 포함되지 않은 결과로 해석된다. CASE CW의 경 우에는 서수도를 향하는 북동쪽으로의 부표의 이동 양상 은 재현되었으나 조류에 의한 수평확산이 포함되지 않음 에 따라 부표의 분산이 약화되어 실제 유출유의 확산 범 위와 큰 차이를 나타낸다.
4. 결 론
본 연구에서는 3차원 고해상도 해양순환모델을 이용하 여 1995년 발생한 씨프린스호 사고 당시의 남해의 해양순 환을 모사하고 부표추적을 통하여 유출유의 이동양상을 재현하였다. 더불어 각각 다른 외력을 고려하는 방법으로 바람 및 조류, 해류가 유출유의 이동 및 확산에 미치는 영 향을 검토하였다.
모델에 의해 계산된 여름과 겨울의 수온분포는 GDEM 의 수온 값과 비교한 결과 남해 내만 및 연안 부근을 제외 하고는 전반적으로 GDEM의 수온 기후 값을 잘 재현하는 것으로 나타났다. 모델에 의해 재현된 조류 타원 또한 ADCP계류 관측결과와 비교할 때 장·단축의 평균오차가 각각 1 cm/s, 0.6 cm/s이고 장축의 기울기도 최대 17o의 오차를 나타냈다.
씨프린스호 사고 당시의 해수순환 모델링 및 부표추적 계산 결과 해류와 바람, 조석을 모두 고려한 경우가 해양 수산부 (2002)의 유류오염 확산도와 유사한 확산 범위 및 이동 양상을 보여주었다. 해류를 고려하지 않은 경우에는
대부분의 부표가 한국 연안 쪽으로 이동하지 않고 대마도 의 서쪽연안으로 이동하였으며 바람을 포함하지 않은 경 우 사고 초기의 취송류에 의해 동쪽으로 이동하는 유출유 의 양상을 재현하지 못해 실제 유출유의 이동경로와 큰 차이를 보였다. 조류를 제외한 경우에는 부표의 분산이 거 의 일어나지 않아 부표가 흩어지지 않고 뭉쳐서 이동하여 확산범위가 현실에 비해 훨씬 줄어드는 결과를 초래했다.
결론적으로 대한해협 서수도를 향하는 대마난류는 유출 유를 한국 연안 쪽으로 이동시키는 역할을 하는 것으로 사료되며 조류는 오염물질의 수평확산에 큰 영향을 미치 는 요인임을 확인할 수 있었다. 따라서 오염물질의 정확한 이동양상을 재현하기 위해서는 조석과 바람, 해류 등 다양 한 외력을 모두 포함하고 동시에 각 요인의 상호작용까지 고려할 수 있는 복합 해양순환 모델링이 수행되어야 할 것으로 판단된다.
유류유출 사고 시 바다로 유입된 기름은 조석과 바람, 해류 등과 같은 해수유동에 의해 이동되고 확산되지만 이 외에도 증발 및 유화, 용해 등 다양한 풍화작용과 생물 분 해 등의 과정을 거치게 된다(홍과 이 1998). 따라서 보다 정확한 유출유의 확산 분포를 재현하기 위해서는 입자 추 적 계산 시 해수유동 등 물리적 요인 외에, 화학적 작용 및 생물학적 작용 등에 의한 유출유의 특성 변화 및 소멸 등을 포함해야 한다. 본 연구에서는 이러한 효과를 포함하 지 않고 단순히 투입된 입자가 해수유동에 의해 이동되고 확산되는 양상을 파악하였다. 따라서 화학적 풍화작용에 따른 유출 유류의 특성 변화까지 고려할 수 있는 입자 추 적 계산 방법을 도입하여 유류 확산 예측 연구에 적용하 는 것이 향후 수행할 후속 연구과제이다.
사 사
본 연구는 KISTI-KHOA 국가해양수치모델링센터구축 사업의 2011년 (시범) 전략해양 연구과제와 KRCF-KORDI 의 NAP연구과제(PE98501) 지원으로 수행되었습니다.
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Received Jul. 16, 2012 Revised Sep. 18, 2012 Accepted Sep. 19, 2012
