군산-장항항 해역에서 파랑 예측 수치 모형의 분석

Abstract

외해에서부터 매우 복잡한 해안선을 가진 연안까지의 영역에서 바람 성장과 파랑변형을 고려한 파랑 예측은 항로의 계획과 연안 구조물의 설계와 보수, 특히 연안 입구 또는 해변 등 해안공학분야의 대부분에서 중요한 구성요소이다. 일반적으로 이러한 분야에서는 연구 대상영역의 파랑장에 대한 전문적 지식이 요구된다. 파랑의 발달은 복잡한 수심, 조위, 바람과 조류에 의한 영향을 받으므로 우리가 원하는 영역의 파랑 정보를 얻기란 쉬운 일이 아니다. 그러나 보통 대상영역에서 다소 떨어진 지역의 부이 관측자료 또는 지점 관측 자료를 이용할 수 있다. 해안공학 기술자들은 이러한 불충분한 자료를 기초로 하여 여러 상황 속에서의 파랑 조건을 추정하는 능력을 길러야 한다.

수치모형해석은 지금까지 예측의 수단들 중 가장 효율적이며 비용이 저렴하고, 합리적인 방법이다. 과거에 많은 연구자들이 굴절, 회절, 천수, 쇄파, 해저마찰과 반사 등과 같은 복잡한 요소를 포함하는 수치모형을 개발해 왔다. 그러나 최근의 연구에서는 바람이 급격하게 변화하는 경우에 이들 모형에 신뢰성이 없다는 것을 밝혀냈고, 이후 파랑의 비선형 상호작용을 명확하게 고려할 수 있는 제 3세대 파랑모형을 개발하기에 이르렀다.

이제껏 많은 수치해석법의 발전이 있어왔지만, 이들 모형에 근거를 둔 기본 물리적 메카니즘을 이해함이 없이, 여러 가지 현상이 복합된 결과를 사전에 파악하지 않고 특정 해안의 프로젝트를 담당해 오고 있다. 현재까지 이 모든 물리적 현상들을 단 하나의 모델에 전부 포함시키는 것은 불가능하다. 다행히 현재까지 개발된 모형은 과거에 다룰 수 없었던 제반 인자들을 나름대로 포함시켜서 개발하였으므로 이용하기 편리하고 그 결과의 제시 방법이 다양한 그래픽 기능으로 화려하게 보인다고 해서 무분별하게 적용하는 것은 큰 과오를 범할 우려가 있으므로 현장적용 시에는 신중을 기할 필요가 있다. 따라서 개발된 모형의 배경을 조사하여 이해하고 모델 적용 결과를 해석할 때 반영하도록 하는 시도가 필요하다고 하겠다.

본 연구는 충청남도 서천군 장항읍 마서면에 위치하는 해역으로, 군산-장항 국가산업단지와 신항만 건설이 완공될 경우 국토의 중부 서해안 지역의 거점 생산기지를 담당하여 중국과는 전략적으로 중요한 위치에 있으며, 충청권 행정도시 건설, 수도권 산업단지의 포화와 국가의 균형발전 등의 목적으로 군산-장항 국가산업단지 개발방안이 국가균형발전위원회의 활성화 방안 진행 추이와 산업용지 수요 등 제반 여건에 박자를 맞춰 단계별로 수립돼 시행될 전망이다. 계획에 따라 1990년에 제 3진입로만 완공된 상태지만 주 진입로인 호안도로공사 착공 시 산업단지 조성사업은 탄력을 받을 것으로 보인다. 이번에 착공될 산업단지 호안도로 축조공사는 충남 서천군 장항읍～마서면 해면부 6.023km의 호안공사와 호안 위 도로 5.9km의 도로를 건설하는 것이다.

따라서 본 연구에서는 에너지 평형방정식에 기초하여 바람 성장에 의한 파랑의 변형을 잘 표현할 수 있는 제 3세대 파랑모형과 정상상태 스펙트럼 파랑모형, 질량보존 및 운동량 방정식에 기초하여 굴절 및 회절, 반사, 쇄파, 비선형 분산 등을 고려할 수 있는 정상상태 완경사방정식 파랑모형과 비정상상태 완경사방정식 파랑모형을 적용하여 파랑장의 변화를 평가하였으며 흐름과 바람의 영향을 고려한 정상상태 스펙트럼 파랑모형도 검토하였다. 이와 병행하여 매립 공사로 인한 흐름장의 변화를 파악하기 위하여 대상해역에서의 흐름장 수치모형실험을 수행하여 모형 각각이 가진 배경과 가정을 근거로 하여 분석하고 추후 대상영역의 물리적 요소와 지리적 요소를 감안하여 수치모형의 활용에 중요한 판단의 기준을 제시할 수 있을 것으로 본다.

Gunsan-Janghang Harbor is located at the mouth of Gum River, on the central west coast of Korea. The harbor and coastal boundaries are protected from the effects of the open ocean by natural coastal islands and shoals due to depositions from the river, and two break waters. The navigation channel commence sat the gap formed by the outer breakwater and extends through a bay via a long

channel formed by an isolated jetty. For better understanding and analysis of wave transformation process where a wide coastline changes appear due to on-going reclamation works, weapplied the spectral wave model including wind effect to the related site, together with the energy balance models. This paper summarizes comparisons of coastal responses predicted by several numerical wave predictions

obtained at the coastal waters near Gunsan-Janghang Harbor. Field and numerical model investigations were initially conducted for the original navigation channel management project. We hope to contribute from this study that coastal engineers are able to use safely the numerical models in the area of portand navigational channel design.