해양 물리(해수 유동)와 부유사 관측

해양 물리•부유사

해수 유동과 부유사 변화는 왜 연구하나요?

  • 해양풍력단지 건설 및 운영에 의해 영향을 받는 대표적인 환경인자는 해수 유동 변화와 부유사 발생입니다.
  • 해수 유동 변화는 해상풍력기 설치 후 주변에서 나타나며 조류의 왕복성 운동으로 인해 구조물 주변에 세굴이 발생하고, 항타와 전력 케이블 매립 중에 부유사가 발생합니다.
  • 해수 유동과 부유사 변화는 전주기(건설 전·중·후) 동안 다양한 환경인자에 대한 데이터 축적과 분석을 통해 상관관계 규명이 필요합니다.

  • [ 건설 및 운영으로 발생되는 인자 ]

  • [ 서남해 해상풍력 실증단지 현황 ]

    출처 : 한국전력공사 전력연구원, 한국해상풍력(주), 2020

관측 항목과 시기, 위치는?

  • 건설 전·중·후 각 기간에 층별 연속 조류와 층별 연속부유사, 공간 부유사를 조사했습니다.
    - 조사 시기별로 관측 항목에 따른 정점과 횟수는 아래의 표와 그림을 참조하세요.

  • < 층별 연속 조류 조사개요 >

    목록
    관측 기간 정점수
    공사 전 1차 2014.11.13~2014.12.12 4점
    2차 2015.02.03~2015.03.04
    3차 2015.04.23~2015.05.22
    4차 2015.07.29~2015.08.27
    5차 2016.02.04~2016.03.04
    공사 중 1차 2017.12.23~2018.01.22 3점
    2차 2018.04.12~2018.05.12
    3차 2018.09.21~2018.10.21
    4차 2019.02.27~2019.03.29
    5차 2019.05.01~2019.05.31
    6차 2019.07.19~2019.10.19
    공사 후 1차 2020.11.06~2020.12.05 1점
    2차 2021.02.07~2021.03.08

  • < 층별 부유사 조사개요 >

    목록
    관측 기간 정점수
    공사 전 1차 2014.11.13~2014.12.12 4점
    2차 2015.02.03~2015.03.04
    3차 2015.04.23~2015.05.22
    4차 2015.07.29~2015.08.27
    5차 2016.02.04~2016.03.04
    공사 중 1차 2017.12.23~2018.01.22 3점
    2차 2018.04.12~2018.05.12
    3차 2018.09.21~2018.10.21
    공사 후 1차 2020.11.06~2020.12.05 1점
    2차 2021.02.07~2021.03.08
    3차 2021.10.01~2021.10.30

  • < 공간 부유사 조사개요 >

    목록
    관측 기간 정점수
    공사 전 1차 2014.12.10 30점
    2차 2015.02.04
    3차 2015.05.07
    4차 2015.08.14
    5차 2016.02.23
    공사 중 1차 2017.09.21 14점
    2차 2018.01.18
    3차 2018.04.26
    4차 2018.09.07
    5차 2019.05.17
    6차 2019.07.26
    공사 후 1차 2020.11.25 14점
    2차 2021.03.13
    3차 2021.10.06

  • [ 공사 전·중·후 해양 물리 관측 위치 ]

해수유동과 부유사의 관측방법은?

  • 층별 연속 조류
  • 초음파식 유속계인 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 TRBM(Trawl Resistant Bottom Mount)에 장착하여 해저 면에 계류한 후 30일 동안 층별 유속 및 유향을 관측하였습니다.
  • 건설 단계별 조류의 특성 파악을 위해 통계분석과 영국 Proudman 해양연구소가 제공하는 TASK2000(Tidal Analysis Software Kit)을 사용하여 조화분석을 하였습니다.

  • < 층별 연속 조류 관측기기 설치 모식도 >

    목록
    Frequency 600kHz image
    Depth 50m
    Vertical Resolution Range Std. Dev.
    0.5m 39 m 12.9 ㎝/s
    1m 43 m 6.1 ㎝/s
    2m 47 m 3.0 ㎝/s
    4m 52 m 2.0 ㎝/s
    Velocity Accuracy ±0.25% of the water velocity
    Velocity Resolution 0.1 ㎝/s
    Velocity Range ±5m/s(default), ±20m/s(Max.)
    Ping rate 2Hz
    Beam Angle 20°
    Temperature Range:-5~45℃, Precision:±0.4℃, Resolution: 0.01°
    Tilt Range:±15°, Accuracy:±0.5°, Precision:±0.5°, Resolution:0.01°
    Compass Accuracy:±2°, Precision:±0.5°, Resolution:0.01°, Maximum tilt:±15°

  • [ 층별연속조류 관측기기 설치 모식도 ]



  • 층별 연속부유사
  • 음향 후방 산란 효과를 통한 부유사 환산이 가능한 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 TRBM(Trawl Resistant Bottom Mount)에 장착하여 해저 면에 계류한 후 30일 동안(10분 간격) 음향 후방 산란 강도(echo intensity)를 관측하였습니다.
  • ADCP 후방 산란강도 자료의 검〮보정 자료 산출을 위해 ADCP의 첫 관측 층에 탁도계를 계류하고 해수시료 1L를 채수한 후 부유사 농도를 측정하고 탁도값과의 상관관계를 분석하였습니다.

  • < 탁도계 제원 >

    목록
    장비명 탁도계 (RBR solo Tu) 장비사진
    관측범위 0~750 NTU
    정확도 0~750 NTU / ±2 %
    제작사 캐나다 RBR사

  • [ 층별 연속부유사 관측기기 설치 모식도 ]



  • 공간 부유사
  • 조사 정점별로 선상에서 니스킨 채수기(Niskin Sampler)를 이용하여 표층(H2/10), 중층(H6/10), 저층(H8/10)으로 나누어 각 1L의 해수를 채수한 후, 해양 공정 시험 기준(해양수산부, 2018)에 따라 실험실에서 직접여과법으로 부유사 농도를 분석합니다.
  • 1L 해수 시료를 0.7㎛의 GF/F 필터에 여과하고 건조해 여과 전후 필터의 증가 무게를 측정하여 관측된 부유사량으로 정합니다.

  • [ 층별 연속 조류, 층별 연속부유사 관측 ]

  • [ 공간 부유사, 층별 연속부유사 관측 ]

관측결과를 살펴 볼까요!

  • 층별 연속 조류 (조류 조화상수)
  • 공사 전·중·후의 조류 조화상수 중 주요 4대분조(M2, S2, K1, O1)의 전 수층 평균 장축 길이를 비교하면
  • 공사 전 : 반일 주조 성분인 M2 분조가 39.5cm/s~44.5cm/s의 범위로 가장 우세
    S2 분조 15.4cm/s~18.2cm/s, O1 분조 2.7cm/s~3.8cm/s, K1 분조 4.1cm/s~8.1cm/s
  • 공사 중 : 반일 주조 성분인 M2 분조가 35.6cm/s~45.4cm/s의 범위로 가장 우세
    S2 분조 14.1cm/s~20.6cm/s, O1 분조 2.6cm/s ~6.1cm/s, K1 분조 4.8cm/s~9.7cm/s
  • 공사 후 : 반일 주조 성분인 M2 분조가 42.9cm/s~44.3cm/s 의 범위로 가장 우세
    S2분조 15.9cm/s~16.4cm/s, O1 분조 3.9cm/s~5.4cm/s, K1분조 5.5cm/s~8.5cm/s
  • 공사 전·중·후 조사 결과 모두 반일주조 성분인 M2와 S2분조가 우세한 우리나라 서해의 일반적인 특성을 나타내고 있습니다.
  • 4대 분조의 장축 길이는 조사 시기에 따른 계절적인 변동은 있으나 공사 이전과 공사 후 결과 양상이 유사한 것으로 확인되었습니다.

  • < 공사 전·중·후 조화상수 장축길이 비교 >

    목록
    관측시기 장축 길이(cm/sec)
    M2 S2 O1 K1
    공사 전 1차 43.1 18.1 3.5 6.8
    2차 - - - -
    3차 39.5 15.5 2.8 4.1
    4차 44.5 18.2 3.8 6.9
    5차 43.4 15.4 2.7 8.1
    공사 중 1차 44.1 15.3 3.9 9.7
    2차 38.1 14.1 5.4 5.5
    3차 44.1 20.6 4.2 5.2
    4차 35.6 18.1 2.6 4.8
    5차 45.4 18.4 6.1 6.8
    6차 44.6 16.0 5.1 5.5
    공사 후 1차 42.9 16.4 5.4 5.5
    2차 44.3 15.9 3.9 8.5

  • [ 공사 전·중·후 조화상수 장축길이 변화도 ]



  • 층별 연속 조류(최강 유속)
  • 공사 중 : 표층 102.5~125.0cm/sec, 중층 94.7~119.6cm/sec, 저층 89.7~107.8cm/sec.
  • 공사 후 : 표층 89.1~124.9cm/s, 중층 83.7~112.8cm/s, 저층 83.7~106.0cm/s
  • 공사 중·후의 최강 유속은 차이가 크지 않으며, 관측 시기에 따라 최강 유속이 조금씩 차이 나는 것은 공사의 영향보다 해류, 바람, 지형 등 환경요인에 기인하는 것으로 판단됩니다.

  • < 공사 전·중·후 최강유속 비교 >

    목록
    관측시기 최강유속(cm/sec)
    공사 중 1차 118.9 119.6 96.3
    2차 119.4 116.6 107.8
    3차 102.5 98.6 90.7
    4차 104.8 94.7 89.7
    5차 111.0 118.7 90.8
    6차 125.0 113.2 98.7
    공사 후 1차 89.1 83.7 83.7
    2차 124.9 112.8 106.0

  • [ 공사 전·중·후 조화상수 최강유속 변화도 ]



  • 층별 연속 부유사
  • 부유사 평균 농도는 전 시기에 대체로 표층에서 저층으로 갈수록 증가하는 경향을 보입니다.
  • 공사 전 : 표층 24.2~40.4㎎/L, 중층 30.5 ~32.8㎎/L, 저층 28.0~37.8㎎/L
  • 공사 중 : 표층 28.6~33.7㎎/L, 중층 33.5~42.2㎎/L, 저층 35.3~50.9㎎/L
  • 공사 후 : 표층 13.1~19.2㎎/L, 중층 14.9~20.0㎎/L, 저층 17.3~27.5㎎/L
  • 전력케이블 매설 공사가 수행되었던 공사 중 시기의 농도가 다소 높았습니다.
  • 전 층의 평균 농도를 비교해 보면, 공사 후의 농도가 공사 전보다 낮은데 이는 조사 시기에 따른 해황 및 저층 퇴적물의 재부유 등에 의한 영향으로 판단되며 농도 변화폭은 크지 않았습니다.

  • < 공사 전·중·후 층별 연속부유사 평균 농도 결과 비교 >

    목록
    관측 기간 부유사 평균농도(㎎/L)
    표 층 중 층 저 층 평 균
    공사 전 1차 24.2 30.5 37.8 30.8
    2차 40.4 - - 40.4
    3차 - - 30.9 30.9
    4차 25.8 32.8 28.0 28.9
    5차 30.9 - 37.6 34.3
    공사 중 1차 28.6 33.5 35.3 32.5
    2차 33.7 42.2 50.9 42.3
    3차 31.3 38.0 47.3 38.9
    공사 후 1차 13.1 15.5 17.3 15.3
    2차 19.2 20.0 27.5 22.2
    3차 13.7 14.9 19.0 15.9

  • [ 공사 전·중·후 수층별 연속부유사 농도 변화도 ]



  • 공간 부유사(영향권과 비 영향권 비교)
  • 공사 전 조사 정점 30개 중 동쪽에 위치한 6개 정점(CT-01~03, CT-10~12)과 공사 중·후 조사 정점 14개 중 중앙에 위치한 2개 정점(SC-07, SC-14)을 영향권, 그 외 정점들을 비 영향권으로 구분하였습니다.
  • 영향권 공간 부유사 농도
  • 공사 전 : 표층 11.0~46.4㎎/L (평균 25.0㎎/L), 중층 22.0~48.7㎎/L (평균 32.8㎎/L), 저층 30.5~52.5㎎/L (평균 42.3㎎/L)
  • 공사 중 : 표층 9.2~23.5㎎/L (평균 16.3㎎/L), 중층 14.4~33.8㎎/L (평균 22.3㎎/L), 저층 16.9~47.8㎎/L (평균 25.5㎎/L)
  • 공사 후 : 표층 7.6~16.6㎎/L (평균 12.2㎎/L), 중층 4.7~54.0㎎/L (평균 24.4㎎/L), 저층 7.0~54.5㎎/L (평균 36.1㎎/L)
  • 비 영향권 공간 부유사 농도
  • 공사 전 : 표층 10.9~32.9㎎/L (평균 20.6㎎/L), 중층 25.7~33.2㎎/L (평균 28.7㎎/L), 저층 33.9~53.3㎎/L (평균 39.4㎎/L)
  • 공사 중 : 표층 12.4~23.7㎎/L (평균 16.8㎎/L), 중층 15.8~32.1㎎/L (평균 21.9㎎/L), 저층 16.2~36.7㎎/L (평균 25.2㎎/L)
  • 공사 후 : 표층 11.5~20.0㎎/L (평균 14.4㎎/L), 중층 10.2~28.8㎎/L (평균 19.1㎎/L), 저층 10.6~44.6㎎/L (평균 32.3㎎/L)
  • 공사 전·중·후의 공사 시기별로 영향권과 비 영향권의 평균 부유사 농도는 큰 차이가 없습니다.

  • < 공사 전·중·후 공간 부유사 영향권 및 비 영향권 통계분석 결과 >

    목록
    관측 기간 구분 부유사 농도(㎎/L)
    영향권 비영향권
    표층 중층 저층 표층 중층 저층
    공사 전 1차~5차 최소 11.0 22.0 30.5 10.9 25.7 33.9
    최대 46.4 48.7 52.5 32.9 33.2 53.3
    평균 25.0 32.8 42.3 20.6 28.7 39.4
    공사 중 1차~6차 최소 9.2 14.4 16.9 12.4 15.8 16.2
    최대 23.5 33.8 47.8 23.7 32.1 36.7
    평균 16.3 22.3 25.5 16.8 21.9 25.2
    공사 후 1차~6차 최소 7.6 4.7 7.0 11.5 10.2 10.6
    최대 16.6 54.0 54.5 20.0 28.8 44.6
    평균 12.2 24.4 36.1 14.4 19.1 32.3

  • [ 공사 전·중·후 공간 부유사 조사 위치도 ]


[ 공사 전·중·후 영향권 및 비 영향권 공간부유사 평균 농도 ]

해양 물리 및 부유사 연구 결론

서남해 해상풍력 실증단지 건설에 의하여 해양 물리에 미치는 영향을 파악하기 위해 해수 유동과 부유사 항목을 공사 전·중·후로 나누어 비교하였으며, 결론은 다음과 같습니다.

  • 해수 유동은 관측된 층별 연속 조류에서 조화상수의 장축 길이와 최강 유속을 분석하였으며 부유사는 층별 연속부유사 평균 농도와 공간 부유사 평균 농도로 나누어 분석하였습니다.
  • 층별 연속 조류에서 4대 분조의 장축 길이는 조사 시기에 따른 계절적인 변동은 있으나 공사 이전과 공사 후 결과 양상이 유사한 것으로 확인되었고 최강 유속은 공사 중·후의 차이가 크지 않으며 관측 시기에 값이 차이 나는 것은 공사의 영향보다 해류, 바람, 지형 등 환경요인에 기인하는 것으로 판단됩니다.
  • 층별 연속부유사의 전 층의 평균 농도를 비교해 보면 전 시기에 대체로 표층에서 저층으로 갈수록 증가하는 경향을 보이며 시기별 평균 농도 변화폭은 크지 않았고 공간 부유사의 경우 영향권과 비 영향권으로 나뉘어 분석한 결과 공사 전·중·후의 시기별 평균 부유사 농도는 큰 차이가 없습니다.

본 연구는 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구(No. 20203030020080, 해상풍력 단지 해양공간 환경 영향 분석 및 데이터베이스 구축, 2020~2024)의 결과입니다(문의 : 한국해상풍력㈜ 박지산 팀장, anode@kowp.co.kr)