정자혜
(Jahe Jung)
1
이종석
(Jong-Suk Lee)
2†
-
정회원,한국건설기술연구원 지반연구본부 수석연구원
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정회원,한국건설기술연구원 구조연구본부 연구위원, 교신저자
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키워드
인천항만 시설물, 비래염분, 해안거리에 따른 비래염분량 감소, 염해, 현지 측정
Key words
Port facilities, Airborne chlorides, Reduction equation of airborne chlorides according to coastal distance, Salt attack, In-situ measurement
1. 서 론
항만시설물은 바다에 바로 접하여 바닷물이 직접적으로 닿는 부분은 물론이고 해안으로부터 거리가 떨어져 있어 바닷물이 직접 닿지 않지만 바람에 의해 바다로부터
날아 들어온 비래(飛來)염분에 의해 염해피해가 발생할 수 있는 환경에 있다. 이에 “항만 및 어항 설계기준(재료편) KDS 64 10 20 (MOF, 2023)”에서는 KDS 14 20 40 콘크리트구조 내구성 설계기준(MOLIT, 2022)을 인용하여 염화물의 노출등급을 4등급(ES1~ 4)으로 구분하여 콘크리트 구조의 내구성 확보를 위한 최소 설계기준 압축강도를 제시하고 있는데, 여기에서도
비래염분에 영향을 받는 항만 및 주변해안 시설에서는 “습윤하고 드물게 건조되며 염화물에 노출되는 콘크리트”의 등급과 동일한 최소 설계기준 압축강도를
제시하고 있어, 비래염분의 범위 내에 있는 환경도 염해피해에 대비한 대책을 마련하여야 한다는 사실이 점점 더 중요하게 인식되고 있다.
해안부근의 콘크리트 구조물은 바다에서 발생한 비래염분이나 제설제 살포에 의한 비산입자(이하 제설염분)가 콘크리트 속으로 침투하면서 염해가 발생할 수
있으며, 이는 구조물 자체의 내구성에도 큰 영향을 미친다(Jung et al., 2022). 이때, 대기중 비래염분이 콘크리트에 부착된 후, 콘크리트 속으로 침투하는 침투염화물량은 콘크리트 표면으로부터 깊이에 따라 일정하게 감소하지 않고
어느 깊이까지는 증가하다가 최대값을 보인 후, 오히려 감소하는 양상을 보인다(Meira et al., 2010; Lee and Ahn, 2012; Min and Lee, 2021). 이를 Meira et al.(2010)는 콘크리트 내부를 대류영역과 확산영역, 2영역으로 나누어 설명했다. 대류영역은 건습이 반복되는 콘크리트 표면을 포함한 염화물의 농도차이나 모세관
흡착으로 콘크리트 내부로 염소이온이 이동하는 영역으로, Min and Lee(2021)는 물-시멘트비가 낮을수록 표면염화물량은 높은 경향을 보이는 것을 실험으로 밝혀냈으며, 또한 대기 중 비래염분량이 증가함에 따라 표면염화물량 역시
비례하여 증가하는 경향으로부터 이들의 상관관계를 도출하기도 하였다. 이 외에도 다수의 연구 사례(Tsubokura et al., 2016; Hirose et al., 2014; Saeki et al., 2010)에서 대기 중 비래염분량과 표면염화물량이 비례관계에 있음을 보이고 있다.
한편 대류영역에서 깊이가 깊어질수록 증가하는 염화물량이 최대값을 보인 후 감소하는데, 염화물량이 최대값을 보이는 지점부터 내부를 확산영역이라고 하였다.
이 확산영역에서는 높은 습도로 환경이 유지되고 있고 염화물량은 주로 확산의 형태로 더 깊은 콘크리트 내부로 이동하며, 깊이에 따라 총 염화물량은 감소하는
경향을 보인다(Meira et al., 2010).
해안가 비래염분의 염해대책을 위해 한국건설기술연구원에서는 2003년 7월 ~ 2006년 6월, 총 3년 동안 “1차 해안가 비래염분 전국조사(KICT, 2006)”를 수행하였다. 1차 조사에서는 전국 해안가를 동, 서, 남해안의 3개의 해역으로 구분하고, 64개 지점에서 비래염분량을 측정하였으며, 그 결과는
“시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침(성능평가 편)(MOLIT, 2021)”, “무도장내후성 강교량 적용 지침(Korean Society of Steel Construction, 2019)” 등에 사용되고 있다. 1차 조사 이후 기후변화와 해안지형 변화 등으로 해안가의 비래염분량에 변화가 있을 것으로 판단하여 한국건설기술연구원에서는
2021년 7월 ~ 2024년 6월, 총 3년동안 “2차 해안가 비래염분 조사”를 수행중이다. 이 중 1년 동안의 조사 결과는 “항만 및 어항 설계기준(재료편)
KDS 64 10 20 (MOF, 2023)”에 반영되어 있다.
이렇게 해안가의 콘크리트 구조물에서는 설계/시공/유지관리 분야에 비래염분에 의한 염해 대책이 중요시되고 있다. 그러나 항만시설물은 많은 부분이 비래염분에
의한 영향을 받는 위치에 놓여있지만 국내에서 실제 대기 중 비래염분을 측정한 사례는 없고, 국외에서도 항만시설물을 대상으로 한 비래염분의 연구는 강재의
부식에 대한 비래염분의 영향과 메커니즘 규명(Alcántara et al., 2015; Seechurn et al., 2022)에 초점이 맞추어져 있다. 또한 실제 측정 데이터에 기초한 항만환경에 따른 비래염분량의 분포 특징에 관한 연구는 사례가 적은 실정이다.
따라서 본 연구에서는 2021년 9월~2023년 8월, 총 2년 동안 15개 지점에서 인천항의 항만시설물을 대상으로 대기 중 비래염분량을 측정하였다.
측정 결과를 이용하여 북항, 남항, 신항으로 나누어진 인천항의 각 항만 시설물별 해안거리에 따른 비래염분 분포 특징, 측정 높이에 따른 비래염분량
차이, 측정환경에 따른 비래염분량 분포 특징, 해안거리에 따른 비래염분량 감소 특징 등을 파악하였다.
본 연구에서 획득된 자료는 항만시설물의 재해 및 노후화 평가 등의 기초 데이터로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
2. 인천항 비래염분 측정 개요
2.1 측정지점 및 조사기간
인천항만 내 시설물의 대기 중 비래염분량 분포를 조사하기 위해 인천항을 항별로 나누어 총 15개 지점에 염분 포집기를 설치하였으며, 설치 위치는 Fig. 1과 같다. 북항지역에는 N-1, N-2, N-3, N-4, N-5로 표시된 5개 지점에 설치하였고, 설치위치는 각 각 해안으로부터 거리 5, 860,
2000, 3200 , 2000 m이며, N-3과 N-5는 해안으로부터 거리가 동일하나 다른 시설물에 설치되었다. 설치 높이는 지면으로부터 높이 2
m로 동일하다. 남항지역에는 S-1, T-1, T-2, S-2, S-3, S-4로 표시된 6개 지점에 설치하였고, 설치위치는 각 각 해안으로부터
거리 0, 610, 610, 760, 2200, 3100 m이다. 이 중, T-1, T-2는 Fig. 2(b)와 같이 간만대에 속하고, 해안으로부터 거리는 동일하며 높이를 상부와 하부로 구분하여 설치하였다. 이 지점은 지면으로부터 계단으로 내려와 설치된 지점으로,
지면보다 낮다. 따라서 상부에 설치된 T-1과 하부에 설치된 T-2의 높이는 각 각 지면으로부터 거리는 0 m와 -1 m이다. 그 외에 설치 높이는
북항과 같이 지면으로부터 높이 2 m로 동일하다. 신항지역에는 H-1, H-2, H-3, H-4로 표시된 4개 지점에 설치하였고, 설치위치는 각 각
해안으로부터 거리, 100, 280, 530, 500 m이다. H-1~3은 해안으로부터 거리에 따라 일직선으로 지면으로부터 높이 2 m 높이에 설치되었으며,
H-4는 31 m 높이의 건물옥상에 설치되었다.
각 지점에 설치한 염분포집장치는 전면에 장애물이 없는 곳에 해안가를 마주보고 설치하여 최대한 장애물에 대한 영향을 최소화하였다.
조사 기간은 2021년 9월~2023년 8월까지 2년이며, 매월 1회, 1개월간의 누적 비래염분량을 측정하였다.
Fig. 1 The installation locations of salinity measurement devices
2.2 염분포집장치와 염분량 분석방법
비래염분량을 측정하기 위한 염분포집장치와 분석방법은 선행연구(Moon and Lee, 2004; Lee et al., 2010)를 따랐다. 포집기의 개략적인 형상은 포집면적이 100 mm × 100 mm × 100 mm 이며, 박스 내부에는 100 mm × 120 mm 포집판을
2개 설치하였으며, 포집된 비래염분이 비바람에 의하여 유실되지 않도록 20 mm 높이의 차단막이 설치되어 있다. 비래염분 포집기 거치대는 비래염분
포집기가 소정의 높이(2 m)에서 빗물 등 외기환경의 영향을 최소로 하면서 정량적인 포집이 이루어질 수 있도록 구성하였다. 이 외에 높이에 대한
비래염분량의 변화를 파악하기 위해 신항의 1개 지점(H-4)에서 31 m 높이의 건물옥상에서 측정하였다. 또한 남항의 간만대의 상 ‧ 하부에서의 비래염분량을
파악하기 위한 목적으로 접안벽에 부착하여 설치한 지점에서는 지면보다 낮은 위치에 설치하였다. 본 연구를 위해 설치한 염분포집기의 개략도와 설치 사진은
Fig. 2와 같다.
비래염분 포집에 사용되는 거즈는 의료용 거즈로서 증류수에 1일 동안 침지하여 불순물을 제거한 후 사용하였다. 1개월간의 포집이 끝난 거즈시료는 500
g 증류수가 담긴 비이커에 넣고 잘 저어 3시간 이상 방치한 후 약 5분 간격으로 3회 이상 휘저어준 다음 질산은에 의한 침전 적정법을 사용하여 염화물을
측정하였다(Lee et al., 2010). 측정한 비래염분량은 100 mm × 100 mm 의 면적에 한 달 동안 누적된 NaCl 염분량이며, 이를 표시하는 단위는 KS D ISO 9225(2012)의
부속서 E 규정을 활용하여, 한 달 동안의 비래염분량을 일수로 나눈 일평균 비래염분량인 mg/100$cm^{2}$/day (이하 mdd)를 사용하였다.
Fig. 2 The figure of salinity measurement devices
3. 인천항 비래염분량 분석 결과
3.1 월별 비래염분량 분포
Fig. 3 ~ 6에 인천항의 북항, 남항, 신항의 총 13개 지점에서 2년 동안 측정된 비래염분량의 월별 분포와 평균값을 나타내었다. 남항 간만대의 2개 지점은
분석에서 제외하였다.
Fig. 3 Monthly average airborne chlorides at measurement point in North Port
3.1.1 북항
Fig. 3에 나타낸 북항의 비래염분량은 0.4 ~ 3.0 mdd의 범위에서 분포하고 있다. 지점별로 보면, 해안으로부터 거리가 5 m로 가장 가까운 N-1에서
월별 비래염분량은 0.6 ~ 3.0 mdd의 범위로 분포하며, 2월을 제외하면 연중 월별 비래염분량이 측정지점들 중 가장 높다. 그 다음으로 해안으로부터
가까운 N-2에서는 월별 비래염분량이 0.4 ~ 1.0 mdd의 범위에서 분포하고, 연중 월별 비래염분량은 가장 낮다. 일반적으로 동일 지역에서
측정한 대기 중 비래염분량은 해안으로부터 가까운 지점에서 가장 높고 해안으로부터 거리가 멀어질수록 낮아진다(KICT, 2006; Lee et al., 2010; PWRI, 1993). 그러나 북항에서는 해안으로부터 거리가 먼 N-3, N-4, N-5보다 가까운 N-2에서 대기 중 비래염분량이 더 낮게 측정되어 일반적인 경우와는
반대의 결과를 나타내었다. 이에 대한 이유는 3.3.1절에서 내해가 미치는 영향으로서 고찰하였다.
월별 평균을 보면, 가장 높은 12월이 1.9 mdd로, 가장 낮은 9월의 0.8 mdd의 2배 이상으로 나타났다. 겨울철에 비래염분량이 높은 것은
북서쪽에 바다가 위치하고 있어 겨울에 강한 북서풍에 의해 바다에서 내륙으로 염분이 다량 날아 들어와 대기 중 염분량이 높아졌기 때문인 것으로 판단된다.
이와 같은 결과는 1차와 2차 전국 비래염분 조사의 결과(Lee et al., 2010; Jung and Lee, 2023)에서 보인 서해안의 특징과도 유사하다.
3.1.2 남항
Fig. 4에 나타낸 남항의 비래염분량은 0.5 ~ 3.3 mdd의 범위에서 분포하고 있다. 지점별로 보면, 해안으로부터 거리가 0 m로 가장 가까운 S-1에서
월별 비래염분량은 1.0 ~ 3.3 mdd의 범위로 분포하고 월별 비래염분량의 차가 3배 이상 발생하였으며, 10월과, 12월, 3월에는 남항의 측정
지점들 중 가장 높은 비래염분량을 나타내었다. 해안으로부터 거리가 3100 m로 가장 먼 S-4는 0.5 ~ 1.8 mdd의 범위로 분포하고 월별
비래염분량의 차는 3배 이상으로 S-1과 유사하게 나타났다. S-2와 S-3에서는 월별 비래염분량의 최곳값과 최젓값의 차는 2배 정도로 S-1과 S-4보다는
적게 나타났으며, S-2는 4월과 5월에 남항의 측정 지점들 중 가장 높게 나타났다. 즉, 10월 ~ 3월의 가을과 겨울철에는 강한 북서풍의 영향으로
북서쪽에 위치한 해안으로부터 가장 가까운 S-1의 비래염분량이 가장 높다. 반면 4월과 5월의 봄철에는 북서쪽에 위치한 바다와 더불어 서쪽에 위치한
바다로부터 날아 들어온 비래염분량의 영향으로 S-2가 남항의 측정지점들 중 가장 높은 비래염분량이 나타난 것으로 판단된다.
남항의 월별 평균을 보면, 가장 높은 10월과 12월이 1.8 mdd로, 가장 낮은 9월의 0.8 mdd의 2배 이상으로 나타났고, 북항과 동일하게
겨울철의 비래염분량이 높게 나타났으며, 원인도 동일하다고 판단된다.
Fig. 4 Monthly average airborne chlorides at measurement point in South Port
3.1.3 신항
Fig. 5에 나타낸 신항의 비래염분량은 0.4 ~ 3.3 mdd의 범위에서 분포하고 있다. 지점별로 보면, 해안으로부터 거리가 100 m로 가장 가까운 H-1에서
월별 비래염분량은 0.6 ~ 3.3 mdd의 범위로 분포하며, 10월과 6 ~ 8월에 지점들 중 최곳값을 나타내었다. 해안으로부터 거리가 530 m로
가장 먼 H-3에서 월별 비래 염분량은 0.4 ~ 1.4 mdd의 범위로 분포하여 H-1보다는 모든 달에서 낮은 비래염분량을 나타내었다. 한편 해안으로부터
거리는 500 m로 H-3과 유사하나 측정 높이가 지면으로부터 높이 31.0 m인 H-4의 비래염분량은 1.0 ~ 2.4 mdd의 범위에서 분포하였다.
31m 높이의 H-4는 H-3보다 모든 월에서 높은 비래염분량을 나타내며, 특히 11~5월에는 H-1보다도 높게 나타났다. 이에 대한 이유는 3.3에서
고찰하였다.
신항의 월별 평균을 보면, 가장 높은 10월이 1.9 mdd로, 가장 낮은 11월의 0.6 mdd의 3배 이상으로 나타났다. 이외에 신항에서는 여름인
7월이 1.8 mdd로 비교적 높게 나타났으며, 겨울인 12 ~ 2월에 1.0 ~ 1.5 mdd로 여름보다 낮게 나타났다. 따라서 신항은 서해안의
특징을 보이는 북항, 남항과는 다른 특징을 보인다. 이는 신항의 측정지점에서 볼 때 바다가 남쪽과 서쪽에 넓게 분포하고 있기 때문이다. 이에 따라,
여름에는 남풍에 의해 남쪽 바다에서 내륙으로 비래염분을 이동시키고, 가을에는 서풍에 의해 서쪽의 바다에서 내륙으로 비래염분을 이동시킨 결과로 판단된다.
즉, 서해안의 경우 신항과 같이 남쪽 바다를 향하고 있는 경우는 일반적으로 서해를 향하고 있는 다른 항만시설물과 다른 월별 비래염분 분포를 보이는
것을 확인하였다.
Fig. 5 Monthly average airborne chlorides at each measurement point in New Port
3.2 연평균 염분량
3개 항의 연평균 비래염분량과 간만대의 연평균 염분량을 Fig. 6에 나타내었다. 북항, 남항 및 신항의 연평균 비래염분량은 각 각 1.5, 1.3, 1.6 mdd로 큰 차이가 없었다. 반면 간만대의 염분량은 15.2
mdd로 현저히 크게 나타났다. 간만대에서 염분량이 큰 이유는 Fig. 11에서 나타낸 것과 같이 상부보다는 하부에서의 염분량이 높기 때문이다. 이는 하부지점은 간만대 지역으로 해수가 직접 닿는 경우도 있으며, 비말(飛沫)
형태의 염분도 발생하여 높은 염분량이 나타난 것으로 판단된다.
Lee et al.(2010)에 의하면 국내 동, 서, 남해안의 해역별 평균 비래염분량은 각 각 5.3, 4.0, 1.5 mdd로, 동해안은 남해안의 약 3배 정도로 비래염분량이
많이 발생되는 것으로 나타났으며, 서해안은 동해안보다 조금 낮은 경향을 나타내었다. 그러나 인천의 경우 1.1 mdd로 서해안 중에서는 비래염분량이
낮게 나타났다.
금번의 조사에서 인천항의 경우도, 평균 비래염분량이 비교적 높은 서해안에 위치하나 북항, 남항, 신항의 연평균 비래염분량이 1.3 ~ 1.6 mdd
정도로 나타나, 인천의 지역적인 특성을 따르는 것으로 보인다.
Fig. 6 Annual average airborne chlorides for 2 years
3.3 측정 환경에 따른 비래염분량 분포 특징
3.3.1 내해가 비래염분량에 미치는 영향의 정량적 평가
Fig. 7은 북항의 각 조사지점에서의 비래염분량의 평균을 나타낸 것이다. 3.1절에서 언급한 것과 같이 일반적으로 동일 지역에서 해안가의 대기 중 비래염분량은
해안선에서 가장 가까운 곳이 가장 높고 거리가 멀어질수록 감소한다. 북항의 경우, Fig. 7과 같이 해안거리가 5 m로 가장 가까운 N-1지점은 비래염분량이 2.1 mdd로 가장 높고 해안거리 860 m로 두 번째로 가까운 N-2지점이 0.8
mdd로 가장 낮았다. 그러나, N-2보다 해안거리가 먼 N-3, N-4, N-5 지점은 오히려 N-2 지점보다 비래염분량이 더 높게 나타나 일반적인
결과를 따르지 않았다.
북항은 Fig. 8과 같이 N-1지점에 접한 바다(외해로 지칭)이외에, 나머지 측정지점으로 둘러싸인 점선으로 표시된 바다(내해로 지칭)가 존재하는데, 이것이 북항의
해안거리에 따른 비래염분량의 특징을 나타내는 이유라고 판단된다. 따라서 내해의 존재가 대기 중 비래염분량에 미치는 영향을 알아보기 위하여 Fig. 13과 같이 N-1과 N-2, 2개 지점의 2년 동안의 비래염분량 평균값의 추세선을 이용하여 식 (1)과 같이 비래염분 감소식을 도출하였다. 이 식에 의한 N-3, N-4, N-5 지점의 비래염분 추정치와 실제 측정치를 비교하여 보았다. 자세한 비래염분
감소식 도출 방법은 3.4에 설명하였다.
N-3, N-4, N-5 지점에서 비래염분량의 실체 측정치와 식(1)에 의한 추정치 및 이 두 값들의 차는 Table 1과 같다. Fig. 3을 보면, 이들 세 지점은 겨울에 비래염분량이 높은 것을 알 수 있다. 즉, 겨울의 강한 북서풍에 의해 외해로부터 날아 들어오는 비래염분량에 더해
이들 세 지점에서는 내해에서 날아 들어오는 비래염분량도 더해져 N-2 지점보다 비래염분량이 높게 나타났다고 판단된다. 즉, 이들 세 지점의 측정치와
추정치의 차이는 내해의 환경이 반영된 결과로 판단된다.
따라서 동일 지역에서 내해를 포함하고 있는 해안환경에서는 외해뿐만 아니라 내해로부터도 비래염분이 내륙으로 날아 들어와 해안가의 비래염분량의 증가에
영향을 미칠 수 있다고 판단된다.
Fig. 7 The average airborne chlorides in North Port for 2 years
Fig. 8 The inland sea and measured locations in North Port
Table 1 Measured and estimated airborne chlorides in North Port
|
Locations
|
Distance
from coastline
(m)
|
a=
Measured value
(mdd)
|
b=
Estimated value
(mdd)
|
a-b
(mdd)
|
|
N-3
|
2000
|
1.3
|
0.7
|
0.6
|
|
N-4
|
3200
|
1.3
|
0.6
|
0.7
|
|
N-5
|
2000
|
1.3
|
0.7
|
0.6
|
3.3.2 측정 높이에 따른 비래염분량 차이
Fig. 9에 신항의 4개 지점에서의 비래염분량의 평균을 나타내었다. 해안거리가 530 m에서 높이 2 m인 H-3지점의 비래염분량은 0.9 mdd인 반면,
해안거리 500 m이지만 측정높이가 31 m인 H-4지점은 1.7 mdd로 나타났다. 이는 Fig. 9의 H-1 ~ H-3과 같이 일반적으로 동일한 지역에서 해안으로부터 거리가 멀어질수록 비래염분은 감소한다는 일반적인 사실과는 반대의 결과를 보인다.
Table 2의 신항의 각 측정지점의 해안거리와 측정높이를 나타낸 표를 보면, H-3과 H-4 지점의 측정높이는 지상으로부터부터 각 각 2.0 m와 31.0 m
높이에서 측정되었다.
Kazama and Yamada(2004)는 이류확산해석으로 해안거리와 지면으로부터 높이에 따른 비래염분량을 예측하였다. 이에 따르면 Fig. 10과 같이 해안거리 50 m이내에서는 높이가 증가함에 따라 비래염분량이 증가하여 높이 12 m에서 최대치를 나타낸 후, 그 이후 높이에서는 다시 감소하는
결과를 보여준다. 이에 반해 해안거리 500 m에서는 높이 50 m까지 해석한 결과, 높이가 높아질수록 비래염분량은 증가하다가 높이 약 30 m 이후에는
수렴하는 형태를 확인하였고, 실제 측정치에서도 유사한 결과를 발표하였다.
따라서 본 연구에서 해안거리가 500 m인 H-4지점이 530 m인 H-3지점보다 비래염분량이 높게 나온 이유는 측정 높이가 31.0 m로 높기
때문인 것으로 추정되며, 해안거리가 동일한 지점에서의 추정값에 비해 약 50 % 이상 높게 나타났다.
Fig. 9 The Average airborne chlorides in New Port for 2 years
Fig. 10 Airborne chlorides according to distance from coastline (Modified afterKazama and Yamada, 2004)
Table 2 Measured and estimated airborne chlorides in New Port
|
Locations
|
Distance
from coastline
(m)
|
Height
from ground
(m)
|
Measured value
(mdd)
|
|
H-1
|
100
|
2.0
|
1.5
|
|
H-2
|
280
|
2.0
|
1.2
|
|
H-3
|
530
|
2.0
|
0.9
|
|
H-4
|
500
|
31.0
|
1.7
|
3.3.3 간만대 상부와 하부의 염분량 차이
Fig. 11에 남항 간만대의 상부(T-1)와 하부(T-2) 지점에서의 염분량의 평균을 나타내었다. 하부의 염분량은 26.0 mdd로 상부의 4.4 mdd보다
6배 이상 높게 나타났다. 일반적으로 간만대의 하부는 상부는 하부보다 염분량이 높게 측정된다. 그러나 2021년 9월 ~ 2023년 8월까지 조사기간
전체의 월별 염분량을 나타낸 Fig. 12를 보면, 2022년 7월과 8월, 2023년 8월은 상부의 염분량이 월등히 높아진 것을 알 수 있다. 특히 2022년 8월에는 상부에서의 염분량이
하부에서의 염분량보다 높게 나타나고 있다.
Table 3은 염분 측정 기간 동안의 월별 인천지역의 조위데이터를 나타낸 것으로 국립해양조사원 데이터를 활용하였다. 표에서 보면, 간만대 상부의 염분량이 높은
기간의 최고조위의 평균이 9.7 m, 조위차의 평균(최고조위와 최저조위의 차)이 9.7 m인 것에 반해, 간만대 상부의 염분량이 높지 않은 기간은
각 각 9.2 m, 9.3 m로 나타났다. 즉, Fig. 11과 Table 3을 연관시켜 보면, 간만대 상부의 염분량이 다른 기간보다 월등히 높은 기간은 최고조위와 조위차도 다른 기간보다 높게 나타났다. 또한 간만대 상부의
염분량이 현저히 높은 기간에는 최고조위는 9.5 ~ 9.9 m 범위에서 분포하고 있고, 조위차는 9.4 ~ 10.0 m 범위에서 분포하고 있다. 한편
간만대 상부의 염분량이 낮은 기간에는 최고조위는 8.9 ~ 9.5 m 범위에서 분포하고 있고, 조위차는 8.8 ~ 9.7 m 범위에서 분포하고 있다.
즉, 간만대 상부의 염분량이 현저히 높은 달은 최고조위와 조위차가 그렇지 않은 달에 비해 높은 것으로 나타났다.
따라서, 간만대의 염분량은 최고조위 및 조위차와 매우 높은 관련성이 있다는 것을 확인했다.
Fig. 11 The Average airborne chlorides at T-2(upper) and T-2(lower position) in tidal zone of South Port for 2 years
Fig. 12 Monthly airborne chlorides at T-1(upper) and T-2(lower position) in tidal zone for 2 years
Table 3 Tide level data in Incheon
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Months
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Average of maximum tide levels (m)
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Difference of maximum and minimum tide levels (m)
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Jul-22, Aug-22 and Aug-23
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9.7
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9.7
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The others of airborne chlorides measurement period
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9.2
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9.3
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3.4 해안으로부터 거리에 따른 비래염분량 분포 특징
3.4.1 해안거리에 따른 비래염분 감소량
북항, 남항, 신항의 해안으로부터 거리에 따른 비래염분량의 변화를 Fig. 13 ~ 15에 각 각 나타내었다. 그림에 각 항의 2년간의 거리에 따라 측정한 모든 비래염분량을 도시한 후, 이들의 평균값에 대한 추세선을 실선으로
나타내었다. 단, 남항에서는 간만대인 S-2에서 측정한 데이터를, 신항에서는 높이가 다른 H-4에서 측정한 데이터를 감소식과 감소율식의 도출에서 제외하였다.
북항의 해안거리에 따른 비래염분량 감소식은 식 (2)와 같다.
식 (2)를 이용하여 북항의 해안거리에 따른 비래염분량을 추정한 결과, 5 m에서 2.0 mdd였던 비래염분량은 100 m에서 1.5 mdd로 약 1/4이
감소했다. 한편, 1000 m에서 1.3 mdd, 5000 m에서 1.1 mdd로 감소하여 5 m지점에서의 비래염분량의 1/2로 감소한 후, 이후는
큰 변화는 없는 것으로 나타났다.
남항의 해안거리에 따른 비래염분량 감소식은 식 (3)과 같다.
식 (3)을 이용하여 남항의 해안거리에 따른 비래염분량을 추정한 결과, 5 m에서 1.4 mdd였던 비래염분량은 100 m에서 1.3 mdd, 1000 m에서
1.2 mdd로 감소하여 북항과 비교하여 감소량이 적은 것으로 나타났다.
신항의 해안거리에 따른 비래염분량 감소식은 식 (4)와 같다.
식 (4)을 이용하여 신항의 해안거리에 따른 비래염분량을 추정한 결과, 5 m에서 4.3 mdd로 앞의 두 항과 비교하여 약 2배 이상으로 높았던 비래염분량은
100 m에서 1.6 mdd로 약 1/3 정도로 감소했다. 또한, 1000 m에서 0.7 mdd, 5000 m에서 0.4 mdd로 감소하였으며, 400
m 이후에 1.0 mdd 이하로 예측되었다.
Fig. 13 Reduction of airborne chlorides according to the distance from the coastline in North Port
Fig. 14 Reduction of airborne chlorides according to the distance from the coastline in South Port
Fig. 15 Reduction of airborne chlorides according to the distance from the coastline in New Port
3.4.2 해안거리에 따른 비래염분 감소율
북항, 남항, 신항의 해안으로부터 거리에 따른 비래염분량의 감소율을 Fig. 16에 도시하였다. 앞에서 살펴본 바와 같이 세 해역의 지역별 거리에 따른 비래염분량이 다르기 때문에 감소율의 비교를 위해 해안으로부터 거리 1 m지점에서의
비래염분량을 100%로 설정한 후, 거리에 따른 감소율을 도시하였다.
북항, 남항, 신항의 감소율 함수는 각 각 식 (5), (6), (7)과 같다.
거리 1000 m 떨어진 곳에서 비래염분량 감소율을 보면, 북항은 56.0%까지 감소하였지만, 남항은 85.9 % 감소율을 보였다. 한편 신항은 1000m에서
9.9 %의 감소율을 보여 나머지 2개 항과 해안으로부터 동일한 거리에서 감소율이 크게 감소하였다. 이는 신항도 나머지 2개 항과 같은 지역에 있으나
내륙과 바다의 위치 등의 차이에 영향이 작용했다고 판단된다. 즉, 북항과 남항은 북서쪽에 바다가 위치하고 있어, 겨울에 강한 북서풍으로 인해 해안으로부터
거리가 멀어져도 비래염분량이 멀리까지 날아가 감소율이 크게 감소하지 않았다고 판단된다. 반면, 신항은 서쪽과 남쪽에 바다가 위치하고 있어, 북항과
남항에 비해 비래염분량 이동에 기여하는 북서풍의 영향을 적게 받았기 때문으로 판단된다.
Fig. 16 Decreasing rate of airborne chlorides according to distance from the coastline
5. 결 론
인천항만 시설물을 대상으로 대기 중 비래염분량을 조사하기 위하여 북항, 남항, 신항에 총 15개 지점에 대기 중 염분량 포집장치를 설치하였고, 2년
동안에 획득된 데이터를 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 월별 비래염분량은 북항에서 0.4 ~ 3.0 mdd, 남항에서 0.5 ~ 3.3 mdd, 신항에서 0.4 ~ 3.3 mdd의 범위에서 분포하고
있으며, 항별 최대와 최소 염분량의 차이는 크지 않았다. 한편 각 항별 연평균 비래염분량은 북항, 남항, 신항에서 각 각 1.4, 1.3, 1.3
mdd로 유사했으며, 간만대의 경우, 염분량은 15.2 mdd로 크게 나타났다.
2) 북항과 남항은 겨울에 비래염분량이 높고, 신항은 여름에 비래염분량이 높았으며, 이것은 해안선이 이루는 방향, 바다가 위치하는 방향 등에 의해
계절풍의 영향을 많이 받기 때문인 것으로 판단된다.
3) 동일지점에서 측정높이에 따라 비래염분량은 달라지는 것으로 나타났으며, 신항의 경우, 해안거리가 500 m로 동일한 두 지점에서 지면으로부터 높이
2 m에서 측정한 경우에 비해 높이 31.0 m에서 측정한 경우, 비래염분량이 약 50% 이상 높게 나타났다.
4) 남항의 간만대의 상부와 하부에서는 각 각 0.5 ~ 27.9 mdd와 9.2 ~ 58.5 mdd의 염분량 분포 범위로 월별 차이가 크게 나타났으며,
연 평균은 각 각 4.4, 26.0 mdd로 나타났다.
5) 조사대상 간만대 영역의 상․하부 염분량은 6배 이상 차이가 발생하였으며, 동일한 간만대 영역에서도 해수의 최고조위의 변화에 따라 염화물 침투량의
차이가 발생할 수 있을 것으로 판단된다.
6) 방파시설로 외해와 내해가 공존하는 경우 내해의 영향을 받아 기존 연구의 해안거리에 따른 비래염분감소율 모델을 적용하기 어려우며, 새로운 감소율식이
필요한 것으로 판단된다.
7) 인천의 북항, 남항 및 신항에 대하여 해안으로부터 거리에 따른 비래염분량 감소율식을 도출하였으며, 해안거리에 따른 감소율은 신항이 가장 크고,
남항이 가장 작게 나타났다.
본 연구에서 획득된 자료는 항만시설물의 해양환경 노출범주 및 등급을 관리하는 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
감사의 글
이 논문은 2023년도 해양수산부 재원으로 해양수산과학기술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구임(20210603, 항만인프라 재해 및 노후화 관리기술
개발).
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