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ISSN : 2671-9940(Print)
ISSN : 2671-9924(Online)

Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology Vol.51 No.3 pp.461-473
DOI : https://doi.org/10.3796/KSFT.2015.51.3.461

Daily change and acoustical characteristics of underwater noise on a submerged sea tunnel in Jinhae Bay, Korea

Hyeon–Ok SHIN*

Division of Marine Production System Management, Pukyong National University, Busan 48513, Korea

Corresponding author : shinho@pknu.ac.kr, Tel: +82–51–629–5893, Fax: +82–51–629–5886

Received August 20, 2015 Review August 29, 2015 Accepted August 31, 2015

Abstract

Jinhae Bay located in the southern of Korean Peninsular is an important spawning area in Korea. By some preliminary studies it was measured several times that adult Pacific codes (Gadus microcephalus) were passed (swimming layer: 15 to 18 m) over a submerged sea tunnel (sea bottom: about 30 m) rather than another immigration route when the Pacific codes were tagged surgically with an acoustic transmitters and released inside of the Bay. There is a possibility that the Pacific codes and the other fishes use the route on the sea tunnel as an immigration route are affected by a human–generated underwater noise around the sea tunnel due to the sea tunnel traffic. On this study the 25–hour measurements of the underwater noise level by water layer were conducted with a hydrophone attached on a portable CTD and an underwater noise level meter during four seasons, and the acoustical characteristics of the underwater noise was analyzed. The mean traffic volume for one hour at the sea tunnel on the spring was shown the largest value of 1,408 [standard deviation (SD): 855] vehicles among four seasons measurement. The next one was ordered on the autumn [1,145 (SD: 764)], winter [947 (SD: 598)] and summer [931 (SD: 558)] vehicles. Small size vehicle was formed 84.3% of the traffic volume, and ultra–small size, medium size, large size and extra–large size of the vehicle were taken possession of 8.7%, 3.2%, 2.0% and 1.8%, respectively. On the daily change of the noise level in vertical during four seasons the noise level of 5 m–layer was shown the highest value of 121.2 (SD: 3.6) dB (re 1 μPa), the next one was 10 m– layer [120.7 (SD: 3.5)], 2 m– and 15 m–layer [120.3 (SD: 3.5 to 3.7)] and 1 m–layer [119.2 (SD: 3.6)] dB (re 1 μPa). In relation with the seasonal change of the noise level the average noise level measured during autumn was shown the highest value of 123.9 (SD: 2.6) dB (re 1 μPa), the next was during summer [121.4 (SD: 3.2)], spring [118.0 (SD: 3.4)] and winter [116.5 (SD: 5.1)] dB (re 1 μPa). In results of eigenray computation when the real bathymetry data (complicate shape of sea bed) was applied the average number of eigenray was 2.68 times (eigenrays: 11.03 rays) higher than those of model bathymetry (flat and slightly sloped sea bottom). When the real bathymetric data toward inside (water depth becomes shallow according to a distance between the source of noise and hydrophone) of the Bay was applied on the eigenrays calculation the number of the eigenray was 1.31 times (eigenrays: 12.49 rays) larger than the real bathymetric data toward outside (water depth becomes deep with respect to the distance). But whenthe model bathymetric data toward inside of the Bay was applied the number of the eigenray was 1.05 times (eigenrays: 4.21 rays) larger than the model bathymetric data toward outside.

Key Words : human–generated underwater noise , daily and seasonal change , submerged sea tunnel , traffic volume , eigenray

진해만 침매터널 상부의 수중소음의 일변화 및 음향적 특성

신 현 옥*

부경대학교 해양생산시스템관리학부

초록

키워드 :

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Cited-By

Funding:

Pukyong National University

서 론

수중 환경은 생물체 및 비생물체에 기인한 소리로 가 득 차있으며, 이러한 소리 중 다수는 어류의 생존과 번 식에 중요하다. 21세기 이후의 수중 또는 수변에서의 인간 활동은 이러한 수중의 소리 환경에 인위적인 소리 를 눈에 띄게 더해 왔다 (Slabbekoorn et al., 2010). 많 은 종류의 바다생물은 동족간의 대화, 먹이생물 및 해적생물의 탐지, 한 곳에서 다른 곳으로의 이동, 위험 회 피, 그리고 그들을 둘러싼 세계에 대한 분석 등을 위하 여 소리를 사용한다 (Hawkins, 2011). 오래 전부터 사 람들은 오랫동안 수중이나 수상 또는 수변에서 여러 가 지 활동에 종사하여 왔다. 하지만 근년에 들어서는 이 러한 활동이 크게 증가함에 따라 수중소음을 증가시키 고 있다. 초기에는 수중소음이 해양 포유류에 미치는 영향 (Wartzok, 2013; Bailey et al., 2010; Williams et al., 2014; Merchant et al., 2014)에 대하여 관심을 가졌 으나 이와 같은 수중소음이 어류에도 영향을 미칠 수 있겠다는 인식이 증가하고 있다 (Slabbekoorn et al., 2010; Slabbekoonn and Bouton, 2008; Popper and Hastings, 2009). 수중소음은 해양 포유류 및 어류 외에 도 수중다이빙으로 먹이를 섭취하는 조류, 수륙 양용 양서동물, 파충류, 심지어는 무척추동물까지 다양한 생 물의 생존과 번식에 영향을 미친다 (Popper and Hastings, 2009).

인간 활동에 의한 수중 소음원으로는 상선이나 어선, 레저용 보트 등과 같은 선박의 통행 (Merchant et al., 2014), airgun 등에 의한 지층탐사 (Hirst and Rodhouse, 2000), 소너 작동 (Robert, 2012), 파력발전소 (Tougaard, 2015) 등이 있으며, 이들 소음원과 관련한 여러 연구가 이루어져 있었다. 그러나 해저 터널의 도로교통과 관련 된 연구는 거의 찾아 볼 수 없었다. 이에 본 연구에서는 진해만의 침매터널 상부에서 계절별로 층별 수중소음 을 측정하고 그 결과를 분석하였다.

재료 및 방법

실험 해역

실험 해역은 진해만 입구에 위치하는 거가대교의 침 매터널 주변 해역이었다 (Fi.g 1). 해저지형의 단면은 L1~L3에서 측정하였으며, 수중소음 측정과 CTD 관측 은 p1에서, 유향 및 유속은 p2에서 이루어졌다.

거가대교의 1일 교통량

침매터널을 통과하는 거가대교의 1일 교통량 자료는 거가대교 운영사인 지케이해상도로(주), 거가대교의 운 영 감독에 관여하는 부산광역시청 및 경상남도청의 협 조를 얻어 입수하였다. 1일 교통량은 시간대별로 차종 별 (경차, 소형차, 중형차, 대형차 및 특대형차)로 구분 하였다. 차량크기를 구분하는 기준은 Table 1에 나타내 었다. 경차는 엔진 배기량이 1,000 cc 미만이면서 물리 적 차체 크기인 길이, 폭, 높이가 각각 3,600, 1,600, 2,000 mm 미만인 차량을 말한다. 소형차, 중형차, 대형 차는 모두 2축이면서 윤폭 (타이어 폭)이 각각 279.4 mm 이하, 279.4 mm 초과~1,800 mm 이하, 1,800 mm 초과하는 차량을 말한다. 특대형차량은 3축 이상의 차 량을 말한다. Fig. 1

해저지형 단면

침매터널 주변의 해저지형의 단면은 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 해저지형측정시스템을 탑재한 소형선박을 이동시켜 관측하였다.

해저지형측정시스템은 200 kHz의 측심용 싱글빔 음 향측심기 (AquaRuler200, Sonatech, Ltd., Korea)와 GPS로거 (GPS741, Ascen, Taiwan), 측량용 소프트웨 어 (Hypack Gold, Coastal Oceanographics Inc., U.S.A.) 및 노트북 컴퓨터 (Compaq NX6120, Hewlett–Packard, U.S.A.)로 구성하였다. 음향측심기의 음속보정은 bar–check 법을 이용하여 실시하였으며, 조위는 부산신항 검조소 의 데이터를 사용하여 보정하였다.

수중음속의 연직 분포

수중음속은 휴대용 CTD (304CTD, IDORONAUT Srl, Italy)를 사용하여 계절별로 측정하였으며, 1시간간격으로 25시 관측한 데이터는 자체 메모리에 저장하였다. 샘플링 속도는 8 Hz로 하였으며, 관측 모드는 ‘Continuous’로 하였다.

수중소음의 연직 분포 및 음향적 특성

수중소음의 연직 분포는 수중음압계 (SW1020, OKI, Japan) 및 hydrophone (ST1020, OKI, Japan)를 사용하 여 계절별로 측정하였다. 수중소음 측정시 hydrophone 은 휴대용 CTD에 부착시켰으며, 층별 (수면하 1 m, 2 m, 5 m, 10 m, 15 m) 수중소음은 1시간 간격으로 25시 관측하였다.

수중소음 파형 데이터는 해저터널 상부의 해저면 가 까이에 설치한 수중음향기록장치 (AUSOMS–micro, AquaSound, Japan)를 사용하여 자체 메모리에 저장하 였다. 샘플링 속도는 48 kHz로 하였으며, 1 min 기록 1 min 휴지를 반복하는 방법으로 25시 관측하였다. 수중 소음에 대한 음향적 특성은 파형분석 소프트웨어 (CAT–78WR, RION, Japan)를 사용하여 분석하였다.

계절별 음선의 연직 분포

침매터널 주변의 수중소음은 선박통항과 같은 주변 요인에 의해 발생할 뿐만 아니라 침매터널 내부의 차량 교통에 의한 진동의 영향으로 침매터널 상부의 해저에 서도 수중소음이 발생한다. 이 연구에서는 침매터널 상 부의 해저 표면에 음원을 두고 음원으로부터의 거리 (50 m, 100 m, 150 m, 200 m)에 따라 hydrophone이 설 치된 특정의 수층 (1, 5, 10, 15 및 20 m)으로 전달되는 고유의 음선 수 (eigenray)를 음선추적 소프트웨어 (Rayson 2.17, Seamantic–TS, France)의 Rayson–1D 모 델을 사용하여 구하였다. 음선 수를 구할 때에 음선의 굴절 횟수에는 제한을 두지 않았으나 음선의 반사 횟수 는 2회 이내로 제한하였다. 음선 수 계산시 설정한 음 선의 starting angle, ending angle 및 angulat step은 각 각 –25°, 25° 및 0.02°이었다. 수신된 음선 수를 구할 때에 음선이 hydrophone 설치 위치로부터 반경 0.1 m에들어오면 수신되었다고 판단하였다. 주파수는 1 kHz,해저 퇴적물의 공극률 (porosity)은 0.7, 수면의 평 탄함 에 관계하는 풍속은 5 kt로 하였다.

음선추적 모델에서 필요로 하는 음속분포 자료는 침 매터널 상부에서 4계절에 걸쳐 25시 관측한 CTD 자료 를 사용하였다. 해저 수심은 4가지 형태로 구분하여 적 용하였다. 첫 번째와 두 번째 형태는 해저지형측정시스템으로 침매터널의 길이방향과 직각에 가깝도록 가로 질러 측정한 실제 지형 자료 (침매터널 상부 해저면의 굴곡이 있는 자료)를 각각 만 안쪽과 만 바깥쪽으로 구 분하여 적용한 것이며, 세 번째와 네 번째의 형태는 실 제 지형 자료로부터 구한 해저면의 기울기를 사용하여 침매터널 상부 해저면의 굴곡이 없고 기울기만 있는 평 탄한 해저 모델을 각각 만 안쪽과 만 바깥쪽으로 구분 하여 적용한 것이다.

통계적 처리

자료의 통계적 처리에는 SPSS (ver. 21, IBM Co., U.S.A) 프로그램을 사용하였다. 상관관계의 조사는 SPSS 프로그램의 이변량상관계수를 통하여 조사하였다.

결 과

교통량의 일변화 및 계절변화

진해만의 침매터널을 통행하는 48시간 (07시~2일 후 06시) 동안의 매시간당 평균 교통량 및 총 교통량을 조 사한 결과는 Table 2에 나타내었다. 사계절 조사에서 일 평균 시간당 교통량이 가장 많았던 계절은 봄 (시간 당 평균 교통량 ±표준편차: 1,408.0± 854.5대) 이었으 며, 주간의 시간당 교통량은 야간보다 약 2.98배 많은1,946.9대이었다. 48시간동안의 봄철의 총 교통량은 67,584대이었다. 시간당 교통량이 가장 많았던 시간대 는 2014년 5월 31일 (토) 퇴근 시간대인 18시 (18:00~19:00)이었으며, 그 때의 교통량은 2,681대이었 다. 시간당 교통량이 가장 적었던 것은 2014년 6월 2일 (월) 이른 새벽 시간대인 03시 (03:00~04:00)이었으 며, 그 때의 교통량은 93대이었다. 봄철 교통량의 차 량 크기별 점유율을 보면 가장 통행량이 많은 봄철 교통량의 차량 크기별 점유율을 보면 가장 통행량이 많은 것은 소형차 (점유율: 87.7%)이었으며, 그 다음 이 경차 (8.9%), 대형차 (1.7%), 중형차 (1.2%), 특대 형차 (0.5%)의 순이었다. 봄철 다음으로 일 평균 시 간당 교통량이 많은 계절은 가을 (1,145±764.2대)이 었으며, 주간의 시간당 교통량은 야간의 것보다 3.43 배 많은 1,624.8대이었다. 48시간 동안의 가을철의 총 교통량은 54,959대 이었으며, 시간당 교통량의 최대 및 최소는 각각 2,743대 [2013–10–12 (토) 18시] 및 93대 [2014–10–12 (토) 03시]이었다. 가을철 교통량의 차량 크기별 점유율은 소형차 (85.7%), 경차 (8.4%), 중형차 (2.6%), 대형차 (1.8%), 특대형차 (1.5%)의 순으로 높 았다. 겨울철 및 여름철의 일 평균 시간당 교통량은 각 각 947.0±598.4대 및 930.5±558.1이었으며, 주간의 시 간당 교통량은 야간의 것보다 각각 3.44배 및 3.46배 많은 1,344.5 및 1,322.1대이었다. 48시간 동안의 겨울 철 및 여름철의 총 교통량은 각각 45,455 및 44,664대 이었으며, 시간당 교통량의 최대 및 최소는 각각 1,971 대 [2014–2–28 (금) 19시], 1,819대 [2014–8–29 (금) 18 시] 및 76대 [2014–2–28 (금) 02시], 73대 [2014–8–29 (금) 03시]이었다. 겨울철 및 여름철 교통량에서의 차량 크기별 점유율은 각각 소형차 (82.4%, 81.5%), 경차 (8.8%, 8.6%), 중형차 (4.3%, 4.6%), 특대형차 (2.3%, 3.0%), 대형차 (2.1%, 2.2%)의 순으로 높았다.

수중소음의 연직적 및 계절적 변화

계절별로 수중소음 준위의 층별 (수면하 1, 2, 5, 10, 15 m) 일변화를 25시 관측한 결과는 Table 3에 나타내 었다. Table 3에 나타낸 수중소음 준위는 조류에 의한 수중소음 준위의 증가분을 제거한 값이다. 조류에 의한 수중소음의 증가분을 제거하는 과정 등은 고찰에 기술 하였다. 사계절을 통하여 관측한 수중소음의 일변화에 서 연직적으로는 5 m층에서의 평균 수중소음 준위가 121.2 [standard deviation (SD): 3.6] dB (re 1 μPa)로 가장 높았으며, 그 다음이 10 m층 [120.7 (SD: 3.5) dB (re 1 μPa)], 2 m층 및 15 m층 [120.3 (SD: 3.5 to 3.7) dB (re 1 μPa)] 및 1 m층 [119.2 (SD: 3.6) dB (re 1 μPa)] 순이었다. 사계절을 통하여 관측한 수중소음의 일 변화에서 계절적으로는 가을 (관측시간: 2013–10–11 16 시~2013–10–12 15시)의 평균 수중소음 준위가 123.9 (SD: 2.6) dB (re 1 μPa)로 가장 높았으며, 그 다음이 여 름 (관측시간: 2014–08–28 10시~2014–08–29 09시) [121.4 (SD: 2.6) dB (re 1 μPa)], 봄 (관측시간: 2014–05 –31 17시~2014–06–01 16시) [118.0 (SD: 3.4) dB (re 1 μPa)], 겨울 (관측시간: 2014–02–27 11시~2014–02–28 10시) [116.5 (SD: 5.1) dB (re 1 μPa)]의 순으로 높았다.

한편, 시간대별 수중소음에서 가을에 수중소음의 최 대값 및 최소값이 나타난 시간대는 각각 2013–10–12 09시 및 04시이었으며, 그 때의 1~15 m층에 대한 연직 적인 평균 수중소음 준위는 각각 128.3 (SD: 1.3) 및 118.7 (SD: 0.7) dB (re 1 μPa)이었다. 여름, 봄 및 겨울 에 최대값이 나타난 시간대와 그 때의 연직적인 평균 수중소음 준위는 각각 2014–08–29 01시 [125.8 (SD: 1.8) dB (re 1 μPa)], 2014–05–31 17시 [123.3 (SD: 1.1) dB (re 1 μPa)], 2014–02–27 14시 [121.3 (SD: 1.9) dB (re 1 μPa)]이었다. 여름, 봄 및 겨울에 수중소음의 최소 값이 나타난 시간대는 각각 2014– 08–28 19시 [114.7 (SD: 0.7) dB (re 1 μPa)], 2014–06–01 10시 [111.5 (SD: 1.1) dB (re 1 μPa)], 2014–02–28 05시 [104.9 (SD: 2.1) dB (re 1 μPa)]이었다.

계절별로 25시 관측한 층별 (1 m 및 15 m층) 수중소 음 준위와 같은 시간대의 침매터널 교통량을 비교하면 Fig. 3과 같다. 봄에 수중소음을 관측한 시간대는 2014– 05–31 17시~2014–06–01 16시이었으며, 여름, 가을 및 겨울의 경우에는 각각 2014–08–28 10시~2014–08–29 09시 및 2014–02–27 11시~2014–02–28 10시이었다. 봄 철에 실험기간 중 침매터널을 통과한 시간대별 교통량 과 같은 시간대에 침매터널 상부에서 관측한 층별 (수 면하 1, 2, 5, 10, 15 m) 수중소음 준위의 평균값과의 상관성을 SPSS 프로그램의 이변량상관계수를 통하여 조사한 결과, 유의한 (p<0.05) 상관관계는 없었다 (Pearson 상관계수= –0.182, p= 0.394, N= 24). 여름 및 겨울철의 경우에도 교통량과 수증소음과의 사이에 유 의한 상관관계는 없었다 (여름: Pearson 상관계수= 0.029, p= 0.893, N= 24; 겨울: 0.183, 0.391, 24). 여름 및 겨울철의 1일 평균 통행량 및 수중소음 준위는 각각 825.8 (SD: 522.4), 120.9 (SD: 3.1) dB (re 1 μPa) 및 845.6 (SD: 535.2), 115.4 (SD: 4.7) dB (re 1 μPa)이었 다. 그러나 가을철에는 교통량과 수중소음 준위 사이에 유의한 상관관계가 있었다 (Pearson 상관계수= 0.547, p= 0.006, N= 24). 가을철의 1일 평균 통행량 및 수중 소음 준위는 각각 1,189.6 (SD: 123.6)대 및 123.6 (SD: 2.6) dB (re 1 μPa)이었다.

수중소음의 주파수특성

여름철에 침매터널 위에서 소형어선을 묘박시키고 선박의 엔진을 정지시킨 상태에서 측정한 수중소음의 파워 스펙트럼은 Fig. 4와 같다. (a) 및 (b)는 각각 2014 –08–28 13시 [overall (OA): 136.9 dB] 및 19시 (OA: 138.8 dB)에 관측하였으며, (c) 및 (d)는 각각 2014–08– 29 01시 (OA: 137.2 dB) 및 07시 (OA: 138.4 dB)에 관 측한 것이다. (a)에서의 탁월주파수는 105 Hz (118.6 dB), 281 Hz (116.1 dB), 445 Hz (111.6 dB), 563 Hz (111.6 dB)에서 나타났으며, (b)에서는 668 Hz (108.7 dB)에서 탁월주파수가 나타났다. (c)에서는 탁월주파수 가 117 Hz (102.7 dB), 176 Hz (104.3 dB), 352 Hz (97.6 dB), 832 Hz (98.2 dB)에서 나타났으며, (d)에서는 246 Hz (112.9 dB), 316 Hz (123.0 dB), 434 Hz (108.2 dB), 633 Hz (107.2 dB)에서 탁월주파수가 있었다. 바 다에서 100~500 Hz의 주요 소음원은 선박통행이며, 500 Hz~ 25 kHz에서의 수중소음은 바다 표면의 거친 정도에 주로 좌우된다 (Urick, 1983). 수중소음 관측 당 시 선박에 의한 영향을 감소시키기 위해 관측점으로부 터 1 km 이상 멀어졌을 때 선박 추진기나 엔진에 의한 소리가 미약하거나 거의 들리지 않음이 확인되면 관측 하였다. 이러한 이유로 파워스펙트럼에 나타난 100~500 Hz의 소음원은 침매터널을 통과하는 차량으로 사료된 다. 수중소음 관측시 수중음압계와 연결된 hydrophone 을 해저 가까이 두면 침매터널을 통행하는 차량으로 인 한 소음을 관측자의 귀로 들을 수 있었다.

침매터널 상부의 해저 형상

해저지형측정시스템으로 측정 침매터널 상부의 해저 형상은 Fig. 5에 나타내었다. Fig. 5의 (a), (b) 및 (c)는 각각 Fig. 2의 line 1, line 2 및 line 3에서 측심한 값을 나타낸 것으로서, 수심은 각각 20.9~26.4 (평균±SD: 22.0±1.3) m, 20.2~26.6 (평균±SD: 21.8±1.9) m 및 20.9~28.3 (평균±SD: 22.7±2.0) m이었다. 해저터널용 콘크리트 함체를 해저에 묻고 5년 정도 경과한 때의 해 저 지형은 “W”자 형태를 보이고 있었다. 침매터널을 묻은 하부 쪽의 폭은 98~116 m이었으며, 그 하부로부 터 침매터널 상부를 덮은 해저면까지의 높이는 5.1~5.4 m이었다.

수중음속의 연직분포

음선추적 모형계산에 적용한 계절별 수중음속의 연 직분포는 Fig. 6과 같다. Fig. 6의 (a), (b), (c) 및 (d)는 각각 침매터널 상부에서 봄, 여름, 가을 및 겨울에 측정 한 수중음속이다. 봄, 여름, 가을 및 겨울의 수중음속은 각각 1508.8~1518.3 (평균±SD: 1513.3±3.4), 1515.7~ 1521.7 (1519.2±1.6), 1525.2~1525.8 (1525.5±0.2) 및 1487.4~1488.6 (1487.7±0.3)이었다.

계절별 음선의 연직분포

실제 수심 데이터 (복잡한 해저의 요철 있는 측심 데 이터) 및 모델 수심 데이터 (요철이 없고 일정한 기울 기만 있는 가상의 수심 데이터)를 적용하였을 때의 고 유 음선 수의 연직분포를 계절별 (봄: a, b; 여름: c, d; 가을: e, f; 겨울: g, h)로 나타내면 각각 Fig. 7 및 Fig. 8과 같다. Fig 7 및 Fig. 8에서의 숫자는 음선 수를 가 리키며, 어두운 둔 곳일수록 음선 수가 적음을 나타낸 다. Fig 7 및 Fig. 7의 좌측 그룹 (a, c, e, g) 및 우측 그 룹 (b, d, f, h)은 각각 침매터널을 기준으로 하여 만 안 쪽 및 만 바깥쪽의 수심 데이터를 적용한 경우이다.

만 안쪽의 실제 수심을 적용한 경우, 수평적으로 50~200 m에 걸쳐 평균 음선수가 가장 많은 것은 겨 울 (평균±SD: 12.75±8.14개)이었으며, 이어서 여름 (12.45±7.74개), 가을 (12.40±7.76), 봄 (12.35±7.88) 순 으로 많았다. 만 바깥쪽의 실제 수심을 적용한 경우에 는 가을 (9.65±5.53개)이 가장 많았으며, 이어서 겨울과 봄 (9.60±5.49개, 9.60±5.77개), 여름 (9.40±5.40) 순으로 많았다.

만 안쪽의 모델 수심을 적용한 경우, 봄이 4.25±1.33 개로 여름, 가을 및 겨울의 4.20±1.20개보다 약간 많았 으며, 만 바깥쪽의 경우에는, 여름, 가을 및 겨울이 4.05±1.28개로 봄 (3.95±1.28개)보다 약간 많았다.

전체적으로 보았을 때 실제 수심 (요철 있음)을 적용 한 경우의 음선 수는 모델 수심(요철 없음)보다 약 2.68 배가 많은 11.03개이었다. 실제 수심을 적용한 경우에 는 만 안쪽 (거리에 비례하여 수심이 얕아짐)의 음선 수가 만 바깥 (거리에 비례하여 수심이 깊어짐)보다 약 1.31배 많은 12.49개를 보였으나 모델 수심을 적용한 경우에는 만 안쪽이 만 바깥보다 약 1.05배 많은 4.21 개를 보였다.

고 찰

유속에 따른 수중소음 증가분의 제거

유속에 따른 수중소음의 증가분은 유속에 따른 수중 소음 자료와 조위에 따른 유속 자료를 사용하여 제거하 였다. 유속에 따른 수중소음의 증가분을 조사하기 위하 여 (1) 유속별 수중소음을 부경대학교의 회류수조에서관측하였으며 (Table 4), (2) 수중소음 관측 현장 주변 에서 10분 간격으로 유향 및 유속을 측정하였다. 유향 및 유속 자료는 계류식 도플러 유향유속계 (RCM9, Aanderaa, Norway)를 사용하여 침매터널 주변에서 측 정하였으며 측정 자료는 내부의 저장장치 (DSU2990, Aanderaa, Norway)에 저장하였다. 샘플링 속도는 10min로 하였으며, 유향유속계는 수면하 5 m층에 계류하 였다.

조위자료는 국립해양조사원에서 제공하는 ‘과거 해양관측정보’ 중에서 부산신항검조소의 관측 자료를 사 용하였다. 부산신항검조소는 유향 및 유속을 측정한 위 치로부터 약 3.5 km 이내의 거리에 위치하고 있었다.부산신항검조소의 평균해면 값 (92 cm)으로부터 동일 시간대의 각각의 조위를 뺀 값을 독립변수 x로 하고 수 중소음 관측 현장 주변에서 25시 관측한 유속 자료 (대 조기, 2014년 2월 27일 11:20 ~ 2014년 2월 28일 10:40) 를 종속변수 y로 하여 산포도를 구하면 Fig. 9와 같고, 각각의 비선형회귀식을 나타내면 식(1) ~ 식(3)과 같다. 식(1)은 창조와 낙조를 구분하지 않았을 경우의 식이 고, 식(2) 및 식(3)은 각각 창조기 및 낙조기의 데이터 만 추출하여 구한 식이다. 창조와 낙조를 구분 하지 않 은 경우에는 회귀식과 실제 관측 자료와의 편차가 11.82로 컸다 [Fig. 9 (a) ]. 그러나 Fig. 9의 (b) 및 (c)에 나타낸 것처럼 창조기 및 낙조기의 조위 및 그 때의 유 속 자료를 구분하여 사용하면 그렇지 않은 경우보다 편 차를 1.89이하로 감소시킬 수 있었으며, 회귀식의 결정 계수도 0.439에서 0.660~0.822로 개선할 수 있었다. 2014년 2월 27일에는 1차 및 2차의 고조와 저조가 각 각 07:33 (조위: 160 cm), 19:37 (153 cm) 및 00:36 (12 cm), 13:25 (3 cm)에 있었으며, 2014년 2월 28일에는 각각 08:18 (조위: 175 cm), 20:26 (167 cm) 및 01:28 (–5 cm), 14:06 (–13 cm)에 있었다. 국립해양조사원의 해양 관측 자료 (20분 간격의 평균)로부터 구한 2014년 2월 27일 11:20~2014년 2월 28일 10:40의 유의파고, 유의파 주기, 최대파고, 최대파주기, 풍속 및 기온은 각각 0.04~0.19 (평균±표준편차: 0.10±0.04) m, 2.50~6.10 (4.19±0.79) s, 0.07~0.86 (0.29±0.18) m, 0.80~8.70 (3.86±1.68) s, 0.00~6.00 (1.65±1.35) m/s, 9.00~13.60 (10.71±1.06)℃이었다. Fig.

y=46.00−0.06x− (3.68e - 03) x^{2} + (8.68 e - 06) x^{3} (R^{2} = 0.439)

(1)

y = 48.59 + 0.16x - (4.34e - 03) x^{2} - (1.02 e - 05) x^{3} (R^{2} = 0.822)

(2)

y = 43.02 + 0.36x - (2.5e - 03) x^{2} + (3.98 e - 05) x^{3} (R^{2} = 0.660)

(3)

여기서 x 및 y는 각각 조위 (cm)와 유속 (cm/s)이다. 이 연구에서는 식(2) 및 식(3)을 대조기의 창조기 및 낙 조기에 유속 증가에 따른 수중소음의 증가분을 보정할 때 사용하였다.

유속에 따른 수중소음의 증가분을 보정하는 것은 특 정 소음원이 발생하는 수중소음 또는 수중의 배경잡음 을 정확하게 측정하기 위해서 필요하므로, 앞으로 보다 다양한 조건에서 유속과 수중소음과의 관계를 측정할 필요가 있다고 사료된다.

결 론

한반도 남쪽에 위치하는 진해만은 대구의 주요 산란 장이다. 선행연구의 결과에서 진해만 내에서 음향표지방류한 대구가 수심 30 m 부근의 침매터널을 통과 (유영 수심: 15~18 m)하여 진해만 입구쪽으로 이동하는 것이 여러 번 관측된 바 있다. 침매터널 상부의 수로를 회유로로 사용하는 대구나 다른 어류가 침매터널 통과 차량으로 인해 발생하는 수중소음의 영향을 받을 가능 성도 있다. 이 연구에서는 수중음압계와 휴대용 CTD를 사용하여 층별 (1, 2, 5, 10, 15 m) 수중소음 및 수중음 속을 사계절에 걸쳐 25시관측하고 분석하였다. 침매터 널에서의 평균 시간당 교통량은 사계절 중 봄에 1,408 [standard deviation (SD): 855]대로 최대값을 보였다. 그 다음은 가을 [1,145 (SD: 764)대], 겨울 [947 (SD: 598)대], 여름 [931 (SD: 558)대]의 순이었다. 교통량에 서 소형차가 84.3%를 차지하였으며, 경차, 중형차, 대 형차 및 특대형차의 점유율은 각각 8.7%, 3.2%, 2.0% 및 1.8%이었다. 사계절에 걸친 연직적인 수중소음의 일변화에서는 5 m층의 수중소음 준위가 121.2 (SD: 3.6) dB (re 1 μPa)로 가장 높았으며, 그 다음은 10 m층 [120.7 (SD: 3.5)], 2 m 및 15 m층 [120.3 (SD: 3.5~3.7)] 및 1 m층 [119.2 (SD: 3.6)] dB (re 1 μPa)이 었다. 수중소음의 계절변화에서는 가을에 측정한 값이 123.9 (SD: 2.6) dB (re 1 μPa)로 가장 높았으며, 이어 서 여름 [121.4 (SD: 3.2)], 봄 [118.0 (SD: 3.4)], 겨울 [116.5 (SD: 5.1)] dB (re 1 μPa)의 순으로 높았다. 음선 추적 계산에서 실제 수심 (요철 있음)을 적용한 경우의 음선 수는 모델 수심 (요철 없음)보다 약 2.68배가 많은 11.03개이었다. 실제 수심을 적용한 경우에는 만 안쪽 (거리에 비례하여 수심이 얕아짐)의 음선 수가 만 바깥 (거리에 비례하여 수심이 깊어짐)보다 약 1.31배 많은 12.49개를 보였으나 모델 수심을 적용한 경우에는 만 안쪽이 만 바깥보다 약 1.05배 많은 4.21개를 보였다.

Figure

Fig. 1..Study site. p1 and p2 denote the measured location of underwater sound level including sound speed profile and current speed, respectively. The lines of L1 to L3 denote the echsounding routes with bathymetric measurement system crossing the submerged sea tunnel.

Fig. 2..Real echosounding route (L1 to L3) to obtain the bathymetry data used in the computation of eigenrays.

Fig. 3..Measured underwater noise levels (UNL) by 1 m- and 15 m-layer during (c) spring, (d) summer, (g) autumn and (h) winter, and the traffic volumes (TV) in the submerged sea tunnel, Jinhae Bay, Korea, versus local mean time (LMT) during (a) spring, (b) summer, (e) autumn and (f) winter.

Fig. 4..Power spectrum levels of underwater noise measured 0.5 m above from the sea bed on the submerged sea tunnel at (a) 13 h and (b) 19 h on 28 August 2014, (c) 01 h and (d) 07 h on 29 August 2014.

Fig. 5..Shape of the sea bed on the submerged sea tunnel on the (a) line 1, (b) line 2, and (c) line c.

Fig. 6..Sound velocity profile measured on the submerged sea tunnel.

Fig. 7..Distribution of the number of eigenrays with the real bathymetric data during spring (a, b), summer (c, d), autumn (e, f), winter (g, h), respectively. On the left group (a, c, e, g) and right group (b, d, f, h) indicate the eigenray’s distribution when the bathymetric data toward inside and outside of the Bay applied, respectively.

Fig. 8..Distribution of the number of eigenrays with the model bathymetric data during spring (a, b), summer (c, d), autumn (e, f), winter (g, h), respectively. On the left group (a, c, e, g) and right group (b, d, f, h) indicate the eigenray’s distribution when the bathymetric data toward inside and outside of the Bay applied, respectively.

Fig. 9..Relationship between the tidal level and measured tidal current with (a) flood and ebb tidal period, (b) flood tidal period and (c) ebb tidal period, respectively, on 27 to 28 February 2014.

Table

Table 1..

Critical value for classifying vehicles size

Class	Critical value
Ultra-Small	Engine displacement <1000 cc and physical size <L3600xW1600xH2000 mm
Small	2-axis, wheel width ≤ 279.4 mm
Middle	2-axis, 279.4 <wheel width ≤1,800 mm
Large	2-axis, wheel width >1,800 mm
Extra-large	More than 3-axis

Table 2..

Seasonal mean traffic volume per hour and total number of vehicles during 48 hours from 07:00

Season	Classification	Number of vehicle by vehicle s size
Spring 07:00 31 (Sat) May to 06:00 1 (Mon) June 2014	Whole day	125.2	1,234.6	17.3	24.1	6.8	1,408.0
(Mean±SD)	±76.2	±762.4	±18.6	±17.5	±9.0	±854.5
Daytime	165.9	1,709.4	26.2	35.5	10.0	1,946.9
(Mean±SD)	±58.2	±527.3	±19.8	±9.7	±10.3	±567.5
Nighttime	68.3	569.9	4.9	8.1	2.4	653.5
(Mean±SD)	±60.8	±495.4	±3.9	±12.6	±3.9	±566.8

Total	6,009	59,260	831	1,157	327	67,584

Summer 07:00 28 (Thu) to 06:00 30 (Sat) August 2014	Whole day	80.2	758.7	43.0	20.8	27.8	930.5
(Mean±SD)	±49.8	±465.2	±38.2	±13.7	±23.9	±558.1
Daytime	109.0	1,072.4	68.9	30.3	41.5	1,322.1
(Mean±SD)	±36.6	±271.3	±29.0	±4.8	±22.1	±287.1
Nighttime	39.9	319.7	6.7	7.4	8.7	382.3
(Mean±SD)	±35.9	±287.9	±4.9	±10.3	±7.9	±333.0

Total	3,851	36,419	2,062	996	1,336	44,664

Autumn 07:00 11 (Fri) to 06:00 13 (Sun) October 2013	Whole day	96.1	981.0	30.2	20.8	16.9	1,145.0
(Mean±SD)	±65.0	±674.7	±27.8	±15.5	±17.5	±764.2
Daytime	132.4	1,386.6	48.1	31.3	26.3	1,624.8
(Mean±SD)	±55.5	±554.9	±23.1	±9.7	±17.4	±587.9
Nighttime	45.3	413.1	5.1	6.1	3.8	473.3
(Mean±SD)	±37.8	±326.7	±3.5	±8.5	±3.2	±373.2

Total	4,614	47,088	1,450	996	811	54,959

Winter 07:00 27 (Thu) February to 06:00 1 (Sat) March 2014	Whole day	83.7	780.5	41.2	20.2	21.4	947.0
(Mean±SD)	±54.0	±507.4	±36.3	±13.3	±19.0	±598.4
Daytime	113.9	1,103.7	65.5	29.4	32.0	1,344.5
(Mean±SD)	±40.9	±339.8	±28.2	±5.6	±18.4	±366.2
Nighttime	41.4	328.2	7.1	7.2	6.7	390.5
(Mean±SD)	±40.1	±321.4	±4.3	±9.6	±4.4	±369.4

Total	4,017	37,466	1,976	968	1,028	45,455

Table 3..

Compensated seasonal underwater noise levels by removing increase of the underwater noise level due to the tidal current

Spring (17 h 31 May to 16 h 1 June 2014)						Summer (10 h 28 to 09 h 29 August 2014)

LMT (h)	Underwater noise level (dB re 1 μPa)					LMT (h)	Underwater noise level (dB re 1 μPa)

	1 m	2 m	5 m	10 m	15 m		1 m	2 m	5 m	10 m	15 m

17	122.0	123.0	123.0	123.5	125.0	10	125.0	125.5	126.0	125.0	124.0
18	116.1	117.1	118.1	119.1	118.1	11	123.9	124.9	125.9	124.9	123.9
19	112.6	113.6	114.6	113.6	112.6	12	123.6	125.6	127.6	124.6	123.6
20	113.6	113.6	114.6	114.6	113.6	13	122.0	125.0	125.0	123.0	122.0
21	117.5	117.5	117.5	116.5	115.5	14	118.9	119.9	119.9	118.9	116.9
22	117.8	118.8	118.8	118.8	118.8	15	115.9	117.4	118.9	118.9	116.4
23	120.0	121.0	121.0	121.0	121.0	16	123.5	125.0	126.0	124.5	123.5
00	120.3	121.3	121.3	121.3	120.3	17	122.5	123.0	123.0	123.0	122.5
01	118.2	119.2	120.2	120.2	119.2	18	117.5	118.0	118.0	119.0	118.5
02	114.2	115.2	112.2	112.2	110.2	19	114.1	115.1	115.6	114.1	114.1
03	119.6	119.6	119.6	116.6	114.6	20	115.9	115.9	115.9	114.9	114.9
04	121.9	121.9	121.9	118.9	116.9	21	118.9	119.9	120.9	118.9	118.9
05	120.1	121.1	122.1	122.1	121.1	22	122.1	123.1	123.6	122.1	122.1
06	118.8	120.8	122.8	121.8	121.8	23	121.0	121.5	122.0	121.5	121.0
07	113.3	114.3	114.3	113.8	114.3	00	120.0	121.5	123.5	123.5	122.5
08	113.1	114.1	115.1	115.1	113.1	01	126.2	127.2	127.2	124.2	123.2
09	113.8	115.8	116.8	115.8	114.8	02	122.1	122.1	121.1	120.1	119.1
10	110.7	112.7	112.7	110.7	110.7	03	122.8	122.8	121.8	120.8	119.8
11	112.7	114.7	115.7	114.7	113.2	04	120.6	121.1	122.1	121.6	121.1
12	114.8	115.8	115.8	114.8	114.8	05	120.4	121.4	121.9	120.9	120.4
13	116.0	120.0	121.0	121.0	120.0	06	118.1	119.1	120.1	118.6	118.1
14	119.1	121.1	121.1	119.1	117.1	07	115.4	116.4	117.4	117.4	118.9
15	119.3	120.3	121.3	119.3	117.3	08	115.8	117.3	118.3	117.8	117.8
16	114.0	115.0	116.0	115.0	113.0	09	118.5	119.5	120.5	119.5	121.5

Mean	117.2	118.4	118.8	118.1	117.4	Mean	120.8	121.8	122.4	121.2	120.6
(SD)	(3.3)	(3.2)	(3.3)	(3.5)	(3.8)	(SD)	(3.3)	(3.4)	(3.4)	(3.1)	(2.9)
16	122.5	123.0	123.5	123.5	122.5	11	116.8	117.8	118.8	116.8	117.8
17	124.9	125.9	127.9	128.9	127.9	12	118.4	121.4	121.4	120.4	120.4
18	120.7	121.7	121.7	121.7	120.7	13	118.2	118.2	119.2	119.2	117.2
19	122.9	123.9	125.9	128.9	129.9	14	118.5	119.5	122.5	122.5	122.5
20	123.0	123.0	123.0	124.0	123.0	15	114.0	115.0	120.0	118.5	117.0
21	122.5	121.5	122.5	122.5	121.5	16	113.8	115.3	116.3	115.3	113.8
22	122.0	122.5	123.0	122.5	122.0	17	104.3	106.3	112.3	112.3	111.3
23	123.0	123.5	124.5	125.0	124.0	18	110.8	111.8	112.3	111.8	111.8
00	123.0	123.0	125.5	125.0	125.0	19	106.6	106.6	108.1	106.6	106.6
01	122.7	123.2	123.2	123.2	123.2	20	108.4	112.4	115.4	113.4	110.4
02	122.1	122.1	122.1	122.1	121.6	21	115.0	120.0	121.0	115.0	117.0
03	119.4	119.9	120.9	120.9	119.9	22	118.2	118.2	119.2	118.7	117.7
04	117.7	118.7	118.7	119.7	118.7	23	121.8	121.8	121.8	118.8	118.8
05	118.9	119.9	119.9	119.9	118.9	00	119.9	117.9	118.9	117.9	119.9
06	119.6	120.1	120.6	120.6	120.6	01	116.7	116.7	119.7	121.7	126.7
07	123.5	123.5	123.5	124.0	123.5	02	113.0	111.5	112.0	112.0	112.0
08	125.0	126.0	128.0	128.0	128.0	03	109.1	111.1	117.1	119.1	119.1
09	126.0	128.0	129.0	129.0	129.0	04	106.6	107.1	108.6	108.6	108.1
10	126.0	127.0	127.5	126.5	125.0	05	103.3	103.3	104.3	104.3	108.3
11	124.0	124.0	125.0	126.0	124.0	06	106.0	113.0	115.0	113.0	114.0
12	123.5	124.0	125.0	125.5	126.0	07	108.9	110.9	114.9	115.9	114.9
13	124.6	125.6	126.6	126.1	126.1	08	112.9	114.9	117.9	117.9	117.9
14	122.8	123.3	124.3	124.3	124.3	09	121.0	121.0	121.0	121.0	120.0
15	122.2	122.2	123.2	123.2	123.2	10	114.3	115.3	117.8	117.8	117.8

Mean	122.8	123.4	124.4	124.6	124.2	Mean	114.7	115.8	117.5	116.8	117.2
(SD)	(2.1)	(2.3)	(2.7)	(2.8)	(3.1)	(SD)	(5.6)	(5.2)	(4.8)	(4.7)	(4.9)

Table 4..

Underwater noise level by the flow speed

Flow speed (cm/s)	Noise level (dB re 1 μPa)
0	118
10	119
25	121
30	125
40	129
50	137.5
60	141

Reference

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