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ISSN : 2671-9940(Print)
ISSN : 2671-9924(Online)
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology Vol.57 No.1 pp.45-56
DOI : https://doi.org/10.3796/KSFOT.2021.57.1.045

Tide and tidal current around the sea route of Jinhae and Masan passages

Hyo-Sang CHOO*
Professor, Dept. of Ocean Integrated Science, Chonnam National University, Yeosu 59626, Korea
*Corresponding author: choo@jnu.ac.kr, Tel: +82-61-659-7144, Fax: +82-61-659-7149
20210107 20210127 20210202

Abstract


In order to understand the tide and current around the sea route of Jinhae and Masan passages, tide measurement and 2D numerical model experiments of tidal current and residual flow were carried out. Tide is composed of 84% of semi-diurnal tide, 11% of diurnal tide and 4% of shallow water tide, respectively. Phase lags of the major components for the tide around the study area have little differences. The flows are reversing on the whole, but have rotational form around Jamdo Island, south of Masan passage in spring tide and Ungdo Island, north of Masan passage in middle and neap tide. Current flows the speed of 50 cm/s in the sea areas near small islands, 5 cm/s in Jinhae harbor, Hangam bay and near Jinhae industrial complex and 20-30 cm/s in Jinhae passage, Budo channel and Masan passage. Tide-induced topographical eddies are formed near small islands, but few eddies exist and the flow rate of less than 5 cm/s tidal residual current formed in Jinhae and Masan passages. The flows in Jinhae and Masan passage give a good condition for a passage into Jinhae and Masan harbor.


Jinhae passage , Masan passage , Tide and tidal current , Residual flow , Numerical model experiment

진해 및 마산항로 주변해역의 조석·조류특성

추효상*
전남대학교 해양기술학부

초록

    Korea Institute of Marine Science & Technology promotion

    서 론

    우리나라 동남해안에 위치한 진해만 입구의 진해와 마산항로 주변 연안항로는 진해항 및 마산항을 출입하 는 선박이나 인근 통영항과 도서지방을 연결하는 도선 운항 및 연근해 어업에 필요한 국내 여러 항구 사이를 잇는 항로가 존재하는 해역으로, 진해항을 중심으로 북 서쪽은 마산만으로 이어지고, 남쪽은 우리나라에서 두 번째로 큰 섬인 거제도와 동쪽에 가덕도가 파도와 태풍 을 막아주어 출입항하는 선박에 항로로서의 좋은 입지 를 만들어주는 해역이다(Masan MOF, 2020). 한편 진해, 마산항로는 국가가 지정하는 교통안전특정해역으로, 2018년 한 해 동안 마산항 10,465척(75,931 천톤), 진해 항 3,754척(8,166 천톤)의 선박이 출입(Statistics Korea, 2020)하기 위한 수심 20 m 전후의 입출항로와 선박정박 에 필요한 양호한 저질을 가진 다수의 정박지가 인근에 설정되어 있다.

    진해, 마산항로가 있는 부도~초리도~웅도 주변 해역 은 수심 10~30 m로, 남동쪽 가덕수로로 갈수록 수심이 점차 깊어지는 구조를 가진다. 이 해역의 흐름은 대체로 조류가 지배적이며, 대조시 가덕수로를 통해 진해만 및 마산만 전체 해수량의 86~90%가 교환되어지고 있다 (Kim, 1984). 진해, 마산항로 주변해역의 해수유동에 관 한 연구는 북서쪽 마산만과 남쪽 진해만에 관한 해수교 환 연구가 주로 이루어져 왔으며, 마산만과 진해만 입구 에 해당하는 동 해역의 조석, 조류에 관한 연구는 드문 편이다. 마산만의 해수유동에 관한 연구로 NIFS (1978) 는 만내 흐름의 수평분포를, KIOST (1981), Nam (1982) 등은 유속 및 염분의 연직분포로 만내 담수 교체시간, Kim et al. (1986a, 1986b)은 조석주기에 따른 흐름의 층별 변동을 조사하였으며, Kang et al. (1989)은 수치모 델을 이용한 만 내 조류분포를 제시하였다. Kim (1993) 은 수치실험과 관측자료 분석을 통해 마산만 내 천해역 은 조류나 하천수 영향보다 계절풍의 영향이 크게 나타 남을 밝혔다. 한편, 진해만은 Lee et al. (1974)이 측류 자료들로 진해만의 전반적인 해수유동을 기술하였으며, Chang et al. (1984)은 가덕수로와 진해만 중앙부에서 조류관측을, Chang and Yanagi (1986)는 2차원 수치모 형실험으로 진해만 전역의 유동분포를 제시하였다. 또 Kim (1994)은 취송류를 고려한 3차원 해수유동 모델실 험에서 진해만 흐름이 주로 지형과 바람, 하천유출에 지배되며 조류 및 조석잔차류의 수평 및 연직 유속은 만 입구 수로에서 강하나 바람의 영향은 만 입구 수로보 다 내만에서 더 강하게 받음을 지적하였다. Jung (1995, 1996)은 마산만, 진해만의 실측유속과 바람자료를 이용 하여 조류 및 바람과 조석의 복합 작용에 의한 해수유동 현상을 3차원 수치모형을 이용해 규명하였다. Yoon et al. (2006)은 조석과 수온, 염분, 기상조건을 고려한 3차 원 수치모형실험을 통해 홍수 시 진해만 내 수평, 연직 유동구조를 조사하였다. 또 Choi et al. (2004)은 기존 입력자료 외 강물 유입과 태양복사 자료, GIS(지리정보 시스템) 기술을 활용하여 진해만 해수유동 결과를 3차 원적으로 제시하였다.

    한편, 마산만과 진해만 해역은 폐쇄성 내만역으로 인 근 마산, 진해시의 도시폐수와 마산, 창원공단으로부터 산업폐수가 유입됨에 따라 오래전부터 산업화에 따른 수질악화로 오염과 적조, 빈산소수괴 발생역으로 알려 져 있다. Cho (1979), Kim and Lee (1994), Kim et al. (2012)은 수괴구조, 수질, 퇴적물, 생물상 등의 조사로 이들 해역에 대한 수질 및 동식물상 변화를 조사하였고, Kim et al. (1995)은 부영양화 및 적조에 대한 해수유동 과의 관계를 고찰하였다. 또 Cho and Chae (1999), Kim and Lee (2000)는 수질모델을 이용하여 해수유동과 용 존산소 농도 2 mg/L 이하 빈산소 형성과의 관계를 연구 하였다.

    기존의 이러한 연구들은 마산만 또는 진해만을 대상 으로 한 임해공단건설이나 해양구조물 설립으로 인한 매립작업에 필요한 유동변화 추정, 인근 도시산업화로 인한 해양 오염 방지를 위한 기초 해수유동조사가 대부 분이었다. 그러나 우리나라 최대 해군기지가 있는 남동 해역 주요 항만인 진해·마산항을 대상으로 이들 해역을 입출항하는 인근 항로역의 해수유동 상황에 대한 해양 물리학적 정량조사와 검토는 이루어진 바가 없다. 특히 항로주변 연안해역의 조류와 지형에 기인해 발생하는 조석잔차류는 연안의 물질수송과 확산에 중요한 역할을 하고, 나아가 이들 해역을 항해하는 선박을 원하지 않는 해역까지 운반시킬 수 있어 입출항에 따른 선박사고나 선박의 항로이탈에 영향을 미치게 된다. 본 연구는 선박 출입항이 빈번한 진해, 마산만 입구인 진해, 마산항로 주변의 해수면 변동과 해수유동특성을 정량 파악하기 위해 주변 수로해역에서 장기에 걸친 동시 조위계 계류 관측과 이들 해수면 변동을 입력자료로 한 2차원 수치모 델실험을 실시하여 항로 주변해역의 상세한 조류변동과 해역 내 물질수송을 야기하는 조석잔차류 분포를 조사 하였다.

    재료 및 방법

    조위

    해당해역에 대한 조위 특성과 해수유동 수치실험에 필요한 입력 자료를 구하기 위해 Fig. 1의 진해와 마산 항로 주변 해역 St. T1, T2, T3 정점에서 조위관측을 실시하였다. 관측은 2003년 1월 25일~2월 23일 약 1개 월 동안 실시하였다. 관측에 사용된 기기는 파고ㆍ조위 계 730WT(영국 Valeport사)와 압력식 자기 검조기인 TG-205 Logger(캐나다 RBR사)로, 계류 전 관측시각과 대기압 보정을 끝낸 다음, 15분 간격으로 연속 측정하였 다. 관측되어진 측정 자료는 해면기압 보정을 마친 후, 매시별 조위기록 자료로부터 조화분석 프로그램 TASK Package (Proudman Oceanographic Laboratory, UK)를 이용하여 해당해역의 조화상수 및 비 조화상수를 산출 하였다. Table 1에 관측지점의 위치와 기간을 나타낸다.

    수치실험

    유한 차분 격자 체계하의 수심 적분된 2차원 모델 DIVAST (Depth Integrated Velocities And Solute Transport; Falconer, 1986)를 이용하여 조류를 계산하였 다. 계산에 사용된 연직적분된 기본방정식은

    ∂ ζ ∂ t + H ( ∂ u ∂ x + ∂ υ ∂ y ) = 0
    (1)

    ∂ u H ∂ t + β { ∂ u 2 H ∂ x + ∂ u υ H ∂ y } = f υ H − g H ∂ ζ ∂ x + ∈ H { 2 ∂ 2 u ∂ x 2 + ∂ 2 u ∂ y 2 + ∂ 2 υ ∂ x ∂ y } + F x
    (2)

    ∂ υ H ∂ t + β { ∂ u υ H ∂ x + ∂ υ 2 H ∂ y } = − f u H − g H ∂ ζ ∂ y + ∈ H { 2 ∂ 2 υ ∂ x 2 + ∂ 2 υ ∂ y 2 + ∂ 2 u ∂ x ∂ y } + F y
    (3)

    이다. 여기서 u, υ 는 해면에서 저면까지 연직 평균된 x(동쪽), y (북쪽) 방향유속, H 는 유체의 수심, β 는 연직 속도의 비 균일에 따른 보정계수(= 1.2; Falconer and Chen, 1991), f 는 코리올리 계수, g 는 중력가속도, ζ (≪ H)는 평균해면으로부터 조석에 의한 해수면변 화, ∈ 는 수심 평균 와동점성계수, Fx , Fy 는 조류에 의한 해면과 해저마찰을 나타낸다.

    F x = − τ b x ρ − τ s x ρ , F y = − τ b y ρ − τ s y ρ
    (4)

    (4)식에서 ρ는 유체의 밀도(= 1,026 kg/m3), τbx, τby 는 해저마찰력 성분으로

    τ b x = ρ g u ( u 2 + υ 2 ) 1 / 2 C 2 , τ b y = ρ g υ ( u 2 + υ 2 ) 1 / 2 C 2
    (5)

    이다. (5)식의 C 는 chezy type 저항계수로 Manning 조 도계수 n(= 0.03)과의 관계는 C = 1 n H 1 / 6 , 또 τsx, τsy 는 바람응력에 의한 해면마찰력 성분으로

    τ s x = ρ a C * W x ( W x 2 + W y 2 ) 1 / 2 , τ s y = ρ a C * W y ( W x 2 + W y 2 ) 1 / 2
    (6)

    이다. 여기서 ρa는 공기밀도(= 1.25 kg/m3), C* 는 대 기-해양 간 저항계수(= 2.6 × 10-3), Wx, Wy 는 풍속 의 x, y 방향성분이다.

    실험에 필요한 개방 경계조건 설정을 위해 모델의 남쪽 경계는 진해만 입구(35°04.76' N, 128°37.32' E ~ 35°01.60' N, 128°41.57' E), 서쪽은 마산만 입구의 부도수도(35°04.76' N, 128°37.32' E ~ 35°08.38' N, 128°41.30' E), 동쪽은 가덕 도~거제도 해역(35°01.60' N, 128°41.57' E ~ 35°05.20' N, 128°45.57' E)으로 하였고, 북쪽 육안 경계는 진해항과 진해시 남쪽 해안을 설정하였다. 모형은 가로(동서)방향 길이 7.7 km, 세로(남북)방향 길이 8.0 km의 총면적 약 61.6 km2을 설정하였다. 계산격자는 x, y좌표계에서 x 방향 154개, y 방향 160개의 격자로 구분, 1개 격자 간격 이 x, y 방향 모두 50 km인 총 24,640개의 격자로 구성 시켰다. 이 격자망의 좌표축은 개 경계 설정의 편의를 위해 지리적 좌표축과 시계 방향 43° 회전된 상태에서 원점을 모델영역의 좌측 하단으로 잡았다.

    해안선의 위치와 각 격자점의 수심 입력에 이용된 자 료는 축척 1:50,000 해도(No.206)와 국립지리원 발행의 축척 1:25,000의 연안해역 기본도(도엽번호 NI52-2-25-3 남포, NI52-2-25-4 황포, NI52-2-26-3 동선)를 이용하였 다. Fig. 2에 대상해역의 수심을 나타낸다. 경계조건은 외해 측 개방경계인 T1, T2, T3 지점(Fig. 1)에서 조사 된 조석 조화상수와 진해항, 진해만(장말, 성진), 행암 만, 가덕도, 거제도에서 분석된 자료(KIOST, 1996)를 참고, 분석하여 적절한 외삽에 의해 적용하였다. 모델실 험에 있어 남쪽, 서쪽, 동쪽 개방경계 해역 부근에 나타 나는 유동실험결과는 실험기간 중 개 경계에서의 강제 적 조위(수위) 입력이라는 실험조건으로 인해 실제 흐 름과 다소 차이가 있을 수 있으며, 유동의 부 자연스러 움이 발생할 수 있다. 따라서 실험결과 검토 시, 이러한 영향을 감안하여 개방경계 다소 내측 영역(북쪽의 진해 (Jinhae City) 주변, 북서쪽 진해항, 마산항 입구 주변, 및 부도~초리도~웅도 주변 해역)에서의 유동상황을 중 점적으로 평가하였다.

    계산시간 간격은 조석의 전파항에 관한 Courant의 안 정 조건식

    C r = ( Δ t / Δ s ) g h   ≤ _   8
    (7)

    Δ t   ≤ _   8 Δ s / g h
    (8)

    을 이용하여 20초 미만으로 총 30일을 계산하여 최종 15일의 유동결과를 이용하였다. 여기서 Δt는 계산시간 간격, Δs 는 격자 간격, g 는 중력가속도, h 는 수심이다. 유동장의 초기 조건은 계산시작 단계에서 해수유동이 없는 것으로 설정하여 계산을 시작하였다. 또한, 유동의 폐 경계조건으로 육지 경계면을 가로지르는 유량은 없 는 것으로 하였다. 한편, 모델결과에 대한 검증은 15일 이상 관측한 J1 지점(Fig. 1의 St. J1)과 J2 지점(Fig. 1의 St. J2) 두 곳에서의 조류 현장관측 자료(KHOA, 1998;JNU, 2003)를 모델결과와 비교·검증하였다.

    결과 및 고찰

    조석

    Fig. 3은 2003년 1월 25일~2월 23일 T1~T3 정점의 조위자료로부터 해면기압을 보정한 조위 기록을 시계열 로 나타낸 것이다. 세 정점의 조석은 전형적인 반일주조 로 서로 시간적으로 거의 일치하며, 최대조차는 T1정점 이 181 cm, T2 정점 176 cm, 173 cm로 T1 정점이 T2, T3 정점에 비해 5~8 cm 정도 크다. 한편, 이들 자료를 조화분해한 결과 중 주요 분조에 대한 조화상수(반조차 (진폭), 지각)는 Table 2, 주요 4대 분조의 반 조차와 지각 의 상관관계로 구한 비 조화상수는 Table 3에 나타낸다.

    Table 2에서 세 정점 모두 M2 분조의 진폭이 가장 크고, 반일주조에 해당하는 M2, S2, N2, K2 분조의 진폭 의 합이 전체 진폭에서 차지하는 비율은 T1 정점 84%, T2 정점 83%, T3 정점 85%이다. 한편, 일주조인 K1, O1, P1, Q1 분조는 세 정점에서 모두 11% 정도이다. 4대 분조(M2, S2, K1, O1)의 진폭으로 구한 조석형태수는 세 정점이 0.13~0.14로 우리나라 남해안에서 전형적으로 나타나는 반일주조가 우세한 조석형태이다.

    조석파가 우리나라 남해 연안에 접근하면 해저마찰과 수심 감소로 인한 조위의 비선형효과 및 육지와의 경계 에서 발생하는 흐름변화와 같은 요인들에 의해 조석파 의 진행에 변화가 나타나며(Pugh, 1987), 따라서 M2, S2, K1, O1분조와 같은 각 천문 동일분조의 결합에 의한 배 조(over tide), 2개 이상 천문조 간 상호 간섭으로 출현하 는 복합조(compound tide)와 같은 천해조가 발생한다. 천해조에는 보름주기의 Msf (14.8일), 일일주조 SO1, MP1 (22.4~25.7시간), 반일 주 조 MNS2, 2MN2S2 (13.1~13.6시간), 1/3일주조 MK3, MO3 (8.2~8.4시간), 1/4일주조 S4, MS4, M4, MN4 (6.0~6.3시간), 1/8일주조 M8 (3.1시간 주기) 등을 들 수 있고, 이들의 발생은 각 분조 또는 그 밖의 여러 천문조 사이에 2, 3, 4승 및 그 이상 멱승 형태로 만들어질 수 있다(Le Provost, 1991).

    우리나라 남해안과 같이 반일주조가 우세한 해역에서 1/4일주조에 해당하는 천해조가 강하게 작용할 경우, 창 조와 낙조시간에 차이가 발생하는 조석의 비대칭성이 유발되어(Le Blond, 1978) 창조보다 낙조시간이 더 긴 경우 최강창조류가 최강낙조류보다 커져 창조우세 (flood dominant) 현상이 출현하고, 반대의 경우 낙조우 세(ebb dominant) 현상이 나타난다(Gallo and Vinzon, 2005). 이러한 천해조로 인한 조석의 비대칭이 연안역과 외해 조석의 가장 큰 차이점이라 할 수 있다(Dronker, 1986;Pugh, 1987;Dyer, 1997).

    수심이 얕은 연안 해역에 조석파 진입에 의한 해저퇴 적물 이동은 연안 항로상의 선박 입출항에 매우 큰 영향 을 주어 항로수심 확보를 위한 주기적 준설행위를 야기 한다. 연안역의 해저토사 이동은 토사입자가 크면 유속 의 1.5 제곱, 가는 모래의 경우는 6 제곱에 비례하는 것 으로 알려져 있다(Ackers and White, 1973). 따라서 조석 의 비대칭이 발생하면 창․낙조시 토사의 이동형태에 차 이가 나타나 창조우세를 보이는 만이나 연안은 입자 크 기가 큰 토사가 퇴적되고, 낙조우세인 곳은 퇴적보다 세굴현상이 더 탁월해지는 경향이 있다(Friedrichs and Aubrey, 1988). 또한 조석왜곡에 의한 비선형성은 퇴적 물의 이동 뿐 만 아니라 부유사나 부유유기물질 이동에 도 관계하여(Aubrey and Speer, 1985) 오염물질의 수송· 확산에 영향을 준다. 이처럼 천해조는 비록 그 자체가 크지는 않으나 연안해역의 조석 비대칭성을 유발해 퇴 적물이나 부유물을 이동ㆍ수송시키고 최종적으로 해저 수심변동을 일으켜 안전항해에 매우 큰 영향을 주게 된 다. 최근 연안역의 천해조에 대한 관심이 높아져 이들의 특성과 원인에 대한 연구가 다수 이루어지고 있다 (Uncles, 1991;Walters and Werner, 1991;Kang and Jun, 2003;Byun and Cho, 2006).

    Table 2의 분석결과에 제시된 천해조 성분인 배조 (M4)와 복합조(MS4)의 진폭은 세 정점에서 전체 조석분 조 성분의 4% 이하로, 진해와 마산항로 주변은 조석파 진행으로 인한 비선형효과 및 조석 비대칭 현상이 그리 크지 않음(Parker, 1991)을 알 수 있다. Lee et al. (1995) 은 선박 유출입이 빈번한 한국 남해안 가막만 남쪽(송 도)과 북쪽 입구(여수항)주변 연안해역의 조석관측에서 조석은 반일주조가 지배적이고 두 입구에서 진행하는 조석파 주요 분조의 위상차는 거의 없었으며, 천해조 성분이 양쪽 모두 전체 진폭의 4% 이하로 마찰효과 및 비선형효과는 매우 작았음을 지적한 바 있어, 이러한 연안해역의 천해분조 최소비율이 선박 출입이 잦은 연 안항로해역 선정에 필수요건이 되어야 할 것으로 판단 된다. Table 3의 M2분조에 대한 평균고조간격을 보면 T3 정점이 다소 빠르고 T1, T2 정점 순이다. 그러나 세 정점간 주요 분조의 위상차는 매우 작아, 조석파는 거의 동시에 유입된다고 볼 수 있다. 세 정점의 대조차, 평균 조차 및 소조차는 181~173 cm, 121~115 cm, 60~58 cm 로 T1 정점이 가장 크고 T2, T3 정점 순이다. 각 정점의 약 최고고조위 및 대조평균고조위도 206~196 cm, 193~185 cm로 T1 정점에서 가장 크고, 평균 해면은 T1 정점 103 cm, T2 정점 100 cm, T3 정점 98 cm로 역시 T1 정점에서 가장 높다. 한편, 1998년 4월 21일~5월 20일 KHOA (1998)가 진해항내(35° 08′47″N, 128° 38′27″E) 에서 관측한 조석 비조화상수 값은 대체로 T1~T3 정점 조사결과(Table 3) 범위 내에 위치하였다.

    모델실험의 검증

    해수유동 모델실험결과를 검증하기 위해 J1 정점의 조류관측결과(KHOA, 1998; 관측기간; 1998.4.21~5.20, 관측수심; 5 m)와 실험결과로 구한 조류타원도를 이용 하여 주요 분조의 장, 단축 크기와 기울기를 비교하였다 (Table 4). J1 정점 M2, S2 분조의 장, 단축 관측값은 계산치에 비해 90% 정도로 계산치가 관측값에 비해 약 간 작다. 이는 현장 관측에 의한 관측치는 표층(5 m)에 서의 유속을 나타내고, 수치모델실험에 의한 유속은 해 당정점의 수심(11 m) 평균된 값이므로 표층에서 측정된 현장 관측치 보다 다소 작게 나타난 것으로 생각된다. 한편, 해역 내 지리적 차에 따른 유속변동은 어느 정도 예상되어지며, 약 10% 내외의 오차는 지역 특성상 계산 에 의한 유속 재현이 어느 정도 잘 이루어진 것으로 판단 된다.

    한편, J2 정점에서 2003년 1월 25일~2월 23일 조사된 조류관측 결과(JNU, 2003)의 분산도와 이들 자료의 대 조와 소조에 해당하는 시기의 조류 조화분석에 의한 반 일주 조류타원 모델결과와의 비교를 Fig. 4에 나타낸다. 관측치 유향은 창조시 북서, 낙조시 남동방향으로 대조 시 계산치와 약 17° 정도의 차이를 보인다. 그러나 조류 타원의 장축 길이는 거의 일치한다. 이와 같이 J1, J2 정점의 유속검증을 위한 모델실험결과는 관측결과와 큰 차이를 보이지 않아, 현장 값을 재현하는데 있어 전반적 으로 문제가 없는 것으로 판단하였다.

    조류와 조석잔차류

    대조, 중조 및 소조기에 대해 계산된 조류 결과를 조 화분해한 후, 동 해역에 우세한 반 일주조류의 조류 타원 분포를 Fig. 5에 나타낸다. 조류 타원은 대체로 장축의 길이가 단축 보다 큰 왕복성 조류형태이다. 그러나 대조 시 진해만 입구 마산항로 남쪽의 잠도 서쪽과 동쪽 해역 은 단축의 비율이 점차 커져, 회전성 특성을 보인다. 우 리나라 남ㆍ서해 다도해 주변이나 수로 연안은 일반적 으로 반일주조류가 우세한 왕복성 조류의 규칙적인 1일 2회의 창·낙조류가 우세하고 일조부등은 작다. 그러나 연안에서 점차 멀어지는 외해는 유향, 유속이 조시에 따라 변하는 회전성조류 현상이 출현하는 것이 보통이 다(Choo and Kim, 2018;Choo, 2019).

    진해ㆍ마산항로 주변과 같은 남해연안은 리아스식 해안이 갖는 지형적 특성과 조류와 해류가 공존하는 해 수유동 특성으로, 선박이 조류를 이용해 항만이나 연안 가까운 경제적 단축항로와 시간을 선택할 때, 협수로나 침로변경 지점에서 조류(조류타원)의 정확한 특성과 정 보를 이용하면 효율적 항해가 될 수 있지만 그렇지 못하 면 선박이 좌초될 가능성이 크다. 마산ㆍ진해항 인근 조류관측결과(KHOA, 1998)에 의하면 이해역의 창조류 는 남서류~북류(238~358°), 낙조류는 북동류~남류(53~178°) 하며, 조류는((V′+ Vo) / (Vm + Vs) = 0.10으로, V′는 K1분 조 유속, Vo는 O1분조 유속, Vm은 M2분조 유속, Vs는 S2분 조의 유속이다) 규칙적 창ㆍ낙조류가 출현하는 반일주조가 탁월한 해역으로 알려져 있다.

    조류타원의 장축길이가 큰 해역은 대조시 음지도, 우 도, 소고도, 초리도, 웅도 사이 수로역으로 약 50 cm/s이 다. 북~북동쪽 진해항과 행암만, 진해시에 인접한 진해 산업단지 주변해역은 5 cm/s 미만으로 미약하나, 부도~ 초리도의 진해항로, 부도수도, 마산항로 주변 해역은 20~30 cm/s이다. 중조와 소조기의 조류타원은 대조기에 비해 각각 0.6~0.7배, 0.4~0.5배 정도 장축길이가 작으나 방향은 거의 유사하다.

    한편, 대조시 회전성을 보였던 잠도 서쪽과 동쪽 주변 조류타원은 조류유속이 약해지면서 약한 왕복성으로 나 타나며, 마산항로 북쪽의 웅도 북쪽에서 상대적으로 회 전성 경향이 두드러진다. 그러나 중조와 소조시의 전반 적인 조류타원은 대체로 장축길이가 단축보다 긴 왕복 성 조류형태이다.

    대조와 소조기의 조석 잔차류 계산결과를 Fig. 6에 나타내었다. 조석 잔차류의 크기나 패턴은 대, 소조기 대체로 유사하다. 영역 내 섬 주변에서 반 시계 혹은 시계 방향의 지형성 와류가 현저하다. 잠도를 중심으로 약한 반시계방향 와류가 존재하며, 잠도 서쪽 항로상에 북향류, 부도수도에 약한 북서류가 출현한다. 그러나 진 해항로, 마산항로상에는 특징적 와류가 존재하지 않고 해역 중 조석잔차류의 세기가 5 cm/s 미만의 약한 유속 을 나타내, 항로를 따라 입출항하는 선박의 항해에 적합 하다. KHOA (1998)의 장ㆍ단기 조류관측에 의한 조석 항류로는 마산항~부도 남동쪽 해역까지 북서~북북동류 5 cm/s, 부도~초리도~장도 주변 진해ㆍ마산항로해역에 동남동~남남서류 5 cm/s 미만의 흐름이 보고되어, 동 해역의 조석항류나 잔차류는 매우 작음을 알 수 있다. 한편, 잠도~거제도 항로상은 대조와 소조시 조석잔차류 의 출현 패턴이 달리 나타나 조시에 따른 조류변화가 다소 클 것으로 예상된다.

    Fig. 7에 대조기의 최강 낙조류와 최강 창조류를 나타 내었다. 낙조류는 모델영역 남쪽 진해만과 서쪽 방향 마산만에서 빠져나온 조류가 진해 및 마산항로 주변 초 리도 주변에서 합류하여 동류한 후, 가덕수로를 따라 외해로 유출된다. 해역 내 부도, 잠도, 초리도, 음지도, 우도, 소고도, 웅도 주변 좁은 수로에서 최대 약 50 cm/s 의 유속크기를 나타낸다. 부도수도를 포함한 마산항로 상의 유속은 20 cm/s 전후이며, 진해항로는 이보다 다소 작은 10 cm/s 전후이다. 그러나 잠도 서쪽 진해만 항로 상 유속은 위의 두 항로보다 유속이 크다. 진해항과 행암 만, 진해산업단지 주변해역의 유속은 7 cm/s 미만으로 매우 작다. 따라서 잔차류와 같이 섬 사이 협수로나 잠도 주변 진해만 항로를 제외하면 해역 내 최강낙조류의 세 기는 그리 크지 않다.

    창조류는 낙조류와 반대로 가덕 수도를 통해 모델영 역 동쪽 거제도 북쪽에서 남해 외해의 조류가 유입되고 그 일부는 부도 북쪽과 부도수도를 따라 마산만으로, 일부는 거제도 북단을 반시계 방향으로 돌아 모델영역 남쪽의 진해만으로 유입된다. 낙조시와 마찬가지로 창 조시 음지도, 우도, 소고도, 초리도, 소고도, 웅도 사이 협수로에서 50 cm/s 전후로 해역 중 유속이 가장 크다. 마산항로상 조류는 낙조시보다 다소 큰 25 cm/s 전후의 유속을 보여, 창조류의 유속이 낙조류보다 다소 우세하 다. 잠도 동쪽 잠도~거제도 항로상의 조류는 낙조류보 다 균일한 속도분포로 거제도 연안을 따라 남서류한다. 진해항로상의 유속도 10 cm/s 전후로 균일한 속도분포 를 나타낸다.

    KHOA (1998)는 진해만~마산항 입구 조류관측에서 진해만 입구수로는 창조시 북서, 낙조시 남동류하며 창 조류는 진해항 저조시 전류해 고조후 0.3시경까지 6.5시 간 지속되고 저조 후 3.3시경 평균대조기 최강유속 25~75 cm/s에 이르며, 낙조류는 고조 후 0.3시경 전류해 저조시까지 5.9시간 지속되고 고조 후 3.0시경 최강유속 20~40 cm/s에 달한다고 조사한 바 있다. 이 결과에 의하 면 진해만 입구주변해역은 창조시간이 낙조시간보다 약 35분 더 길고 최강창조류가 더 강한 창조우세 해역에 해당한다. 한편, 마산항 입구수로는 창조시 북서~북류, 낙조시 남남동~남류하며, 창·낙조류 지속시간은 진해만 과 같이 창조시간이 더 길다. 최강유속은 창ㆍ낙조류 모두 5~20 cm/s로 약한 편이다. 이러한 진해 및 마산항 로 주변의 조류분석결과(KHOA, 1998)는 동 해역의 유 동모델실험에 의한 유향·유속 분포와 대체로 일치하며, 따라서 진해·마산항로상 해역에 출현할 수 있는 대조시 최강유속은 20~30 cm/s 범위일 것으로 추정된다. 이와 같은 실험결과는 진해, 마산항로상의 유동특성이 인근 섬 주변이나 협수로와 달리, 마산항, 진해항을 출입하는 선박의 항행에 매우 적합한 유동환경을 제공해 주고 있 음을 말해준다.

    진해 및 마산항로 주변 3지점 해역에서 동시에 현장 조사된 장기조석 관측결과와 이를 입력으로 한 유동모 델 실험결과는 상기한 바와 같이 기존 연구들에서 행해 진 부분적 현장관측결과와 매우 일치하고 있다. 따라서 진해·마산항을 출입하는 선박 통행역인 진해, 마산항로 역에서의 조시에 따른 상세 조류변화는 이번 실험결과 에서 실시간 파악이 가능하며, 항로 내 조석잔차류 분포 와 그 발생원인의 규명으로 조류 유동으로 인한 선박의 Drift(표류)나 항로이탈을 예측할 수 있게 되었다. 이번 에 수립된 유동역학모델을 바탕으로 향후 해상풍 조건 이 추가된 실험이 행해진다면 선박충돌사고 시 유류의 표류와 확산, 강풍 시 바람과 조류에 의한 수송경로가 추정되어 신속한 해상오염방지가 가능할 것이며, 아울 러 선박의 안전항행과 해양환경 보전에 기여 할 수 있을 것이다.

    결 론

    선박 출입항에 따른 진해 및 마산항로 주변해역의 조 석 및 유동특성을 파악하기 위해 조위 현장조사와 2차원 수치모델을 이용하여 진해 및 마산항로 인근 해역의 조 석과 조류분포를 조사하였다. 해당해역 주변 조석은 M2 분조의 진폭이 가장 크며, 전체 조석 중 반일주조 비율 84%, 일주조 11%이다. 배조와 복합조는 4% 이하로 마 찰효과 및 비선형효과는 매우 작다. 조석형태수는 0.13~0.14로 남해안에서 전형적으로 나타나는 반일주조 가 우세한 조석형태이다. 주요분조의 위상차는 매우 작 아 조석파는 거의 동시에 유입된다. 조류는 전반적으로 왕복성이나, 대조시 마산항로 남쪽 잠도 주변과 중, 소조 시 마산항로 북쪽 웅도 주변에서 회전성 특성을 보인다. 대조시 음지도, 우도, 소고도, 초리도, 웅도 사이 협수로 역의 조류유속은 약 50 cm/s, 진해항, 행암만, 진해산업 단지 주변 5 cm/s 미만, 진해항로, 부도수도, 마산항로 주변은 20~30 cm/s이다. 중, 소조는 대조에 비해 각각 0.6~0.7배, 0.4~0.5배 정도 유속이 작고 유향은 거의 유 사하다. 조석 잔차류는 섬 주변 협수로 역에서 반 시계 혹은 시계 방향의 지형성 와류가 형성된다. 잠도를 중심 으로 약한 반시계방향 와류가 존재하나, 진해, 마산항로 상에는 5 cm/s 미만의 약한 항류만 형성되어 항로를 따 라 입출항하는 선박의 항해에 적합하다. 낙조류는 진해 만과 마산만에서 빠져나온 조류가 진해 및 마산항로 주 변 초리도 주변에서 합류하여 동류한 후, 가덕수로를 따라 외해로 유출된다. 창조류는 낙조류와 반대로 가덕 수도를 통해 남해 외해의 조류가 유입되고, 거제도 북단 을 반시계 방향으로 돌아 진해만과 마산만으로 유입된 다. 진해 및 마산항로상 조류 및 조석잔차류 분포는 해역 내 섬 주변 협수로 들에서와 달리 출입선박에 적합한 유동 환경을 제공하고 있다. 이번 실험결과로부터 진해, 마산항로역의 조시에 따른 상세 조류변화와 해역 내 조 석잔차류 분포와 그 발생원인이 파악되었다. 향후 해상 풍이 주어진 모델실험이 추가되어진다면 항로상의 물질 표류, 확산, 수송에 대한 신속한 예측이 가능할 것이다.

    사 사

    이 논문은 2021년 해양수산부 재원으로 해양수산기 술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구임(ICT 기반 수산 자원관리 연구센터).

    Figure

    KSFOT-57-1-45_F1.gif
    A map of study area. St. J1 and J2 show the mooring points for currents observation. St. T1, T2 and T3 indicate the measurement stations of tide.
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    Bottom topography around the study area. Contour numbers show depths (m).
    KSFOT-57-1-45_F3.gif
    Time series of tidal elevation at St. T1~T3 from January 25 to February 23, 2003.
    KSFOT-57-1-45_F4.gif
    Scatter diagram of tidal current vectors at St. J2 (left) and comparisons between the observed and the calculated semi-diurnal tidal current ellipses at St. J2 in spring (middle) and neap tide (right).
    KSFOT-57-1-45_F5.gif
    Tidal ellipses of semi-diurnal currents in spring (left), middle (middle) and neap tide (right).
    KSFOT-57-1-45_F6.gif
    Tide induced residual currents in spring (left) and neap tide (right).
    KSFOT-57-1-45_F7.gif
    Maximum ebb currents (left) and flood currents (right) in spring tide.

    Table

    Locations and periods of tidal observations at St. T1~T3
    Major tidal harmonic constants at St. T1~T3
    Non-harmonic tidal constants at St. T1~T3
    Comparison between calculated and observed currents at St. J1

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