EFDC를 이용한 해양모델링 실습

제1장 유동 모의 / 11
1.1 수심 / 11
1.2 격자 / 33
1.3 격자정보파일 / 53
1.4 개방경계 / 55
1.5 수심수정 / 61
1.6 컨트롤파일 / 65
1.7 EFDC Explorer 이용 / 71
1.8 연습문제 / 79

제2장 염료 모의 / 85
2.1 유동장 / 85
2.2 컨트롤파일 / 87
2.3 입력파일 / 93
2.4 모의결과 / 99
2.5 연습문제 / 106

제3장 수온ㆍ염분 모의 / 109
3.1 실험하구 / 109
3.2 컨트롤파일 / 111
3.3 입력파일 / 117
3.4 모의결과 / 123
3.5 연습문제 / 127

제4장 온배수 모의 / 129
4.1 유동장 / 130
4.2 컨트롤파일 / 131
4.3 입력파일 / 137
4.4 모의결과 / 138
4.5 연습문제 / 141

제5장 열수지 모의 / 143
5.1 이론적 배경 / 143
5.2 유동장 / 148
5.3 컨트롤파일 / 149
5.4 입력파일 / 155
5.5 모의결과 / 160
5.6 연습문제 / 164

참고문헌 / 166
부록 / 167

제1장 유동 모의

1.1 수심

1.1.1 계산영역 설정

모의실험의 목적에 따라 계산영역의 공간적 범위를 설정한다. 해수유동 모의의 경우, 개방경계와 모형보정을 위한 현장 자료 유무와 관심 구간의 유동이 안정적으로 재현될 정도로 충분히 넓은 공간을 고려하여 결정한다. 오염물 이류ㆍ확산 모의의 경우 오염물이 개방경계를 통과하여 계산영역에서 제거되지 않을 정도로 먼 거리를 설정한다. 이는 조류가 바뀌면서 영역에서 유출된 오염물이 다시 유입되는 경우 모델에서 이를 재현하는 과정에서 발생하는 오류를 피하기 위해서이다.
임의의 해역에 수치모형을 적용하기 위해 아래와 같이 계산영역을 설정하여 보았다(<그림 1.1>).
개방경계 부근에서 조석자료를 획득하기 위해서 국립해양조사원(https://www.khoa.go.kr) 자료를 활용하기로 한다. 아래 그림의 홈페이지를 접속하여 .../조석예보및성과/기본수준점...으로 이동하면 지도(<그림 1.2>)가 나타나고 여기에 나타난 정점 가운데 원하는 지점을 선택하여 마우스로 클릭하면 기본수준점 성과표 파일(<그림 1.3>)이 팝업창으로 생성되며 인쇄 및 다운로드가 가능하다.
유동모의에서 조류를 보정하기 위해 필요한 자료를 획득하기 위해서 국립해양조사원자료를 활용하기로 한다. 아래 그림의 홈페이지를 접속하여 .../해수유동정보/조류/조류관측...으로 이동하면 지도(<그림 1.4>)가 나타나고, 아래 과정을 거쳐 자료(<그림 1.5>)를 추출한다.

1. ‘자료검색’에서 30주야, 시작과 완료기간 설정하고 ‘검색’ 클릭
2. ‘선택’ 아이콘 클릭
3. 관측정점 포함하는 사각형 좌측 마우스로 2회 클릭하여 설정
4. ‘조류실측_조류정보’ 팝업창이 생성되며, ‘분조’를 선택하면 새 페이지에 관측정보 및 조화상수가 제시됨

1.1.2 수심자료

계산영역 내 섬과 육지의 경계와 해역의 수심을 파악하고 수치모의에 필요한 수심 입력자료를 생성하기 위해 수심자료를 획득한다. 수심자료는 오토캐드(s/w acad) 육상도면인 수치지도와 해상도면인 수치해도가 있고, 육상도면 상에 조간대의 수심이 기재된 연안해역기본도가 있다(<표 1.1>).

가. 수치해도
수치해도는 바다의 수심을 표현한 해상도면으로서 육상도면인 수치지도와는 달리 DL 기준면을 사용하며 국립해양조사원에서 발행한다. 관심 해역의 수치해도를 획득하기 위해서는 수로도서지목록전체.pdf (국립해양조사원, 2015)를 참고하여 해도의 번호를 파악한다 (예, <그림 1.6>-49쪽 No. 3100 (구 번호 dc302)). 아울러 수치지도 구매는 아래를 통해 구매하면 인터넷을 통해 파일형태로 받을 수 있다:-한국해양개발(주) (www.chartkorea.com), 마린주식회사 (www.hd-emarine.com).

나. 수치지도
육상의 경우, 해안선이 매우 복잡하거나 해안 개발 등으로 인해 빠르게 변하게 될 경우, 육상 지도에는 해도 보다 세밀한 척도로 주기적으로 변화된 부분을 반영하기 때문에 해상도면 보다는 육상도면을 사용하는 것이 정확하고 최근의 변화를 확인할 수 있다.
육상도면인 수치지도로는 국토지리정보원이 작성하고 국가공간정보유통시스템(https://www.nsic.go.kr)을 통해 제공하며, 아래의 단계 (<그림 1.7>)를 따라 수치지도 (<그림 1.8>)를 획득할 수 있다.

/지도구매바로가기/...
수치지도 √, 지도선택 √, 레이어목록 1：25,000 GRS80 √,
지도축적 - 1：25,000, 공급자 - 국토지리정보원, 타원체 - GRS80,
도엽선택 - 원 선택 후 원하는 도엽에 마우스로 클릭 후 검색

다. 연안해역기본도
수치지도에서는 <그림 1.8>과 같이 조간대의 지형을 알 수는 있으나 수심이 기재되어 있지 않는 경우가 있다. 이때 육상과 해역의 등고선이 기재된 연안해역기본도(<그림 1.9>)를 이용할 수 있다. 이는 종이로 작성된 지도로서 국가공간정보유통시스템을 통해 구할 수 있다. 그림에서 파란색은 등심선 붉은색은 퇴적층의 두께를 지시한다. 아울러 도면은 육상기준인 EL로 표시된 만큼 해상기준인 DL로 수정하여 사용할 필요가 있다(<그림 1.9>). 표고기준인 EL과 DL에 대해서는 ‘1.1.3 라. 해안선수정’을 참고하기 바란다.

1.1.3 수심편집

획득한 도면으로부터 수치모형에 입력될 수심의 기초자료로 가공하기 위해서는 다음과 같은 과정을 거친다.

- 포맷일치
- 계산영역추출
- 수심레이어추출
- 해안선수정
- 조간대수심수정
- 전체수심수정

가. 포맷일치
획득한 모든 수심파일의 포맷을 UTM좌표와 DXF 형태로 일치시킨다. 만일 도면이 shp 파일일 경우, shp 파일을 dxf 파일로 변경 (QGIS, 오토캐드map 3D, arcgis, arcinfo, arcview 등 프로그램 사용)하고 위경도 좌표를 UTM 좌표로 변경한다.

나. 계산영역추출
전체 도면에서 계산영역을 추출하기 위해서는 일단 계산영역 이외의 지역을 제거한다. 예를 들어, No. 3100 (구도면 DC302.DXF)에서 곰소만 해역을 설정할 경우 <그림 1.11>과 같다.

다. 수심레이어추출
오토캐드 도면은 <그림 1.12>와 같이 표고 외에 지질, 식생, 인문 등의 다양한 정보를 지시하는 여러 개의 레이어로 구성되는데, 이 가운데 수심에 관련된 레이어만 추출하여 사용할 수 있다. 해안선은 육지와 바다의 경계를 지시하며 바다 수심의 기준면으로 표시 된다(<표 1.2>). 해안선을 지시하는 레이어는 해안선 특성에 따라 자연, 인공, 기타로 구분할 수 있고, 이때 수심은 0m이며 polyline 형식으로 구성되며, 좀 더 세밀한 조건에 따라 COALNE, SLCONS, CAUSYWY 등으로 제공된다. 해안선 아래 바다의 수심은 점(point)과 등수심선(polyline) 형태로 표시되는데, 점으로 표시되는 SOUNDG 레이어의 경우 기본수준면 상부에서는 (+) 하부에서는 (-) 값을 갖는다. 그러나 등수심선으로 표시되는 DEPCNT 레이어의 경우 기본수준면 하부에서 (-) 값이어야 하나 편의상 (+) 값으로 표시됨에 주의가 요망된다.

라. 해안선수정
해양도면인 수치해도 상에서 육상경계가 복잡하거나 세밀하게 표현해야 될 경우 육상도면인 수치지도에서 해안선을 참고하여 수치해도를 수정할 필요가 있다. 그러나 수치해도와 수치지도는 서로 다른 표고 기준면을 사용하기 때문에 육지와 바다의 경계인 해안선 수심을 기재할 때 주의가 필요하다. 특히, 수치해도에서 해안선 기준면과 기본수준면은 동일하게 0m를 갖기 때문에 조간대가 넓게 발단한 서해의 경우 해안선기준면을 약최고고조면(Approximate Highest High Water)으로 수정할 필요가 있다.
해상도면인 수치해도에서 표고가 0m (DL)가 되는 면을 해상기준면이라 하고 기본수준면(datum level, DL)을 해상기준면으로 설정한다. 기본수준면 DL은 조석이 그 이하로는 내려가지 않는 면인 약최저저조면 (Approximate Lowest Low Water)으로서 4개 조화상수의 반조차를 합한 만큼 평균해수면에서 아래로 내린 면이라 할 수 있다(<그림 1.13>). 이는 조석표의 조고 및 해도에 있어서 수심을 표시하는 기준면으로 사용된다. 평균해수면(Mean Sea Level, MSL)은 1개월 이상 조석을 관측하여 조화분화한 4개 조화상수(M2, S2, K1, O1)의 반조차를 모두 더한 합을 말한다.