Earticle

Dandong bay, as a study area, is a part of the Jinhae Bay, which is located at onshore of southern Korea peninsula. Its depth is less than 18m and has poor circulations due to the semi-closed landform, leading to forming hypoxia frequently from May to October. In order to analyze how hypoxia is related with physical-biochemical water properties changes and to determine the critical threshold for predicting the hypoxia conditions in Dandong bay, two datasets were analyzed based on statistical and regression analysis. One is 13 different stations of physical-biochemical water measurements from January to October in 2016. The other dataset is those of real time observations from August to October in 2016. The hypoxia begins at the central bay at Station 12 following by the outer bay at Station 7, suggesting that different physicalbiochemical processes play an important role in the bay. Since vertical stratification is the most important physical forcing to form hypoxia, density differences between surface and bottom layer were estimated and compared with DO concentrations. For inner bay, density differences and DO had negative relations and its ranges were from 1.8 to 3. For outer bay, the relations were positive and its threshold was about 5.2. These result imply that the conditions for forming hypoxia in Dandong bay can be controlled by not only physical forcing, but also biochemical processes in the bay water.

해양 스마트 시티는 청정에너지 사용으로 탄소배출을 최소화하고 IT에 기반한 스마트 그리드 구성, 사물인터넷과 정보의 공유에 따른 Smart 교통 시스템 및 Smart Home 시스템 등으로 구성 된다. 본 연구에서는 신재생 에너지를 통한 스마트 시티의 전력 공급 방안에 대해 분석하였으며, 한국해양과학기술원의 이전 예정지인 부산의 영도구 소비전력의 50%를 2030년까지 신재생 에너 지로 공급하는 경우를 상정하였다. 영도지역에서 측정된 바람 데이터를 풍력타워 허브높이의 풍속 으로 환산한 결과, 평균풍속 4.65m/sec인 바람이 39% 이상을 차지하였으며, 터빈 종류별로 연간 발전량과 발전수입, 투자비 회수율을 계산하여 적용성을 검토하였다. 신재생 에너지 공급을 위하여 부유식 해양에너지 플랫폼을 제안하고, 제안된 부유식 플랫폼의 개략적인 구성안을 제시하였다.

4대강 보 수역에서 산소, 영양염류의 거동과 관련하여 퇴적물의 산소 소모 및 영양염류 용출률 을 측정하기에 앞서, 측정조건 및 절차를 표준화하는 작업을 추진하였다. 퇴적물 용출률 측정 방 법인 (1) 퇴적물 코어 배양 (2) 벤틱 챔버(In situ) (3) 벤틱 랜더 중에서 우선 퇴적물 코어 배양 방 법을 대상으로 배양 조건의 범위와 절차의 엄밀성에 대한 요건을 정하였다. 낙동강 수계에서 여름 에 심수층 빈산소 현상이 나타나는 보에서 2015.6.30~7.3에 퇴적물 코어를 채취하여, 배양하기 전에 미생물 활동을 현장과 유사한 상태로 복원하기 위한 전 배양(pre incubation) 시간, 퇴적물 배양 온도, 배양 시작할 때 수층의 산소 농도, 수층과 퇴적층의 확산경계층 두께를 여러 조건으로 조성하여 SOD와 영양염류 용출률을 측정한 결과에 바탕을 두었다. 전 배양 시간은 6시간 이내로 하고, 배양온도는 현장 심수층 수온과의 차이가 3℃이상 나지 않도록 하고, 현장에서 유속이 관측 될 경우 확산경계층은 600~800μm 두께로 형성시켜 SOD와 영양염류 용출률을 측정하는 조건 으로 표준 절차를 작성하였다. 이 절차서는 2016년도 4대강 14개 보 적물의 산소소모 및 용출률 조사에 적용되었고, 추가로 퇴적물 코어 시료의 보존조건과 기간을 정하기 위한 실험이 진행되었 다. 2017년도에는 퇴적물 코어 배양법의 정확도, 정밀도 기준을 도출하기 위해 벤틱 챔버랜더로 측정하는 방법과 비교할 예정이다.

유기 오염물질들은 연안이나 대기 등 여러 경로를 통해 해양으로 유입되고 퇴적물에 장기간 축 적, 잔류된다. 퇴적물 속 오염물질들은 다시 수중으로 용출되어 생물축적 등을 통해 해양생물에 영향을 끼치게 되며 나아가서는 생태계 교란을 유발하거나 인간에게까지 직·간접적인 피해를 준 다. 많은 국내·외 연구에서 오염된 토양의 정화방법에 대한 연구는 활발히 진행되어 온 반면 해 양오염퇴적물의 정화방법에 대해서는 연구가 미흡했다. 해양은 육상의 토양이나 하천 퇴적물에 비 해 입자의 크기가 작은 니질과 점토의 함량이 높으며 작은 입자일수록 표면적이 넓어 높은 농도 의 유기오염물질을 흡착하게 된다. 최근에는 준설된 해양 퇴적물의 처리와 오염평가를 위한 다양 한 방법들이 제시되고 있다. 본 연구팀에서는 세척처리공정(산화제, 계면활성제)을 거친 해양퇴적 물에 오존과 초미세기포를 이용한 고도처리 공정을 추가하여 유기오염 해양퇴적물 정화를 연구 중에 있으며, 현재까지 약 22%의 유기물 저감 효율을 확인하였다. 본 연구에서는 유기물 오염 해 양퇴적물의 국내 정화 기준과 국내·외에서 수행되고 있는 물리·화학적 기법을 통한 정화 기법 을 검토하여 향후 기술개발을 위한 기초자료로 제시하고자 한다.

풍력발전은 효율성 증대를 위해 터빈의 사이즈가 증가하고 있으며, 이에 따라 요구되는 블레이 드의 길이가 증가하고 있다. 또한 더 높은 타워가 요구되면서 세장비가 증가하여 기존의 강재타워 는 좌굴 안전성이 저하되어 타워의 좌굴파괴의 발생 가능성이 높아질 수 있다. 이에 본 연구에서 는 Double Skinned Composite Tubular(DSCT) 신형식 복합구조를 적용한 풍력타워를 제안하고 타워의 단면설계를 실시하여 그 성능을 검증하고자하였다. 타워의 단면설계는 한국해양과학기술원 에서 개발한 AutoDSCT프로그램을 이용하여, 기존의 5.0MW 급 강재타워에 요구되는 요구 성능을 만족하고 기존 강재타워의 직경 5.5m 보다 작은 5m 직경의 DSCT타워에 대해 다양한 중공비를 적용하여 단면을 도출하였다. 그중에서 중공비가 가장 큰 디자인 케이스를 선택하여 미국의 National Renewable Energy Lab(NREL)에서 개발한 풍력발전해석 프로그램 FAST를 통해 DSCT 풍력타워를 적용한 5.0MW급 풍력발전 시스템을 해석하였다. 그 결과 DSCT풍력타워는 기존의 강 재타워보다 더 작은 직경으로 타워의 상부에서의 요구모멘트 31,800kN-m, 타워 하부에서의 요구 모멘트 159,000kN-m를 모두 만족하였으며, 5.0MW의 발전량을 충족시키는 것으로 나타났다.

신재생에너지 사용 증가에 따라 풍력에너지에 대한 많은 연구 개발이 진행되어오고 있으며, 최 근 풍력발전터빈의 대형화로 인해 타워의 세장비가 증가하고 있다. 이로 인하여, 기존 강재타워의 좌굴 안정성 및 기능 저하 문제점 등이 발생 할 수 있으며, 해상풍력의 경우, 부식의 문제가 발생 할 수 있기 때문에, 고성능 신형식 복합구조를 적용한 지지구조 개발이 진행되고 있다. FRP DSCT 타워는 두 개의 FRP 관 사이에 콘크리트가 충진되는 구조이며, 타워의 하중이 작고 강도 가 뛰어나며, 부식에 강하다. 본 연구에서는 FRP DSCT (Fiber Reinforced Polymer Double Skinned Composite Tubular) 구조가 적용된 풍력타워에 대한 거동해석 및 실험 검증을 실시하였 으며, FRP DSCT 타워를 축소화하고 일체형 및 모듈형 FRP DSCT 타워에 대한 준정적 실험을 수행하였다. 이후, 일체형 및 모듈형 FRP DSCT 타워의 거동 실험 결과와 타워/기둥 해석 프로그 램인 CoWiTA와 결과를 비교하였다. 그 결과, 모듈형은 CoWiTA 해석과 비슷한 결과를 나타내었 으며, 일체형은 모듈형 및 CoWiTA 결과 보다 큰 하중을 지지할 수 있었다. 모듈형 연결부의 성능 을 향상시킨다면, 일체형과 동등한 성능을 가질 수 있을 것으로 사료된다.

최근 항만 하천의 대규모 정비 사업에서 다량의 준설토사가 발생되어 적치되고 있고 이 다량의 준설토의 적절한 처리방안에 관하여 정부와 기관 및 민간에서도 활발한 논의가 진행되고 있다. 이 러한 정비 사업에서 발생되는 준설토의 경우 수저에서 오랜 기간 퇴적된 입도가 작은 실트 와 점 토 성분의 비율이 높고 유기물이 다량 함유되어 있어 단순 적치하여 건조 후 성토용 골재로 사용 하기에는 구조물의 안전성 면이나 인체유해성면에서 적합하지 않다는 우려의 목소리가 나오고 있 다. 일반적으로 토양정화사업 분야에서는 수분이 많고 빠른 처리가 필요한 유기물 오염토양에 대 해서는 이를 해결하기 위한 방안으로 처리시간이 빨라 대량의 처리물량을 소화할 수 있는 열탈착 법과 같은 열적 처리공법을 적용한다. 기존 열탈착기술은 과다한 화석연료의 사용으로 정화에너지 비용이 고가이며 회전로내 불균일 한 온도분포로 인한 비효율적 정화처리의 단점이 있는데 반해, 마이크로파 간접가열방식 열탈착기 술은 회전로내 균일한 온도분포로 인한 효율적 정화처리가 가능하다. 시스템은 오염토양 선별 및 자동이송설비로 대표되는 전처리설비와 고온의 환경을 구현할 수 있는 마이크로파 열탈착 설비, 후단 시설로서 배출가스 정화설비로 구성된다. 본 연구에서는 간접가열방식 마이크로파 열탈착시스템으로 모든 준설토 복원분야에 활용하고자 하였다. 특히, 항만 하천의 준설개발로 인한 대규모 정화사업의 가능성을 검토하고 현장 기술을 확보하고 토양오염 정화 시장을 확대할 수 있는 기회라고 판단된다.

당동만은 한국 남동에 위치한 진해만의 수심 18m이하의 얕은 지역으로 한쪽 (동쪽)만 개방된 형태로 해류 순환이 잘 되지 않는 구조를 가져, 빈산소 수괴를 주로 5월부터 10월까지 발생하게 한다. 본 연구는 당동만에서 빈산소 수괴가 어떻게 물리-생지화학 변화를 가지는지와 빈산소 수 괴를 형성하는 물리적인 임계치를 분석하는데, 연구 목적을 두고 있다. 이를 위하여 2 종류의 자 료가 사용되었는데, 첫 번째 자료는 2016년 1월부터 10월까지 13개 정점들에서 30번에 걸쳐 수온, 염분, DO, pH, turbidity, 그리고 Chlorophyll을 관측하였고, 두 번째 자료는 7월부터 10월까지 3곳 의 지역을 실시간으로 수온, 염분, DO등을 관측한 자료다. 이들 자료와 통계 분석을 통하여 크게 3가지의 결론을 도출 하였다. 첫째, 13정점들의 자료들에서 수심별로 DO와 연관된 다른 관측 자료 들의 상관 관계를 구하여 통계적 의미를 조사 하였고, 특히 상층과 하층의 밀도와 DO와의 관계를 조사 하였는데, 밀도차가 1.8이상일 때 빈산소 수괴가 형성됨을 알 수 있었다. 둘째, 당동만의 내 측에서의 실시간 자료를 분석하면 상하층의 밀도차이가 3 이상일 때 빈산소 수괴가 형성되어, 이 지역에서는 수직 안정층구조가 중요한 역할을 함을 알 수 있었다. 셋째. 당동만의 외측에서는 상 하층의 밀도차이가 5.2 이하일 때 빈산소 수괴가 형성됨을 알 수 있었는데, 이는 물리적인 수층의 변화외에 수면 아래의 생지화학적 변화가 빈산소 수괴를 형성하는데, 중요한 역할을 함을 알 수 있었다.

대도시 인근에는 과거 농업용수를 위한 저수지로 조성되었으나 도시개발로 인해 농경지가 사라 지면서 인근 주민을 위한 친수 공원으로 이용되는 호소가 많이 위치하고 있다. 최근 지구온난화 및 유역의 오염원 증가로 호소의 수질오염도가 매년 증가하고 있으며, 특히 봄철~가을철에는 녹 조 대량 발생으로 어류의 집단폐사, 악취 발생 등으로 지역주민들 민원의 대상이 되고 있다. 국내 농업용 저수지는 1950년 이전에 설치된 저수지가 전체의 50% 이상에 달하고 있어 퇴적된 오염물 질의 내부부하에 의한 수질오염 기여도가 상당할 것으로 예측된다. 따라서 본 연구에서는 대도시 인근에 위치하고 있는 농업용 호소 M, G, K 호소 3개소를 대상으로 퇴적물의 오염도를 평가하여 수질개선대책 수립의 기초자료로 활용하고자 하였다. 농업용 호소의 토성은 미사가 주성분인 미사 질식양토이며, 유기물 함량은 평균치가 각각 3.2%~4.6%로 나타났고, 강열감량은 평균 7.9%~9.7% 를 모두 팔당호 및 한강하류 퇴적물 준설기준(유기물함량 7%, 강열감량 10%) 이하로 나타났다. TN 함량은 M 호소에서는 2,356.6㎎/㎏, G에서는 1,133.4㎎/㎏, K에서는 485.1㎎/㎏으로 나타나 M 호소에서는 팔당호 퇴적물 준설기준(TN 1,100㎎/㎏)과 한강하류 준설기준(TN 2,000㎎/㎏)을 초과 하는 것으로 나타났다. TP 함량은 M 호소는 1,133.4㎎/㎏, G 호소는 1,666.2㎎/㎏, K 호소는 1,241.8㎎/㎏로 조사되어 팔당호 퇴적물 준설기준(TP 800㎎/㎏)과 한강하류 준설기준(TP 1,000㎎/㎏ ) 을 초과하였고, 특히 G 호소는 대청호 준설기준인 1,500㎎/㎏에도 초과하는 것으로 나타났다. 국 립환경연구원의 호소 퇴적물 평가기준인 Ⅳ등급(저서생물에 독성이 나타날 가능성 매우 높음) 기 준인 TN 5,600㎎/㎏,에는 3개소 모두 기준치 이하로 나타났으나, TP는 G 호소에서 기준 1,600㎎/㎏ 을 초과하는 것으로 나타났다. 퇴적물 내 중금속에 대한 조사에서는 구리와 카드뮴이 다소 검출되 었고, 6가 크롬, 시안, 수은은 불검출 되는 것으로 나타났다. 위의 결과로부터 도시 인근 농업용 호소의 수질개선을 위해서는 퇴적 오염물질에 대한 제어 및 관리가 요구된다.