Part I. 신규 대형과제 발굴
3. 연구개발 분야별 현황
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1 연구개발 분야
○ 국가예산 투입방향을 결정하는 연안침식 관리정책은 해역․해안별 파랑․해빈류, 조석․조류, 퇴적물이동․지형변화 등 연안수리현상 이해도 수준과 배후지 특성에 맞추어 설정함이 타당하나, 제반 수리현상에 대한 이해도가 아직 불 충분하므로 침식관리의 지속적인 진화를 위해서는 정책․전략개발, 국가지원 프로그램 이행성과 및 R&D 성과가 유기적으로 연계되는 피드백 시스템을 운영함이 바람직
그림 2. 연안침식관리 진화를 위한 피드백 체계
○ 한편 관리흐름을 크게 다음 4가지 분야로 대별할 수 있으며,
① 관리코어 : i) 협동형 의사결정체계, ii) 자료통합관리체계, iii) 해안수리 및 배후지 특성별 관리정책 설정, iv) 연안침식 최적대응방안 선정(경제성 분석 포함) 및 시행성과 분석
② 현장관측 및 실험 : i) 해안수리 및 배후지 특성별 관측 및 모니터링 항목 설정 ii) 해안별 수리 퇴적현상 이해도 제고, iii) 해안특성별 관리정책 수립, iv) 대응 후보안 선정 v) 연안지형변화 예측실험 입력․검증자료 제공, 및 시 행성과 평가자료 제공
③ 지형변화 예측실험 : i) 후보안(무간섭 포함) 평가, ii) 최종안 정밀평가, iii) 예측신뢰도 개선을 위한 관측항목 선정
④ 대응방안 적용 : 최종안 설계․시공
그림 3. 연안침식관리 사이클
○ 이에 준하여 연구개발 분야를 ① 관리코어 선진화, ② 연안수리․퇴적현상 연구 ③ 지형변화 예측기술 개발 및 ④ 연안침식 제어기술 개발로 대별 가능
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2 국 외
○ 관리 사이클을 구성하는 각 요소의 독립적인 연구로는 연안침식관련 국가정책 의 효율․효과 극대화를 달성하기 어려우므로 4개 요소를 포괄하는 시스템 연구가 필요하며, 생태적으로 민감한 해역에서는 대응방안이 미치는 생태학적 영향까지 포함하여야함
○ 이와 같은 시스템 연구의 중요성을 인식한 네덜란드는 사빈해안, 조간대 및 하구역, 퇴적물이동, 수리역학, 생지화학, 및 연안역 관리 등에 대한 관련연구소 와 대학의 공동연구를 위한 NCK(The Netherlands Centre for Coastal Research) 를 조직하여 1991년부터 지원하고 있음
○ 미국 육군공병단도 해안선관리 효율 제고를 위하여 해안침식․퇴적의 원인과 이의 환경 및 경제적 영향, 해안선 복원과 관련한 기관별 역할 등에 관한 연구를 관련기관과 공동으로 추진하기 위하여 수자원개발법 을 개정하여 2002년부터 ‘국가해안선관리연구(NSMS)’를 지원하고 있음
그림 4. http://nationalshorelinemanagement.us/
관리코어
○ 국지적 사후 대응에 따른 비효율성이 누적되고, 1992년 리우 ‘Agenda 21'에서 지속가능한 연안발전을 위한 ’연안통합관리‘의 중요성이 부각됨에 따라 선진국 은 연안침식의 시공간적 관리범위를 확장함과 아울러 통합관리체계를 정착 시키기 시작하였음(영국 1,2차 SMP 및 2009년 법률 제정을 통한 관련 인허가 일원화, 일본 ’99년 법률 개정을 통한 관련부처 합동관리정책 수립)
○ EC는 EUROSION(2002-2005), CoastView(2002-2005), CONSCIENCE(2007- 2010) 등 다양한 연구개발사업을 통하여 유럽의 연안침식 실태와 문제점을 파악하였 으며, 효율․효과적인 통합관리 방안을 개발․보급하고 있음
○ 미국 NOAA는 연안역관리법 에 의거하여 해안침식을 포함한 체계적인 연안 관리프로그램을 지원하고 있으며, 대규모 토목공사는 수자원개발법 에 따라 육군공병단이 주관함. 또한 연안주 2/3는 ‘연안건설후퇴선(CCSL)' 혹은 ’연안 건설제어선(CCCL)'을 법제화하여 난개발에 의한 해안침식피해를 방지하고 있음
연안수리･퇴적현상
○ 주요 선진국은 연안침식이 주요 연구과제인 국가연구기관(미국 육군공병단 CHL, 일본 국토기술총합연구소와 항만공항연구소, 네덜란드 Deltares, 영국 HR 등)을 운영함으로써 연구의 지속성을 유지하고 있음(일부 민영화 혹은 독립법인화)
○ 다양한 관측장비의 개발에 힘입어 1980년대 중반 이후 현상이해도가 크게 제고되었으나 해안선 변화 예측에 매우 중요한 정보인 사질해안 포말대 (swash zone)에 대한 연구는 시작단계라고 볼 수 있음
○ 지형변화 예측 모델 개발을 위한 최우선 연구항목으로 장기간의 현장모니터링 및 집중 현장실험이 필요함
지형변화 예측기술
○ 미국은 2004년 9월 4개 허리케인이 연속으로 상륙하여 큰 피해를 입었으며, 기존의 수치모형실험이 해안선 후퇴와 방호섬 파열 등을 효과적으로 예측하지 못했음이 밝혀지자 대규모 연구사업 MORPHOS를 착수하였음
○ MORPHOS의 핵심 연구는 관련현상을 보다 현실적으로 반영하여 대규모 폭풍 내습 시 해안지형변화 예측신뢰도를 높일 수 있는 수치모형 개발임. 현재 다양한 수치모형이 개발되어 세련화 과정을 거치고 있는 중이며, 네덜 란드에 의뢰하여 개발한 모형 Xbeach의 소스코드가 공개되었음
그림 5. http://www.frf.usace.army.mil/morphos/morphos.shtml
○ 한편, 2000년 이후 EFDC, ROMS, MOHID, FVCOM, Delft3D, Telemac 등 상용모형을 비롯한 다양한 시스템 모형의 소스코드가 공개되고 있으나 해안선 변화와 니사질 혼재상 거동 재현에는 아직 한계가 있는 실정임
○ 이는 쇄파후 포말대까지의 수리현상이 모형에 충분히 반영되지 않았기 때문 이나 최근 full 3D Navier-Stokes 방정식을 사용하는 파랑변형 및 유체와 퇴적물 을 별도로 고려하는 two-phase 모형 연구성과가 증가하기 시작하였으며, 포말대 표사율과 니사질 거동에 관한 실험연구도 본격적으로 착수된 점으로 미루어 비록 계산시간의 압박은 예상되지만 지형변화 예측신뢰도는 향상될 것으로 예상됨
연안침식 제어기술
○ 호안 및 고천단 구조물은 2차 침식 유발가능성이 높고 기후변화적응에 불리 함과 아울러 지속가능한 연안발전을 위한 친환경 공법이 주목받음에 따라 양빈과 저천단 제어시설을 선호하는 추세임
○ 네덜란드는 1990년 ‘동적방호정책’을 택한 이후 1990년 해안선보다 후퇴하는 구간은 양빈을 시행하고 있으며, 경제성 제고를 위한 수중양빈, 효과 제고를 위한 돌제형 양빈 등 다양한 양빈연구를 수행하고 있음
○ 양빈 활성화를 위해서는 하천․연안퇴사지 모래를 침식해안에 공급하는 등 잉여모래관리가 매우 중요함. 이에 일본은 1998년 하천․연안모래통합관리를 시행하고 있으며, 2008년에는 이를 연안통합관리의 제1과제로 선정하였음
○ 미국 NOAA 및 육군공병단도 퇴사지 모래를 침식해안에 연계하고 잉여모래를 보관할 수 있는 저사지 개발 등을 목표로 하는 퇴적물관리프로그램(RSM)을 2000년부터 시행하고 있음
그림 6. http://rsm.usace.army.mil/
○ EC는 저천단 제어시설 확산을 위한 연구사업 DELOS를 수행하고 지침서를 2007년 발간하였음
○ 일본은 이안제로 방호에 성공한 해안일지라도 수평선 조망권 개선을 위해 이안제를 잠제로 변경하는 사업을 시행하고 있음(예 돗토리현 가이케 해안)
○ 모래를 충진한 토목섬유(geotextile sandbag or tube)가 최근 친환경․저비용 제어기술로 적용사례가 확산되고 있음. 수리모형실험에 근거한 샌드백에 대한 제한된 설계지침이 독일 브라운슈바이크 대학 연구진에 의해 2008년 발표된 바 있으며, 미국에서는 해안침식 대응을 위한 대형 지오튜브가 상용화되어 효과가 검증된 바 있음
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3 국 내
○ 연안침식대응 국가정책 효율․효과 제고를 위한 종합적인 시스템 연구를 R&D 사업으로 수행한 바는 없으나, 국토해양부 용역사업을 통해 2010년까지의 선진국 정책 및 연구사례를 수집․분석하여, 해역․해안별 수리 및 배후지 특성에 따른 해안선관리정책 설정방법, 연안침식모니터링 과학․공학적 활용성 제고방안, 지형변화예측 수치모형기법 및 주요 공법별 설계지침을 포함하는 지침서를 수립한 바 있음
○ 다양한 R&D 사업을 통해 정밀관측시스템을 구축하고 연안수리․퇴적현상을 연구하였으나 표사계 퇴적물수지 정량화, 수치모형 개발을 위한 입력자료로 서의 활용도가 아직 미흡한 실정임. 포말대 관련현상 연구는 착수되지 않았 으며 니사질 혼재상 거동 규명에 대한 심도 있는 연구가 부족함
○ 해빈에 대해 최근 다양한 최신 조사기법과 장비를 개발 및 적용하여 해빈의 침식/퇴적, 연안의 Crescentic bar에 대하여 퇴적역학적 자료를 축적 중이며 기본적인 해빈환경에 대한 과학적인 해석이 가능해짐
○ 수치모형의 경우, 대부분의 관련용역에서 국외 영역모형을 이용하고 있으나 해안선을 고정경계로 처리함에 따라 공법 적용성과 정량적 예측이 어려움. 그러나 최근 full-3D 수치모형 자유수면 처리기법 개선에 관한 국내 성과가 국제학술지에 발표되고 있음 등에 미루어 향후 현상기반 수치모형연구가 활성화 될 것으로 예상됨
○ 연안침식제어를 위한 경성구조물 설계는 대부분 국외 기준을 따르고 있음. 그러나 국외 성공사례를 적용하였음에도 실패로 간주할 수 있는 사례가 발생한 바 있으며, 이는 구조물의 평면배치기술이 미흡하기 때문임
○ 연안정비사업 성공사례인 부산 송도해수욕장 복합공법(잠제+양빈)이 역할모델이 되어 동서해안 모두 유사공법을 적용한 수요사업이 크게 증가하였음. 그러나 잠제를 표사계 일부에 설치하면 표사하류부가 침식될 가능성이 높고, 특히 서해안은 경우에 따라 해수욕장의 니질화와 조간대 표고변화 심화 등이 우려 되는 실정임
○ 한국해양연구원(현 한국해양과학기술원)은 대조차 니사질 조간대의 세립퇴적물 퇴적촉진을 위한 인공수초와 역시 대조차 사질조간대 침식억제를 위한 저천단 돌망태 돌제를 시험시공하여 효과를 입증한 바 있음
○ 연안정비사업에서 양빈 선호도가 높아지고 있으나 연안지질 특성, 연안순환, 모래자원 활용, 최적우회․순환양빈에 대한 본격적인 연구가 수행된 바 없음
○ 국토해양부와 한국해양연구원은 2010년 회수 및 이동설치가 용이한 철재 잠제를 개발하고 현장실험을 통해 성능을 입증하였으나, 지침서 수립을 위해서는 수리․퇴적현상 정밀조사가 요구됨