수심에 따른 조류의 속도 차이

[석수]

수심에 따른 조류 속도는 해저면에 가까울수록 마찰력 때문에 느려지고, 수면 쪽으로 올라올수록 빨라지는 연직 프로파일(Vertical Profile) 형태를 가집니다.

이론적으로 수심별 유속 분포는 크게 멱법칙(Power Law)과 대수함수 프로파일(Logarithmic Profile)을 따릅니다.



1. 수심별 유속의 기본 특징

• 해저면 부근 (바닥층): 해저 암반, 모래, 자갈 등과의 마찰(전단력)이 가장 크게 작용하여 조류 속도가 급격히 느려집니다.
• 중간층 및 상층 (수면 부근): 바닥 마찰의 영향이 줄어들면서 유속이 빨라지며, 일반적으로 수심의 중간~상층부에서 유속이 높게 나타납니다.
• 해역별 차이: 지형의 복잡성(협수로, 섬, 암반 등)과 조석 간만의 차(서해안이 남해안·동해안보다 큼)에 따라 전체적인 유속 크기와 수직 구배가 달라집니다.

2. 수심별 유속을 계산·추정하는 수학적 모델


① 멱법칙 (Power Law)

수심에 따른 유속 분포를 지수 형태로 가정하는 방식입니다.
• 특징: 기준 수심과 유속을 바탕으로 고도분포지수(1/n)를 적용해 층별 속도를 구합니다.
• 국내 사례 (진도 울돌목 등 관측): 멱법칙의 고도분포지수(n)는 창조(밀물) 시 평균 약 10.75, 낙조(썰물) 시 평균 약 9.3 정도로 분석됩니다.

② 대수함수 연직 프로파일 (Logarithmic Profile)

해저면의 마찰속도와 조도길이(거칠기)를 기반으로 속도 구배를 설명하는 방식입니다.

• 특징: 폰 카르만 상수(0.4)와 해저 지형의 거칠기(z₀), 마찰속도(\(u_{*}\))를 변수로 활용합니다.

• 활용: 한국해양과학기술원(KIOST) 등의 연구에 따르면, 조류발전소 터빈의 최적 설치 높이(허브 높이)를 선정하거나 해저 전단력을 계산할 때 이 대수함수 모델이 주로 쓰입니다.