About Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy

대표 해빈단면의 변화를 살펴보기 위해 광파측거의를 사용하여 Fig. 3(a)의 12개 대표단면에 대해서 2008년과 2010년에 2회에 걸쳐 해빈단면을 관측하였다(Yoon et al., 2010). Fig. 3(b)는 Hwang et al.(2007)에 의해 조사된 진우도 전면의 해저지형도를 나타내고 있으며, 진우도 동측(B) 서낙동강으로부터 하천수에 의한 수로와 신자도 서측으로부터 발달한 해저 사취(Sand spit)이 발달하여 있음을 알 수 있다.

Fig. 3. 
(a) Aerial photograph of the island of Jinu-do (Busan, Korea) indicating the location of the survey transect lines (PL-1 to PL-12). (b) 3D map of morphological variations in the nearshore region of the study area.

해빈단면 관측 결과를 나타낸 것이 Fig. 4이다. 그림에서 검은 원(●)은 2010년 관측 결과를, 흰 원(○)은 2008년 관측 결과를 나타내고 있으며 점선(Regr. line)은 각 시점에서 관측된 결과에 대한 1차 회귀곡선으로 해빈단면의 대표단면 경사로 간주할 수 있다. 또한 해수면을 나타낸 대조평균만조위(HWOST), 평균해면(MSL), 대조평균간조위(LWOST)는 국립해양조사원(KHOA, 2014)에서 고시한 용원(291.5(D.L))의 장기간 관측자료를 기준으로 적용하였다.

Fig. 4. 
Superimposed beach profiles (ground level) over the period February 2008 to January 2010 for survey lines PL-3 to PL-8, indicating the highest water of spring tide (HWOST), lowest water of spring tide (LWOST), and mean sea level (MSL).

우선 Fig. 4의 단면 PL-3과 단면 PL-8의 경우를 살펴보면 해빈의 상부 및 하부에서 1차 회귀곡선이 평행되게 외해 방향으로 일정하게 전진하였으나, 단면 PL-4부터 PL-7까지는 평균해면 상부에서는 퇴적이, 하부에서는 침식이 발생하고 있음을 알 수 있다. 또한 2008년의 경우 해빈 지반고가 약 1.0~1.5 m의 범위를 가지나 2010년의 경우 해빈 퇴적현상에 의해 지반고가 약 2.0 m에 달하는 것을 알 수 있다. 이때 해안사구의 식생대선의 변화양상을 살펴보면 단면 PL-4에서 33.2 m로서 가장 큰 값, 단면 PL-6의 경우 약 15.0 m 정도로 일차사구 식생대 전선이 전진하였음을 알 수 있다. 결과적으로 자연해빈의 지반고는 상승하고 있으며 이에 따라서 해안사구 식생대 전선도 전진하는 경향을 나타내고 있음을 알 수 있다.

해빈단면의 모래 입경의 분포 특성을 살펴보기 위해 Fig. 3(a)의 PL-6 대표단면에 대해서 해저퇴적물을 수집하여 입도분석을 수행하였다. 실험 결과를 그림으로 나타내면 Fig. 5와 같다. 그림에서 식생대 인근은 중앙입경(d₅₀)이 0.205~0.213 mm, 소상대 물가선 인근에는 중앙입경(d₅₀)이 0.253~0.276 mm의 값을 가지는 것으로 나타났다. 아울러 연안사주가 있는 800 m 지점을 중심으로 전면의 경우 0.177~0.190 mm, 배후의 경우 0.203~0.256 mm, 초기 식생대로부터 1,000 m이상의 외해방향으로는 중앙입경(d₅₀)이 0.170~0.178 mm의 값을 나타내었다. 이는 쇄파대가 존재하는 연안사주(800 m 지점) 배후에 쇄파로 인해 가는 모래는 부유 또는 소류함으로써 이동하여 다소 굵은 모래가 분포한다. 이는 Park et al.(2009)이 제시한 바와 같이 S 및 SSW, SSE 파향이 탁월한 경우 사주섬 전면의 극천해역까지 파랑에너지가 전달되어 높은 파고가 발생하며, 이는 해빈류의 발생에 의해 하구의 토사이동, 입경 분포, 부정형적인 사주의 형성/발달 등에 직접적으로 영향을 미칠 것으로 생각된다. 아울러 물가선의 대조평균만조위(HWOST)으로부터 대조평균간조위(LWOST)까지의 해빈에는 파랑의 처오름이 발생하여 굵은 모래(d₅₀=0.26 mm)가 분포하는 것으로 조사되었다. 하지만 식생대가 있는 지역의 경우 평균 d₅₀가 약 0.25 mm의 값으로 조사되었다. d₃₀과 d₆₀의 경우도 d₅₀와 거의 유사한 패턴을 가지며 해빈단면상에 분포한다는 것을 알 수 있다.

Fig. 5. 
Distribution of the mean diameter of sand (d₅₀) from the initial position in the vegetation zone line to a specific depth/distance in the nearshore region on transect PL-6.

일반적으로 해안수리학적 측면에서 자연해빈은 입사파랑에 대응한 안정한 평행해빈단면(Equilibrium beach profile)을 형성하는데, 바람, 강우 등의 육상 기상조건, 하천 영향, 퇴적물 정도, 외해 입사파랑 및 조석작용, 그리고 Fig. 3(b)와 같이 해빈 저면의 해저/해안지형과 지형에 의해 발생되는 다양한 동수력학적 특성 변화 등에 의해 이러한 안정한 평행단면은 항상 불확정적으로 변화하게 된다(Dean, 1977). Je(2012)은 진우도 전면해역에 대해서 파랑변형모델(STWAVE model)을 사용하여 진우도 전면 입사파랑을 산출하고 식생대선의 변화조사 결과와의 상관성을 고찰하였다. 이중 진우도 전면에서의 탁월 파향별 입사파고 공간 분포를 살펴보면 Fig. 6과 같다. 그림에서 가로축은 진우도 서측으로부터의 거리를, 좌측 세로축은 계산되어진 파고분포(그림 상단 dot 표시)를, 우측 세로축은 물가선으로부터 전면 30 m지점의 수심 분포(그림 하단 굵은 실선)를 제시한 것이다. 결과적으로 진우도 서측은 대체적으로 파고가 낮고 중앙부로 갈수록 커지는 경향을 나타내며 특이하게도 중앙부 1,100~1,600 m 영역에서 파랑의 천수효과에 의해서 파랑이 급격히 낮아짐을 알 수 있다. 결과적으로 내습 파랑이 천해역의 파랑변형에 의해 공간상으로 상이하고 자연 해빈 소상대에서의 처오름 현상도 공간상으로 복잡한 변화를 야기할 것으로 생각할 수 있다.

Fig. 6. 
Spatial distribution of significant wave heights calculated using a numerical model for the coast of Jinu-do (Je, 2012).

Lee et al.(2007)은 낙동강 하구역 진우도 사주 전면해역을 대상으로 50×50 m(=0.0025 km²) 영역을 설정하고 태풍 내습전과 내습후의 영역내 모든 해안표착물을 수거하여 종류별로 분리한 뒤 무게를 측정하였다. 이를 바탕으로 해안표착물의 공간적 분포를 살펴보고 해양으로부터 유입되는 표착물의 조성분석을 실시한 뒤, 낙동강하구역 사주(진우도, 신자도, 도요등) 전면해안의 전체 해안표착물 발생량을 추정하였다.

그 결과에 따르면 Fig. 7과 같으며 총 4회에 걸쳐서 수행된 현장조사 결과를 시간경과에 따른 퇴적량으로 도식화한 결과이다. 조사기간중에 태풍 우사기(2007년 8월)와 태풍 나리(2007년 9월)가 내습하였다. 4차 조사기간(73일) 동안에 수거된 해안표착물을 종류별로 살펴보면 가장 많은 양을 차지하는 것이 목재로서 85.86%, 폐그물 및 폐부이를 포함하는 어구가 5.13%, 플라스틱류가 4.78%, 생활쓰레기가 2.34%, 유리류가 0.94%, 음료수캔을 포함하는 철재류가 0.27%를 나타내었으며, 일일 단위면적당 발생하는 해안표착물은 약 400.0 kg/km2/day의 퇴적속도로 퇴적되는 것으로 산정되었다. 한편 2003년 태풍 매미 내습 후 진우도 해빈에서 수거된 해안표착물량은 총 1,800 ton에 달한다(Park et al., 2007). 이중 가장 많은 양을 차지하는 것이 목재로서 85.86%이었다.

Fig. 7. 
Coastal (Marine) debris monitoring results for the sandbar coastline (PL-6) of Jinu-do (Lee et al., 2007).

본 연구에서는 광파측거의와 DGPS를 사용하여 약 3년간의(2008년 3월~2012년 2월, 총 5회) 자연해빈 식생대 전선의 변화를 관찰하였다. 현장조사 방법은 Fig. 8 및 Fig. 9와 같이 식생대선을 따라서 진우도 서측에서 동측으로 이동하면서 위성좌표를 획득하였으며 이를 25 m간격으로 분할하여 연간 변화를 비교하였다. Fig. 8은 식생대 추적선을, Fig. 9는 2008년 조사시의 초기치인 O점으로부터 식생대선의 시공간적인 변화 과정을 조사하기 위한 정의를 나타내었다.

Fig. 8. 
Spatio-temporal variability in the foreshore vegetation line.

Fig. 9. 
Definition of the development /advance of the foreshore vegetation line.

결과적으로 Fig. 10에서 시간 경과에 따라서 식생대선의 변화가 급격하게 발생하는 지역은 진우도 서측과 중앙부에서 발달하고 있음을 알 수 있다. 즉, 2008년, 2010년과 2011년에 관측되어진 진우도 전면해빈 식생대선의 변화는 대체적으로 시간이 지날수록 외해방향으로 전선이 이동하였으나 반대로 진우도 동쪽 지역에서는 식생대선의 변화가 없거나 북측으로 후퇴하는 경향을 나타내었다. 외해 방향으로 최대로 전진하는 지점은 진우도 서측으로부터 약 1,100 m 부근으로 약 45 m 전진하였으며 1,250~1,750 m 부근에서는 전진과 후퇴를 반복하는 양상을 나타내었다.

Fig. 10. 
Spatio-temporal variation in the foreshore vegetation belt line along the Jinu-do coast.

결과적으로 Fig. 6과 Fig. 10을 통해서 입사파랑이 작은 서측의 경우 식생대가 전진하고 일정한 외력환경을 받는 동측은 전선의 변화가 크지 않다는 것을 알 수 있다. 또한 식생대선의 전진과 후퇴가 반복되거나 꾸준히 외해방향으로 전진하는 진우도 중앙부의 경우 외해 입사파랑의 공간적인 변화가 크다는 것을 알 수 있다. 즉, 입사파랑이 큰 해빈 단면에서는 식생대선이 전진 및 후퇴를 반복하는 반면에 입사파랑이 작은 해빈 단면에서는 식생대선이 지속적으로 외해 방향으로 발달하는 경향을 나타내었다. 이는 파랑의 입사에 의해 모래로 구성된 해빈지반이 침식됨으로써 식생 서식지가 파괴되어 식생대선이 후퇴한다고 할 수 있다. 결과적으로 해양파랑에 의해 식생대 환경이 영향을 받고 있음을 나타낸다.

Table 1과 Fig. 11은 2008년과 2010년에 관측되어진 식생대선의 초기 지점의 변화와 Fig. 3(a)의 12개 대표단면에 대해서 동일 기간에 해빈단면 관측결과를 바탕으로 지반 표고의 침식과 퇴적을 계산하고 함께 표기한 것이다. 결과에서 volume은 동일 지점에서의 지반고 차이와 관측 지점간의 길이를 곱하여 대표단면의 퇴적 및 침식량을 산정하고 이를 대표단면의 길이로 나누어 산정하였다.

그림에서 식생대선의 외해 방향으로 이동량이 가장 큰 지점은 PL-4로서 33.17 m이며, 다음으로 PL-5, 8, 6의 순이었으며, 반대로 후퇴한 경우도 PL-9와 PL-12에서 각각 7.15 m, 8.61 m의 값을 나타내었다. 이를 해빈단면의 지반 표고와 비교해 보면 식생대선이 외해방향으로 이동하는 경향이 강한 단면의 경우 전체적으로 소상대 배후의 표고가 높아졌으며, 소상대의 해빈경사는 PL-6을 제외하고는 관측 전·후의 값이 일정하였으며, 일정한 경사를 가진 해빈이 외해 방향으로 전진하는 양상을 보여주고 있다. 따라서 단면형상의 큰 변화없이 일정한 양의 퇴적물이 지속적으로 소상대에 퇴적되고 소상대 배후로 이동하였을 것으로 사료된다.

결과적으로 진우도 해빈단면의 퇴적량과 식생대의 이동거리를 비교하면 모래 퇴적량과 식생대 이동거리는 상호관계가 그리 크지 않은 것으로 볼 수 있다. 그러나 약 800일 동안 식생대의 이동거리가 최대 33.17 m이고 PL-9와 PL-12를 제외한 나머지 단면에서 식생대가 외해방향으로 발달하였음을 볼 때, 진우도의 해빈 발달과 무관하지 않을 것으로 판단된다. 즉, 해빈단면에 파랑의 내습에 의해서 소상대에 연안사구가 발생하고 퇴적되는 지반고가 표고 1.5 m이상이 되는 상황에서 대체적으로 식생대선이 외해방향으로 발달하는 경향이 강하게 나타난다. 이는 파랑에 의해 영향을 받지 않는 지반고를 가진 상태에서 식생대선이 이루어지는 것을 의미하며 진우도 전면해역의 경우 대조평균만조위(EL+1.1 m)에서부터 약 EL+1.5 m의 지반고가 그 경계인 것으로 생각된다.

Fig. 11. 
Changes in the vegetation belt distance and sandy sediment volume over the period from February 2008 to January 2010 for survey transect lines PL-7 to PL-12.

진우도 해빈에서는 Fig. 12와 같이 식생기반의 바르한(Barchan)이 자주 발견된다. 이는 시간경과에 따른 소규모 지형변화를 사진관찰한 결과이다. 즉, 고파랑에 의해 해빈에 도달/침적된 해안표착물(특히 목재 종류)는 배후면에 안전공간을 제공하고 비사포집을 통한 독립사구로서 발달시키는 기작으로 작용할 것이다. 또한 식생의 성장에 영양분을 제공하는 역할도 할 수 있을 것이다.

Fig. 12. 
Photographs of morphological changes in a barchan on Jinu-do beach taken over 10 months.

상술한 해양파랑, 식생대선을 조사한 결과로부터 시간경과에 따른 해안표착물 침적으로부터 해빈 지형 및 식생대선의 발달 과정을 개념화하면 Fig. 13과 같이 평면상의 해안표착물 침적 메카니즘을 도시화할 수 있다. 즉, 소상대에서 해양파랑의 처오름 크기에 의해 해빈상에 표착물(쓰레기)의 거동은 결정될 것으로 생각할 수 있다. 따라서 파의 처오름이 큰 경우 배후 식생대선에 표착물이 도달하고 그렇지 못한 경우에는 해빈상에 독립적인 섬의 형태로 침적시킬 가능성이 있다. 따라서 이렇게 침적된 표착물은 바르한의 형태로 배후 식생대선의 전진과 후퇴를 결정짓게 만드는 요인이라 할 수 있다.

Fig. 13. 
Mechanism of interaction between coastal debris and coastal vegetation due to wave action (Je, 2012).

또한 Fig. 13의 AA'단면에서 일어나는 시간경과가 Fig. 14의 과정이라 할 수 있다. 이는 해양파랑의 해안 처오름(Wave runup) 현상에 의한 해안표착물의 침적에 따른 메카니즘을 간략히 모식화한 것으로 해수중에 부유하던 해양쓰레기(Marine debris)가 파랑의 처오름에 의해 해빈상에 침적/퇴적되며 이것이 주변 비사를 포집하여 독립적인 섬(바르한)의 형태로 발달하게 될 가능성이 있다. 이는 배후 안전공간을 제공하고 배후 식생대 전선의 전진과 후퇴를 결정짓게 하는 요인이라 할 수 있다.

Fig. 14. 
Interactions among high waves/current, coastal debris, windy sand and vegetation over time.