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문제 정의
- 2004년 9월과 2006년 9월에 고해상도 다중빔음향측심기를 이용한 지형조사와 퇴적학적 조사를 통해서 경기만 남부 선갑도 북쪽 지역에 발달되어 있는 수중사구의 형태 특성 및 변화를 알아보고 수중사구의 발달 제어요인을 파악하고자 하였다. 그 결과, 연구지역의 수중사구는 현재의 조류세기와 퇴적물 특성이 대형 수중사구가 충분히 발달, 유지될 수 있는 조건임을 보이고 있다.
- 또한 수중사구의 이동 및 변화는 해저케이블, 파이프 매설 그리고 항해수심유지 등에 영향을 미칠 수가 있지만, 현재 수중 사구에 대한 국내 연구는 제한적으로 이뤄지고 있다[7][8][13]. 따라서 본 연구는 경기만 남부 선갑도 북쪽에 위치하는 연구지역을 2004년 9월과 2006년 9월에 고해상도 다중빔음향측심기를 이용한 지형 조사와 퇴적학적 조사를 통해서 2년 동안의 사구의 형태 특성과 변화 그리고 이에 대한 제어요인을 파악하는데 목적이 있다.
제안 방법
- 2004년 9월과 2006년 9월의 연구지역에 발달된 모든 수중사구의 파장과 파고의 관계식(Hmean ＝0.080L0.777, r＝0.66)과 Flemming[21]의 평균 관계식을 비교하였다(Figure 6). 대형 수중사구(파장 < 100 m)의 파고는 Flemming[21]의 예측파고보다 높은 파고를 나타내고 있는 반면, 파장이 100 m보다 긴 초대형 수중사구는 예측 파고와 유사한 파고를 보이고 있다.
- 수중사구는 파장에 따라서 소형(small; 0.6~5.0 m), 중형(medium; 5.0~10.0 m), 대형(large; 10.0~100.0 m) 그리고 초대형(very large;>100.0 m)으로 구분하였다[19].
- 수중사구의 형태학적 특징을 나타내는 형태변수로서 각각의 수중사구에 대한 파장(length), 파고(height), 남서방향의 경사각(α), 북동(NE)방향의 경사각(β)을 측정하였다(Figure 2).
- 조위에 따른 수심오차는 조석계(RBR:XT-420-TG)를 이용해서 실측, 보정하였다. 수중음파속도 및 선박의 방향과 움직임에 대한 보정은 각각 수중음속측정기(Reson, SVP-15)와 자이로-모션센서인 Octan(IXSEA)을 이용하였고, 모든 주변 장비들로부터 들어오는 정보들은 획득 프로그램인 Triton ISIS(Triton Imaging Inc.)을 이용해서 XTF 파일형식으로 저장하였다. 이 파일들은 Caris Hips를 이용해서 자료 처리하였으며 지형자료 결과는 Fledermaus 프로그램을 이용해서 나타내었다.
- 연구지역에 발달되어 있는 수중사구의 이동을 파악하기 위해서 수중사구 정부선의 직각방향으로 6개 단면을 선정하였고(Figure 3a), 2004년 9월과 2006년 9월의 조사된 단면을 비교하였다(Figure 5). 단면 1(PROFILE-1)은 연구지역 북서지역에 위치하고 있으며 5개 수중사구의 정부는 일정한 방향을 보이지 않고 있다.
- 연구지역에 발달되어 있는 수중사구의 크기(파장과 파고)와 이를 제어하는 요인인 수심과 입도와의 상관관계를 알아보았다. 수중사구의 크기와 수심의 관계에서 과거 많은 연구들[1][24]이 수심과 양의 상관관계를 나타냄을 주장하였지만 최근 사구의 파고와 파장은 수심에 영향을 받지 않는다는 연구들[2][3]이 발표되고 있으며 본 연구에서도 파장과 수심 그리고 파고와 수심에 대한 상관관계는 흩어짐이 크게 나타나 독립적으로 분포하고 있다(Figure 7).
- 조사에 이용된 다중빔음향측심기는 주파수 200 kHz, 총 120° 각도의 SeaBat 8124(Reson)로서 조사 시 조사선의 선속은 4~5 노트를 유지하도록 했고 측선간 조사면적은 10% 이상 겹치도록 하였다.
- 조사에 이용된 다중빔음향측심기는 주파수 200 kHz, 총 120° 각도의 SeaBat 8124(Reson)로서 조사 시 조사선의 선속은 4~5 노트를 유지하도록 했고 측선간 조사면적은 10% 이상 겹치도록 하였다. 조위에 따른 수심오차는 조석계(RBR:XT-420-TG)를 이용해서 실측, 보정하였다. 수중음파속도 및 선박의 방향과 움직임에 대한 보정은 각각 수중음속측정기(Reson, SVP-15)와 자이로-모션센서인 Octan(IXSEA)을 이용하였고, 모든 주변 장비들로부터 들어오는 정보들은 획득 프로그램인 Triton ISIS(Triton Imaging Inc.
- 파고와 파장의 비(H/L)를 통해서 첨도(steepness)를 계산하였으며 수중사구의 비대칭 지수(asymmetry index)인 경사비(slope ratio)는 남서방향의 경사각과 북동방향의 경사각의 비(α/β)로 계산하였다.
대상 데이터
- Figure 1: Location map of study area and 24 stations of surface sediments. Study area is located between Moongap Island and Seongap Island.
- 고해상도 해저지형자료는 2004년 9월과 2006년 9월에 다중빔음향측심기를 이용해서 획득되었다. 조사에 이용된 다중빔음향측심기는 주파수 200 kHz, 총 120° 각도의 SeaBat 8124(Reson)로서 조사 시 조사선의 선속은 4~5 노트를 유지하도록 했고 측선간 조사면적은 10% 이상 겹치도록 하였다.
- 연구지역은 경기만 남부 문갑도와 선갑도 사이에 위치하며(Figure 1) 수심은 10~40 m 범위로 동쪽으로 갈수록 깊어지며 대이작도와 덕적도 사이의 수로(서수도)와 연결되어 있다. 대이작도 남서쪽에는 저조시에 노출이 되는 하벌천퇴가 존재한다.
- 연구지역의 표층퇴적물 분포 특성을 알아보기 위해서 2004년 9월과 2006년 9월에 각각 24개 시료, 총 48개 시료를 채취하였고 실험실에서 입도분석을 실시하였다. 퇴적상(sediment type) 분류는 Folk[20] 방법을 따랐으며, 그 외 평균입도(Mz), 분급도(Sorting; Standard Deviation)는 통계처리하여 값을 구하였다.
- 대이작도 남서쪽에는 저조시에 노출이 되는 하벌천퇴가 존재한다. 조석은 반일주조(semi-diurnal)가 우세하며 대조차, 소조차 그리고 평균조차는 각각 7.2 m, 2.3 m 그리고 4.7 m을 보이고 있다. 해저면 위 2 m에서 2004년 9월(9~25일)에 RCM9(Aanderaa)를 이용해 측정된 조류는 창조시 북동방향(60°~65°), 낙조시 남서방향(225°~255°)을 나타내고 창조류와 낙조류의 유속은 거의 대칭성을 보이며 평균유속은 0.
데이터처리
- )을 이용해서 XTF 파일형식으로 저장하였다. 이 파일들은 Caris Hips를 이용해서 자료 처리하였으며 지형자료 결과는 Fledermaus 프로그램을 이용해서 나타내었다. 수심조사에 대한 정밀도는 일반적으로 IHO (International Hydrographic Organization)에서 제시한 수리측량조사 기준에 따라 평가하는데 최신의 고해상도 다중빔음향측심기를 이용한 수심조사는 쉽게 IHO S44 Special Order standards[16]에 만족하지만[17][18], 조사시 시스템 설치 위치와 해양날씨 등에 의해서 차이가 발생될 수 있기 때문에 최대한 오차가 발생하지 않도록 하였다[5].
이론/모형
- 연구지역의 표층퇴적물 분포 특성을 알아보기 위해서 2004년 9월과 2006년 9월에 각각 24개 시료, 총 48개 시료를 채취하였고 실험실에서 입도분석을 실시하였다. 퇴적상(sediment type) 분류는 Folk[20] 방법을 따랐으며, 그 외 평균입도(Mz), 분급도(Sorting; Standard Deviation)는 통계처리하여 값을 구하였다.
성능/효과
- 2004년 9월과 2006년 9월에 고해상도 다중빔음향측심기를 이용한 지형조사와 퇴적학적 조사를 통해서 경기만 남부 선갑도 북쪽 지역에 발달되어 있는 수중사구의 형태 특성 및 변화를 알아보고 수중사구의 발달 제어요인을 파악하고자 하였다. 그 결과, 연구지역의 수중사구는 현재의 조류세기와 퇴적물 특성이 대형 수중사구가 충분히 발달, 유지될 수 있는 조건임을 보이고 있다. 또한 연구 지역 동쪽지역에서 시간에 따른 퇴적물의 세립화와 분급이 양호해지는 양상은 퇴적물 이동에 의한 결과로서, 이런 퇴적학적 특성 변화는 같은 조류 조건에서 더 많은 퇴적물이 부유되며 부유퇴적물은 침강지연효과에 의해 불확실한 위치에 재 퇴적되어 초대형 수중사구의 파고를 감소시킨다.
- 따라서 수심이 얕고 주변 섬들에 의해서 보호되는 연구지역의 수중사구는 현재의 조류세기와 퇴적물 특성이 대형 수중사구가 충분히 발달, 유지될 수 있는 조건임을 나타내고 있다. 또한 퇴적물 특성 변화, 즉, 퇴적물 이동에 따른 입도 감소에 의해서 같은 조류 조건에서 더 많은 퇴적물이 부유되고 침강지연효과에 의해 불확실한 위치에 재 퇴적시켜 초대형 수중사구의 파고를 감소시키고 있다.
- 그 결과, 연구지역의 수중사구는 현재의 조류세기와 퇴적물 특성이 대형 수중사구가 충분히 발달, 유지될 수 있는 조건임을 보이고 있다. 또한 연구 지역 동쪽지역에서 시간에 따른 퇴적물의 세립화와 분급이 양호해지는 양상은 퇴적물 이동에 의한 결과로서, 이런 퇴적학적 특성 변화는 같은 조류 조건에서 더 많은 퇴적물이 부유되며 부유퇴적물은 침강지연효과에 의해 불확실한 위치에 재 퇴적되어 초대형 수중사구의 파고를 감소시킨다. 이는 입도가 연구지역 내 수중사구발달에 영향을 미치는 중요한 요인임을 나타낸다.
- 연구지역에 발달된 수중사구들은 시간이 지남에 따라서 파장이 짧아지고 파고가 낮아지며 남서방향의 비대칭성이 커지는 양상을 보이고 있다.
- 입도, 파고 그리고 파장의 상관관계는 입도가 조립할수록 발달된 수중사구의 파장과 파고는 증가하며 반대로 입도가 세립 할수록 파고와 파장은 감소한다[2]-[4]. 연구지역의 표층퇴적물 입도와 수중사구의 파장과 파고의 상관관계를 보면 파고와 파장 모두 입도가 조립해질수록 증가하고 있다. 이는 연구지역의 경우 입도가 수중사구의 형태 발달에 영향을 미치는 제어요인임을 의미한다.
- 평균입도 분포는 전체적으로 서에서 동, 북동으로 갈수록 세립해지는 양상을 보이며 2004년 9월 퇴적물보다 2006월 9월의 퇴적물이 상대적으로 세립해졌다. 특히, 연구지역 북동쪽지역(Figure 4c; 점선 원)에서 뚜렷하게 세립해지는 양상을 보이고 있다.
후속연구
- 이렇게 세립해진 퇴적물은 같은 조류 조건에서 더 많은 퇴적물이 부유 이동되고 부유된 퇴적물은 침강지연효과(settling-lag effect)에 의해 불특정 위치에 퇴적됨으로 상대적으로 사퇴 북동과 남동지역에 존재하는 초대형 수중사구의 파고를 더 감소시킨다[27]. 또한 초대형 수중사구의 파고가 충분히 발달하지 못하는 것은 충분한 퇴적물의 공급이 제한됨으로서 나타날 수 있는데 과거에 비해서 층면구조 발달에 필요한 퇴적물의 감소에 대한 영향은 더 장기적인 조사를 통해서만 파악 할 수 있어 이 연구에서는 가능성만 제기하고자 한다.
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