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문제 정의
- 우리나라의 많은 사질해빈은 현재 지속적인 침식에 노출되어 있으나, 사질해빈과 유사한 외력환경에 놓인 자갈해빈은 태풍에 따른 해안침식에 대한 연구가 부족하다. 이러한 관점에서 2018년 10월 태풍 콩레이와 2019년 7월 태풍 다나스가 한반도를 관통하여, 위의 태풍에 대한 태종대 감지 자갈해빈의 지형반응을 연구하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
- 하지만 해운대, 송정, 광안리와 같은 사질해빈과 달리, 감지 자갈해빈은 태풍 내습 시 해안침식에 따른 양빈에 대한 결과보고는 없다. 이러한 맥락에서 이 연구는 부산 태종대의 감지 자갈해빈을 대상으로 태 풍 내습 전후의 지형과 자갈 입도 조사를 통해, 태풍에 대해 자갈해빈은 어떠한 지형반응을 보이는지를 밝혔다.
제안 방법
- 또한 해안선에 평행방향(alongshore)의 퇴적물 분포를 보기 위해서 각 측선의 하부 범 능선(lower berm crest) 위치에서 표층퇴적물 입도분석을 실시하였다. 각 지점별 입도분석은 기본적으로 버니어 캘리퍼스를 사용하여 최소 100개 이상의 자갈에 대해 장축-중축-단축을 직접 측정하였으며(Fig. 4b), 저조위선 아래는 물에 잠겨 있어 측정이 어려워 카메라 촬영 후 2차원 이미지분석법을 사용하여 자갈의 중축 입도만을 얻었다. 직접 측정한 자갈의 입도는 Zingg diagram (Zingg, 1935)를 사용하여 자갈퇴적물 형상 (gravel shape) 분류를 수행하였다.
- 감지 자갈해빈의 일반적인 퇴적물 분포를 파악하기 위해서, 태풍 ‘콩레이(2018)’ 이후 측선 1, 3, 6번에 서 상부 범(upper berm), 범 곡(berm trough), 하부 범(lower berm), 포말대(swash zone), 수중 지역(underwater zone)으로 구분하고 해안방향(cross-shore)으로 표층퇴적물에 대해 입도분석을 실시하였다(Fig. 1b, Fig. 4a).
- 촬영한 사진은 PIX4D 소프트웨어를 사용하여 보정 후 지형데이터를 추출하였다. 드론 촬영은 기상상태 제약이 많은 관계로, 드론 촬영과 VRS-GPS 측량을 동시에 병행하여 실시하였다.
- 또한 퇴적물의 이동양상과 그에 따른 공간적인 지형변화를 관측하기 위해서 드론촬영을 실시하였다. 드론은 DJI사의 Phantom 4 RTK 모델을 사용하였으며, 별도의 카메라 교체 없이 기본 내장 카메라를 사용하였다(Fig.
- 4a). 또한 해안선에 평행방향(alongshore)의 퇴적물 분포를 보기 위해서 각 측선의 하부 범 능선(lower berm crest) 위치에서 표층퇴적물 입도분석을 실시하였다. 각 지점별 입도분석은 기본적으로 버니어 캘리퍼스를 사용하여 최소 100개 이상의 자갈에 대해 장축-중축-단축을 직접 측정하였으며(Fig.
- 이 연구는 태풍 전후의 해빈면(beach face)에서 배후지까지의 영역에 대하여 지형측량과 입도분석을 통해 자갈퇴적물의 이동과 그에 따른 지형변화를 관측하였다. 그럼에도 다음과 같은 연구의 한계도 존재한다.
- 이때 주로 세립한 퇴적물이 ‘도약(leapfrogging)’의 방법으로 이동하는 것으로 해석하였다.
- 1b). 촬영한 사진은 PIX4D 소프트웨어를 사용하여 보정 후 지형데이터를 추출하였다. 드론 촬영은 기상상태 제약이 많은 관계로, 드론 촬영과 VRS-GPS 측량을 동시에 병행하여 실시하였다.
- 측량기기의 오차는 수평 ±1 cm, 수직 ±2 cm를 가지며, 측량은 감지해빈 서쪽을 기준으로(GJ-01) 약 30 m 간격으로 총 6개 측선을 설정하였고, 중앙의 GJ-03 측선을 주요 측선으로 정하였다.
대상 데이터
- 또한 퇴적물의 이동양상과 그에 따른 공간적인 지형변화를 관측하기 위해서 드론촬영을 실시하였다. 드론은 DJI사의 Phantom 4 RTK 모델을 사용하였으며, 별도의 카메라 교체 없이 기본 내장 카메라를 사용하였다(Fig. 1b). 촬영한 사진은 PIX4D 소프트웨어를 사용하여 보정 후 지형데이터를 추출하였다.
- 태종대 감지해빈은 한반도의 동남쪽 끝 부산시에 위치하며, 해빈의 길이는 약 150 m, 해빈 폭은 30-40 m이다(Fig. 1). 감지해빈은 남남서쪽을 향해 열려있고 양측에 기반암의 돌출부(headland)가 존재하는 만입 형(embayed) 해빈에 해당한다.
이론/모형
- 4b), 저조위선 아래는 물에 잠겨 있어 측정이 어려워 카메라 촬영 후 2차원 이미지분석법을 사용하여 자갈의 중축 입도만을 얻었다. 직접 측정한 자갈의 입도는 Zingg diagram (Zingg, 1935)를 사용하여 자갈퇴적물 형상 (gravel shape) 분류를 수행하였다.
- 태풍내습에 대한 감지 해빈의 지형 반응을 관찰하기 위해서 VRS-GPS 시스템(South Inc. S82T 모델) 을 사용하여 해빈지형측량을 실시하였다. 측량기기의 오차는 수평 ±1 cm, 수직 ±2 cm를 가지며, 측량은 감지해빈 서쪽을 기준으로(GJ-01) 약 30 m 간격으로 총 6개 측선을 설정하였고, 중앙의 GJ-03 측선을 주요 측선으로 정하였다.
성능/효과
- 감지해빈의 자갈퇴적물은 고도에 따라 가장 높은 배후지에서 가장 조립한 퇴적물(cobble)이 퇴적되었고, 범에서는 상대적으로 조립하며 편평한 형태의 퇴 적물(very coarse pebble-cobble)이 많이 나타나며, 포말대에서 상대적으로 세립하고 구형의 퇴적물(coarse pebble)이 많이 분포한다.
- 한편 해빈의 동측은 태풍 내습 전 표고가 2 m 이하로, 해빈의 서측보다 고도가 더 낮았으나, 태풍 내습 후 배후지에서 많은 퇴적이 발생하여 표고가 전반적으로 높아졌다. 그리고 태풍 전후의 해빈 표고 변화를 계산한 결과, 태풍 내습으로 하부 범과 상부 범이 위치 한 전방 지역에서 대부분 침식이 발생하였으며, 배후지의 위치에서 전반적으로 퇴적이 발생했으나, 동측 배수구에서 배출로의 퇴적과 함께 유로 변경으로 배수구의 동쪽에서 침식이 발생하였다(Fig. 11c)
- 부산조 위관측소(해양조사원)의 수위는 태풍 콩레이 내습 당시 예측 값보다 약 40 cm 더 상승한 것으로 나타났다. 반면 2019년 발생한 태풍 다나스는 태풍 콩레이의 경로보다 더 내륙 쪽을 지나가며(Fig. 2) 태풍 콩레이 당시보다 다소 약한 유의파고 5.9 m, 유의파주기 10.2초를 기록하였고 해수면은 약 20 cm 정도 상승한 것으로 나타났다(Fig. 3b).
- 3a). 부산조 위관측소(해양조사원)의 수위는 태풍 콩레이 내습 당시 예측 값보다 약 40 cm 더 상승한 것으로 나타났다. 반면 2019년 발생한 태풍 다나스는 태풍 콩레이의 경로보다 더 내륙 쪽을 지나가며(Fig.
- 이후 약 2개월 간격으로 해빈을 측량한 결과, 하부 범이 육지방향으로 점진적으로 후퇴하며, 태풍 내습 4개월 후에는 과거 상부 범의 위치에 도달하게 되었으며, 서측측선(GJ-01)과 중앙측선(GJ-03)의 전방에는 새로운 하부 범이 형성되는 것이 관측되었다. 약 6개월 후에는 상부 범이 약 2 m 더 육지방향으로 이동하는 반면, 하부 범에서는 지속적인 퇴적이 발생하였으며, 동측측선(GJ-06)의 경우 범에서 뚜렷한 변화는 없었으나, 범 능선의 배후지에서 지속적인 퇴적이 발생하였다.
- 12). 위의 결 과를 종합해보면 감지 자갈해빈의 회복속도는 매우 빠른 것으로 사료된다.
- 이후 약 2개월 간격으로 해빈을 측량한 결과, 하부 범이 육지방향으로 점진적으로 후퇴하며, 태풍 내습 4개월 후에는 과거 상부 범의 위치에 도달하게 되었으며, 서측측선(GJ-01)과 중앙측선(GJ-03)의 전방에는 새로운 하부 범이 형성되는 것이 관측되었다. 약 6개월 후에는 상부 범이 약 2 m 더 육지방향으로 이동하는 반면, 하부 범에서는 지속적인 퇴적이 발생하였으며, 동측측선(GJ-06)의 경우 범에서 뚜렷한 변화는 없었으나, 범 능선의 배후지에서 지속적인 퇴적이 발생하였다.
- 자갈 퇴적물의 입도 분석 결과, 해안선의 평행방향으로는 서측 GJ-02 측선에서 입도가 평균 6.2Φ로 가장 조립한 것으로 나타나며, GJ-05 측선까지 동측으로 갈수록 약 5.4Φ까지 점차 세립해지나 GJ-06번 측선에서 다시 5.6Φ를 보이며 대략 0.2Φ 조립해진다(Fig. 5).
- 중앙측선(GJ-03)에서 퇴적물의 장축, 중축, 단축으로 Zingg(1935)의 다이어그램을 사용하여 자갈퇴적물의 형태분석을 실시한 결과, 자갈은 대부분 편구형 (oblate)에 도시되었으나, 포말대에서는 가장 많은 구형(equant)의 자갈이 분포하는 것으로 드러났다(Fig. 7). 이는 과거 선행 연구들에서 제시한 자갈해빈에서 나타나는 뚜렷한 분급과 잘 일치한다(Han, 2013, Orford et al.
- 태풍 전후 2회의 드론 지형측량자료를 분석한 결과, 태풍 ‘다나스(2019)’ 내습 전 해빈은 2개의 배수구가 있어, 배수구의 배출통로가 존재하였으나, 태풍 내습 이후 자갈퇴적물이 급격히 퇴적되며 서측의 배출통로와 배수구를 덮었으며, 동측 배수구의 경우, 자갈이 퇴적되어 기존의 배출통로를 막고, 유로가 동측으로 변경된 것으로 확인된다(Fig. 11a, b).
- 태풍내습 이후, 해빈의 모든 측선 전방에서 매우 빠른 속도로 퇴적이 발생하여 태풍 내습 3일 만에 새로운 하부 범이 출현하였고, 약 1개월 후에는 새롭게 생성된 하부 범의 배후지에서 최대 약 1.2 m 높이의 퇴적이 발생하였다.
후속연구
- 쇄파대 지역은 자료취득의 위험성이 있어 일반적으로 해저지형측량자료를 획득하기 어렵다. 그럼에도 태풍 내습 시 침식된 자갈퇴적물의 일부는 바다방향으로 이동하여 조하대 지역에 퇴적될 가능성이 매우 높아, 전체적인 자갈퇴적물의 총량(budget)의 순 증감을 파악하기 위해서는 이 영역에 대한 추가적인 조사가 필요하다. 두 번째, 태풍 내습 당시 감지해빈에 접근하는 파랑의 파고와 파향 자료의 부재이다.
- 하지만, 연구지역의 해빈이 소규모(150 m)이고, 태풍 콩레이와 다나스의 내습경로가 완전히 일치 하지는 않기 때문에, 해빈규모에 따른 퇴적양상 차이와 태풍 내습 시 고파랑 입사파의 파향에 의한 퇴적물 의 이동에 대해서 추가적인 연구가 필요하다. 또한 해운대 사질해빈의 퇴적물에 비해 그 입도가 훨씬 큰 왕자갈 퇴적물이 더 빠른 회복속도(이동속도)를 보이고 있어서, 이를 이해하기 위해서는 자갈의 이동률과 그 기작에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
- 입사파는 해안에 근접함에 따라 굴절과 회절현상이 발생하기 때문에 연구지역의 직접적인 파랑자료의 획득은 필수적이다. 이 연구에서는 인근의 남항부이의 관측자료를 사용하였으나, 태풍 내습 당시의 정확한 파고와 파향을 알기 위해서 파랑관측기기를 설치하여 좀 더 직접적인 파랑자료를 획득할 필요가 있다.
- 따라서 자갈해빈은 태풍과 같은 고 에너지 환경 아래에서 침식 후 해빈의 복원성이 매우 뛰어나며, 중급 강도의 태풍 내습 시에는 오히려 퇴적현상이 발생한다. 하지만, 연구지역의 해빈이 소규모(150 m)이고, 태풍 콩레이와 다나스의 내습경로가 완전히 일치 하지는 않기 때문에, 해빈규모에 따른 퇴적양상 차이와 태풍 내습 시 고파랑 입사파의 파향에 의한 퇴적물 의 이동에 대해서 추가적인 연구가 필요하다. 또한 해운대 사질해빈의 퇴적물에 비해 그 입도가 훨씬 큰 왕자갈 퇴적물이 더 빠른 회복속도(이동속도)를 보이고 있어서, 이를 이해하기 위해서는 자갈의 이동률과 그 기작에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
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