인공 구조물이 해안 지형 형성에 미치는 영향 : 포항 송도 해안 지역을 대상으로

Abstract

해안지역은 해양 환경과 육지 환경의 영향을 받는 지역으로 일찍이 인구가 밀집하고 다양한 인간 활동이 이루어져왔다. 해안지역은 산업화 이후 항만, 공단 시설의 입지에 따른 인위적 환경 변화와 지구 온난화에 따른 해수면 상승으로 지형 형성 작용이 변화하면서 급격한 지형 변화가 일어나고 있다. 해빈 유실의 문제가 심각하게 대두되면서 유실 방지를 위한 많은 인공 구조물이 설치되었다. 인공 구조물이 설치되었음에도 불구하고 해빈 유실이 계속적으로 발생하여 일부 지역에서는 구조물을 철거하거나 또 다른 구조물을 추가 설치하기도 한다. 인공 구조물 설치로 인해 해안지역은 보다 복잡하고 역동적인 지형 변화의 양상을 나타내고 있다. 본 연구의 목적은 돌제 설치에 따른 해빈과 해저 지형에서의 지형 형성 작용을 시계열적으로 분석하여, 침식해안에서 돌제에 의한 지형 형성 작용의 조절 기능을 파악하는 것이다. 또한 돌제를 기준으로 표층 퇴적물의 분포 특성과 이동 경로를 파악하여 현재 돌제 주변의 해안 퇴적 작용의 특성을 파악하고자 한다. 연구지역의 시계열적 지형 분석을 위해 항공사진과 해도를 이용하여 GIS(Geographic Information Systems) 및 수치사진측량기법(digital photogrammetry)을 적용하였다. 수치화된 시계열 자료를 이용하여 해안선 변화율, 해빈과 해저의 면적과 체적량, 해저 단면 형태 등을 산출하여 지형 형성 작용의 과정을 해석하고 시기별로 비교하였다. 또한 연안 표층 퇴적물 분포와 이동 경로를 파악하기 위하여 연안과 구조물 주변에서 160여 개의 표층 퇴적물 시료를 채취하여 모멘트 통계처리방법(Moment statistics)에 의한 입도 통계치를 산출하였다. 또한 퇴적물의 이동 경로를 파악하기 위하여 Gao and Collins의 이동 벡터 모델(transport vector)을 활용하였다. 연구를 통해 얻은 결과는 다음과 같이 요약될 수 있다. 연구지역은 돌제가 설치된 직후에 돌제 주변의 해안선이 전진하지만, 시간이 지남에 따라 해안선의 전진율이 감소하였다. 또한 돌제 주변은 돌제가 설치되지 않은 지점들에 비해 해안선의 전진율이 뚜렷하게 크게 나타나지 않았으며, 이후 폭풍 발생시에 돌제 주변 해안선도 모두 후퇴하였다. 돌제 주변의 해빈 면적과 체적은 돌제 설치 직후에 증가하지만, 시간이 지남에 따라 점차 감소하여 장기적으로 해빈의 면적과 체적이 모두 감소하였다. 특히, 3차 폭풍 발생 이후에 다른 구역에 비해 돌제 주변 해빈의 면적과 체적이 크게 감소하였다. 폭풍 발생 직후에 해저지형의 면적은 크게 증가하고 체적은 크게 감소하였으며 각 구역의 지형 형성 작용 양상이 유사한 경향을 보였다. 폭풍 발생시 해저지형의 기복이 심하게 변하며, 해저 퇴적물이 외해로 유출되는 것으로 나타났다. 특히, 3차 폭풍 발생 이후에 해저 퇴적층이 크게 침식되었다. 또한 돌제가 설치되었음에도 불구하고, 해저 퇴적물이 남하하는 현상은 계속되어 도류제 주변의 퇴적물 집중 현상이 뚜렷하게 나타났다. 구조물에 의한 구역별 표층 퇴적물의 특성을 보면, 대체로 인공 구조물과 해빈이 인접한 지점에서 세립질 퇴적물이 나타났으며, 분급이 불량하였다. 이는 인공 구조물로 인해 해빈 쪽에 미치는 에너지가 다소 약화되며, 에너지의 영향이 일정하지 않기 때문으로 해석된다. 또한 인공 구조물의 외해쪽 보다는 육지쪽에서 퇴적물의 입도 특성이 각 구조물마다 뚜렷한 차이를 보였으므로, 인공 구조물의 퇴적 작용 조절 기능은 외해로 갈수록 감소하는 것으로 나타났다. 퇴적물의 연안 이동 경향을 보면, 대부분 지점들의 퇴적물들이 북상하는 경향이 뚜렷하다. 그러나, 돌제가 설치된 구역들에서는 퇴적물의 북상 경향이 거의 나타나지 않고 외해로 유출되거나 인공 구조물 주변 해저로 이동하는 경향을 보였다. 또한 도류제 인접 부근에서 퇴적물의 남하 경향은 계속적인 도류제로의 퇴적물 집중현상을 야기한다. 결론적으로 연구지역에서 돌제에 의한 지형 형성 작용의 조절 기능은 일시적이었으며, 다른 구역들과 달리 돌제 주변의 해빈에서 퇴적물의 외해로의 유출이 활발하게 일어나고 있어 돌제의 해빈 보호 효과는 없는 것으로 나타났다. 즉 평상시나 폭풍 발생시의 모든 상황에서 돌제는 퇴적물 이동을 저지하면서 지형을 보호하는 기능을 수행하지 못하였다. ; The coastal region changes greatly because of natural phenomena and artificial activities. As the sea level rises and industrialization spreads, many coastal regions have rapidly changed. Due to this fact, beach erosion has become an issue in many coastal regions. So, many coastal engineering structures have been built to reduce beach erosion. But, these human responses to beach erosion may cause new coastal geomorphic processes and more serious beach erosion. Songdo beach has installed one jetty, three groins, and one breakwater, and has serious beach erosion problems. An inquiry into the geomorphic processes in the vicinity of the groins is necessary to protect the beach from future erosion. The first purpose of this study is to analyze the change of the beach system as a result of the installation of the groins. In addition to this, I will describe the surface sediments characteristics and transport vector upon the zones divided by the structures. The beach system was first divided into 5 zones. Aerial photos and charts for the time periods surveyed were used to detect the change in the beach system. I obtained shorelines, beach areas, and volumes using aerial photos converted to digital images by Imagestation SSK Pro. Profiles, areas, and volumes of the sea-bottom were obtained from digital charts using Surfer and ArcGIS. To understand the surface sediments characteristics and transport vector, I sampled the surface sediments at 160 sites along the shoreline and structures. Then, the samples were pre-processed and sieved. Grain size textual parameters were calculated using Moment statistics. The Gao and Collins method was applied to output the sediment transport vector. The conclusions of this study are summarized as follows: First, the groins had an immediately impact after their installation. But, their effect on the beach protection decreased and eventually became negligible. The long-term impact on the beach in the vicinity of the groins was more erosion than the other zones. Second, the groins were more effective on the beach than under the sea. The surface sediments on the beach near the structures are finer and not as well sorted than on the sea-bed near the structures. Third, the pattern of sediment transport pathways is mostly dominated by northward transport. But, sediments in the vicinity of the groins are transported seawards or southwards. So, the groins did not perform their stabilizing function. The zones near the groins are vulnerable to erosion. The effect of groins is temporary. Hence, we need new structural configurations that prevent beach sediments from being transported seawards.