낙동강 하구 해역의 2020년 갈수기 및 홍수기시 연직 염분자료를 이용한 성층화지수(stratification index, SI) 특성

부산광역시에 위치한 낙동강 하구 해역은 서낙동강에 녹산수문이 1934년 완공되기 이전에는 삼각주가 있는 조석 우세형 하구였다. 녹산수문과 1987년 낙동강 하굿둑 준공 이후 북쪽 내측에는 담수지역(내부 관리수위, E.L. 약 +0.80 m 내외), 남쪽 외측에는 기수역(brackish water zone, 汽水域) 및 해수역으로 분리되어 현재는 파도 우세형 환경으로 변화되었으며, 평균 조석변화량은 약 1.07-1.50 m 내외이다. 낙동강 하구는 하굿둑 건설 이후 서쪽에 위치한 진우도가 가장 먼저 형성되었고, 신자도, 장자도, 도요등 순서로 동남쪽 방향 진화형 울타리섬이 순서대로 형성되어 울타리섬-라군(lagoon) 환경을 가진 폐쇄형 하구 특성을 가진다. 최근 환경부 주관으로 낙동강 하굿둑 기수역 생태복원목적 염분침투 실험을 위해 2019년에는 약 64만톤, 2020년에는 2차례 약 872만톤의 해수가 내측 담수지역으로 유입되어 생태복원 가능성을 확인하였다. 본 연구를 통해 향후 하굿둑 개방에 대비하여 하구역의 낙조·창조시 염분 변화를 파악을 통한 성층화지수(stratification index, SI) 특성을 파악하고자 한다. 2020년 4월 및 8월 대조기 기간 중 낙조(ebb) 및 창조(flood)시 을숙도 우측지역 하굿둑 좌안수문(외측) 남단부터 신자도·도요등 사이(C라인) 평균수온 표층 18.9℃(14.6-23.3℃), 저층 18.0℃(13.7-23.2℃)로 평균값 차이 약 0.9℃, 평균염분 표층 14.5 psu(0.1-30.4 psu), 저층 21.5 psu(0.1-33.7 psu)로 평균값 차이는 약 7.0 psu, 평균DO 표층 8.0 mg/L(7.4-8.5 mg/L), 저층 7.7 mg/L(6.0-8.9 mg/L)로 평균값 차이 약 0.3 mg/L을 보였다. 이외 A라인(녹산수문 외측 남단부터 진우도·신자도 사이), B라인(을숙도 좌측지역 하굿둑 우안수문 외측 남단부터 신자도·도요등 사이)도 같은 시기에 수온, 염분, DO 값 등을 측정하여 그 특성을 비교분석 하였다. SI 지수값 특성은 0.32 이상일 경우 성층구조가 상대적으로 강한 약 혼합형 하구로 분류 가능한데 A라인은 낙조시 울타리섬 입구를 제외하고 염분 특성은 약 혼합형 하구(salt wedge type), 염수쐐기형 상·하층간 성층화를 보이고 창조시 전 기수역에서 표-저층 혼합이 일어나는 강 혼합형 하구(well-mixed estuary type) 형태를 보였다. B, C 라인에서는 낙조, 창조시 모두 성층화 현상이 잘 나타나는 약 혼합형 하구(salt wedge type) 형태를 보였다. 이러한 2020년 결과들에 의해서 현재 낙동강 하구역의 해수-담수 혼합 형태를 파악하였으며, 과거 2018년부터 취득된 데이터를 통합 분석 후 향후 하굿둑 개방에 의한 기수역 형태 변화를 판단하는 기준자료로서 유용하게 사용될 것으로 판단된다.2

낙동강 하구 연안해역 NEISS 의 과학적 연구자료를 통한 MSP 기 준적 용 연구(Dataset 2015-2022)

부산광역시에 위치한 낙동강 하구역은 서낙동강에 있는 녹산수문이 1934년 완공되기 이전에는 삼각주가 있는 조석 우세형 하구였다. 그러나 1987년 낙동강 하굿둑 준공 이후 북쪽에는 담수지역(내부 관리수위, E.L. +0.80 m), 남쪽에는 해수·기수역으로 분리되어 현재는 파도 우세형 환경으로 변화되었으며, 평균 조석변화량은 1.07-1.50 m로 알려져 있다. 약 1904년경 진우도를 시작으로 서쪽지역부터 울타리섬이 형성되었고, 1988년경 동쪽 도요등이 형성되어 현재 남쪽으로 진화하며 인간활동에 의한 하굿둑 건설은 현재 국내에서 가장 큰 규모의 폐쇄형 하구에 속한다. 2015년부터 현재까지 낙동강 하구의 퇴적환경 특성·변화 파악, 환경자료 획득·축적·공개를 위한 목적으로 연안해역 해양환경정보시스템(Nakdong Estuary information service system, NEISS) 구축 연구가 한국해양과학기술원에서 진행되고 있으며, 이러한 자료를 통해 해양공간계획(Marine Spatial Planning, MSP) 기준적용 시범연구를 진행중에 있다. 이번 NEISS에서 해양·과학적 연구자료는 2015-2022년 기간 데이터셋(data-set) 자료를 활용하였으며, 주요 내용은 표층 퇴적상 특성, 울타리섬 사이 부유물질 유출입 특성, 낙조·창조시 측선 염분 변화 특성, 측선별 퇴적률 특성 및 (준)실시간 염분·기상자료 등 분야이다. 또한 기존 해양용도 구역지정과 관리 측면의 지리정보체계(GIS) 기반 9개 해양용도구역 자료를 이용하였다. NEISS 구축을 통해서 다양한 기수역·해양 환경에서 지형, 지질, 생태, 지화학 및 층서의 특성 정보를 제공하여 낙동강 하구 시스템의 종합적인 해석이 가능하다. 2019년부터 낙동강하구역은 기수역 생태복원 목적 하굿둑 부분개방을 통해 염분침투 실증실험이 시작되어 2020년 연말까지 총 3차례 진행되었으며, 2022년 2월 18일 상시 개방되었다. 현재 환경적 변화요인에 의해 많은 영향을 받고 있으며, 현장에서 얻어진 NEISS 데이터 활용은 매우 유용하게 사용될 것으로 판단된다. 그러나 고도화된 낙동강 하구역 MSP 기준적용 시범연구를 위해서는 다음과 같은 4단계의 계획이 필요하다고 판단된다. 1단계는 계획 대상 해역 설정 및 현안인식 단계이다. 2단계는 현재의 낙동강 하구역 상태를 정밀하게 파악하는 단계이다. 여기서는 이·공계 과학자의 의사결정 역할이 커진다. 3단계는 낙동강 하구역 MSP 구축 및 관리체계 마련단계이다. 마지막으로 4단계에서는 핵심가치 설정 및 낙동강 하구역 MSP 기준적용 시범연구를 위한 초안 작성이다. 또한 이번연구에서 사용된 9개의 해양용도구역은 해양공간계획의 핵심 요소가 될 평가방법과 절차를 개발하는데 집중해야 할 것이지만, 검증을 통한 평가대상 모델, 평가요소, 각 요소의 공간화 및 평가방법의 검증 등 연구를 통해 발전시켜 나아가야 할 것이다.2

낙동강 하구 연안해역 염분자료를 이용한 성층화지수(stratification index, SI) 특성

부산광역시에 위치한 낙동강 하구역은 서낙동강에 녹산수문이 1934년 완공되기 이전에는 삼각주가 있는 조석 우세형 하구였다. 녹산수문과 1987년 낙동강 하굿둑 준공 이후 북쪽 내측에는 담수지역(내부 관리수위, E.L. +0.80 m), 남쪽 외측에는 기수역(brackish water zone, 汽水域) 및 해수역으로 분리되어 현재는 파도 우세형 환경으로 변화되었으며, 평균 조석변화량은 약 1.07-1.50 m 내외이다. 하굿둑 건설 이후 서쪽에 위치한 진우도가 가장 먼저 형성되었고, 신자도, 장자도, 도요등의 동쪽 진화형 순서로 울타리섬이 형성되어 낙동강 하구는 울타리섬-라군(lagoon)형 요소환경을 가진 폐쇄형 하구이다. 최근 환경부 주관으로 낙동강 하둣둑 기수역 생태복원목적 염분침투 실험을 위해 2019년에는 약 64만톤, 2020년에는 2차례 약 872만톤의 해수가 하굿둑 상류 내측 담수지역으로 유입되어 생태복원 가능성을 확인하였다. 2021년 현재도 하굿둑 개방을 통한 기수역 복원을 계획하고 있다. 향후 하굿둑 개방에 대비하여 현재 하구역의 낙조·창조시 염분 변화를 파악을 통한 성층화지수(stratification index, SI) 특성을 파악하고자 한다. 2018년부터 진행된 연구는 최근 2020년 4월 및 8월 대조기 기간 중 낙조(ebb) 및 창조(flood)시 을숙도 우측지역 하굿둑 좌안수문(외측) 남단부터 신자도·도요등 사이(C라인) 평균수온 표층 18.9℃(14.6-23.3℃), 저층 18.0℃(13.7-23.2℃)로 평균값 차이 약 0.9℃, 평균염분 표층 14.5 psu(0.1-30.4 psu), 저층 21.5 psu(0.1-33.7 psu)로 평균값 차이는 약 7.0 psu, 평균DO 표층 7.4-8.5 mg/L, 저층 6.0-8.9 mg/L로 평균값 차이 약 0.3 mg/L을 보였다. 이외 A라인(녹산수문 외측 남단부터 진우도·신자도까지 사이), B라인(을숙도 좌측지역 하굿둑 우안수문 외측 남단부터 신자도·도요등 사이)도 같은 시기에 수온, 염분, DO 값 등을 측정하였다. SI 지수값 특성은 0.32 이상일 경우 성층구조가 상대적으로 강한 약 혼합형 하구로 분류 가능한데 A라인은 낙조시 울타리섬 입구를 제외하고 염분 특성은 약 혼합형 하구(salt wedge type), 염수쐐기형 상·하층간 성층화를 보이고 창조시 전 기수역에서 표-저층 혼합이 일어나는 강 혼합형 하구(well-mixed estuary type) 형태를 보였다. B, C 라인에서는 낙조, 창조시 모두 성층화 현상이 잘 나타나는 약 혼합형 하구(salt wedge type) 형태를 보였다. 이러한 결과들에 의해서 현재 낙동강 하구역의 해수-담수 혼합 형태를 파악 하였으며, 향후 하굿둑 개방에 의한 기수역 형태 변화를 판단하는 기준자료로서 유용하게 사용될 것으로 판단된다.2

Sedimentary characteristics of estuarine beaches affected by monsoon climate

삼각주는 일반적으로 하천이 바다나 호수로 유입할 때 유속의 감소로 운반하던 물질이 퇴적되어 이루어진 지형을 말한다. 우리나라 제 2의 하천인 낙동강은 남해로 유입하는 하류 지역에 삼각주가 발달하였으며 이는 파랑과 조류, 홍수 및 태풍에 의해 지속적으로 변화하고 있다(Jang and Kim., 2006). 선행연구는 낙동강 하구 지형변화의 원인이 하굿둑 건설과 준설, 매립에 의한 하천의 유로와 분류(distributary)의 변화로 인한 영향으로 설명한다. 하지만 하굿둑 건설 이후 약 40년 동안 지형을 변화시킨 자연적인 영향에 대한 연구는 전무한 상황이다. 따라서 본 연구는 자연적 요인에 의한 지형변화 특성을 조사하고 퇴적물 이동 기작을 파악하는데 목적이 있다. 다대포 해빈 지형변화는 2020년 2월, 9월 2021년 2월과 9월 총 4차례 RTK-GPS로 해빈측량을 실시하였으며 퇴적물 이동 파악은 2021년 2월과 9월 수심 약 2m에서 현장입도분석기(LISST-100X)와 RCM, 조위계를 저층에서 40시간 계류하여 해저퇴적물 이동과 유향 유속을 관측하였다. 다대포 해빈 지형은 조하대의 경우 남측이 높고 북측이 낮다. 조상대의 경우는 북측의 표고가 약 2m 이상 분포하며 남측으로 갈수록 낮고 평탄한 지형이 나타난다. 육지는 바람에 의해 퇴적된 완만한 언덕이 다수 분포하고 표고가 낮은 부분은 자연 습지가 형성되어있다. 계절별 지형변화는 2020년 2월을 기준으로 9월은 해빈의 조간대와 조상대에서 급격한 퇴적양상을 보인다. 이후 2021년 9월부터 2021년 2월은 해빈 전체에 침식 경향이 나타나며 북측 조간대 일부에서 국지적인 퇴적이 나타났다. 마지막으로 2021년 2월부터 2021년 9월 변화는 해빈의 조간대에서 퇴적이 뚜렷하게 나타났으나 남측 조상대에서 일부 침식이 발생하였다. 하지만 해빈의 계절별 퇴적 특성은 홍수기에 해빈 전체에 퇴적이 이루어지며 갈수기에 해빈의 침식이 발생하는 것으로 판단된다. 하지만 해빈의 침식이 퇴적보다 작아 해빈에는 지속적인 퇴적 경향이다. 2회 조사결과 유향은 조류방향인 북동 남서 유향이며 유속의 경우 2월은 0.3 cm/s ~ 34.6 cm/s의 범위이며 평균 16.0 cm/s이며 9월은 0.3 cm/s ~ 36.8 cm/s의 범위이며 평균 11.0 cm/s로 계절별 차이는 거의없다. 부유사 특성 및 이동은 2월에 18 μm ~ 153 μm의 범위로 평균 72μm의 극세립사 크기의 퇴적물이 분포하며 9월은 15 μm ~ 160 μm의 범위로 평균 57 μm의 조립실트 크기의 퇴적물이 분포하여 부유사 입경 또한 유사한 특성이다. 반면 부유사의 부피는 2월에 평균 507 μl/l이며, 9월에 1809 μl/l로 약 3배 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 다대 해빈의 퇴적 특성과 퇴적물 이동기작은 홍수기에 기수역에서 공급되는 퇴적물이 해빈으로 공급되며 조간대에서 조류에 의해 이동하며 퇴적되는 것으로 판단된다. 이는 갈수기 동안 해빈의 침식이 발생하나 홍수기 퇴적물의 공급으로 지속적인 퇴적이 발생하는 것으로 생각된다.2

염하구 해빈의 계절변화 및 퇴적기작

전 세계적으로 염하구의 개발로 인해 발달한 해빈의 진화 연구는 찾기 어렵다. 낙동강 염하구는 우리나라 제 2의 하천으로 1934년 이후 녹산댐과 하굿둑 건설과정을 거치면서 다양한 지형변화를 겪어왔다. 특히 하구의 동쪽에 위치한 다대포 해빈은 하굿둑 건설, 준설, 주변 공단 매립 등의 인위적인 요인으로 지속적인 지형변화가 있었다. 하굿둑 완공으로 외해와의 순환이 폐쇄된 낙동강 하구는 퇴적물의 공급이 급격히 감소하였으며 하구의 영향이 약화된 반면 해양의 영향이 강화되었다고 보고되고 있다. 그러나 하굿둑 건설 이후에도 다대포 해빈은 지속적인 퇴적이 진행되었다. 이러한 원인이나 퇴적기작에 대한 연구는 현재 전무한 상태다. 따라서 본 연구는 해빈 퇴적의 주요 공급원과 퇴적 기작을 파악하는데 목적이 있다. 다대포 해빈의 부피변화는 RTK-GPS로 2020년 2월과 6월 9월 2021년 2월에 측량을 실시, 하였으며 퇴적물 이동은 2021년 2월에 조하대 수심 약 2m 지점에서 현장입도분석기(LISST-100X)와 RCM, 조위계를 저층에서 40시간 계류하여 해저퇴적물 이동과 유향 유속을 관측하였다. 해빈 퇴적물은 양호한 분급도의 세립사 크기 퇴적물이 분포한다. 조상대의 경우 육지로 갈수록 해빈의 고도가 높아지며 평탄한 지형을 형성하고 있는데 국지적으로 완만한 언덕을 형성하여 정단(berm)이 잘 나타난다. 조간대는 남측에서 북측 수로로 갈수록 고도가 낮아진다. 다대포 해빈의 부피변화는 갈수기인 2020년 2월에서 6월까지 24% 증가하였으며 홍수기인 6월에서 9월까지 296% 증가하여 홍수기 동안 급격한 퇴적을 보인다. 이후 2021년 2월은 2020년 2월보다 부피가 250% 증가하여 1년 동안 순 퇴적이 진행되었다. 해빈에서 퇴적이 발생한 지역은 북측 해안선 근처로 이는 모든 시기 동안 지속적으로 퇴적이 이루어졌다. 반면 조상대의 경우는 경향성이 없고 일부에서 퇴적과 침식을 반복하였다. 유향은 남북방향으로 왕복운동을 하며 조류방향과 일치한다. 염분값의 경우 창조동안에 24.1 psu로 염분이 높게 나타났으나 낙조동안 23.1 psu 까지 감소하였다. 이는 낙조시 낙동강에서 방류하는 담수가 조하대의 저층까지 영향을 미치는 것으로 판단된다. 해저 표층 퇴적물 이동은 18μm ~ 153μm의 범위로 평균 72μm의 극세사 크기의 퇴적물이 이동하는데 이중 낙조시에 평균 100μm로 비교적 조립한 퇴적물 이동이 관찰되었다. 다대포 해빈의 부피 변화와 해역의 수리학적 자료를 종합하면 해빈 퇴적에 기여하는 주요 공급원은 홍수기동안 기수역으로부터 공급된 퇴적물이다. 홍수기에 퇴적된 퇴적물은 조류에의해 남북방향으로 이동하는 것으로 판단된다.2

해저 플랫폼을 위한 해저공간 특성 연구

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다변량 크리깅과 무인기 자료를 이용한 갯벌 표층 퇴적상 분류도 작성

서남해에 분포하는 우리나라 갯벌의 면적은 약 2,500㎢으로 세계 5대 갯벌에 속하며, 일부는 유네스코 세계유산으로 지정되어 가치를 인정받고 있다. 이와 같이 갯벌은 생태적, 환경적, 경제적으로 높은 가치를 갖기 때문에 지형, 퇴적 환경, 서식 생물 모니터링과 같은 체계적인 관리가 필요하다. 그러나 갯벌은 노출시간이 짧고 접근성이 낮아 다수의 현장 조사 자료를 확보하는데 어려움이 있으며, 현장 조사 자료가 갯벌의 전체 특성을 나타내기에는 부족할 수 있다. 현장 조사를 대신하여 주기성과 광역성을 갖는 위성영상을 이용하는 것은 갯벌의 효율적인 모니터링을 가능하게 하지만 갯벌의 지면이 최대로 노출되는 시간에 촬영된 영상을 얻는 것은 여전히 한계가 존재한다. 최근에는 무인기 영상을 활용한 갯벌 연구가 활발히 진행되고 있는데, 위성영상의 낮은 공간해상도를 보완할 수 있을 뿐만 아니라 분석자가 갯벌의 지면이 최대로 노출되는 원하는 시간에 직접 촬영할 수 있다는 장점으로 활용성이 매우 높은 것으로 평가되고 있다. 이 연구에서는 표층 퇴적상 분류도를 작성하기 위해 우리나라 태안군 안면도에 위치한 황도 갯벌을 대상으로 사례 연구를 수행하였다. 표층 퇴적상 분류도는 각 성분(자갈, 모래, 실트, 점토)별 비율 분포도를 작성하고 분포도의 퇴적 비율에 범주화하는 절차로 제작하였다. 먼저 각 성분별 비율 분포도는 무인기로부터 획득한 RGB 채널의 영상 자료와 LiDAR 자료 기반의 DSM을 보조자료로 이용하는 다변량 크리깅 기법인 회귀 크리깅(regression kriging)을 적용하여 작성하였다. 그런 다음 분포도의 퇴적 비율에 따라 Folk 분류를 이용하여 범주화하였다. 표층 퇴적상 분류 결과는 단변량 크리깅 결과와 다변량 크리깅에서 보조 자료의 영향에 따른 결과를 종합적으로 비교하였으며, 사례 연구 결과를 바탕으로 현장 조사 자료와 무인기 영상을 이용한 표층 퇴적상 분류도 제작의 제안점을 논의하고 제시하였다.2

Planing Study on the Construction of Marine Search and Rescue Support Technology System

○ 침몰선체 탐사기법 고도화는 현장의 적절한 대처와 체계적 대응필요 ○ 현장의 신속대응을 위해 특수한 기능 및 장비를 보유한 유관기관 간의 체계화된 업무분담을 통한 미션 수행이 필수적 임 ○ 한국해양과학기술원의 해양환경 자료수집과 분석, 현장조사 노하우를 활용한 장비운용 기술개발,조사자료 통합 자료처리 수행으로 성과 얻음 ○ 국가해양 탐색 기술/구조지원 체계 구축을 위해서는 1차적으로 탐색 기술 고도화, 수색구조 지원기술 확보, 4차 산업 핵심기술인 인공지능과 무인시스템 활용 및 확보된 기술을 기반으로 전문인력을 교육지원하기 위한 기술이 필요함. 특히 신속수색구조 활동에 적극 참여하기 위해서는 첨단장비의 구축과 지속적인 활용교육이 중요함 ○ 본 과제 성과 활용시, 체계적이고 숙련된 정밀탐사기술을 활용하여 해저침몰물체 조사와 긴급해상사고 현장지원에 능동적으로 대처할 수 있음 ○ 비용편분석 결과 편익-비용비율은 1.07로서 본 연구개발사업은 경제적으로 타당한 것으로 분석되었으며, 연구개발사업에 대한 재정지출 고용효과는 인건비 및 사업비 고용효과를 포함하여 약 509.3명으로 분석한국해양과학기술

The Study of Marine Geology and Geological Structure in the Korea Jurisdictional Seas(II)

1. 연구개발목표 및 내용 ㅇ 남황해 및 북동중국해 대륙붕 해성층의 지질 및 지구조 특성 규명 2. 연구개발성과 ㅇ 남황해 및 북동중국해 대륙붕 퇴적체 발달(연장성)·진화과정 모델 - 한반도 주변 해역 내 지구물리·지질 빅데이터 DB 구축 및 국가 아틀라스 제작 중 - 고해상도 3D/2D 탄성파 탐사(P-cable 시스템) 구축 및 실증 - 101 m 길이의 퇴적시료 채취 및 분석으로 지난 20만년 동안의 해수면 변동에 따른 퇴적층서 발달과 고환경 변화 규명 ㅇ 남해 제4기 층서 정립 및 층서정보 디지털 시스템 - 남해 천부 제4기 퇴적층에 대해 층서단위 분류 기준안 마련 - 퇴적연대, 분포해역, 암상 및 퇴적환경에 따른 17개 층서단위 분류 및 분포도 작성 3. 연구개발성과 활용계획 및 기대효과 ㅇ 국가 차원의 해양영토 관리 및 상시 활용을 위한 한반도 주변 해역 3D/2D 디지털 트윈 해저공간정보 시스템 구축 중 ㅇ 육지-연안역-대륙붕-대륙사면-심해 연결 퇴적층서 및 지구조 정보 구축 ㅇ 접근성이 떨어지는 핵심해역에서의 석유·가스 등 잠재적 해저광물자원 자료 확보 ㅇ 활용 가능한 분야별로 해저공간정보의 현안 대응을 위한 적정기술(데이터 포함)로서 적용: 지구 기후변화 예측, 해저광물자원 개발, 지질재해 예방, 해군·해경 작전, 연안 개발 및 해양구조물 설치(해상풍력, 해저케이블, 파이프라인, 연육교, 항만, 해저터널,해저도시, CCS 등) ㅇ 관할해역 해양공간 활용(해양 구조물 설치, 부지조사, 케이블 루트 조사 등)에 필요한 지반안정성 및 지질위해 요소 정보 제공 ㅇ 관할해역 부존 해저자원 개발(골재 및 중광물 자원 등)에 필요한 기초 자료 제공 ㅇ 광역 지질정보 및 자료구축 시스템 구축에 따라 자료 활용성 증대 및 중복 탐사 비용 절감 ㅇ 자원의 국가 간 공동개발 또는 단독개발 등의 다양한 전략 수립에 필요한 과학적 근거거 제시 ㅇ 과학자료는 1차적으로는 해양관할권 유지·확장을 위한 근거 → 2차적으로는 자원개발의 근거 → 3차적으로는 해역별 특성에 따른 해역관리 정책으로 활용해양수산과학기술진흥