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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.41 No.1 pp.19-30
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2020.41.1.19

Morphologic Response of Gravel Beach to Typhoon Invasion - A Case Study of Gamji Beach Taejongdae in Busan

Young Yun Lee, Tae Soo Chang*
Department of Ocean Science, Korea Maritime and Ocean University, Busan 49112, Korea
Corresponding author: taesoo@kmou.ac.kr Tel: +82-51-410-4322
December 16, 2019 February 3, 2020 February 11, 2020

Abstract


To understand the impact of typhoons on Gamji gravel beach Taejongdae in Busan, we carried out beach profiling using a VRS-GPS system and a Drone photogrammetry for the typhoons ‘Kong-rey’ invaded in October 2018 and ‘Danas’ in July 2019. In addition, grain sizes are analyzed to investigate the overall distribution pattern of gravels on the beach, and the beach topography is surveyed periodically to confirm the recovery rate of the beach. Grain-size analysis reveals that mean gravel sizes, in general, become finer from −6.2Φ to −5.4Φ towards the east in the seashore line direction. Variation in mean sizes is obviously observed in the cross-shore direction. Gravels in the swash zone are relatively fine about −4.5Φ in size and equant in shape, whereas the coarse and oblate gravels ranged from −5Φ to −6Φ are found in the berm. Gamji gravel beach particularly has two lines of berms: a lower berm situated facing beach and an upper berm about 10 m landward. After the typhoon Kong-rey passed by, about 1.4 m of severe erosion in upper berm occurred, and the berm eventually disappeared. On the backshore of the upper berm about 50 cm of erosion took place so that the elevation became lower. However, tangible erosion was not observed in the lower berm. When typhoon Danas hit, rated as mild storm, both upper and lower berm were eroded out. However, about 50 cm of deposition occurred only in the backshore. Only three days later, the new lower berm was formed, meaning that sedimentation rate must be high. This result indicates that Gamji gravel beach is recovered very fast from erosion caused by the typhoons when it is under the fair-weather condition even though beach morphology changes dramatically in a short period of time. Gravel beach is estimated to be or evaluated very resilient to typhoon erosion.



태풍 내습 시 자갈 해빈의 지형반응 - 부산 태종대 감지 해빈의 사례

이 영윤, 장 태수*
한국해양대학교 해양환경학과, 49112, 부산광역시 영도구 태종로 727 (동삼동)

초록


자갈해빈에 대한 태풍의 영향력을 조사하기 위하여 태종대 감지 자갈해빈에서 2018년 10월에 내습한 태풍 ‘콩 레이’와 2019년 7월의 태풍 ‘다나스’에 대하여 VRS-GPS, 드론 측량을 수행하였다. 감지해빈의 전반적인 퇴적물 분포 를 파악하기 위해서 입도분석을 하였으며, 자갈해빈의 회복력을 확인하기 위해 주기적으로 감지해빈의 지형측량을 수행 하였다. 감지해빈의 자갈퇴적물은 서쪽에서 동쪽으로 갈수록 평균 −6.2Φ에서 −5.4Φ로 세립해지며, 해안선의 수직방향 으로는 포말대(swash zone)에서 상대적으로 세립한 구형의 퇴적물(−4.5Φ)이, 범(berm)에서는 상대적으로 조립하고 편평 한 퇴적물(−5Φ - −6Φ)이 나타난다. 감지 자갈해빈은 특징적으로 2열의 범을 갖는데, 해빈의 전방에 정상조건에서 형성 되는 하부 범(lower berm)과 약 10 m 후방에 상부 범(upper berm)이 존재한다. 태풍 콩레이 내습 후 감지해빈은 육지 쪽에 위치한 상부 범에서 약 1.4 m의 침식이 발생하여 상부 범이 사라졌고, 상부 범의 배후지에서는 평균 약 50 cm 침 식되어 그 고도가 낮아졌으나, 하부 범에서의 침식은 관찰되지 않았다. 한편 상대적으로 위력이 약한 태풍 다나스의 경 우, 내습 직후 감지해빈은 하부 범과 상부 범에서 침식이 발생하여 평균 80 cm 높이의 퇴적물이 침식되었으나, 반면 배 후지에서는 50 cm 높이의 퇴적이 확인되었다. 하지만 내습 후 하부 범에서 빠른 속도로 퇴적이 발생하여 내습 약 3일 내에 소실되었던 하부 범이 생성되었다. 이러한 결과는 감지 자갈해빈이 태풍에 의한 지형변화가 일시적으로 발생하지 만, 이후 정상조건에서 태풍 이전의 지형으로 매우 빠르게 회복됨을 시사한다. 따라서 자갈해빈의 경우 태풍침식에 대 한 복원력이 매우 뛰어나다고 평가된다.



    National Research Foundation of Korea
    NRF-2017R1D1A1B03035060

    서 론

    최근 기후변화로 인한 해수면 상승으로 많은 해빈 들이 침식의 위험에 노출되어 있다. 또한 인간 활동 의 영향으로 퇴적물 공급과 침식의 균형이 파괴되고, 수온 상승으로 태풍의 강도가 증가하여 해안의 침식 은 더욱 심해지고 있다. 태풍은 지난 10년간 연평균 23.8회 발생했으며, 그 중 연평균 2.8회의 태풍은 직 접 한반도에 상륙하여 지나갔다(National Typhoon Center, 2018). 일반적으로 태풍 내습 시, 평상시 파 랑보다 더 강한 파랑에너지를 갖는 폭풍해일이 발생 하게 되고, 증가한 파랑에너지는 해빈에 심각한 침식 을 일으킨다. 태풍 내습 이후 해빈은 정상상태(fairweather) 의 파랑에너지 상태에서 천천히 회복되며, 해 빈의 회복속도는 그 지역의 평균 파랑에너지에 따라 달라지는 것으로 알려져 있다(Wang et al., 2006;Houser and Hamilton, 2009;Yu et al., 2013).

    한편, 사질해빈(sand beach)은 다양한 레저 활동과 휴식 공간을 제공하는 관광지로서 경제적 가치뿐만 아니라 국민적 관심도가 높아 오래전부터 해빈침식의 대응과 해빈의 기능 유지에 대한 많은 연구가 진행 되었다. 이러한 선행 연구의 결과, 해빈은 계절적인 파랑 방향의 변화에 따라서 해빈 지형의 계절변화 (beach seasonal change)가 발생하며, 이에 따라 퇴적 물의 순환(beach rotation)이 이루어진다는 사실이 밝 혀졌다(Masselink et al., 2014). 이와 같이 관심을 받 는 사질해빈과 달리, 남해안 곳곳의 암석해안(rocky coast)은 자갈해빈(gravel beach)을 품고 있다. 특히, 거제도와 울산의 해안은 이른바 몽돌해빈으로 불리는 수 km 길이의 자갈해빈이 나타난다(Han, 2013). Ham et al. (2002)는 학동 자갈해빈의 침식 원인을 조사한 바 있고, Lee et al. (2005)은 동해 나아해빈에서 태 풍 내습에 의한 단기 변화를 연구하였다. 한편 Han (2013, 2018)은 RFID 방법을 사용하여 울산 강동 자 갈해빈과 안면도 방포 자갈해빈에서 퇴적물의 이동을 연구한 바 있다. 이러한 국내 연구에도 불구하고, 자 갈해빈은 사질해빈에 비해 경제적 가치가 낮고 관심 도도 낮아, 그 연구는 상대적으로 부족한 실정이다.

    한반도 동남부에 위치하는 부산시는 내륙해안을 따 라 해운대, 송정, 광안리, 송도, 다대포와 같은 유명 한 사질해빈이 존재하며, 이들은 정도에 따라 다르지 만 해안 침식을 겪고 있으며 매년 양빈을 통해 해빈 의 기능을 유지한다(Ministry of Oceans and Fisheries, 2016). 부산시 전면에 놓인 영도구의 태종대는 파랑 에 직접적으로 노출되어 있어 사질해빈보다는 자갈해 빈이 군데군데 소규모로 분포한다. 이 중에서 감지 자갈해빈은 소규모이지만 관광지로서, 태풍 내습 시 월파(overwash)에 의한 피해사례가 보고되고 있다. 하지만 해운대, 송정, 광안리와 같은 사질해빈과 달 리, 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, 태풍 에 대해 자갈해빈은 어떠한 지형반응을 보이는지를 밝혔다.

    연구 지역

    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. 동측에는 관광유람선 이 정박하는 작은 선착장이 존재한다. 해빈의 서측 중앙은 수직의 직립형 호안이, 그리고 중앙부와 동측 은 계단형 호안이 설치되어있다.

    저조위선 아래는 분급이 불량한 자갈들이 퇴적되어 있으며, 점차 수심이 깊어지며 수심 6.5 m 지점부터 는 왕자갈(cobble) 이상의 매우 조립한 퇴적물이 존 재한다. 이후 수심 7.4 m에는 모래가 분포하기 시작 하며, 드물게 왕자갈 퇴적물이 분포하고 있다. 수심 9m 지점에는 모래들이 연흔 구조를 보이며 연흔의 골 부분에는 잔자갈(pebble)이 분포하고 있다. 수심 11 m 부터는 다시 왕자갈 이상의 매우 조립한 퇴적 물이 분포한다.

    감지해빈의 조석은 반일주조형태이며 평균조차는 약 1 m로서 조석의 영향은 파랑에 비해 매우 미약한 편이다. 감지해빈으로부터 서쪽으로 약 10 km 떨어진 남항 부이(기상청)의 평상시 평균 유의파고는 약 1m, 유의파주기는 약 5.5초이다.

    2018년 태풍 콩레이는 부산에 매우 근접하여 지나 가며(Fig. 2), 내습 당시 최고 유의파고는 약 11.2 m, 유의파주기는 약 11.6초로 나타났다(Fig. 3a). 부산조 위관측소(해양조사원)의 수위는 태풍 콩레이 내습 당 시 예측 값보다 약 40 cm 더 상승한 것으로 나타났 다. 반면 2019년 발생한 태풍 다나스는 태풍 콩레이 의 경로보다 더 내륙 쪽을 지나가며(Fig. 2) 태풍 콩 레이 당시보다 다소 약한 유의파고 5.9 m, 유의파주 기 10.2초를 기록하였고 해수면은 약 20 cm 정도 상 승한 것으로 나타났다(Fig. 3b).

    연구 방법

    태풍내습에 대한 감지 해빈의 지형 반응을 관찰하 기 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 주 요 측선으로 정하였다. 각 측선은 방파제 바로 아래 해빈이 시작되는 부분을 0 m로 설정하여 바다방향으 로 측량하였다(Fig. 1b).

    또한 퇴적물의 이동양상과 그에 따른 공간적인 지 형변화를 관측하기 위해서 드론촬영을 실시하였다. 드론은 DJI사의 Phantom 4 RTK 모델을 사용하였으 며, 별도의 카메라 교체 없이 기본 내장 카메라를 사 용하였다(Fig. 1b). 촬영한 사진은 PIX4D 소프트웨어 를 사용하여 보정 후 지형데이터를 추출하였다. 드론 촬영은 기상상태 제약이 많은 관계로, 드론 촬영과 VRS-GPS 측량을 동시에 병행하여 실시하였다.

    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 표층퇴 적물에 대해 입도분석을 실시하였다(Fig. 1b, Fig. 4a). 또한 해안선에 평행방향(alongshore)의 퇴적물 분 포를 보기 위해서 각 측선의 하부 범 능선(lower berm crest) 위치에서 표층퇴적물 입도분석을 실시하 였다. 각 지점별 입도분석은 기본적으로 버니어 캘리 퍼스를 사용하여 최소 100개 이상의 자갈에 대해 장 축-중축-단축을 직접 측정하였으며(Fig. 4b), 저조위선 아래는 물에 잠겨 있어 측정이 어려워 카메라 촬영 후 2차원 이미지분석법을 사용하여 자갈의 중축 입 도만을 얻었다. 직접 측정한 자갈의 입도는 Zingg diagram (Zingg, 1935)를 사용하여 자갈퇴적물 형상 (gravel shape) 분류를 수행하였다.

    연구 결과

    감지해빈 자갈퇴적물의 분포 양상

    자갈 퇴적물의 입도 분석 결과, 해안선의 평행방향 으로는 서측 GJ-02 측선에서 입도가 평균 −6.2Φ로 가장 조립한 것으로 나타나며, GJ-05 측선까지 동측 으로 갈수록 약 −5.4Φ까지 점차 세립해지나 GJ-06번 측선에서 다시 −5.6Φ를 보이며 대략 0.2Φ 조립해진 다(Fig. 5). 그리고 분급도(sorting)의 경우 0.3-0.4Φ 로, 전 측선에서 양호한 분급을 보인다.

    한편 해안방향의 입도분석 결과, 서측측선(GJ-01) 에서는 범의 배후지역(backshore)에서 −6.8Φ의 가장 조립한 왕자갈 크기의 퇴적물이 분포하며, 연구지역 에서 가장 큰 자갈은 더 이상 이동하지 않는 잔류 자갈퇴적물(cobble lag)의 형태로 남아있는 것으로 보 인다. 포말대를 제외한 지점은 매우 조립질 잔자갈- 왕자갈(very coarse pebble-cobble)이 분포한다. 포말 대에서는 상대적으로 세립한 약 −4.5Φ 입도의 조립 질 잔자갈(coarse pebble) 퇴적물이 분포한다. 중앙측 선(GJ-03)의 경우, 위와 마찬가지로 포말대를 제외한 지점에서 매우 조립질 잔자갈-왕자갈이 분포하며, 포 말대 지역은 조립질 잔자갈 크기의 자갈이 존재한다. 동측측선(GJ-06)의 경우 전반적으로 바다방향으로 세 립해지는 경향을 보였으며, 포말대에서는 뚜렷한 입 도변화가 관찰되지 않는다(Fig. 6). 분급은 서측측선 (GJ-01)과 중앙측선(GJ-03)에서 수중지역을 제외한 지점에서 상대적으로 양호한 분급(moderately well sorted)을 보였으며, 수중지역 퇴적물은 상대적으로 더 불량한 분급(moderately sorted)을 나타낸다. 동측 측선(GJ-06)에서는 전 지점에서 모두 양호한 분급 (well sorted)을 나타낸다.

    중앙측선(GJ-03)에서 퇴적물의 장축, 중축, 단축으 로 Zingg(1935)의 다이어그램을 사용하여 자갈퇴적물 의 형태분석을 실시한 결과, 자갈은 대부분 편구형 (oblate)에 도시되었으나, 포말대에서는 가장 많은 구 형(equant)의 자갈이 분포하는 것으로 드러났다(Fig. 7). 이는 과거 선행 연구들에서 제시한 자갈해빈에서 나타나는 뚜렷한 분급과 잘 일치한다(Han, 2013, Orford et al., 2002). 이러한 양상은 전방의 포말대에 서는 파랑의 쳐올림(swash)과 쳐내림(back-wash)시 밑짐(bed-load)의 형태로 이동하는 구형의 퇴적물이 주로 퇴적되고, 범 능선과 그 배후지에는 월파 발생 시 뜬짐(suspended load) 형태로 퇴적되는 것으로 추 측된다. 이러한 해안방향의 분급작용은 감지해빈이 파랑작용에 의해 자갈의 형태, 입도별 분급이 발생하 고 있음을 의미한다.

    태풍 내습 전후 감지해빈의 지형 변화

    감지해빈은 일반적으로 바다방향으로 2열의 범을 가지고 있다(Fig. 4). 전방의 하부 범은 평상시 퇴적 이 발생하는 곳으로, 범의 위치는 시간이 지남에 따 라 고파랑의 발생으로 점차 육지방향으로 이동한다. 후방의 상부 범은 과거 태풍 등에 의한 고파랑시 퇴 적이 발생하는 곳으로, 전방의 하부 범보다 변화가 작아서, 장기적인 퇴적이 발생하는 지역이다. 조사기 간 중 대체로 상부 범은 하부 범의 약 10 m 후방에 위치하였다. 하부 범은 연중 일정한 해빈 경사를 보 이며, 시간이 지날수록 후방으로 점차 후퇴하여 상부 범 방향으로 일정하게 이동하는 양상이 관측되었다.

    태풍 ‘콩레이(2018)’ 내습 당시 내습 전과 3일 후 의 지형측량 결과를 비교하면(Fig. 8), 서측측선(GJ- 01)의 경우, 전방의 하부 범에서 뚜렷한 변화는 관찰 되지 않았으나, 후방의 상부 범에서 0.8 m 높이의 침 식이 발생하였다. 그리고 침식된 퇴적물은 후방으로 이동하여 방파제 앞에 퇴적되어 그곳의 해빈은 급경 사를 이루었다고 추측된다. 동측 측선의 경우(GJ-06), 태풍 내습 후 포말대에서 뚜렷한 지형변화는 없었으 나, 하부 범 능선을 기준으로 배후지 전반에서 최대 1.4 m 높이의 침식이 발생하였다.

    이후 약 2개월 간격으로 해빈을 측량한 결과, 하부 범이 육지방향으로 점진적으로 후퇴하며, 태풍 내습 4개월 후에는 과거 상부 범의 위치에 도달하게 되었 으며, 서측측선(GJ-01)과 중앙측선(GJ-03)의 전방에는 새로운 하부 범이 형성되는 것이 관측되었다. 약 6개 월 후에는 상부 범이 약 2 m 더 육지방향으로 이동 하는 반면, 하부 범에서는 지속적인 퇴적이 발생하였 으며, 동측측선(GJ-06)의 경우 범에서 뚜렷한 변화는 없었으나, 범 능선의 배후지에서 지속적인 퇴적이 발 생하였다.

    한편, 태풍 ‘다나스(2019)’의 경우, 태풍 내습 전과 후의 해빈 지형측량 결과를 비교했을 때(Fig. 9), 서 쪽 측선(GJ-01)에서는 해빈 전방의 하부 범과 상부 범에서 최대 0.8 m 높이의 침식이 발생하였으나, 상 부 범의 배후지에서 0.8 m 높이의 퇴적이 발생하였 다. 그리고 중앙측선(GJ-03)에서는 하부 범과 상부 범에서 최대 약 1 m 높이의 침식이 발생하였으나, 상 부 범의 배후지에서는 최대 약 0.5 m 높이의 퇴적이 발생하였다. 동측 측선(GJ-06)의 경우, 태풍 내습 전 하나의 범만 존재하였으며, 태풍 내습 후에는 기존의 범에서 최대 약 1 m 높이의 침식이 발생하였으나, 범 의 배후지에서 0.8 m 높이의 퇴적이 발생하였다.

    태풍내습 이후, 해빈의 모든 측선 전방에서 매우 빠른 속도로 퇴적이 발생하여 태풍 내습 3일 만에 새로운 하부 범이 출현하였고, 약 1개월 후에는 새롭 게 생성된 하부 범의 배후지에서 최대 약 1.2 m 높 이의 퇴적이 발생하였다.

    태풍 내습에 따른 해빈 경사도 변화

    태풍 ‘콩레이(2018)’ 내습 전 하부 범의 해빈 경사 는 서쪽 GJ-01 측선에서 약 15°로 경사가 가장 급하 고, 평균 약 13°의 경사를 나타낸다. 연구지역의 중앙 측선에서 태풍 ‘콩레이(2018)’ 내습으로 인한 경사도 변화를 계산해본 결과(Fig. 10), 태풍 내습 3일 후 하 부 범의 해빈 경사는 거의 변하지 않았다. 이후 장기 간 관측에서 해빈 경사는 하부 범이 상부 범 위치로 후퇴함에 따라 약 1° 내의 범위에서 변화가 관찰되었 다. 그러나 태풍 ‘다나스(2019)’의 경우, 태풍 내습 직후 하부 범의 해빈경사는 침식으로 인하여 태풍 내습 전 경사도 11.2°에서 내습 후 평균 9.5°로 이전 보다 1.7° 더 완만해진 것이 관측되었으며, 태풍 내습 3일 후 다시 측량한 결과 해빈경사가 평균 약 13°로 다시 원래 경사로 복원이 되었다. 이후 1개월 후 해 빈경사는 하부 범이 육지방향으로 후퇴하며 약 11.1° 로 완만해졌다.

    태풍 내습에 의한 공간적인 지형 변화

    태풍 전후 2회의 드론 지형측량자료를 분석한 결 과, 태풍 ‘다나스(2019)’ 내습 전 해빈은 2개의 배수 구가 있어, 배수구의 배출통로가 존재하였으나, 태풍 내습 이후 자갈퇴적물이 급격히 퇴적되며 서측의 배 출통로와 배수구를 덮었으며, 동측 배수구의 경우, 자갈이 퇴적되어 기존의 배출통로를 막고, 유로가 동 측으로 변경된 것으로 확인된다(Fig. 11a, b). 한편 해빈의 동측은 태풍 내습 전 표고가 2 m 이하로, 해 빈의 서측보다 고도가 더 낮았으나, 태풍 내습 후 배 후지에서 많은 퇴적이 발생하여 표고가 전반적으로 높아졌다. 그리고 태풍 전후의 해빈 표고 변화를 계 산한 결과, 태풍 내습으로 하부 범과 상부 범이 위치 한 전방 지역에서 대부분 침식이 발생하였으며, 배후 지의 위치에서 전반적으로 퇴적이 발생했으나, 동측 배수구에서 배출로의 퇴적과 함께 유로 변경으로 배 수구의 동쪽에서 침식이 발생하였다(Fig. 11c).

    토 의

    태풍에 대한 자갈해빈의 지형변화 및 회복속도

    일반적으로 고에너지의 파랑을 수반하는 태풍은 해 빈침식을 야기하는 것으로 알려져 있다. 사질해빈의 경우 해빈의 에너지조건(energy regime)에 따라서 해 빈이 이전 모습으로 회복되는데 몇 개월 수준(Wang et al., 2006)에서 최대 수년까지(Morton, 1994) 소요 된다고 보고된 바 있다. 이러한 해빈의 침식과 회복 현상을 Austin and Masselink (2006)은 퇴적물 이동 으로 설명하였다. 그들에 따르면 폭풍발생시 퇴적물 은 기존 범의 위치에서 월파에 의해 육지방향으로 일부 퇴적물이 이동을 하게 되며, 대부분은 바다 방 향으로 이동하게 된다. 이후 저에너지 상태에서 바다 에 있는 퇴적물이 육지방향으로 이동하여 포말대에 다시 퇴적된다. 이때 바다로 휩쓸려간 퇴적물의 수심, 폐쇄수심(closure depth)은 평상시 보다 2 m 이상 깊 어진다고 주장하였다.

    국내의 해빈연구에서 Lee and Chang (2019)은 해 운대 사질해빈이 태풍의 침식으로 다시 회복되는데 약 2개월 정도 시간이 필요한 것으로 보고하였다. 한 편, 해운대와 유사한 외력조건을 갖고, 단지 퇴적물 이 자갈로 구성된 감지해빈의 경우, 태풍 콩레이 (2018) 내습 3일 후 관측한 결과에서는 하부 범의 변 화가 관찰되지 않아 태풍 내습 당시 침식되지 않은 것으로 해석 했지만, 태풍 다나스(2019) 내습 후 관 측한 결과에 따르면 태풍 내습 1일 후에는 하부 범 과 상부 범이 모두 침식되었으나, 3일 후 하부 범이 복구되어 있는 것을 볼 때, 태풍 콩레이 내습 3일 후 관측된 하부 범은 태풍 내습 당시 침식되었으나 이 후 새로이 형성된 것으로 추측된다(Fig. 12). 위의 결 과를 종합해보면 감지 자갈해빈의 회복속도는 매우 빠른 것으로 사료된다.

    마찬가지로 태풍 다나스 (2019) 내습 시 감지해빈 의 배후지에서 일부 퇴적이 발생했는데 이것은 월파 작용으로 일부 자갈퇴적물이 육지방향으로 이동한 것 으로 해석된다. 나머지 대부분의 자갈퇴적물은 Austin and Masselink (2006)의 주장처럼 바다방향으로 휩쓸 려 나가 조하대에 퇴적된 것으로 보인다. 비록 조하 대의 지형측량자료가 없지만, 수중카메라(Go-pro)로 촬영한 사진은 해빈의 저조위선 아래 수심 −6m 이 내에 잔자갈 크기의 자갈이 분포하고 있음을 보여주 며 이들은 지난 태풍 시 쳐내림(backwash) 작용으로 저조위선 아래로 휩쓸려 온 것으로 사료된다(Fig. 13). 이러한 잔자갈(pebble) 크기의 퇴적물은 평상시 (fair-weather) 저에너지 환경에서 육지방향으로 이동 하여 새로운 범을 형성하는데 기여하는 것으로 보인 다(Fig. 12). 그리고 수심 6.5-7.5 m 구간에서 나타나 는 왕자갈 퇴적물은 현재 서측 측선(GJ-01)의 배후 지역에서 잔류 자갈퇴적물의 일부분이 지난 태풍 시 바다방향으로 이동한 결과로 추측된다(Fig. 13).

    퇴적물의 이동과 분급

    Matthews (1980)는 뉴질랜드의 Wellington Harbour 에서 폭풍(wave height: >3 m, periods: 9-10 sec)이 발생하는 동안 자갈 퇴적물은 평행 방향으로 이동하 며, 이후 저에너지 환경에서 퇴적물들이 육지방향으 로 이동하여 범을 형성한다고 주장하였다. 이때 주로 세립한 퇴적물이 ‘도약(leapfrogging)’의 방법으로 이 동하는 것으로 해석하였다. 그리고 연구지역인 감지 해빈의 입도분석결과에 따르면, 자갈퇴적물은 해안선 을 따라 평행방향으로 분급이 발생하는 것으로 보이 며, 이것은 태풍과 같이 강한 파랑 발생 시 많은 퇴 적물들이 해안선을 따라 측방으로 이동하며 분급이 진행되다가, 이후 정상상태에서 퇴적물들이 빠르게 퇴적되어 범을 형성하기 때문인 것으로 추측된다.

    연구의 한계점

    이 연구는 태풍 전후의 해빈면(beach face)에서 배 후지까지의 영역에 대하여 지형측량과 입도분석을 통 해 자갈퇴적물의 이동과 그에 따른 지형변화를 관측 하였다. 그럼에도 다음과 같은 연구의 한계도 존재한 다. 첫째, 조하대 영역, 즉 수심이 깊은 곳의 지형측 량과 자갈퇴적물 입도자료의 부재이다. 쇄파대 지역 은 자료취득의 위험성이 있어 일반적으로 해저지형측 량자료를 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 위 해서는 이 영역에 대한 추가적인 조사가 필요하다. 두 번째, 태풍 내습 당시 감지해빈에 접근하는 파랑 의 파고와 파향 자료의 부재이다. 입사파는 해안에 근접함에 따라 굴절과 회절현상이 발생하기 때문에 연구지역의 직접적인 파랑자료의 획득은 필수적이다. 이 연구에서는 인근의 남항부이의 관측자료를 사용하 였으나, 태풍 내습당시의 정확한 파고와 파향을 알기 위해서 파랑관측기기를 설치하여 좀 더 직접적인 파 랑자료를 획득할 필요가 있다.

    결 론

    우리나라의 많은 사질해빈은 현재 지속적인 침식에 노출되어 있으나, 사질해빈과 유사한 외력환경에 놓 인 자갈해빈은 태풍에 따른 해안침식에 대한 연구가 부족하다. 이러한 관점에서 2018년 10월 태풍 콩레 이와 2019년 7월 태풍 다나스가 한반도를 관통하여, 위의 태풍에 대한 태종대 감지 자갈해빈의 지형반응 을 연구하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

    최대유의파고가 방파제 높이를 상회하는 태풍 콩레 이(2018)의 경우, 자갈해빈은 전반적으로 침식이 발 생하였다. 한편, 최대 유의파고가 상대적으로 낮은 태풍 다나스(2019)의 경우, 해빈의 전방에서 대체로 침식이 발생하였으나, 침식된 자갈퇴적물은 육지방향 으로 이동하여 배후지에 퇴적되었다. 이후 매우 빠른 속도로 퇴적이 발생하여 약 3일 이내에 새로운 하부 범이 형성되었다.

    감지해빈의 자갈퇴적물은 고도에 따라 가장 높은 배후지에서 가장 조립한 퇴적물(cobble)이 퇴적되었 고, 범에서는 상대적으로 조립하며 편평한 형태의 퇴 적물(very coarse pebble-cobble)이 많이 나타나며, 포 말대에서 상대적으로 세립하고 구형의 퇴적물(coarse pebble)이 많이 분포한다.

    요약하면, 태풍 내습 시 침식되어 사라졌던 하부 범 은 내습 후 단지 3일 만에 다시 생성되었는데, 이러한 사실로 미루어, 사질해빈에 비해 매우 빠른 회복속도 를 보인다. 따라서 자갈해빈은 태풍과 같은 고 에너지 환경 아래에서 침식 후 해빈의 복원성이 매우 뛰어나 며, 중급 강도의 태풍 내습 시에는 오히려 퇴적현상이 발생한다. 하지만, 연구지역의 해빈이 소규모(150 m)이 고, 태풍 콩레이와 다나스의 내습경로가 완전히 일치 하지는 않기 때문에, 해빈규모에 따른 퇴적양상 차이 와 태풍 내습 시 고파랑 입사파의 파향에 의한 퇴적물 의 이동에 대해서 추가적인 연구가 필요하다. 또한 해 운대 사질해빈의 퇴적물에 비해 그 입도가 훨씬 큰 왕 자갈 퇴적물이 더 빠른 회복속도(이동속도)를 보이고 있어서, 이를 이해하기 위해서는 자갈의 이동률과 그 기작에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

    사 사

    이 연구는 한국연구재단의 이공학 개인기초 연구사 업(NRF-2017R1D1A1B03035060)의 연구비 지원을 받아 수행되었습니다. 현장조사와 자갈퇴적물 입도분 석을 기꺼이 도와준 한국해양대학교 해양환경학과 학 부학생들과 해양퇴적학 실험실 학생들에게 감사드립 니다. 마지막으로 논문의 완성도를 높이기 위해 세심 한 지적과 건설적인 조언을 해주신 익명의 심사위원 께 감사드립니다.

    Figure

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    (a) Location map of Gamji gravel beach. (b) Six monitoring transect lines for beach profiling with sampling locations for grain size analyses.

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    (a) Track of typhoons Kong-rey (2018) and Danas (2019), (b) Pictures taken after typhoons Kong-rey (2018) and Danas (2019).

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    Wave condition and tide level changes during pre- and post-typhoon. (a) Significant wave height (Hs) and Tide levels in October, 2016. (b) Significant wave height (Hs) and tide levels during July to September, 2019. Red and yellow arrows indicate wave records of typhoons invaded.

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    (a) Beach transect profiles of the Gamji beach showing the locations of upper and lower berms. The black arrows mark sampling locations for grain-size measurement. (b) The pictures showing field activities measuring gravel sizes on sites. The grid for gravel measurement is 1m×1m.

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    Alongshore variation in mean grain sizes and sorting values. Note that the coarsest cobbles are present in the west, the mean sizes decreasing towards the east.

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    Cross-shore variation in mean grain sizes and sorting. Note, in general, the shoreward coarsening trend in mean grain sizes along the transect GJ-01 (a), GJ-03 (b) and GJ-06 (c).

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    Distribution patterns of gravel shape plotted by Zingg (1935)’s classification scheme. DL: length of long axis, DI: length of intermediate axis, DS: length of short axis.

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    Topographic changes in beach profiles during the pre- and post-typhoon Kong-rey (2018). The hatched area in blue denotes net deposition, whereas the area in red erosion.

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    Time-series topographic changes in beach profiles during the pre- and post-typhoon Danas (2019). The hatched in blue denotes deposition, but the red area erosion. The yellow arrows indicate other typhoons invaded.

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    Time-series changes in beach slopes for the transect GJ-03 before and after typhoon Kong-rey (2018, a) and Danas (2019, b). The red line marks initial slope of swash zone after typhoon.

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    Contour map of Gamji beach showing the elevation during pre-(a) and post-typhoon (b). Topographic data acquired in June (a) and August (b) in 2019. (c) Contour map showing the elevation difference between before and after typhoon.

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    Schematic diagram illustrating morphologic response of gravel beach to typhoons. Note growth and destruction of upper and lower berms scaled to the magnitude of typhoons.

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    Two pictures showing underwater gravels in Gamji gravel beach. The presence of the underwater gravels suggests that these were derived from lower berm eroded out through strong backwash during the typhoon. However, the underwater gravels may eventually be transported landward under fair-weather condition.

    Table

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