STA 기법과 지형변화 예측모형에 의한 낙동강 하구역 토사이동 해석

Abstract

낙동강 하구역의 계절적인 토사순환을 규명하기 위하여 계절적인 퇴적물의 조사를 수행하였고 현장 관측된 퇴적물의 입도상수들을 이용하여 STA 분석 을 수행하였다. 그리고 낙동강 하구역의 계절적인 토사이동 패턴을 규명하기 위해서 점성토의 함유율과 저면의 입도분포를 고려한 지형변화 예측모형을 개발하였으며, 개발된 모형을 계절별로 저면의 입도분포를 고려하여 수치시뮬레이션을 수행하였다. 각각의 연구결과들을 요약하면 다음과 같다. 1) 2007년 하계부터 2008년 춘계에 이르는 계절별 분포의 조사결과, 표층퇴적물의 분포는 계절별로 변화가 뚜렷하게 나타났고, 낙동강으로부터 유출된 사질퇴적물들은 파랑의 영향을 지배적으로 받아 연간 발생빈도가 가장 높은 ENE 계열 입사파랑의 영향으로 낙동강 하구역의 서쪽인 진우도 전면으로의 이동이 탁월하게 조사되었다. 그리고 니질퇴적물의 경우 흐름을 따라 수심이 깊은 외해쪽으로 이동하여 퇴적되는 것으로 나타났다. 현재의 낙동강 하구역의 퇴적환경은 과거의 연구자료들과 커다란 차이를 보였고, 이러한 퇴적물의 분포 변화는 낙동강의 토사유출량 변화에 기인하는 것으로 사료된다. 2) 낙동강 하구사주 남쪽에서 규칙적인 격자망을 구성하여 관측된 표층퇴적물의 평균입경, 분급도 및 왜도의 입도상수들을 STA 기법에 적용하여 계절별 토사이동 경로를 예측하였다. 수치모형은 기존의 STA 기법들을 유연하게 적용할 수 있는 GUI 모형인 eCSedtrend 모형을 이용하였다. 계절별로 해석된 토사이동 경로의 분석 결과 모든 계절에서 낙동강 하구역에서 탁월하게 나타나는 경향은 CB+와 CB-의 경향으로 조사되었다. CB+ 경향의 경우 니질 퇴적물이 주로 분포하는 지역에서 명확하게 나타났고 북쪽으로 향하는 수송벡터를 형성하였다. 그리고 CB- 경향의 경우 사질퇴적물이 주로 분포하는 사주 전면부에서 명확하게 나타나며 사주부근에서는 계절별로 차이를 보이지만 주로 북쪽으로 향하는 경향벡터를 형성함을 볼 수 있었다. 본 연구에 따른 결과들은 퇴적물의 채취간격이 1 km로 비교적 넓기 때문에 사주부근에서 연안류에 의한 계절적인 변동을 명확하게 보여주지는 않았다. 3) 낙동강 하구역과 같이 사질과 니질이 혼합된 퇴적상이 주를 이루는 지역에서는 각각의 함유율을 고려한 수치모형의 구축이 요구된다. 본 연구에서는 기존의 SED-FLUX 모형을 개량하여 저면에서 니질의 함유량과 입도분포를 고려할 수 있는 수치모형인 SED-FLUX2를 구축하였다. 4) 낙동강 하구사주의 변형기구와 모래의 수송기작을 규명하기 위하여 파랑, 하천류, 조류 및 바람을 고려한 수치계산을 수행하였고 계절적인 표사수지 분석을 수행하였다. 춘계의 경우, 발생빈도가 높은 SSW과 SW 계열 입사파랑의 영향으로 도요등 전면과 다대포 해수욕장 전면에서 퇴적이 탁월하게 나타나는 것으로 조사되었으며 낙동강 하구역의 서쪽인 진우도와 신자도 서쪽에서는 북향의 수송이 주로 나타나고, 신자도 동쪽과 도요등 전면에서는 북동향의 수송이 주로 나타난다. 하계의 경우, 토사순환 패턴은 하천유출수의 영향을 크게 받아 낙동강 하구의 주요 수로의 하류부에 퇴적이 크게 일어나는 것을 볼 수 있었고, 사주의 전면에서는 전반적으로 퇴적이 일어나며, 도요등과 다대포 부근에서의 퇴적이 가장 크게 나타난다. 추계의 경우 9월의 유출유량에 의해서 낙동강 하류부 수로의 남쪽에서 계절적으로 가장 큰 퇴적이 일어나고 이러한 퇴적물은 ENE 계열 입사파랑에 의해 신자도 쪽으로 수송되며 전반적으로 낙동강 하구역 동쪽에서 서쪽으로의 수송이 탁월하다. 동계의 경우 탁월파랑인 ENE 계열 파랑의 영향으로 사주전면부로의 퇴적은 줄어들고 낙동강 하구역의 동쪽에서 서쪽으로의 수송이 활발하게 나타난다. 연구결과, 낙동강 하구역의 토사이동은 하천유출수와 파랑의 영향을 강하게 받으며 사주전면부에서는 파랑과 해빈류의 영향이 탁월하게 나타난다. 그리고 STA 기법 적용의 결과와 수치모형에 의한 시뮬레이션에서 모두 낙동강 하구역의 주요 사주 부근에서는 모든 계절에서 퇴적이 탁월하게 나타나 향후에도 해안선의 전진과 모래의 퇴적으로 인한 항로의 매몰 등과 같은 문제들이 꾸준히 발생할 것으로 사료된다. 본 연구에서 수행된 계절별 해저퇴적물의 관측 자료는 낙동강 하구역의 모래이동에 관한 연구들의 기본적인 자료로 제시될 수 있을 것으로 사료되며, 수치모델링을 통한 계절적인 토사이동 경로의 파악은 향후 대상해역에서 연안생태계 복원 및 조성, 해양환경변화 모니터링, 연안오염 대응 및 관리기술의 개발 등의 다양한 연구들의 기본 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 본 연구에서 지형변화에 관한 예측은 중조기 1일간에 대하여 계절적인 대표파고 및 파향을 고려한 결과이다. 그러나 보다 명확한 토사순환 패턴을 밝히기 위해서는 흐름의 효과를 고려한 파랑변형, 대조기, 중조기 및 소조기를 모두 포함하는 기간에 대한 예측 등의 연구들이 향후에 수행되어야 할 것으로 사료된다. 그리고 본 연구에서는 현장검증자료의 부족과 침식 및 퇴적 매개변수의 정립이 이루어지지 않아서 지형변화 예측 시 점성토의 수송을 제외한 모래의 수송만을 고려하였다. 따라서 낙동강 하구역과 같은 혼합퇴적상에서 보다 향상된 침식 및 퇴적율을 산정하기 위해서는 점성토의 수송에 관한 매개변수의 정립과 사질과 니질의 수송을 동시에 고려하는 모형의 구축이 요구된다.

To examine the seasonal sediment circulation pattern in the Nakdong estuary, sediment trend analysis and numerical simulation of morphological change were carried out along with the analysis of surface sediment. The distribution pattern of the surface sediment showed a significant seasonal variation and was highly influenced by the outfall discharge at the Nakdong estuary barrier as well as the incident wave climate. The ENE wave, the most dominant wave throughout the year, moved the sandy sediment toward the front of Jinudo. And the muddy sediments showed a deposition at further offshore being moved along the current. The present sedimentary facies of the Nakdong estuary showed a big difference from the previous researches, which may be contributed to the change of outfall amount of sediment in Nakdong River. The sediment transport trend was predicted by using 'eCSedtrend', a GUI model in which existing STA techniques can be used selectively. The analysis of the sediment transport pathway was interpreted that the most dominant trends in the Nakdong estuary were CB+ and CB- in all seasons. The CB+ was identified around the area of muddy sediment, where transport vector aligned toward the north. On the other hand, the CB- trend was identified around the front of sand bars with a general trend vector toward north, even though there was some seasonal variations. However, STA results doesn't show a distinctive seasonal change around the sand bar area because of a relatively wide distance between sampling sites. For a morphodynamic numerical model, in an area of a mixed sedimentary facies of sand and mud, it is required to consider the content of each size fraction. In this study, an new morphodynamic model was developed, being modified 'SED-FLUX' model, which enables the consideration of the mud content and grain size distribution of the surface sediment. The result of morphodynamic simulation showed that the incident wave climate was the main external force factor affecting the sediment transport pattern and deformation of sand bars. During spring and summer, a broad deposition occurred around the front of Doyodeung and Dadaepo, the eastern side of the Nakdong estuary. On the contrary, a constant transport vector from the east to the west of the Nakdong estuary area was identified during autumn and winter season.