An Analysis of the Effect of Barrier Discharge on the Topographic Change of Nak-dong River Estuary

낙동강 하구둑 방류량이 하구지역 지형 변화에 미치는 영향 분석

Abstract

In this study, topographic change analysis was performed on the Nak-dong River estuary area. The factors affecting the changes in the bathymetry of the Nak-dong River estuary were analyzed using data from the discharge, suspended sediments, and rainfall of the Nak-dong River barrier as analysis data. As a result, erosion and sedimentation are judged to appear repeatedly due to complex effects such as discharge of the estuary barrier of the Nak-dong River and invasion of the open sea waves, and it is judged that there is no one-sided tendency. However, as a result of checking the data in the second half of 2020, it was possible to confirm a large amount of erosion, which is different from the past data. It is clear that this is a result beyond the trend of erosion in the first half and sedimentation in the second half. In the summer of 2020, the rainy season lasted for more than a month and torrential rains occurred, which seems to be due to about three times higher rainfall than other periods, and erosion is believed to have occurred as the discharge increased rapidly compared to the time deposited by river water outflow. In addition, compared to other times, the influence of many typhoons in the summer of 2020 is believed to have affected the topographical change at the mouth of the Nak-dong River.

1. 서 론

해상에서의 인공구조물 건설은 대규모 준설 및 매립이 수행되는 건설공사로 인해 자연 상태의 지 형이 변화하게 된다. 이로 인해 해수의 흐름이 변 화하는 것은 불가피하다. 그로 인해 퇴적물의 이동 을 비롯한 수리 역학적 변동이 발생하여 기존에 형 성하고 있던 자연적인 지형 및 해저 퇴적물이 새로 운 형태로 평형을 이루게 된다[1-2]. 특히 하구 지 역의 경우 인위적 형상변경으로 인해 지형적 특성 이 복합적으로 작용되어 이에 따른 다양한 형태로 변화하고 재분포 하여 지형을 변화시키게 된다. 특 히 하구 지역은 해수와 담수가 만나 혼합이 되는 지역으로 상류로부터 유하된 담수에 포함하고 있는 많은 양의 부유사가 하류로 내려오다 수심이 얕아 지고 유속이 느려져 부유사가 퇴적되어 해안선과 평행한 형태의 사주가 다수 발달되게 된다[3-5].

그 중 낙동강 하구 지역은 1980년대 이후 녹산 산업단지 조성, 신평장림산업단지와 낙동강 하구 둑 건설을 비롯해 명지 지역의 대규모 주거단지 조성사업, 부산신항 건설 등 주변 지역 개발로 인 해 인위적인 환경변화가 많이 발생하였으며, 최근 에는 다대포 해안의 친수환경 조성사업 및 에코델 타시티 조성사업의 영향이 직접적으로 미치는 지 역이라 할 수 있다.

인공구조물 건설 또는 대규모 건설공사로 인해 강수와 해수의 자연스런 혼합에 영향을 미치게 되 고, 그로 인해 평형 상태를 이루던 과거 지형에 비 해 많은 변화가 발생하게 되었다. 또한 하구둑 건설 로 인해 해수와 담수는 만조 시에만 간헐적으로 혼 합되는 양상으로 바뀌게 되고 그로 인해 남쪽 외해 로 향하는 추진력이 약화되어 지금의 사주 지형과 같은 퇴적 양상을 보이고 있다. 이러한 지형 변화는 낙동강 하구둑 남측의 해저지형 뿐만 아니라 하구 지역에 형성하고 있는 사주의 지형에 이르기까지 하구 지역 전체에 광범위하게 나타나고 있다[6-10].

낙동강 하구 지역은 사회적, 환경적 중요성으로 인해 현재까지 다양한 분야의 연구가 수행되고 있 다. Kim et al.[11]은 낙동강 하구 지역의 해양 물 리환경 특성을 수문 개폐 시기에 따라 변화하는 시기적 특성을 분석하여 연구 결과를 제시한 바 있다. Kim and Kim[12]은 하구둑의 구조와 유출 형상에 따라 방류로 인한 지형 변화에 미치는 영 향을 분석하여 하구둑 남측 해역의 지형 변화에 대한 경향성을 검토한 바 있으며, Park et al.[13] 은 낙동강 하구 진우도와 신자도 지역을 대상으로 2007년부터 2012년까지 지형변화를 조사하여 지 형변화 경향을 분석하는 연구를 수행하였으며, Park et al.[14]은 태풍의 영향과 낙동강 하구 진 우도 남측의 해역의 지형변화 특성의 상관관계를 분석한 결과를 제시한 바 있다. 또한 최근에는 항 공사진촬영 및 위성영상을 이용한 분석이 활발히 진행되고 있다. Kim et al.[15]은 항공사진 조사 결과를 이용하여 낙동강 하구 지역의 사주 지형 변화율을 분석하였으며, Jung et al.[16]은 낙동강 하구지역 울타리 섬들의 해안선 변화율을 항공사진 과 SPOT-5 위성영상을 융합하여 분석하기도 하였 다. Park et al.[17]은 낙동강 하구 지역의 도요등 을 대상으로 비디오 모니터링 시스템을 활용하여 하구 사주변화 모니터링을 수행한 바 있다.. 그리 고 Kim et al.[18]은 항공사진을 활용하여 낙동강 하구 사주 지형의 해안선 변화율에 대한 분석을 수행하였다. 국외 연구의 경우 육지 주변의 연안지 역에서 해안선의 변화를 조사하기 위해 항공사진, 인공위성 영상 등을 활용한 원격탐사 기법을 사용 하여 변화를 분석하는 연구들이 다수 수행되고 있 다[19]. 하지만 위성영상을 활용한 원격탐사 자료 를 이용한 연안의 지형변화 분석은 넓은 범위의 자료를 쉽게 획득할 수 있는 장점은 있지만 직접 적인 지형조사에 비해 상대적으로 정밀도가 떨어지는 단점이 있다. 환경적 인자와 하구지역 지형변화 와의 상관성 분석에 관한 연구도 진행되었는데, Jeon et al.[19]은 낙동강 하구지역의 지형 형성 및 변화가 발생되는 현상에 대해 표층 표사 이동 량이 미치는 영향을 분석하는 연구를 수행하였으 며, Jang and Kim[21]은 낙동강 하구에서의 해수 의 순환을 분석하여 해양환경 변화 경향을 분석하 였다. 또한 Kim and Kim[22]은 환경적 인자인 하 구둑 방류량과 기상 요인이 하구 지역의 지형변화 에 미치는 영향에 대한 분석을 연구한 바 있다.

이에 본 연구에서는 낙동강 하구 지역에서 2018년부터 2022년까지 취득한 해저지형 자료와 낙동강 하구둑 수문 방류량과 부유사 유출량, 강 우량 자료를 통하여 지형변화 양상을 상관관계를 확인하고, 계절적 영향으로 인한 특징까지 복합적 으로 비교분석 하고자 한다.

2. 대상지역 및 수행방법

2.1 연구지역

연구지역은 한반도 남동쪽에 위치한 낙동강 하 구 지역으로 Fig. 1과 같다. 연구지역은 낙동강의 상류의 지류로부터 유입된 많은 부유물이 유하하 여 하류로 내려오다가 유속이 느려져 퇴적물이 퇴 적되어 해안선과 평행한 다수의 사주가 발달되어 있는 지역이다. 낙동강 하구 지역의 사주 지형은 내륙으로부터의 강수 유출을 비롯하여 외해로부터 의 파랑과 조류현상 뿐만 아니라 강력한 외력이 영향을 미치는 태풍 등에 의해 지속적으로 변화하 고 재분포되어 평형을 이루고 있다.

Fig. 1 Satellite image of the Nak-dong river estuary

2.2 연구방법

본 연구의 해저지형 조사를 수행하기 위해 SonarTech社의 Echo Sounder를 활용하여 조사를 수행하였으며, 그 제원은 Table 1과 같다. 오차를 소거하기 위해 음속도 보정은 Bar-check를 활용하였 으며, 에코사운더의 트랜스듀서(송수파기) 위치를 보 정하여 분석하였다. 가덕도 조위관측소의 조위자료(국 립해양조사원)를 활용하여 가덕도 기준면으로 환산하 여 분석자료로 활용하였다. 해상의 수평 위치는 Trimble 사의 DGPS (Differential Global Positioning System)를 사용하여 UTM (Universal Transverse Mercator) 좌표계로 위치를 결정하였다.

해저지형 조사는 2018년부터 하반기(10월)부터 2022년 하반기(10월)까지(상반기; 4월, 하반기; 10 월) 총 9회에 걸쳐 현장에서 취득한 자료를 활용하였으며, 조사 시점 및 일정은 Table 2와 같다.

Table 1. The Spec. of echo sounder used for this study

Fig. 2 Trends of bathymetric changes in the study area (Oct. 2018 ∼ Oct. 2022)

Table 2. The survey periods of this study

3. 자료분석

3.1 사주지형 외측 해저지형

낙동강 하구지역에 위치하고 있는 울타리섬 남 측해역 전체 연구지역의 최대수심은 약 9.5m로 확인되었으며, 이는 조사 시기에 관계없이 거의 일정하게 나타났다. 연구지역 전체 수심의 범위는 가덕도 조위관측소 기준(D.L. 0m)으로 (+)1.9m∼ (-)9.5m 범위를 보이고 있는 것으로 나타났다. 2018년 10월부터 2022년 10월까지 각 시기별 조 사해역의 등수심도는 Fig. 2와 같다.

3.2 협수로 구간 해저지형 변화

조사 지역 수로부의 침식 및 퇴적 경향을 분석 하기 위하여 Fig. 3과 같이 Area A부터 D까지 4 개의 영역으로 나누어 분석하였다.

Table 3과 같이 각 조사영역에서 남북(수직), 동서(수평) 100m 간격으로 3개∼5개의 정선을 설정하였다. Fig. 3의 협수로 영역을 확대하여 Fig. 4 에 나타내었다.

눌차도와 진우도 사이의 수로 지역인 Area A 지역은 부산신항의 연결잔교 통수로, 녹산산업단 지 송정천을 비롯해 신호항의 유출 수로가 합류되 어 유출되는 지역으로 수로의 폭이 좁아지며 내측 으로 부터의 담수 유출과 외해에서의 유입이 일어 나는 수로 지역으로 지속적인 지형 변화가 발생하 는 지역이다. Area B 지역은 진우도와 신자도 사 이의 협수로 구간으로 선박의 통항이 많은 곳이 다. Area C 지역은 신자도와 도요등 사이의 협수 로 구간이며, Area D 지역은 도요등과 다대포 사 이의 협수로 구간으로 두 지역 모두 낙동강 하구 둑 유출의 영향을 가장 많이 받는 지역이라 할 수 있다. 낙동강의 본류가 유출되는 수로이며, 낙동강하구 지역 중 가장 많은 담수가 유출되는 지역이 다. 그 중 Area C 지역이 낙동강 방류에 의한 유 출의 영향이 가장 크다. 또한 Area D 지역 역시 신평 장림산업단지를 따라 다대포 해수욕장으로 이어지는 수로 폭은 좁지만 유출수에 의한 영향을 받는 수로라 할 수 있다.

Fig. 3 Survey areas for narrow channel analysis

Table 3. Survey line by study area

Fig. 4 Bathymetric changes by line in survey areas(Oct. 2018 ∼ Oct. 2022)

조사구역에서 시기에 따라 침식과 퇴적 현상이 반복적으로 발생하는 것으로 보인다. 갈수기 이후 인 4월 취득한 지형자료에서는 침식 경향, 홍수기 이후인 10월 자료에서는 퇴적 경향이 반복되어 나타나는 것을 확인할 수 있다. Area B 지역에서 는 수로의 방향이 반시계 방향으로 이동 경향을 보인다. 서낙동강의 주 수로인 이 지역은 담수의 유출과 외해 파랑의 힘 등으로 인한 복합적인 영 향이 침식과 퇴적 작용에 영향을 미치고 있으며, 이는 시기에 따라 반복적으로 나타나고 있다. 특 히 서낙동강에서 유출되는 담수에 의해 내륙으로 부터 부유사가 수송되다가 유속이 느린 지역에서 일부는 퇴적되고 이와는 반대로 상대적으로 유속 이 빠른 지역에서는 침식되는 경향이 두드러지게 나타나는데, 이러한 경향은 태풍이 한반도에 영향 을 미칠 경우에는 강우 및 파랑 등 외력에 의해 더욱 강해지는 지역이다. Area C, D 지역의 정선 을 분석한 결과 Area C 지역에서 도요등 지역에 서 침식 경향을 보이고 있는 것으로 나타났다. 이 는 낙동강 방류수의 영향으로 보이며, 수로의 방 향이 북동쪽으로 이동하는 양상을 보인다. 앞서 언급한 바와 같이 조사 시기에 따라 상반기 침식 되고, 하반기 퇴적되는 계절적 경향이 반복적으로 발생할 뿐만 아니라 2020년 집중호우를 비롯하여 1개월 이상의 긴 장마로 인한 방류수가 증가되고, 이로 인해 낙동강 하구 주 수로 부분에서 동쪽 부 분(도요등)은 침식되는 경향을 나타내고 있다. 외 해인 남쪽 부근은 최대 수심 9.5m로 큰 변화없으 나, 대체로 동쪽 지역인 도요등 부근에서 침식현상이 나타났으며, 수로폭이 넓어지는 경향이 나타 났다. 그러한 경향은 Area D지역에서도 나타나고 있는 것으로 확인되었다. Area C, D지역의 경우 다른 시기와는 다른 경향을 확인할 수 있었는데 2020년 하반기에 퇴적현상 보다 침식현상이 크게 나타나고 있는 것으로 확인되었다. 이는 2020년 하구둑 방류수가 증가하고, 태풍 등에 의한 외력 의 작용으로 변화된 것으로 판단된다.

3.3 낙동강 하구둑 방류량

일반적으로 하구 지역은 하천수의 유출이 해저 지형을 변화시키는 가장 큰 영향이라 할 수 있다. 담수의 유출은 부유사의 공급 뿐만 아니라 다양한 수리학적 요인으로 의해 침식과 퇴적 현상이 발생 한다. 또한 하구 지역은 담수와 해수가 만나는 기 수(汽水) 지역이므로 담수와 해수의 밀도 차이로 의해 부유사 이동에 영향을 미칠 수 있다. 그 뿐 만 아니라 조석과 파랑, 태풍 등 기상요인과 외력 에 의해 지형이 변화한다고 할 수 있다.

본 연구지역은 낙동강 하구둑의 방류와 외해 파랑의 영향이 복합적으로 작용하여 지형이 침식 과 퇴적이 반복적으로 나타나는 것으로 보이며, 시기에 따라 침식과 퇴적이 반복적으로 발생하지 만, 어느 한 방향의 경향을 보이지는 않고 있는 것으로 보인다. 특히 낙동강 하구둑의 방류에 직 접적인 영향을 받는 지역인 Area C지역의 경우 하단 방향의 유출수와 명지 방향의 유출수가 합류 하여 외해로 유출되는 수로이며, 해저지형의 경우 침식과 퇴적현상이 반복적으로 나타나고 있는 지 역으로 확인되었다.

Fig. 5는 낙동강 하구둑 방류량과 Fig. 6은 부 유사 유출량, 그리고 Fig. 7은 부산지역의 강우량을 나타낸 자료이다. 한국수자원공사[23]는 낙동강 하구둑의 방류량과 부유사 유출량을 상시 관측하고 있으며, 분석을 위한 자료로 활용하였다. 또한 부 산지역 강우량 자료는 날씨 관측소(기상청)[24]에 서 취득한 자료를 활용하였다. 낙동강 유역 중 연 구지역 인근의 영향을 미칠 수 있는 지역인 부산 관측소, 김해관측소, 양산관측소에서 취득한 자료 의 단순 평균값을 분석 자료로 활용하였다.

Fig. 5 Average daily Discharge by Semi-annual data for the duration of the study(K-WATER)

Fig. 6 Average daily Suspended Sediments by Semi-annual data for the duration of the study(K-WATER)

Fig. 7 Total Precipitation by Semi-annual data for the duration of the study(KMA)

2018년 5월부터 2022년 10월까지의 자료를 대 상으로 반기별 자료로 나누어 나타내었다. 상반기 자료는 전년 11월부터 4월까지의 6개월 자료를, 하반기 자료는 5월부터 10월까지 자료를 상·하반 기로 나누어 반기별 자료로 구분하여 분석자료로 활용하였다. 이는 해저지형 조사를 수행한 시기와 비교하기 위하여 조사시기인 4월을 상반기, 10월 을 하반기로 구분하였다.

기상청의 강우량과 비교해보면 강우량이 증감함 에 따라 방류량과 부유사 유출량은 함께 증감하고 있는 것을 확인할 수 있다. 강우량이 증가하여 낙 동강으로 유입되는 유입량이 증가하게 되고, 증가 된 담수는 유출량의 증가와 관련지어 설명할 수 있다. 하지만 Fig. 5, Fig. 6의 자료를 확인한 결과 방류량이 증가함에 따라 부유사 유출량도 함께 증 가하는 경향은 나타났지만, 2018년, 2019년, 2021 년, 2022년 하반기에 비하여 2020년 하반기 방류 량이 약 3배 증가하였으나, 부유사 유출량은 오히 려 적은 양이 유출된 것으로 나타났다. 계절적인 영향으로 인해 방류량, 부유사 유출량을 비롯해 강 우량 모두 상반기(11월에서 4월) 감소하고, 하반기 (5월에서 11월)에 증가의 경향은 뚜렷하게 확인되 지만 방류량의 증가에 따라 부유사 유출량이 비례 하여 증가하지 않는 것으로 확인되었다.

낙동강 하구둑의 평균 방류량은 2020년 하반기 예년 같은 기간에 비해 약 2.6배 증가한 양으로 2020년 하계 발생한 긴 장마와 집중호우로 인해 방 류량이 증가하였고, 방류량 증가에 따라 하구 지역의 지형 변화에 영향을 미친 것으로 추정할 수 있다. 해저지형 조사 자료와 비교한 결과 2020년 하반기 자 료를 제외한 전 조사시기에서 하구둑에서 방류되는 수로를 따라 도요등 부분은 상반기 침식, 하반기 퇴 적되는 경향이 뚜렷이 나타났다. 하지만 2020년 하 반기 분석 결과 수로의 서쪽인 신자도 지역에서 퇴 적이 아닌 상당량이 침식된 것으로 나타났다.

하구 지역의 지형변화에 큰 영향을 미칠 수 있 는 요인은 하구둑의 방류량 뿐만 아니라 파랑이나 조석을 비롯해 태풍도 큰 영향을 미칠 수 있는 환 경적 요인이라 할 수 있다. 최근 발생한 태풍의 큰 특징은 한반도에 영향을 미치는 강한 태풍이 많이 발생한다는 것이다. 이는 태풍이 지나가고 원상태로 복원되기 전에 다시 강력한 태풍이 영향 을 미치고 외력이 작용하게 되어 태풍의 영향이 누적되는 것으로 보인다. 따라서 하구 지역의 지 형변화는 집중호우 및 장기간의 장마로 인한 방류 량이 급격히 증가하고 한반도에 영향을 미친 태풍 에 의해 퇴적 경향을 보여야 하는 시기에 침식 현 상의 지형 변화가 발생한 것으로 판단된다.

4. 결 론

본 연구에서는 낙동강 하구 지역을 대상으로 해 저 지형조사를 수행하고, 낙동강 하구둑 수문자료인 방류량, 부유사 유출량을 비롯해 기상청의 강우량 자료를 시기별로 9회의 자료를 복합적으로 분석하 여 낙동강 하구역 해저 지형 및 사주 지형 변화에 영향을 미치는 요인에 대하여 분석 및 확인하였다.

그 결과 낙동강 하구둑의 방류로 인한 담수 유 출과 외해 파랑의 내습 등 외력이 복합적으로 영 향을 미친 것으로 확인되었다. 대부분의 시기에서 상반기 침식과 하반기 퇴적이 반복적으로 나타나는 것으로 확인되었다. 하지만 조사기간 중 2020년 하반기 자료에서 대량의 침식현상을 확인할 수 있었다. 2020년 하계에 발생한 긴 장마와 다수의 집 중호우로 인하여 방류량이 다른 시기에 비하여 약 3배 증가하였으며, 방류량 증가와 부유사 유출량이 비례하여 증가하는 것이 아니라는 것을 확인하였으 며, 그로 인해 퇴적되는 효과에 비해 방류량이 급 격히 증가하여 담수의 유출로 인한 밀어내는 힘이 강하여 수로 부분이 침식된 것으로 판단된다. 따라 서 협수로 부근은 크게 확장되어 있는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 경향은 하구둑의 방류량이 증가하면서 유출이 증가하게 되고, 이와 더불어 동 일한 시기에 발생한 태풍에 의한 영향도 복합적으 로 작용 되었을 것으로 판단된다. 2020년 하반기 낙동강 하구 지역의 지형변화는 하구둑 방류수가 급격한 증가한 현상과 더불어 태풍에 의한 외력이 복합적으로 작용되어 형성된 지형으로 판단된다.

본 연구지역은 사회적, 환경적 관심도가 높은 지역으로 지속적이고 주기적인 현장 조사가 필요한 지역이라 할 수 있다. 향후 가덕도 신공항 공사를 비롯하여 대규모의 해상공사가 예상되는 지역으로 하구지역의 보존 및 개발의 공존을 위해 지속적인 연구가 수행될 필요가 있는 지역이라 할 수 있다. 이를 위해 직접적인 해저지형조사는 필수적인 조사 라 할 수 있으며, 하구둑의 방류량을 비롯한 기상 인자가 하구지역의 해저 지형의 변화에 미치는 영 향을 분석할 필요가 있다. 또한 수치모형 및 수리 모형 실험과 해저 지형조사 자료의 융합 분석을 통한 장기적 연구가 필요하다고 할 수 있다.

감사의 글

이 논문은 2022년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업 임(No. 2022R1I1A3066000).