포트홀로 대표되는 기반암 하상에 발달하는 다양한 침식 지형은 전문 연구자들의 연구 대상일 뿐만 아니라 일반인들에게 지형학의 학문적 중요성을 인식하게 하는 중요한 대상이다. 본 고에서는 우리나라에서 이뤄진 기반암 하상에 발달하는 지형들에 대한 연구들의 내용을 정리하고 소개하여 현황을 파악하고자 한다. 또한 기반암 하상지형의 발달과 관련된 공동현상, 굴식, 수문쐐기, 퇴적물 입자에 의한 마식 등과 같은 프로세스들과 관련된 지형들을 정리하여 소개하고자 한다. 최근에 해외 학계에서 논의되는 퍼로우, 플루트, 러넬 등과 같은 하상 지형의 특성과 형성 과정을 소개하고자 한다. 이러한 지형들은 풍화 기원의 지형들과 명확히 구분되어야 할 것으로 보인다. 또한 앞으로 우리나라의 기반암 하상 미지형 연구가 집중해야 할 과제인 하천 지형 침식 과정에 대한 기능지형학적 연구와 실험 연구의 중요성을 강조하였다. 또한 우주기원핵종을 이용한 침식률의 직접 추정과 같은 앞으로의 연구 방향을 제시하였다.
충적하천은 환경 변화에 따라 하천의 형태가 변화하고, 흐름 또한 변화하는 특성을 지닌다. 내성천은 대표적인 충적하천으로 최근 하도내 사주에 식생이 활착되고 육상화가 진행됨에 따라 식생사주 영역은 증가하고 흐름부의 하폭은 전체 하폭대비 매우 좁아진 상태이다. 따라서 하도내 흐름특성이 변화하여 저평수시 유속이 증가하고 지속적으로 하상침식이 발생하고 있다. 본 연구에서는 내성천에 위치하는 조제, 월포, 향석 관측소의 최근 10년간 강수량 및 수위자료 검토와 각 관측소 위치의 항공사진에 의한 하도내 식생활착 진행과정과 단면측량 자료를 바탕으로 횡단면 침퇴적 변화율을 검토하였다. 또한, 식생활착 및 하상침식의 영향이 수위-평균유속과 수위-유량관계의 변화 양상을 검토하였다. 검토결과 현재까지 내성천의 식생활착 및 하상침식의 원인은 지난 5년간 적은 강수량 영향으로 홍수시 하상소류력이 감소하여 흐름특성이 변화한 것이 주된 요인으로 판단된다.
두만강 하류의 사구는 주로 북서계절풍의 영향을 받아 겨울철 풍향과 일치하는 방향성을 나타내고 있다. 사구가 발달한 지역의 인근 두만강 하상에는 사질성의 사주와 하중도가 형성되어 있다. 단면기술과 입도특성분석으로 볼 때 연구지역 사구의 형성과정은 퇴적환경에 따라 두 종류로 나눌 수 있다. 첫째, 회룡봉, 경신-원정 및 두만강변 사구는 두만강이 운반해온 충적물이 하상에 퇴적되고, 다시 바람에 의해 인근의 사주단, 단구면과 보다 고도가 높은 침식 구릉지 등에서 퇴적된 것이다. 둘째, 방천-노동자지역에서의 이동사구는 첫 번째 유형과 유사하게 형성되었지만, 정착 사구는 수중환경에서 퇴적된 것으로 사료된다.
기반암 하상의 침식현상은 지형발달의 1차적인 통제 요소이다. 그러나 기반암 침식과정에 대한 연구는 오랜 시간 동안 지체되어 왔다. 이러한 지체는 실험하도에서의 결과를 기반암 하천에 적용시키는데 있어서의 스케일링 문제 등에 기인한다. 기반암 하상에 대한 침식 통제 변수에 대한 조사의 일환으로 마식과정에 대한 물리적 실험에서의 기반암면의 변화 과정이 연구되었다. 18개의 기반암 시료들이 다양한 퇴적물 양과 퇴적물 입자 크기에 의해서 마식되었다. 3차원적인 기반암면의 변화는 고해상도 3차원 스캐너를 이용하여 기록되었다. 기반암 시료의 표면 변화를 파악하기 위하여 다양한 방식을 사용하였으나, 거칠기의 변화와 기반암면의 전반적인 변화를 단일한 방식으로 나타낼 수 있는 방식은 파악되지 않았다. 음영기복도와 기복도에 의하면 마식은 횡단면 곡선상의 중심부와 종단면 곡선상의 상부와 하부 말단에서 시작되어 성장하는 것이 일반적인 경향으로 나타났다. 표면의 전반적인 형상에 있어서는 앞서 지적한 마식의 공간적 분포의 영향으로 종단면에 있어서는 평탄화가 나타났다. 횡단면의 경우 기울기가 증가하는 것이 우세하였다. 표면의 거칠기 정도는 일반적인 경향을 발견하기 어려웠으며, 일반적으로 추정되어진 마식에 따른 거칠기 감소가 나타나지는 않았으며, 암석에 따라서 서로 다른 결과가 나타났다. 주사전자현미경(SEM)을 이용한 분석에 의하면 기반암의 일반적인 특성보다는 조암 광물의 미세구조(microstructure)가 마식의 공간적인 유형과 거칠기 변화에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
최근 기후변화의 영향으로 단기간동안 높은 강우강도의 집중호우 빈도가 증가하고 있어 토양침식의 위험도가 증가할 것으로 보고 있다. 국내에서 적용하고 있는 토양침식 산정기법은 유역에서 발생하는 연 평균 토양침식을 예측하고 단기간에 발생하는 특별한 호우사상의 특징을 고려하여 침식을 예측하는 데 한계를 지니고 있다. 따라서 단기간에 발생하는 토양침식을 보다 합리적으로 해석하기 위해서는 단기 호우사상의 특징을 반영하고 침식과정을 물리적으로 해석할 수 있는 모형을 적용할 필요가 있다. 본 연구에서는 단기호우사상에 의한 토양침식을 산정하기 위하여 강우강도별 강우입자분포자료를 수집하였고 확률밀도함수를 적용하여 멱함수 형태의 강우운동에너지 산정공식을 제안하였다. 제안한 강우에너지 산정공식을 물리적 기반의 토양침식 모델에 적용하여 천천유역에서 발생한 2002년 2003년, 2007년 태풍 호우사상에 적용하였다. 그 결과, NSE는 0.036 증가하였고 RMSE는 4.995 ppm 감소한 결과를 보여 제안된 강우에너지 산정공식을 적용한 모형이 단기호우사상에 의한 유사유출을 잘 모의하는 것으로 나타났다.
파주 금파리 구석기 유적에서 드러난 구덩이 유구들은 타원형이거나 약간 불규칙하 기는 하지만 타원형 또는 불규칙한 평면모양을 하고 있고 내부에 호소성 퇴적물이 보이는 경우도 있다. 그런데 내부에서 구석기 유물들이 집중 출토되어 주목된다. 이유구의 형성요인 은 현재로서 정확하지는 않지만 흐르는 물에 의해 침식이 된 흔적 거대한 나무가 쓰러지면 서 생긴 구덩이 그리고 인위적인 가공등을 들수 있는데 현재로서는 자연적으로 형성되었을 가능성이 가장 많지만 인위적인 변형이나 이용가능성을 전혀 배제 할 수는 없다. 여하간에 이러한 작업가설들 모두가 아직은 검증되지 못한 단계로 앞으로 이러한 현상에 대한 직접관 찰을 반복함으로써 설명될수 있을것으로 보이며 구덩이의 형성과정의 복원과 함께 이러한 구덩이가생길 수 있는 기후 및 지질환경의 복원은 구석기인들이 생활을 복원하는데 주용한 시사를 할 것으로 생각된다.
해양환경과 기상연구 거점으로서의 중요성에도 불구하고, 수중에 잠긴 화산섬, 이어도의 퇴적물과 해양지질학적 연구는 부족하다. 이 연구의 목적은 이어도 해저에 분포하는 퇴적물의 종류와 분포양상, 그리고 그 퇴적물의 기원지를 밝히는 것이다. 이를 위해 이어도와 그 주변에서 박스코어러를 사용하여 25점의 표층퇴적물을 획득하였으며, 퇴적물 입도분석과 XRD 점토광물 분석을 수행하였다. 이어도의 정봉은 북부에 존재하며, 남부는 파식대지가 나타난다. 따라서 화산체의 남부는 파랑에 의한 침식작용으로 사라지고, 북부에 일부만 살아남은 것으로 해석된다. 입도분석결과, 패각과 산호편을 포함하는 자갈과 모래 퇴적물은 이어도 화산체와 파식대지에 주로 분포하며, 니질 퇴적물은 이어도 주변해역의 깊은 곳에 나타난다. 점토광물은 일라이트가 대부분을 차지하며, 녹니석과 카올리나이트 순으로 풍부하다. 삼각도표에 도시한 결과, 세립질 퇴적물은 모두 양쯔강(장강) 기원 영역에 도시되었다. 결과적으로 조립질의 자갈과 모래 퇴적물은 이어도 화산체의 풍화침식의 산물과 서식 생물의 골격, 껍질로서 운반과 퇴적과정에서 파랑이 주요한 역할을 한 것으로 해석되며, 반면에 세립질 퇴적물은 여름철 장강으로부터 이어도 해역으로 유입된 것으로 보인다. 이와 같이, 이어도의 퇴적작용은 여름철 장강 유입수와 태풍의 영향이 큰 것으로 해석된다.
양빈이 수행된 해빈의 침식률 산정을 위한 물리기반 해빈 지형모형이 제시되었다. 동수역학 모형은 OpenFOAM에 기반 한 tool box인 IHFOAM으로 구성되며, Morphology 모형은 부유사를 대상으로 한 이송확산방정식, 소류사 이송을 포함한 표사 수지 개념으로부터 유도된 Exner 식으로 구성하였다. 표사 이송여부, 부유사 농도저면 경계치, 소류사 이송률 산출과정에는 Shields Diagram, 삼차원 수치 모의된 유동계 정보로부터 직접 산출된 저면 전단응력이 활용된다. 본 논문에서 제시된 지형 모형을 검증하기 위해, 경사가 1/6인 단조 해안에서의 천수과정, 쇄파과정, 이에 따른 저면 변화를 수치 모의하였다. 모의결과 비선형 천수과정에서 예상되는 왜곡되고 왜도된 저면전단응력이 비교적 정확히 모의되었다. 또한 전빈에서 진행되는 쇄파로 인해 부유되고 침식된 표사가 up-rush에 의해 후빈으로 이동되어 형성되는 swash bar와 up-rush 정점에서 방향을 바꾸어 먼 바다 방향으로 진행되는 back-wash에 의해 쓸려간 표사가 수심증가에 따라 back-wash 흐름 강도가 약해지면서 퇴적하여 형성되는 breaker bar가 성공적으로 모의되는 것을 확인할 수 있었다.
황해 남동 이질대 51정점(북부 25정점, 남부 25정점)에서 채취된 표층퇴적물과 황해로 유입되는 하천퇴적물 30정점에 대해서 반정량 X선회절분석법에 의하여 점토광물의 상대조성을 구하였으며 일라이트의 광물학적 특성에 대해서도 조사하였다. 점토광물 조성은 일라이트(61~75%), 녹니석(14~24%), 카올리나이트(9~14%), 스멕타이트(1~7%) 순으로 존재한다. 황해 남동 이질대의 북부 지역에서 카올리나이트 함량이 약간 높고, 스멕타이트 함량이 낮은 점을 제외하면, 북부와 남부 지역에서 점토광물 조성은 특별한 차이가 없다. 스멕타이트 함량은 일라이트 함량과 대체적으로 음의 상관관계를 가진다. 일라이트의 광물학적 특징들인 일라이트 결정도(0.18~0.24 ${\Delta}^{\circ}2{\theta}$) 역시 북부와 남부 사이에 차이가 없으며, 매우 좁은 범위 내에 속한다. 이번 연구 결과는 황해 남동 이질대의 북부와 남부 퇴적물은 점토광물조성과 일라이트 특성이 거의 유사함을 지시한다. 황해 남동 이질대 퇴적물은 중국의 황하퇴적물보다 한국의 하천퇴적물과 유사한 특성을 가지지만, 추후 양쯔강 퇴적물을 포함한 조사가 필요할 것으로 판단된다. 점토광물 조성으로부터 황해 남동 이질대 퇴적물은 한국 서해안으로 유입되는 하천으로부터 매우 많은 양이 유래한 것으로 판단된다. 황해 남동 이질대의 매우 많은 퇴적물 공급량과 높은 퇴적 속도는 퇴적물들의 침식과 재동에 의한 것으로 간주된다. 황해 남동 이질대 주변의 조류와 지역적인 해류가 이 지역의 침식과 퇴적 과정에 중요한 영향을 미친 것으로 판단된다.
본 연구는 금강하구에서 인공구조물 축조로 인해 야기된 수심 변화의 시 공간분포 특성을 평가하고자 한다. $1979{\sim}2004$년 해도로부터 수심 데이타를 추출하여 GIS환경에서 퇴적층의 변화추세가 평가되었다. 하구둑 전면과 장항항-군산내항 사이의 공사중인 인공섬 북측, 개야수로 일부, 대죽사주 등 대부분의 연구지역에서 1979년에 비해 2m이상 퇴적층이 쌓이면서 수심이 얕아진 경향이 나타나 하구역이 점점 더 퇴적작용이 우세한 환경으로 변이되는 것이 확인된다. 하구둑-군산내항 수역에서 수심이 얕아진 지역이 79%, 깊어진 지역이 21%로 이 구간의 퇴적양상이 가장 문제가 되고 있다. 하구둑을 통한 하천수의 유출이 진행되는 방향에 위치하는 군산내항을 거쳐 개야수로에 이르는 하구 내측에 퇴적이 집중되고 있어 하구둑의 건설 이후에도 하천으로부터 퇴적물 공급이 완전하게 차단되지 않고 하천유로를 통해 지속적으로 공급되는 것을 확인할 수 있었다. 이 연구는 하구 둑이 건설된 이후 연구지역에서 전체적으로 침식보다는 퇴적 작용이 우세하다는 기존의 연구에서 나아가 인공구조물과 연계되어 퇴적과정이 활성화되는 지역과 그렇지 못한 지역의 공간적 변이를 규명하였다. 결국 GIS 기반의 수심환경 평가가 기존의 미시적 인 데이터에 의거한 퇴적환경 연구결과를 객관화하고 정량적인 근거를 제시하는 도구로 활용될 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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