낙동강 하구로부터 약 70km 떨어진 창녕 비봉리 신석기시대 유적에서 목선, 패각층, 도토리 구덩이 등 해양과 관련된 유구와 유물이 출토되었다. 유적의 발굴 과정에서 출토된 도토리 구덩이와 패각층의 특성, 퇴적상, 연대측정 및 규조분석 결과를 바탕으로 해수면변동 곡선을 복원하였다. 패각층과 도토리구덩이는 해수의 영향을 받은 유적지 유구로서 신석기 초기동안 지속적으로 조성되었으므로 해수면에 대한 정보를 제공한다. 퇴적상은 기반암, 기저역층, Holocene 충적층(해성층, 육성층, 배후습지성 퇴적층)으로 구분된다. Holocene 중기 동안 해수면은 상승과 하강을 반복하였으며, 울산 세죽리와 경기도 평택의 해수면변동 경향과 조화를 이룬다. 비봉리 지역의 해수면은 Holocene 중기인 7,000년 BP 경 현재 수준에 도달했으며, 5,000년 BP 경 김해지역의 현재 평균고조위보다 약 1m 정도 높았고, 4,000년 BP까지 안정된 상태를 유지하였다.
국립해양조사원 39개소 조위관측소의 후빙기조륙운동(Glacial Isostatic Adjustment, GIA)에 의한 지각변동 속도를 ICE-3G와 ICE-5G 모델로 예측하였다. 또한 위도 $32^{\circ}-38.5^{\circ}N$, 경도 $124^{\circ}-132^{\circ}E$ 범위의 한반도 지역을 $0.5^{\circ}{\times}0.5^{\circ}$ 격자로 분할하고 각 격자점에서의 GIA 지각변동 속도를 계산하였다. 그 결과 ICE-3G 모델의 경우 한반도 GIA 수직 지각변동은 평균 0.33 mm/yr이고, ICE-5G 모델의 경우 평균 1.21 mm/yr의 속도로 지각변위가 발생하는 것으로 나타났다. 최신 Ice model인 ICE-5G 모델을 사용할 경우 한반도에서도 약 1 mm/yr 이상의 비교적 높은 GIA 수직 지각변동이 발생하므로 절대해수면 변동을 산정하기 위해서 GIA에 의한 수직변위를 보정해야 함을 확인하였다. 따라서 국립해양조사원에서 제공하는 13개 조위관측소의 상대해수면 변동률에서 ICE-5G 모델에 의한 GIA 지각변동 속도를 보정하여 절대해수면 변동률을 결정하였다. 절대해수면 상승속도를 분석한 결과 GIA 지각변동 속도를 보정한 절대해수면 변동률은 한반도 해역에서 평균 5.04 mm/yr의 상승속도를 나타냈으며, 제주 해역은 평균 8.84 mm/yr로 다른 해역보다 높은 이상 상승률을 나타냈다.
혼합층(Mixed layer)은 온도가 일정한 수심층으로, 해수표면에 작용하는 바람의 영향으로 인하여 해수가 위아래로 섞여 형성된다. 이러한 혼합층은 영양염의 순환과 산소의 공급 등과 함께 일차생산량을 결정하는 중요한 요인이 될 수 있으며 혼합층 두께의 변동은 양식 산업에 영향을 미칠 수 있다. 최근에는 기후변화로 인한 해수면 상승 및 해수온 상승 등이 지속되고 있으며, 이러한 현상은 해양생태계의 변화를 초래하여 수산업의 피해를 유발할 수 있다(강원연구원, 2017). 이에 국립수산과학원, 기상청, 국립해양조사원 등 유관기관에서는 정선해양 수온 관측 및 해수순환모델을 이용하여 혼합층의 분석을 수행하고 있으나 격자 구축 및 초기·경계장 설정의 한계가 존재하여 정밀하고 정확한 혼합층 분석에는 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 비정형격자를 사용하여 격자 구축에 제약이 없는 SCHISM (Semi-implicit Cross-scale Hydroscience Integrated System Model)을 이용하여 우리나라 연안해역의 계절변화 및 기후변동성에 따른 혼합층 두께의 변화를 검토하고자 한다. 연구대상지는 서해·동해·남해를 포함한 우리나라 전체 연안 해역(위도: 32°N ~ 39°N, 경도: 124°E ~ 132°E)으로 선정하였으며, 격자크기 100 ~ 3,000 m인 삼각격자로 격자를 구축하였다. 혼합층을 분석하기 위하여 수직격자 층은 50층으로 SZ(Sigma Z coordinate system)좌표계를 사용하였다. 초기·경계장은 FES(Finite Element Solution)2014, HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model) 및 대기모델 결과를 이용하여 설정하였다. 수치모형 검증을 위하여 수온관측소에서 수심별 측정한 수온 값과 SCHISM 결과 값을 비교하였고, 상대오차가 약 10% 이내로 나타나 모형의 정확도를 확인하였다. 최종적으로 해수면 상승 및 해수온 상승 시나리오를 고려하여 계절별 연안해역의 혼합층 두께의 변화 양상에 대하여 검토하였다. 향후에는 보다 정밀한 대기모델과의 혼합모형 구축 및 다양한 수심 별 관측자료를 활용한다면 실무에서 적용 가능한 혼합층 분석 및 수산업 피해 발생 지역에 대한 피해저감 대책 수립이 가능할 것으로 판단된다.
전라남도는 연안지역은 농업활동과 상수도의 미보급으로 인하여 지하수에 크게 의존하고 있다. 지하수의 과다사용은 지하수위 저하를 일으키며 그로 인한 해수침투가 발생할 가능성이 매우 높다. 따라서 지하수 사용에 따른 해수침투 관리가 매우 필요한 지역이다. 전라남도 무안군의 연안암반대수층에서 측정된 EC 자료를 이용하여 해안가 대수층에 적합한 시계열 모형을 구축하고, 해수침투의 지표인 EC를 예측하고자 시계열 분석을 수행하였다. 1년 이상 측정한 EC 시계열 자료는 짧은 주기적인 변동과 함께 추세적으로 증가하는 비정상 시계열의 특성을 보였다. 시계열 분석을 통해 시계열 모형 식별 결과 ARIMA 모형과 계절적인 요인을 고려 할 수 있는 SARIMA 모형 이 적합한 것으로 나타났다. 하지만 두 모형 적용한 결과, EC의 주기적인 변동으로 인해 ARIMA보다는 EC 자료의 변동 특성을 잘 반영한 SARIMA 모형이 예측에 있어서 유리한 것으로 나타났다. 위와 같이 시계열 분석은 암반 대수층에서 해수침투로 인한 EC의 변화를 예측하는데 있어 유용한 것으로 나타났다.
우리나라 연안의 평균해면이 증가하고 있다는 주장과 고극조위, 저극조위가 증가(또는 변동)하고 있다는 주장이 제기되고 있으나, 연구자가 사용한 자료의 기간 및 분석 방법 등에 차이가 있고, 결측자료(missing data) 및 이상자료(outlier) 등을 처리한 방법이 서로 차이가 있기 때문에 전체적으로 또는 부분적으로 분석결과가 차이를 보일 수 있다. 또한 추세분석에서는 통계적인 신뢰수준에 대한 검정과정 없이 단순하게 선형회귀곡선식을 이용하여 기울기의 부호만으로 증가 감소를 판단하는 경우도 있다. 그러나 추세분석은 최적의 추세곡선을 찾아내는 것 이전에 추세의 유무를 통계적인 신뢰수준을 기준으로 검정하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 추세분석의 필수과정인 추세검정(추세가 있는가? 없는가?)을 Mann-Kendall 방법을 이용하여 우리나라 전 연안 조위관측소의 평균해수면 및 고극조위, 저극조위 자료에 대하여 수행하였다. 추세검정 결과를 다음과 같이 도출할 수 있었다. 평균해수면은 95% 유의수준으로 분석에 포함된 전체 30개 검조소 중 대산, 보령, 군산, 목포, 통영, 거문도, 부산, 가덕도, 제주, 서귀포, 속초, 포항, 울산, 울릉도 지점 등 19개 지점이 추세가 있는 것으로 파악되었으며, 고극조위, 저극조위는 각각 15개, 17개 지점이 추세가 있는 것으로 파악되었다.
확산현상, 표사유동 및 인간의 여러 활동이 실제 연안해역에서 일어나므로 연안해역 해수운동의 물리적 특성을 파악하고 해석하는 것은 중요한 의미를 지닌다. 본 연구에서는 연안해역에서의 파랑변형과 평균해수위 변동 그리고 연안유속 분포양상에 대해 여러 인자들이 미치는 영향을 2차원 유한차분 모형(ADI, Up-wind)을 이용하여 분석하였다. 계산결과로는 수치모형을 해저경사가 일정한 2차원 지형에 적용하여 해저경사, 입사파고, 파향각, 파주기, 마찰계수 및 수평확산계수가 연안해역 특히 쇄파대내에서 파랑변형, 평균해수위 변동 및 연안유속 분포에 미치는 영향을 분석하였다.
본 연구는 2003 년 9월 내습한 태풍 매미로 인해 마산 진해 용원 지역을 포함하는 가덕수도 인근 해역의 태풍 매미의 풍역변화 특성과 개방형 및 폐쇄성 해역 등의 지형적 특성을 고려한 호안 월류 패턴을 고찰하고 이를 모식화하였다. 태풍 매미 통과시 진해만의 경우는 풍향이 E-ESE 인 시점이 파랑에너지가1 충분히 발달하여 입사할 조건에 해당되고 마산만의 경우는 풍향이 SE-S인 시점이며, 부산신항 인근 해역은 S-SSW의 풍향이 유세한 시점을 중심으로 태풍파랑을 산정하여야 구조물에 미치는 정확한 영향을 평가할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 이상 파랑의 내습에 따른 해양구조물의 안정정을 확보하기 위해서는 태풍 통과시 천해역의 풍역변화에 따른 수위변동 및 파랑장 영향을 해석하고 입사파랑에 의한 구조물의 피해를 최소화할 수 있는 방안의 연구 필요성을 강조할 수 있다.
해수침입은 해안지역에서 각종 용수공급 특히 생활용수의 원활하고 지속적인 공급을 저해하는 가장 근본적인 원인이라 할 수 있다. 이러한 해수 침입의 정도를 저감하기 위해 수리학적 및 물리학적 다양한 방법들이 사용되고 있으며, 그중에서 불투성의 지하 차단벽이 가장 효과적으로 해수침입을 저감시키는 방법으로 알려져 있으며, 전 세계적으로 가장 빈번하게 사용되고 있다. 그러나 불투수성 지하 차단벽의 경우 해수위 변동에 따른 해수와 담수의 원활한 흐름에 지장을 초래하게 되며, 차단벽 좌우 양측 하단부에 장시간에 걸쳐 오염물질 퇴적 및 염분의 축적이 발생될 수 있다. 본 연구에서는 가정된 해안대수층 양끝단에 설치된 담수 저류조와 염수 저류조 사이의 수심차 변화에 따른 염수침입의 거동에 대해 모의 및 분석을 수행한 후 불투수성 지하 차단벽의 높이를 변화시키면서 염수침입의 차단 정도를 분석하였다. 또한 불투수성 지하 차단벽에 대한 모의분석결과를 이용하여 반투수성 지하 차단벽의 유효폭 및 투수계수 변화에 따른 염수침입의 거동을 비교 분석하였다.
복수위성자료 신호처리기법을 사용해서 남인도양지역을 중심으로 한 해수면변화와 사행(meandering)을 연구하였다. 해수면변화는 아프리카 남부(46$^{\circ}$E)에서 크호제트 대지(Crozet basin) 의 35$^{\circ}$~46$^{\circ}$S대를 걸쳐서 암스테르담-케르겔른 경로(Amsterdam-Kerguelen Passage)까지 확장된다. 이때 가장 강한 해수면변화(20~30cm)가 2개의 좁은 지역에서 발생하는데, 하나는 경도 49$^{\circ}$~57$^{\circ}$E(약 700Km) 및 위도 38$^{\circ}$~42$^{\circ}$S(약 450km)나타났고 그리고 나머지 하나는 경도 58$^{\circ}$~64$^{\circ}$E(약 450Km) 및 위도 42$^{\circ}$~44$^{\circ}$S(약 200km)에서 각각 나타났다. 이것은 해저지형과 관련된 강한 와동류의 형성 때문이다. 전체적으로 볼 때 와동류 발생지역은 아규라스반류(Agulhas Return Current) 및 남극순환해류(Antarctic Circumpolar Current)와 관련하여 강한 흐름이 형성되는 지역에서 발생했다. 그리고 복수위성자료는 단수위성자료에 비해서 만족스럽게 표층순환과 해수면변동 특성을 잘 나타내었다.
복합위성자료 신호처리기법을 사용해서 남인도양 지역을 중심으로 한 해수면변화와 사행 (meandering)을 연구하였다. 해수면변화는 아프리카 남부(46$^{\circ}$E)에서 크호제트 대지(Crozet basin)의 35$^{\circ}$~46$^{\circ}$S대를 걸쳐서 암스테르담-케르겔른 경로(Amsterdam-Kerguelen Passage)까지 확장된다. 이때 가장 강한 해수면변화(20~30cm)가 2개의 좁은 지역에서 발생하는데, 하나는 경도 49$^{\circ}$~57$^{\circ}$E(약 700Km) 및 위도 38$^{\circ}$~42$^{\circ}$S(약 450Km)나타났고 그리고 나머지 하나는 경도 58$^{\circ}$~64$^{\circ}$E(약 450Km) 및 위도 42$^{\circ}$~44$^{\circ}$S(약 200Km)에서 각각 나타났다. 이것은 해저지형과 관련된 강한 와동류의 형성 때문이다. 와동류 발생지역은 아규라스반류(Agulhas Return Current) 및 남극순환해류(Antarctic Circumpolar Current)와 관련하여 강한 흐름이 형성되는 지역에서 발생했다. 이때 복합위성자료(Topex/Poseidon, ERS1)는 표층순환과 해수면변동 특성을 잘 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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