신영호·서종철 대한지리학회지 제49권 제6호 2014(812~832)?
신두 해양생태계보호구역 해빈과 조하대의 퇴적물 특성
신영호*·서종철**
Sediment Characteristics of the Beach and Subtidal Zone in Shindu Marine Protected Area
Young Ho Shin* · Jong Cheol Seo**
요약 :신두 해양생태계보호구역의 퇴적환경을 파악하기 위해 조하대 20개와 해빈 9개 지점에서 여름철과 겨 울철에 시료를 채취하여 물리화학적 특성을 분석하였다. 퇴적물의 입도평균은 전체적으로 겨울철보다 여름철 에 작아지는 경향이 나타났다. 여름철에는 신두리 해안의 서쪽과 해빈에서 멀어질수록 세립해지는 경향이 나 타났고, 겨울철에는 뚜렷한 공간적인 경향이 없이 대체로 조립질 퇴적물이 분포하였다. 이러한 계절적-공간 적인 퇴적물 입도 패턴이 나타나는 원인으로 계절별 파랑의 세기에 영향을 미치는 수심의 공간적 차이와 여름 철 다우기에 남쪽 하구역으로부터 공급될 수 있는 세립질 퇴적물의 영향을 들 수 있다. 양이온 함량은 1차에서 Na+＞Ca2+＞Mg2+＞K+, 2차에서 Na+＞Mg2+≒Ca2+＞K+의 순으로 나타났다. Na+, Mg2+, 그리고 K+는 입도평 균이 작고 세립질 함량이 높은 곳에서 높았으며, 상호 간에 높은 상관관계를 보였다. 그렇지만 Ca2+은 이러한 패턴이 나타나지 않았다. 이 연구를 통해 조하대-해빈-해안사구로 이어지는 신두 해안시스템의 시공간적으 로 독특한 퇴적환경을 확인할 수 있었다. 환경적으로 건전한 해안관리를 위해서 이러한 특성들이 고려되어야 할 것이다.
주요어 : 신두 사구, 해양보호구역, 해빈, 조하대, 퇴적물 특성
Abstract : We analyzed physical and chemical properties of sediments from 20 subtidal points and 9 beach points to define sedimentary environment between summer and winter of Shindu Marine Protected Area.
Means of particle size in summer were generally finer than winter’s. There was distinctively spatial pattern that particle sizes became increasingly fine as west direction and apart from beach in summer, but this pattern was not shown in winter. Coarse sediments were prevailed in winter. To explain these patterns, we propose possible two causes which are spatially different water depth condition related with seasonal wave climate or fine sediment input from an estuary located in south of this area during summer rainy season.
Contents of exchangeable cations of sediment in summer were shown Na+>Ca2+>Mg2+>K+ in order, but those of winter were shown Na+>Mg2+≒Ca2+>K+. Contents of Na+, Mg2+, and K+ were related with contents of fine sediment and showed high correlation in each other. These relations were not shown between Ca2+
and others. Our results show that there are spatio-temporal unique sedimentary environments between subtidal zone, beach, and dune near Shindu Marine Protected Area. Therefore, we should consider these spatio-temporal patterns for environmentally sound management of Shindu coastal system.
Key Words : Shindu coastal dune, Marine Protection Area, beach, subtidal zone, sediment characteristics
* 서울대학교 지리학과 BK21+ 4-Zero지향 국토공간창조사업단 박사후연구원(Post-doc researcher, BK21+ 4-Zero Land Space Cre- ation Group, Seoul National University), [email protected]
** 대구가톨릭대학교 지리교육과 부교수(Associate Professor, Department of Geography Education, Catholic University of Daegu), [email protected]
1. 서론
해안은 바다와 육지로부터 동시에 영향을 받는 점 이지역으로서 해빈과 조간대, 사구, 습지 등 다양한 환경이 발달되어 있으며, 이들 환경은 바다와 육지로 부터의 충격을 흡수하여 평형 상태를 유지하기 위해 끊임없이 변화한다(류상옥·장진호, 2005). 최근에 는 지구온난화에 따른 해수면 상승과 같은 범지구적 인 변화 요인과 간척과 매립, 방파제 및 옹벽 설치, 골 재 채취, 레크리에이션 행위 등과 같은 국지적이며 인 위적인 변화 요인으로 인해 변화가 더욱 다양하고 복 잡해지는 경향을 보인다(French, 2001; Nordstrom, 2000; Viles and Spencer, 1995). 우리나라에서도 해안 의 변화를 관찰하고 적절한 대응책을 살피기 위한 노 력이 끊임없이 이루어지고 있다(eg. 장동호·김장수, 2009; 박정원 등, 2012; 김성환 등, 2007). 또한 보전 가치가 높은 해안생태계에 대한 관심도 점차 높아지 고 있어, 정부에서는 해안 및 연안 지역에서 해양생물 다양성이 풍부하여 생태적으로 중요하거나 해양 경관 등 해양 자산이 우수하여 특별히 보전할 가치가 큰 구 역을 ‘해양생태계의 보전 및 관리에 관한 법률’에 근거 하여 ‘해양보호구역1)’으로 지정·관리하고 있다. 2014 년 8월 현재 해양생태계 보호구역은 모두 9개소가 지 정되어 있다. 이 가운데 태안의 신두리 사구 해역은, 국내최대의 사구로서 다양한 식생과 특이한 지형으로 보전 가치가 높은 신두리 해안사구(천연기념물 제431 호)의 전면부 해역에 처음으로(2002년 10월 9일) 지정 되었다(표 1).
신두리 사구 해역이 위치한 서해안은 대조차 환경 이고, 계절풍의 영향으로 겨울에는 폭풍파가 빈번하 게 발생하고 여름에는 태풍이 간헐적으로 내습하는 역동적인 환경이기 때문에(eg. 최광희 등, 2012), 해안 침식의 우려가 매우 높을 뿐만 아니라(eg. 장진호 등, 1999), 해안을 구성하고 있는 퇴적물 유동의 변화가 발생하기 쉬운 지역이며(eg. 우한준, 2013), 이에 따라 해안생태계의 생물도 급격히 변화할 수 있다(eg. 유옥 환 등, 2011). 또한 해안구조물을 설치한 경우가 많아 급격한 침식·퇴적 양상의 변화를 겪기 쉬운 지역이다
(eg. 유근배 등, 2007). 따라서 해양생태계보호구역 지정 이후에 나타난 변화 양상과 그 효과성을 규명하 고, 변화하는 환경에 맞춰 보호구역을 효율적으로 관 리하기 위해서는 역동적으로 변화하는 퇴적물에 대하 여 물리·화학적 특성과 장·단기적 퇴적환경 변화를 파악하는 것이 필요하다.
더 나아가 신두리 해안사구가 생태서식처로서 중 요성을 인정받고 있고, 이것이 독특한 해안사구의 지 형 및 퇴적물의 특성에 기원한다는 점을 유념한다면, 신두리 해안 전체를 통합적이고 효율적으로 관리하기 위해서 해빈-해안사구 모래 공유시스템의 일부인 신 두리 사구 해역의 퇴적물에 대한 물리·화학적 특성과 퇴적환경 변화를 파악하는 것이 무엇보다도 필요하 다. 그동안 해빈에서 신두리 해안사구에서 해빈에서 해안사구로 유입되는 퇴적물의 물리·화학적 특성에 대한 연구는 수행된 바 있지만(eg. 유근배 등, 2007;
유근배 등, 2012), 신두리 사구 해역에서 조하대-해 빈-해안사구로 이어지는 해안퇴적시스템의 연계성을 살펴본 연구는 없었다.
따라서 본 연구에서는 신두리 해양생태계보호구역 일대의 조하대-조간대 해빈을 대상으로 퇴적물의 물 리·화학적 특성의 패턴을 파악하여, 조하대-해빈- 해안사구로 이어지는 퇴적환경 변화와 해안퇴적시스 템의 연계성에 대한 이해를 높이고자 한다. 이를 위해 하계와 동계에 걸쳐 조하대-조간대 해빈 퇴적물의 물 리·화학적 특성에 대한 분석을 하였고, 분석결과를 통해 해빈-해안사구로 이어지는 퇴적물 특성에 대한 기존 연구와 비교·검토하였다.
2. 연구지역과 연구방법
해양생태계보호구역으로 지정되어 있는 신두리 사 구 해역의 면적은 총 639,170m2이며, 이 지역에 대한 주요 특성은 표 1에 정리하였다.
신두리 해양생태계보호구역 표층퇴적물의 물리·화 학적 특성을 계절별·공간별로 파악하기 위하여 조하 대-해빈에서 시료를 채취하였다(그림 1). 계절에 따
른 퇴적물 특성의 변화를 확인하기 위하여 2013년 8 월과 2014년 1월에 2회에 걸쳐 채취하였으며, 채취 지 점은 해양생태계보호구역을 포함한 조하대 및 조간대 해빈에서 각각 20개(ST1~ST20)와 9개(B1-1~B3-1) 를 선정하였다. 각 지점의 위치는 이전 자료와 비교하 기 위해 ‘신두리 해안 생태계 보전방안’(해양수산부, 2002)의 시료 채취 지점을 고려하였다. 조하대 퇴적물 은 만조 때에 선상에서 채니기(Labond-type grab sam- pler)를 사용하였고, 도보로 접근이 가능한 조간대 해 빈에서는 도보로 이동한 후 표층 1cm 이내를 소형 삽 을 이용하여 채취하였다. 각 시료 채취 지점의 위치는
GPS(Garmin GPS V, USA)를 이용하여 기록하였다2). 퇴적물의 물리적 특성을 확인하기 위하여 입도분석 을 실시하였다. 퇴적물의 입도분석은 Ingram(1971) 의 표준입도분석 방법을 따라, 10%의 과산화수소수 (H2O2)를 이용해 유기물을 제거하였다3). 전처리 과정 이 끝난 쇄설성 퇴적물은 4Ø(0.064mm) 체를 이용해 조립질과 세립질로 분리하였다. 조립질 시료는 오븐 에서 건조시킨 후 체 진탕기(JISCO J-VSS sieve shak- er)로 5분 동안 체질한 후 입도별로 무게를 구하였고, 세립질 시료는 Micrometrics사의 SediGraph 5100을 이용하여 측정하였다. 측정된 자료는 Gradistat ver- 표 1. 신두리 해양생태계보호구역 개관
지정번호 면적 지정일 지정목적
해양수산부 생태계보전지 역 제1호(추후 해양생태계 보호구역으로 변경)
639,170m2 2012.10.09
• 신두리 사구는 국내최대의 사구로서 다양한 식생과 특이한 지형으 로 보전가치가 높음.
• 해안사구의 인위적 훼손으로부터 보호하고 다양한 생태계를 보전 하는 등 자연환경을 체계적으로 보전·관리하는데 목적이 있음.
그림 1. 시료 채취 지점
sion 8.0(Blott and Pye, 2001)을 이용하여, Folk and Ward(1957)의 방법에 따라 입도평균, 분급, 왜도, 첨 도 등의 퇴적물 입도 특성 변수를 계산하였다. 퇴적물 의 화학적 특성을 확인하기 위해서는 채취된 시료를 대상으로 주요 치환성양이온(K+, Ca2+, Na+, Mg2+) 의 함량을 측정하였다. 이들 치환성양이온들은 비교 적 측정이 간편할 뿐만 아니라 조하대-조간대-해빈 에서 해안사구로 유입되는 영양염류의 공급원에 대한 조하대-해빈의 특성과 역할에 대한 논의를 하기에 유 용할 것으로 판단하였다. 특히 해안사구에서 영양염 류의 유입패턴 또는 사구지대 내의 분포 패턴을 설명 하였던 기존의 연구 결과(유근배 등, 2012; 유근배 등, 2005; 송호경 등, 2005; Kim and Yu, 2009; van der Valk, 1974)와 비교가 용이할 것으로 판단하였다. 분 석은 2mm체를 통과시킨 4g의 음건 시료에 20ml의 초 산암모니아 용액(1N, CH3COOHNH4)을 가하고 1시 간 동안 진탕한 후 여과지로 추출한 여과액을 유도결 합플라즈마분광계(ICP, Varian 720-ES)를 이용하여 측정하였다. 각각의 분석항목들에 대하여 공간적인 패턴을 쉽게 확인할 수 있도록 ArcGIS 10.1에서 크리 깅 방법을 통하여 지도화 하였으며4), SPSS 21에서 ‘대 응표본 T-검정’과 ‘일원배치분산분석’, ‘범주형 데이터 에 대한 주성분 분석’ 등을 통해 통계적 특성을 살펴보 았다.
3. 연구결과
1) 퇴적물 입도 특성과 표층퇴적상
퇴적물의 계절별·공간별 특성을 확인하기 위하여 입도분석을 실시하여 표 2와 같은 결과를 얻었으며, 각 시기별·변수별로 그림 2~9와 같이 분포도를 작성 하였다. 그리고 모래-실트-점토의 조직변수를 이용 하여 퇴적상을 그림 10~11과 같이 작성하였다.
표층퇴적물의 입도평균은 1차(여름철) 조하대 퇴 적물의 경우 세립사(fine sand)에서 중립실트(medium silt)의 범위를 보였으며, 1차 해빈 퇴적물의 경우 대체
로 세립사로 나타났다. 전체적으로 해안선 또는 북동 쪽 방향으로 입도평균이 커지는 경향을 보였으며, 서 쪽의 4번 지점 방향으로 갈수록 입도평균이 작아지는 경향이 나타났다(그림 2). 2차(겨울철) 조하대 퇴적물 에서는 중립사(medium sand)에서 세립사의 크기 범 위를 보였고, 해빈에서는 세립사의 범위를 보였다. 공 간적으로는 동쪽과 해빈 방향으로 갈수록 조립해지는 경향이 나타났다. 그렇지만 1차에 비해 그 구배는 크 지 않았으며, 중앙부의 조하대에서 상대적으로 큰 입 도평균을 보이기도 하였다(그림 3).
표층퇴적물의 분급은 1차 조하대 퇴적물의 경우 매 우 양호(very well sorted)에서 매우 불량(very poorly sorted)의 범위로 나타났다. 1차 해빈 퇴적물은 매우 양호에서 양호(well sorted)의 범위를 보여 조하대 퇴 적물에 분급의 범위가 좁게 나타났다. 공간적으로는 해빈과 해빈에 인접한 조하대에서는 분급이 양호해진 반면, 해빈에서 멀어질수록 분급이 불량해지는 경향 이 나타났다(그림 4). 2차 조하대 퇴적물은 양호에서 매우 불량의 범위를 보여 값의 분포가 넓게 나타났지 만 1차보다는 공간별 차이가 줄어드는 특징을 보였다.
해빈 퇴적물은 비교적 양호(moderately well sorted)에 서 양호의 범위를 보였으며, 조하대 퇴적물에 비해 분 급이 양호해졌다(그림 5). 전체적으로 보면 조하대에 서는 여름철보다 겨울철에 분급이 양호해지는 경향이 나타났으며, 해빈에서는 불량해지는 경향이 나타났다 (그림 4, 5).
1차 조하대 퇴적물의 왜도는 대부분의 지역에서 양 의 왜도(positive skewed)를 보였지만 서쪽 4번 지점과 역과 해안에서 가까운 북쪽 13, 17, 그리고 18번 지점 에서는 음의 왜도(negative skewed)를 보였다. 1차 해 빈 퇴적물에서는 대부분 음의 왜도를 보였다. 공간적 으로 중북부 지역에서 양의 왜도가 나타난 반면에 해 빈에 가까울수록 음의 왜도를 보이는 경향이 있다(그 림 6). 2차 퇴적물의 경우 조하대와 해빈 모두에서 여 름철 퇴적물과는 다르게 대부분의 퇴적물이 음의 왜 도를 보였고, 해안에서 먼 서쪽 해역의 4번 지점에서 눈에 띠게 양의 왜도가 나타났다(그림 7).
1차 조하대 퇴적물의 첨도는 대체로 정규 분포보다 중앙으로 집중되는 경향(leptokurtic, 첨용)이 나타났
다(표 2). 남서부 해빈에서는 정규 분포보다 주변으로 분산되는 경향(platykurtic, 평용)이, 북동부 해빈에서
는 정규분포에 준하는 경향(mesokurtic, 정상분포)이 나타났다(그림 8). 2차 퇴적물의 조하대 퇴적물의 첨 표 2. 표층퇴적물의 입도 특성
구분
1차 2차
조직변수(phi) 삼상비(%) 퇴적물
유형*
(Folk, 1968)
조직변수(phi) 삼상비(%) 퇴적물
유형*
(Folk, 1968)
평균 분급 왜도 첨도 모래 실트 점토 평균 분급 왜도 첨도 모래 실트 점토
ST-1 2.52 0.33 0.00 0.74 100.00 0.00 0.00 S 2.45 0.48 -0.24 1.44 99.69 0.10 0.21 S ST-2 2.79 0.59 0.28 0.98 97.87 0.95 1.17 S 3.01 0.64 -0.06 0.74 99.10 0.33 0.57 S ST-3 4.24 2.06 0.60 2.61 81.03 16.01 2.96 zS 2.54 0.62 -0.05 1.65 98.89 0.64 0.47 S ST-4 7.05 3.05 -0.81 0.48 41.38 4.46 54.16 sC 3.49 2.22 0.48 1.77 78.88 19.68 1.43 zS ST-5 2.53 0.38 0.13 0.99 98.08 0.72 1.20 S 2.46 0.45 -0.19 1.18 100.00 0.00 0.00 S ST-6 2.97 1.09 0.40 1.76 92.68 4.08 3.24 S 2.91 0.92 -0.19 1.32 97.46 1.43 1.12 S ST-7 4.75 2.71 0.57 0.64 66.56 25.92 7.52 zS 1.82 2.04 -0.30 1.06 93.14 5.96 0.90 S ST-8 4.91 2.96 0.61 0.72 64.56 17.47 17.97 mS 2.43 0.99 -0.22 2.10 96.93 2.06 1.00 S ST-9 2.50 0.35 -0.04 0.80 98.27 0.69 1.04 S 2.42 0.50 -0.22 1.32 99.65 0.10 0.25 S ST-10 2.57 0.47 0.18 1.17 98.22 0.74 1.05 S 2.60 0.66 0.01 1.55 99.34 0.20 0.47 S ST-11 4.43 2.52 0.77 0.79 73.96 21.45 4.58 zS 2.25 0.93 -0.52 2.40 98.39 1.14 0.47 S ST-12 4.39 2.54 0.77 1.93 76.09 17.21 6.69 zS 2.79 0.75 0.05 1.09 97.99 0.77 1.24 S ST-13 2.48 0.49 -0.10 1.33 98.41 0.50 1.09 S 2.42 0.50 -0.21 1.26 98.74 0.31 0.95 S ST-14 2.55 0.48 0.21 1.27 96.24 1.62 2.14 S 2.45 0.44 -0.19 1.21 100.00 0.00 0.00 S ST-15 2.91 1.41 0.49 2.50 90.56 5.14 4.31 S 2.69 0.91 -0.07 1.81 98.35 0.76 0.89 S ST-16 3.67 2.10 0.67 2.37 82.23 14.24 3.54 zS 2.68 0.93 -0.09 1.81 98.58 0.69 0.73 S ST-17 2.48 0.39 -0.11 0.95 97.53 0.95 1.52 S 2.20 0.72 -0.41 1.48 100.00 0.00 0.00 S ST-18 2.36 0.52 -0.23 1.11 97.72 1.63 0.64 S 2.44 0.46 -0.17 1.13 99.71 0.11 0.18 S ST-19 2.50 0.56 0.02 1.46 97.74 0.98 1.29 S 2.52 0.65 -0.03 1.52 98.84 0.50 0.66 S ST-20 2.65 0.66 0.15 1.43 95.55 1.50 2.94 S 2.36 1.05 -0.34 2.45 98.69 0.84 0.47 S 조하대 평균 3.36 1.28 0.23 1.30 87.23 6.81 5.95 2.55 0.84 -0.15 1.51 97.62 1.78 0.60 조하대 표준편차 1.23 1.02 0.40 0.63 15.71 8.40 12.02 0.34 0.48 0.20 0.44 4.67 4.41 0.43
B1-1 2.41 0.47 -0.20 1.23 100.00 0.00 0.00 S 2.26 0.58 -0.27 1.08 97.46 0.94 1.60 S B1-2 2.49 0.34 -0.02 0.76 98.11 0.53 1.35 S 2.46 0.47 -0.20 1.22 97.39 1.05 1.56 S B1-3 2.49 0.33 0.00 0.74 98.50 0.42 1.09 S 2.50 0.35 0.03 0.79 98.19 0.57 1.24 S B2-1 2.47 0.41 -0.14 1.03 97.39 0.76 1.85 S 2.28 0.56 -0.25 1.06 98.22 0.61 1.17 S B2-2 2.44 0.43 -0.17 1.13 100.00 0.00 0.00 S 2.44 0.46 -0.18 1.14 97.18 1.11 1.71 S B2-3 2.50 0.33 0.00 0.74 98.74 0.27 0.99 S 2.47 0.42 -0.15 1.07 97.25 0.90 1.85 S B3-1 2.43 0.45 -0.17 1.13 98.54 0.76 0.71 S 2.25 0.58 -0.25 1.01 97.14 1.24 1.62 S B3-2 2.47 0.40 -0.13 1.00 97.86 0.85 1.30 S 2.33 0.53 -0.25 1.11 98.22 0.68 1.10 S B3-3 2.48 0.40 -0.13 1.00 98.66 0.54 0.80 S 2.43 0.48 -0.18 1.15 96.76 1.80 1.44 S 해빈 평균 2.47 0.40 -0.11 0.97 98.64 0.46 0.90 2.38 0.49 -0.19 1.07 97.53 0.99 1.48 해빈 표준편차 0.03 0.05 0.08 0.18 0.88 0.32 0.61 0.10 0.08 0.09 0.12 0.54 0.38 0.26
* S: sand, zS: silty sand, sC: sandy clay, mS: muddy sand
그림 2. 퇴적물의 입도평균(1차) 그림 3. 퇴적물의 입도평균(2차)
그림 4. 퇴적물의 분급(1차) 그림 5. 퇴적물의 분급(2차)
그림 6. 퇴적물의 왜도(1차) 그림 7. 퇴적물의 왜도(2차)
도는 평용(platykurtic)에서 매우 첨용(very leptokur- tic)으로 다양하게 나타났으며, 해빈 퇴적물도 평용에 서 첨용의 범위를 보였다. 전반적으로 여름철에 비해 겨울철에 첨도가 높아졌으며, 겨울철에 해빈에 비해 조하대의 첨도가 높아지는 경향이 뚜렷해 졌다(그림 9).
퇴적상은 모래와 실트, 점토의 삼상비에 의해 결정 된다. 삼상비의 범위는 두 시기의 퇴적물 모두에서 모 래가 가장 우세하였다(표 2). 삼상비를 토대로 보면 1 차 퇴적물은 대부분 모래(S, sand)와 실트질모래(zS, silty sand)로 나타났고, 펄질모래(mS; muddy sand)와
사질점토(sC, sandy Clay)가 1개씩 나타났다(그림 10).
사질점토(sC)가 나타난 4번 지점은 해안에서 가장 멀 며 수심이 연구 지역 중 가장 깊은 곳에 속한다. 또한 펄질모래(mS) 또는 실트질모래(zS)가 나타난 6개 지 점들도 대체로 해안선에서 먼 곳이었다. 2차 퇴적물은 실트질모래(zS)로 나타난 4번 지점을 제외한 모든 퇴 적물이 모래(S)로 나타났다(그림 11). 여름철에는 해안 에서 먼 쪽에 실트질모래나 펄질모래가 퇴적되며, 이 들이 겨울철에는 모래로 대체된다고 볼 수 있다.
그림 8. 퇴적물의 첨도(1차) 그림 9. 퇴적물의 첨도(2차)
그림 10. 표층퇴적물의 퇴적상(1차) 그림 11. 표층퇴적물의 퇴적상(2차)
2) 퇴적물의 치환성양이온 특성
각각 여름철과 겨울철에 채취된 퇴적물의 치환성 양이온의 분석결과는 표 3과 같다. 조하대와 해빈에 서 채취된 퇴적물의 치환성양이온 함량은 해수의 영
향을 많이 받기 때문에 실질적으로 해수의 양이온 함 량비가 유사한 경향(Na+＞Mg2+＞Ca2+＞K+)5)이 나 타날 것으로 생각되었다. 그렇지만 조하대와 해빈 퇴적물에서 측정된 양이온 함량은 1차의 경우에는 Na+＞Ca2+＞Mg2+＞K+의 순으로 나타났고, 2차에서
표 3. 표층퇴적물의 치환성양이온 함량 (단위: mg/kg)
구분 1차 2차
Ca2+ K+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+ Mg2+ Na+
ST-1 166.1 45.9 58.6 305.8 139.7 68.1 86.6 530.2
ST-2 255.2 57.9 88.1 464.2 97.0 89.5 127.6 875.6
ST-3 258.5 87.5 137.5 767.8 76.3 76.8 84.8 487.3
ST-4 315.7 180.4 288.2 1716.0 225.5 124.3 167.2 1177.0
ST-5 261.8 53.8 81.2 418.0 84.8 88.7 167.2 1155.0
ST-6 211.2 62.5 88.4 463.1 145.2 108.4 139.7 822.8
ST-7 257.4 97.2 147.4 799.7 75.8 64.6 56.9 338.8
ST-8 283.8 89.8 140.8 870.1 107.5 78.9 95.8 661.1
ST-9 185.9 46.3 72.3 391.6 97.8 75.7 144.1 1053.8
ST-10 221.1 45.9 54.8 269.5 70.1 84.0 133.1 870.1
ST-11 260.7 134.2 223.3 1397.0 110.0 77.0 83.9 553.3
ST-12 202.4 87.8 119.9 684.2 76.0 71.4 109.2 646.8
ST-13 222.2 44.2 60.6 309.1 76.7 56.1 72.6 510.4
ST-14 235.4 45.0 62.0 298.1 75.7 70.1 99.9 712.8
ST-15 155.1 52.0 52.7 272.8 56.2 58.2 89.1 546.7
ST-16 269.5 80.9 135.3 729.3 89.5 56.4 72.9 463.1
ST-17 227.7 49.0 82.1 460.9 119.9 67.5 136.4 869.0
ST-18 337.7 43.5 72.7 348.7 102.6 62.6 107.9 693.0
ST-19 297.0 49.5 88.9 433.4 113.3 75.9 145.2 924.0
ST-20 180.4 68.3 113.3 610.5 102.7 71.0 102.9 665.5
조하대 평균 240.2 71.1 108.4 600.5 102.1 76.3 111.1 727.8
조하대 표준편차 48.8 35.2 59.8 380.3 37.0 16.9 32.1 234.5
B1-1 258.5 44.0 71.2 361.9 126.5 70.5 122.1 920.7
B1-2 229.9 54.0 96.8 513.7 84.5 65.5 102.1 694.1
B1-3 229.9 56.5 107.1 595.1 124.3 73.8 128.7 929.5
B2-1 237.6 51.6 97.2 498.3 95.4 55.6 79.1 598.4
B2-2 239.8 54.0 103.7 581.9 104.9 64.1 97.5 674.3
B2-3 196.9 56.0 99.2 533.5 88.2 61.6 94.5 671.0
B3-1 234.3 51.7 84.7 419.1 63.0 57.5 114.4 930.6
B3-2 235.4 46.1 74.6 416.9 104.2 68.9 113.3 875.6
B3-3 251.9 54.2 96.0 529.1 91.5 62.3 108.6 781.0
해빈 평균 234.9 52.0 92.3 494.4 98.1 64.4 106.7 786.1
해빈 표준편차 17.2 4.3 12.6 79.2 19.8 6.0 15.2 130.9
는 Na+＞Mg2+≒Ca2+＞K+의 순으로 나타났다. 1차 와 2차 퇴적물 모두에서 해수에 비해 상대적으로 Ca2+
의 함량이 높게 나타나는 경향이 있었다. 상대적으로 Ca2+이 높게 나타나는 경향은 해당지역에 많은 패류 의 껍질이 퇴적물에 포함되어 있기 때문일 것으로 판 단된다.
1차 조하대 퇴적물의 Ca2+ 함량은 155.1~337.7mg/
kg의 범위를 보였다(표 3). Ca2+이 상대적으로 높은 곳은 4번과 18번, 19번 지점이었고, 상대적으로 낮 은 곳은 1, 9, 15번, 20번 지점이었다. 해빈의 경우 196.9~258.5mg/kg의 범위를 보여 대체로 조하대 에 비해 일정한 값을 보였다. 전체적으로 연구지역 의 북동쪽인 18번과 19번이 있는 부분을 예외로 하면 연구지역의 서쪽 부분과 해안에서 먼 지점의 경우에 Ca2+이 높게 나타나는 경향이 있지만 뚜렷하지는 않 다(그림 12). 2차 조하대 퇴적물의 Ca2+ 함량은 56.2
~225.5mg/kg의 범위를 보였으며, 해빈에서는 63.0
~126.5mg/kg의 범위를 보였다(표 3). 2차 퇴적물의 Ca2+ 함량은 전반적으로 1차 퇴적물에 비해 절반 이하 로 나타났다. 가장 높은 곳은 4번 지점으로 1차와 일 치하였으며, 가장 낮은 곳은 15번 지점으로 1차에서도 가장 낮은 값이 나왔던 15번 지점이었다(그림 13).
1차 조하대 퇴적물에서 K+은 43.5~180.4mg/kg 범 위를 보였다(표 3). K+이 상대적으로 높은 곳은 4번
과 11번으로 바다 쪽 지점이었고, 상대적으로 낮은 곳 은 1, 9, 10, 13, 14, 18번으로 육지 쪽 지점이었다. 해 빈의 경우 44.0~56.5mg/kg 범위를 보여 조하대 퇴 적물에 비해 낮은 값의 분포를 보였으며 공간적 차이 도 작었다(그림 14). 전체적으로는 연구지역의 동쪽이 서쪽보다 함량이 높고 육지 쪽보다는 바다 쪽의 함량 이 높은 경향이 나타났다(그림 14). 2차 조하대 퇴적물 의 K+은 56.4~124.3mg/kg 범위를 보여 비교적 1차 의 범위와 유사하였다(표 3). 함량이 상대적으로 높은 지점은 4번과 6번 지점으로 1차와 4번 지점에서 일치 하였다. 해빈 퇴적물의 K+은 55.6~ 73.8mg/kg 범위 를 보여 조하대에 비해 일정한 값의 분포를 보였다(그 림 15). 공간 분포 패턴은 경향성이 떨어지기는 하지 만 1차와 유사하게 서쪽과 바다 쪽으로 갈수록 함량이 낮아지는 것으로 나타났다(그림 15). 전반적으로 1차 에 비해 2차의 퇴적물의 K+는 약간 증가하는 경향이 있으며, 지역별 편차가 줄어드는 경향을 찾을 수 있었 다.
1차 조하대 퇴적물의 Mg2+은 52.7~288.2mg/kg 범 위를 보였다(표 3). 함량이 높은 곳은 4번과 11번 지 점이었고, 낮은 곳은 1, 10, 13, 14, 15번 지점이었다.
해빈의 경우 Mg2+은 71.2~107.1mg/kg 범위로 조 하대에 비해 공간별 편차가 줄어드는 경향이 있었다 (그림 16). 전체적으로는 연구지역의 서쪽이 동쪽보
그림 12. Ca2+ 공간 분포(1차) 그림 13. Ca2+ 공간 분포(2차)
그림 14. K+ 공간 분포(1차) 그림 15. K+ 공간 분포(2차)
그림 16. Mg2+ 공간 분포(1차) 그림 17. Mg2+ 공간 분포(2차)
그림 18. Na+ 공간 분포(1차) 그림 19. Na+ 공간 분포(2차)
다 함량이 낮고 육지 쪽보다는 바다 쪽의 함량이 높 게 나타났다(그림 16). 2차 조하대 퇴적물의 Mg2+은 56.9~167.2mg/kg 범위를 보였다(표 3). 함량이 상대 적으로 높은 지점은 4번과 5번 퇴적물로 1차 퇴적물 과 4번 지점에서 일치하였다. 하지만 상대적으로 낮 은 지점은 잘 드러나지 않았다. 해빈 퇴적물의 Mg2+은 79.1~128.7mg/kg 범위를 보여 조하대에 비해 비교 적 균일한 값의 분포를 보였다. 2차에서는 1차와는 다 르게 공간 분포 상의 패턴을 식별하기 힘들었다(그림 17).
1차 조하대 퇴적물의 Na+은 269.5~1,716.0mg/kg 범위의 분포를 보였다(표 3). 함량이 상대적으로 높 은 곳은 4번과 11번 지점으로 K+, Mg2+의 함량이 높 은 곳과 일치했고, 상대적으로 낮은 곳도 마찬가지로 10, 13, 14, 15번 지점으로 K+, Mg2+과 유사한 분포 패 턴을 보였다. 해빈의 Na+은 361.9~595.1mg/kg 범위 를 보였으며, 조하대에 비해서 공간적인 편차가 적게 나타났다. 전체적인 분포 패턴은 K+, Mg2+과 유사하 게 연구지역의 서쪽 부분과 해안에서 먼 지점에서 함 량이 높게 나타났다(그림 18). 2차 조하대 퇴적물의 Na+은 338.8~1,177.0mg/kg 범위를 보여 1차 퇴적물 보다 평균은 높아졌으나 극값은 낮아진 것으로 나타 났다(표 3). 함량이 상대적으로 높은 곳은 4, 5, 9, 19 번 퇴적물로 1차 퇴적물과 4번 지점에서는 일치하였 으나 나머지는 달랐고, 다른 지점에 비해 함량이 두드 러지게 낮은 곳은 7번 지점이었다. 해빈에서의 Na+은 598.4~930.6mg/kg 범위를 보였으며, 조하대에 비해 서 공간적인 편차가 적게 나타났다. 전체적으로 2차 퇴적물에서는 1차 퇴적물에서 보이던 공간 분포 패턴 이 약하게 역전되는 경향이 나타났다(그림 19).
4. 토의
1) 퇴적물 입도특성 분포의 요인
1차 퇴적물과 2차 퇴적물의 차이, 즉 여름철과 겨울 철의 입도분석 결과간의 계절적인 특성이 통계적으로
유의미한지 살펴보기 위하여 퇴적물 입도특성 변수들 에 대하여 대응표본 T-검정을 수행하였다(표 4). 계절 적으로 통계적으로 유의미한 차이가 나타나는 입도특 성 변수는 입도평균과 왜도였다. 입도평균의 측면을 중심으로 살펴보면, 여름 퇴적물인 1차 퇴적물 입도 평균의 평균은 3.36Ø(극세립사, very fine sand)인데, 지점별로는 2.5~3.0Ø 사이의 퇴적물이 13개이고 실 트의 기준인 4Ø를 넘는 퇴적물이 6개여서 평균값을 중심으로 분산된 유형을 보인다(그림 20). 겨울 퇴적 물인 2차 퇴적물은 평균이 2.47Ø인 중립사(medium sand)인데, 지점별로는 2.0~3.0Ø 사이의 퇴적물이 19개로 여름철 퇴적물에 비해 평균값을 중심으로 매 우 집중되어 있는 패턴이 나타났다(그림 20).
계절적 변화에 따른 패턴의 차이가 발생하는 것은 해양생태계보호지역 지정 이전에 수행되었던 조사보 고서(해양수산부, 2002; 환경부, 2001)의 기초조사에 서도 보고된 바 있다. 그림 21과 그림 22는 각각 2001 년 4월과 2002년 7월에 신두 해역 주변에서 수행된 퇴 적물 입도분석 자료를 토대로 퇴적상과 입도평균 분 포를 나타낸 것이다. 2002년 7월의 입도평균 분포의 패턴(그림 22)은 이 연구에서 얻은 2013년 8월의 입 도평균의 분포 패턴(그림 2)과 유사한 특성이 관찰된 다. 한편, 2001년 4월을 동계의 패턴으로 간주하기에 는 무리가 있지만, 2014년 1월의 연구 지점 대부분에 서 모래 퇴적물이 나타났던 것과 유사한 패턴이 나타 남을 알 수 있다(그림 21).
퇴적물 입도분석 자료를 확보할 수 있었던 해양수 산부(2002)의 자료6)를 활용하여 세 개 시기의(2002년 7월, 2013년 8월, 2014년 1월) 입도평균 값을 일원배 치분산분석을 통하여 비교하였다. 표 5는 세 개 시기 의 입도평균에 대한 일원배치분산분석 사후검정표이 다. 10년 이상의 기간의 변화를 보이는 2013년 8월 조 하대퇴적물의 입도평균 분포와 2002년 조하대퇴적물 의 입도평균 분포는 큰 차이를 보이지 않는 반면, 2014 년 1월의 입도평균 분포와는 차이를 보이는 경향이 나 타났다. 즉, 10년 이상의 기간 차이에 비해 계절의 차 이가 더욱 크게 나타난다고 파악할 수 있다(그림 20).
이러한 공간 분포 특성에 대한 가능성으로 크게 두 가지 요인을 생각해 볼 수 있다. 첫째는 서해안에 나타
표 4. 퇴적물 입도특성에 대한 대응표본 T-검정 결과 대응차
t 자유도 유의확률
평균 표준편차 평균의 (양쪽) 표준오차
차이의 95% 신뢰구간
하한 상한
1차 입도평균*-2차 입도평균* .17251 .27640 .05133 .06737 .27764 3.361 28 .002 1차 분급*-2차 분급* .07749 .51956 .09648 -.12014 .27512 .803 28 .429 1차 왜도-2차 왜도 .28483 .44493 .08262 .11559 .45407 3.447 28 .002 1차 첨도-2차 첨도 -.17690 .62013 .11516 -.41278 .05899 -1.536 28 .136
*: 정규분포를 위해 변수에 자연로그를 취함
그림 20. 시기별 퇴적물 입도평균의 상자도표 (2002년 7월의 자료는 해양수산부(2002)의 결과를 활용)
그림 21. 2001년 4월 퇴적상 (환경부, 2001; 해양수산부, 2002 재인용)
그림 22. 2002년 7월 입도평균 분포 (해양수산부, 2002)
나는 간석지 또는 조하대의 침식·퇴적의 계절적 경향 이다. 연구지역에서 수행되었던 해양수산부(2002)의 조사에서는 2001년 4월과 2002년 7월의 퇴적물 입도 특성 변화에 대해 여름철인 7월에 외해로부터 세립질 퇴적물(점토와 실트)의 유입에 의하여 펄이 모래와 혼 합되어 펄모래 퇴적물이 넓게 분포하는 것으로 설명 하기도 하였다. 연구지역과 같은 사질간석지는 아니 지만, 서해안 개방형 니질간석지에서는 겨울에는 침 식되고 여름에는 퇴적되는 현상이 나타나며(Chun et al., 1998; Lee et al., 1999), 폐쇄형 니질간석지의 경 우에는 겨울에는 퇴적되고 여름에는 침식되는 현상이 나타난다고(장진호·최진용, 1998; 류상옥 등, 1999;
추용식 등, 2000) 알려져 있다. 이러한 해석에 따라 연 구지역에서 퇴적환경 변화의 원인을 고찰해보면 여 름철의 경우 해안선에서 먼 지역의 일부가 개방형 니 질간석지와 유사하게 펄이 퇴적되는 현상이 나타났 고, 반면에 겨울철의 경우에는 펄이 침식되어 제거되 는 효과가 나타났다고 설명할 수 있다. 이러한 설명 은 세립질 퇴적물이 외해로부터 공급되었음을 의미한 다. 사빈의 퇴적 변화에 따라 겨울철의 사질퇴적물의 분포범위가 넓어지는 것은 간석지-사질해빈인 만리 포 해빈(추용식 등, 1996; 성효현·방경화, 2005)과 신 두리 해빈(윤현호, 2011; 서종철 2010)에서의 기존 연 구에서 제시된 바 있다. 이들 연구에서 사질해빈과 해 빈에 인접한 사질간석지에서의 동계 변화를 겨울철이 되면 사질퇴적물이 외해로 운반되는 양상이 나타나는 데 이를 파랑이 세기가 강해지는 이유로 설명하고 있
다. 특히 윤현호(2011)에 따르면 연구지역인 신두리 해빈에서 여름철 남쪽에서 북쪽으로 이동되던 모래퇴 적물의 순환이 겨울철이 되면 신두리 해빈의 중앙부 분에서 외해로 확산되는 경향이 나타난다고 설명하 고 있다(그림 23). 여름철 외해로부터의 세립질의 유 입과 겨울철 해빈으로부터의 조립질의 확산이라는 두 가지 설명을 연구지역에 종합적으로 적용해 보면 다 음과 같다. 여름철에 세립질 퇴적물이 나타나는 곳은 주로 수심이 2m 이상인 지역이다(그림 24). 파랑의 세 기는 평균적으로 여름보다 겨울에 강하다. 따라서 파 랑의 힘이 약한 여름철에는 수심이 2m보다 깊은 지점 에서 세립질 퇴적물의 부유가 제한되거나 외해로부터 유입된 세립질 퇴적물이 쌓이는 환경이 될 수 있을 것 이며, 반대로 파랑의 힘이 보다 강해지는 겨울철에는 세립질 퇴적물이 부유되어 외해로 제거되고 해빈 방 향으로부터 조립질 퇴적물의 영역이 확대되는 것으로 판단된다.
두 번째 요인은 내륙 쪽에서 세립질 퇴적물이 유입 되었을 가능성이다. 신두리 조간대는 지형단면, 표 층퇴적물의 특성, 퇴적구조 등에 의해 개방형 연안부 (open-coast area)와 만입형 연안부(embayment coastal area)의 두 개의 지형학적 단위로 구분된다(윤현호, 2011). 연구지역의 남쪽에는 과거 소원면 의항리, 신 덕리, 소근리와 원북면 동해리의 일대는 만입형 연안 부로 과거에는 폐쇄형 만이 형성되어 있었다. 현재는 3개의 방조제를 축조하여 간척을 한 상태이며, 간척지 내부의 과거 조수통로는 직강화된 하천의 형태를 이 표 5. 각 시기별 퇴적물 입도평균의 일원배치 분산분석의 사후검정(LSD)표
입도평균(I)** 입도평균(J) 평균차(I-J) 표준오차 유의확률 95% 신뢰구간
하한값 상한값
2013년 8월 2014년 1월 .23413* .09834 .021 .0372 .4311
2002년 7월 .01433 .09834 .885 -.1826 .2113
2014년 1월 2013년 8월 -.23413* .09834 .021 -.4311 -.0372 2002년 7월 -.21979* .09834 .029 -.4167 -.0229
2002년 7월 2013년 8월 -.01433 .09834 .885 -.2113 .1826
2014년 1월 .21979* .09834 .029 .0229 .4167
*: 평균차는 0.05 수준에서 유의
**: 정규화를 위하여 자연로그를 취함
루고 있다. 방조제의 전면부에는 세립질의 니질퇴적 물이 퇴적되어 있다(그림 25). 그림 24에서 확인할 수 있듯이 방조제에서 연구 해역의 남서쪽까지 연결되 는 조수통로가 형성되어 있어, 여름철의 경우 해당지 역에 강우가 집중되거나, 파랑 에너지의 조건이 약해 지게 되면 이들 세립질 퇴적물이 외부, 즉 연구 해역의 서쪽 지역으로 유출될 수 있는 가능성이 있다. 윤현호 (2011)는 사질펄(sM, sandy mud)이 이 만입형 연안부
의 대표적 퇴적상이며, 조수로를 중심으로 겨울철보 다 여름철에 실트와 점토의 함량이 증가하였음을 보 고한 바 있다.
제시한 두 가지 요인은 모두 설명력을 지니고 있다 고 판단된다. 어떠한 요인이 더 큰 설명력이 지니고 있 는지 밝히기 위해서는 퇴적물의 유동을 직접적으로 관찰할 수 있는 모니터링 장비를 통하여 추후 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
그림 23. 여름철(a)과 겨울철(b)의 퇴적물 이동 패턴(윤현호, 2011)
(a) (b)
그림 24. 연구 해역 주변의 수심(m)
(연안정보도 1:25,000 소원도엽 편집, 수심기준면은 약최저저조면, 점선은 조하대 퇴적물채취 범위)
그림 25. 연구 해역 주변 하천퇴적물의 유입 (map.naver.com 수정)
(화살표는 여름철 세립질 퇴적물의 유입 경로)
2) 퇴적물 치환성양이온 분포의 요인
치환성양이온 항목에서 1차(여름철) 퇴적물과 2차 (겨울철) 퇴적물 간에 통계적으로 유의미한 차이가 있 는지를 확인하기 위하여 대응표본 T검정을 수행한 결 과(표 6), 두 시기 간에 뚜렷한 차이가 있는 것으로 나 타난 항목은 Ca2+과 Na+이었다. Ca2+의 경우 그림 26 을 보면 해빈과 조하대 퇴적물 모두에서 여름철에 비 해 겨울철에 감소하는 결과를 보였다. 특히 연구지역 의 북쪽에 위치하고 있는 18번 지점과 19번 지점에서 줄어드는 폭이 크게 나타났다. Na+의 경우 여름철에 비해 겨울철에 함량이 높아지는 경향이 나타났다(그 림 27). 그렇지만 해안선에서 먼 곳에 위치한 4번 지점 과 11번 지점에서는 반대로 감소하는 경향이 나타나 기도 하였다. K+과 Mg2+의 경우 2차 퇴적물의 함량이 높아지는 것으로 나타났지만 통계적으로 유의미한 것 은 아니었다. 그렇지만 전반적으로 증가하는 경향을 보이며, 4번 지점과 11번 지점에서 감소하는 경향이 나타난다는 점에서 Na+과 비슷한 양상을 보였다(그 림 28, 29). 전반적으로 Ca2+과 다른 치환성양이온 간 에는 상이한 패턴이 나타나는 것으로 보인다. 따라서 Ca2+의 분포에 영향을 미친 요인과 다른 치환성양이 온의 분포에 영향을 미친 요인이 다를 가능성이 높다.
입도분석 항목(입도평균, 분급)과 치환성양이온 항 목(Ca2+, Mg2+, Na+, K+), 그리고 계절(여름철, 겨울 철)과 위치(해빈, 조하대) 등을 변수로 활용하여 서로 간의 상호관계를 확인하기 위하여 범주형 데이터에 대한 주성분 분석을 수행하였다. 그 결과는 표 7과 그 림 30과 같다. 주성분1은 K+, Mg2+, Na+, 입도평균,
분급 등의 항목을 통해 설명되고, 주성분2는 Ca2+과 계절 변수를 통해 주로 설명됨을 확인할 수 있다. 이 결과를 해석하면 Ca2+를 제외한 치환성양이온 항목은 입도분석 항목과 상호관련성이 높은 반면, Ca2+ 항목 은 계절 항목과 상호관련성이 높게 나타난다고 볼 수 있다.
입도평균과 치환성양이온 간의 상관관계를 보 면, 세립질 퇴적물이 늘어나는 여름철의 조하대 퇴 적물에서는 K+, Mg2+, Na+와 입도평균 간에 높은 양의 상관관계가 더욱 뚜렷하게 나타난다(입도평 균-Mg2+(r2=0.768), 입도평균-K+(r2=0.904), 입도평 균-Na+(r2=0.784)). 이는 모래에 비해 점토나 실트와 같은 세립질 퇴적물이 많아질수록 양이온치환용량이 높아진다는 일반적인 경향이 반영되어 있는 것으로 볼 수 있다.
계절적 변이와 Ca2+ 항목의 관련성이 높다는 점은, 즉 겨울철에 조하대와 조간대-해빈에서 Ca2+의 함량 이 줄어드는 것은 겨울철에 해안사구로 유입되는 해 안사구 퇴적물의 Ca2+ 함량의 공간적 특성을 논의한 유근배 등(2012)의 결과를 통해 해석할 수 있다. 유근 배 등(2012)은 신두리 해안사구에서 퇴적물이 주로 유 입되는 북쪽 해안에서 Ca2+의 함량이 높았고 그 지점 에서 해안사구 내부로 갈수록 Ca2+ 함량이 높게 나타 나며, 바람의 세기가 약해지는 봄철로 갈수록 함량이 높아짐을 보였다(그림 31, 32). 그리고 이러한 시공간 적 패턴을 비사에 광물질 모래에 비해 상대적으로 밀 도가 낮은 패사가 선택적으로 많이 포함되었기 때문 이라는 해석을 하였다. 즉 광물질 모래에 비해서 밀도 가 낮은 패사가 해안에서 육지방향으로 이동이 높았
표 6. 치환성양이온 함량에 대한 대응표본 T-검정 결과 대응차
t 자유도 유의확률
평균 표준편차 평균의 (양쪽) 표준오차
차이의 95% 신뢰구간
하한 상한
1차 Ca2+-2차 Ca2+ 137.7310 43.7912 8.1318 121.0737 154.3883 16.937 28 .000 1차 K+-2차 K+ -7.4241 25.5243 4.7397 -17.1331 2.2848 -1.566 28 .128 1차 Mg2+–2차 Mg2+ -6.3690 56.6754 10.5244 -27.9271 15.1892 -.605 28 .550 1차 Na+–2차 Na+ -178.3517 379.1070 70.3984 -322.5563 -34.1471 -2.533 28 .017
고, 바람이 약해지는 시기로 갈수록 패사 위주로 이동 했다는 것이다. 그렇다면 조하대와 조간대-해빈에서 패사가 겨울철에 선택적으로 바람에 의해 해안사구로 이동되어 조하대와 조간대-해빈 퇴적물 내의 패사의 함량이 줄어들게 될 것이고 이는 Ca2+의 감소와 관련 될 것이다. 또한 파랑이 강해져서 퇴적물이 이동되는 과정에서도 밀도가 낮은 패사가 선택적으로 운반되었
을 가능성도 있다. 실제 겨울철 Ca2+와 해빈퇴적물의 입도평균에서 약하지만 음의 상관관계가 나왔는데, 입도가 큰 패사가 해빈퇴적물로 상당히 이동된 것으 로 판단된다. 그렇지만 이를 명확히 하기 위해서는 퇴 적물 내 패사의 계절별 변화와 패사의 공급원의 계절 적 변화(eg. 저서생물의 개체 변화 및 섭식활동) 또는 바람 또는 파랑에 의해 선택적으로 대량의 패사가 이 그림 26. Ca2+의 1차-2차 비교 그림 27. K+의 1차-2차 비교
그림 28. Mg2+의 1차-2차 비교 그림 29. Na+의 1차-2차 비교
동될 것인가에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
3) 조하대-해빈-해안사구의 연계성과 신두 해양 생태계보호구역 및 해안사구 관리
이 연구를 통해 신두리 해역은 하계와 동계의 입도 평균을 중심으로 퇴적물 특성이 차이가 나는 것을 확 인할 수 있었다. 여름철에 해안선으로부터 비교적 멀 고 수심이 깊은 지점의 경우 세립질 입자가 퇴적되며, 겨울철에는 조립질 입자가 이를 대체하는 환경으로 변화한다는 것을 확인하였다. 주로 겨울철에 조간대 와 해빈으로부터 모래가 해안사구로 불려 들어가 해 안사구를 형성한다는 것은 여러 연구에서 보고되었 다(서종철, 2001; 서종철, 2010; 윤현호, 2011; Rhew and Yu, 2009; 류완상, 2002). 이를 고려해 볼 때, 조 하대를 비롯한 조간대-해빈에서 겨울철에 조립질 퇴 적물의 분포 면적이 넓어지는 현상은 아직까지 구체 적인 원인은 규명되지 않았지만 해빈에서 해안사구지 대로 유입되는 모래의 양이 증가하는 현상과 높은 관 련이 있는 것은 확실하다. 그렇지만 만약 여름철에 지 나치게 많은 세립질 퇴적물이 주변부로부터 공급되어 동계에도 세립질 퇴적물이 넓게 분포하는 환경이 지 속된다면 해안사구로 공급되는 모래의 양이 줄어들
수 있을 것이다. 왜냐하면 세립질 퇴적물이 조간대- 해빈의 모래를 점착시키거나 간조시 수분의 배수가 느려지게 만들 수 있기 때문이다. 이러한 조건에선 더 강한 바람이 불어야 모래가 바람에 의해 이동될 수 있 을 것이다.
계절에 따른 조하대, 조간대-해빈의 퇴적양상의 변 화와 해안사구의 형성 조건을 고려해 볼 때, 연구지역 인 신두리 해양보호구역을 중심으로 다음과 같이 관 리방향에 대한 함의를 도출할 수 있다. 첫째, 신두리 해빈의 외측 또는 주변 해역에서 파랑의 세기를 약화 시키는 방파제 등의 인공구조물을 설치하는 것은 겨 울철 파랑의 세기에 의해 조립질 퇴적물의 분포 면적 이 넓어지는 특성을 영향을 줄 것이고 더 나아가 해안 사구의 형성을 약화시키는 것이 될 것이다. 둘째, 주 변 해역 또는 내륙으로부터의 세립질 퇴적물의 지나 친 유입(예를 들면 외해에서의 준설을 통한 부유퇴적 물의 확산, 배후 유역의 개발로 인한 세립질 퇴적물의 공급 증가 또는 선택적 공급)은 겨울철 조립질 퇴적물 의 분포 면적을 줄어들게 할 것이고 이는 해안사구의 형성을 약화시키는 결과로 나타날 것이다.
이 연구를 통해 얻은 퇴적물의 치환성양이온 특성 을 정리하면, 퇴적물 입도평균과 Mg2+, K+, Na+ 등 의 치환성양이온 함량은 높은 양의 상관관계에 있다 는 점과 겨울철에 Ca2+의 함량이 감소한다는 것이다.
그림 30. 주성분 분석 성분 적재 Biplot 표 7. 주성분 분석 성분적재표
차원
1 2
입도평균 0.821 0.442
분급 0.796 0.376
Ca2+ 0.155 0.895
K+ 0.907 -0.261
Mg2+ 0.869 -0.245
Na+ 0.775 -0.461
계절 -0.060 0.994
위치 0.354 0.173
변수 주성분 정규화
전자의 경우 다양한 조건에 의해 세립질 퇴적물이 늘 어난다면 Mg2+, K+, Na+ 등의 치환성양이온의 함량 이 높아진다는 것을 의미한다. 이러한 상황에서는, 앞 에서 설명하였듯이 해안사구로 공급되는 모래의 양 은 줄어들면서 공급되어지는 퇴적물에 부착된 Mg2+, K+, Na+ 등의 치환성양이온의 함량 또는 농도가 높아 질 가능성이 높다. 이러한 변화는 해안사구 생태계의 영양수지를 변화시켜 생태계의 변화를 가져올 것이 다. 특히 이중에서 식생의 정착에 가장 중요한 제한 요 인으로 알려져 있는 Na+의 함량 변화에 주목할 필요 가 있다. 이 연구에서는 조하대 및 해빈에서 Na+의 함 량이 가장 높게 나타났는데, 유근배 등(2005)과 유근 배 등(2012)은 Ca2+＞Na+＞Mg2+≒K의 순으로 제시 한 것과 같이 Na+의 함량은 해안사구의 퇴적물에서 는 상대적으로 낮아지게 된다. 이렇게 낮아지는 원인 에 대해서 이온별 흡착력의 차이, 포집된 후 수거하기 전까지 발생한 용탈, Ca2+이 높은 국지적인 원인 등으 로 설명하였다. 이 중 두 번째 원인이 유효하다면, 세 립질 퇴적물과 같이 공급되는 Na+는 조립질 퇴적물에 비해서 용탈이 덜 발생할 수 있기 때문에 결과적으로 해안사구 내에서 더 높은 함량이 유지될 개연성이 있 다. 이는 해안사구 식생에 제한요인으로 작용해 해안 사구 생태계의 변화를 유발할 가능성이 있다.
두 번째로 겨울철에 Ca2+의 함량이 감소한다는 것 은 앞 절에서 제시한 원인(패사의 선택적 이동)이 적 합한 것이라면, 해안사구로 유입되는 퇴적물 중 상당 수가 패사에 기인한다는 것이 된다. 이러한 신두리 해 안시스템에서 겨울철 이전 급격하게 패사의 함량이 감소한다는 것은 퇴적물의 유입의 감소를 통해 해안 사구 형성과 유지에 악영향을 주게 될 것이다. 김대현 (2005)과 송호경 등(2005)의 연구에서 공통적으로 식 생의 분포에 높은 영향을 주는 변수로서 Ca2+ 함량을 들었으며, 신두리 해안사구의 대표적 식생인 순비기 나무, 통보리사초, 갯그령의 분포와 관련되어 있다고 제시한 것으로 볼 때, 패사의 함량이 감소한다는 것은 해안사구 생태계의 변화를 촉진시킬 가능성도 높다.
현재 신두리 해양생태계보호구역과 신두리 해안 사구는 이 지역의 전체 해안시스템 중 일부만 지정되 어 있으며, 이들 구역의 외측, 즉 해안사구 보호지역 의 남쪽 지역을 중심으로 관광지 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 이들 남쪽 개발지의 경우 관광 시설 을 보호하기 위해 해안선을 따라 해안옹벽이 설치되 어 있다. 이러한 해안옹벽은 파랑에너지를 반사시켜 해빈퇴적물의 세굴을 일으키며, 퇴적환경 변화를 야 기할 수 있는 것으로 알려져 있다(French, 2001). 이 는 사구지역 전면 해빈의 남쪽에서 북쪽 방향으로 진 그림 31. 신두리 해안사구로 유입되는 퇴적물의 공간별
Ca2+분포(유근배 등, 2012) A가 북쪽해안, A1에서 A8로 갈수록 내륙
그림 32. 신두리 해안사구로 유입되는 퇴적물의 시간별 Ca2+분포(유근배 등, 2012)
A1이 2월 중순이며, A5는 4월 중순
행되는 퇴적물 이동 패턴(서종철, 2010; 윤현호, 2011) 과 조하대-조간대-해빈-해안사구로 이어지는 모 래 순환 시스템에 영향을 주게 될 것이다. 따라서 이 들 개발지의 전면부 해안에 대한 지속적인 모니터링 이 필요하며, 연성호안으로 점차 대체될 수 있도록 유 도할 필요가 있다고 판단된다. 또한 신두리 남서쪽에 위치하고 있는 방조제로부터 세세립질 퇴적물이 지나 치게 유입되지 않도록 관리해야 할 것이며, 방조제 전 면부에 위치하는 니질간석지의 동태도 추가적으로 모 니터링해야 할 것으로 판단된다. 그리고 조하대와 조 간대-해빈의 퇴적물 특성의 변화가 결국 배후에 위치 한 해안사구지대로 유입되는 모래의 물리·화학적 특 성의 변화를 주게 되어 생물서식처로서의 해안사구의 기능에 변화를 야기할 수 있음을 염두에 두어야 한다.
5. 결론
2013년 8월과 2014년 1월에 신두 해양생태계보호구 역 내 조하대의 20개 지점과 조간대 해빈 9개의 지점 에서 퇴적물을 채취하여 퇴적환경의 계절별·공간별 특성을 파악하였다. 이를 통해 다음과 같은 결론을 도 출할 수 있었다.
퇴적물의 입도평균은 조하대의 경우 1차 2.36~
7.05Ø(평균 3.36Ø), 2차 1.82~3.49Ø(평균 2.55Ø) 로 중립실트에서 세립사의 범위로 나타났고, 해빈의 경우 1차 2.41~2.50Ø(평균 2.5Ø), 2차 2.25~2.50Ø (평균 2.4Ø)로 모두 세립사였다. 입도평균은 전체적 으로 여름철보다 겨울철에 조립해졌고, 여름철에는 공간적으로 서쪽 방향과 해빈에서 먼 방향으로 갈수 록 세립화되는 경향이 나타났다. 여름철 조하대의 경 우에 모래, 실트질모래, 펄질모래, 사질점토 등의 4개 퇴적상이 나타났으나 겨울철에는 대부분 모래로 바뀌 었고, 해빈에서는 전 시기에 걸쳐 모래가 퇴적되어 있 었다. 입도평균과 퇴적상의 공간적·계절적인 패턴이 나타나는 원인은 크게 두 가지 요인을 검토할 수 있었 다. 첫째, 공간적인 수심의 차이로 인한 여름철 외해 로부터의 세립질 퇴적물의 유입·퇴적과 겨울철 해빈
으로부터 사질퇴적물의 확장을 들 수 있다. 특히 여름 철에 비해 겨울철에 강해지는 북서풍에 의한 파랑의 변화는 겨울철 세립질 퇴적물이 제거되는 효과가 있 는 것으로 판단된다. 두 번째 요인은 내륙 쪽으로부터 의 세립질 퇴적물의 유입가능성이다. 여름철의 경우 해당지역에 강우가 집중되거나, 파랑 에너지의 조건 이 약해지게 되면 이들 세립질 퇴적물이 연구 지역의 서쪽으로 유입될 수 있는 가능성이 있다.
퇴적물에서 측정된 치환성양이온 함량은 1차의 경 우에는 Na+＞Ca2+＞Mg2+＞K+의 순으로 나타났고, 2 차에서는 Na+＞Mg2+≒Ca2+＞K+의 순으로 나타났다.
1차와 2차 퇴적물 모두 해수에 비해 상대적으로 Ca2+
의 함량이 높게 나타나는 경향이 있었다. Ca2+을 제외 한 치환성양이온의 분포 특성은 퇴적물의 입도특성 과 관련성이 있는 것으로 판단된다. Mg2+, K+, Na+
의 시공간적 분포 패턴은 세립질 퇴적물이 많아질수 록 양이온치환용량이 높아진다는 일반적인 경향이 반 영되는 것으로 나타났다. Ca2+의 경우에는 겨울철에 함량이 낮아지는 가장 두드러지는 결과가 나타났다.
겨울철 Ca2+의 함량이 낮아지는 원인은 해안사구로의 선택적 비사의 이동으로 추정되지만 보다 명확한 해 석을 위해서는 추후 연구가 필요하다.
신두리 해역의 조하대와 조간대-해빈에서 나타나 는 퇴적물의 물리·화학적 특성의 공간적·계절적인 패턴은 연구지점과 연결되어 있는 해안사구의 지형변 화 및 퇴적물 수지, 그리고 해안사구 생태계의 동태 등 과 개연성이 높다는 점을 논의하였다. 이러한 논의를 바탕으로 조하대와 조간대-해빈의 퇴적시스템에 영 향을 미치는 것은 ‘신두 해역 해양생태계보호구역’뿐 만 아니라 ‘신두리 해안사구’의 지형 및 생태시스템에 영향을 줄 수 있음을 강조하였다.
사사
이 논문은 ‘2013년 해양보호구역 조사관찰’ 연구의 일환으로 수행된 결과를 수정 보완한 것이다. 연구 수 행에 도움을 준 해양환경관리공단 해양생태팀의 김영 남, 조수연 박사님과 대구가톨릭대학교 장성건, 손영
