Side scan sonar 해저면 음향영상을 이용한 동해 궁촌리 북부 연안의 홍수퇴적물 분포
이철구·정섬규·김성렬*
한국해양과학기술원, 426-744, 경기도 안산시 상록구 해안로 787
Distribution of Flood Sediment Deposits using the Seafloor Image by Side Scan Sonar near the Northern Coast of Gungchon-ri, East Sea
Cheol-Ku Lee, Seom-Kyu Jung,and Seong-Ryul Kim*
Korea Institute of Ocean Science and Technology, Gyeonggi 426-744, Korea
Abstract: To analyze the distribution pattern of flood sediment deposits near the mouth of Chucheoncheon (river), side scan sonar images and seafloor sediment properties were investigated in the offshore area within about 50 m deep in water. Based on the analysis result of the sonar images, the seafloor of the study area is divided into three areas of basement, sandy-mud, and dispersed flood sediment. The colors of sonar images in each area are represented by dark black, light grey, and greyish black, respectively. The sediment composition in the grey black area shows 33.73% of gravel, 62.88% of sand, 3.37% of silt, and 0.02% of clay. On the other hand, the composition of the light grey area is 10.31% of sand, 56.42% of silt, and 33.27% of clay. Especially the sediment of the grey black area contains the considerable amount of burned plant fragments in black color, which could distinctly be differentiated from those in the offshore. The distribution pattern of the flood sediment deposits suggests that the land-originated detrital sediments seem to be transported from the Chucheon river into offshore along the shore rather than transversely. In conclusion, the longshore current of the study area is probably dominant to affect the spatial distribution of bottom features.
Keywords: side scan sonar, seafloor image, flood sediment deposits
요 약: 추천천 하구 근처에 홍수퇴적물 분포 패턴을 분석하기위해, 측면주사소나(side scan sonar) 이미지와 해저퇴적물 의 특성을 수심 50 m 이하 연안지역에서 조사하였다. 소나 이미지 분석을 바탕으로 연구 지역의 해저는 기반암, 모래질 펄, 홍수퇴적물 분포지역, 3개 지역으로 구분된다. 각 지역의 측면주사소사 이미지의 색상은 아주 검은 색, 비교적 밝은 색, 그리고 암회색으로 표시된다. 해저퇴적물은 암회색 지역에서 자갈 33.73%, 모래 62.88%, 실트 3.37%, 점토 0.02%
이고, 모래질 펄 지역에서 모래 10.31%, 실트 56.42%, 점토 33.27%로 분석되었다. 특히 암회색 지역의 퇴적물은 다량 의 불에 탄 식물 조각편을 포함하고 있어 주변 연안에서 관찰할 수 있는 퇴적물과는 뚜렷한 차이를 보인다. 홍수퇴적 물의 분포 형태는 추천천 하구에서 해양으로 해안선에 수직하게 분포하지 않고, 연안을 따라서 분포되어 있음을 확인할 수 있었다. 결론적으로 연구 지역의 연안류의 흐름이 해저퇴적상의 공간적 분포 형태에 지배적으로 영향을 주었다.
주요어: 측면주사소나, 해저면 음향영상, 홍수퇴적물
서 론
한국해양연구원은 2004년 5월에 강원도 삼척시 근 덕면 궁촌리 일대의 연안해역에서, 음향측심기를 이 용한 정밀해저지형, 측면주사조사(side scan sonar) 해 저면 음향영상, 그리고 해저퇴적물 채취의 현장조사 가 진행되었다(Fig. 1). 일반적으로 음향측심 기록은, 지형의 기복이 없는 지역에서는 안정된 수심단면을
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보이지만, 노출암반이 분포하는 지역에서는 반사강도 가 크고 단주기 형태의 불규칙한 수심단면으로 나타 난다. 해저면 음향영상 기록에서는, 해저에 분포하는 퇴적물의 평균입도와 거침도(roughness)에 비례하여 조립질 일수록 음향강도가 높아지며(Clay et al., 1964; McKinney and Anderson, 1964; Wong and Chesterman, 1968; Kim et al., 2002), 그 세기에 비 례하여 흑백농담(black and white grey scale)으로 해 저영상을 표현한다. 따라서 해저상태가 노출암반이라 면 측심기록과 해저영상은 대체로 그 양상이 비슷하 게 나타나게 되는데, 특이하게도 본 연구지역에서는 서로 다른 형태의 흑백농담 기록구간이 확인되었다.
해저바닥이 단주기 형태의 불규칙한 측심결과(sun- illuminated map)를 보이는 지역이 해저면 음향영상 에서는 노출암반에서 관찰되는 형태의 짙은 영상으로 나타나고 있다(Figs. 2b and 3). 이러한 음향영상 탐 사자료의 차이점을 홍수퇴적물 유입으로 해석하였다.
대형 산불(2000년 4월) 이후 태풍 루사(2002년 8 월)와 매미(2003년 9월)에 의하여 많은 육상퇴적물이 추천천을 통하여 연안해역(궁촌해수욕장 북부)으로 유입되었을 가능성이 있다. 이 지점의 퇴적물을 채취 하여 현장에서 확인해 본 결과, 대부분이 모래와 큰 자갈들로 구성되어 있었으며, 자갈들은 해저퇴적물에 서 흔히 볼 수 있는 마모의 흔적이 없었다. 따라서 오랜 시간을 두고 집적된 퇴적체가 아니고, 단시간에 하천으로부터 집중적으로 쓸려 내려온 홍수퇴적물 (flood sediment deposits)이다. 특히 퇴적물에는 불에 탄 흔적이 있는 나무 파편도 다량 포함되어 있어서, 2000년에 발생한 동해안 일대의 산불과도 무관하지 않다는 결론에 이르게 되었다.
산불 발생지역은 타 지역에 비하여 연약해진 지반 과 토양층(토사층)의 지지력을 상실한 표층부가 집중 호우와 누적강우량에 노출될 경우, 많은 산사태가 발 생하여 제방범람, 교량붕괴 등의 홍수재해와 직결되 기도 한다. 삼척시에서 발간한 수해백서에 따르면 태 풍 루사로 인한 수해기간 동안에 강우일수는 37일 간이었으며, 누적강우량은 총 824.2로 삼척시 연평균 강수량(1,294.5)의 64%나 되었다(Samcheok-si, 2002).
이와 같이 하천의 통수기능이 마비될 정도의 우량은 하천 하류부의 정체현상과 하천구조물의 유실 및 파 손을 초래했다. 결국 산불과 홍수의 연이은 발생으로 인하여 엄청난 량의 육상토사 대부분이 주로 추천천 을 통하여 바다로 유입되었고, 홍수퇴적물은 표층퇴
적물 채취를 통하여 확인하였다. 이를 해저면 음향영 상의 분포 형태와 비교해 보는데 이 연구의 목적을 두었다.
현장조사
현장조사는 2004년 5월 16일부터 23일까지, 음향 측심과 해저면 음향영상 탐사가 수행되었고, 취득된 탐사자료를 근거로 17개의 정점에서 표층퇴적물 시 료가 채집되었다(Fig. 1). 탐사선은 현지에서 임차한 선박(바다스타호, 10톤급)을 사용하였으며, 음파탐사 시 항해속도는 4-5knot를 유지하였다. 해상위치는 정 밀위성항법장치(DSM 212, Trimble, USA)와 이를 연 계하여 운영되는 해상위치운영시스템(Hawk Eye, KORDI, Korea)으로 초 단위의 연속적인 위치정보를 수록하였다.
음향측심은 단빔(single beam echo-sounder, DE719D MK2, Raytheon, USA) 한 대와 다중빔(multi beam echo-sounder, SeaBat 8124, RESON, USA 및 Submatrix 2000 series, SEA, UK) 두 대를, 해저면 음향영상은 측면주사소나 시스템(side scan sonar, SS951, Triton Elics, France)와 수중예인체(tow-fish, 159D, GeoAcoustics, UK)를 사용하였으며 측심조사 와 동시에 수행되었다. 조사기간 중 매일 2회씩, 수
Fig. 1. Side scan sonar survey track and seafloor sediment
sampling location.
온약층 이하 수심까지 바-체크(bar check)를 수행하여 단빔의 기록수심을 보정하였으며, 수직음속측정기 (sound velocity probe, SVP-15, Navitronic Systems AS, Denmark)를 사용하여 다중빔 음향측심기기록계 에서 수층의 해양물리환경 변화에 따른 다중빔의 음 선 추적을 위해 수중음속 프로파일을 1 m 깊이마다 관측하여 현장에서 적용해 주었다. 해저면 음향영상 의 경우 탐사선 후미에서 예인한 수중예인체는 예인 케이블 방출 길이를 10-200 m까지 수심변화에 따라 적절히 변경하면서 운영하였으며, 이번 탐사에 적용 된 음향주파수는 410 kHz이었다.
연구해역의 음파탐사 측선간격은 수심 50 m 미만 의 천해에서는 100 m로, 심해에서는 300 m로 계획되 었으며, 탐사방향은 해안선과 평행하도록 남북방향으 로 설계하였다. 해저면 음향영상은 측선간의 해저영 상이 충분히 겹치도록 좌·우현 주사범위(scan range) 는 75 m와 200 m로 각각 운영되었다.
자료처리
해저퇴적물
현장에서 채취된 시료는 실험실에서 약 5 g을 1,000 mL 비이커에 담아 조개껍질 등의 탄산염 성분물질에 의한 오차 방지를 위하여 0.1 N염산(HCl)으로 반응시 켜 탄산염을 제거하였다. 그리고 유기물을 제거하기 위하여 10% 과산화수소수(H2O2)로 24시간 이상 반 응시켰다. 입도분석이 준비된 시료는 4 φ 체를 이용 하여 습식체질(wet sieving)로 조립질과 세립질 퇴적 물로 분리되었다. 4 φ 이하의 사질시료는 0.5 φ 간격 으로 Gradex 2000 입도 분석기를 사용하여 약 10분 간 체질한 다음, 입도 등급별로 무게백분율을 구하였 다. 4 φ 이상의 뻘질 시료는 전체를 대표할 수 있는 시료 2 g을 취해 0.1% 칼곤(calgon)용액을 80 mL 넣 고 초음파 분쇄기와 자기진동기로 시료를 균일하게 분산시킨 다음, X-선 자동 입도분석기(Sedigraph 5100) 를 사용하여 입도무게 백분율을 구하였다. 평균입도, 분급도, 왜도, 첨도 등의 통계변수들은 Folk and Ward(1957)의 inclusive graphic method에 의하여 구 하였다.
해저지형
취득된 멀티빔 음향탐사 자료는 CARIS HIPS/
SIPS ver 6.1을 이용하여 자료변환, 측위자료, 모션자
료, 핑별 오측제거, 음속 프로파일 보정, DTM보정, ASCII XYZ파일 추출의 과정을 통해 처리되었다.
Submatrix와 Seabat8124에서 기록된 멀티빔 음향 탐 사자료를 후처리 SW인 CARIS HIPS/SIPS에서 처리 하기 위하여, 자료를 CARIS HDCS포맷으로 변환하 는 과정이 필요하다. 이때, 관측시 기록된 품질 속성 자료를 이용하여, 일정한 패턴의 오측자료는 제거된 다. HDCS자료는 프로젝트별로 자료를 관리하는데, 하나의 프로젝트에 여러 대의 조사선이 동원될 수 있음으로 조사선 별 디렉터리를 가지고 있고, 특정 조사선 디렉터리 밑에 관측일자별로 하위 디렉터리를 관리하며, 관측일자별 취득된 파일별로 하위 디렉터 리를 가지는 구조를 가진다. 변환이 완료된 파일을 대상으로 GPS로부터 입력된 위치자료 중에서 오측자 료를 제거하고, 모션센서의 품질을 검토, 필요시 삭 제하거나 스무딩 필터로 잔주기 효과를 제거한다. 이 후, 단독 측선 내 핑 별로 수신한 빔 자료내의 오측 을 제거하고, 개별 측선 수심 자료가 제거되면, GPS, 부가센서, 관측 수심을 모두 통합하여 DTM 모델을 생성하고, 이를 대상으로 부자연스러운 관측 자료를 제거하여 최종적인 모델을 완성한다. 최종적인 모델 을 완성하고 나면, 도면 작성을 위하여 ASCII XYZ 파일을 생성한다.
해저면 음향영상
현장에서 취득된 디지털 자료의 샘플링 간격이 19.889 kHz이고, 좌·우현 각각 2048개씩으로 구성되 며, 하드디스크에 저장된 기록형태는 XTF (eXtended Triton Format) 형식이다(Triton, 2005). 일반적인 수 중음속을 적용할 때 경사거리는 [(2048/19889.53 Hz)
*1500 m/s*0.5=[77.2 m]로 계산되므로 현장조사 시 주사범위 75 m를 만족한다. 이 연구에서 처리된 자료 의 양은 약 3 GByte 정도이다.
수중예인체는 탐사선 후미에서 예인되므로 탐사선 의 항적자료를 수중예인체의 위치자료로 변환하였다 (Kim et al., 1997; Kim et al., 2003). 그리고 주사자 료(scan data)로부터 격자자료(grid data)로 변환하기 위하여 단위조사역(foot-print area)을 계산한 다음 (Malinverno et. al., 1990), 투영빈도수와 단위조사역 의 면적 기여도를 통계 처리하여 격자 대표값을 결 정하는 방법(Kim et al., 1987; Kim et al., 1994)으 로 격자자료를 구성하였다.
격자자료는 인접한 두 탐사측선 간의 거리보다 더
넓은 주사범위로 탐사자료가 취득되었으므로 측선사 이의 중간부분이 겹치게 된다. 겹치는 부분을 혼합하 여 맵핑할 경우 해저면 음향영상의 해상력은 오히려 저하된다. 따라서 영상기록이 더 좋은 어느 한쪽을 선택하든지, 아니면 그 중간 경계부분을 정하여 두 측선자료 모두를 사용할 것인지 결정할 필요가 있다.
이 연구에서는 후자의 방법인 주사영역 연속하향 축 소법(Kim, 2005; Kim et al., 2006)으로 격자자료를 재구성한 다음 해저면 음향영상 모자이크 맵핑처리에 적용하였다.
결 과
해저퇴적물
연구지역에서 총 10개 지점에서 시료를 채집하였 다. 자갈 또는 노출암반이 분포하는 지역인 정점 10- 15번까지는 현장에서 여러 번 시도하였으나 시료채집 이 불가능하였다(Table 1). 정점 17번에서는 시료를 채취하지 않고 표면에 대한 사진촬영을 시행하였다.
채취된 시료는 퇴적물의 지역적 분포특성을 분석하기 위하여 입도분석을 통하여 해저퇴적물의 퇴적상, 퇴 적물의 구성 성분별 함량(모래, 실트, 점토), 평균입 도, 분급도, 왜도, 첨도를 구하였다(Fig. 4).
퇴적상(sedimentary facies)은 펄(mud), 모래질 펄 (sandy mud), 펄질 모래(muddy sand), 모래(sand), 모 래질 자갈(sandy gravel)의 5개로 구분되었다. 정점 1 번과 16번은 모래질 펄 지역이고 정점 2번은 펄질 모래 지역, 나머지 정점 3-15번은 암반 및 모래질 자 갈이 분포하고 있다(Fig. 1). 연안에서 외해 쪽으로 갈수록 모래와 펄질 모래, 그리고 모래질 펄이 북서-
남동방향으로 좁고 길게 대상으로 분포하는 경향을 보이고 있다. 수심이 낮은 안쪽에서는 주로 펄질 모 래 이상의 조립한 퇴적상이며, 수심이 깊은 바깥쪽에 서는 주로 모래질 펄 그리고 펄 등의 세립한 퇴적상 이다(Fig. 4a). 자갈, 모래, 실트, 점토의 구성 함량의 분포특징은 모두 비슷한 형태를 보이고 있다. 실트와 점토의 경우는 수심이 깊은 쪽으로 갈수록 함량이 높아지고 모래와 자갈의 경우는 수심이 낮은 쪽에서 함량이 높아진다(Figs. 4b, 4c, and 4d).
평균입도는 –0.67-7.17 φ 범위로 나타나지만 대부 분이 2 이하의 모래와 펄질 모래 퇴적물이다. 연구해 역의 북동쪽 정점 2는 7.17 φ로 가장 세립하며, 조사 해역의 북서쪽 정점 3, 5, 7, 9에서 0 φ에 근접한 값 으로 조립하다(Fig. 4e). 분급도는 연구해역의 북서쪽 에서 남동쪽으로 불량해지는 경향을 보인다. 분급도 가 양호(1.0 φ 이하)한 지역은 연구해역에 나타나지 않으며, 대부분의 해역이 1.5 φ 이상의 불량한 분급도 를 보인다(Fig. 4f). 펄질 모래 지역에서만 왜도는 0 에 가까운 값을 보이고 첨도는 6 이상의 값을 보인 다. 다른 지역에서는 왜도는 1.2-1.5 정도이며 첨도는 2.7-3.7의 값을 보인다(Figs. 4g and 4h).
해저지형
해저지형 수심측량 자료의 분석결과는 2차원적인 등수심도와 3차원적인 sun-illuminated map으로 나타 내었다(Fig. 2). Fig. 2a에서 조사해역의 전체적인 수 심 분포 범위는 5-85 m 정도로 북동부 해역에서 최 대 수심을 보이며, 등수심선은 대체로 연안선과 평행 하게 북북동 방향으로 분포하고 있다.
연안 가까이 지형기복이 심한지역이 있으며, 연구
Table 1. Seafloor sediment properties
Sample No Composition (%)
Sediment Type Statistical Parameters
Gravel Sand Silt Clay Mz σ Sk KG
01 58.87 29.81 11.32 zS 4.43 2.50 1.21 3.77
02 11.00 55.62 33.38 sM 7.17 2.40 0.07 2.73
03 33.73 62.88 3.37 0.02 sG -0.05 1.72 1.54 6.33
04 9.62 57.22 33.16 M 7.15 2.36 0.14 2.72
05 22.01 73.17 3.33 1.49 gS -0.03 1.92 3.25 16.73
06 81.54 13.47 4.99 zS 3.19 2.02 1.98 7.14
07 13.19 85.02 1.00 0.79 gS 0.11 1.42 3.77 28.02
08 90.99 6.07 2.94 S 2.49 1.79 3.05 14.07
09 36.60 60.29 1.57 1.54 sG -0.67 2.17 2.48 14.32
16 - 64.90 24.39 10.71 zS 4.06 2.67 1.21 3.61
Mz: mean grain size ( φ ), σ: sorting (φ ), S
k: skewness, K
G: kurtosis
해역의 남쪽과 북쪽 연안 쪽은 비교적 평탄한 지역 이다(Fig. 2b). 외해 쪽은 완만한 경사로 깊어지는 지 형이지만, 소규모의 암반 노출부분이 산재하는 것으 로 판단된다. 특히 연구해역의 북동부 해역의 등수심 선의 형태가 단순하지 않으며 남-북 방향으로 방향성 을 갖는 낮은 둔덕(bank)을 형태하면서 깊어지는 양 상을 보이고 있다.
해저면 음향영상
음향영상 모자이크 결과도면은 조사지역 해역에서 몇 가지 해저면의 특징을 단적으로 잘 나타내고 있 다(Fig. 3). 흑백농담으로 나타나는 해저면 지질환경 은 크게 두 구역으로 구분할 수 있다. 비교적 넓은 폭을 가지고 연안선에 나란하게 검은 대상형태로 나 타나는 지역(A와 C)과 외해 쪽의 나머지 지역(D)이 다. 연안 쪽은 후방산란 음향강도가 높은 지역으로서, 대부분이 모래 또는 펄 퇴적상의 표층퇴적물로 얇게 피복된 노출암반이 분포하는 것으로 해석되며, 외해 쪽은 후방산란 음향강도가 대단히 낮은 지역이다. 대 부분이 세립질의 표층퇴적물이 표면을 피복하고 있는 것으로 판단된다. 그리고 음향강도의 변화가 없는 양 상으로 미루어, 해저면 퇴적상의 변화는 없는 것으로 보인다.
특히 수중예인체의 직하부(항적 부분)에서 연속적 으로 나타나는 강한 반사신호(비교적 검은 영상)가 전체적인 모자이크 영상에 상당한 영향을 주고 있다 (D지역). 일반적으로 수심이 깊어지면 출력에너지를 높이게 되는데, 이때 가운데 부분은 양쪽의 먼거리에 서 수신되는 신호보다 상대적으로 강도가 높을 수밖 에 없다. 경우에 따라서는 이 부분을 강제적으로 낮
Fig. 2. Bathymetric contour map (a) and sun-illuminated
map (b).
Fig. 3. Mosaicked seafloor image using side scan sonar
data.
추는 경우도 있으나 영상기록을 임의로 조정할 경우 중요한 해저면 정보를 놓칠 가능성이 있기 때문에 그대로 놓고 전체적인 경향을 분석하는 것이 일반적 이다.
토 의
해저퇴적물과 해저지형
Fig. 1에서 정점 3, 5, 6, 7번 지역은 불에 탄 흔적 이 있는 식물 부스러기들과 조개껍질들을 다량 포함 하고 있다(Fig. 5a). 이는 추천천의 홍수퇴적물과 같
은 종류의 퇴적물이다(Fig. 5b). 퇴적물 시료분석에서 10% 과산화수소수(H2O2)로 처리하는 과정에서 유기 물을 제거하기 때문에 Table 1에서는 홍수퇴적물의 흔적을 확인할 수 없고 현장에서 시료채취 당시에 육안으로 확인한 결과를 가지고 홍수퇴적물의 분포지 역을 추정하였다.
정점 10-15번 지역에서는 해저퇴적물 시료채취를 시도했으나 분석할 수 있을 만큼의 채집된 시료는 없었다. 단지 암반지역이라는 사실만 확인했으며, 조 금씩이나마 굵은 자갈, 홍수퇴적물(식물파편), 수중부 착생물 등이 암반을 얇게 피복하고 있는 해저환경만
Fig. 4. Distribution patterns of seafloor sediment properties; sedimentary facies (a), composition of sand (b), silt (c), sandy clay
(d).
확인되었다. 또한 계획했던 정점 대부분 암반지역에 집중되어 있어서 연구지역의 퇴적물 분포환경을 충분 히 논의하기에는 한계가 있다. 그러나 외곽지역의 정 점 1, 2, 4, 16의 분석결과를 함께 고려하여 볼 때, 연안에서 외해 쪽으로 향하면서 조립질 퇴적물에서 세립질 퇴적물로 변하는 일반적인 퇴적상을 변화를 보이고 있다. 이는 해저지형 등수심선의 방향이 북북 동 방향으로 수심 약 85 m까지 깊어지고 있기 때문 이다(Fig. 2a). Fig. 2b에서 지형기복이 심한 암반노 출 지역은 해저퇴적물 분석결과 대부분이 자갈과 모 래로 구성되어 있다.
암반지역을 제외한 남쪽과 북쪽의 연안 지역은 비 교적 평탄하고 완만한 지형을 보이고 있다(Fig. 2b).
이 지역을 대표하는 정점은 1번과 16번이다(Fig. 1).
정점 17번은 홍수퇴적물을 사진촬영한 지점이다(Fig.
5b, Fig. 1). 추천천 하구에서는 여전히 불에 탄 식물 부스러기 잔존물을 확인할 수 있지만, 정점 1번과 16 번에서는 홍수퇴적물의 흔적을 확인할 수 없었다. 따 라서 추천천에서 대량으로 바다로 유입된 퇴적물들은 해류(연안류)의 작용으로 상당부분 외해로까지 넓은 범위로 퍼져 쓸려 나갔다고 판단된다.
퇴적물성 분석자료는 시료채취 정점들이 일부 지역
Fig. 4. (continued). Distribution patterns of seafloor sediment properties; mean grain size (e), sorting (f), skewness (g) and kurto-
sis (h).
에 국한되어 있어서 연구해역을 대표한다고 보기는 어렵다(Fig. 4). 그러나 전체적인 경향성은 보이고 있 다. 연안에서 외해 쪽으로 조립질 퇴적상에서 세립질 퇴적상으로 변하고 있으며, 모래의 함량을 줄고 있는 반면, 실트와 점토의 함량은 늘어나고 있으므로 평균 입도는 외해 쪽에서 7 정도까지 작아지고 있다. 정점 대부분이 자갈과 모래 지역이므로 분급도는 낮게 나 타나는 것은 당연하다. 펄질 모래 지역을 제외한 다 른 지역에서 왜도 값이 1.27-1.5 정도라는 것은 strongly fine skewed에 해당되며 첨도 값이 2.7-3.7 정도로 높 게 나온다는 것은 시료채취 정점의 분포에서 비롯된 결과라고 판단된다(Boggs, 2011).
해저면 음향영상과 해저퇴적물
해저면 음향영상에서는 아주 짙게(dark black) 보이 는 지역, 얼룩덜룩하게 짙은(grey black) 지역, 그리 고 아주 옅은((light grey) 지역, 3개 구역으로 크게 구분된다(Fig. 3). 이들 세 지역에 대비되는 해저퇴적 상은 각각 암반지역(rock bottom), 모래(sand) 또는
모래질 자갈(sandy gravel) 그리고 펄(mud) 또는 모 래질 펄(sandy mud) 정도에 해당된다.
그러나 연구해역에서는 홍수퇴적물이 분포한다는 특 이한 해저환경 조건을 고려해야 한다. A와 B 구역의 해저면 음향특성을 얼룩덜룩하게 짙은(grey black stained) 영상과 아주 짙게(dark black) 보이는 영상으 로 구분하였다. B 구역의 영상은 피복되지 않은 암반 임을 쉽게 알 수 있으나, A 구역의 경우는 음향영상 형태에 약간의 차이가 있다. A 구역의 오른쪽 부분은 노출된 암반 부분이 점차적으로 퇴적물에 피복되고 있 는 형태이지만, 중앙 부분을 보면 덩어리진 괴상형태 (massive type)를 보이고 있다. 이러한 영상의 차이는 홍수퇴적물의 피복에서 기인한다고 판단된다.
강하구로부터 물을 충분히 함유한 토사가 단시간에 집중적으로 방출(avalanches)되는 홍수퇴적물의 특징 은 조립질 퇴적물이 다량 함유된 저탁류(turbidity current)의 형태로 해저에 퇴적물을 운반하고 퇴적된 다(Nichols, 2009). 따라서 강하구 근처에는 조립질 퇴적물이, 외해 쪽으로 세립질 퇴적물이 쌓이게 된다.
이 연구지역에서는 대형산불(2000년 4월)에 의해 타 다 남았거나 지지력이 약해진 식물들의 조각(파편, 부스러기)이 대형태풍 루사와 매미가 사태를 일으켰 을 때 바다로 대량 유입되었을 것이며, 그 후 해저에 퇴적된 육성퇴적물들은 조개껍질 등을 포함하고 있는 미고결 퇴적물과 함께 해류, 폭풍 등의 작용으로 먼 바다까지 운반되었다고 판단된다.
해저면 음향영상의 강도는 매질의 거침도가 클수록 증가한다. 따라서 퇴적물의 입도와 원마도에 무관하 지 않다(Clay et al., 1964; McKinney and Anderson, 1964; Wong and Chesterman, 1968). 점토보다는 모 래, 모래보다는 자갈에서 높은 후방산란 반사강도를 보이며, 조개껍질 등이 섞인 퇴적물에서는 더 높은 반사강도를 나타낸다. 홍수퇴적물은 분급이 매우 불 량한 퇴적물이다. 거기에 식물파편과 조개껍질도 함 께 포함되어 있는 것으로 채취된 시료에서 확인되고 있다. 이러한 홍수퇴적물이 노출암반을 피복하고 있 는 경우에는, B 구역과 같이 해저에서 형태가 그대 로 유지되고 있는 노출암반과는 달리, 형태를 명확히 규명하기 어려운 높은 강도의 해저면 음향영상이 나 타날 수 있다고 판단된다.
해저지형과 해저면 음향영상
3차원 해저지형도에서 지형기복이 심한 구역 내에
Fig. 5. Photographs of in-situ sediments in Chucheoncheon
(river) mouth: recovered seafloor sediment (a) and flood sed-
iment deposit on the seafloor (b).
주위보다 낮은 선구조 형태의 지형을 보이며(Fig. 2b), 이는 육상부에서 관찰되는 균열대와 연결되는 것으로 판단된다. 해저면 음향영상도에서 B 지역은 노출암반 이 인접한 주변 퇴적물과는 명확히 구분되는 선명한 경계를 보이고 있으며(Fig. 3), 거의 동-서 방향으로 분포하고 있다. 또한 연안 쪽에 분포하는 노출암반과 연결되어 있으며 분포형태가 단순하고 길게 늘어나 있는 양상으로 미루어 단층대(또는 균열대) 형태의 지질구조 연장선일 가능성을 시사하고 있다.
해저면 음향영상(Fig. 3)에서 B 지역에 분포하는 노출암반의 확실한 분포형태는 해저지형(Fig. 2b)에서 는 명확하게 구분되지 않는다. 이러한 이유는 멀티빔 해저지형은 해저의 높고 낮은 기복을 탐사하는 것이 목적이지만, side scan sonar 해저면 음향영상은 해저 면의 구성물질의 차이를 탐사하는 것이 목적이기 때 문이다. 따라서 Fig. 3b에서는 연안역 주변이 전반적 으로 평탄한 지형으로 나타나고 있지만, 해저면 음향 영상에서는 연안역 주변이 해안선과 거의 나란하게 대상으로 암반이 분포하고 있다. 또한 연안에서 외해 로 향하면서 북북동 방향으로 해저지형이 깊어지고 있음을 알 수 있으나, 음향영상에서는 해저지형에 대 한 정보가 전혀 없다.
해저면 음향영상 기록에서 외해 쪽은 비교적 변화 가 없어 보이지만, 해저지형 기록에서는 비교적 많은 부분에서 지형의 요철이 있음을 보여주고 있다. 이것 은 탐사장비의 사용주파수에 따른 해상도의 차이일수 도 있지만, 음향영상 기록을 자세히 살펴보면 많은 점과 선구조 형태를 관찰할 수 있다. 따라서 두 기록 은 상호 보완적이라고 할 수 있다. 등수심 해저지형 자료에서도 외해 쪽에서 등수심선이 단순하지 않다 (Fig. 2b). 등수심선을 좀 더 촘촘히 그려 넣는다면 보다 상세한 지형해석이 가능하다.
결 론
조사지역에서 취득된 해저면 음향영상 자료를 처리 하고 해저퇴적물의 물성을 분석하여 해저지형 분포특 성과 연계시켜 본 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
1. 해저면 음향영상, 정밀수심자료의 분석결과와 해 저퇴적물 채취 당시 육안 확인 및 시료 사진을 보았 을 때 해저면 음향영상의 얼룩덜룩한 부분은 기복이 심한 암반지역이며 홍수퇴적물이 피복되어 복합적으
로 분포하고 있다.
2. 해저면 음향영상과 해저지형의 형태를 대비해 볼 때 육상으로부터 연결되는 단층대(또는 균열대) 형태의 지질구조선이 동-서 방향으로 외해까지 연장 발달되는 것으로 판단된다.
3. 표층퇴적물 분석결과 정점 3-5번에서 다량의 불 에 탄 흔적을 보이는 식물 파편들을 포함하고 있는 데 이는 추천천 하구에서 볼 수 있는 홍수퇴적물과 동일한 것으로 판단되며, 일반적으로 주변 연안에서 관찰할 수 있는 퇴적물과는 뚜렷한 차이를 보이고 있다.
4. 추천천에서 해양으로 유입되는 육성퇴적물이 해 저에 운반 퇴적되는 형태는 연안에 전방방향이 아니 고, 연안을 따라서 북북동 방향으로 분포한다. 이러 한 분포양상은 해류의 영향과 해저지형에 기인하는 것으로 판단된다.
사 사
현장조사와 데이터 처리, 퇴적물 시료분석에 도움 을 주신 한국해양연구원의 장남도, 장석, 연구원께 감사드립니다.
