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Korea Institute of Ocean Science & Technology

연안지형 변동 연구

  • 조회 : 8788
  • 등록일 : 2010-08-02
동해특성연구부 박준용 선임연구원

 전 세계적으로 1995년도 기준으로 36 % 이상의 인구가 연안 인근에 거주를 하고 활동하며 살고 있는 것으로 조사되었고  미국과 같은 선진국의 경우에는 이미 절반 이상의 인구가 연안지역에 살고 있으며, 향후 2025년에는 27억 이상의 세계인구가 연안지역에 거주할 것으로 예상되고 있다.

▲ 전 세계 연안거주 인구 분포 및 해안선 변형 양상 (from Population Reference Bureau, 2003)

이러한 연안인구의 증가는 연안개발에 대한 사회적 요구를 가속화 시키고 있으며, 한편으로는 기후온난화에 따른 해수면 상승, 거대규모의 태풍 출현의 증가 그리고 해일(tsunami)과 같은 자연재해 등에 의한 피해 위험도도 인구증가와 비례하여 증가하고 있다. 

우리나라도 이미 서해의 경우 대규모 간척사업과 같은 육지확보의 관점에서 연안개발이 진행되어 왔고 이에 따른 연안환경 조사나 변동성에 대한 연구가 한국해양연구원에서도 지난 수 십 년 동안 진행되어 조사기술 개발과 더불어 많은 과학적 결과를 발표해 오고 있는 반면에, 동해의 경우 정부의 녹색성장 정책에 의거한 연안개발 계획 수립과 더불어 연안침식의 문제가 심각하게 대두되고 있으나 기존연구의 부족으로 인하여 해결책 제시에 어려움을 겪고 있다.

연안에서의 지형은 연안뿐만 아니라 외해에서 일어나는 다양한 해양작용(oceanic processes)에 대하여 자연적 균형(equilibrium)을 맞추기 위해 지속적으로 변해가는 특성이 있다.

▲ 연안지형 변동 요인

결국 연안지형 변동은 다양한 해양환경 변화에 대한 최종 반응 결과물로 볼 수 있는 것이다. 이러한 연안에서의 지형 변화는 다시 수심의 변화에 민감하게 반응하는 연안 파랑이나 연안류 양상에 영향을 주게 되어, 연안지형 변동과 연안 물리환경 변화 사이에 일종의 feedback system을 구성하게 된다.



▲ 연안 물리/지질 작용과 연안지형 변화와 상관 관계

그러므로 연안침식을 포함한 연안지형 변동에 대한 연구는 지질학적 접근과 물리학적 접근을 동시에 진행하는 다학제적 연구(multi-disciplinary research)가 요구된다. 

이에 동해연구소 '동해연안환경연구실(ESBEST: E ast S ea B each E nvironment ST udies)'에서는 동해연구소의 기본연구사업인 '동해 중부연안환경 변동성 연구' 사업을 근간으로 하여, 동해 연안에서의 일어나고 있는 물리현상 이해와 이와 결부된 지형 변동 및 퇴적물 이동과 같은 연안지질역학(geocoastal dynamics)에 대하여 현장관측 연구와 예측연구를 연계한 다학제적 연구를 추진하고 있다. 

▲ 연안지형 변동 연구 추진도

 

과학적이고 효율적인 연구 진행을 위하여, 크게 관측과 예측의 두 개의 연구 분야로 나누어 각각의 독립된 연구 시스템을 구축하고 동시에 연계 연구 체계를 확립하는 융복합적 종합 연구 시스템을 구성 중에 있다. 

관측분야의 경우 다시 연안물리환경특성과 지질/지형 변동 관측을 동시에 실시하는 시스템을 구축하여 상호연관성을 분석하고 수학적인 관계식을 도출하여, 이 결과를 예측연구에 활용하려고 한다.
현재 본 연구실에서 일차적으로 가장 중점을 두고 진행 중인 연구부분이 관측분야의 정밀 연안지형 자료 획득과 조사기술 개발이다. 정확한 연안지형 측정 자료는 본 연구의 최종 연구 목적을 이루기 위한 필수불가결한 자료이다. 기후변동 관련 해수면 상승과 더불어 여러 가지 요인들에 의해 변하고 있는 연안지형변화의 정량적 평가 목적뿐만 아니라 연안개발을 위한 기초 설계에 있어 가장 중심이 되는 자료이기 때문이다. 또한 정확한 연안지형 측정 자료는 '연안지형 변동 예측 수치모델 시스템' 구축에 있어 기초 물리 자료와 더불어 가장 기본이 되는 입력자료 이기도 하다. 
이는 특히 연안에서의 물리현상들은 해저지형 영향을 절대적으로 받기 때문에 더욱 정확한 수심자료가 요구된다. 최근의 이상기후변동에 따라 육상 해빈과 연안해저의 지형변동 주기가 짧아지는 경향이 있어 지형조사의 주기도 계절별 변화 관측에서 월별 주기 이내로 짧아지고 있는 추세이이므로 예측모델의 정확도를 높이기 위해서는 주기적인 지형자료의 업데이트가 요구된다.

최근에는 연안 관측 장비가 점점 정밀해지고 자동화 되어감에 따라 보다 짧은 주기의 지형조사가 가능하게 되었고. 본 연구실에서는 효율적인 정밀 육상 해빈 지형 조사를 위하여 두 가지 방법을 병행하여 사용하고 있다. 그 중 하나가 RTK-GPS 시스템을 이용한 해빈지형 측량이다.


▲ 연안지형 조사 시스템 구성도

이는 기존의 GPS 시스템에서 오차를 실시간으로 보정해 주어 보다 정확하게 수평좌표와 표고(오차범위 +/-10 cm)를 측정할 수 있게 해준다. 


두 번째 방법은 지상라이다(Terrestrial-LiDAR: Light Detection And Ranging) 장비를 이용한 정밀(+/-5 cm in error) 스캔 지형조사이다.



▲ LiDAR를 이용하여 2009년 7월 27일에 측정한 동해연구소 앞 해빈의 3차원 지형 결과
(A)세부적인 지형적 특징까지 자세하게 보여준다.

이 장비는 기존 지형 측량 장비와 다르게 적색 레이저를 이용한 스캐너인 일정 구역(1 km 이내)을 짧은 시간 내에 스캔하여 수평좌표와 표고뿐만 아니라 지형의 RGB값까지 기록하여 정밀한 입체 지형을 구현할 수 있다. 현재 육상라이다를 사륜오토바이(ATV)에 장착하여 계획된 각각의 조사 정점에서 스캔을 한 후 이동하는 방식으로 지형조사를 하고 있으나, 보다 효율적인 조사를 위하여 멈춤이 없이 해안을 따라 지속적으로 이동하면서 지형을 연속 스캔하는 조사 방법을 개발 중이다. 

▲ KOMOLIS(KORDI MOBILE LIDAR SYSTEM)를 이용한 해빈지형 조사 장면

연안해저지형(coastal bathymetry)의 경우 single-beam echo sounder와 multi-beam echo sounder를 이용하여 조사를 한다. 연안침식 현상이 단순히 육상 해빈에만 국한되는 것이 아니라 이와 연접한 연안해저의 퇴적물의 이동과 밀접한 관계가 있음으로 연안해저지형 조사도 매우 중요한데, 특히 얕은 연안으로 들어오면서 해저지형의 영향을 직접적으로 받는 파랑 특성상 파도가 부서지는 파쇄대에서의 지형변화 및 퇴적물 이동 양상의 이해는 연안침식을 포함한 연안 지형 변동을 이해하는데 매우 중요하다. 하지만 파쇄대의 얕은 수심과 거친 물리적 환경 때문에 지형조사가 매우 어려워 현재 해안에서 파쇄대에 이르는 구역의 정밀한 수심자료를 얻지 못하고 있다. 
이에 본 연구실은 이 구역의 수심조사를 하기 위하여 1 m 정도의 얕은 수심까지 접근할 수 있는 제트스키(jet ski)에 지형조사 장비를 장착한 연안지형조사 시스템( KOSE : KO RDI S urf E xplorer)를 구축 중에 있으며,



▲ 제트스키를 이용한 연안지형 조사 시스템의 예 

장기적으로는 육상 해빈 지형과 연안 수심 조사를 미국 USACE-FRF의 LARC 시스템과 같이 두 구역의 지형을 일괄적으로 한꺼번에 측정할 수 있는 수륙양용 조사 시스템을 개발할 계획이다. 

위에 언급한 다양한 조사 방법으로 얻어진 연안지형 자료는 연안에서 일어나고 있는 변동성 연구에 기초자료로 다양하게 활용할 수 있다. 현재 수집된 연안지형자료는 '동해 중부연안환경 변동성 연구' 기본연구사업에서 진행 중인 퇴적물 이동 관측 연구팀(이희준 박사님)과 연안물리 관측 연구팀(신창웅 박사님)과 연계하여 동해연구소 앞 연안지형 변동에 대한 연구에 활용중이다. 또한 본 연구실에서는 조사된 연안지형 자료를 수심 30 m 이내의 연안지역에서의 바람, 파랑 그리고 조석 작용에 의한 연안 물리 현상과 이에 의한 연안침식과 지형변동을 재연하고 예측할 수 있는 수치 모델의 기초 입력 지형 자료로 활용할 계획이다.

 

2010-08-02

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2018-11-05