㈜에드오션 김선신 대표

동해안에서 많이 나타나는 곡선형태의 해안선(Beach-cusps)에 대해 분석하였다. 본 연구는 한국해양과학기술원에서 “연안침식 대응기술 개발” 연구사업의 일환으로 안목해안에서 지난 2015년부터 2017년까지 취득한 자료를 사용하였다.

Beach-cusps

Beach-cusps은 해안의 Long-shore방향으로 나타난 곡선형태의 요철로 바다쪽으로 돌출된 Horn과 해안쪽으로 오목한 Embayment로 이루어져있다(그림 1, 그림 2). Beach-cusps의 파장은 Horn과 Horn 사이의 거리를 나타내며 일반적으로 수십m~수백m로 해안선을 따라 나타난다(Shepard, 1973; Komar, 1976; Dyer, 1986).

그림 1. 안목해안의 Beach-cusps.
그림 2. Beach-cusps의 정의

Beach-cusps의 생성 원인은 크게 두 가지 가설(강제형판론, 자기조직론)이 제시되어 있으며 본 기사에서는 강제형판론에 초점을 두고 연구를 진행하였다. 강제형판론은 Beach-cusps의 생성원인을 Edge wave로 보고 있다. Edge wave는 해빈사면(Beach face)에서 반사된 파랑이 전빈의 급격한 수심변화에 의해서 굴절되어 해안선 방향으로 진행하면서 외해쪽으로도 진동하는 형태의 파랑을 의미한다.

지형자료 분석

2016년 08월 19일과 2016년 09월 27일의 두 시기의 해안선 자료를 비교한 결과 2016년 09월 27일의 해안선은 2016년 08월 19일의 해안선에 비하여 Beach-cusps의 형태가 뚜렷하며 Beach-cusps의 Cross-shore방향 편차 또한 크게 나타났다(그림 3, 그림 4). 세부적으로는 440m의 Beach-cusp은 사라지고 360m와 390m의 Beach-cusps이 뚜렷하게 나타났다. 그림 4는 Beach-cusps의 비교의 편의를 위하여 Y축 스케일 변경 및 이동평균을 적용한 자료이다.

그림 3. 해안선 자료 비교 (2016. 08. 19, 2016. 09. 27).

그림 4. 해안선 자료 비교: Y축 스케일 변경 및 이동평균 적용 (2016. 08. 19, 2016. 09. 27).

 

2016년 09월 27일 지형자료의 360m와 390m의 Beach-cusps을 Edge wave 주기와 전빈 경사 등을 변수로 하는 Beach-cusps 파장 산정식에 역으로 대입하여 Beach-cusps을 생성한 파랑의 주기를 계산한 결과 360m와 390m의 Beach-cusps은 43s~64s의 주기를 가지는 파랑에 의해 생성된 것으로 나타났다(표 1).

표 Beach-cusps을 생성한 파랑 주기

표 1.  Beach-cusps을 생성한 파랑 주기

Beach-cusps 파장(m)	Edge wave 주기(s)
	Sub-harmonic	Synchronous
360m~390m	61~64	43~45

(1)

여기서 는 중력가속도, 는 Edge wave 주기, 은 외해모드, 는 전빈의 경사이다.

(2)

(3)

여기서 는 Edge wave의 파장, 는 중력가속도, 는 입사파 주기, 는 전빈의 경사이다.

파랑자료(장주기) 분석

2회의 지형측량(2016. 08. 19, 2016. 09. 27) 사이에는 그림 5에 표시된 5개의 정점에서 2016년 08월 22일~09월 23일까지 관측된 파랑자료가 존재한다. 이 기간 동안 유의할만한 파랑 이벤트는 태풍 라이언록(2016. 08. 26~31)이며 외해 정점 W1에서 유의파고 4.48m가 관측되었다(그림 6).

그림 5. 파랑관측 정점.

그림 6. 외해 정점 W1의 파랑관측 시계열 (2016. 08. 22~2016. 09. 23).

2016년 09월 27일 지형자료에서 360m와 390m의 Beach-cusps을 생성한 43s~64s의 장주기 파랑의 존재를 확인을 위하여 태풍 라이언록 시기의 파랑자료를 대상으로 수면변위 시계열에서 band pass filter를 사용하여 30s~150s의 성분을 추출한 후 스펙트럼 분석을 통하여 장주기 파고와 주기를 도출하였다. 그림 7의 파란색 실선은 단주기 성분이며 빨간색 실선은 장주기 성분을 나타낸다.

그림 7. 장주기 성분과 단주기 성분 시계열 (2016년 08월 26일 06시).

분석결과 장주기 파랑은 고파랑 시기에만 존재하였으며 주기는 32s~64s에 분포하였다. 도출된 장주기 파랑의 주기는 특정한 값(64s, 51s, 43s, 37s, 32s)에 집중되는 경향이 나타났으며, 특히 43s에 두드러지게 나타났다(그림 8~그림 10). 주기 43s는 2016년 09월 27일 지형자료에서 360m~390m의 Beach-cusps을 생성한 주기이다. 추가적으로 장주기 파랑은 외해보다 내해에서 파고가 크며 쇄파대에서 파고가 크게 증가하는 Infragravity wave의 특징이 나타났다(그림 11).

그림 8. 장주기 성분 분리 결과 : 정점 W1, S2, V2 (2016. 08. 26~2016. 08. 31).

그림 9. 장주기 성분 분리 결과 : 정점 A1, V1 (2016. 08. 26~2016. 08. 31).

그림 10. 장주기 파고 및 주기 (2016. 08. 26~2016. 08. 31).
그림 11.  W1 기준 장주기 파고비 (2016. 08. 26~2016. 08. 31).

Edge wave의 발생 가능성(안목해안)

Edge wave의 발생 가능성(안목해안) Edge wave의 발생에 중요한 변수는 해빈사면(Beach face)의 경사에 의한 파랑 에너지의 반사이며 파랑 에너지의 반사는 해빈사면의 경사와 입사파랑으로 결정되는 무차원수인 Surf-scaling parameter( )로 정의할 수 있다. 일반적으로 인 경우 반사형 해안(reflective beach), 인 경우 중간형 해안(intermediate beach), 인 경우 산란형 해안(dissipative beach)으로 분류된다(Guza and Inman, 1975; Inman and Guza, 1982; Wright et al., 1977). Surf-scaling Parameter( )의 식 4와 같이 정의된다.

(4)

여기서 는 입사파의 진폭, 는 각주파수( 는 입사파의 주기), 는 중력가속도, 는 해빈사면의 경사이다.

Surf-scaling Parameter( ) 산정을 위한 안목해안의 경사는 2016년 08월 19일 지형측량 자료(그림 12)에서 3개의 단면(S1~S3)을 설정하였으며 단면 설정 근거는 2016년 09월 27일 지형측량 자료에서 Beach-cusps의 변화가 가장 크게 발생한 Horn 2개, Embayment 1개이다. S1~S3 단면의 경사는 S1: 7°, S2: 8°, S3: 6°이며 이를 평균한 7°를 적용하였다(그림 13).

그림 12. 단면 설정 (2016년 09월 27일 지형측량 자료).

그림 13. S1~S3 단면.

Surf-scaling parameter 계산은 해안선에서 가장 가까운 정점 A1을 사용하였다. Surf-scaling parameter 계산 결과 평균값은 0.02로 반사형 해안( )에 포함되었으며 반사형 해안에서는 Edge wave가 발생할 가능성이 매우 크다(그림 14).

그림 14. 정점 A1의 장주기 파고, 주기, surf-scaling parameter (2016. 08. 26~2016. 08. 31).

결론

안목해안의 해안선 지형자료와 쇄파대 파랑 관측자료를 분석한 결과 2016년 09월 27일 지형자료에서 나타난 360m와 390m의 Beach-cusps은 태풍 라이언록 시기의 고파랑이 쇄파되면서 발생한 Infragravity wave가 해빈사면에서 반사되어 Edge wave로 변형되었으며, 이 Edge wave에 의해 생성된 것으로 볼 수 있다.

참고문헌

Dyer, K., 1986. Coastal and estuarine sediment dynamics. JOHN WILEY AND SONS, CHICHESTER, SUSSEX(UK), p. 358.
Guza, R. T. and Inman D. L., 1975. Edge Waves and beach cusps. Journal of Geophysical Research, 80(21), 2997-3012.
Inman, D. L., and Guza, R. T., 1982. The origin of swash cusps on beaches. Marine Geology, 49(1-2), 133-148.
Komar, P. D., 1976. Beach Processes and Sedimentation. Englewood Cliffs. New Jersey: Prentice-Hall, p. 429.
Shepard, F. P. and Emery, K. O., 1973. Congo Submarine Canyon fan valley. AAPG Bulletin, 57, 1679？1691.
Wright, L. D., and Short, A. D., 1984. Morphodynamic variability of surf zones and beaches: a synthesis. Marine geology, 56(1-4), 93-118.