1. 서 론

한국 서해의 조석은 동중국해에서 진입하는 조석파에 의 한 것으로, 조차는 남쪽에서 북쪽으로 갈수록 점차 커진다. 우리나라 서남해의 대조차는 목포(34°46‘47“E 126°22’32”N) 와 진도(34°22‘40“E 126°18’31”N)에서 각각 377.8 cm, 298.4 cm 이며, 평균해면은 목포 243.0 cm, 진도 201.0 cm이다(KHOA, 2013). 또 연안을 따라서는 반일주조가 우세한 조석형태이나 외해로 갈수록 반일주조가 우세한 혼합조 형태로 나타난다 (Lee, 1992). 한편, 북태평양의 조석파가 우리나라 남해에서 황해(서해)로 전파되는 과정에 서남해의 돌출해안을 돌아가 게 되고, 이 때 외해의 조류가 협수로를 통과하면서 매우 빠 른 유속이 나타나게 된다(MLTMA, 2011). 서해의 조류는 일 반적으로 창조시 북방, 낙조시 남방으로 흐르나, 서남해 다 도해역은 조류가 여러 갈래의 크고 작은 수로를 통해 분류 되었다 합류하는 등 흐름방향이 해역에 따라 매우 복잡하고 유속도 매우 강해 화원반도 서쪽에서 최강유속 약 140 cm/s (창조)~170 cm/s(낙조)에 이른다(KHOA, 2009). 압해도 주변 화 원반도~목포 연안 및 인근 다도해 섬 주변 협수로는 와류와 함께 반일주조류가 우세한 왕복성 조류의 규칙적인 1일 2회 의 창·낙조류가 일어나고 일조부등은 작은 편이나, 다도해 바깥 외해는 유향, 유속이 조시에 따라 변하는 회전성조류 현상이 나타난다(KHOA, 2001). Jung and Choi(2010)는 목포해 역에서 조위와 조류 관측자료를 분석하여 낙조류 우세 조류 특성을 지적하였으며, Kang(2002)은 천해조에 대한 수치실험 에서 서남해안의 지형적 특성으로 영산강 하구역은 낙조우 세가 발생하고 하류방향의 유사이동이 발생하여 수심이 깊 어짐과 동시에 조간대가 형성되고 형성된 조간대는 낙조우 세를 더욱 심화시키는 것으로 조사하였다. 또한 Choo and Kim(2013)은 한국 남서해 섬 주변 연안의 수치모형연구에서 다도해 협수로역의 조석에너지 분산과 조석진폭의 변동이 타 해역에 비해 상대적으로 큼을 지적하였고, KONETIC(2003)는 해수유동 및 파랑에 따른 서해 중남부 해역의 연안퇴적 및 침식환경 변화를 검토하기 위한 수치실험에서 압해도를 포 함한 다도해와 주변 외해역의 전반적인 창, 낙조류 분포를 제시하였다. 지금까지 한국 연안역에서 특정 해역을 대상으 로 하는 수치실험을 이용한 연구가 많이 진행되어 왔으나 많은 섬들을 포함하는 해역을 대상으로 수로별 특성 파악에 관한 연구는 부족한 실정이다.

본 연구해역인 한국 서남해안은 화원반도, 목포, 무안군을 연결하는 해역과 인근에 산재한 압해도, 팔금도, 암태도, 매 화도, 지도 등의 크고 작은 섬들이 위치한다(Fig. 1). 따라서 이들 섬과 섬 사이 또는 섬과 반도 및 육지 연안사이에 좁은 수로가 형성되어 지형적 형상(해안선)과 해저수심이 매우 복잡하다. 이들 압해도 주변해역은 목포항을 비롯한 인근 어항들을 통항하는 선박들의 주요 항로이기도 해 해양사고 도 빈번한 지역이기도 하다(Baek, 2002). 또한, 이들 다도해역 은 하천과 강(영산강)을 통한 육상기원 쇄설물의 유입이 활 발하고 조수간만의 차이와 조류, 파랑의 영향으로 퇴적물의 재부유가 활발해 연중 탁한 해수를 나타낸다(KIGAM, 1997). Lim and Park(1999), Park et al.(2000)은 조간대가 발달한 압해 도 주변 연안 갯벌에 서식하는 저서동물의 군집과 분포에 관해 연구하였다.

연안해역의 잔차류는 바람, 담수유입, 외해로부터의 흐름 그리고 조류의 비선형에 기인된다. 이 가운데 조류의 비선 형성에 기인해 발생하는 흐름이 조석잔차류로 주로 연안지 형(boundary geometry)이나 해저지형(bottom topography)의 영향 을 받는다. 조석잔차류는 유속은 크지 않으나 장기적으로 물질수송을 일으키는 역할을 하므로 연안해역의 물질순환 에 매우 중요하다. 따라서 압해도 연안과 같이 조석잔차류 가 미약한 해역에서 오염물질이나 준설에 의한 부유물 확산 등이 이루어질 경우, 느린 유속과 만곡부 해안 형상 등으로 연안역이 물질농도 증가와 체류시간 급증으로 수질환경이 악화되어 인근 양식 시설물이나 어장의 황폐화를 초래할 가 능성이 매우 크다.

이와 같이 육상기원과 조석의 영향이 큰 한국 서남해역에 서 조간대가 발달한 지역의 생태환경특성을 밝히기 위해서 는 이 지역에서 장기적인 물질에 대한 거동을 파악하여야 한다. 또한 장기적인 물질수송을 정량적으로 파악하기 위해 서는 먼저 물리적인 역할을 하는 유동에 대한 해석이 필요 하다. 따라서 본 연구는 우리나라 서남해역의 압해도 및 다 도해 주변역의 조류 및 섬 주변 와류특성을 파악하기 위해 수치모델을 이용하여 대·소조시의 조류변화와 조석잔차류 분포를 조사하였다.

2. 자료 및 방법

유한 차분 격자 체계하의 수심 적분된 DIVAST(Depth Integrated Velocities And Solute Transport)(Falconer, 1986) 모델 을 이용하여 조류를 계산하였다. 실험에 필요한 개방 경계 조건 설정을 위해 수치 모형실험 영역은 편의상 대상 해역 의 지형과 주요 연안 지형이 잘 재현되도록 신안군 압해면 압해도 인근해역을 중심으로 그 범위를 서쪽으로 암태도 남 단(N 35°47.4', E126°04.4') ~지도 서쪽(N35°05.5', E126°11.7'), 동 쪽으로는 영암호(N 35°42.2', E126°23.0') ~무안군 평산리 동쪽 (N35°00.3', E126°30.2'), 남쪽은 팔금도와 화원반도 사이 해역 을 대상으로 하였다(Fig. 1, left).

수치실험에서 대상으로 한 직 사각형 모델 영역의 가로(동- 서) 방향 길이는 약 30 km , 세로(남-북) 방향 길이 약 36.5 km 로 총면적은 약 1,095 km²이다. 계산 격자는 x , y 좌표계에서 x (가로)방향 150개, y (세로)방향 183개로 구분, 1개 격자 간격 이 x , y 방향 모두 200 m인 총 27,450개의 격자점으로 구성시 켰다. 격자망의 좌표축은 지리적 좌표축으로부터 시계방향 으로 약 16° 회전한 방향으로 원점을 모델영역의 좌측 하단 으로 잡았다(Fig. 1). 수치 모델에서 해안선의 위치와 각 격자 점의 수심 입력에 이용된 자료는 KHOA(2009)발행의 축척 1:75,000인 해도 No. W342, W343, (F)302, W302와 1:50,000인 해도 No.344, 1:25,000인 해도 No. 321을 기본으로 사용하였다.

수치모형의 조류를 재현하기 위해 외곽경계에서 해면변 위의 시간간격에 대한 변화를 주어 조류를 재현하였다. 조 류계산시 개방경계의 해면변위에 대한 조화상수는 해당 모 델영역 개 경계 지점 부근 현장에서 기 관측되어진 월내리 (N34°45'12", E126°17'16"), 목포구(N34°45'27", E126°18'12"), 목포 항(N34°46'43", E126°23'10"), 압해도(N34°50'45", E126°13'28"), 북강 수도(N34°51'23", E126°05'02"), 자은도(N34°55'57", E126°03'58"), 점암리(N35°04'54", E126°07'27") 등 여러 해역에서 얻은 조위 자료(KORDI, 1996)를 분석하여 모델 외곽경계역의 조석 주 요 4대 분조 M₂, S₂, K₁, O₁의 진폭과 위상차를 결정하였다. Fig. 1(right)에 나타낸 St. T-1은 월내리, St. T-2는 목포구, St. T-3는 목포, St. T-4는 압해도, St. T-5는 북강수도에서의 조위 측정 지점을 나타낸다. St. T1~T-5의 조석 4대 분조의 조화상 수는 Table 1과 같다.

한편, 모델실험에 사용된 해면변위는 이들 조화상수를 참고, 분석하여 적절한 외삽에 의해 적용하였다. 계산시간 간격은 조석의 전파항에 관한 Courant의 안정 조건식 C r = ( Δ t / Δ s ) g h ≤ 8 , Δ t ≤ 8 Δ / g h 을 이용하여 5초 미만으로 총 30일을 계산하여 최종 15일의 유동결과를 이용 하였다. 여기서 Δt : 계산시간 간격, Δs : 격자 간격, g : 중력 가속도, h: 수심이다. 유동장의 초기 조건은 계산시작 단계 에서 해수유동이 없는 것으로 설정하여 계산을 시작하였다. 또한, 유동의 폐 경계조건으로 육지 경계면을 가로지르는 유량은 없는 것으로 하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 모델의 검증

수치모형의 조류모델 결과를 검증하기 위해 압해도 정점 T-4(Fig. 1, right)에서의 조위현장 측정치와 수치모델에 의한 수위계산 결과를 살펴보았다. 대조기 일부 조시 구간에서 측정값과 계산값이 대조기 ±15 cm(조차의 약 6 %), 중조기 ±10 cm(조차의 약 2.5 %), 소조기 ±5 cm(조차의 약 2.5 %)로 10% 미만의 오차범위였으며, 전체적으로 고조와 저조의 출 현시각은 잘 일치하였다. 한편, Fig. 1(right)의 모델영역 내 정점 St. C-1~C-6에서 조사된 조류 현장 측정치와 동일 지점, 동일 조석조건 하에서 계산된 조류결과를 Table 2에 나타낸 다. C-1~C-6 정점은 KHOA(2001)이 압해도 주변에서 대조시 1주야 동안 관측한 지점이다.

Table 2의 현장 관측값과 모델 계산값 비교에서 압해도 남 쪽 정점 C-1의 대조시 조류는 대체로 창조와 낙조에 따라 북 서와 남동으로 흐르며 각각 125, 144 cm/s 최대유속을 나타냈 다. 계산값에 나타난 조류유속은 약 10 % 이내 오차로 측정 치와 약간의 차이를 나타냈고, 유향은 거의 일치하였다. 한 편, 정점 C-2와 C-3는 모델 계산 결과가 관측값에 비해 다소 컸고, C-2 정점의 낙조류시는 작았다. 압해도 북쪽 C-4~C-6 정점은 최대유속에서 10 % 전후의 오차를 가졌고 유향은 대 체로 일치하였다(Fig. 2). 한편, 계산값의 유속이 관측값과 차 이가 발생하는 것은 유속관측이 이루어진 측정수심이 표층 (정점 모두 표면 하 5 m)인 반면, 계산치는 해당 지점의 수심 평균유속인 점과 모델에 의한 현장수심 재현의 한계로 인한 것으로 판단된다. 해역을 유출입하는 흐름에서 유량과 수심 이 일정하면 그에 따라 유속과 유향이 결정되고, 관측지점 의 위치와 모델 영역의 지점이 동일하면 모형실험 오차범위 에서 유사하게 나타나게 된다. 관측이 이루어진 지점은 육 안 및 해저 지형이 매우 복잡하고 섬과 섬 사이 협수로가 매 우 발달된 한국 남서해 다도해역으로, 폭이 좁은 수로를 따 라 수심변동이 매우 커 수로 내 조류는 아주 작은 위치 차에 따라서도 유속의 차가 생기게 된다. 따라서 해역 내 지리적 차에 따른 유속 변동은 어느 정도 예상되며, 10 % 내외의 계 산값과 관측값의 오차는 지역 특성상, 계산에 의한 유속 재 현이 매우 잘 이루어진 것으로 판단된다.

3.2. 조류 및 조석잔차류 결과

압해도 주변해역의 대조기와 소조기 반일주조 성분의 조 류타원 분포를 Fig. 3에 나타냈다. 각 격자의 조류타원은 1달 동안 해당지점에서 계산된 조류를 조화분해한 후, 해당해역 에 탁월한 반일주조 성분만을 대조기와 소조기에 대해 각각 작성하였다. 조류의 주축 방향은 압해도 주변 다도해역이 좁은 협수로인 관계로 대부분 수로를 따라 형성되었다. 압 해도~팔금도, 압해도~암태도는 대체로 북북서~남남동, 압해 도~무안군은 북북동~남남서, 압해도 북서쪽 매화도, 고이도, 선도, 증도 등의 다도해역은 섬과 섬 사이 수로방향으로 나 타났다. 한편, 위의 해역은 조류타원의 단축 길이가 장축 길 이에 비해 매우 짧아 거의 직선에 가까운 왕복성 조류타원 형태를 보였다. 그러나 매화도~증도의 크고 작은 섬들(기점 도, 화도, 당사도 등) 주위는 약한 회전성 조류타원 형태를 보였다. 이는 화원반도~팔금도와 암태도~증도의 조류가 합 류 또는 분류되는 과정에 나타나는 조류의 회전이 일어나기 때문으로 보인다. 조류타원의 전반적인 형태와 주축방향은 압해도 주변의 수심 및 인근에 산재한 섬들 주위의 해저지 형에 매우 큰 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 소조기 반 일주조성분의 조류타원 분포는 전반적으로 대조기에 비해 장축길이가 줄어들었으나 대조기 나타난 장축방향과 유사 하였다. 조간대가 발달한 압해도 연안해역은 주변 협수로역 과 달리 장축길이 변화를 제외하고 대, 소조기에 따른 조류 타원의 형태변화는 거의 나타나지 않아 얕은 수심과 만곡된 해안선 형태에 따른 조류 흐름의 감쇄가 현저하였다.

대·소조기 압해도 주변해역에 대한 창조류 최강류시와 낙 조류 최강류시의 조류분포 결과를 Fig. 4에 나타냈다. 계산결 과는 30일의 총 계산시간 중 마지막 7일간의 대·소조시 자료 를 나타낸 것이다. 대조기 압해도와 주변 다도해역은 복잡 한 해안 지형과 많은 섬, 그리고 얕은 수심(조간대)으로 인 해 조류는 매우 복잡한 양상을 나타낸다. 창조시 조류는 대 체로 진도 북서연안과 진도~화원반도에서 화원반도 서쪽 연 안을 따라 북류한 후 팔금도~암태도, 암태도~증도의 수로에 서 북동류한 조류와 합류되어 압해도 북서쪽 다도해로 빠지 고, 낙조시는 반대로 북서 다도해 협수로를 따라 남류해 암 태도~증도, 암태도~팔금도에서 일부 빠지고 암태도~증도에 서 남남동류한 조류는 팔금도~화원반도 서쪽 연안을 따라 남류한다. 조간대가 발달한 압해도 남쪽 연안은 창조시 북 류한 흐름이 해안에서 동서로 분류되어 압해도 서쪽과 동쪽 해안을 따라 북~북동류한다. 이때 압해도 서쪽과 동쪽의 조 간대가 발달한 만곡부 해안에는 시계 혹은 반시계 방향의 환류가 형성된다. 낙조시 압해도 남쪽 연안은 조간대 만곡 부 해안에서 남류한 흐름과 섬 서쪽과 동쪽에서 남~남동류 한 흐름과 합류하여 팔금도~화원반도 사이를 남류한다. 따 라서 조간대 발달이 약한 압해도 북쪽을 제외한 압해도 연 안은 창조시 수위증가로 인한 유역면적 증가, 낙조시 수위 감소로 인한 해저면 노출이 발생한다. 이러한 조류특성은 압해도가 섬이긴 하나, 동, 서, 남쪽의 해안 및 해저지형 영 향으로 주변 다른 섬들과 달리 폐쇄 혹은 반 반폐쇄적 만에 나타나는 조류특성을 가지게 된다. 압해도 주변 조류유속이 강한 곳은 암태도~압해도 사이 수로 내 조류 합류역이었다.

섬 주변에 발생하는 조류의 합류와 분류로 인한 시계 혹 은 반시계방향의 소규모 와류는 협수로를 통해 조류가 강하 게 유출입 되는 과정에 흐름의 시어로 발생하는 유체의 회 전변형으로, 수로 양측에 자주 나타나는 비선형적 소용돌이 이다(Tee, 1976; Oonishi, 1977). 이러한 소규모 와류는 강한 조 류 흐름의 하류에 위치한 주변 작은 섬들의 후면부와 해안 만곡부의 흐름 정체역에 강하게 발달하게 된다. 한편, 흐름 상류에 위치한 폭이 좁은 수로나 넓은 만, 얕은 수심과 발달 된 조간대 지역 등에서는 유체의 압축, 해저마찰로 인한 유 속 감소로 복잡한 해안지형에도 불구하고 두드러진 지형성 와류는 존재하지 않는다. 조류의 상류에 위치하는 압해도 연안의 유동특성은 향후 조간대가 발달한 연안역의 퇴적환 경과 하계 성층에 따른 해수 안정도에 큰 영향을 미칠 것으 로 판단된다. 소조기의 유동분포를 보면, 대조기와 유사한 분포를 보이고 있다. 그러나 대조기시 나타나는 강한 소규 모 와류는 약하된 조류 흐름에 의해 대조기시 나타나는 강 한 정체역의 세력은 약화되어 나타났다.

Fig. 5는 대·소조기 고조와 저조에 따른 압해도 주변해역 의 전류시 분포이다. 저조시 압해도 동, 서, 남쪽 연안과 북~ 북서에 산재한 섬들 주변은 얕은 수심으로 인한 해저면 노 출로 일부 수로를 따라 약한 흐름이 존재했다. 그러나 고조 시는 유역면적 확대로 전류로 인한 시계 혹은 반시계방향 와류형태의 다양한 흐름이 섬 주변과 해안에서 출현하였다.

대·소조기 조석주기 동안 평균된 조석잔차류의 분포를 Fig. 6에 나타냈다. 압해도 주변 암태도~팔금도 협수로에 비 교적 강한 북동방향 흐름과 매화도 남서쪽에서 암태도~증도 사이 수로를 따라 서쪽으로 이어지는 흐름이 존재하였다. 압 해도 서쪽에 위치한 역도 남쪽은 반시계방향의 소규모 와류 와 압해도 북서연안의 만곡부에 시계방향 환류가 존재했다. 그러나 비교적 조석잔차류 유속이 큰 주변 다도해에서 보다 흐름이 약했다. 이는 압해도 주변이 북쪽 협수로역을 제외한 대부분 지형이 조간대가 발달한 만의 형상을 하고 있어 상대 적으로 유속이 미약하며, 협수로 내 빠른 유속으로 섬 주변 흐름 하류역에 발달하는 후류와(後流渦)(Maruyasu et al., 1981) 또는 지형성와류(topographical eddy)의 생성이 인근 다도해역 보다 적었기 때문이다. 압해도 주변해역의 이러한 조석잔차 류 특성은 해역 내 물질이동과 관련하여 향후 퇴적작용에 큰 영향을 줄 것으로 판단된다. 한편, 무안군~압해도 사이 수로와 주변 크고 작은 섬 주변에는 시계 혹은 반시계방향 의 소규모 와류가 나타나며, 이러한 수로나 섬 주변의 크고 작은 지형성와류는 대상해역 내 여러 섬 주변에 존재했다.

4. 결 론

우리나라 서남해 압해도 주변 다도해역의 조류 및 잔차류 특성을 파악하기 위해 수치모델을 사용하여 대·소조기 창· 낙조류 및 조석잔차류의 분포와 크기를 조사하였다. 조류는 대체로 반 일주조가 탁월하며, 조류의 주방향은 압해도 주 변 다도해역이 좁은 협수로인 관계로 대부분 수로를 따라 형성되었다. 압해도~팔금도, 압해도~암태도는 대체로 북북 서~남남동, 압해도~무안군은 북북동~남남서, 압해도 북서쪽 매화도, 고이도, 선도, 증도 등의 다도해역은 섬과 섬 사이 수로 방향으로 나타났다. 조류타원 형태는 주변수심 및 인 근에 산재한 섬 주위 해저지형의 영향으로 대부분 직선에 가까운 왕복성이었으나, 매화도~증도 사이 기점도, 화도, 당 사도 주위에 약한 회전성 조류타원 형태였다.

창조류는 화원반도 서쪽 연안을 따라 북류한 흐름과 팔금 도~암태도, 암태도~증도 수로에서 북동류한 조류와 합류되 어 압해도 북서쪽 다도해로 빠지고, 낙조류는 반대로 북서 다도해의 협수로를 따라 남류해 암태도~증도, 암태도~팔금 도를 통과하고 암태도~증도에서 남남동류한 조류는 팔금 도~화원반도 서쪽 연안을 따라 남류했다. 조간대가 발달한 압해도 남쪽 연안은 창조시 북류한 흐름이 해안에서 동서로 분류되어 압해도 서쪽과 동쪽해안을 따라 북~북동류하였고, 낙조시는 조간대 만곡부 해안에서 남류한 흐름과 섬 서쪽과 동쪽에서 남~남동류한 흐름과 합류하여 팔금도~화원반도 사이를 남류하였다. 압해도 주변 조류유속이 강한 곳은 암 태도~압해도 사이 조류 합류역이었다. 압해도 북쪽을 제외 한 압해도 연안은 창조시 수위증가로 인한 유역면적 증가, 낙조시 수위감소로 인한 해저면 노출이 발생하였다.

조석잔차류는 다도해 협수로의 빠른 유속으로 섬 주변 흐 름 하류역에 후류와 또는 지형성와류가 형성되었다. 압해도 서쪽 역도 남쪽에 약한 반시계방향 와류와 압해도 북서연안 만곡부에 시계방향 환류가 존재했다. 북쪽 협수로를 제외한 압해도 대부분의 연안은 조간대가 발달된 만의 형태로 잔차 류의 유속이 미약해 향후 퇴적작용에 큰 영향을 줄 것으로 판단된다.