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ISSN : 1229-3431(Print)
ISSN : 2287-3341(Online)
Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety Vol.25 No.6 pp.687-697
DOI : https://doi.org/10.7837/kosomes.2019.25.6.687

Changes of Sedimentary Environment in the Tidal Flat of the Dammed Yeongsan River Estuary, Southwestern Coast of Korea

Young-Gil Kim*, Myong Sun Lee**, Jin Ho Chang**†
*GeoSystem Research Corp., Gyeonggi 15870, Korea
**Department of Marine Fisheries Resources, Mokpo National University, Jeonnam 58554, Korea
*

First Author : ygkim@geosr.com, 031-7019-0651


Corresponding Author : changjh@mokpo.ac.kr, 061-450-2394
August 14, 2019 September 24, 2019 October 28, 2019

Abstract


By monitoring sediment grain size and level variation of tidal flat surface for 6 years (2005-2011), and also by mooring TISDOS (tidal-flat sediment dynamics observation system) on the low intertidal flat in 2008, we investigated the sedimentary environment of tidal flat in the dammed Yeongsan River Estuary. The tidal flat of the Yeongsan River Estuary lost 82 % of its area because of coastal development projects, and a narrow tidal flat below mean sea level now remains. Most of the tidal flat sediments are composed of silt up to 70-94 %, and show the characteristics of clay deficiency and silt dominance. This is closely related with the coastal development, which led to the destruction of high tidal flats where most mud settled, and the modification of tidal current patterns. Moreover, the estuarine tidal-flat sediments reveal seasonal variation. They are coarse with abundant silt during windy autumn to spring, fine with abundant clay during the less-windy and high-discharge summer. This phenomenon indicates that the behavior of sediment particles on the low intertidal flats of the Yeongsan River Estuary is influenced by wind waves for silt and fresh water discharge and the tidal process for clay. Monitoring results of the altitude of tidal flat surface showed that the study area had eroded at an average rate of –2.6 cm/y during the period of 2005-2011, and also that an unusual deposition with a rate of 4 cm/y occurred in 2010. The erosion can be explained by an increased tidal amplitude and a strengthened ebb-dominant tidal asymmetry after the construction of an estuary dike and the Yeongam Kumho Seawall. The deposition in 2010 seems to have been closely related to the mass production of suspended materials from dredging of the estuary.


Yeongsan River Estuary , Estuarine tidal flat , Low intertidal flat , Silt , Tidal process , Erosion , Deposition , Dredging

영산강 하구 갯벌의 퇴적환경 변화

김 영길*, 이 명선**, 장 진호**†
*(주)지오시스템리서치
**목포대학교 해양수산자원학과

초록


하굿둑과 좁고 깊은 수로형 하구의 특성을 갖는 영산강 하구에서 하구 갯벌의 퇴적환경 특성을 규명하기 위해 6년 동안(2005∼2011) 표층퇴적물의 입도와 조간대 바닥의 높이 변화(침·퇴적 변화)를 모니터링 하였고, 2008년 9월에는 하구 조간대에서 수리관측을 수행 하였다. 전체 갯벌의 82 %가 연안개발에 의해 사라진 영산강 하구의 갯벌은 현재 대부분 하부조간대의 좁은 갯벌로 남아있으며, 대부분 점토와 실트로 구성된 퇴적물은 전체의 70 ~ 94 %를 실트가 차지할 정도로 점토-부족, 실트-우세의 특성을 보인다. 이는 개발에 따른 점토 퇴적 공간(즉 조상대와 상부 조간대)의 상실과 낙조류 우세의 조류 특성 변화에 기인된 것으로 판단된다. 또한 하구의 갯벌 퇴적물은 바 람이 강한 가을부터 봄까지 실트가 많아져 조립해지고, 바람이 약하고, 방류량이 많은 여름에 점토가 많아져 상대적으로 세립해지는 계절 적 변화를 보임으로써 하구 갯벌에서 퇴적물 입자의 거동이 실트 입자의 경우 풍파에 의해서, 점토 입자의 경우 주로 담수 방류와 조석작 용에 의해 영향 받고 있음을 보여준다. 하구 갯벌에 대한 6년 동안(2005∼2011)의 침·퇴적 모니터링 결과는 영산강 하구 조간대에서 연평 균 -2.6 cm/y의 침식이 이루어졌고, 2010년경에는 특이하게 연평균 4 cm/yr의 퇴적이 일어났음을 보여준다. 이러한 하구 조간대의 침식은 하 굿둑 및 영암-금호 방조제 건설 이후에 이루어진 조석의 진폭 증가와 낙조 우세 조류의 비대칭성 강화에 기인된 것으로 평가되며, 2010년 의 퇴적은 하구 준설에 따른 부유물의 대량 발생과 관련이 있는 것으로 판단된다.


영산강하구 , 하구 갯벌 , 하부조간대 , 실트 , 조석작용 , 침식 , 퇴적 , 준설

    1. 서 론

    1.1 연구배경 및 목적

    하구(estuary)는 강과 바다가 만나 담수와 해수가 섞이는 곳으로 최후빙하기 이후 해수면 상승에 의해 하곡(river valley)이 침수되어 형성된다. 자연 하구의 경우 대부분 담수 와 해수의 주요 이동통로가 되는 주조류로(main tidal channel) 와 그 주변에 넓은 갯벌이 발달하는 지형적 특징을 보이는 데, 특히 넓은 하구 갯벌은 자신의 침·퇴적 과정을 통해 강과 바다의 유·출입 물질을 조절하는 매우 중요한 역할을 한다.

    영산강 하구의 경우, 농지 개발과 임해공단 조성을 위해 영산강 하굿둑이 1978년에 착공되어 1981년에 완공된 이후, 4대강 사업의 일환으로 2009년부터 2014년까지 5년에 걸쳐 배수갑문 확장공사가 이루어졌다. 그리고 지난 30여 년 동안 영암-금호 방조제 건설, 영암산업단지 조성을 위한 매립과 간척, 목포 하당 신도시 건설 등과 같은 대규모 연안개발사 업들이 진행되면서 넓은 하구 갯벌은 대부분 사라지게 되었 고, 현재 극히 일부만이 하굿둑의 남서 해안에 남아있는 상 태이다.

    목포 주변해역은 해저면의 마찰 등에 의해 상류로 갈수록 창조우세를 보이는 일반적인 감조하천과는 달리 창조시간 이 낙조시간보다 긴 낙조우세 해역으로(Lee, 1994), 하굿둑과 방조제가 건설된 이후 목포구의 조석필터효과가 상실되면 서 낙조우세 현상이 더욱 심화되는 등 조류의 흐름 양상에 도 큰 변화가 초래되었다(Kang, 1999). 영산강 하구의 퇴적환 경 연구는 Kim and Chang(2017)에 의해 보고된 바 있으며, 이 들의 연구는 주로 조하대인 주조류로 지역의 퇴적작용에 대 한 연구이다.

    본 연구는 하구 갯벌에 대한 연구로서 주된 목적은 대규 모 개발 사업으로 인해 수로형 하구의 모습으로 크게 변모 한 영산강 하구의 갯벌에서 최근 어떠한 변화가 일어나는지 를 밝히는 것이다. 이를 위해 영산강 하구의 남측 해안에 남 아있는 갯벌에서 표층퇴적물의 입도 변화와 바닥의 침 퇴적 과정을 모니터링 하였고, 수리관측 결과를 분석하였다. 이를 통해 본 연구는 개발하구 갯벌의 퇴적학적 특성과 변화 경 향을 밝히고, 하구 갯벌의 퇴적환경 변화에 영향을 미치는 주요 요인에 대해 토의하고자 한다.

    1.2 연구지역

    영산강 하구는 대조 때 3.77 m, 소조 때 1.95 m, 평균 2.81 m 의 조차를 보이는 중조차 하구이며, 조석은 반일주조로서 일조부등을 보인다. 하구의 평균조위(annual mean tide level) 는 하굿둑 건설 이후 24년 동안(1982∼2006년) 12 cm 상승하 였고, 고극조위(annual highest tide level)는 하굿둑 건설 이후 31년 동안(1981∼2012년) 70 cm 증가하였다(Kim and Chang, 2017). 갯벌 면적은 하구 남측의 대불부두건설과 하구 북측 의 하당 신도심 건설로 인해 1982년 4,796,000 ㎡에서(Fig. 1a) 2014년 866,000 ㎡로(Fig. 1b) 약 82 % 감소하였다.

    2005년부터 2011년까지 6년 동안 기상청 기상연보 자료 (KMA, 2012)에 의하면 조사해역의 연평균 강수량은 1,016 ㎜ 이며, 2007년에 456 ㎜로 가장 적었고, 2010년에 1,356 ㎜로 가장 많았다. 그리고 강수량은 여름(6, 7, 8월)에 집중되었다 (Fig. 2a). 목포지역의 연평균 풍속은 3.3 m/s이며(Fig. 2b), 연 평균 최대풍속은 12.7 m/s에 이르고(Fig. 2c), 봄과 여름에는 남풍계열(S, SSW, SE)의 바람이 우세하며, 가을과 겨울에는 북풍계열(N, NNW, NW)의 바람이 우세하다. 2005년부터 2011 년까지 영산강 하굿둑의 배수갑문을 통해 방류된 담수 방류 량은 연평균 1.45 × 109 ton/y이며, 담수방류는 여름철(6∼8월) 홍수기에 집중된다(Fig. 2d).

    2. 재료 및 방법

    2.1. 퇴적물의 입도 및 침‧퇴적 모니터링

    영산강 하구의 남측 해안에서 배수갑문과 가깝게 위치한 하구 갯벌에는 길이 1.5 km, 폭 200 m의 조간대가 발달해 있 고, 조간대와 배수갑문 사이에는 섬을 매립하는 과정에서 만들어진 돌출해안이 위치하고 있다(Fig. 1b). 하구 갯벌의 퇴적작용을 알아보고, 퇴적작용에 영향을 미치는 요인을 밝 히기 위해 2005년부터 조간대를 가로지르는 측선을 설정한 후 측선을 따라 50 m 간격의 3 정점에서 표층퇴적물의 입도 변화와 침·퇴적 변화를 모니터링하였다(Fig. 1c). 측선의 출 발 기준점과 측점의 고도는 조위면에 근거하여 산출하였으 며, 수준측량을 위해 토탈스테이션(Topcon GTS-225)을 사용 하였다.

    조간대의 퇴적물 입도 및 침·퇴적 모니터링은 2005년 7월 부터 2006년 7월까지 1개월 간격으로 실시하였고, 2009년부 터 2011년까지는 계절별 조사를 수행하였다(2007년과 2008년 은 조사가 이루어지지 않았음). 조간대의 침·퇴적 모니터링 을 위해 측선의 3개 정점에서 일정 깊이의 해저에 30 × 30 ㎝ 의 아크릴판을 설치한 후, 해저에서 기준면까지의 깊이를 버니어캘리퍼스를 이용하여 주기적으로 모니터링 하였다. 모니터링의 시작은 기준면이 설치된 후 주변 환경과 동화될 수 있도록 1달 정도의 기간이 지난 이후에 이루어졌다.

    조간대 퇴적물의 입도변화 모니터링은 측선의 3개 정점에 서 주기적으로 표층퇴적물을 채취하여 입도분석을 수행하 는 방법으로 진행되었다. 표층퇴적물의 입도분석은 시료 세 척, 유기물 제거, 탄산염 제거 등 전처리 과정을 거쳤다. 전 처리가 완료된 시료는 4 Ø(62.5 ㎛) 체로 습식체질(wet sieving) 을 하여 조립질 시료와 세립질 시료로 분리하였다. 조립질 시료에 대해서는 건조기에서 100℃로 완전히 건조시킨 후 체 진탕기로 15분 동안 체질하여 1 Ø 간격으로 무게를 측정 하였고, 세립질 시료에 대해서는 스톡스법칙(Stokes Law)을 적용한 피펫방법으로 분석하였다. 퇴적물의 응집현상을 방 지하기 위해 확산제인 칼곤(sodium hexametaphosphate)을 첨가 하였다. 퇴적물의 통계적 입도상수는 Folk and Ward(1957)의 도해적 방법(graphic method)으로 구하였으며, 10 Ø 이상의 세 립질 무게는 외삽법에 의한 균등분배 방식으로 구하였다.

    2.2 수리관측

    영산강 하구 갯벌의 수리관측을 위해 종합수리관측시스 템인 TISDOS(Tidal-Flat Sediment Dynamics Observation System) 를 이용하였다(Fig. 3). TISDOS는 유속-탁도 기록장치(CTR) 와 압력-수심 기록장치(PBR)로 구성된다. 유속-탁도 기록장 치에는 도플러유속센서인 DCS3620(Andera Instruments)와 탁 도계(OBS, Seapoint Turbidity Meter)가 장착되어 유속과 탁도 의 1분 평균값을 기록하며, 압력-수심 기록장치에는 수압측 정기(Digiquartz pressure transducer)와 수심측정기(50/200 kHz dual-frequency altimeter)가 장착되어 수심, 파고와 주기, 센서 와 바닥 사이의 거리 등에 대한 10분 평균값을 기록한다. 측 정시스템의 자세한 사항은 Lee et al.(2004)에 제시되어 있다. 본 연구는 자체 기록장치인 TISDOS를 2008년 9월 12일부터 16일까지 영산강 하구 갯벌의 저조선 부근에 해안선과 평행 하게 설치하였다(Fig. 1c; Fig. 3). TISDOS에 의해 관측된 자료 는 7 조석주기 동안의 조위, 유속과 유향, 파랑, 부유물농도, 해저면의 고도변화 등이다. 부유물농도는 측정된 OBS의 전 압(voltage)값으로부터 실험실 실험에서 유도한 아래 식(1)에 의해 구하였다. 관측기간 동안 방류는 없었다.

    OBS (g/L) = 0.0003 ×OBS volts - 0.0051
    (1)

    3. 결 과

    3.1 조간대 지형

    하구 조간대의 측선을 따라 고도를 측량한 결과가 Fig. 4 에 제시되어 있다. 영산강 하구의 조간대는 육지방향으로는 방조제가 축조되어 있고, 바다 방향으로는 약 200 m의 폭을 가지고 하구의 수로와 경계되는데, 조간대의 대부분이 평균 해수면 아래에 위치한 하부조간대(low tidal flat)로서 매우 완 만하고 단조로운 지형경사를 보이고 있다.

    3.2 조간대 표층퇴적물의 입도 조성 변화

    2005년 7월부터 2011년 9월까지 조간대 표층퇴적물의 입 도특성 변화를 분석한 결과가 Fig. 5에 제시되어 있다. 모래 는 0∼5 %, 실트는 70∼94 %, 점토는 2∼28 %로 실트가 가장 많으며, 자갈은 거의 분포하지 않는다. 특히 실트 함량은 조간 대의 육지 쪽 정점(Fig. 4 - St. 1)보다 바다 쪽 정점(Fig. 4 - St. 2, 3) 에서 높은 반면, 점토와 모래는 바다쪽 정점보다 육지 쪽 정 점(Fig. 4 - St. 1)에서 상대적으로 높은 경향을 보인다.

    조간대 퇴적물의 계절적 변화 양상을 살펴보면, 모래 함 량은 주로 여름(평균 1.4 %)에 비해 봄(2.1 %), 가을(2.0 %), 겨 울(2.3 %)에 상대적으로 높게 보이나(Fig. 5a) 절대 함량이 매 우 낮아 변화는 매우 미비한 것으로 보인다. 실트 함량은 평 균 85.7 %로서 여름(83.3 %)에 비해 봄(86.9 %), 가을(87.4 %), 겨울(85.8 %)에 높게 나타난다(Fig. 5b). 그리고 모래와 실트 함량은 2005년부터 2011년까지 같은 계절변화 양상을 보이 면서 전반적으로 감소하는 경향을 보인다. 그런데 점토 함 량은 여름(15.3 %)에 가장 높고, 가을(10.5 %), 겨울(12.3 %), 봄 (10.9 %)에 상대적으로 낮아, 모래 및 실트와 정반대의 경향 을 보인다(Fig. 5c). 점토 함량은 2010년 8월(여름)에 20 % 이 상으로 최대치를 보인 후, 2010년 11월(가을)에 급격한 감소 를 보였지만, 조사기간 동안 점토 함량은 완만한 증가 추세 를 보였다. 전체적으로 영산강 하구 조간대에서 표층퇴적물 의 함량 변화는 2005년 7월 조사를 시작한 이후 약 6년 동안 모래와 실트 함량은 각각 1.3 %, 3.5 % 감소한 반면, 점토 함 량은 4.8 % 증가하였다. 이 기간 동안 연구지역의 평균풍속 은 대체로 감소하는 경향을 보였고(Fig 5d), 하굿둑을 통한 담수방류량은 증가하는 경향을 보였다(Fig. 5e).

    조간대 3개 정점 퇴적물의 평균입도는 5.9 Ø(5.3∼6.4 Ø)로 중립실트(medium silt)에 해당하며, 조간대의 육지 쪽(St. 1)이 바다 쪽(St. 3)보다 대체로 세립한 경향을 보인다(Fig. 6a). 그 리고 평균입도는 2005년 7월(평균 5.7 Ø)부터 2011년 9월(평 균 6.1 Ø)까지 0.4 Ø 정도 세립해진 것으로 나타났다. 정점별 로는 육지 쪽 정점(St. 1)에서 0.5∼1 Ø 내외의 변동 폭을 가 지며 점차 조립해지는 경향을 보였고, 바다쪽 정점(St. 2, 3) 에서는 다소 세립해지는 경향을 보였다. 육지쪽 정점에서는 여름과 가을에 세립해지고, 겨울과 봄에 조립해지는 반면, 바다쪽 정점에서는 여름과 가을에 조립해지고, 겨울과 봄에 세립해지는 것으로 나타났다. 2010년 11월(가을)부터 2011년 4월(봄)까지 모든 정점에서 평균입도가 1 Ø 내외의 비교적 큰 변화를 보였다.

    분급 평균은 1.7 Ø(0.9∼2.2 Ø)로 불량한 분급을 보인다. 정 점별로는 육지 쪽 정점(St. 1: 1.9 Ø)에서 가장 불량하고, 바다 쪽 정점(St. 2: 1.5 Ø, St. 3: 1.6 Ø)에서 상대적으로 양호하다 (Fig. 6b). 분급은 여름과 가을에 불량하고, 겨울과 봄에 다소 양호한 계절적 변화를 보이며, 시간이 지남에 따라 전반적 으로 분급이 불량해지는 경향을 보인다.

    왜도 평균은 0.5(0.2∼0.7)로 모든 정점에서 양(+)의 왜도가 나타난다. 주로 겨울과 봄에 왜도 값이 작아지고, 여름과 가 을에 왜도 값이 높아진다(Fig. 6c). 2005년과 2006년에 정점별 왜도 값의 변동폭이 큰 반면, 2009년 5월부터 2011년 8월까 지 정점별 변화폭이 줄어들면서 2005년부터 2011년까지 전 체적으로 양(+)으로 커지는 경향을 보였다.

    2005년 7월부터 2011년 1월까지 총 21회에 걸쳐 영산강 하 구 표층퇴적물의 입도자료를 Folk(1968)의 삼각다이어그램에 도시한 결과(Fig. 7), 모든 퇴적물이 실트(Z, silt) 유형으로 분 류되었다. 계절적 특성을 분석한 결과, 여름에는 실트 함량 이 감소하고 점토가 증가하면서 니(M, mud) 쪽으로 치우치 는 반면, 봄, 가을, 겨울에는 실트 함량이 증가하고 점토 함 량이 감소하면서 실트(Z)쪽으로 치우치는 경향을 보였다.

    3.3 조간대의 침·퇴적 변화

    영산강 하구 조간대에서 2005년부터 2011년까지 침·퇴적 변화를 측정하여 누적한 결과를 Fig. 8에 제시하였다. 총 조사 기간 5년 8개월(68개월, 2072일) 동안 3개 정점(st. 1: -14.9 cm, st. 2: -19.7 cm, st. 3: -10.5 cm)에서 평균 15 cm의 침식이 일어난 것으로 나타났다. 이는 월평균 -2.2 mm/month(연평균 -2.6 cm/y) 의 침식률에 해당하는 수치이다. 침식이 가장 크게 일어난 곳은 정점 2이며, 이곳에서는 조사기간 동안 19.5 cm의 침식 (연평균 -3.4 cm/y)이 발생하였다. 정점 2보다 바다쪽에 위치 한 정점 3에서는 조사기간 동안 10.5 cm(연평균 -1.7 cm/y)의 침식이 일어나 다른 정점에 비해 비교적 침식이 덜한 편이 었다. 그리고 침·퇴적 양상의 시간적 변화를 살펴보면, 2005 ∼2006년에 비해 2008∼2011년에 침·퇴적 양상의 변화폭이 크게 증가하였고, 특히 2010년에는 조간대 침식이 우세했던 일반적 경향과 다르게 비교적 큰 퇴적이 일어났다(Fig. 8).

    3.4 조간대의 수리역학

    2008년 9월 12일부터 16일까지 7 조석주기 동안 하구조간 대의 조위를 관측한 결과, 측정지점의 조석은 반일주기의 조석(semidiurnal tide)으로서 일조부등 현상(diurnal inequality) 을 보이며 변화하였다(Fig. 9a). 관측지점에서 창조와 낙조의 평균 지속시간은 각각 5시간 12분과 4시간 08분으로서 창조 시간이 낙조시간보다 한 시간가량 더 길었다(Table 1).

    조류의 유속은 조석주기 동안 30 cm/s 이하로서 대체로 창 조와 낙조 초기에 가장 강하고, 고조 직전에 가장 약한 경향을 보였다(Fig. 9b). 관측기간 동안 창조의 평균유속은 10.95 cm/s, 낙조의 평균유속은 12.39 cm/s로서 낙조류가 창조류에 비해 강 한 편이었고(Table 1), 관측기간 동안의 최강유속은 93.40 cm/s 로 낙조 때 나타났다(Fig. 9b).

    창조류의 방향은 대체로 남서쪽을 향하였고, 낙조류의 방 향은 북서쪽을 향하였는데(Fig. 9c), 관측기간 동안의 평균 잔차류는 창조 때 남남서에서 남서 방향으로 변하였고, 낙 조 때 남서에서 북서 방향으로 변하였으며, 잔차류의 크기 는 창조류에 비해 낙조류가 더 큰 편이었다(Fig. 10a).

    유의파고는 관측기간 동안 20 cm 미만이었고, 대체로 창 조 초반과 낙조 후반에 높은 파고를 보였다(Fig. 9d). 창조와 낙조의 평균 유의파고는 각각 6 cm와 7 cm로 매우 낮았다 (Table 1). 파랑의 주기는 대체로 2∼3초 범위가 우세하였고, 4∼6초의 다소 긴 주기를 갖는 파랑이 창조 후반에 나타나기 도 했다(Fig. 9e). 부유물 농도는 조석주기에 따라 0∼300 mg/L 범위에서 변하였으며, 대체로 창조 초반과 낙조 후반에 높 은 값을 보였다(Fig. 9f). 관측기간 동안 부유물의 평균 농도 는 창조 때 65.35 mg/L, 낙조 때 65.91 mg/L 로서 창·낙조 간 거의 비슷하였다(Table 1).

    부유물의 이동량은 조석상태에 따라 매우 불규칙하게 변하 였지만, 관측기간(7 조석주기) 동안의 총 순이동량은 106 kg/m2 로서 서쪽을 향하는 것으로 나타났다(Fig. 10b). 해저면의 고 도변화를 통해 한 조석주기 동안의 침식 및 퇴적 양상을 파 악한 결과, 창조 때에는 약 18 ㎜의 퇴적이 일어나고, 낙조 때에는 그보다 더 많은 침식이 일어나 한 조석주기 동안 약 0.15 ㎜의 순침식이 일어나는 것으로 나타났다(Table 1).

    4. 토 의

    한국의 서해안 갯벌은 사주(sand bar)나 보호섬(barrier island)이 없이 직접 외해와 연결되는 독특한 특징을 지니며 (Frey et al., 1989;Wells et al., 1990;Alexander et al., 1991), 대 부분 대조차 갯벌로서 지역적으로 열린 갯벌, 만 갯벌, 하구 갯벌, 섬 갯벌 등 다양한 갯벌이 분포한다. 특히 서해안의 열린 갯벌에서는 퇴적작용의 계절적 변화가 뚜렷하여 파랑 작용보다 조석작용이 우세한 여름에는 주로 퇴적이 이루어 지는 반면, 조석작용보다 파랑작용이 우세한 겨울에는 침식 이 이루어진다(Chang and Choi, 1998;Chun et al., 1998). 또한 서해안의 갯벌 퇴적물은 저조선에서 고조선 방향으로 모래- 모래질 펄-펄이 순차적으로 분포하여 고조선 방향으로 세립 해지는 분포 경향을 보이고, 갯벌 퇴적층은 하부에 펄층, 상 부에 모래층이 놓이는 상향조립의 수직적 분포경향(해침층 서)을 보인다(Chang, 1995;Kim et al., 1999;Lee et al., 1999). 서해안의 반폐쇄적 만 갯벌에서는 대체로 사주 퇴적체의 발 달이 제한되어 모래보다 펄의 분포가 우세한 편이며(Chang et al., 1999), 고조선 방향으로 점차 세립해지는 분포 경향을 보인다(Van Straaten and Kuenen, 1957;Postma, 1961;Chang et al., 1999).

    만 갯벌에서는 몬순의 계절적 영향도 크지만, 반폐쇄적 지형 특성과 인위적 지형변화 등의 영향이 중요하게 작용한 다(Ryu et al., 1999;Lee et al., 1999;Chu et al., 2000). 영산강 하구 갯벌의 경우, 영산강 하굿둑 건설(1981), 영암-금호 방 조제 축조(1995), 영암산업단지 조성을 위한 매립과 간척, 목 포 하당 신도시 건설 등 대규모 개발사업들이 진행되면서 하구 갯벌의 82 %가 사라지게 되었다. 그 결과 영산강 하구 는 좁고, 깊고, 반폐쇄적인 수로형 하구로 변모하였다. 이렇 게 변모한 영산강 하구에서 양적으로 가장 유용한 퇴적물 입자는 실트(47 %)와 점토(46 %)이며, 실트의 경우 수심이 얕 은 하구의 가장자리에 주로 분포하고, 점토의 경우 주로 수 심이 깊은 하구 중앙부에 분포한다(Kim and Chang, 2017). 그 리고 본 연구의 결과는 영산강 하구 갯벌 퇴적물의 70∼94 % 가 실트 입자임을 보여주고 있다.

    이처럼 영산강 하구(수로형 개발하구) 갯벌에서 점토 입 자가 적고, 실트 입자가 많은 것은 1) 하구 개발에 따른 점토 수용공간의 소멸, 2) 하구 개발에 의한 물 흐름(조석작용)의 변화 등과 깊은 연관이 있는 것으로 보인다. 즉 첫째, 영산 강 하구에서 가장 유용한 입자 중 하나인 점토는 침식 및 퇴적 지연효과와 만조와 간조간의 침전깊이 차이에 의해 주 로 상부 조간대(upper intertidal zone)와 조상대(supratidal zone) 에 퇴적되는 특징을 갖는다(Van Straaten and Kuenen, 1957;Postma, 1961). 그런데 영산강 3단계 개발 사업에 따른 간척 과 매립으로 인해 점토의 주요 수용공간이었던 상부 조간대 와 조상대가 영산강 하구에서 대부분 사라지고(Fig. 1), 일부 하부 조간대만이 좁게 남게 되었다(Fig. 4). 따라서 현재 영산 강 하구 갯벌(하부 조간대)에서는 점토가 쌓일 수 있는 조건 이 못되기 때문에 상대적으로 실트가 우세한 것으로 판단된 다. 둘째, 영산강 하구 갯벌의 ‘점토 부족-실트 우세 현상’은 영산강 하구 조석의 특성과도 깊은 관계가 있는 것으로 생 각된다. 즉 국립해양조사원 목포검조소의 조석자료를 분석 한 결과에 의하면, 영산강 하구의 최대조차는 하굿둑 건설 전인 1956년에 약 5 m에 불과했지만, 영산강 하굿둑 건설 이 후인 1982년에 5.5 m에 이르렀고, 영암-금호방조제 건설 이후 인 1997년에는 6 m를 넘어서 대규모 개발 사업으로 인해 영 산강 하구의 조차가 크게 증가하였다(Fig. 11). 또한 조차의 증가와 함께 조류의 비대칭성도 더욱 심화되어 목포해역의 낙조류/창조류의 유속 비율이 1.4∼2.0에 이르고, 대조기의 낙조류 유속은 창조류 유속의 1.26배에 이른다(Jung and Choi, 2010;Jung, 2016). 이러한 낙조 우세의 비대칭적 조석에 의해 영산강 하구의 평균 체류시간은 하계 0.2일, 동계 2.03일로 짧아졌고(Lee and Jun, 2009), 금강의 1.6일∼10일(Kim et al., 2000)과 낙동강의 평균 2.03일(Hong et al., 2000)에 비해서도 짧은 편이다.

    본 연구에서 영산강 하구의 조간대에서 측정한 수리관측 결과는 조간대의 창조시간이 낙조시간보다 약 1시간가량 길 어 조간대를 흐르는 조류가 천천히 들어와서 빨리 나가고 있음을 보여준다. 그리고 관측기간의 낙조류는 창조류보다 평균 13 % 정도 더 강한 것으로 나타났다.

    따라서 하굿둑 건설 이후 영암-금호 방조제와 같은 대규 모 건설 사업과 매립 및 간척 사업은 조사지역의 조석 진폭 을 증가시킴과 동시에 낙조류 우세의 비대칭성을 강화시켜 조간대 지역에 점토 입자와 같은 세립퇴적물의 퇴적을 어렵 게 한 것으로 생각된다. 또한 여름철 담수 방류에 의해 일시 적으로 공급되는 세립퇴적물은 하구 내 짧은 체류시간으로 인해 조간대 퇴적이 제한되면서 점토질보다 실트질 퇴적물 이 조간대에 우세하게 분포한 것으로 판단된다.

    Bang et al.(2013) 또한 하계 홍수기간 동안 영산강 하구의 퇴적모델을 통해 퇴적물 순이동량을 분석하여 실트 퇴적물 은 하구둑으로부터 유입량이 적고, 침강작용에 의해 일부만 외해로 유출되는 반면, 점토 퇴적물은 담수 방류시 많은 양 이 유입되지만 느린 침강속도로 인해 적은 양만 퇴적되고, 표층에서는 외해로, 중·저층에서는 내측으로 향하는 순환을 반복한다고 하였다.

    반폐쇄형 조간대(semienclosed tidal-flat)는 파랑의 영향을 강하게 받는 곳에서는 개방형 조간대와 동일한 계절변화를 보이지만(Ryu et al., 2001;Lee et al., 2002;Ryu, 2003), 파랑이 약한 곳에서는 개방형 조간대와 상반된 경향을 보여 조간대 퇴적물의 계절적 변화가 만의 지형과 몬순계절풍의 영향에 따라 달라지는 것으로 보고되고 있다(Ryu et al., 2001;Ryu, 2003). 영산강 하구의 조간대 퇴적물은 반폐쇄형 하구에 위 치함에도 불구하고 겨울에 실트가 많아 조립해지고, 여름에 점토가 많아 세립해지는 계절적 변화를 보인다. 즉 하구 조 간대에서 상대적으로 조립한 실트 함량은 풍속이 강한 가을 부터 봄까지 증가하고, 풍속이 약한 여름에 감소한다. 점토 함량은 실트 함량과 반대로 풍속이 약하고 담수 방류가 많 은 여름에 증가하고, 가을부터 봄까지 풍속이 강한 시기에 는 감소하는 경향을 보인다(Fig. 5c). 따라서 점토가 포함된 실트 퇴적물의 특성을 갖는 영산강 하구 조간대에서 상대적 으로 조립한 실트 입자는 방류량보다 풍파의 영향을 받는 반면, 세립한 점토 입자는 주로 담수방류의 영향을 받는 것 으로 보인다.

    영산강 하구 조간대에서 2005년부터 2011년까지 침·퇴적 양상을 모니터링한 결과, 3개 정점에서 월평균 -2.2 mm/month (연평균 -2.6 cm/y)의 침식이 일어난 것으로 나타났다. 여름철 일시적으로 담수방류에 의해 퇴적경향이 나타나고 있지만 전반적인 경향은 침식이 우세하다. 이는 현재의 영산강 하 구 조간대가 갯벌의 주요 기능을 상실하여 점토와 실트와 같은 세립퇴적물의 수용 및 조절 공간으로서 작용하지 못하 고 있음을 의미한다. 이러한 하구 갯벌 환경의 악화는 주로 하구 주변지역 개발에 따른 세립퇴적물 수용공간의 소멸(상 부 갯벌의 소멸)과 하구 조석의 변화에 주로 기인된 것으로 평가된다.

    한편 침식 경향이 강한 영산강 하구 조간대에서 2010년 연평균 40 ㎜/yr의 퇴적이 일어난 것은 4대강 사업의 일환으 로 2010년부터 이루어진 영산강 하구언 배수갑문 확장공사 (KRCC, 2016)와 연관되어 영산강 하굿둑 주변 하구에서 대 규모 준설(767,606 ㎥)이 이루어지고, 그로 인해 발생한 부유 퇴적물이 하구 조간대에 퇴적되었기 때문인 것으로 판단된 다. 이러한 대규모 준설은 2014년에 실시한 멀티빔 수심측량 (Fig. 12)과 해양조사기술연보(KHOA, 2016)를 통해 확인된다.

    5. 결 론

    대규모 개발사업에 의해 좁고 깊은 반폐쇄적 수로형 하구 로 변모한 영산강 하구에서 갯벌의 퇴적환경적 특성을 밝히 기 위해 2005년부터 2011년까지 6년에 걸쳐 하구 조간대 표 층퇴적물의 입도 변화, 조간대 바닥의 침·퇴적 변화, 그리고 조간대 위를 흐르는 조류 특성을 모니터링하였다. 개발사업 에 의해 전체 갯벌의 82 %가 사라진 영산강 하구의 갯벌은 현재 대부분 하부 조간대(lower intertidal zone)의 좁은 갯벌로 서 존재하며, 퇴적물은 대부분 점토와 실트로 구성되고, 전 체의 70∼94 %를 실트가 차지하여 점토 부족, 실트 우세의 특성을 보인다. 하구 갯벌의 점토 부족 현상은 점토의 주요 수용공간이던 상부 갯벌(조상대, 상부 조간대)이 대규모 개 발사업에 의해 사라졌고, 하구의 물 흐름(주로 담수유출과 조석작용) 특성이 대규모 개발에 의해 낙조류가 우세한 방 향으로 크게 변화하여 현재의 갯벌(대부분 하부 조간대)에 서 점토 퇴적이 어렵게 되었기 때문이다. 또한 영산강 하구 의 갯벌 퇴적물은 풍속이 강한 가을부터 봄까지 실트가 많 아져 조립해지고, 풍속이 약하고, 방류량이 많은 여름에 점 토가 많아져 상대적으로 세립해지는 계절적 변화를 보인다. 이는 영산강 하구 갯벌에서 입자의 거동과 퇴적이 실트의 경우 주로 풍파의 영향을 받는 반면, 세립한 점토의 경우 주 로 담수 방류의 영향을 받고 있음을 보여준다.

    영산강 하구 갯벌에서 2005년부터 2011년까지 침·퇴적 양상 을 모니터링한 결과, 하구 갯벌은 전체적으로 연평균 -2.6 cm/yr 의 침식이 이루어지는 가운데, 2010년경에는 특이하게 연평 균 4 cm/yr의 퇴적이 일어난 것으로 나타났다. 영산강 하구 갯벌의 침식-우세 경향은 낙조류 우세의 비대칭적 조석에 의한 것으로 생각되며, 하구 갯벌의 침식적 상황으로 볼 때, 현재의 영산강 하구 갯벌은 개발로 인해 ‘세립퇴적물의 수 용 및 조절’이라는 갯벌의 주요한 기능을 상실한 것으로 보 인다.

    그리고 2010년경의 비정상적 갯벌 퇴적 현상은 영산강 하 구에서 배수갑문 확장공사와 연계되어 이루어진 대규모 준 설과 그로 인해 발생한 부유물의 대량 퇴적과 관련된 것으 로서 하구 준설이 하구의 갯벌 퇴적작용에 영향을 주는 요 인이 되고 있음을 보여준다.

    영산강 하구 주변 해역은 지금도 대규모 개발사업이 진행 되고 있는 만큼 지속적인 퇴적학적 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 연구를 위해 현장조사와 실험에 도움을 준 목포대학교 해양수산자원학과 천해퇴적학실험실 학생들에게 감사드리 며, 또한 유익한 조언을 해주신 익명의 심사위원님들께도 감사드립니다.

    Figure

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    Maps showing the study area. a: Map in 1982, b: Map in 2014. Main study area (square) is located in the southern coast near the sluice gate of the Yeongsan-River Estuary (b). St. 1, 2 and 3 in Figure c indicate monitoring sites of both sediment grain-size and bottom level (elevation of tidal-flat surface), and filled circle represents a deployment site of TISDOS.

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    Monthly variations of climatic parameters in the study area during the period of 2005-2011. a: Precipitation, b: Avg. wind speed, c: Max. wind speed, d: Freshwater discharge.

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    Photograph showing the automatic measurement system of tidal-flat hydrodynamics (TISDOS).

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    Morphologic profile across the tidal flat of YRE (the Yeongsan-River Estuary). AHHW = approximate highest high water, MSL = mean sea level, ALLW = approximate lowest low water. St. 1, 2 and 3 represent monitoring sites of both sediment grain-size and bottom level.

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    Temporal variations of sediment grain-size compositions in the tidal flat of YRE during the period of 2004-2011. a: sand %, b: silt %, c: clay %. Figure d and e represent wind speed and freshwater discharge, respectively.

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    Temporal variations of sediment grain-size parameters in the tidal-flat of YRE during the period of 2004-2011. a: mean grain size, b: sorting, c: skewness. For Fig. 5d and 5e, see Fig. 5.

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    Detailed seasonal variations of sediment types based on ternary diagram from Folk (1968).

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    Temporal variation of bottom level (elevation of tidal-flat surface) in the tidal flat of YRE during the period of 2005-2010.

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    Time series of hydrodynamics measured within bottom boundary layer on the tidal flat of YRE. a: Tidal level, b: Current speed, c: Current direction, d: The significant wave height (H1/3), e: Wave period (T1/3), f: Suspended sediment concentration, g: Bottom level.

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    Maps showing changing directions of tidal current (a) and suspended sediment transport (b) during a complete tidal cycle. In Figure a and b, arrows indicate direction, and length of arrows is proportional to magnitude.

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    Tidal curves in the tidal measuring station at Mokpo harbour, showing temporal changes in tidal patterns. a: Tidal curve in 1956 (before the construction of estuary dam), b: Tidal curve in 1982 (after the construction of estuary dam), c: Tidal curve in 1997 (after the construction of the Yeongam-Kumho seawalls). Data are from KHOA (http://www.khoa.go.kr).

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    Detailed 3D multibeam topographic maps for the seafloor of the Yeongsan-River Estuary in 2014. Note lots of marks of dredging left.

    Table

    Summary of hydrodynamic data in the tidal flat of YRE (numbers indicate average values)

    Reference

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