Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1229-3431(Print)
ISSN : 2287-3341(Online)
Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety Vol.27 No.2 pp.324-339
DOI : https://doi.org/10.7837/kosomes.2021.27.2.324

Analysis of the Change in the Area of Haeundae Beach Based on Wave Characteristics

Jong-Beom Kim*, Jong-Kyu Kim**, Tae-Soon Kang***
*PhD Candidate, Dept. of Naval Architecture and Ocean Engineering, Chonnam National University, Yeosu 59626, Korea
**Professor, Dept. of Naval Architecture and Ocean Engineering, Chonnam National University, Yeosu 59626, Korea
***Executive Director, GeoSystem Research Corp., Gunpo 15807, Korea

* First Author : jbkim@geosr.com, 070-7019-0679


Corresponding Author : kangts@geosr.com, 070-7019-0610
February 22, 2021 April 8, 2021 April 27, 2021

Abstract


In this study, we determined the correlation between the wave characteristics and the change in the area of Haeundae Beach, conducted regression analysis between the wave characteristics and the change in beach area, and derived a formula for calculating the change in beach area. The change in beach area was calculated by applying the derived formula to wave observation data corresponding to a period of approximately 10 months, and the formula was subsequently validated by comparing the obtained results with the observed area. It is found that the error associated with the formula for calculating the change in beach area ranges from 1.5 m to 2.7 m based on the average beach width, and the correlation coefficient corresponding to the observed area ranges from 0.91 to 0.94. Furthermore, it is observed that the change in beach area is affected by the wave direction in the western zone, wave height in the central zone, and wave height and wave period in the eastern zone. These results can contribute to understanding the impact of a coastal improvement project on the beach area fluctuation characteristics of Haeundae Beach and the effectiveness of such a coastal improvement project. By applying the aforementioned derived formula to highly accurate wave prediction data, the change in beach area can be calculated and incorporated for predicting significant long-term changes in beach areas. Furthermore, such a prediction can be considered as the basis for making decisions while establishing preemptive countermeasure policies to prevent coastal erosion.



파랑특성을 고려한 해운대 해수욕장의 해빈면적 변화에 관한 연구

김 종범*, 김 종규**, 강 태순***
*전남대학교 조선해양공학과 박사과정
**전남대학교 조선해양공학과 교수
***㈜지오시스템리서치 수석

초록


본 연구에서는 해운대 해수욕장의 내습파랑특성과 해빈면적 변화와의 상관성을 파악하였으며, 파랑특성요소를 독립변수로 설정 하고 해빈면적 일변화량을 종속변수로 하는 회귀분석을 수행하여 전체 및 세부구간(서측, 중앙, 동측)에 대한 해빈면적 변화량 산출식을 도 출하였다. 도출된 해빈면적 변화량 산출식에 약 10개월의 파랑관측자료를 대입하여 계산된 해빈면적과 실제 관측면적과의 비교를 통해 해 빈면적 변화량 산출식의 정확도를 평가하고 해빈면적 변동특성을 분석하였다. 분석 결과, 해빈면적 변화량 산출식의 정확도는 평균 해빈폭 기준 1.5 ~ 2.7 m의 오차를 나타내었으며, 실제 관측면적과의 상관계수는 0.91 ~ 0.94의 분포를 보이며 매우 유사한 해빈면적 변화양상을 나타 내었다. 또한, 세부구간별로 해빈면적 변화에 영향을 크게 미치는 파랑특성요소가 서측구간은 파향, 중앙구간은 파고, 동측구간은 파고와 주기인 것을 알 수 있었다. 이를 통해 연안정비사업이 해운대 해수욕장의 해빈면적 변동특성에 미치는 영향 및 연안정비사업의 효과를 파 악할 수 있었다. 본 연구에서 도출된 해빈면적 변화량 산출식은 정도 높은 파랑예측자료가 확보될 경우 유의미한 장기간 해빈면적 변화 예 측이 가능하므로 연안침식에 대한 선제적 대응 대책 수립 시 의사결정의 근거가 될 수 있는 기초자료 확보에 기여할 수 있을 것으로 기대 된다.



    1. 서 론

    해운대 해수욕장(Haeundae Beach)은 우리나라에서 가장 유 명한 해수욕장으로 매년 수백만 명의 관광객들이 방문하고 있으나 백사장 잠식과 함께 침식으로 인하여 좁은 백사장을 형성함으로써 입욕 밀도 증가에 대한 불편과 민원이 제기되 어 왔다. 이에 해양수산부에서는 2013년부터 2015년까지 연 안정비사업을 시행하여 양빈, 잠제(수중방파제) 및 돌제를 시공한 바 있다.

    연안정비사업이 완료된 이후 해운대 해수욕장의 해빈면 적은 계절변동특성과 함께 양빈안정화 과정을 보이며 비교 적 안정적인 면적변화를 유지하였으나, 2018년 태풍 콩레이 내습으로 평균 해빈폭이 단기간에 약 7.8 m 감소하였고, 2019년 하 ~ 추계에 다수의 태풍이 연이어 내습함으로써 현 재 해운대 해수욕장의 해빈폭은 지속적인 감소가 나타나고 있다. 2019년 해양수산부 연안침식 실태조사 결과에 따르면 해운대 해수욕장의 평균 해빈폭은 66.6 m로 해운대 해수욕 장 연안정비사업 실시설계용역에서 제시한 목표 해빈폭 70 m 보다 작은 값을 보이고 있다(MOF, 2019). 이에, 연안정비사 업 완료 이후 해빈면적 변동특성을 파악하여 최근에 급격하 게 나타나고 있는 해운대 해수욕장의 해빈면적 감소 원인 규명이 시급한 실정이다.

    현장 실측이 불가능한 태풍, 고파랑 등 불규칙적이고 불 연속적인 외력 환경에 대한 해빈면적 변동특성을 파악하기 위해서는 비디오 모니터링과 같이 장기간 연속관측이 가능 한 조사 방법이 적합하다. Kang et al.(2007, 2009, 2017, 2019) 은 비디오 모니터링을 통하여 해운대 해수욕장 및 국내 주 요 해수욕장에 대한 해빈면적 변동특성 분석, 해운대 해수 욕장의 대규모 양빈 이후 해빈안정화 과정과 태풍 차바로 인한 침식변화, 복수의 태풍 내습에 의한 해운대 해수욕장 의 침식변화특성을 분석한 바 있다. 또한, Oh et al.(2019)은 비디오 모니터링 자료를 활용하여 동해안에 위치한 주요 해 수욕장의 해빈폭과 파랑 조건의 상관성 분석을 수행하여 해 빈폭의 침퇴적 경향성을 파악하였으며, Kim et al.(2019)은 동 해 맹방 해수욕장을 대상으로 퇴적물 이동 실험을 수행하여 장기간 파랑 변화에 의한 연안표사 이동량을 산정하였다. 기존의 연구들은 대부분 과거 관측 결과의 분석을 통해 대 상 해안의 현 상태를 파악하거나, 정성적인 측면에서의 예 측을 도출하는 데에 그치고 있다. 또한, 시간 경과에 따른 변화에 대한 정량적인 결과를 제시하지 못함으로써 대상 해 안의 연안침식에 대한 선제적 대응 측면에서 장기적인 연안 침식 대책 수립에 활용하기에는 다소 무리가 있다.

    이에, 본 연구에서는 장기간 축적된 해운대 해수욕장의 비디오 모니터링 자료와 파랑관측자료를 활용하여 해빈면 적 변화를 일으키는 주요 외력인 파랑과 해빈면적과의 상관 관계를 확인하고, 회귀분석을 통해 파고(H ), 주기(T ), 파향 (Dir)으로 구성된 해빈면적 변화량 산출식을 도출하여 해운 대 해수욕장의 해빈면적 변동특성을 정량적으로 규명하고 자 한다.

    2. 자료수집

    2.1 해빈면적 자료

    해운대 해수욕장의 장기적인 백사장 침퇴적변화를 파악하 기 위하여 비디오 모니터링 자료를 활용하였다(MOF, 2019). 해운대 해수욕장의 비디오 모니터링 시스템은 2003년부터 조선비치호텔(2003), 글로리콘도(2003), 파라다이스호텔(2015) 등 총 3개 고층 건물 옥상에 5대의 카메라를 설치하여 운 영 중에 있다. 카메라는 정확도 확보를 위하여 고해상도 카메라(12M pixel, 3M pixe)를 설치하였으며, 관측범위는 약 1,400 m(50 m 간격 28개 기선)이다(Table 1, Fig. 1).

    비디오 모니터링 영상정보로부터 추출된 해안선 정보는 해역의 조고(tidal height)에 따라 해빈폭이 달라지므로 대상 해안의 해빈면적 변동특성을 파악하기 위해서는 일정기준 의 조고에 대한 분석이 요구된다. 국내법상 해안선은 약최 고고조위를 연결한 선으로 정의하고 있으나, 약최고고조위 를 나타내는 시기가 극히 제한적이므로, 본 연구에서는 대 상 지역의 연속적인 해빈면적 변동특성을 파악하기 위하여 1일 최소 1회 이상 관측이 가능한 D.L. +83.5 cm(평균고조위) ±10 cm 범위 내의 해안선을 기준으로 해빈면적의 일대푯값 을 산출하여 분석을 수행하였다. 이를 통하여 조위 및 해수 면 변화에 따라 발생할 수 있는 오차를 최소화하였다(Table 2, MOF, 2019).

    Fig. 2와 Table 3에 본 연구의 분석에 적용된 해운대 해수 욕장의 세분화된 구간의 정보(관측기간 중 임시구조물 설치 에 의한 간섭으로 26번 기선은 분석에서 제외)를 나타내었 으며, Fig. 3에 해운대 해수욕장의 전체 및 각 구간의 해빈면 적 변화 시계열을 제시하였다.

    2.2 파랑 자료

    본 연구에 활용된 해운대 해수욕장 전면해역의 파랑관측 자료는 파고와 파향을 동시에 관측할 수 있는 노르웨이 Nortek社의 AWAC(Acoustic Wave And Current meter, 600 kHz) 장비를 이용하여 (주)지오시스템리서치와 한국해양과학기술 원 해양공학연구본부가 공동으로 2017년 1월부터 2019년 12 월까지 관측한 파랑 자료를 수집하였다(Table 4).

    Fig. 4에 2017년부터 2019년까지 관측된 파랑 자료 시계열 을 제시하였다. 관측기간 중 최대파고(Hmax)는 2018년 10월 태풍 콩레이의 영향을 받은 14.3 m(Tp=12.19s, DirTp=178.94°, 2018년 10월 6일 10시)로 나타났다. 또한, 매년 3 ~ 4월에 최 대파고 5 m 이상의 E 계열의 너울이 내습하는 특징을 보 이고 있다. 해운대 해수욕장의 해빈면적 변화에 영향을 미 친 태풍 및 고파랑 내습 시의 파랑특성은 Table 5에 제시 하였다.

    연구에 활용된 해운대 해수욕장 비디오 모니터링 시스템 에서 관측된 해빈면적은 1일당 하나의 대푯값으로 구성되어 있으므로, 해빈면적 변화와 파랑특성간의 상관성 파악 및 다중 회귀분석을 수행하기 위해 매 30분 관측된 파랑 자료 를 일대푯값으로 변환(resampling)하여 분석을 수행하였다.

    파고의 일대푯값은 해빈면적 변화의 주요 원인인 유사 발 생에 가장 크게 영향을 미치는 최대파고 및 지속시간을 고 려하여 해당일의 30분 관측자료 중 상위 10 % 최대파고의 평균값(Hmax,1/10)으로 하였으며, 파주기와 파향의 일대푯값 은 최대파고 상위 10 %에 속한 파랑의 첨두주기와 파향을 추출하여 평균값(Tp,1/10, Dirp,1/10)을 적용하였다. 전체 관측 기간에 대하여 대푯값으로 변환된 파랑 자료 시계열을 Fig. 5 에 제시하였다.

    3. 자료 분석

    3.1 상관성 분석

    일반적으로 해안선의 변화는 해안에 내습하는 파랑이 쇄 파대 구간을 지나면서 수심이 얕아짐에 따라 고유의 파형을 잃고 지속적으로 파랑에너지가 분산되는 과정에서 발생하 는 연안표사에 의해 나타난다. 본 절에서는 내습파랑특성과 해빈면적 변화와의 상관성을 파악하기 위하여 연안표사율 산정 경험식에 적용되는 파랑특성과 해빈면적 일변화량간 의 선형 상관분석을 수행하였다.

    연안표사량은 파랑 및 연안류에 의해 해안에 직각인 횡단 면 상에서 해안에 평행한 방향으로 이동하는 퇴적물의 총량 을 의미하며, 연안표사율은 단위시간 동안의 이동량이다. 일 반적으로 이동량을 체적으로 나타내는 것이 편리하므로 표 사율 단위로 m3/day 등을 사용하기도 하며, 단위시간 동안 에 이동하는 총 퇴적물의 수중중량으로 나타내기도 한다.

    Q = I ( ρ s ρ ) g ( 1 p )
    (1)

    여기서, Q는 단위시간 당 이동체적, I는 단위시간 당 이 동퇴적물의 수중중량, p는 공극률이다.

    연안표사율 산정 경험식은 파랑에너지이동속, 즉 wave power 개념을 적용하여 구할 수 있으며, 이는 연안표사율이 쇄파대에 입사되는 파랑에너지의 연안방향 이동속 Pl에 비 례하고, 역방향 연안표사를 고려하지 않을 경우 식(2)와 같 이 나타낼 수 있다(Kraus, 1981).

    I = K P = K ( E C g ) sin 2 α
    (2)

    여기서, E는 파랑에너지, Cg는 파랑에너지전파속도(군속 도), α는 쇄파파봉선과 해안선이 이루는 각이다.

    표사량 산정을 위해 자주 이용되는 파랑에너지 E는 식(3) 과 같이 나타낼 수 있으며, 심해파 조건에서의 파랑에너지 전파속도 Cg는 식(4)와 같이 나타낼 수 있다.

    E = 1 8 ρ g H 2
    (3)

    C g = g T 4 π
    (4)

    식(3)과 식(4)를 식(2)에 대입하면 식(5)를 얻을 수 있으며, 식(5)로부터 연안표사량은 해안에 내습하는 파랑특성요소로 구성된 H 2T sin2α와 비례하는 것을 알 수 있다.

    I l = K P l = K ( 1 8 ρ g H 2 ) ( g T 4 π ) sin 2 α
    (5)

    본 연구에 활용된 파랑관측자료는 해안으로부터 약 2.5 km 떨어진 지점에서 관측된 자료이고, 해안에 진입하는 파랑이 해저면의 영향을 받기 시작하면서 파랑굴절이 나타나므로 파향을 해안에 입사하는 파향으로 대입하기에는 무리가 있 다. 따라서, 본 연구에서는 해운대 해수욕장에 입사하는 파 랑특성과 해빈면적 일변화량간의 상관성을 파악하기 위하 여 H 2T 의 일대푯값과 해빈면적 일변화량간의 상관성을 파 악하였다.

    비디오 모니터링 영상을 활용한 해빈면적 추출 시 일정 수준 이상의 고파가 내습할 경우, 파랑의 쳐오름에 의해 정 확한 해빈면적을 추출할 수 없다. 따라서, 보다 정밀한 분석 결과를 도출하기 위하여 고파의 쳐오름에 의해 해당일의 해 빈면적 대푯값을 구할 수 없는 일자는 분석에서 제외하였으 며, 비디오 모니터링 결과의 오차가 1 m 이하(MOF, 2019)인 것을 적용하여 해빈면적 일변화량이 1,350 ㎡(평균 해빈폭 1 m) 이상 발생한 일에 대해 분석을 수행하였다. 분석조건에 해당하는 관측일자, 내습파랑특성 및 해빈면적 변화량은 Table 6에 제시하였다.

    내습파랑특성과 해빈면적 일면적 변화량과의 상관계수는 식(6)의 Pearson 상관계수 공식을 사용하였다(Pearson, 1895).

    R X Y = i n ( X i X ¯ ) ( Y i Y ¯ ) i n ( X i X ¯ ) 2 i n ( Y i Y ¯ ) 2
    (6)

    여기서, n은 자료 길이, X, Y 는 각 변수의 평균이며, RX Y 의 부호는 상관관계의 방향, 절대값은 선형적 상관관계 의 크기를 나타낸다.

    상관성 분석결과, 해빈면적이 감소하였던 시기의 H 2T 와 해빈면적 일변화량과의 상관계수는 -0.7598로 상당히 유의미 한 음의 상관관계가 나타났으며, 해빈면적이 증가하였던 시 기(Table 6의 음영 표시)의 상관계수는 0.8938로 매우 높은 양 의 상관관계를 나타내었다(Fig. 6, Fig. 7). 이는 유사 발생량 과 해빈면적 변화량간 선형적 상관관계가 나타나고 있는 것 을 잘 설명하고 있다. 또한, 퇴적시기의 내습파랑특성은 파 고에 비해 주기가 길고, 침식시기는 퇴적시기보다 상대적으 로 주기가 짧은 특성을 나타내고 있어 파고와 주기의 크기 혹은 비에 따라 해빈면적의 감소 혹은 증가가 다르게 나타 나는 것을 유추할 수 있다. 따라서, 해빈면적 변화에 미치는 내습파랑특성의 영향력을 보다 정확하게 파악하기 위해서 는 파고, 주기, 파향 등 파랑특성요소를 독립적으로 적용하 여 해빈면적 변동특성을 검토해 볼 필요가 있다.

    3.2 회귀 분석

    각각의 파랑특성요소들이 해운대 해수욕장의 해빈면적 변화에 미치는 영향을 정량적으로 파악하고 그 관계식을 도 출하기 위하여 파고, 주기, 파향을 독립변수로, 구간별 해빈 면적 일변화량을 종속변수로 설정하여 회귀분석을 수행하 였다.

    독립변수 적용값의 척도체계를 동일하게 함으로써 독립 변수간의 정확한 영향력을 검정하기 위하여 표준화 회귀분 석 모형을 사용하였으며, 적용되는 독립변수의 값은 식(7)과 같이 표준화하여 적용하였다.

    Z X = ( X i X ¯ ) s X
    (7)

    여기서, ZX 는 표준화된 독립변수값, Xi는 해당일의 관 측된 독립변수값, X는 전체 분석 기간의 독립변수값(X) 평 균, sX 는 전체 분석 기간의 독립변수값의 표준편차이다.

    회귀분석은 2017년 1월부터 2019년 2월까지 기간에 대해 회귀분석에 적용되는 파랑특성요소의 수를 달리하고, 총 3 개의 해운대 해수욕장 구간과 전체구간의 해빈면적에 대하 여 각각 총 4회 수행하였으며, 회귀분석 기간 외의 2019년 3 월부터 2019년 12월까지의 기간에 대하여 도출된 회귀식에 의해 계산된 해빈면적과 실제 관측면적과의 평균제곱근오 차 분석 및 상관분석을 통한 검증 및 정확도 평가를 통해 가 장 정확도가 높은 회귀식을 해당 구간의 해빈면적 변화량 산출식으로 선정하였다.

    3.2.1 서측구간

    서측구간의 해빈면적 일변화량과 파랑특성과의 관계식을 도출하기 위하여 총 4회의 회귀분석을 수행하였다. 회귀분 석 조건은 Table 7에 제시하였으며, 회귀분석을 통해 도출한 각 독립변수의 계수는 Table 8에 나타내었다.

    각 case별로 계수를 식(8)에 대입함으로써 총 4개의 일면 적 변화량 산출식을 구할 수 있다.

    Y = β 1 Z X 1 + β 2 Z X 2 + β 3 Z X 3
    (8)

    여기서, ZX1 은 표준화된 파고, ZX2 는 표준화된 파주기, ZX3 는 표준화된 파향, Y 는 당일 면적변화량이며, β1β3 는 각 독립변수의 계수이다.

    해빈면적 변화량 산출식의 정확도를 평가하기 위하여 총 4개의 관계식을 회귀분석 외 기간(2019. 3. 1. ~ 2019. 12. 31.) 에 대하여 실제 관측된 파랑관측자료를 적용하여 실제 관측 자료와의 평균제곱근오차 및 각각의 해빈면적간의 상관분 석을 통해 관계식의 정확도를 평가하였다. 기준일로부터 n 일 후의 해빈면적 계산식은 식(9)와 같다.

    A ( n ) = A 0 + i = 1 n Y i
    (9)

    여기서, A n은 기준일 관측면적 A 0로부터 n일 후의 예측 면적, Y i는 기준일로부터 i일 후 해당일의 예측변화량이다.

    정확도 평가 결과 및 총 4개의 해빈면적 변화량 산출식에 의해 계산된 해빈면적과 실제 관측면적의 시계열은 Table 9, Fig. 8에 제시하였다.

    실제 관측면적과 계산된 면적자료의 평균제곱근오차 및 상관분석 결과, 독립변수로 파주기와 파향을 고려한 W-2의 정확도가 가장 높게 나타났다. W-2 관계식의 평균제곱근오 차는 993 ㎡로 서측구간의 길이(450 m)를 고려하였을 때 해 빈폭 약 2.2 m의 오차를 나타내고 있으며, 실제 관측면적과 의 상관계수는 0.91로 실제와 매우 유사한 면적변화 경향을 나타내고 있으므로, 서측구간의 해빈면적 변화량 산출식은 파주기와 파향으로 구성된 식(10)으로 정의하였다.

    Y w = 11.069 Z X 2 73.639 Z X 3
    (10)

    식(10)을 통해 해운대 해수욕장 서측구간의 해빈면적 변 동특성은 파주기가 짧을수록, 파향이 W 계열에 가까울수록 해빈면적의 감소량이 커지고, 해빈면적 변화에 파향이 가장 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다.

    3.2.2 중앙구간

    서측구간과 동일한 방법으로 회귀분석 조건 및 회귀분석 을 통해 도출한 각 독립변수의 계수를 Table 10과 Table 11에 제시하였으며, 정확도 평가 결과 및 총 4개의 해빈면적 변화 량 산출식에 의해 계산된 해빈면적과 실제 관측면적의 시계 열은 Table 12, Fig. 9에 제시하였다.

    실제 관측면적과 계산된 면적자료의 평균제곱근오차 및 상관분석 결과, 독립변수로 파고와 파향을 고려한 C-3의 정 확도가 가장 높게 나타났다. C-3 관계식의 평균제곱근오차 는 689 ㎡로 중앙구간의 길이(450 m)를 고려하였을 때 해빈 폭 약 1.5 m의 오차를 나타내고 있으며, 실제 관측면적과의 상관계수는 0.93으로 실제와 매우 유사한 면적변화 경향을 나타내므로, 중앙구간의 해빈면적 변화량 산출식은 파고와 파향으로 구성된 식(11)로 정의하였다.

    Y c = 62.368 Z X 1 40.868 Z X 3
    (11)

    식(11)을 통해 해운대 해수욕장 중앙구간의 해빈면적 변 동특성은 파고가 높을수록, 파향이 W 계열에 가까울수록 해 빈면적의 감소량이 커지고, 해빈면적 변화에 파고의 영향이 가장 크게 미치는 것을 알 수 있다.

    3.2.3 동측구간

    회귀분석 조건 및 회귀분석을 통해 도출한 각 독립변수의 계수를 Table 13과 Table 14에 제시하였으며, 정확도 평가 결 과 및 총 4개의 해빈면적 변화량 산출식에 의해 계산된 해 빈면적과 실제 관측면적의 시계열은 Table 15, Fig. 10에 제시 하였다.

    실제 관측면적과 계산된 면적자료의 평균제곱근오차 및 상관분석 결과, 독립변수로 파고, 파주기, 파향이 모두 고려 된 E-1과 파고, 파주기를 고려한 E-4가 유사한 정확도를 보 이고 있으나, E-1 관계식의 평균제곱근오차가 E-4 관계식보 다 미세하게 작은 것으로 나타났다. 실제 관측면적과의 상 관계수는 0.94로 실제와 매우 유사한 면적변화 경향을 나타 내므로, 동측구간의 해빈면적 변화량 산출식은 파고, 주기, 파향으로 구성된 식(12)로 정의하였다.

    Y e = 46.537 Z X 1 + 24.604 Z X 2 + 2.734 Z X 3
    (12)

    식(12)를 통해 해운대 해수욕장 동측구간의 해빈면적 변 동특성은 파고가 높을수록, 주기가 짧을수록, 파향이 E 계열 에 가까울수록 해빈면적의 감소량이 커지고, 해빈면적 변화 에 파고가 가장 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다.

    3.2.4 전체구간

    회귀분석 조건 및 회귀분석을 통해 도출한 각 독립변수의 계수를 Table 16과 Table 17에 제시하였으며, 전체구간 분석 에서는 각 세부구간별 회귀분석 시 가장 높은 정확도를 보 인 결과를 합산하여 구한 관계식을 추가하였다.

    정확도 평가 결과 및 총 4개의 해빈면적 변화량 산출식에 의해 계산된 해빈면적과 실제 관측면적의 시계열은 Table 18, Fig. 11에 제시하였다.

    실제 관측면적과 계산된 면적자료의 평균제곱근오차 및 상관분석 결과, 독립변수로 파고, 파주기, 파향이 모두 고려 된 A-1과 각 세부구간 분석결과 중 가장 정확도가 높은 해 빈면적 변화량 산출식을 합산하여 구한 A-5의 실제 관측면 적과의 상관계수가 0.98로 실제와 매우 유사하게 나타났다. 따라서, 전체구간의 해빈면적 변화량 산출식은 각 세부구간 분석결과 중 가장 정확도가 높은 해빈면적 변화량 산출식을 합산한 식(13)으로 정의하였다.

    Y a = 155.442 Z X 1 + 35.673 Z X 2 111.773 Z X 3
    (13)

    식(13)을 통해 해운대 해수욕장의 전체 해빈면적 변동특 성은 파고가 높을수록, 주기가 짧을수록, 파향이 W 계열에 가까울수록 해빈면적의 감소량이 커지고, 해빈면적 변화에 파고가 가장 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다.

    4. 요약 및 결론

    본 연구에서는 해운대 해수욕장의 내습파랑특성과 해빈 면적 변화와의 상관성을 파악하였으며, 파랑특성요소를 독 립변수로 설정하고 해빈면적 일변화량을 종속변수로 하는 회귀분석을 수행하여 전체 및 세부구간(서측, 중앙, 동측)에 대한 해빈면적 변화량 산출식을 도출하였다. 도출된 해빈면 적 변화량 산출식에 회귀분석 기간 후 관측된 파랑 자료를 대입하여 각 해빈면적 변화량 산출식의 정확도 평가 및 해 빈면적 변동특성을 분석하였다.

    해빈면적 변화량 산출식 도출 결과를 살펴보면, 서측구간 은 총 4개의 해빈면적 변화량 산출식 중 파고를 제외한 파 주기와 파향으로 구성된 산출식의 정확도가 가장 높게 나타 났다. 평균제곱근오차는 993 ㎡로 평균 해빈폭으로 계산하면 약 2.2 m의 오차를 나타내었으며, 산출면적과 실제 관측면적 간의 상관계수는 0.91로 매우 유사한 해빈면적 변화양상을 나타내었다. 중앙구간 역시 총 4개의 해빈면적 변화량 산출 식을 도출하였으며, 서측구간과는 다르게 파주기가 적용되 지 않은 산출식의 정확도가 가장 높게 나타났다. 평균제곱 근오차는 689 ㎡로 평균 해빈폭 약 1.5 m의 오차를 나타내어 세부구간 중에서도 가장 높은 정확도를 나타내었다. 산출면 적과 실제 관측면적간의 상관계수는 0.93으로 중앙구간 역 시 매우 유사한 해빈면적 변화양상을 나타내었다. 동측구간 은 다른 구간과는 달리 파고, 주기, 파향이 모두 고려된 해 빈면적 변화량 산출식이 가장 높은 정확도를 보였으나, 파 향을 제외한 산출식과의 정확도 차이가 크지 않다. 평균제 곱근오차는 1,224 ㎡로 평균 해빈폭 약 2.7 m의 오차를 나타 내어 세부구간 중 가장 큰 값을 나타내었으나, 산출면적과 실제 관측면적간의 상관계수는 0.94로 다른 구간에 비해 해 빈면적 변화양상에 대한 정확도는 가장 높게 나타났다.

    전체구간은 회귀분석에 적용하는 파랑특성요소의 수를 달리하여 도출된 해빈면적 변화량 산출식보다 각 구간의 가 장 정확도가 높은 산출식을 합산한 해빈면적 변화량 산출식 의 정확도가 높게 분석되었다. 평균제곱근오차는 2,675 ㎡로 평균 해빈폭 약 2.0 m의 오차를 나타내었으며, 산출면적과 실제 관측면적간의 상관계수는 0.98로 세부구간 보다 해빈 면적 변화양상에 대한 정확도가 높게 나타났다.

    해빈면적 변화량 산출식을 통해 각 구간의 해빈면적 변동 특성을 분석한 결과, 서측구간의 해빈면적은 전면에 설치된 잠제의 영향으로 파고의 영향이 작게 나타났으며, 추 ~ 동계 에 해빈면적이 증가하는 계절변동특성을 보이는 것은 E 계 열 파향이 탁월하게 작용하기 때문인 것으로 유추할 수 있 다. 이는, 해빈면적 변화량 산출식에 적용된 계수의 절대값 크기에서 잘 나타나고 있다. 중앙구간은 잠제가 설치되어 있는 서측구간과는 달리 파주기의 영향이 적고 파고의 영향 이 가장 크게 작용하는 것으로 나타났다. 반면에, 동측구간 은 파고, 주기, 파향 모두 영향을 미치고 있으나, 상대적으로 파향의 영향은 미미한 것으로 분석되었다. 전면해역에 잠제 가 설치되어 있음에도 서측구간에 비하여 파고의 영향이 크 게 나타난 것은 동측구간 전면해역의 잠제 설치 효과가 서 측구간 보다 미미한 것으로 판단할 수 있으며, 태풍 내습 시 S 계열 파향이 우세한 해운대 해수욕장 해역의 내습파랑특 성을 고려해 볼 때 잠제 설치 방향의 검토 및 침하 여부에 관한 확인이 필요할 것으로 판단된다.

    이와 같이, 장기간 축적된 비디오 모니터링 관측자료와 파랑관측자료와의 회귀분석을 통해 도출된 해빈면적 변화 량 산출식을 이용하여 양빈, 잠제 건설 등이 해운대 해수욕 장의 해빈면적 변동특성에 미치는 영향 및 연안정비사업의 효과를 파악할 수 있었다. 특히, 세부구간별로 도출된 해빈 면적 변화량 산출식을 통해 향후 해당구간의 침식 방지 대 책의 방향성을 제시할 수 있는 정량적인 근거를 마련하였 다. 더 나아가 본 연구에서 도출된 해빈면적 변화량 산출식 은 정도 높은 파랑예측자료가 확보될 경우 유의미한 장기간 해빈면적 변화 예측이 가능하므로 연안침식에 대한 선제적 대응 대책 수립 시 의사결정의 근거가 될 수 있는 기초자료 확보에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

    감사의 글

    본 논문은 행정안전부 극한 재난대응 기반기술 개발사업 의 일환인 “해안가 복합재난 위험지역 피해저감 기술개발 (연구과제번호: 2018-MOIS31-008)”의 지원을 받아 수행되었 습니다.

    Figure

    KOSOMES-27-2-324_F1.gif

    Video monitoring system in Haeundae Beach.

    KOSOMES-27-2-324_F2.gif

    Classification of analysis zone of Haeundae Beach.

    KOSOMES-27-2-324_F3.gif

    Time-series of beach area data by video monitoring.

    KOSOMES-27-2-324_F4.gif

    Time-series of observed wave data.

    KOSOMES-27-2-324_F5.gif

    Time-series of resampled wave data (Hs,1/10, Ts,1/10, Dirs,1/10).

    KOSOMES-27-2-324_F6.gif

    Scatter plot of daily change area and H2T of the day when the area is increased.

    KOSOMES-27-2-324_F7.gif

    Scatter plot of the daily change area and H2T of the day when the area is decreased.

    KOSOMES-27-2-324_F8.gif

    Comparison between the observed and the calculated area of the western zone.

    KOSOMES-27-2-324_F9.gif

    Comparison between the observed and the calculated area of the central zone.

    KOSOMES-27-2-324_F10.gif

    Comparison between the observed and the calculated area of the eastern zone.

    KOSOMES-27-2-324_F11.gif

    Comparison between the observed and the calculated area of the all zones.

    Table

    Introduction of video monitoring system

    Tide Information of Haeundae Beach

    Observation line and range information for each zone

    Overview of wave observation

    Major typhoon and swell characteristics within the analysis period

    Correlation analysis data between wave and beach area

    Regression analysis conditions of western zone

    Regression analysis results of western zone

    Accuracy evaluation result of western zone

    Regression analysis conditions of central zone

    Regression analysis results of central zone

    Accuracy evaluation result of central zone

    Regression analysis conditions of eastern zone

    Regression analysis results of eastern zone

    Accuracy evaluation result of eastern zone

    Regression analysis conditions of all zones

    Regression analysis results of all zones

    Accuracy evaluation result of all zones

    Reference

    1. Kang, T. S. , S. Y. Nam, M. H. Kim, and K. K. Baek (2007), Study on Characteristics of Coastal Erosion Status Using Real-time Video Monitoring Technique, Korean Society of Hazard Mitigation, 7(1), 47-56.
    2. Kang, T. S. , K. H. Kim, S. Y. Nam, and C. S. Hwang (2009), The Characteristics of Haeundae Beach Morphodynamics using Video Monitoring Method, Proceedings of the Korean Society of Marine Engineering, pp. 347-348.
    3. Kang, T. S. , J. B. Kim, G. Y. Kim, J. K. Kim, and C. S. Hwang (2017), Variation Characteristics of Haeundae Beach using Video Image, Journal of Ocean Engineering and Technology, Vol. 31, No. 1, pp. 60-68.
    4. Kang, T. S. , J. S. Lee, J. B. Kim, and J. K. Kim (2019), Characteristics of Erosion Variation at Haeundae Beach due to Multiple Typhoons, Journal of Marine environment and safety, Vol. 25, No. 7, pp. 920-926.
    5. Kim, G. S. , H. S. Ryu, and S. H. Kim (2019), Evaluation of Coastal Sediment Budget on East Coast Maeongbang Beach by Wave Changes, Journal of Ocean Engineering and Technology, Vol. 33, No. 6, pp. 564-572.
    6. Kraus, N. C. (1981), One-line model development and simulation for Oarai beach. NERC Report 15, Japan.
    7. Ministry of Oceans and Fisheries (2019), Coastal Erosion Monitoring Survey in 2019, Ministry of Oceans and Fisheries.
    8. Oh, J. E. , W. M. Jeong, K. H. Kim, and T. S. Kang (2019), Correlation Analysis between Beach Width and Wave Data on the East Coast of South Korea, Journal of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 31(2), pp. 73-87.
    9. Pearson, K. (1895), Notes on regression and inheritance in the case of two parents, Proceedings of the Royal Society of London, Vol. 58, pp. 240-242.