제주 우도 홍조단괴 해빈 지형변화 특성 연구 :Characteristics of Morphological Change in the Udo Rhodolith Beach, Jeju Island

윤우석

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자료유형: 학위논문

저자정보: 윤우석 (제주대학교, 제주대학교 일반대학원)

지도교수: 윤석훈

발행연도: 2023

저작권: 제주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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제주도 동부에 위치한 우도 홍조단괴 해빈은 길이 약 850m, 최대폭 30～35 m로 분포하는 소규모 해빈으로서, 홍조단괴 기원 퇴적물이 대부분을 차지하고 있는 세계적으로도 희귀한 제주도의 대표적 해안지형 중의 하나이다. 이 논문에서는 2016년부터 2021년까지 취득된 우도 홍조단괴 해빈의 지상라이다 측량 및 드론 영상촬영을 통한 정밀 지형정보, 해빈퇴적물의 조직특성 분석자료, 그리고 인근 연안역의 해저 저질, 해류 및 파랑, 기상 조사자료를 종합하여 분석함으로써 인위적으로 조정된 홍조단괴 해빈의 계절 및 다년간 지형변화의 영향요인과 과정을 밝히고자 한다.
홍조단괴 해빈은 암반 돌출부를 경계로 하여 완만하게 만입된 4개 구역으로 구분되는데, 각 구역 해안선의 길이는 140~310m이며, 전개 방향은 남북, 북북서-남남동, 북북동-남남서, 북서-남동 등 위치에 따라 변화된다. 평균해수면을 기준으로 한 해빈의 측량부피(평균해수면 상부의 기반암 및 해빈퇴적물의 전체 부피)는 평균적으로 3구역이 전체 부피의 약 47%로 가장 크고, 4구역이 31%, 1구역이 12%, 2구역이 10%를 차지하는 것으로 조사되었다.
해빈퇴적물은 95% 이상이 홍조단괴기원으로서 역(gravel), 사질역(sandy gravel), 역질사(gravelly sand)의 조직특성을 보이며, 용암류 화산암반 위에 평균 1.5m 내외, 최대 4.5m 두께로 집적되어 있다. 홍조단괴해빈을 구성하는 단괴 퇴적물의 주요 공급지는 홍조단괴 해빈 북서쪽의 홍조단괴가 우세하게 분포하는 A-유형 해저(하우목동항 북쪽구역)와 서쪽의 연안사퇴(B-유형 해저)로 판단되며, 이곳에는 자갈 크기의 생존하는 홍조류가 부착된 단괴들과 모래 크기의 단괴편이 패각편과 함께 분포한다.
외해역에 분포하는 홍조단괴 퇴적물의 공급지에서 해빈 인근 연안역까지의 퇴적물 이동에는 연중 동쪽으로의 흐름을 동반하는 조류(잔차류), 겨울철 북서계절풍에 의한 강화된 파랑 및 여름철 태풍에 의한 장주기 너울성 파랑 등이 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. 한편, 해빈의 규모를 결정하는 전안과 후안에서의 퇴적물 집적과 침식은 파도가 해빈면에 닿아 일으키는 세파와 뒷물결의 상대적 세기에 의해 결정되며, 바람은 건조한 상태의 후안 퇴적물의 재배치에 영향을 미친다.
홍조단괴 해빈의 계절별 세부지형 변화는 ‘북적남식’ 양상과 ‘북식남적’의 두 가지 유형으로 구분되는데, ‘북적남식’ 양상은 퇴적부가 각 구역 북부구간에 발달하고 침식부는 남부구간에서 우세하게 나타난다. 춘계-하계 기간에는 남에서 북으로의 우세한 파랑 전파 특성으로 인해 ‘북적남식’ 유형의 지형변화가 발생한다. 반면에 ‘북식남적’ 지형변화 양상은 추계-동계 기간에 주로 나타난다. 이러한 두 유형의 지형변화는 태풍 통과 후에도 관측되는데, 태풍 시기의 구역 내의 지형변화는 솔릭과 링링 시기(제주도 서쪽)에는 ‘북적남식’의 특징으로 춘계-하계 기간과 유사한 양상으로 나타난다. 반면에 차바와 마이삭 시기에는 하계-추계, 추계-동계, 동계-추계와 유사하게 중앙부에서는 ‘북식남적’ 유형이 야기되었다. 북남방향으로 발달한 해안의 형태로 인하여 파도와 해류는 북동 또는 남동쪽으로 비스듬하게 해안에 접근하게 되고 이로 인해 연안류에 의한 해빈 변화가 발생한다. 궁극적으로 계절풍 또는 태풍 경로에 따라 해빈 지형 변화 양상이 결정된다. 계절에 따른 해빈의 규모변화는 대체로 춘계-하계, 하계-추계 기간 동안 해빈 규모는 증가하는 경향을 나타내며 반면에 추계-동계, 동계-춘계 기간은 해빈 규모가 감소하는 경향이 우세하다.
전체 조사기간 동안 해빈의 부피는 기상 또는 해황에 특성에 따라 변동되는 특성을 보이지만 장기적으로는 일정 수준을 유지하는 반면, 해빈의 면적은 지속적으로 감소하는 추세로 나타난다. 이는 육상 영역의 해빈부피가 크게 변하지 않음에도 불구하고 하부 전안과 조하대의 퇴적물은 유실되어 점진적으로 해안선이 후퇴하고 해빈 면적이 감소하고 있음을 지시한다. 이와 같은 점진적인 해빈의 축소는 해수면 상승 및 이상파랑 등 자연적 요인으로 인한 침식과 해안도로, 호안 설치 등 인위적 요인에 따른 배후지 잠식이 복합적으로 작용하여 야기된 것으로 해석된다.

The Udo Rhodolith Beach located in the eastern part of Jeju Island is a small-scale beach with a length of about 850 m and a maximum width of 30 to 35 m. It is an unique and representative coastal environment of the Jeju volcanic island as the beach sediments are dominantly made up of rhodoliths which are nodules of red algae. Recently, however, concern in the preservation of this precious natural heritage has been cautiously raised in relation to the development of coastal areas and frequent occurrence of abnormal weather and marine conditions. Hence, this thesis analyzes the characteristics of annual and seasonal changes in scale and topography of the beach from 2016 to 2021 and elucidates causes and mechanism of the observed beach changes. The analysis uses the topographic data of terrestrial LiDAR scanning and drone photogrammetry, aided by weather and oceanographic datasets of wind, wave, current and tide as well as marine geological data of offshore topography and sediment distribution.
The beach is topographically divided into four gently indented areas (zones 1 to 4) with the rocky protrusions at the boundaries. Each zone is 140 to 310 m in length, and runs primarily north-south, northwest-southeast, and northeast-southwest. Zone 3 is the largest subdivision accounting for about 47% of average volume of the beach (i.e. total volume of bedrocks and sediment beds above the mean sea level), and zone 4 accounts for 31%, zone 1 for 12%, and zone 2 for 10%.
More than 95% of the beach sediments are originated from rhodoliths, and classified into gravel, sandy gravel, and gravel sand in grain size. The rhodolith beds are deposited on volcanic bedrocks with an average thickness of 1.5 m and a maximum thickness of 4.5 m. The rhodolith sediments of the beach are most likely delivered from two main offshore source areas including A-type seafloor (densely covered by growing rhodoliths), north of Haumokdong Port, and as well as B-type seafloor occupied by large-scale sand ridges, west of the beach where some growing rhodoliths are mixed with sand-sized debris of rhodoliths and shells. The movement of rhodolith sediments toward the beach seems to be mainly controlled by year-round eastward residual flow of the tide, waves strengthened by northwest wind in winter, and long-period swells induced by typhoons in summer. On the other hand, sediment accumulation and erosion in the foreshore are determined by the relative strength of two opposite flows on the beachface, swash (landward) and backwash (seaward). In the beach backshore, wind also plays an important role in relocation of the dried sediments.
The analyses of LiDAR scanning data and drone photographs suggest two contrasting features of alongshore topographic change depending on the seasonal weather and sea conditions. During the spring and summer, dominant northward flow and wave propagation were observed in the nearshore, the northern part of the beach accreted while the southern part eroded. In contrast, it appears the opposite topographic changes during autumn and winter. Furthermore, this phenomenon also occurs with similar pattern during typhoons. When typhoon moved northward along the western sea of the Jeju Island, northward current and wave propagation were dominant in Udo Channel. On the other hand, when the typhoon passed over eastern sea of Jeju Island, southward current and wave propagation occurred in the channel. The dominant direction of water movement was southeastward and northeastward when the typhoon pathway lay to the east or west of Jeju Island, respectively. As these enhanced waves and currents approached obliquely to the N-S trending coastline, the beach sediments were reworked and transported southward or northward mainly by longshore currents, which likely acts as a major control mechanism regarding alongshore topographic change with respect to the Udo Rhodolith Beach.
Over the entire survey period from 2016 to 2021, it was found that the volume of the beach varies depending on the characteristics of weather or sea conditions but remains at a certain level in the long run, while the area of beach gradually decreases. This indicates that the coastline slowly retreats as a result of sediment erosion in the lower foreshore and the subtidal zone although the subaerial part of the beach maintains its volume, not significantly reduced. The gradual reduction of the beach extent is interpreted to result from a combined effect of enhanced beach erosion by natural and artificial factors. Those are sea-level rise and abnormal high waves due to long-term climate change, and loss of buffer zone behind the beach by construction of seawall, road and buildings.

제1장 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 내용 및 방법 2
1.3 선행연구 4
제2장 연구지역 개요 7
2.1 우도의 지형 및 지질 7
2.2 홍조단괴해빈 개요 9
2.2.1 해빈지형 9
2.2.2 홍조단괴 생성과정 11
2.2.3 홍조단괴해빈 분포 13
제3장 해빈 외해역의 해양환경 15
3.1 서 론 15
3.2 연구방법 16
3.2.1 우도수로 해저지형 분석 16
3.2.2 연안역 홍조단괴 분포조사 16
3.3 해저지형 및 저질특성 19
3.3.1 해저지형 특성 19
3.3.2 해저면 저질 특성 20
3.4 기상 및 해황특성 27
3.4.1 기상특성 27
3.4.2 해황특성 30
3.4.3 주요 태풍의 특성 34
3.5 해양생태학적 특성 37
3.6 소 결 38
제4장 홍조단괴 해빈의 장기 지형분포 변화 39
4.1 서 론 39
4.2 연구자료 및 분석방법 39
4.2.1 연구자료 39
4.2.2 분석방법 40
4.3 분석결과 43
4.3.1 조위 추정 결과 43
4.3.2 면적 분석 결과 43
4.4 소 결 51
제5장 홍조단괴해빈의 규모 및 지형변화 53
5.1 서 론 53
5.2 연구 방법 54
5.2.1 조사범위 및 시기 54
5.2.2 지상 라이다 측량 57
5.2.3 드론 영상촬영 처리 58
5.2.4 해빈 지형 및 면적 분석 방법 67
5.3 해빈 규모 변화 71
5.3.1 라이다 측량을 이용한 해빈 부피 및 면적 변화 71
5.3.2 무인항공 영상을 이용한 해빈 면적 변화 86
5.3.3 라이다와 무인항공 영상의 면적 차이 95
5.4 해빈 세부지형 변화 103
5.4.1 평상환경(계절별) 해빈 지형 변화 103
5.4.2 폭풍환경(태풍별) 해빈 지형 변화 110
5.5 소 결 116
제6장 홍조단괴 해빈의 퇴적물 특성 변화 121
6.1 서 론 121
6.2 연구 시료 및 방법 121
6.2.1 연구 시료 121
6.2.2 입도분석 122
6.2.3 입자기원 조성 분석 122
6.3 퇴적물 입자의 조직특성 변화 127
6.3.1 2016년-2017년 해빈 퇴적물 조직특성 변화 127
6.3.2 2018년-2019년 해빈 퇴적물 조직특성 변화 132
6.3.3 2019년-2020년 해빈 퇴적물 조직특성 변화 139
6.4 소 결 146
제7장 고 찰 149
7.1 지형변화 영향 요인 149
7.1.1 홍조단괴 해빈 퇴적물 공급원 151
7.1.2 연안역-해빈 퇴적물 이동 영향 요인 153
7.1.3 퇴적물 재배치 161
7.2 해빈의 지형변화 특성 162
7.2.1 계절별 변화 특성 162
7.2.2 해빈의 장기적 변화 173
7.3 우도 홍조단괴 해빈 최적 모니터링 기법 176
7.3.1 우도 홍조단괴 해빈 지형 모니터링 방법 비교 176
7.3.2 드론을 이용한 우도 홍조단괴 해빈 모니터링 방법 제시 177
제8장 결론 181
참고문헌 185
국문요약 195

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