표사(littoral drift) / 해안 모래의 이동

표사(littoral drift)

안녕하세요~ 이번 시간에는 표사에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

해안을 구성하는 저질이 파랑이나 흐름 등의 작용에 의해 이동하는 현상 또는 이동하는 모래 자체를 표사라 하고 바람에 의한 모래의 이동 및 모래 자체를 비사라 하며 광의로는 해빈에서의 비사를 표사에 포함하기도 합니다. 해빈을 구성하는 저질은 부근의 하천과 인접 해안으로부터 공급되며, 공급 과정 중 또는 해빈에 퇴적된 후에 파랑이나 흐름의 작용을 받습니다. 이 때문에 저질은 파랑이나 하름 등의 외력 특성을 반영한 특성을 나타내며, 이를 외력에 의한 저질의 입경 분류(Sorting) 작용이라 합니다.

 

모래 해안의 전형적인 단면의 각부 명칭은 아래 그림과 같습니다. 원빈은 심해 측의 통상 파랑이 쇄파하지 않는 부분이며, 해저경사가 비교적 완만한 곳이 많습니다. 외빈은 원빈의 안쪽(육측) 저조 해안선까지로 이곳에서는 파가 깨져 연안사주(Bar)나 단(Step)이 발생합니다. 전빈은 저조 해안선으로부터 파가 처오르는 곳까지의 범위를 말하며 후빈은 전빈의 안쪽 식생대 시작점이나 사구 혹은 해안절벽 등 지형학적 변화 시작점까지의 범위로 조위상승과 함께 악천후가 겹칠 시 파가 처오르는 부분까지 입니다.

 

해안의 일반적 단면과 명칭

 

모래 해안의 단면변화로 발생하는 특징적인 해빈지형으로는 사주(Bar), 트로프(Through), 단(Step), 버엄(Berm) 등이 있습니다. 사주와 트로프는 해안선에 평행하게 수중에 형성된 요철지형으로 볼록한 부분을 사주, 사주의 육지쪽 오목한 부분을 트로프라고 합니다. 통상 사주가 발달하여 물 밖으로 들어나면서 육지에 연해 육지화되는 사주와 구별하여 해안선 밖(해측)에서 수중에 형성되는 것을 연안사주라 칭하는 경우가 많습니다.

 

연안사주가 있는 부위에서는 수심이 얕으므로 쇄파가 발생하며 사빈 소파기능의 중요한 요소입니다. 또한 사주는 해안선 부근의 모래가 침식되어 형성되는 지형으로서 사주가 소멸된 해안에서는 파랑의 처오름 증대가 두드러집니다. 따라서 연안사주가 있는 지형에서는 해빈에서 진행되는 침식을 주의 깊게 살펴 볼 필요가 있습니다. 그러므로 사주가 침식 등으로 유실된 곳에서 연안사주를 복원하기 위해서는 다량의 모래가 필요하므로 평소 연안사주 상황을 파악해 둘 필요가 있습니다.

 

버엄은 종온기의 퇴적과정에서 파랑의 처오름 높이에 따라 형성되는 전빈부의 지형이 높아진 형상이며 단은 반대로 고파랑기의 침식과정에서 후빈과 전빈 사이에 형성되는 불연속적인 지형입니다. 버엄은 양빈 시 후빈 높이를 너무 높게 조성할 경우에도 형성됩니다.

연안사주는 모래 해안에서 가장 중요한 특징적인 지형이며, 이곳을 중심으로 모래 해빈의 각부는 상호 관계하면서 형성됩니다. 연안사주의 형성상황을 평면적으로 보면 해안선과 거의 평형하게 직선형으로 길게 형성된것과 호형의 주기적으로 연속해서 형성된 것으로 나눌 수 있습니다. 특별히 후자를 호형사주라 부릅니다.

 

연안사주는 횡단방향(On-offshore)으로 복수 열의 다단형식으로 형성된 경우가 많으며 이경우에는 외해 측의 연안사주일수록 사주의 규모가 크게 형성되는 특징이 있습니다. 아래 그림은 연안사주 상부의 수심과 트로프의 수심과의 관계를 나타내는 사례로 두 수심의 비는 1.3~1.5 정도입니다.

 

해빈형상은 파랑의 처오름이나 월파 유량산정의 기초이며, 연안시설의 기초지반 높이 설정에 있어서의 중요한 제원입니다. 해빈형상 제원 모두를 결정할 필요는 없으며 설계 상 필요한 제원을 결정하도록 합니다. 또한 형상 자체가 중요한 경우에는 그 제원을 설정합니다. 한편 형상이 변해도 비슷한 성능을 발휘할 경우에는 형상을 규정하는 것이 아니라 그 성능을 규정하는 요소(예를 들어 단면적이나 해빈면적)를 설정합니다.

 

전빈과 후빈의 육지 쪽 영역은 고파랑에 의해 침식·후퇴하며 정온기에 퇴적·복원됩니다. 비교적 안정적인 후빈의 배후에는 식생대가 형성되어 바다에서 육지로 이어지는 중요한 생태적 천이영역입니다. 그리고 후빈에는 호안이 설치된 경우가 많은데 후빈은 침식을 받는 잠재력이 있으며 중요한 생태계 공간이라는 점에 유의할 필요가 있습니다. 후빈 높이는 거의 파도의 처오름 한계에 버금갑니다. 또한 전빈의 기울기는 저질의 입경과 파랑의 크기로 규정됩니다. 일반적으로 입경이 작을수록 또한 고파랑일수록 경사가 완만해집니다.

 

자연 해빈은 큰 파랑의 내습에 따라 세굴되고 파랑이 잔잔해지면 퇴적되는 과정을 반복하면서 장기적으로는 비교적 평형된 지형으로 균형을 유지합니다. 그러나 하천 개수(改修)에 의한 공급 토사의 감소나 임해 구조물의 건설에 따른 토사 공급 상황의 변화 및 파랑이나 흐름 외력의 변화가 생기면 균형상태가 깨어져 해빈은 새로운 평형상태를 향해 해빈 변형이 일어납니다.

 

파랑이 외해로부터 해안으로 접근해 올 때 수심이 충분히 깊은 곳에서는 파랑의 해저면 가까운 부분의 물입자의 운동은 저질을 이동시킬 힘이 없습니다. 사또(佐藤, 1962)는 저질의 이동 형태를 표층 이동과 완전 이동의 두 상태를 정의하였는데 전자(前者)는 해저면 표층의 모래가 파 진행방향으로 집단적으로 소류되는 경우이고, 후자는 저질의 이동으로 인하여 수심 변화가 명확하게 나타날 정도로 뚜렷한 저질의 이동을 나타내는 경우입니다.

 

하천이나 해식애에서 해안으로 공급된 토사는 표사현상으로 연안방향으로 운반되며 표사와 지형변화의 균형을 유지하면서 해빈을 유지, 형성하고 있습니다. 표사현상은 퇴적물 공급에서부터 표사계 밖으로 빠져나가는 손실(심해저로의 유출이나 준설, 비사에 의한 육지로의 퇴적 등)까지 연속하여 이어지므로 연안시설을 설치할 때에는 이 일련의 표사계통 안에서 그 시설이 미칠 영향까지도 파악해야 합니다.

 

다음으로 표사의 이동형태 및 발생범위입니다.

가. 표사의 이동형태는 크게 부유사와 소류사로 나뉩니다.

나. 소류사란 퇴적물이 해저면과 접촉하면서 이동하는 형태로서 해저면에 규칙적인 요철지형인 연흔(Ripple)이 형성됩니다. 소류력이 커지는 고파랑 시에는 연흔이 소멸되어 해저면뿐 아니라 퇴적물이 층상으로 이동하는 판류(Sheet flow)가 발달합니다. 그리고 부유사는 와류에 의해 연흔을 구성하는 퇴적물이 부상·이동하는 형태 및 쇄파 시의 대규모 와류로 해저질이 부상하여 흐름에 의해 이동하는 형태로 나타납니다.

다. 표사는 외빈에서는 파의 입사 방향으로 소류 형식으로, 외해 방향으로는 부유 형식으로 일어나며, 쇄파대에서는 쇄파에 의한 와류 흐름에 따라 해안 또는 외해로 향하거나 해안선을 따라 부유 표사가 뚜렷하게 나타나고, 전빈에서는 소류 표사가 탁월하며 해빈류를 따라서 해안선과 평행하게 이동합니다.

라. 해빈 퇴적물은 파랑이나 흐름에 의한 해저면 수립자 운동에 의해 항상 이동하고 있기 때문에 표사 문제를 공학적으로 다룰 경우에는 유의수준의 표사가 발생하는 범위를 파악할 필요가 있습니다. 여기에는 파랑에 의해 모래이동이 일어나는 한계수심을 심해파 파고와 파장 및 퇴적물 입경으로 산정하는 日本土木學會(2000), USACE(2002) 등의 식을 참고할 수 있습니다.

마. 표사의 이동한계상태는 해저표면에 돌출된 모래입자가 움직이는 초기이동, 대부분의 표층모래가 움직이는 전면이동, 모래가 파랑 진행방향으로 집단적으로 소류되는 표층이동, 수심변화가 명료하게 나타나는 완전이동으로 구분할 수 있습니다. 표사 발생범위를 구할 때에는 표층이동한계수심을 파랑 작용에 의한 표사의 시작수심으로 하고 표층이동한계수심과 파랑의 처오름 높이 사이로 결정하는 경우가 많습니다. 또한 수회 측정결과를 이용해 단면지형 변동 폭을 구하여 표사발생범위를 구하는 것도 가능합니다.

 

지금까지 표사에 대하여 알아보았습니다. 우리가 흔히 여름휴가 때 놀러가는 모래 해변에 대하여 설계적으로 접근하니, 저는 집중도 더 잘되고 흥미로운 시간이었습니다. 여러분에게도 그런 내용이었으면 좋겠습니다. 그럼 이만~!!