I. 서론

파랑, 조석, 바람 등의 외력 하에서 해빈이 사구, 사취, 사주 등 인접한 해안 지형과 퇴적물을 교환하거나 외부로 유출되는 과정 속에서 해빈 지형 변화가 진행된다. 이때 해빈에서 침식된 퇴적물이 외해로 유출되어 퇴적물 순환 시스템 외부로 사라진 것인지, 인접한 해안 지형으로 이동하여 연안 퇴적물 순환 시스템 내에 저장된 것인지가 해빈 지형 변화의 해석에 매우 중요하다(Rosati, 2005). 특히, 폭풍에 의해 침식된 퇴적물이 인접한 사취에 대규모로 퇴적된 사례(Fruergaard et al., 2013), 조수통로 인근에서는 퇴적물의 침퇴적이 활발하게 진행되지만 해안 시스템 전체의 퇴적물 수지는 유지된 사례(Gong and Burningham, 2024) 등을 통해, 해빈 지형 변화에서는 인접 해안 지형까지도 함께 고려해야 해당 시스템을 온전히 이해할 수 있음을 알 수 있다.

해빈과 인접한 해안 지형을 함께 고려하기 위해서는, 광범위한 공간 범위에 대한 지속적인 관측이 진행되어야 한다. 최근 원격탐사 기술의 발달로 위성영상, 항공사진, 항공 LiDAR 등을 활용하여 해빈과 인접한 해안 지형 변화를 함께 관찰하는 연구가 증가하고 있다(e.g. Laporte-Fauret et al., 2019; Robin et al., 2020; Burvingt and Castelle, 2023; 정근비 등, 2025). 그러나 조차가 큰 해빈에서는 영상과 사진의 촬영 시점에 따라 해안 지형 대리 지표(e.g. 해안선, 식생한계선, wrack line, 범, 평균 해수면 등)를 적절하게 추출하기 어려운 한계가 있다. 특히 해안선은 조차가 큰 해안에서 추출의 불확실성이 큰 것으로 보고되었다(Konstantinou et al., 2023). 따라서, 장기간의 반복 관측 자료를 활용한 연구는 여전히 해빈 지형 변화의 장기적인 구조를 밝히는 데 핵심적인 역할을 하고 있다(e.g. Eichentopf et al., 2020b; Gong and Burningham, 2024).

해빈과 사취가 인접한 경우, 두 지형의 관계를 확인하는 것이 해당 지역 해안 시스템 이해의 핵심이다. 사취는 연안 퇴적물 이동에 의해 발달하는 지형으로 파랑 주도 성장에 대한 이론적 틀이 정립되고 현장에서 확인되기도 하였으나(Allard et al., 2008; Petersen et al., 2008), 실제 사취 지형 변화는 파랑 외에도 조류와 퇴적물 공급 등이 복합적으로 작용하여 지역에 따라 상이하게 나타난다(Qi et al., 2021). 대조차 환경에서는 조간대에서 발달하는 사주의 이동과 결합으로 인해 사취가 성장하기도 한다(Robin et al., 2009; Robin et al., 2020). 국내의 경우 인공구조물 건설에 따른 환경 변화로 인해 사취가 성장한 사례가 보고된 바 있으나(Ryu et al., 2024), 아직 해빈과 사취의 지형 변화를 연계한 연구는 드물다.¹⁾

대조차 환경인 충남 안면도에 위치한 백사장 해빈은 릿지²⁾와 런넬이 발달하고 북측에 사취가 형성되어 있어, 해빈과 사취의 지형 변화를 동시에 살펴보기 적절한 지역이다. 해당 해빈을 대상으로 겨울철 릿지-런넬의 지형 변화와 퇴적물 이동(김찬웅 등, 2015; Kim et al., 2016), 릿지와 런넬의 지형 변화(김찬웅 등, 2019)가 연구된 바 있다. 특히 김찬웅 등(2021)은 해빈 단면적의 감소분이 측선 외부인 사취로 유출되었을 가능성을 제시하였으나, 사취를 직접 관측하지 않아 추정에 그쳤다.

이에 본 연구는 서로 다른 해안 지형인 백사장 해빈과 사취 지형 변화의 연계성을 규명하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로 해빈과 사취가 지난 11년간(2014-2025년) 어떻게 변화하였는지 파악하고, 두 지형 변화의 공간 구조와 시간적 변동성을 확인하고, 최종적으로 두 지형의 상호간 연계를 살펴본다. 이를 위해 해빈 폭과 단면적 분석, 항공사진 분석, 경험고유함수 분석을 실시한다. 특히, 선행연구(김찬웅 등, 2021)와 비교하면 사취를 가로지르는 측선을 포함한 것, 해빈 폭과 단면적을 함께 분석한 것, 연구 기간을 확장한 것 등에서 차별점이 있다.

II. 연구 지역과 연구 방법

1. 연구 지역

연구 지역은 충청남도 안면도에 위치한 백사장 해빈이다(그림 1). 백사장 해빈은 남측으로는 헤드랜드를 통해 삼봉 해빈과 구분되며, 북측으로는 사취가 존재하는 반폐쇄형 해빈이다. 백사장 해빈의 북동 방향에는 백사장항이 존재하며, 백사장항은 북쪽에 존재하는 드르니항과 교량으로 연결되어 있다. 해빈 길이는 총 1.8km 정도이며, 사빈이 우세한 가운데 노출 기반암, 자갈 등이 일부 구역에 존재하며, 연구 지역 남쪽에 위치한 4번 측선 인근에 길이 200m의 수중방파제가 있다. 2014년과 2024년을 비교하면, 인공적인 변화가 일부 구간에서 진행되었다. 연구 지역 2번 측선과 3번 측선 사이에 인공 호안이, 1번 측선 근처에 침식방지목책이 설치되었다.³⁾

그림 1.

연구 지역도. (좌) 2014년, (우) 2024년
자료 : 국토정보플랫폼(https://map.ngii.go.kr/)

기상청이 운영하는 안면도 파고부이(22488)에 따르면, 2015년부터 2025년까지 평균 유의파고의 범위는 0.34m-0.50m, 평균 파주기의 범위는 4.28초-5.39초이다(그림 2). 관측 기간이 연중 일부에 그치는 2015년과 2025년을 제외하면, 최근 들어 평균 유의파고와 평균 파주기가 다소 커지는 경향이 있었다. 월별 평균 유의파고는 여름철 낮고 겨울철 높으며, 평균 월별 파주기는 4-6월 짧고 그 외 계절에서 길었다. 백사장항의 조석 특징은 대조차 596.8cm, 평균조차 430.6cm, 소조차 264.4cm였으며, 약최고고조위는 720.6cm로, 조차가 매우 큰 대조차 환경에 해당한다(해양수산부, 2025).

그림 2.

평균 유의파고 및 파주기(2015-2025년). (좌) 연도별, (우) 월별.
자료 : 기상청 기상자료개방포털(https://data.kma.go.kr/cmmn/main.do) 안면도 파고부이
주 : 2015년은 9.19(안면도 파고부이 관측 개시일) 이후, 2025년은 9.9(마지막 측량일)까지

2. 연구 방법

본 연구는 측선별 해빈 폭 및 단면적의 변화를 분석하고, 사취의 지형 변화를 살펴보고, 경험고유함수 분석을 통해 해빈과 사취의 지형 변화를 함께 살펴보았다. 먼저 측선별 해빈 폭 및 단면적의 변화는 해양수산부의 연안침식실태조사(2015-2025년) 결과를 활용하였다.⁴⁾ 해빈 폭은 육상부 기준점으로부터 해발 0m까지의 수평 거리이며, 단면적은 해빈 폭 구간에 대해 해발고도 0m를 기준으로 지형 단면의 고도값을 적분한 값이다. 실태조사는 연 2회 봄과 가을에 실시되었으며, 본 연구에서 분석한 측선은 총 4개이다.⁵⁾ 1번 측선은 사취를 가로지르는 측선으로 사취의 지형 변화가 직접적으로 관찰되며, 2번 측선은 사취가 시작되는 곳으로 사취와 해빈이 접하는 측선이다. 3번 측선은 해빈 중앙에 위치하며 과거 2013년까지 T자형 돌망태가 존재하던 곳이며, 4번 측선은 현재 캠핑장이 존재하는 곳이다.

국토지리정보원의 국토정보플랫폼에서 제공하는 정사영상을 활용하여, 2014년부터 2024년까지 2년 간격으로 백사장 해빈 북측의 사취 지형 변화를 확인하였다. 국토정보플랫폼은 공간정보를 포함하지 않고 항공사진을 제시하기 때문에, 참조점을 설정하여 지리보정을 수행하였다. 사취 지형 변화를 판독하기 위해, 선행연구(김찬웅 등, 2021)와 동일한 방식으로 분석하였다. 구체적으로 시각적 판독의 주관성을 배제하기 위해 무감독 피복 분류 기법인 PCI Geomatica의 Fuzzy K-means를⁶⁾ 활용하여 사취의 공간적 범위를 추출하였으며, 분석 범위는 인위적인 피복이 발생하는 지역의 전면부로 한정하고, 유형수는 15개, 반복 횟수는 30번으로 설정하여 분류를 수행하였다. 분류된 유형 중 식생 피복 전면에 위치한 유형들을 사취 및 해빈 최상부의 피복으로 판별하였다. 조위에 대한 별도의 보정은 수행하지 않았으며, 이에 따라 분석은 사취의 면적과 같은 정량적 지표가 아니라 평면 형태의 변화에 한정하였다. 측선별 해빈 폭 및 단면적의 변화 분석 기간(2015-2025년, 매년 2차례)과 항공사진 분석 기간(2014-2024년, 2년 단위)은 서로 다르며, 이는 정사영상의 제공 시기로 인한 차이 때문이다.

경험고유함수 분석을 통해 해빈과 사취의 지형 변화를 연계하여 분석하였다. 경험고유함수 분석은 시공간 자료의 분산을 바탕으로 서로 직교하는 성분들을 추출하는 통계 기법이다. 구체적으로 측선과 시기의 곱에 대한 자료 행렬을 고유값 분해하여, 원 자료를 공간 고유벡터와 시간 계수의 곱으로 표현되는 소수의 직교 성분의 합으로 재구성한다. 다르게는 주성분 분석이라 지칭한다. 분석 결과는 각 성분의 설명력을 나타내는 고유값(기여율), 지형 변화의 공간 구조를 나타내는 공간 고유벡터, 시기별 변동을 나타내는 시간 계수로 구성된다. 해빈 단면과 해안선 변화를 효율적으로 기술할 수 있어 해안지형 연구에 널리 활용되어 왔다(Winant et al., 1975; Harley et al., 2011). 해안에 수직인 방향으로 분석하게 되면 개별 측선 내 지형 단면 변화와 원인을 정밀하게 추적할 수 있는 장점이 있으며, 해안을 따르는 방향으로 분석하게 되면 해빈 전역의 퇴적물 이동 패턴을 추적할 수 있다는 장점이 있다. 이때 편차를 활용하게 되면, 평균 지형 상태가 제거되어, 주성분이 퇴적물 이동에 의한 지형 변동을 보다 직접적으로 반영하게 된다(e.g. Harley et al., 2011; Short et al., 2014). 본 연구에서는 해빈 폭과 단면적의 편차를 해안을 따르는 방향으로 분석하였다. 분석은 측선별 시계열 평균을 제거한 편차 행렬에 대해 수행하였으며, 4개 측선에 대해 2015년부터 2025년까지 연 2회(봄, 가을) 측정된 22개 시기의 자료를 분석 대상으로 하였다. 경험고유함수의 시간 계수와 공간 고유벡터는 수학적 특성상 전체 부호가 함께 반전될 수 있으므로, 부호 자체가 아니라 둘의 상대적 관계로 증감을 해석한다. 즉, 특정 시기의 시간 계수와 공간 고유벡터의 부호가 같으면 해당 측선에서 평균 대비 증가를, 다르면 감소를 의미한다.

마지막으로, 경험고유함수 시간 계수와 파랑의 관계를 검토하기 위해 누적 폭풍 파랑에너지를 산정하였다. 폭풍은 Harley(2017)의 정의를 참고하였다. 임계값은 안면도 파고부이(기상청) 시간별 유의파고 자료의 분석 기간(2015년 9월-2025년 9월) 95백분위(e.g. Castelle et al., 2015)인 1.10m, 최소 지속시간은 6시간으로 설정하였으며, 이전 폭풍 종료 후 24시간 이상 경과한 경우 별개의 폭풍으로 판정하였다(e.g. Turner et al., 2024). 누적 폭풍파랑 에너지는 폭풍 지속시간에 대해 유의파고의 제곱을 적분하여 산정하였다(ΣHs²･Δt, Δt = 1h; Dolan and Davis, 1992). 파랑 에너지 밀도가 파고의 제곱에 비례한다는 점에 근거하여 상수부를 생략한 상대 지표를 활용한 것으로, 누적 폭풍 파랑 에너지는 해빈 지형 변화와의 관련성이 높은 것으로 알려져 있다(Splinter et al., 2014).

III. 결과

1. 해빈 폭 및 단면적 변화 추이

전 측선 해빈 폭의 평균은 127.0m, 단면적의 평균은 235.6㎡로, 둘 다 시간에 따라 감소하였다(표 1, 그림 3). 해빈 폭과 단면적이 가장 큰 측선은 가장 북쪽에 위치한 1번 측선으로, 남쪽으로 갈수록 해빈 폭의 평균과 단면적의 평균이 감소하였다. 해빈 폭과 단면적 모두 증가한 측선은 1번 측선이며, 2번 측선은 해빈 폭만 증가하였고, 그 외에는 모두 감소하였다. 단면적이 감소한 2-4번 측선의 연간 변화율 합계는 -12.2㎡/yr로, 1번 측선의 증가율 +8.0㎡/yr은 그 절대값의 약 65.6%에 상응하였다.⁷⁾

그림 3.

해빈 폭 및 단면적 변화 추이. (위) 해빈 폭, (아래) 단면적

사취를 가로지르는 1번 측선의 경우, 해빈 폭과 단면적 모두 유일하게 증가하였다. 해빈 폭의 평균은 171.8m로 봄 평균이 조금 더 넓었으며(봄 172.4m, 가을 171.2m), 단면적의 평균도 438.7㎡로 봄 평균이 더 컸다(봄 441.1㎡, 가을 436.3㎡). 반면 표준편차는 해빈 폭과 단면적 모두 가을이 높았으며, 특히 단면적은 2배 이상이었다(봄 26.8㎡, 가을 55.4㎡). 시간으로 보면 2017 봄⁸⁾, 2018 가을 해빈 폭과 단면적이 상대적으로 크게 증가하였으며, 2019 봄 감소하였다. 전반적으로 해빈 폭과 단면적은 동일한 방향으로 변화하였으나, 2020 가을(해빈 폭(22.4m) 단면적(-43.7㎡))과 2025 봄(해빈 폭(-17.3m) 단면적(45.7㎡)) 반대 방향으로 변화하였다. 해빈 폭이 가장 넓었던 시기는 2017 봄이며 가장 좁았던 시기는 2019 가을이었으며, 단면적이 가장 넓었던 시기는 2018 가을이며 가장 좁았던 시기는 2016 가을이었다.

사취와 해빈이 접하는 2번 측선의 경우, 해빈 폭은 다소 증가하였지만 단면적은 감소하였다. 해빈 폭의 평균은 146.9m로 봄 평균이 조금 더 넓었으며(봄 150.8m, 가을 143.0m), 단면적의 평균도 330.9㎡로 봄 평균이 더 컸다(봄 335.2㎡, 가을 326.6㎡). 반면 표준편차는 해빈 폭과 단면적 모두 가을이 높았다. 시간으로 보면 2016 봄, 2017 봄, 2021 가을 해빈 폭과 단면적이 상대적으로 크게 증가하였으며, 2016 가을, 2022 봄 감소하였다. 전반적으로 해빈 폭과 단면적은 동일한 방향으로 변화하였으나, 2020 봄(해빈 폭(53.7m) 단면적(-4.7㎡))과 2024 봄(해빈 폭(-9.7m) 단면적(33.9㎡))에 반대 방향으로 변화하였다. 해빈 폭이 가장 넓었던 시기는 2021 가을이며 가장 좁았던 시기는 2019 봄이었으며, 단면적이 가장 넓었던 시기는 2021 가을이며 가장 좁았던 시기는 2016 가을이었다.

해빈 중앙부에 위치한 3번 측선의 경우, 해빈 폭과 단면적 모두 감소하였다. 해빈 폭의 평균은 104.1m로 봄 평균이 조금 더 넓었으며(봄 106.0m, 가을 102.3m), 단면적의 평균도 104.2㎡로 봄 평균이 더 컸다(봄 107.4㎡, 가을 101.0㎡). 표준편차는 해빈 폭은 가을이(봄 18.3m, 가을 27.0m), 단면적은 봄이 높았다(봄 26.6㎡, 가을 24.6㎡). 시간으로 보면 2017 봄 해빈 폭과 단면적이 상대적으로 크게 증가하였으며, 2016 가을, 2024 가을 감소하였다. 전반적으로 해빈 폭과 단면적은 동일한 방향으로 변화하였으나, 2016 봄(해빈 폭(-18.1m) 단면적(18.9㎡))과 2018 가을(해빈 폭(6.0m) 단면적(-17.4㎡))에 반대 방향으로 변화하였다. 해빈 폭이 가장 넓었던 시기는 2017 가을이며 가장 좁았던 시기는 2024 가을이었으며, 단면적이 가장 넓었던 시기는 2017 봄이며 가장 좁았던 시기는 2024 가을이었다.

해빈 남쪽부에 위치한 4번 측선의 경우, 해빈 폭과 단면적 모두 감소하였다. 해빈 폭의 평균은 85.1m로 봄 평균이 조금 더 넓었으며(봄 86.7m, 가을 83.5m), 단면적의 평균도 68.7㎡로 봄 평균이 더 컸다(봄 71.9㎡, 가을 65.4㎡). 표준편차는 해빈 폭과 단면적 모두 봄이 높았다. 시간으로 보면 2016 봄, 2017 봄 해빈 폭과 단면적이 상대적으로 크게 증가하였으며, 2015 가을, 2016 가을 감소하였다. 2023 가을 해빈 폭은 크게 증가하였지만(40.1m), 단면적은 일부 증가하였다(4.3㎡). 전반적으로 해빈 폭과 단면적은 동일한 방향으로 변화하였으나, 2020 가을(해빈 폭(6.3m) 단면적(-5.9㎡))과 2024 봄(해빈 폭(-7.3m) 단면적(11.6㎡))에 반대 방향으로 변화하였다. 해빈 폭이 가장 넓었던 시기는 2017 봄이며 가장 좁았던 시기는 2023 봄이었으며, 단면적이 가장 넓었던 시기는 2017 봄이며 가장 좁았던 시기는 2024 가을이었다.

측선 간 상관관계를 분석한 결과 해빈 폭의 경우 1번과 2번 측선만이 유의하였으며(r=0.56, p<0.01), 3번과 4번 측선은 유의 수준에 근접하였다(표 2, r=0.40, p=0.068). 단면적의 경우 2번과 3번(r=0.68), 2번과 4번(r=0.59), 3번과 4번(r=0.83) 측선이 유의하였다(p<0.01). 즉, 해빈 폭의 경우 사취와 사취 시작부와의 관계가 유의미함을, 단면적의 경우 사취에서 남측으로 갈수록 측선 간 결합이 강해지는 경향을 보여준다. 측선 내 해빈 폭과 단면적의 상관관계 분석 결과는 3번과 4번 측선에서 유의하였으며, 이는 사취와 사취 시작부에서는 해빈 폭과 단면적의 증감이 동행하지 않는 경향이 있음을 의미한다.

2. 사취 변화

항공사진 분석을 통해 2014년부터 2024년까지 2년 간격으로, 백사장 해빈 북측의 사취 지형 변화를 확인하였다. 그 결과 2014년부터 2018년까지는 사취가 지속적으로 동쪽으로 이동하면서, 사취 말단부가 동-서 방향으로 배열되는 모습이 관찰되었다. 그러나 2020년부터는 뚜렷한 변화가 관찰되지 않고, 두꺼워진 사취의 전반적인 형태가 큰 변화 없이 유지되었다(그림 4). 정사영상에서 사취로 판독되는 범위는 촬영 시점의 조위에 따라 달라질 수 있다. 이를 고려하여 이하에서는 조위의 영향을 상대적으로 적게 받는 사취의 평면적 배치, 성장과 결합, 말단부의 형태와 같은 정성적 변화를 중심으로 분석하였다.

그림 4.

백사장 해빈 북측 사취 지형 변화(2014-2024년)
자료 : 국토정보플랫폼(https://map.ngii.go.kr/)

2014년에는 상대적으로 동쪽에 존재하는 사취와 서쪽에 존재하는 사취가 관찰된다. 동쪽에 존재하는 사취의 말단부는 동-서 방향으로 배열되어 있었으며, 서쪽에 존재하는 사취는 상대적으로 선형의 형태를 띤다. 2016년에는 동쪽에 위치한 사취의 형태가 불분명해지며, 서쪽에 존재하던 사취는 말단부가 길게 동-서 방향으로 배열되었다(김찬웅 등, 2021). 한편, 사취 말단부에서 새로운 사취가 형성되고 있으며, 침식방지목책이 뚜렷하게 관찰된다. 2018년에는 전반적인 퇴적이 발생하면서 과거 뚜렷하게 구분되던 두 사취의 일부가 결합된 모습이 관찰되며, 2016년 새롭게 관찰된 사취가 북쪽으로 성장한 모습이 특징적이다. 이전 시기들에 비해 사취가 두꺼운 형태로 관찰된다. 2020년부터는 2018년 두꺼운 형태를 보이던 사취가 전반적으로 유지되는 모습이 관찰된다. 시간이 지나며 사취 말단부가 동-서 방향으로 배열되는 모습이 관찰되나, 새로운 사취의 출현과 기존 사취의 재배열은 제한적이다. 한편, 침식실태조사 결과에 따르면 사취에 설치된 침식방지목책은 2015년 6월 18일(봄) 처음으로 관찰되었다. 이후 가을(10월 1일)에 침식방지목책 북쪽에서 퇴적이 발생하였으나, 1번 측선에는 그 영향이 관찰되지 않는다. 이후 2017년 봄(5월 10일) 많은 양의 퇴적물이 목책 인근에 퇴적되었으며, 1번 측선의 해빈 폭과 단면적도 크게 증가하였다.

정리하면, 연구 기간 동안 사취는 동쪽으로 이동하며 말단부가 동-서 방향으로 배열되는 특징을 보인다. 또한 시간이 지나며 사취가 성장 및 결합하고, 새로운 사취가 출현하기도 하였다. 그러나 2020년 이후부터는 두꺼운 형태의 사취가 유지되면서, 전반적으로 변화가 크게 발생하지 않았다. 이는 사취를 가로지르는 1번 측선의 해빈 폭과 단면적이 2020년 이후 높은 수준을 유지하는 것과 일치한다. 다만 이러한 사취의 지형 변화에 침식방지목책이 어느 정도 기여했는지는 확인하기 어렵다.

3. 경험고유함수 분석 결과

고유값이 전체 평균 미만인 주성분을 제외한 결과 해빈 폭과 단면적 모두 2개의 주성분이 식별되었으며(Jolliffe, 2002), 두 주성분의 누적 기여율은 해빈 폭 77.4%, 단면적 92.1%였다(그림 5). 해빈 폭의 주성분 기여율은 제1주성분이 45.5%, 제2주성분이 31.9%를 차지하였다. 제1주성분의 공간 고유벡터는 연구 지역 북측인 1번과 2번 측선에서는 양의 부호를, 3번과 4번 측선에서는 음의 부호를 보였다. 이는 사취와 관련된 북측과 상대적으로 이격된 3번과 4번 측선의 해빈 폭 변화가 상반되어 증감하는 경향이 있는 것으로 해석할 수 있다. 제1주성분의 시간 계수는 2017 봄에서 2019 가을까지의 음의 영역, 2020 봄부터 2024 가을까지의 양의 영역이 도드라진다. 그 전과 후 시기(2015-2016, 2025)에는 부호의 변동이 발생하였다. 제2주성분의 공간 고유벡터는 모두 같은 부호를 보여, 해빈 폭이 전반적으로 함께 증감하는 경향이 존재하는 것으로 해석할 수 있다. 개별 측선에서도 -0.31에서 -0.65까지 비교적 고른 하중을 보였다. 제2주성분의 시간 계수는 변동이 심한 가운데 극값은 2017년 봄(-51.09)과 가을(-38.48)이었다.

그림 5.

경험고유함수 분석 결과. (위) 해빈 폭, (아래) 단면적

단면적의 주성분 기여율은 제1주성분이 54.5%, 제2주성분이 37.6%를 차지하였다. 제1주성분의 공간 고유벡터는 연구 지역 모두 같은 부호를 보여, 단면적에 전반적인 침퇴적 경향이 존재하는 것으로 해석할 수 있다. 개별 측선에서는 1번 측선이 -0.93으로 매우 높은 하중을 보였으며, 그 외 측선의 하중은 높지 않아 단면적 제1주성분은 1번 측선의 침퇴적에 지배적인 영향을 받는 것으로 해석된다. 제1주성분의 시간 계수 극값은 2018 가을(-132.17)로, 항공사진에서 사취가 두꺼워진 시기와 일치한다. 제2주성분의 공간 고유벡터는 1번 측선과 다른 측선들이 상반되는 부호를 보여, 사취에 해당하는 1번 측선과 타 측선들에서 상반되어 침퇴적되는 경향을 의미하는 것으로 해석할 수 있다. 제2주성분의 시간 계수는 다소 변동성은 있으나 전반적으로 일관된(증가하는) 경향을 보였으며, 최근 가장 높은 수치를 유지하고 있다.

앞선 상관관계 분석 결과와 비교하면, 더욱 명료하다. 측선 간 상관관계를 분석한 결과 해빈 폭의 경우 1번과 2번 측선이 유의하였으며, 이는 1번과 2번, 3번과 4번 측선이 각각 분류되는 해빈 폭 제1주성분의 공간 고유벡터 구조와 일치한다. 단면적의 경우 2번과 3번, 2번과 4번, 3번과 4번 측선이 유의하였는데, 이는 단면적 제2주성분의 공간 고유벡터 구조와 일치한다. 즉, 경험고유함수 분석에서 식별된 주성분의 공간 고유벡터는 측선들 간의 관계를 잘 보여주고 있다. 한편, 해빈 폭의 누적 기여율(77.4%)이 단면적(92.1%)보다 낮은 것도 같은 맥락에서 이해할 수 있는데, 해빈 폭보다 단면적의 측선 간 상관이 강했기 때문이다.

IV. 토의

해빈 폭 및 단면적 변화, 항공사진 분석, 경험고유함수 분석을 종합하면, 백사장 해빈과 사취의 지형 변화가 밀접한 관련성을 보이는 것으로 판단된다. 연구 지역에서는 사취(1번 측선)에 퇴적이 발생하였고, 사취 시작부(2번 측선)는 해빈 폭이 증가하는 가운데 단면적은 감소하였으며, 중앙부(3번 측선)와 남측(4번 측선)에서는 침식이 발생하였다. 특히 단면적 기준 2-4번 측선의 연간 단면적 변화율을 합산한 수치와(-12.2㎡/yr) 1번 측선의 증가 수치(+8.0㎡/yr)를 비교하면, 약 66%에 해당한다. 다만 개별 측선의 단면적 변화율은 해당 측선 위치의 횡단면 변화를 의미하는 값으로, 측선별 변화율의 합산이 직접적인 퇴적물 이동량을 의미하지는 않는다. 즉, 약 66%라는 수치는 해빈과 사취의 단면적 변화율의 대응 정도로, 전반적으로 남측에서 북측으로 퇴적물이 이동하는 형태의 지형 변화가 발생하였다고 볼 수도 있다. 물론, 해당 내용만으로는 2-4번 측선의 침식된 퇴적물이 1번 측선으로 유입되고 있다고 주장하기는 무리가 있다. 하지만 경험고유함수 분석 결과 및 항공사진 분석 결과를 함께 고려하면, 이러한 해석은 보다 설득력을 가질 수 있다. 단면적 제2주성분의 공간 고유벡터는 1번 측선과 다른 측선들이 상반되는 부호를 보였는데, 이는 단면적 변화가 1번 측선과 타 측선들에서 상반되게 발생하는 경향을 의미한다. 또한 제1주성분에서 1번 측선의 하중의 절대값이 매우 높다는(0.93) 점도 특징적인데, 사취의 단면적 변화가 단면적의 전체 변동 구조에서 지배적임을 의미한다. 즉, 단면적 기준 1번 측선과 타 측선에서 상반되는 침퇴적 경향이 발견되며, 이것이 해빈과 사취의 퇴적물 교환을 통한 지형 변화와 관련된 것으로 판단된다.

한편, 해빈 폭은 단면적과 비슷하지만 조금 다른 행태를 보인다. 해빈 폭은 사취와 사취 시작부에서 증가하였으며(+0.7, +0.3m/yr), 해빈 중앙과 남측은 감소하였다(-1.5, -2.5m/yr). 또한 해빈 폭 제1주성분의 공간 고유벡터는 연구 지역 북측(1-2번 측선)과 연구 지역 남측(3-4번 측선)에서 상반되는 부호를 보였으며, 이는 해빈 폭 변화가 두 지역 간에 상반되게 발생하는 경향을 의미한다. 즉, 해빈 폭 기준 1-2번 측선과 타 측선에서 상반되는 증감 경향이 발견되며, 이는 해빈-사취의 퇴적물 교환뿐만 아니라 릿지-런넬의 이동과도 관련된 것으로 판단된다. 이에 대한 설명은 후술한다.

시기별로 구분하여 보면, 2016-2018년은 사취 성장이 도드라지는 시기로, 1번 측선의 단면적 저점(370.0-388.7㎡)이 관측 초기에 집중되어 있다. 2017 봄(96.0㎡)과 2018 가을(130.7㎡)에 급격하게 성장하였으며, 항공사진에서도 2018년부터 사취가 두꺼운 형태로 관찰된다. 2018 가을 최대 단면적 이후로는 401.9-470.1㎡ 수준에서 변화하며 비교적 안정적인 수치를 보인다. 한편, 단면적 제2주성분의 시간 계수는 관측 기간에 걸쳐 전반적으로 증가하여 2025년 가을에 극값(+59.29)을 보였는데, 이는 1번 측선과 타 측선의 상반되는 단면적 변화가 크게 이격되었음을 의미한다. 다만 2018년 이전의 시간 계수 상승은 1번 측선(사취)의 성장을 주로 반영하고 있으며, 2020년 이후 상승은 타 측선(해빈)의 단면적 감소에 기인하는 것이 특징이다. 즉, 사취 성장 시기에는 사취의 성장이, 성장 이후 안정적 상황에서는 해빈의 침식이 주요하게 나타났다. 한편 사취의 성장이 침식방지목책의 설치 이후에 집중되었다는 점에서, 인공구조물에 따른 수리 조건의 변화가 사취의 성장을 촉진한 국내 사례(Ryu et al., 2024)와도 부합한다. 다만 영향의 정도는 본 연구에서 확인하기 어렵다.

경험고유함수 분석에서 도출된 시간 계수의 변동에 영향을 주는 요인(파랑)을 확인하기 위해 추가적으로 누적 폭풍 파랑에너지⁹⁾와 경험고유함수 시간 계수의 구간 변화량(직전 측량 대비 변화) 절대값의 상관관계를 분석하였다. 그 결과 해빈 폭 제1주성분은 유의한 관계를 보였으며(r=0.59, p<0.01), 제2주성분은 유의수준에 근접하였다(r=0.44, p=0.051). 반면 단면적은 두 주성분 모두 유의한 관계를 보이지 않았다. 실제로, 연구 기간 중 최대 단면적 증가가 발생한 1번 측선 2018년 가을 구간(130.7㎡ 증가)의 누적 폭풍 파랑에너지는 113㎡･h로 낮은 수준이었다. 또한 변화의 방향을 나타내는 구간 변화량은 해빈 폭과 단면적 모두 누적 폭풍 파랑에너지와 유의한 관계를 보이지 않았다. 즉, 해빈 폭 변화의 크기는 폭풍 파랑에 반응하지만 변화의 방향이 침식 또는 퇴적 중 한 방향으로만 연결되지는 않고, 단면적은 크기와 방향 모두 폭풍 파랑과의 관계가 확인되지 않았다. 이는 25년의 장기 해빈 지형 변화 연구에서 폭풍 파랑 세기와 침식의 관계가 약하게 관찰되었다는 선행연구(Eichentopf et al., 2020b)와 부합하는 결과이다.

경험고유함수 시간 계수와 누적 폭풍 파랑에너지를 함께 도시하면 그림 6과 같다. 겨울이 포함된 구간인 봄에 해당하는 누적 폭풍 파랑에너지가 많았으며, 여름이 포함된 가을에 낮았다. 2020 가을에서 2022 가을까지 상대적으로 저에너지가 유지되는 시기가 눈에 띄는데, 해당 시기의 경험고유함수 시간 계수도 상대적으로 변동이 심하지 않다. 전반적으로 큰 변화가 발생하는 시기가 고에너지가 집중된 이후임을 확인할 수 있다. 해빈 폭의 경우 고에너지 겨울 직후인 2016년 봄(직전 측량 대비 제1주성분 시간계수 변화량 = 38.1, 직전 구간 에너지 1,223㎡･h), 2017년 봄(-26.2, 796㎡･h), 2020년 봄(45.3, 894㎡･h), 2025년 봄(-45.2, 1,243㎡･h)에 제1주성분 시간 계수가 크게 변화하였다. 2016 봄과 2020 봄에는 1번과 2번 측선의 해빈 폭이, 2017 봄과 2025 봄에는 3번과 4번 측선의 해빈 폭이 상대적으로 크게 증가했다는 의미로, 폭풍 파랑이 해빈 폭 증감의 방향을 결정하지는 않음을 보여준다.

그림 6.

누적 폭풍 파랑에너지와 경험고유함수 시간 계수
주 : 2015년은 9.19(안면도 파고부이 관측 개시일) 이후, 2025년은 9.9(마지막 측량일)까지의 자료 활용, 직전 측량일부터 해당 측량일까지 구간의 누적 폭풍 파랑 에너지를 의미

폭풍 파랑이 해빈 폭 증감의 방향을 결정하지는 않는 이유는 해빈 폭의 경우 고에너지 당시의 수문 조건과 릿지의 위치에 따라, 다양한 지형반응이 발생할 수 있기 때문이다. 수리실험 연구 결과 동일 파랑 조건 하에서 지형 단면의 상태에 따라 침식과 퇴적이 모두 발생할 수 있으며(Eichentopf et al., 2020a), 대조차 환경에서는 조위가 파랑의 작용 시간을 제약해 조석 주기에 따라 반응이 달라지기도 한다(Robin et al., 2009). 고에너지 조건 시 릿지가 해빈 최상부에 위치하면 침식되어 외해 방향으로 퇴적물이 이동할 수 있으며, 결과적으로 해빈 폭의 증가가 발생할 수 있다. 반면, 해빈 폭을 의미하는 해발 0m 인근에 위치했던 릿지가 고에너지 조건에 의해 보다 육지 방향으로 이동하며, 결과적으로 해빈 폭은 감소할 수도 있다. 한편, 단면적과 파랑 지표의 관계가 확인되지 않은 이유는 다음과 같이 생각해 볼 수 있다. 본 연구의 단면적은 육상 기준점에서 해발 0m까지를 적분한 값으로, 릿지의 위치가 어느 곳에 위치하든 간에 관계가 없다. 중요한 것은 측선상에 릿지가 위치하는가 이며, 측선상 릿지가 위치하면 해당 릿지의 부피가 단면적에 포함된다. 따라서 릿지의 계절적 이동 또는 연간 이동성은 단면적의 증감에 직접적으로 연계되지 않을 수도 있다.

각 측선 내 해빈 폭과 단면적의 관계도 이와 동일한 해석을 적용할 수 있다. 해빈 폭-단면적 간의 상관관계 분석 결과 사취와 거리가 먼 3번과 4번 측선에서 유의미하였으며, 1번과 2번 측선에서는 유의하지 않았다. 자료를 확인해 보면 해빈 폭과 단면적이 반대 방향으로 증감한 경우도 1번 측선이 가장 많다(8회). 이러한 해빈 폭과 단면적의 불일치는 퇴적물 이동에 따른 지형 변화와 관련된다. 해빈 폭이 증가하면서 단면적이 감소하는 경우(2회)는 해빈 형태가 전반적으로 평평해진 경우이다. 해빈 상부 퇴적물이 침식되어 단면적은 감소하지만, 침식된 퇴적물의 일부가 보다 바다 방향에 퇴적되어 해빈 폭이 넓어진 것이다. 역으로, 해빈 폭 감소와 단면적 증가(6회)는 해빈 상부에 퇴적물이 집중되며 상대적으로 기울기가 급한 해빈면이 형성되는 경우로, 해발 0m 인근의 퇴적물이 육지 방향으로 이동하여 해빈 폭은 좁아진 것이다. 특히 후자의 경우 항공사진에서 사취의 평면적 변화가 크게 나타나지 않는 최근 경향과 부합하며, 사취의 고도가 높아지는 형태로 퇴적되고 있음을 시사한다. 한편 두 지표가 같은 방향으로 변화한 경우에도 불균형은 관찰된다. 해빈 폭이 40m 이상 증가하는 동안 단면적은 소폭 증가에 그치거나(2023년 가을 4번 측선 40.1m, 4.3㎡; 2025년 봄 3번 측선 49.3m, 10.6㎡), 해빈 폭 변화가 5m 미만인 가운데 단면적이 20㎡ 이상 증가한 사례(2021년 가을 2번, 3번 측선)가 그것으로, 릿지의 위치에 따라 해빈 폭과 단면적이 상이하게 반응함을 보여준다.

이러한 해석은 백사장 해빈을 대상으로 한 선행연구(Kim et al., 2016; 김찬웅 등, 2019; 김찬웅 등, 2021)와도 일치한다. 평균해수면을 경계로 상부의 릿지가 해빈면에 결합하고 하부의 릿지는 형태를 유지하며 이동하는 등 해빈 상부와 하부가 상이하게 거동하며(Kim et al., 2016), 릿지와 런넬이 해빈 북쪽에서 뚜렷하게 관찰되며 남쪽으로 갈수록 미약하게 관찰됨이 보고된 바 있다(김찬웅 등, 2019). 이는 해빈 폭과 단면적의 상관관계가 사취에 인접한 1번과 2번 측선에서 낮고, 3번과 4번 측선에서 높게 나타난 본 연구의 결과와 부합한다. 즉, 릿지와 런넬이 발달된 측선일수록 단면적(해당 측선 퇴적물의 총량) 변화를 수반하지 않는 퇴적물 이동이 발생하여, 해빈 폭과 단면적의 변동 관계가 상대적으로 밀접하지 않은 것이다. 또한 릿지가 육지 방향으로 이동하며 상부 해빈에 결합하는 과정(김찬웅 등, 2019)은 해빈 폭의 감소와 단면적의 증가가 동시에 발생하는 본 연구의 관찰과 동일한 현상으로 볼 수 있으며, 지형 변화가 해안선에 사선 방향으로 발생한다는 김찬웅 등(2021)의 결과와도 연결된다. 사선으로 발생하는 퇴적물 이동을 통해 릿지와 런넬이 발달하며, 이것이 사취의 발달에 영향을 준 것으로 판단된다. 실제로, 릿지의 이동과 상부 해빈면으로의 결합이 사취 성장으로 이어지는 과정은, 다른 대조차 환경에서도 보고된 바 있다(Robin et al., 2020). 따라서 해빈 폭 또는 단면적 둘 중 하나만으로는 침식 또는 퇴적을 판단하는 것은 한계가 있으며, 다양한 지표를 함께 검토할 필요가 있다.

다만 최근 흐름을 보면 과거와는 다소 다른 경향이 관찰된다. 2023년 이후 2-4번 측선 단면적은 지속적으로 감소하였으며, 2025년 연구 기간 중 가장 낮은 수준을 기록하였다. 반면 1번 측선 단면적은 415-470㎡ 수준에서 유지되고 있으며, 항공사진 분석 결과에서도 사취의 뚜렷한 성장은 확인되지 않았다. 이는 해빈의 단면적 감소가 뚜렷한 사취 성장과 함께 진행되던 이전 시기와는 다른 양상으로, 백사장 해빈과 사취의 퇴적물 교환이 과거와 같은 방식으로 진행되고 있지 않을 수 있음을 시사한다. 원인으로는 사취 퇴적물 수용 공간 감소나 조수통로 방향으로의 퇴적물 유출 등을 생각해 볼 수 있다(Gong and Burningham, 2024). 다만, 사취 지형 변화는 파랑･조류･퇴적물 공급 등이 복합적으로 작용하며(Qi et al., 2021), 사취 말단부 지형 변화 상당수가 내부에서 발생한 퇴적물 순환으로 설명된 사례도 존재하기 때문에(Taveneau et al., 2024), 본 연구로는 그 원인을 단정하기 어렵다.

본 연구의 결과를 정리하면 표 3과 같다. 해빈 폭은 제1주성분 부호 기준 1번 및 2번 측선과 3번 및 4번 측선으로 구분되며, 이것이 연간 변화율의 방향성, 측선 간 상관관계에 드러난다. 단면적은 제2주성분 부호 기준 1번과 다른 측선들로 구분되며, 이것이 연간 변화율의 방향성, 측선 간 상관관계, 단면적 제1주성분 중 1번 측선의 매우 높은 하중에 드러난다. 이처럼 2번 측선이 해빈 폭과 단면적에서 서로 다른 그룹에 할당되는 이유는, 두 지표의 반영 프로세스가 다르기 때문으로 판단된다. 백사장 해빈의 단면적 공간 구조는 해빈-사취 간 퇴적물 교환의 경계를, 해빈 폭의 공간 구조는 릿지-런넬의 이동이 활발한 북측과 미약한 남측의 경계를 각각 반영하는 것으로 보인다. 유사하게, 릿지-런넬의 발달이 미약한 남측으로 갈수록 해빈 폭이 단면적의 증감을 그대로 반영하였으며, 사취에서 먼 3번과 4번 측선에서만 두 지표의 상관이 유의하였다.

V. 결론

본 연구는 충남 안면도 백사장 해빈과 사취 지형 변화의 연계성을 규명하기 위해, 사취를 가로지르는 측선을 포함한 4개 측선의 해빈 폭과 단면적 자료를 분석하였다. 측선별 변화 추이와 측선 간 상관관계를 확인하고, 항공사진으로 사취 지형 변화를 추적하였으며, 경험고유함수 분석을 통해 지형 변화의 공간 구조와 시간적 변동을 추출하였다.

해빈 폭과 단면적 자료 분석 결과 전 측선 해빈 폭의 평균은 127.0m, 단면적의 평균은 235.6㎡로, 백사장 해빈 전체 기준 두 지표 모두 감소하고 있는 것으로 나타났다. 해빈 폭과 단면적이 가장 큰 측선은 가장 북쪽에 위치한 1번 측선으로, 남쪽으로 갈수록 해빈 폭의 평균과 단면적의 평균이 감소하였다. 해빈 폭과 단면적 모두 증가한 측선은 1번 측선이며, 2번 측선은 해빈 폭만 증가하였고, 그 외에는 모두 감소하였다. 측선 간 상관관계를 분석한 결과 해빈 폭의 경우 사취와 사취 시작부와의 관계가 유의미함을, 단면적의 경우 사취에서 남측으로 갈수록 측선 간 결합이 강해지는 경향을 보여주었다.

항공사진 분석 결과 사취는 동쪽으로 이동하며 말단부가 동-서 방향으로 배열되는 특징을 보였으며, 사취가 성장 및 결합하고, 새로운 사취가 출현하기도 하였다. 그러나 2020년 이후부터는 두꺼운 형태의 사취가 유지되면서, 전반적으로 변화가 크게 발생하지 않았다.

경험고유함수 분석 결과 해빈 폭과 단면적 모두 2개의 주성분이 식별되었다. 해빈 폭 제1주성분의 공간 고유벡터는 1･2번 측선과 3･4번 측선이 상반되는 구조를 보였으며, 제2주성분의 공간 고유벡터는 해빈 폭이 전반적으로 함께 증감하는 경향을 의미하였다. 단면적 제1주성분의 공간 고유벡터는 단면적의 전반적인 침퇴적 경향을 의미하였으며, 제2주성분의 공간 고유벡터는 사취와 타 측선들이 상반되는 구조를 보였다.

경험고유함수 시간 계수를 통해 시기별 변동을 확인한 결과, 2016-2018년은 사취의 성장이 도드라지는 시기였으며, 이후 사취는 안정적인 상태를 유지하였다. 2023년 이후에는 해빈 측선들의 단면적이 관측 기간 중 최저치를 기록하는 가운데 사취의 성장은 확인되지 않았다. 한편 누적 폭풍 파랑에너지와의 상관분석 결과, 폭풍 파랑은 해빈 폭 변화의 크기와는 유의한 관계를 보였으나 변화의 방향과는 관계가 없었으며, 단면적과는 크기와 방향 모두 유의한 관계가 확인되지 않았다.

이상의 결과를 종합하면, 백사장 해빈과 사취의 지형 변화는 두 지형 간의 퇴적물 교환과 관련되는 것으로 판단된다. 해빈 측선들의 연간 단면적 감소율 합계 대비 사취 측선의 증가율은 약 66%였으며, 항공사진과 경험고유함수 분석 결과를 종합하면 이러한 공간적 대응은 두 지형 간 퇴적물 교환 가능성을 시사한다. 한편 2023년 이후에는 해빈의 단면적 감소가 뚜렷한 사취 증가를 동반하지 않아, 백사장 해빈과 사취의 퇴적물 교환이 과거와 같은 방식으로 진행되고 있지 않을 가능성이 있다. 한편 해빈 폭의 변화에는 퇴적물 교환뿐만 아니라 릿지와 런넬의 이동이 함께 반영된 것으로 판단된다. 릿지의 위치에 따라 해빈 폭은 단면적과 무관하게 변동할 수 있으며, 실제로 해빈 폭과 단면적의 상관은 릿지와 런넬의 발달이 미약한 3번과 4번 측선에서만 유의하였다. 즉, 백사장 해빈의 단면적 공간 구조는 해빈-사취 간 퇴적물 교환의 경계를, 해빈 폭은 릿지-런넬 거동의 구배를 각각 반영하는 것으로 보인다.

다만 본 연구는 퇴적물의 이동을 직접 관측한 것이 아니라는 점, 경험고유함수 분석의 공간적 범위가 제한적이라는 점, 사취 지형 변화에 침식방지목책이 영향을 얼마나 주었는지 확인할 수 없다는 점 등의 한계를 가지고 있다. 이러한 한계를 보완하기 위해서는 향후 해빈과 사취를 포괄하는 계절 내 스케일의 지형 관측과 파랑･조류 자료를 연계하고, 퇴적물 이동까지 포괄하는 후속 연구가 필요하다. 한편 해수면 상승과 해일 등으로 인한 연안 재해가 주요한 문제로 대두되는 가운데(박정재, 2009), 완충 공간인 해빈 지형 변화 이해의 중요성이 높아지고 있다. 본 연구의 결과는 연안침식의 평가와 관리에서 해빈과 인접 지형을 함께 고려할 필요가 있음을 보여준다.