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A Study of Habitat Environment Mapping Using Detailed Bathymetry and Seafloor Data in the Southern Shore of the East Sea(Ilsan Beach, Ulsan)
정밀 해저지형 및 해저면 자료를 활용한 동해 남부 연안(울산 일산해변) 생태계 서식지 환경 맵핑 연구
Econ. Environ. Geol. 2021 Dec;54(6):717-31
Published online December 28, 2021;  https://doi.org/10.9719/EEG.2021.54.6.717
Copyright © 2021 The Korean Society of Economic and Environmental Geology.

SoonYoung Choi, ChangHwan Kim*, WonHyuck Kim, HyunSoo Rho, ChanHong Park
최순영 · 김창환* · 김원혁 · 노현수 · 박찬홍

Korea Institute of Ocean Science and Technology
한국해양과학기술원
Received October 29, 2021; Revised December 10, 2021; Accepted December 13, 2021.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
 Abstract
We analyzed the characteristics of the habitat environment for the Seonam study area in Ulsan, the southern shore of the East Sea using bathymetry and seafloor environment data. The depth of the study area ranges from about 0 m to 23 m. In the west of the study area, the water depth is shallow with a gentle slope, and the water depth becomes deeper with a steep slope in the east. Due to the right-lateral strike-slip faults located in the continental margin of the East Sea, the fracture surfaces of the seabed rocks are mainly in the N-S direction, which is similar to the direction of the strike faults. Three seafloor types (conglomeratic-grained sandy, coasregraiend sandy, fine-grained sandy) and rocky bottom area have been classified according to the analyses of the bathymerty, seafloor image, and surface sediment data. The rocky bottom areas are mainly distributed around Seaoam and in the northern and southern coastal area. But the intermediate zone between Seonam and coastal area has no rocky bottom. This intermediate area is expected to have active sedimentation as seawater way. The sandy sediments are widely distributed throughout the study area. Underwater images and UAV images show that Cnidarians, Brachiopods, Mollusks are mostly dominant in the shallow habitat and various Nacellidae, Mytilidae live on the intertidal zone around Seonam. Annelida and Arthropod are dominant in the sandy sediments. The distribution of marine organism in the study area might be greatly influenced by the seafloor type, the composition and particle size distribution of the seafloor sediments. The analysis of habitat environment mapping with bathymetry, seafloor data and underwater images is supposed to contribute to the study of the structure and function of marine ecosystem.
Keywords : shore, bathymetry, seafloor image, sediment, habitat map
Research Highlights
  • A habitat environment theme map was prepared using a detailed bathymetry and Seafloor environmental data

  • The study area is divided into underwater rock areas and a total of three sedimentray areas for analyzing result

  • It is expected that the biological distribution of the study area was mainly affected by the sedimentary distribution and particle size

1. 서 론

연안은 인간의 활동영역에서 육지와 해양이 연결되는 접경 지대로서 육상 생활권과 해양 생활권이 겹쳐지는 지역이다. 이로 인하여 다양한 자연환경에서 비롯되는 환경적 요인 뿐 만 아니라 경제적, 사회적, 문화적으로 매우 밀접한 관련이 있는 지역이다. 특히 연안은 흔히 우리가 말하는 갯벌지역을 포함한 조간대를 비롯하여 사질(모래)지역과 암반지역 등 여러 지역을 아우르는 다양한 서식지 환경을 이루고 있으며, 이와 관련된 수많은 동·식물들의 다양한 분포로 인하여 인간과 밀접한 연관성을 가지고 있는 지역이다. 따라서 최근 대두되는 기후변화 또는 인간 활동과 관련하여 여러 생태계 변화 양상을 파악하기 용이한 지역특성으로 인해, 세계 곳곳에서 일어나는 환경 이상 모니터링 측면에서도 매우 중요한 지대라 말할 수 있다. 현재 전 세계적으로 기후 변화로 인한 이상 현상 또는 인간의 개발로 인한 생태계 파괴로 인해 생태계 환경 변화가 급속도로 빨라지고 있다(IPCC, 2019). 그로 인해 체계적인 국가 연안역 관리 필요성이 중요해짐에 따라 유럽, 미국, 호주 등 여러 해외 국가 기관에서는 연안지역에 대한 관리 효율성을 위한 연안 생태계 환경 모니터링 프로젝트를 진행하고 있다. 대표적으로 유럽의 EMODnet(European marine observation and data network, https://www.emodnet-humanactivities.eu), 미국의 Office for Coastral Management(NOAA, https://coast.noaa.gov)에서 진행하는 프로젝트들을 예로 들 수 있으며, 이러한 프로젝트들은 기존에 수행되어 왔던 각 특정 분야에 대한 조사결과 뿐 만 아니라 다양한 해양환경조사를 통합하여 인간 활동에 대한 영향까지 고려한 연안 해양 생태계 관리를 수행하고 있다(EEA, 2020). 국내에서도 국외에서 수행된 유사한 연구를 토대로 해저면 환경과 서식지 맵핑에 대한 분석을 시작하였으며 특히 해저지형 및 지질환경과 연계된 다양한 통합 이미지화 서식지 맵핑연구를 지속해오고 있다(Pandian et al., 2009; Che Hasan et al., 2012, 2014; Lee, 2015; Lee et al., 2016; Lee et al., 2017; Lee and Ryu, 2017). 더불어 대한민국 정부는 2019년부터 인간의 이용에 따른 해양 생태계 위협 및 훼손증가로 인하여 해양공간계획법 시행에 따라 해양공간계획을 도입하면서 해양용도 구역지정을 통해 해양공간의 자연적 특성, 생태환경, 이용·보전 수요 등을 관리하고자 노력하고 있으며 이를 해양공간종합지도를 통해 활용할 예정에 있다(https://www.msp.go.kr/main.do).

기후변화에 따른 해양의 수온 및 해수면 상승은 연안역 침식과 연안 생태계 변화를 유발함으로 그로 인한 해양환경 변화를 모니터링하기 위해서는 연안에서 나타날 수 있는 해양환경 및 생태계 변화, 그리고 연관된 지형 및 퇴적 환경 변화 연구를 종합적으로 수행할 필요성이 있다. 한국 주변해 중 동해는 쿠로시오 난류와 동한 한류가 만나는 교차 해역으로 한반도 주변 해역에서 기후변화 및 생태계 변화 양상을 쉽게 파악하는데 있어 유리하다. 따라서 본 연구는 기후변화에 대한 대응 기반 시스템 구축의 일환으로, 동해 남부에 해당하는 울산 일산해변과 인접한 선암 주변 지역에 대해 핵심 연구거점을 선정하여 서식지 환경 정밀 모니터링 조사를 통해 연구거점의 종합적인 서식지 환경 맵핑 분석 및 서식지 환경특성을 파악하고자 하였다.

2. 연구지역

본 연구에서 연구거점으로 선정한 울산 남동부 지역은 대체적으로 중생대 백악기에 퇴적된 경상계 신라군층 울산층이 널리 분포하고 있으며 백악기 말 우리나라 전역에 광범위하게 일어난 화성활동으로 인해 경상계 불국사층군 반상흑운모화강암들을 비롯한 심성암류, 반심성암류 및 맥암류가 기존 퇴적암류에 관입되어 형성된 지역이다(Park and Yoon, 1968)(Fig. 2). 그 후 융기한 지반은 오랜 침식 작용을 받고 올리고세에 들어 다시 화산활동이 일어나 안산암류가 분출하여 고결되고 마지막으로 해침과 해퇴를 거듭하면서 침식작용을 받은 것으로 연구된 지역이다(Park and Yoon, 1968). 본 연구지역인 선암은 울산 일산만 초입에 존재하는 노출암으로 방어진 및 대왕암공원 일대에 관입된 세립질 흑운모 화강암 또는 분홍 장석 화강암일 것으로 판단된다(Choi et al., 2003). 연구지역인 일산만 일대는 방어진부터 일산만 남부까지 NS 내지 NNE-SSW 방향으로 관통하는 소규모 지구형태의 정단층들이 존재하며 이는 동해 후열도 분지가 만들어지면서 한반도 동해 대륙주변부에서 나타난 양산단층과 유사한 우수향 주향이동 단층운동의 영향일 것으로 추정된다(Choi et al., 2003). 선암이라 명칭된 바위섬은 총 6개의 크고 작은 섬들이 모여 있는 군도와 유사한 형상이다(http://uii.mof.go.kr). 선암 주변에는 전체적으로 사질 지대가 넓게 분포하고 일부분 암석 지대가 혼합되어 나타나고 있으며 일산 연안은 동해에 발달되어 있는 사질-암석 지대가 잘 나타나는 지역으로 동해 북부 강릉지역에서 나타난 화강암류 분포지에서 사질해안이 우세하다고 보는 지역과 유사한 특징을 보이고 있다(Kim and Hwang, 2011; Lee et al., 2020).

Figure 2. Geological map around Ulsan area by KIGAM(1968, A) and Ilsan beach by Choi et al.(2003, B) in the southern shore of Korea peninsula.
3. 자료획득

본 연구는 선암 주변의 약 500 m × 500 m 해역 범위에 존재하는 사질-암반 해역에 대하여 해저지형 및 해저면 영상 현장조사를 수행하였다. 이와 더불어 해저면 환경을 파악하기 위해 표층퇴적물을 채취하였고 기타 수중영상과 드론촬영을 통해 선암 주변의 서식지 생태환경과 관련된 조사를 수행하였다. 조사 시기는 각각 2018년 5월 9일부터 5월 12일까지 해저지형 및 해저면 영상 조사, 2018년 6월 25일에는 선암 주변 노출암 지역에 대해 드론 조사, 2018년 7월 17일은 서식지 영상지도 제작을 위한 수중영상 촬영, 7월 25일은 선암 주변 총 12개 지점에서 표층퇴적물 채취 조사를 수행하였다. 정밀해저지형조사는 다중빔 음향측심기(Multi-beam Echo Sounder)인 R2Sonic 사의 Sonic 2020를 활용하였으며 조사 시 주사범위는 좌우 65°/65°로 약 200 kHz 주파수 대역을 이용하여 자료를 획득하였다. 해저면 영상 조사는 해저면 영상 탐사기(Side Scan Sonar)인 EdgeTech 사의 4215 천해용 모델을 활용하였으며 400/900 kHz 해저면 영상 자료를 획득하였다. 표층퇴적물의 경우 Smith Mcintyre Grab 채취기를 사용하여 퇴적물을 획득하였다. 드론 촬영은 DJI 사의 Phantom4Pro를 운용하였으며 선암 주변의 노출암을 대상으로 고도 150 m 이내 수직상공에서 총 200여장 정도 사진을 촬영하였다. 해저지형 조사의 경우 선암 주변의 암초로 인해 선박이 선암 주변으로 접근이 어려운 지역이 존재하여 그 지역에 대한 수심자료를 획득하기 어려운 점이 있었다. 이를 해결하고자 먼저 조사 범위 중 접근이 용이하지 않은 지역을 제외하고 나머지 지역을 조사완료 후 음향측심기의 센서를 선박의 외곽 방향으로 약 20° 기울여서(Tilt) 고정하여 수중 빔의 최대도달 범위를 확장하였다. 이후 접근이 용이하지 않은 지역를 추가 조사하여 조사하기 어려운 지역에 대한 수심 자료를 최대한 획득하고자 하였다.

4. 자료처리 및 분석

선암 주변에서 획득한 원시 수심자료는 CARIS 사의 Hips & Sips 프로그램을 활용하여 후처리 및 보정하였다. 해저지형 자료처리는 먼저 원시자료를 프로그램에서 편집 가능한 파일로 변환작업을 거쳐 수심 자료 측정 당시 환경에 대한 변수값을 보정할 수 있는 자세(Navigation/Altitude) 보정, 조위(Tide) 보정, 음속(Sound Velocity Profile) 보정, 깊이오류 제거(Filtering) 과정, 오측 빔 제거(Swath, Subset) 과정을 수행하였다(CARIS, 2021). 모든 보정이 끝난 후 보정에 사용된 수심 평면도에 대한 추가분석 및 전체 수심자료의 오측자료에 대한 확인 과정을 거쳐 최종 수심 값을 도출하였다. 선암 주변에서 획득한 원시 해저면 영상 자료는 Chesapeake Techology 사의 SonarWiz 프로그램을 활용하여 후처리 및 보정하였다. 해저면 영상 자료처리는 원시자료 파일 변환 과정을 거쳐 모자이크 생성과 해저면 영상 기록의 위치(Navigation)보정, 수주(Water column) 기록 및 Bottom Tracking 보정 및 AGC(Automatic Gain Control) 보정, BAC(Beam Angle Correction) 보정, UGC(User-defined Gain Control) 보정, TVG(Time varied Gain) 보정, 오측 영상 부분 제거(Clear Segment) 과정을 수행한 후 최종적으로 보정된 자료를 해저면 영상도 Geotiff로 도출하였다(Chesapeake Technology, 2021). 표층퇴적물은 각 정점에서 획득한 시료의 입도분포 분석을 통해 Folk(1968)의 삼각좌표(GSM Diagram)을 통해 도시하였다. 수중영상 자료는 잠수사가 직접 다이빙하는 수중과학잠수조사를 통해 획득한 약 10 m × 10 m 면적에 해당하는 약 900 ~ 1,200 장의 개별 고화질 이미지(2,100만 화소급)을 합성하여 하나의 서식지영상합성지도를 제작하였다. 서식지영상합성지도는 서식지 환경 분석 작업을 위해 수중조사 때 DGPS 좌표를 이용하여 수중영상의 각 모서리 지점을 기록한 후 최종 합성된 서식지영상합성지도를 Bluemarble Geographic 사의 GlobarMapper 프로그램을 활용하여 지상기준점(Ground Control Point) 작업 후 최종 결과물을 Geotiff로 도출하였다. 선암 주변구역을 전체적으로 촬영한 드론 사진 자료는 Agisoft 사의 Metashape 프로그램을 활용하여 지상기준점 보정 및 이미지 합성을 통해 최종 항공 정사영상도 Geotiff로 도출하였다(Agisoft, 2021). 해저지형을 비롯한 모든 해저환경자료는 QPS 사의 Fledermaus 프로그램을 활용하여 2차원 또는 3차원으로 구현하였고 해저지형 자료를 기반으로 해저면 영상과 퇴적물 입도분포 분석 자료 및 수중영상/드론영상 자료를 중첩 및 통합 연계하여 각 주제도를 작성함으로 종합적인 서식지 환경 특성을 분석하였다.

5. 결과 및 토의

5.1. 정밀 해저지형 특성 분석

연구지역인 울산 일산해변 선암 주변 해역에 대해 도출한 최종 수심값으로부터 정밀 해저지형도를 작성하였다(Fig. 3). 조사한 해역은 바다가 육지쪽으로 들어와 있는 일종의 소형 만(Bay) 형태를 띄는 지역으로서 노출암인 선암 및 선암 주변은 울산 일산 해변으로부터 약 850 m 정도 떨어져 서쪽 연안과 동쪽 외해가 이어지는 오목한만 입구 길목 가운데 위치한다(Fig. 1). 연구지역의 전체적인 수심은 노출암인 선암부터 수심 약 0 m ~ 23 m의 범위 내에 분포한다. 전체적인 해저지형을 살펴보면 선암을 중심으로 동쪽과 남쪽 해역, 서쪽과 북쪽 해역의 해저 지형 양상이 상이하다. 동쪽 해역에서 선암 주변 지역은 선암과 연결된 큰 규모의 수중암반 지대가 위치하고 있으며 육상에 노출한 선암과 유사한 형태의 수중암반이 발달하고 있다. 동쪽 해역에서 선암에서 수중암반지대를 지나면 바로 외해로 이어지면서 수심이 타 지역에 비해 가파른 경사를 가지며 깊어진다. 남쪽 해역은 선암 주변 지역에서 수중암반 지대가 거의 나타나진 않지만 선암 동쪽 해역과 거의 유사하게 가파른 경사를 가지고 수심이 깊어진다. 그에 비해 서쪽 해역에서 선암 주변 지역은 북서쪽은 완만한 구릉 지형이 나타나고 남서쪽은 수중암반 지대가 일부 존재한다. 서쪽 해역의 선암주변 지역 수중암반 지대의 경우 동쪽 해역 선암 주변 수중암반 지대보다는 좀 더 작은 규모이며 일부는 남서쪽에 이격되어 나타난다. 남서쪽의 수중암반의 형태는 가늘고 긴 형태를 띄며 매우 불규칙한 형태를 띄고 있다. 서쪽 해역에서 선암 주변 지역을 지나면 연안쪽으로 갈수록 더욱 완만한 경사로 수심이 얕아진다. 북쪽 해역도 서쪽 해역과 마찬가지로 완만한 경사를 보이며 수심이 얕아지는 특징을 보인다. 북쪽과 남쪽 연안 주변에는 만 입구에 해당하는 육지지역과 맞닿아 있어 대부분 암반지역이 분포하고 있다. 전체적으로 수중암반 지대는 조사지역에 3 m ~ 9 m 구간 범위에서 잘 발달되어 있으며 특히 서쪽보다는 동쪽 해역에 다수 분포하고 있다. 특히 동쪽 해역에 위치한 수중암반들의 형태는 하나의 큰 암반이 아닌 여러 갈래로 나누어져 있으며 암반들이 갈라진 방향이 주로 N-S 방향을 가지고 있는 것으로 보아 이러한 방향성은 연구지역에 형성된 소규모 우수향의 주향이동 단층들의 영향일 것으로 예상된다. 연구지역에서 수중암반 지대를 제외하고는 대부분 주로 사질 퇴적지역이 넓게 형성되어 있는 것으로 판단되며 수중암반을 제외한 기타 인공구조물 및 특이한 해저지형은 존재하지 않는 것으로 보여진다.

Figure 1. Location of the study area in the southern shore of the East Sea(Ilsan beach, Ulsan).
Figure 3. The bathymetry map around the Seonam study area. The yellow circles indicate successful sampling points.

5.2. 해저면 영상 특성 분석

연구지역인 울산 일산해변 선암 주변 해역에 대해 도출한 최종 해저면 영상 Geotiff으로부터 해저면 영상도를 작성하였다(Fig. 4). 해저면 영상 자료는 정밀 해저 지형과 동일한 범위의 해저면 영상 자료를 획득하여 분석하였다. 해저면 영상 자료의 경우 수중에서 양쪽 방향으로 음파를 발생시켜 반사되어 온 음향신호의 강도를 영상으로 표현함으로서 해저면의 이상체에 대한 정보 취득이나 해저 상태와 관련된 표층퇴적물의 분포특징, 암반의 분포상태, 해저면에 대한 정보를 파악하는데 용이하다(Son, 2010). 연구지역의 해저면 영상도를 살펴보면 전체적으로 선암 주변의 동쪽 및 서쪽 인접 지역, 그리고 북부 및 남부 연안 해역에서 강하고 불규칙하며 복잡한 패턴의 반사강도가 나타나며 이는 주로 해저지형에서 존재하는 수중암반 지대와 일치하는 지역으로 판단된다. 해저면 영상도에서 수중암반 지대를 제외한 대부분의 사질 퇴적지대에서는 비교적 균일한 패턴의 반사강도가 나타나는 것으로 보아 동해안에서 흔히 보이는 사질 또는 니질 퇴적물이 우세할 것으로 판단된다. 수중암반 지대와 사질 퇴적물 지대는 대체적으로 잘 구분되지만 수중암반 사이 곳곳에 사질 퇴적물들이 존재함으로 일부 수중암반 지대에서는 사질 퇴적물 지대가 혼재되어 나타난다. 한편 단순 수심변화에 따른 음향강도의 상관성은 크게 나타나지 않으며 주로 해역별 퇴적물 분포의 차이로 인한 음향강도가 나타나는 것으로 예상된다. 사질 퇴적물 지대에서 특히 남서쪽과 남쪽, 그리고 남동쪽 해역의 음향기복은 주로 어두운 색으로 표현되는데 이는 각 해역별 표층 퇴적물의 입도 차이와 서로 다른 수심대로 인해 전체적인 음향 기복이 타 해역보다 좀 더 어둡게 표현되는 것으로 파악된다. 이처럼 해저면 영상도는 해저면 환경 특성 정보를 분석하는데 중요한 자료로 이용할 수 있으며 해저면 영상도와 정밀 해저 지형자료를 서식지 맵핑 주제도 작성에 같이 활용함으로서 통합 연계 분석이 가능하다.

Figure 4. The Seafloor image map using side scan sonar around the Seonam study area.

5.3. 표층 퇴적물 특성 분석

동해 남부 연안의 사질-수중암반 지대인 울산 선암 주변의 정밀 해저 지형과 해저면 영상 자료를 분석한 약 500 m × 500 m 범위 해역 내에서 표층퇴적물 시료를 획득하고 분석하여 해저면 환경 특성을 파악하고자 하였다. 연구지역인 울산 일산해변 선암 주변 해역에 대해 각 정점에서 획득한 시료의 입도분포 분석을 통해 표층퇴적물 분포를 도시하였다. 표층퇴적물 채취를 계획한 정점은 총 12개 정점이며 연구지역에 대한 전체적인 해저환경 특성을 분석하기 위해 정밀 해저 지형자료를 사전 분석하여 울산 선암 주변지역에서 퇴적 지대 위주로 정점을 선정하였다(Fig. 3). 총 12개 정점 중 11개 정점(St. 02, St. 03, St. 04, St. 05, St. 06, St. 07, St. 08, St. 09, St. 10, St. 11, St. 12)에서 표층퇴적물 시료를 획득하였으며, 시료를 획득하지 못한 St. 01 정점은 수중암반 지대 위로 퇴적층이 얇게 형성되어 퇴적물이 획득되지 못한 것으로 판단된다. 연구지역의 퇴적상을 살펴보면 각 정점에서 획득한 표층퇴적물의 입도조성을 Folk(1968)의 삼각좌표(GSM Diagram)에 도시한 결과, 연구지역은 각각 역질사(gS, gravelly sand), 사질역(sG, sandy gravel), 연역질사((g)S, slightly gravelly sand), 연역니질사((g)mS, slightly gravelly muddy sand), 점토질사(cS, clayed sand), 사질(S, sand)퇴적물로 구분되어 총 6개의 퇴적상으로 분류되었다(Fig. 5A, Table 1). 대부분의 정점(St. 03, St. 05, St. 06, St. 07, St. 08, St. 09, St. 10, St. 11, St. 12)에서 사질 위주의 퇴적물이 주로 우세하게 나타났으며, 일부 정점(St. 02, St. 04)은 역질이 다소 포함된 사질 퇴적물이 분포하는 것으로 나타났다. 특히 전체적으로 연역질사((g)S)와 연역니질사((g)mS) 퇴적물과 같은 사질분포가 매우 높은 퇴적물(St. 06 ~ St. 11)이 주를 이루는 것으로 보아 이 지역의 대부분은 사질퇴적물이 분포하는 것으로 파악하였다. 지역적으로 퇴적물 입도분포를 살펴보면 선암을 기점으로 북쪽 및 북서쪽 해역이 남쪽 및 남서쪽 해역보다 좀 더 큰 입도가 나타나는 것으로 파악되었다(Fig. 5B). 이러한 분포양상은 북쪽 연안지역이 남쪽 연안지역보다 암반 지대의 분포가 비교적 넓어 북쪽 암반 지대로부터 큰 입자의 퇴적물들이 많이 유입되어 북쪽 및 북서쪽 해역의 입도가 좀 더 큰 것으로 사료된다.

Table 1 . Classification of seafloor sediment type around Seonam according to surface sediments analysis, bathymetry data and seafloor image

Sample NoSt. 02St. 03St. 04St. 05St. 06St. 07St. 08St. 09St. 10St. 11St. 12
Composition (%)Gravel28.800.0059.020.000.022.092.681.940.466.900.00
Sand66.1588.4238.9989.6793.2895.0986.6796.1888.7190.0294.70
Silt0.722.980.182.071.000.321.790.151.830.280.74
Clay4.338.601.808.275.712.508.851.739.002.804.56
Statistical ParametersMZ (Phi)0.103.10-0.991.992.990.921.720.912.270.592.42
St.De.1.811.660.831.971.620.782.080.991.901.031.06
Skew.0.200.370.380.430.40-0.040.430.070.39-0.110.17
Kurt.1.262.890.972.962.940.923.441.063.081.022.64
Sed. particle size TypegS(g)mS/cSsG(g)mS/cS(g)S(g)S(g)mS(g)S(g)mSgSS
Sed. TypeType IIIType IVType IItype IType IVtype IType IVType IIItype IType IIIType IV
Sand (Coasregrained)Sand (Finegrained)Sand (Conglom etraicgrained)Rock BottomSand (Finegrained)Rock BottomSand (Finegrained)Sand (Coasregrained)Rock BottomSand (Coasregrained)Sand (Finegrained)

Figure 5. A) The results of particle size distribution analysis and B) The particle size distribution map around the Seonam study area.

5.4. 서식지 환경 맵핑 분석

동해 남부 연안의 대표적인 사질-수중암반 지대가 발달해 있는 울산 선암(노출암) 주변 해역에서 획득한 정밀 해저 지형자료와 해저면 영상자료 및 표층퇴적물 입도분포 자료를 중첩·통합하여 서식지 해저면 환경에 대한 맵핑 주제도를 작성하고 분석하였다(Fig. 6). 본 연구에서 작성한 서식지 환경 맵핑 주제도는 해저면에 대한 3차원 정밀 해저 지형정보를 기반으로 2차원의 해저면 환경정보들을 각각 레이어(Layer)로 생성하여 주제에 맞는 해저면 환경 특성 주제도로 합성하여 시각화하였다. 서식지 환경 맵핑 주제도를 살펴보면 기본적으로 해저지형과 해저면 영상에서 각각 분류한 수중암반 지대와 사질 퇴적물 지대 범위가 잘 일치함을 확인하였다. 특히 선암 주변에 존재하는 불규칙한 음향기복 뿐만 아니라 곳곳에 존재하는 소규모 암반 위치까지 정밀 해저지형과 해저면 영상을 통합한 서식지 환경 맵핑 주제도를 통해 더욱 확실히 파악할 수 있었다. 해저 지형도에서 암반이 위치하고 있는 수심 굴곡이 복잡한 지역들은, 해저면 영상도에서 반사강도가 크고 변화가 복잡하게 나타남으로서 암반지역과 사질 퇴적층 지역이 확연히 구별되어 수중암반 지대와 퇴적 지대 범위를 더욱 쉽게 구분할 수 있었다. 한편 해저면 환경 특성을 좀 더 자세하게 분석하기 위해 정밀해저지형과 해저면 영상을 통합한 서식지 환경 맵핑 주제도에 표층 퇴적물 분포를 추가하여 서식지 환경 맵핑 분류도를 작성하였다(Fig. 7). 해저면 분류 기준은 해저지형 기반 자료의 경사도, 굴곡도 및 해저면 영상 자료의 음향 기복 패턴을 기반으로 분석하였으며, 이를 실제 표층 퇴적물의 입도 분석 결과와 활용 및 매칭하여 종합적으로 연구지역의 해저면 환경 특성을 파악하였다(Park et al., 2008; McGonigle et al., 2009; Brown, et al., 2011). 전체적으로 정밀 해저 지형도와 해저면 영상도에서 나타난 암반지역 분류 결과와 표층퇴적물 분석 결과는 매우 유사하게 나타났다. 서식지 환경 맵핑 분류도를 살펴보면, 크게 수중암반 지대와 사질 퇴적층 지대 두 가지 해저환경 특성으로 분류할 수 있으며 사질 퇴적층 지대는 음향 기복과 표층퇴적물 분포를 고려해 역질사질 퇴적물 구간, 조립한 사질 퇴적층 구간 및 세립한 사질 퇴적층 구간으로 자세히 구분함으로 총 3가지 type으로 해저면을 분류하였다. 수중암반 지대는 주로 선암을 둘러싼 선암 주변의 동쪽 및 서쪽 인접지역, 그리고 북쪽 및 남쪽 연안 해역에 집중적으로 분포하고 있다. 그러나 선암 주변 인접지역과 북쪽과 남쪽 연안 해역 사이의 중간 해역은 암반이 거의 존재하지 않는다. 이러한 특징은 이 중간 해역이 연안과 외해로 연결되는 지역으로서 해수의 이동에 따른 퇴적물의 주 이동통로로서 타 해역보다 비교적 활발한 퇴적활동이 일어났을 것으로 예상된다. 사질 퇴적물 지대 중 역질 사질 퇴적물 지대는 연구지역 북동쪽 해역에서 주로 분포하고 있으며 선암 주변 수중암반 지대와 북쪽 연안 수중암반 지대 사이에 나타나는데 이는 주변 암반들이 파식되어 역질의 사질 퇴적물이 생성된 것으로 예상된다. 세립질 사질 퇴적물 지대로 분류한 지역은 주로 해저면 영상도에서 좀 더 어둡게 표현된 음향기복이 나타났던 남서쪽, 남쪽 그리고 남동쪽 해역의 사질 퇴적물 지대로서 실제 타 해역보다 세립질의 퇴적물이 우세하게 형성되어 있는 것으로 나타났다. 그 밖에 조립질이 우세한 사질 퇴적물 지대는 연구지역 전체 해역에 산재되어 분포하고 있다.

Figure 6. The result of integrated visualization using the bathymetry and seafloor image map around the Seonam study area. A) 2D plan view, B) 3D southwest view, and C) 3D southeast view.
Figure 7. Seafloor classification analysis around the Seonam A) bathymetry, B) side scan sonar mosaic image, C) slope derived from bathymetry data, D) Rugosity derived from bathymetry data, and E) classified map based on integration using A), B), C), D) and sediment samples data.

선암 최근접 해역의 좀 더 상세한 서식지 환경 특성 분석을 위해 선암을 이루고 있는 바위 중 가장 큰 중앙 바위 남쪽 지역 수중 암반의 경사면에 대해 수중과학잠수조사를 수행하였으며, 이를 통해 제작한 수중생태지도 및 수중영상 자료, 그리고 선암 수직 상공에서 촬영한 드론 사진 자료를 활용하여 서식지 생태계 환경 종합 분석을 실시하였다. 수중잠수과학조사를 통해 제작한 수중생태지도와 서식환경 유형별 해양생물의 종 다양성 조사는 조사한 해역에서 분포하는 유형별 해양생물 분포와 우점하는 서식생물들의 생태 특성 분석을 위해 중요한 요소이며 서식지 유형, 수심에 따른 종합 서식지 환경 모니터링 자료로 활용할 수 있다. 수중영상으로 만든 서식지 영상합성지도는 실제 확인하고자 하는 지역의 지질 및 지형정보와 그 위에 부착된 해조류 또는 부착생물들을 시각적으로 표현하여 육안으로 잘 확인할 수 있다(Fig. 8). 따라서 수중생태지도를 위한 종 다양성 조사 자료와 서식지영상합성지도 자료는 해저지형 및 해저환경과 생물상의 연계 분석을 하는데 있어 매우 유용한 자료이다. 선암 주변 수중암반 지대에서 출현한 해양생물은 총 11문 86종이 출현하였으며 이 중 서식지영상합성지도 제작을 위한 조사지역(10 m × 10 m)에서 출현한 무척추동물은 총 49종이 출현하였다. 총 해면동물 3종, 자포동물 3종, 연체동물 24종, 환형동물 2종, 절지동물 6종, 완족동물 1종, 극피동물 8종, 척삭동물 2종이 출현하였으며 주로 자포동물인 갈색꽃해변말미잘(Anthopleura japonica), 검정꽃해변말미잘(Anthopleura kurogane), 풀색꽃해변말미잘(Anthopleura midori)과 완족동물인 세로줄조개사돈(Coptothyris grayi), 연체동물인 둥근전복(Nordotis discus), 밤고둥(Chlorostoma lischkei), 뚱뚱이짚신고둥(Crepidula onyx), 뿔두드럭고둥(Reishia luteostoma), 대수리(Reishia clavigera) 등이 우점하여 나타났다(KIOST, 2019).

Figure 8. The distribution of marine organism in the seabottom habitat environment around the Seonam(about 10 m × 10 m). A) the aerial orthophoto images around Seaoam. B) the synthesized map of the underwater images. C) 3D reconstructed map of the underwater images.

한편 수중과학잠수조사로부터 파악된 수중암반 지대의 해양생물 생태 특성과 별도로 표층 퇴적물 샘플링을 통해 연구지역 전체적으로 분포하고 있는 사질 퇴적물 지대에서 출현하는 해양생물 분포를 파악하였다. 표층 퇴적물 분석을 통해 파악한 사질 퇴적물 지대에서 출현하는 대형 저서생물은 총 92종이 출현하였으며 주로 환형동물이 45종으로 가장 많이 나왔고 연체동물은 17종으로 가장 적게 나왔다. 대형저서동물 우점분류군별 서식밀도분포 패턴을 보았을 때, 연체동물의 경우 평균 서식밀도가 20 inds./m2이며 St. 10에서 60 inds./m2로 가장 높았고 St. 08에서는 출현하지 않았다. 환형동물은 평균 550 inds./m2 나왔으며, St. 09에서 1,290 inds./m2로 가장 높았으며 St. 11에서는 145 inds./m2 으로 가장 낮았다. 절지동물은 평균 375 inds./m2 출현하였고, St. 07에서 260 inds./m2 으로 가장 높게 나왔고 St. 03에서 5 inds./m2으로 가장 낮았다(KIOST, 2019). 환형동물의 경우 얼굴갯지렁이(Aonides oxycephala)는 모든 정점에서 출현하였으며 그 밖에 다양한 Siphonoecetes exolitus, 양손갯지렁이(Magelona japonica), 민얼굴갯지렁이(Spiophanes bombyx), 작은수염갯지렁이(Micropodarke dubia), 버들갯지렁이류 (Capitellidae sp. 1), 대나무갯지렁이류(Maldanidae sp. 1)순으로 우점하였다. 절지동물의 경우 넓적손왼손집게(Diogenes edwardsii)는 대부분의 정점에서 10 inds./m2 이하로 나왔지만, St. 12에서 3115 inds./m2가 출현하여 가장 우점하는 종이 되었다(KIOST, 2019). 이들 우점종들은 사질 서식지를 선호하는 종이며, 종별로 선호 서식지의 차이가 나타난다. 연구지역 내 대형저서동물 군집구조는 세부적으로 그룹 a(St. 03, 05, 06), 그룹 b(St. 02, 04, 07, 08, 09, 10, 11, 12)로 구분되었다. a그룹에는 양손갯지렁이(Magelona japonica), b그룹에는 얼굴갯지렁이(Aonides oxycephala), 넓적손왼손집게(Diogenes edwardsii)가 우점하여 출현하였다(KIOST, 2019)(Table 2). 이러한 군집구조가 나타나는 요인은 주로 수심과 표층 수온, 퇴적물의 실트 함량, 퇴적물 평균 입도 등 다양한 조합으로 올 수 있는 서식환경 유형 차이에 비롯된 것으로 예상된다. 퇴적 지대별 대형저서동물 군집구조 분포로는 그룹 a는 선암 남서쪽 해역에 주로 분포하고 그룹 b는 나머지 모든 해역에 해당된다. 그룹 a에 해당되는 퇴적 지대의 퇴적물의 조성 및 입도 분석 결과를 살펴보면 선암 남서쪽 해역에 해당하는 세립한 사질 퇴적물 지대는 주로 점토질의 퇴적물 함량이 높은 편이며 특히 역암질의 퇴적물 함량이 매우 낮은 편이다. 따라서 이 지역의 대형저서생물 생태 특성은 점토질 퇴적물의 함량 비율 또는 역암질 퇴적물의 함량 비율과 높은 상관성을 나타낼 것으로 판단된다. 그 밖에 그룹 b의 St. 08, St. 10의 퇴적물 구성 및 입도 분석 결과가 그룹 a의 분석 결과와 매우 유사하게 나타났으며 이를 고려하여 연구지역 모든 정점에서 나타는 얼굴갯지렁이의 서식밀도 분포를 살펴본 결과 와 St. 08, St. 10를 포함한 그룹 a의 퇴적 지대에서는 얼굴갯지렁이의 서식밀도가 현저하게 낮게 나타나는 것이 확인되었다. 이를 종합했을 때 연구지역인 선암 주변 지역에서 서식하는 해양생물 분포는 다양한 환경요인(수심과 표층 수온, 퇴적물의 실트 함량, 퇴적물 평균 입도 등)에 의해 영향을 받겠지만 특히 해저 퇴적층의 조성 및 입도의 영향을 많이 받는 것으로 판단된다.

Table 2 . List of dominant species of macrobenthos around the Seonam study area

TaxaSpeciesKorean nameDensity%
CdeDiogenes edwardsii넓적왼손집게28629.6
ApoAonides oxycephala얼굴갯지렁이류27228.2
CamSiphonoecetes exolitus-545.6
ApoMagelona japonica양손갯지렁이394.0
ApoSpiophanes bombyx민얼굴갯지렁이343.5
ApoMicropodarke dubia작은수염갯지렁이313.2
ApoCapitellidae sp.1버들갯지렁이류222.3
ApoMaldanidae sp.1대나무갯지렁이류212.2


연구지역의 수중 환경 뿐 만 아니라 수면 위 환경 파악 및 선암의 정확한 형태를 파악하고자 추가적으로 선암의 해수면 위 노출 범위에 대한 드론 촬영을 수행하고 정사영상도를 작성하였다(Fig. 9). 해수면 위로 드러난 선암 노출암 지역은 크게 두 지역으로 나뉘어져 있으며 북동쪽 지역은 대략 5개의 여(큰 바위) 위주로 구성되어 있고, 남서쪽 지역은 1개의 여와 등표가 위치하고 있다. 수면으로 드러난 여들 외에 주변에 수중여가 곳곳에 존재하고 특히 남서쪽에 얕은 수중여들이 산재하고 있음을 정사영상도에서 확인할 수 있다. 정사영상도와 해저지형자료를 중첩해서 살펴보면 선박이 접근하지 못해 조사하지 못했던 선암 주변의 해저지형이 간접적으로 나타나고 있다. 육상으로 노출된 바위의 색상은 주로 매우 밝은 회색을 띄고 있으며 바위의 형태는 각 바위들의 크기와 무관하게 매우 불규칙한 형태를 이루고 있으며 주로 파식으로 인한 수평 및 수직 절리가 많이 나타나고 있다. 노출암을 구성하고 있는 암석의 형태와 색상을 고려하였을 때 지질도폭에 나오는 세립질 흑운모 화강암 또는 분홍장석 화강암과 일치하는 것으로 예상된다(Choi et al., 2003). 또한 정사영상도에서 선암을 구성하는 여들이 분리되는 형태 및 방향에서 해저지형 자료에서 나타났던 수중암반의 절개면 방향성과 유사하게 나타나고 있다. 한편 선암 노출암이 해수면과 맞닿는 조간대 지역에는 수중영상에서 나타났던 해양생물 종과 또 다른 바위에 부착한 다양한 배말 및 담치류 생물들이 분포하는 것으로 파악된다(Fig. 9). 또한 선암 최근접 해역의 서식지 환경을 시각적으로 쉽게 파악하고자 선암 주변을 촬영한 드론 사진과 작성된 서식지영상합성지도를 같이 중첩시켜 육·해상 서식지영상합성지도를 작성하여 전체적인 선암 최근접 해역 서식지 해저환경을 표현하였다(Fig. 10). 작성된 육·해상 서식지영상합성지도 자료는 해저면 환경 생태계 뿐 만 아니라 해수면 경계 및 육상(바위)의 환경 생태계도 함께 연계 분석이 가능하여 향후 종합적인 연구결과를 도출할 수 있을 것으로 기대된다.

Figure 9. The result of integrated visualization using aerial orthophoto(composed image from drone) map around the Seonam study area. Various marine roganisms are distributied in the intertidal zone around the Seonam.
Figure 10. Stereoscopic habitat image map of land and sea around Seonam.

5.5. 토의

서식지 환경 맵핑 분류도에 표현한 해저면 분류는 해저지형 기반 분석 자료와 해저면 영상, 표층퇴적물 입도분석 결과를 종합적으로 고려하여 선정하였기 때문에, 본 연구에서 표층퇴적물 입도분포도와 대부분 일치하지만 일부분 차이가 있을 수 있다. 이는 해저면 분류에서 전체적으로 수중 암반 지대라고 표현한 지대이지만 실제 소규모 수중암반 사이 곳곳에 사질 퇴적물들이 분포함으로서 표층퇴적물 채취 당시 그 사질 퇴적물들을 채취함으로 이러한 차이가 나타난 것으로 판단된다.

선암 지역에서 분석된 수중생태지도 및 서식지영상합성지도 자료는 단순 촬영한 지역에 국한되는 것이 아니라 선암 최근접 해역에 위치한 미촬영 수중암반 지대의 다양한 서식환경, 서식생물의 생물군 및 생태특성을 파악하는데 용이할 것으로 판단된다. 본 연구에서 활용한 수중생태지도와 서식지영상합성지도는 특정 서식지 해저생태계의 모습을 수중잠수과학조사를 통해 매우 잘 표현함으로 수중생태계의 전체적의 모습을 일목요연하게 인지할 수 있는 장점이 있다. 다만 이러한 수중영상 자료는 수중잠수과학조사로 파악할 수 있는 공간적인 범위 제한과 그 당시의 수중생태계 모습만이 표현 가능한 시간적 제한으로 인해 모니터링 하고자 하는 지역의 연속적인 시·공간적 서식지 환경 특성 변화를 파악하기가 힘든 측면이 있다. 따라서 맵핑 분석으로 활용한 종 다양성 조사지역과 수중영상 촬영 범위를 고정 모니터링 정점 개념으로서 주기적(계졀별)으로 조사한다면 연구지역에 대한 시공간적 변화에 따른 더욱 정밀한 서식지 환경모니터링이 가능할 것으로 예상된다.

여러 해저환경 자료를 활용한 다양한 서식지 환경 특성 주제도는, 단순한 하나의 주제 또는 자료를 이용한 결과물로 비교·분석하는 방법보다 훨씬 종합적으로 서식지의 환경 특성을 파악할 수 있다. 향후 해양물리, 해양생물 등 더 다양한 타 분야와의 결과를 연계하고 추가 고해상 자료(초분광센서 및 라이다 등)들을 활용한다면 더욱 정밀하고 종합적인 서식지 환경 특성 분석 연구를 수행할 수 있을 것으로 예상된다.

6. 결 론

동해 남부 연안의 울산 일산해변에 위치한 선암 주변해역에 대해 해저지형 및 해저면 환경 자료를 활용하여 각 서식지 환경 주제도 맵핑 방법을 통해 서식지 환경특성을 분석하였다. 연구지역의 정밀 해저지형과 해저면 영상, 표층퇴적물 분포 자료를 활용하여 서식지 환경 맵핑 분류도를 작성한 결과, 해저면을 수중암반 지대와 총 3가지 type의 퇴적 지대(역질 사질 퇴적물, 조립한 사질퇴적층 ,세립한 사질 퇴적층)로 분류하였다. 수중암반 지대는 주로 선암 주변을 둘러싼 선암 주변의 동쪽 및 서쪽 인접지역, 그리고 북쪽 및 남쪽 연안 해역에 암반지역이 집중적으로 분포하고 있으며 사질 퇴적물 지대는 역질 사질 퇴적물 구간, 세립질의 사질 퇴적물 구간, 그리고 조립질의 사질 퇴적물 구간으로 구분되어 각 해역에서 퇴적물 분포별로 특징적인 음향강도로 나타났다. 전체적으로 정밀 해저 지형도와 해저면 영상도에서 나타난 암반지역 분류 결과와 표층퇴적물 분석 결과는 매우 유사하게 나타났다. 선암 주변 수중암반 지대에서 수중영상 자료를 활용하여 연계 분석한 서식지 해저생물 출현은 무척추동물이 총 49종 출현하였으며 주로 자포동물인 말지말류 및 완족동물, 연체동물 등이 우점하여 서식하고 있다. 표층 퇴적물 분석을 통해 파악한 사질 퇴적물 지대에서 출현하는 대형 저서생물은 총 92종이 출현하였으며 주로 환형동물이 45종으로 가장 많이 나왔고 연체동물은 17종으로 가장 적게 나왔다. 연구지역 내 대형저서동물 군집구조는 그룹 a, 그룹 b로 구분되었으며 퇴적물 조성 및 입도 분석과 비교했을 때 그룹 a는 선암 남서쪽 해역에 해당하는 세립한 사질 퇴적물 지대에 해당되며 그룹 b는 비교적 그 외 나머지 조립한 사질 퇴적물지대에 해당되는 것으로 보아 연구지역인 선암 주변 지역에서 서식하는 해양생물 분포는 주로 해저 퇴적층의 조성 및 입도의 영향을 많이 받는 것으로 판단된다. 드론 자료를 활용한 항공 정사영상도에서는 선암 최근접해역의 서식지 해저지형 및 해저환경을 함께 표현할 수 있었으며 파악할 수 조간대에서는 바위에 부착한 다양한 배말 및 담치류 생물들이 분포하는 것으로 파악된다. 본 연구는 각 연구로부터 도출된 결과를 서식지 환경 맵핑 분석 방법을 통해 연계 분석함으로서 향후 해양생태계 구조 및 기능 연구를 통한 기후변화 추적 및 대응 기반구축 연구의 고도화에 기여하고자 한다.

사 사

본 연구는 한국해양과학기술원에서 수행하는 “한국 주변 해양생태계 변동 이해 및 대응 기반 연구(PE99913)” 과제의 연구 지원을 받아 수행되었습니다.

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