2004년 9월: 수심은 11.4~37.1 m 범위로 평균 20.8 m을 나타내며 조류방향과 평행한 북동-남서방향의 골과 폭 1 km, 길이 1.2 km, 높이 8~11 m의 사퇴가 발달되어 있다(Figure 3a). 완만한 경사를 나타내는 사퇴의 남동측면은 2차원적이고 직선 또는 약간의 물결 형태의 정부선(crest-line)을 가진 수중사구를 보이고 있다. 상대적으로 긴 파장(150 m 이상)과 낮은 파고(3~4 m)의 초대형 수중사구가 105~120° (240~255°)방향으로 발달되어있고 남서쪽으로 갈수록 대칭 형태가 비대칭 형태로 바뀌고 있다. 사퇴 남동측면의 초대형 수중사구 사이에는 남-북 방향으로 2차원적인 물결 형태의 갈라지는 정부선을 가진 중형과 대형 수중사구가 나타나며 파장이 주로 10~30 m, 파고는 0.2~0.6 m을 보이고 있다. 반면, 급한 경사를 나타내는 사퇴의 북서측면에 발달된 수중사구는 물결형태의 정부선이 갈라지고 합쳐지고 있으며 주로 132~166° (312~346°)방향으로 발달되어 있다. 그리고 북동쪽으로 갈수록 파고가 7~8 m에서 3~4 m로 낮아지며 대칭형태의 수중사구가 북동방향으로 기울어진 비대칭 형태의 수중사구로 바뀌고 있다. 초대형 수중사구 사이의 지역은 주로 북서-남동 방향의 2차원적인 물결모양과 갈라지는 형태의 중형과 대형 수중사구가 발달되어 있다.

Figure 3: 
High-resolution bathymetries of study area in (a) September 2004 and (b) September 2006. Geographical datum is WGS-84 and the projection is UTM (zone 52).

2006년 9월 : 2년 후인 2006년 9월에 조사된 연구지역의 수심은 11.8~36.4 m의 범위로 평균 21.4 m을 나타내고 있다(Figure 3b). 2004년 9월 지형과 크게 변화된 부분은 보이지 않지만 연구지역 서부지역은 수중사구가 이동하여 합쳐지거나 분리되어 정부선의 위치 및 형태 변화가 나타나고 있다. 특히, 사퇴 북서측면에 위치하고 있는 수중사구의 변화가 뚜렷하게 나타나고 있다. 반면, 완만한 경사를 보이는 사퇴 남동측면의 2차원적인 직선 형태의 수중사구들은 2004년 9월보다 위치 변화는 크게 나타나지 않지만 직선에서 물결형태로 바뀌었다.

2004년 9월: 표층퇴적물은 모래함량이 대부분 96% 이상으로 모래(S) 퇴적상을 보이며 부분적으로 약자갈질 모래((g)S)와 뻘질 모래(mS)를 보이고 있다. 평균입도는 0.3~1.9 Φ범위로 대부분 조립사와 중립사를 나타내며 연구지역의 동측이 서측보다 상대적으로 세립한 입도를 보인다. 분급도는 0.2~2.3 Φ의 범위로 대부분 양호한 분급을 보이고 연구지역의 서측이 동측보다 상대적으로 양호한 분급을 나타내고 있다(Figure 4a).

Figure 4:  
Distributions of sand content, sedimentary types, mean and sorting of surface sediments sampled in september 2004 and september 2006.

2006년 9월: 2004년 9월과 같이 대부분 모래함량이 96% 이상으로 모래 퇴적상을 보이며 부분적으로 자갈함량이 증가하여 자갈질 모래(gS)와 뻘질 자갈(mG)을 보인다(Figure 4b). 평균입도는 -0.1~1.8 Φ로 자갈, 조립사 그리고 중립사를 나타내고 연구지역의 동측이 서측보다 상대적으로 세립한 입도를 보인다. 분급도는 0.4~4.5 Φ 범위를 보이지만 대부분은 1.4 Φ 이하의 양호한 분급을 나타내고 있다(Figure 4b).

평균입도 분포는 전체적으로 서에서 동, 북동으로 갈수록 세립해지는 양상을 보이며 2004년 9월 퇴적물보다 2006월 9월의 퇴적물이 상대적으로 세립해졌다. 특히, 연구지역 북동쪽지역(Figure 4c; 점선 원)에서 뚜렷하게 세립해지는 양상을 보이고 있다. 분급도는 사퇴 부분에서 상대적으로 양호한 분급을 나타내며 사퇴에서 서측과 동측으로 갈수록 분급이 불량해지고 있지만 시간이 갈수록 사퇴의 서측지역은 불량해지고 동측지역(Figure 4d; 점선원)은 상대적으로 양호해지고 있다.

연구지역에 발달되어 있는 수중사구의 형태학적 특징 및 변화를 알아보기 위해 총 6개의 단면을 설정하였고(Figure 3a) 각 단면에 존재하는 수중사구의 형태적 특징 결과를 Table 1에 나타내었다.

2004년 9월 : 총 6개 단면에서 정의된 수중사구의 개수는 54개로서, 파장은 24.5~267.0 m 범위로 평균 122.9 m이고 파고는 0.8~9.4 m의 범위로 평균 3.7 m의 대형과 초대형 수중사구를 나타내고 있다. 각 단면에 나타나는 수중사구의 남서방향의 경사각(α)은 0.9~9.4°의 범위로 평균 4.2°을 나타내고 북동방향의 경사각(β)은 1.0~11.0° 범위로 3.7°의 평균값을 보이고 있다. 비대칭 지수(asymmetry index)인 경사비의 범위는 0.2~2.9, 평균 1.3으로 남서방향으로 기울어진 비대칭을 나타내고 있다. 첨도의 범위와 평균은 각각 0.012~0.088, 0.032를 나타내고 있다(Table 1).

2006년 9월 : 정의된 수중사구는 56개로 파장과 파고의 범위와 평균은 각각 31.3~252.1 m, 118.9 m와 0.7~8.0 m, 3.4 m를 보이고 있다. 남서방향과 북동방향의 경사각(α)의 범위와 평균은 각각 1.2~9.9°, 3.9°와 0.9~11.1°, 3.7°을 보이고 있다. 경사비는 0.3~3.6의 범위로 평균 1.3을 나타낸다. 첨도는 0.011~0.086 범위를 보이고 0.030의 평균값을 나타내며 2004년 9월보다 첨도는 감소하였다. 이는 파고의 감소 또는 파장 증가에 의해 나타난 결과이지만 파장이 2004년 9월보다 감소하였기 때문에 상대적으로 파고의 감소가 더 큰 영향을 미친 것으로 보인다.

연구지역에 발달된 수중사구들은 시간이 지남에 따라서 파장이 짧아지고 파고가 낮아지며 남서방향의 비대칭성이 커지는 양상을 보이고 있다.

연구지역에 발달되어 있는 수중사구의 이동을 파악하기 위해서 수중사구 정부선의 직각방향으로 6개 단면을 선정하였고(Figure 3a), 2004년 9월과 2006년 9월의 조사된 단면을 비교하였다(Figure 5). 단면 1(PROFILE-1)은 연구지역 북서지역에 위치하고 있으며 5개 수중사구의 정부는 일정한 방향을 보이지 않고 있다. 단면 2(PROFILE-2)는 사퇴 북서측면을 대표하는 단면으로 복잡한 정부 이동을 나타내고 있다. 단면 남서쪽과 중앙부분은 수렴되고 있는 반면, 단면 북동쪽 지역은 반대 방향의 정부 이동을 보이고 있다. 단면 3 (PROFILE-3)은 단면남서쪽에서 북동방향의 이동을 보이지만 전체적으로 남서방향의 이동을 보이고 있다. 단면 북동쪽 끝은 사퇴 정부로서 뚜렷한 이동을 보이지 않고 있다. 단면 4 (PROFILE-4)는 연구지역 북동지역에 위치하며 단면의 모든 수중사구들은 뚜렷하게 북동방향으로 이동하고 있다. 단면 5 (PROFILE-5)는 사퇴 남동측면에 위치하며 단면 남서쪽에서 뚜렷한 남서방향 이동을 보이는 반면, 단면 북동쪽에서는 북동방향의 이동을 나타내고 있어 단면 중앙부분에서 발산되고 있다. 단면 6 (PROFILE-6)에서 사퇴 지역은 뚜렷한 남서방향의 이동을 보이고 있다.

Figure 5: 
Bed profiles extracted from bathymetric grid with cell sizes of 1 × 1 m from both September 2004 and September 2006 (for location, see Figure 3).

연구지역의 북동지역은 북동 방향의 정부선 이동을 보이는 반면, 중앙과 남부지역에서는 남서방향의 정부선 이동을 나타내 서로 반대 방향의 이동을 보이고 있다. 특히, 사퇴 북서측면은 북동방향, 남동측면은 남서방향의 이동을 보여 전체적으로 사퇴 위에 시계방향의 순환을 나타내고 있다. 그리고 사퇴 위에 겹쳐 존재하는 대형 또는 초대형 수중사구 사이의 골지역은 남-북방향의 소형과 중형 사구가 발달되어 있어 사퇴를 가로지르는 동-서방향의 이동을 나타내고 있다.

흐름의 직각으로 발달된 수중사구의 크기에 대한 연구 중 가장 종합적이고 일반적인 관계식은 Flemming [21]의 관계식이다. Flemming [21]은 전 세계적 자료(n=1491; 수조실험자료, 조석우세환경의 대륙붕, 해류우세환경의 대륙붕, 하구, 강)를 통해 파장과 파고 사이에 매우 좋은 상관관계(r=0.98)를 가진 power 관계식인 H_mean = 0.0677L^0.8098을 도출하였으며 각 파장에서 나타낼 수 있는 최대 파고식 H_man = 0.16L^0.84을 제시하였다. 이 식으로 예측된 파고보다 높은 파고를 보이는 사구는 현재 환경 하에서 활발하게 형성된 수중사구로 해석되어 지고[22][23], 반대로 식에 의해서 예측되는 파고보다 더 낮은 파고를 가진다는 것은 실질적으로 불완전하고 퇴적물 양이 부족한 수중사구가 형성됨을 나타낸다. 따라서 수중사구의 파장과 파고의 전 세계적인 양상과의 차이는 지역적인 환경을 특징짓는 중요한 작용-반응의 결과임을 나타내며 이 Flemming [21]의 평균 관계식은 지역적인 양상을 비교하기 위한 유용한 기준을 제공한다[2].

2004년 9월과 2006년 9월의 연구지역에 발달된 모든 수중사구의 파장과 파고의 관계식(H_mean = 0.080L^0.777, r=0.66)과 Flemming [21]의 평균 관계식을 비교하였다(Figure 6). 대형 수중사구(파장 < 100 m)의 파고는 Flemming [21]의 예측파고보다 높은 파고를 나타내고 있는 반면, 파장이 100 m보다 긴 초대형 수중사구는 예측 파고와 유사한 파고를 보이고 있다. 이런 결과는 상대적으로 작은 크기의 수중사구를 발달, 유지시키는데 필요한 조류 세기와 충분한 퇴적물 공급이 가능하여 상대적으로 높은 파고의 활발한 수중사구를 나타내지만 초대형 수중사구는 크기를 유지하기위해 필요한 조류와 퇴적물의 공급이 원활하지 못하여 상대적으로 낮은 파고를 나타낸 것으로 보인다.

Figure 6: 
Correlation between length and height of subaqueous dunes in the study area.

연구지역에 발달되어 있는 수중사구의 크기(파장과 파고)와 이를 제어하는 요인인 수심과 입도와의 상관관계를 알아보았다. 수중사구의 크기와 수심의 관계에서 과거 많은 연구들[1][24]이 수심과 양의 상관관계를 나타냄을 주장하였지만 최근 사구의 파고와 파장은 수심에 영향을 받지 않는다는 연구들[2][3]이 발표되고 있으며 본 연구에서도 파장과 수심 그리고 파고와 수심에 대한 상관관계는 흩어짐이 크게 나타나 독립적으로 분포하고 있다(Figure 7).

Figure 7: 
Correlations of size (length and height) of subaqueous dunes, water depth and grain size.

입도, 파고 그리고 파장의 상관관계는 입도가 조립할수록 발달된 수중사구의 파장과 파고는 증가하며 반대로 입도가 세립 할수록 파고와 파장은 감소한다[2]-[4]. 연구지역의 표층퇴적물 입도와 수중사구의 파장과 파고의 상관관계를 보면 파고와 파장 모두 입도가 조립해질수록 증가하고 있다. 이는 연구지역의 경우 입도가 수중사구의 형태 발달에 영향을 미치는 제어요인임을 의미한다.

2004년 9월과 2006년 9월 형태자료에 공통적으로 포함된 48개 사구의 파장과 파고의 관계식은 각각 H_mean = 0.074L^0.789 (r=0.72)와 H_mean = 0.081L^0.761 (r=0.71)을 나타내고 있다 (Figure 6). 2004년보다 2006년 관계식의 지수가 감소하고 있는데 이는 경사도가 완만해짐을 의미한다. 그러나 상대적으로 파장이 짧은 대형 수중사구는 파고의 차이를 보이지 않는 반면, 초대형 수중사구로 갈수록 파고가 상대적으로 감소하고 있다. 여기서 연구지역 내 대형 수중사구에 영향을 미치지 않으면서 초대형 수중사구에 영향을 미칠 수 있는 요인 중 하나는 표층퇴적물의 특성변화이다. 표층퇴적물은 2004년보다 2006년에 그리고 서측보단 동측에서 상대적으로 세립해지고 양호해지는 양상의 퇴적학적 특성 변화를 보이고 있는데(Figure 4c, d), 이는 퇴적물이 운반되면서 나타나는 퇴적물 조직변수의 변화 양상을 보이고 있고[25][26] 수중사구의 이동방향과 일치하고 있다. 이와 같은 표층퇴적물의 입도 감소는 같은 조류 조건에서 상대적으로 낮은 파고를 발생시킨다[2][4]. 특히 초대형 수중사구가 주로 분포하는 사퇴 동측지역은 상대적으로 긴 파장의 낮은 파고를 보이고 있고 퇴적물 이동에 따른 선별작업(winnowing)으로 상대적으로 세립해지며 분급이 양호해진다. 이렇게 세립해진 퇴적물은 같은 조류 조건에서 더 많은 퇴적물이 부유 이동되고 부유된 퇴적물은 침강지연효과(settling-lag effect)에 의해 불특정 위치에 퇴적됨으로 상대적으로 사퇴 북동과 남동지역에 존재하는 초대형 수중사구의 파고를 더 감소시킨다[27]. 또한 초대형 수중사구의 파고가 충분히 발달하지 못하는 것은 충분한 퇴적물의 공급이 제한됨으로서 나타날 수 있는데 과거에 비해서 층면구조 발달에 필요한 퇴적물의 감소에 대한 영향은 더 장기적인 조사를 통해서만 파악 할 수 있어 이 연구에서는 가능성만 제기하고자 한다.

따라서 수심이 얕고 주변 섬들에 의해서 보호되는 연구지역의 수중사구는 현재의 조류세기와 퇴적물 특성이 대형 수중사구가 충분히 발달, 유지될 수 있는 조건임을 나타내고 있다. 또한 퇴적물 특성 변화, 즉, 퇴적물 이동에 따른 입도 감소에 의해서 같은 조류 조건에서 더 많은 퇴적물이 부유되고 침강지연효과에 의해 불확실한 위치에 재 퇴적시켜 초대형 수중사구의 파고를 감소시키고 있다.