1. 서 론

해운대 해수욕장에 나타나는 이안류와 연안침식은 해수욕장 이용객들에게도 회자될 정도로 심각한 수준의 재난으로 인식되어지고 있다. 특히 해운대에서 매년 발생하는 이안류는 해수욕장 개장 때 마다 언론에 언급되고 있을 정도이다. 2007년부터 그 피해가 보도되기 시작하여, 2009년 125명, 2010년 179명, 2012년에 418명, 2013년에 546명, 2014년에 217명의 해수욕객이 구조대에 의해 구조 및 안전조치된 것으로 보도되었다. 그 후 이안류가 재난으로 인식되면서 관측기반 및 기상기반 시스템을 통해 생산된 이안류 발생 예경보를 국립해양조사원에서 제공하고 있으며, 이를 이용하여 해경 및 119구조대는 이안류 사고에 대해 적극적으로 대응하고 있다. 이에 피해 및 구조자의 수가 줄었으나 매년 수명에서 수십 명의 해수욕객이 여전히 이안류로 부터 구조되고 있다(KHOA, 2021). 또한, 해운대의 해안 표사유실에 따른 대응책으로 연안정비사업이 수행되었고 2013년부터 2015년까지 대규모 양빈이 진행되었다. 이러한 지형변화는 이안류 발생과 밀접한 관계가 있으며, Choi (2015b)는 양빈 직전, 후의 수심지형을 입력 조건으로 Boussinesq 방정식 모형인 FUNWAVE를 이용하여 수치모의를 수행, 수심지형 변화에 따른 이안류 발생 특성 및 정도를 분석하였고, 양빈 직후 쇄파대 폭의 감소로 이안류의 발생정도 및 규모가 감소하였다고 판단하였다. 그러나 최근 해운대에서 발생하는 이안류의 강도와 발생정도가 증가하는 것으로 판단하여(Fig. 1), 국립해양조사원은 2020-2021년에 수심측량을 수행하였고, 본 연구는 새로 측량된 수심자료를 활용하여 수치모의를 수행하였다. 이로부터 해운대 이안류 특성에 대해 다시 검토하였다.

Fig. 1.

Snapshots of the rip currents in the 13:10 event of August 10th (left) and in the 11:24 event of August 25th (right) 2020 at the Haeundae coast

이안류는 해안에서 먼 바다 쪽으로 빠르게 이동하는 폭이 좁은 흐름으로, 연안 수심지형, 비선형파의 상호작용 및 평균 자유수면의 불안정성(instability)등에 기인하여 파랑 에너지가 연안방향으로 강한 비균등성이 형성될 때 발생하는 것으로 이해되고 있다(Dalrymple, 1975, 1978; Tang and Dalrymple, 1989). 즉, 연안방향을 따라 부분적으로 파랑에너지가 낮아지면, 파랑유도 잉여운동량 플럭스(wave-induced excess momentum flux)의 기울기가 발생하고, 그 낮아진 영역을 통하여 외해방향으로 강한 흐름이 발생하게 된다는 것이다(Choi et al., 2012). 최근에는 위상을 포함한 쇄파 척도(scale)의 파력에 따른 연안흐름 연구가 진행되었고(Clark et al., 2012; Feddersen, 2014; Johnson and Pattiaratchi, 2006; Peregrine, 1998, 1999), 다양한 원인에 의해 끊어진 파봉선을 갖는 파의 쇄파에 따른 변동이 이안류를 발생시키는 근본적인 메커니즘(Peregrine, 1998)으로 인식되기 시작했다(Johnson and Pattiaratchi, 2006; Clark et al., 2012; Choi et al., 2015; Choi, 2015a).

단시간에 발생하여 소멸한다고 알려진 돌발 이안류(transient rip current)는 Peregrine (1998)의 메커니즘을 바탕으로 연구된 Johnson and Pattiaratchi (2006)의 다방향 입사파 조건에서 정의되었다. 이러한 다방향 입사파에 의해 발생되는 이안류 가운데 가장 전형적인 경우가 벌집구조 파형이 형성될 때 생성되는 이안류이다. 즉, 파향이 조금 다른 두 규칙파의 비선형 상호 간섭에 의해 해안에 벌집구조 파형이 형성될 때, 해안선 직각방향으로 발달되는 노드선 영역을 따라 이안류가 발달한다(Dalrymple, 1975; Yoon et al., 2012). Fig. 2에 나타낸 것과 같이 해운대 해수욕장의 대규모 이안류는 외해에 존재하는 천퇴 및 계곡(Long and Özkan-Haller, 2005; 2016)을 원인으로 횡방향 위상의 간섭 또는 상호작용으로 변형된 파형에 의해 발생된다(Yoon et al., 2012; Choi et al., 2012, 2013; Shin et al., 2014). 이러한 메카니즘에 의해 생성되는 이안류를 Choi and Rho (2021)는 수리실험을 통해 재현하기도 하였다. 따라서 위상간의 상호작용으로 발생하는 짧은 파봉선을 갖는 파의 진행과 그에 따른 쇄파대의 파봉선 끝단에서 시작되는 이안류를 재현하기 위해서는 위상을 포함한 모형을 이용한 이안류 수치모의가 필요하다. Choi (2015b)는 외해로부터 위상의 상호작용을 포함하여 변형된 파의 횡방향 불균등성에 따른 이안류도 쇄파대 지형에 의해 그 강도와 발생정도가 변화함을 보였다. 즉, 연안 쇄파대 지형은 이안류 발생에 매우 중요한 인자이며, 지형인자가 인위적으로 급변하게 되는 양빈사업은 이안류 발생 예측에 매우 중요한 변수가 되었다. 양빈 직후, 양빈사업에 따라 쇄파대 폭의 감소로 그 규모와 발생정도가 감소하였던 이안류는 수년이 지난 최근 연안경사의 안정화로 다시 그 특성이 변화하고 있으며 이를 수치모의를 통해 연구할 필요가 있었다.

Fig. 2.

Schematic sketch of honeycomb-pattern wave crests on an ortho-rectified image of the Haeundae coast at 15:32 of the 10th of August, 2012 (Shin et al., 2014)

Choi (2015b)는 양빈사업 이전인 2013년, 도중인 2014년, 그리고 직후인 2015년 수심지형을 이용하여 수치모의를 수행하였다. 본 연구에서는 대규모 양빈사업이 진행되기 전 2013년도의 지형, 양빈사업이 마무리된 직후 2015년의 지형, 양빈 후 2년이 지난 2017년의 지형, 그리고 5년이 지난 2020년의 지형을 이용하여 이안류 수치모의를 수행하였다. 그리고 이를 바탕으로 양빈 전 및 그 이후에 변형된 지형에서 생성되는 이안류의 강도 및 발생정도를 분석하였다. 규칙파 및 다방향 불규칙파에 따른 연안흐름을 연구한 Choi et al. (2015)의 Boussinesq 방정식 모형인 FUNWAVE를 사용하여, 너울을 가정한 규칙파와 풍파를 가정한 불규칙파 조건으로 해운대 이안류를 수치모의 하였다. 이안류 사고는 기상상태가 양호한 경우에도 발생하고, 이러한 경우에 해수욕장 안전사고가 주로 발생하게 된다. 따라서 다양한 조건의 사전 수치모의를 통하여 해수욕객의 물놀이가 가능한 상대적으로 낮은 파고 조건에서 유의미한 이안류가 확인되는 경우의 파랑 조건을 선정하여 사용하였다.

2. 수치모형 및 입력조건

2.1 수치 모형

본 연구에 사용된 수치모형인 FUNWAVE는 Wei et al. (1995)에 소개된 비선형 Boussinesq 방정식을 그 지배방정식으로 사용하며, 유체흐름과 파랑을 동시에 계산할 수 있도록 개선되었다. 모형의 비선형 Boussinesq 방정식은 기본적으로 3차원 Euler 방정식으로부터 비회전 가정과 완화된 정수압분포의 천해 가정을 이용하여 수심 적분하므로 유도되었다. 따라서 자유수면 변위와 순간 유속을 미지수로 위상을 포함함 비선형 파랑해석을 목적으로 사용되어 왔다. 그러나 Chen et al. (2003)은 비회전성 가정으로 유도된 이 지배방정식의 운동방정식에 부분적 회전을 고려할 수 있도록 추가 항을 첨가하여 개선된 모형을 개발하였다. 이 항은 연직방향 2차 비선형 효과를 포함한 와도(vorticity)를 나타낸다. FUNWAVE는 수치모의를 위한 바닥마찰, 쇄파, 내부조파 및 흡수층에 대한 부가적 모형들을 포함하고 있다(Chen et al., 1999, 2000; Kennedy et al., 2000). 이 모형은 그 결과들이 충분히 검증되어 많은 문헌에 소개되어 있어, 자세한 내용은 그 문헌들로 대신한다. 본 연구에서는 다방향 불규칙파에 따른 연안흐름을 연구한 Choi et al. (2015)의 FUNWAVE 코드를 사용하였고, 동일한 경험 파라미터를 사용하였다. 예를 들어, 바닥마찰 항의 계수는 전체 영역에 대해 일정한 값 fw= 0.0012를 사용하였다. 쇄파모형은 Choi et al. (2015)에 자세히 기술되어 있으며 그 파라미터도 문헌과 동일하게 δb= 5.0, ηt(I)= 0.35gh, ηt(F)= 0.01gh, 그리고 T*= 0.5h/g와 같이 사용하였다. 또한, 해안선 경계조건을 위해 δ= 0.02와 λ= 20을 사용하였다.

2.2 수리모형 셋업

수치모의에 사용된 해운대 연안지형을 Fig. 3에 나타내었다. 수심은 DL+0 m를 기준으로 제시하였다. 해운대 지형은 서측의 동백섬으로 불리는 곶과 동측의 미포항에 의해 측면경계가 형성되어 있다. 수심지형의 특징으로는 전면 앞바다에 해안선과 직각방향으로 나란한 수중천퇴들이 위치해 있으며(약 x=500-1200 m, y=1500 m), 이 보다 동쪽에 상대적으로 큰 수중천퇴(또는 암초)가 위치해 있다(약 x=700 m, y=600 m). 해변으로 입사하는 파랑이 이러한 외해 지형특성에 의해 변형하여 횡방향, 즉 연안방향으로 일정하지 않은 비균등성이 발생하여 이안류가 발달하게 된다. Fig. 3(a)는 2013년도 3월에 측량한 연안지역 자료를 반영하여 구성한 지형격자이고, Fig. 3(b)는 2015년도 5월에 측량한 연안지역 자료를 반영한 지형격자, 그리고 Fig. 3(c)는 2017년도 10월에 측량한 연안지역 자료를 반영한 지형격자이다. 끝으로 Fig. 3(d)는 최근 2020년도 12월에 측량한 연안지역 자료를 반영한 지형격자이다. 대규모 양빈에 의해 2015년 해안선이 2013년 해안선의 위치보다 상당히 바다 쪽으로 전진한 것을 알 수 있다. 그리고 2017년, 2020년 지형을 통해 양빈 사업 이후 시간이 지나면서 해안선이 점차 육지 쪽으로 후퇴되고 있음을 알 수 있다. 또한, 대규모 양빈 직후에 동백섬과 미포항에 잠재가 설치되었으며, 그 후에 미포방파제도 시공되었다. 이러한 지형 변화는 이안류 수치모의 결과와 함께 다음 절에 자세히 언급하였다.

수치모의를 위해서 임의로 좌표 원점을 정하였으며, x축을 북에서 서쪽으로 4도 기울어진 방향으로 설정하여 격자를 구성하였고, 수심은 DL+0 m를 기준으로 구성하고 사용하였다. 격자는 ∆x=1.2 m 그리고 ∆y=1.8 m로 총 2,602,578개의 격자를 사용하였다. 경계조건은 Fig. 4와 같이 구성하였다. x= 150 m를 따라 내부조파 영역을 설치하였고, 내부조파선 뒤쪽에 약 140 m 두께의 흡수층 영역을 설정하였다. 좌우 측면으로 약 200 m의 임의 지형을 만들어 주기적 경계조건을 사용할 수 있도록 하였다. 일반적으로 주기적 경계조건은 연안흐름 상류의 입력조건에 대한 부정확성에 대한 오차와 내부조파의 불연속성, 즉 회절에 대한 오차를 줄이기 위해 사용된다. 이 주기적 측면 경계조건을 이용하기 위하여 앞에서 언급한 좌표축의 회전이 필요했으며, 이 조건을 사용하므로 측면에서 발생하는 파랑회절에 따른 오류를 제어하고 계산영역을 줄일 수 있었다. 수치모의는 앞에서 언급한 것같이 해수욕객이 입수할 가능성이 있으며 이안류 발생이 가능하다고 추정한 조건인 파고 H_s= 1.1 m, 그리고 주기 T_p= 11.0 s의 S파향 입사(Θp= -4.0°)를 이용했으며, 규칙파를 위해서는 H= 0.71 m, T= 11.0 s, Θ= -4.0°를 사용하였다. 참고로, 파향은 직각 입사방향을 기준으로 시계반대방향이 양의 방향이다. 파향은 여름철에 해운대 해안에 이안류를 잘 발달시키는 조건인 S파향 조건을 사용하였다(Choi et al., 2013). 불규칙파 조건의 경우, 상기 파고와 주기를 갖는 JONSWAP 주파수 스펙트럼 분포와 Mitsuyasu et al. (1975)의 파향 스펙트럼 분포를 사용하여 수치모의를 수행하였다. 각각의 스펙트럼 광협도를 위한 파라미터는 γ= 6.0과 Θσ= 10°를 사용하여 이안류 발생에 유리한 상대적으로 매우 협대역의 스펙트럼을 사용하였음을 밝힌다. 참고로, 이안류 예측을 위해 FUNWAVE 영역 밖의 파랑예측에 이용되는 파랑모형(예, SWAN 모형)이 일반적으로 채택하고 있는 JONSWAP 스펙트럼을 사용했음을 밝힌다. 불규칙파 스펙트럼 격자는 에너지 밀도에 대해 가변격자를 사용하였으며, 주파수 영역은 0.07-0.22Hz 구간에 대해 25개로 나누고, 방향 영역에 대해 -28~24° 구간에 대해 41개로 나누어 구성하였다. ∆t= 0.05 s의 격자를 이용하여 총 1시간을 수행하였다. 다른 수치모의를 위한 파라미터는 모두 Choi et al. (2015)과 동일한 값을 이용하였다.

Fig. 3.

The bathymetries of the Haeundae coast based on (a) 2013 (The red circle indicates the groups of submerged reefs and the yellow circle indicates the submerged shoal), (b) 2015, (c) 2017, and (d) 2020 survey data. The red arrows indicate the directions of shoreline variations backward or forward associated with the beach nourishment

Fig. 4.

The conceptual sketch of the boundary conditions of the boussinesq modelling over the Haeundae coast topography

3. 수치모의 결과

3.1 너울(규칙파) 수치모의

너울의 입사를 상정한 일방향 규칙파 조건(H= 0.71 m, T= 11.0 s, S파향)의 결과를 Figs. 5 and 6에 제시하였다. 각 그림의 패널(a)에는 2013년 이안류 수치모의 결과를, 패널(b)에는 2015년 이안류 수치모의 결과를, 패널(c)에는 2017년 이안류 수치모의 결과를, 패널(d)에는 2020년 이안류 수치모의 결과를 나타내었다. 각 패널의 (1)에 자유수면 변위를 나타내었고, (2)에 파고분포, 그리고 (3)에 t= 70T의 2주기 평균유속 벡터 분포를 나타내었다. 참고로, 파고분포는 자유수면 변위 100주기(T) 시계열 결과를 이용하여 제곱평균제곱근 파고(H_s)를 계산하여 제시한 것이다. 자유수면 변위 분포를 통해 해운대 수중의 중앙 천퇴군(y= 1500 m)과 동측 천퇴(y = 600 m)를 통과하며 변형되는 파봉선들이 확인된다. 해안선에 직각으로 나란히 형성된 중앙 천퇴군의 낮은 수심으로 파고가 상승하고 파속의 감소로 긴 파봉선으로 전파해 오던 위상이 어긋나며 끊어진 짧은 파봉선의 형태로 해변으로 입사하고, 부분적으로 동측으로 굴절되고 있음을 알 수 있다. 또한, 상대적으로 규모가 큰 동측 수중천퇴에 의해서도 그 낮은 수심에 의해 파고가 상승하고, 파속의 감소로 짧은 파봉선의 형태로 변형되며, 부분적으로 서측으로 굴절되어 입사하고 있다. 중앙 천퇴군과 동측 천퇴에 의해 굴절된 파봉선들은 서로 만나 교차, 상호간섭하여 Yoon et al. (2012)의 벌집구조 형태의 비선형 파형이 형성된다. 기술된 파고 상승, 위상의 어긋남 및 상호간섭 등의 파랑변형에 의해 연안방향의 비균등성이 형성되고 이 불균등한 파에너지는 불균등한 쇄파로 이어지게 된다. 이러한 횡방향 불균등한 파랑 특성은 제시된 파고 분포에 잘 나타나 있다.

Fig. 3에 제시된 4개 지형에서 수심 7 m이상의 깊은 수심 지형은 거의 동일하기 때문에 이 영역의 파랑변형에 따른 파고분포에는 큰 차이가 없어 보인다. 그러나 쇄파에 기인하여 발생하는 쇄파유도 연안흐름은 쇄파대의 깊지 않은 수심 영역 안에서의 비균등성이 그 직접적인 원인이므로 파랑 영역에서는 그 구별이 확실하지 않지만 흐름 영역에서는 유의미한 차이가 나타나게 된다. Fig. 5의 연안흐름 유속에서 그 차이를 확인할 수 있으며, 주요 이안류 발생영역에 대해 확대하여 제시한 Fig. 6의 연안흐름 유속벡터 분포로부터 그 차이를 명확히 알 수 있다. 참고로, 벡터 한 개는 주변의 약 100개 격자들의 대표 값임을 밝힌다. Fig. 6의 자유수면 분포 및 파고 분포로부터 y= 1500 m의 위치에서 파속의 차이로 파봉선 위상이 어긋나서 파고가 낮은 영역이 해안선과 직각방향으로 발달함을 알 수 있고, 이로부터 이안류가 발달하게 된다. 또한, 해안선 근처 양빈이 진행된 영역의 지형변화에 따라 쇄파대 파랑변형에 미묘한 차이가 생기고 이는 연안흐름에 영향을 준다. 참고로, 이러한 연안흐름은 샌드바 등의 지형과 서로 상호작용하게 되어 더욱 복잡한 현상이 나타나지만 본 연구에서는 고정된 지형을 사용하였고 따라서 그 영향은 무시되었음을 밝힌다. 결론적으로 2013년 수치모의에서의 상대적으로 강하고 복잡한 이안류 및 연안흐름은 2015년 수치모의 결과에서 급격하게 감소한 것으로 보인다. 이는 해안선 전진 및 경사가 급해짐에 따라 상대적으로 쇄파대가 줄어들었고, 따라서 이안류를 발생시키는 수렴 연안류(feeder current)가 발생할 수 있는 폭이 줄어들었기 때문이다. 반면에 2017년 및 2020년 지형의 수치모의 결과는 오히려 쇄파대가 넓어져서 이안류 및 연안흐름이 상대적으로 강하고 복잡해 졌음을 알 수 있다. 특히, 2020년 수치모의 결과는 강하며 대규모 이안류의 생성을 보여주고 있다.

Fig. 5.

Horizontal distributions of (1) surface displacement (m), (2) wave height (m), and (3) current vectors (m/s) of the simulation results of monochromatic wave case based on (a) 2013, (b) 2015, (c) 2017, and (d) 2020 topography

Fig. 6.

Zoom-in plots of Figure 5 presenting the simulation results of monochromatic wave case based on (a) 2013, (b) 2015, (c) 2017, and (d) 2020 topography

3.2 너울성 풍파(불규칙파) 수치모의

좁은 스펙트럼을 사용하여 너울에 가까운 풍파를 상정한 다방향 불규칙파 조건(H_s=1.1 m, T_p=11.0 s, S파향)의 결과를 Figs. 7 and 8에 제시하였다. 규칙파 조건의 결과들처럼 각 그림의 패널(a)에는 2013년 이안류 수치모의 결과를, 패널(b)에는 2015년 이안류 수치모의 결과를, 패널(c)에는 2017년 이안류 수치모의 결과를, 패널(d)에는 2020년 이안류 수치모의 결과를 나타내었다. 각 패널의 (1)에 자유수면 변위를 나타내었고, (2)에 파고분포, 그리고 (3)에 t=100 T_p이후의 2주기 평균유속 벡터 분포를 나타내었다. 참고로, 파고분포는 자유수면 변위 150주기(T_p) 시계열 결과를 이용하여 유의파고(H_mo)를 계산하여 제시한 것이다. 수면변위 분포로부터 앞서 규칙파 결과에서 기술한 중앙 천퇴군과 동측 천퇴에 의해 굴절된 파봉선들의 상호간섭에 따른 벌집구조 형태의 파봉선 형성을 보여주고 있고, 파고분포로부터 연안방향으로 비균등한 파고분포가 나타남을 알 수 있다. 불규칙파 조건의 경우, 쇄파에 의한 에너지 손실이 완만하게 발생하므로 쇄파 유도류가 등가의 파에너지를 갖는 규칙파에 비해 강하게 발달하지 못하게 된다(Choi et al., 2015). 따라서 본 연구의 규칙파 조건의 수치모의 결과와 비교해서 불규칙파 조건의 수치모의 결과가 전반적으로 연안방향의 비균등성의 변화가 완만해 졌고, 쇄파유도 연안흐름도 약한 것으로 보인다.

규칙파 조건과 마찬가지로 2013, 2015, 2017년, 2020년 수치모의에서 이안류 유속 및 규모에 차이가 나타났다. Fig. 7에 도시한 그림들을 주요 이안류 발생영역에 대해 자세히 제시한 Fig. 8에서 각 수치모의 결과의 연안흐름 유속벡터 분포에 차이가 있음을 알 수 있다. 앞서 기술한 것처럼 벌집구조파의 형성 때문에 발달한 연안방향 비균등한 파고분포에 의해 수렴 연안류가 발생하고 쇄파대 폭은 수렴 연안류의 발달정도에 영향을 주게 된다. 각 시기의 지형에서 쇄파대 폭이 다르기 때문에 수렴 연안류의 발달이 다르고, 그에 영향을 받는 이안류 발달에도 차이가 생긴다. 2013년 수치모의 결과에서의 상대적으로 강하고 복잡한 이안류 및 연안흐름은 2015년 수치모의 결과에서 감소한 것으로 보이고, 2017년 및 2020년 수치모의 결과에서 이안류와 연안흐름은 상대적으로 더 강하고 복잡해 졌다. 특히, 2020년 수치모의 결과는 상대적으로 외해를 향해 더 멀리 흐르는 대규모의 이안류 생성을 보여주고 있다. 불규칙파 수치모의에서도 양빈이후 해안선이 점차 후퇴했고, 상대적으로 쇄파대가 늘어나면서 이안류의 원천이 되는 수렴 연안류가 발생할 수 있는 폭이 증가했기 때문에 이안류가 더 복잡하고 강해졌음을 알 수 있다.

Fig. 7.

Horizontal distributions of (1) surface displacement (m), (2) wave height (m), and (3) current vectors (m/s) of the simulation results of random wave case based on (a) 2013, (b) 2015, (c) 2017, and (d) 2020 topography

Fig. 8.

Zoom-in plots of Figure 7 presenting the simulation results of random wave case based on (a) 2013, (b) 2015, (c) 2017, and (d) 2020 topography

3.3 이안류 유속 및 발생정도 비교

앞에서는 각 지형변화에 따른 수치모의 결과를 일정한 시간(규칙파 조파 약 13분, 불규칙파 조파 약 18분 후)의 공간적 분포에 대해 비교하였고, Fig. 9에서는 각 지형조건에 따른 수치모의의 계산영역 최대 이안류 유속(해안선의 직각방향 유속)을 시계열로 나타내어 비교하였다. Fig. 9(a)는 규칙파 조건 수치모의의 이안류 유속 시계열이고, Fig. 9(b)는 불규칙파 조건의 수치모의 이안류 유속 시계열이다. 비록 불규칙파 조건의 입사파 파고가 규칙파의 파고 보다 높음에도 불구하고 (즉, Hs>Hmo/HsH), 앞서 언급한 것처럼 그 쇄파가 완만한 분포를 갖기 때문에 상대적으로 약한 이안류가 발달했다.

규칙파 조건 시계열에서 전반적으로 2015년의 이안류 유속이 상대적으로 가장 약하고, 2017년 및 2020년 수치모의 결과의 유속이 상대적으로 크게 보인다. 불규칙파 조건의 경우에서도 2017년 및 2020년 수치모의 결과의 유속이 전반적으로 2015년의 이안류 유속보다 커 보인다. 이러한 결과를 정량적으로 비교하기 위해, 그림에 나타낸 유속 시계열의 평균, 즉 공간 최대 이안류의 시간평균 유속을 Table 1에 나타내었다. 그리고 수치모의 시간을 분모로 하고 임의의 위험 유속을 초과한 공간 최대 이안류 유속이 지속되는 시간을 분자로 하는 비율, 즉 이안류 발생정도를 계산하여 Table 1에 나타내었다. 여기서, 위험 유속은 해수욕객이 이안류에 의해 외해로 끌려 나갈 수 있는 유속을 상정한 것으로 0.9, 1.2, 1.5, 1.8 m/s로 가정하여 각각의 이안류 발생정도 평균을 계산하여 제시하였다. 다양한 값을 사용한 것은 해수욕객의 상황(신체조건, 연령, 성별 및 튜브 착용 유무 등)에 따라 그 위험 유속을 특정하기 힘들기 때문임을 밝힌다. 표에 제시된 대푯값을 통해서도 양빈 직후의 2015년 결과에 비해 양빈 전 2013년이나 이후 시간이 지나 쇄파대 폭이 증가한 2017년 및 2020년의 결과에서 높은 이안류 유속과 높은 발생정도가 확인된다.

Fig. 9.

Time series of the maximum rip currents in the simulations of (a) regular wave cases and of (b) random wave cases

3.4 단면 경사의 비교

본 연구의 수치모의를 통해 양빈 후 충분한 기간이 지난 후 이안류의 유속강도, 규모 및 발생정도가 양빈 직후에 비해 증가하는 것으로 나타났다. 이것은 수치모의에 사용된 유일한 다른 조건인 쇄파대의 지형변화 때문이다. Fig. 10에 Fig. 3에서 제시하였던 2013년, 2015년, 2017년, 2020년에 측량된 자료를 기반으로 구성된 수심지형의 단면경사를 제시하였다. 패널(a)에는 상기 불규칙파 조건의 수치모의 결과에서 이안류가 잘 발달되어 제시되었던 위치의 y=1200 m 단면, 패널(b)에는 규칙파 조건의 수치모의 결과에서 이안류가 잘 발달되어 제시되었던 위치의 y=1400 m 단면 경사를 제시하였다.

Fig. 3을 통해서도 알 수 있었던 것처럼 양빈 된 2015년 지형의 해안선은 2013년에 비해 바다 쪽으로 약 50 m 전진했으며, 약 2 m 수심(상기 수치모의 조건에서의 쇄파대 영역)부근에서의 경사는 급해졌음을 알 수 있다. 시간이 지나면서 2017년 지형의 해안선은 2015년의 해안선의 위치를 유지하지만 쇄파대 부근의 경사가 완만해 졌고, 2020년 지형은 쇄파대 경사도 완만해졌고 해안선의 위치가 다시 원래 2013년의 위치로 후퇴하였다. 결론적으로, 연안의 단면경사가 완만해지고 쇄파대가 넓어지는 경우, 이안류의 발생정도와 강도가 높아진다는 기존의 연구(Choi et al., 2012; Johnson and Pattiaratchi, 2006)와 동일한 결과가 확인되었다. 쇄파대가 넓어지면서 이안류 발생을 위해 필요한 수렴 연안류가 발달할 수 있는 충분한 공간이 확보되기 때문이다. 이는 해수면이 조위에 의해 낮아지는 경우에 포말대 밖의 완만한 경사에 쇄파대가 형성되어 이안류의 발생정도가 높아지는 것과 같은 이유이다. 향후 시간이 지날수록 더 평형단면에 가까운 완만한 경사로 변형될 가능성이 커 보이며, 이상기후에 따른 잦은 고파 환경의 증가를 가상한다면 해운대의 이안류는 당분간 계속해서 그 발생정도와 규모가 커질 수 있다고 판단된다.

Fig. 10.

The cross-shore profiles of the Haeundae coast along (a) y=1200 m and (b) y=1400 m (The thick green line indicates the approximate range of the still water surface varied with tidal levels)

4. 요약 및 결론

해운대 해변에 2014년 전후로 대규모 양빈사업이 진행되었으며, 이에 따른 해안선 및 수심지형에 급격한 변동이 발생하였다. 이에 양빈사업 전, 직후, 그리고 2, 5년이 지난 이후 측량된 수심자료들을 입력조건으로 Boussinesq 방정식 모형인 FUNWAVE를 이용하여 수치모의를 수행하였고, 그 결과를 바탕으로 이안류 규모, 강도, 발생정도를 검토하였다. 양빈 직후 조건에서 양빈 전에 비하여 이안류의 발생정도가 감소하였으나, 그 후 시간이 지나며 쇄파대의 지형경사가 완만해 지며 그 폭이 넓어져 이안류의 유속강도, 규모 및 발생정도가 증가하는 것이 확인되었다. 이는 양빈에 의해 쇄파대 폭이 넓어지며 이안류 발생을 위한 수렴 연안류의 발달이 증가하였기 때문이다. FUNWAVE 모형은 수심 적분된 형태의 지배방정식을 사용하므로 비선형 분산의 한계, 쇄파 재현의 한계, 쇄파롤러 효과의 부재, 3차원 효과의 부재 등의 문제점이 있음을 밝힌다. 따라서 본 연구의 결과는 모형이 갖는 한계들로 인한 오차들을 내포하고 있다. 또한 고정지형을 사용하므로 지형변화에 따른 상호작용의 영향을 반영할 수 없는 한계도 있음을 밝힌다. 또한, 실제 이안류의 발생은 태풍 등의 기상에 큰 영향을 받는 입사파의 환경에 따라 그 빈도, 규모 및 정도가 결정되기 때문에 단순히 지형변화만으로 이안류의 발생 변화를 설명할 수는 없다. 그러나 태풍의 증가 등의 이상기후로 지속적으로 높은 고파 환경이 많아진다면 이안류의 발생도 증가할 것이라고 예상된다. 따라서 2000년대 초반에 매년 해운대 해변에서 수백 명의 해수욕객이 이안류로부터 구조되었던 것을 기억하면, 향후 그 보다 큰 규모의 이안류가 해운대에 발생할 가능성이 있음을 본 연구를 통해 알 수 있었고 이에 대한 적절한 대응이 필요해 보인다.