제 5 절 신규 위성 해양환경분석기술 개발
년차 연구/사업의 수행내용 구체적인 수행방법(이론적․실험적 접근방법명 등)
(12011차년 도)
○ 표층퇴적물의 입도 분포
○ 퇴적층의 수직변화 파악
○ 측선의 갯벌 퇴적/침식 변화
○ 조하대 수심 파악
○ 갯벌 저서동물의 분포와 퇴적환경 및 노출시간과의 상관성 분석
○ 위성자료를 활용한 생물상 분포도 7작성
○ 곰소만 갯벌
- 81개 정점에서 표층퇴적물 채취 및 분석
- 측선의 정점에서 짧은 코어 시료 채취 및 분석 - 3개 측선에서 퇴적율 판을 설치하여 주기적인
퇴적/침식 측정(3개월 간격)
- Echo-sounder에 의한 수로 및 갯벌 수심 측정 - 25개 정점에서 대형저서동물 정량조사
(정점당 4회 반복 조사)
- 생물 행동 및 burrow 수 조사 (비디오 촬영) - RTK-GPS 측량을 통한 곰소만 DEM 작성 - 갯벌 노출시간 계산
○ 근소만 갯벌
-미세저서조류 분포 특성 연구
○ 황도 갯벌
-위성자료 및 DEM을 활용한 생물상 분포도 작성
(22012차년 도)
○ 표층퇴적물의 입도 분포 및 이동 경향
○ 측선의 갯벌 지형 및 퇴적/침식 변화
○ 부유퇴적물 유출입량 산출
○ 위성영상을 활용한 갯벌 지 형 변화와 셰니어의 형태 변화 및 이동 경향
○ 곰소만 갯벌
- 81개 정점에서 표층퇴적물 채취 및 분석
- 입도 변수와 Gao and Collins 방법으로부터 순퇴적물 이동경로 추정
- 측선의 정점에서 짧은 코어 시료 채취 및 분석 - 2개 측선에서 퇴적율 판을 설치하여 주기적인
퇴적/침식 측정(3개월 간격)
- RTK-GPS 측량을 통한 곰소만 DEM 작성
인 관리와 복원을 위하여 현장 자료와 원격 탐사 자료의 접목에 의한 정밀한 갯벌 환경 주제 도 작성 체계 구축 및 활용이 필요하다. 갯벌 주제도 작성 연구는 조석이 우세한 반 폐쇄된 곰소만에서 퇴적학적 및 생물학적 요인들의 공간분포를 작성하고자 한다. 곰소만은 중조차 환 경이며 평균조차는 4.33m, 그리고 북부에 주수로가 있으며 넓은 갯벌을 가지고 있다. 이 연구 의 목적은 곰소만의 퇴적학적 특성을 파악하고, 퇴적학적 자료와 인공위성 영상을 결합하여 정밀 지형도 및 퇴적물 분포도를 작성하며, 갯벌 환경과 생물의 분포 상관성 Logic을 개발하 여 위성 영상을 활용한 갯벌의 생물 정보도를 작성하는 것이다.
나. 연구개발 수행 내용 및 결과
(1) 연차별 수행 연구 내용 및 수행방법
년차 연구/사업의 수행내용 구체적인 수행방법(이론적․실험적 접근방법명 등)
○ 고해상도 위성영상을 활용 하여 갯벌 노출시간에 따른 대형저서동물 주제도 작성
○ 고해상도 위성영상 자료와 클로로필과의 상관관계 분 석을 통한 미세저서조류 분 포
- 위성영상(panchromatic band)과 항공사진으로 부터 셰니어 경계선 추출
- 25개 정점에서 대형저서동물 정량조사 (정점당 4회 반복 조사)
- 생물 행동 및 burrow 수 조사(비디오 촬영)
○ 근소만 갯벌
-고해상도 위성영상으로부터 NDVI값 추출 -미세저서조류의 스펙트럼 측정
- 갯벌 표층의 클로로필 양 측정
(2) 연구결과
(가) 표층퇴적물의 입도 분포 (1차년도)
곰소만 표층 퇴적물의 특성을 파악하기 위하여 2011년 3월에 만조 시 선박을 이용하여 81 정점에서 표층 퇴적물을 채취하여 분석하였다. 표층 퇴적물의 퇴적상은 5개(sandy silt, slightly gravelly sandy mud or gravelly mud or mud or sandy mud, silty sand, muddy sand, gravelly muddy sand or gravelly sand or sand)로 구성되어 있다. 일반적으로 혼합 갯 벌의 형태를 나타내고 만 입구에서부터 안쪽으로 펄(mud) 퇴적물이 많아진다. 만 입구에서 중앙부까지 펄모래, 안쪽에는 모래펄 퇴적상이 우세하다.
표층 퇴적물의 모래 함량은 3.47%에서 99.95% 범위로 분포하며, 만 안쪽으로 모래의 함량이 감소한다. 표층 퇴적물의 평균 입도는 0.89Φ에서 8.10Φ 범위를 나타내고 있다. 만 입구에서 중앙부까지는 대부분 3-4Φ 분포를 보이며 만 안쪽은 4-5Φ 분포를 보인다. 표층 퇴적물의 분급 도는 0.36Φ에서 5.19Φ 범위를 나타내고 있으며, 일반적으로 표층퇴적물은 1.0-2.5Φ의 불량한 분급도를 보였다.
(나) 측선의 갯벌 퇴적/침식 변화 (1차년도)
곰소만에서 만돌리(KM Line), 하전리(KH Line) 그리고 상암리(KB Line) 갯벌에서 측선을 설정하여 퇴적율 판을 이용하여 3개월 간격으로 퇴적/침식 변화를 파악하였다.
그림 175. 곰소만 측선의 갯벌 퇴적/침식 변화
상암리(KB Line) 측선은 모래와 펄이 함유된 혼합 갯벌이며, 해안선으로부터 900m 길이 이 다. 해안선으로부터 100~200m, 700~900m 사이에 수로가 존재하고 있으며 대부분 평균해수면 에서 0.5~1.5m 고도를 보인다. 상암리 측선에서는 봄철에 퇴적, 여름철에는 중앙부(300~500m) 는 퇴적되었으나 전반적으로 침식이 우세하였다.
그림 176. (상암리 측선)해안선거리에 따른 수로의 고도변화
Transect Line
Distance from Shoreline
(x100m)
Feb. 2011 (mm)
May 2011 (mm)
Aug.
2011 (mm)
Nov.
2011 (mm)
Feb. 2012 (mm)
ΔD (mm)
KB
1 215.01 225.96 220.40
2 208.92 242.76 241.70
3 182.18 232.45 240.85
4 173.63 222.22 229.85
5 166.93 215.54 232.70
6 193.14 229.75 180.15
7 184.07 232.87 200.55
8 177.52 202.45 200.30
9 216.82 232.78 231.25
표 43. KB 조사선의 계절별 퇴적물 깊이 변화(상암리 측선)
하전리(KH Line) 측선은 모래와 펄이 함유된 혼합 갯벌이며, 해안선으로부터 4,200m 길이 이다. 갯벌의 고도는 평균해수면 아래이며, 해안선으로부터 2,500 ~ 4,200m 지점은 해수면에 서 약 -2m 고도로 평평한 단면을 보인다. 하전리 측선에서는 봄철에 해안선 부근과 중간 지 점들은 퇴적되었으나 전반적으로 침식이 우세하며, 여름철은 중간지점(1,000 ~ 2,800m)에서 퇴 적이 우세하였다.
그림 177. (하전리 측선)해안선거리에 따른 수로의
Transect Line
Distance from Shoreline
(x100m)
Feb. 2011 (mm)
May 2011 (mm)
Aug.
2011 (mm)
Nov.
2011 (mm)
Feb. 2012 (mm)
ΔD (mm)
KH
2 206.50 221.02 223.54
4 161.00 213.14 196.29
6 180.10 182.35 165.13
8 170.80 188.93 187.61
10 160.17 155.25 159.14
12 180.70 149.07 194.83
14 196.00 181.98 -
16 206.60 196.60 211.17
18 150.40 138.32 156.28
20 173.50 158.97 183.75
22 172.50 175.81 185.67
26 167.90 176.56 190.78
28 185.90 199.51 160.97
30 191.00 180.53 175.58
32 170.90 150.94 105.56
34 205.50 194.37 173.96
36 154.60 139.73 128.96
38 184.70 170.92 127.71
40 172.40 104.65 170.52
42 137.30 123.00 -
표 44. KH 조사선의 계절별 퇴적물 깊이 변화(하전리 측선)
만돌리(KM Line) 측선은 모래가 우세한 모래 갯벌이며, 해안선으로부터 2,000m 길이이다. 갯벌의 고도는 평균해수면 1m에서 -1.5m 범위를 보인다. 만돌리 측선에서는 봄철에 퇴적이 우세하나 조하대 쪽에서 침식되는 경향을 보인다. 여름철은 펄 퇴적물의 유입으로 전체적으로 퇴적이 우세하였다.
그림 178. (만돌리 측선)해안선거리에 따른 수로의 고도변화
Transect Line
Distance from Shoreline
(x100m)
Feb.
2011 (mm)
May.
2011 (mm)
Aug.
2011 (mm)
Nov.
2011 (mm)
Feb. 2012 (mm)
ΔD (mm)
KM
2 190.11 195.52 196.10
4 198.03 209.44 -
6 197.22 188.01 200.15
8 185.42 209.99 239.70
10 197.32 223.14 249.65
12 161.68 167.77 206.05
14 181.34 195.66 223.45
16 210.54 197.87 250.40
18 198.71 179.98 -
20 216.49 205.83 310.75
표 45. KM 조사선의 계절별 퇴적물 깊이 변화(만돌리 측선)
(다) 대형저서동물 조사 (1차년도)
- 2011년 4, 5월에 걸쳐 곰소만 갯벌에 선정한 25개 조사정점에서 현장조사 수행 - 곰소만 갯벌의 연속노출시간 및 임계조위에 따른 노출시간 범위 분석
(평균해수면 기준 -91cm, 26cm, 91cm, 261cm의 임계조위에 따라 5개의 노출범위 도출)
그림 179. 곰소만 갯벌의 대형저서동물 조사 정점도(KS, KB, KH, KM 조사선)
그림 180. 곰소만 갯벌 노출시간 분석. 4개의 임계조위에 의한 5개의 노출범위 도출
- RTK-GPS를 이용한 갯벌 고도측량 자료와 위성영상 자료로부터 곰소만 갯벌의 DEM 추출
그림 181. 곰소만 지형고도모델(DEM)
- DEM 자료와 노출시간 분석 자료로부터 곰소만 갯벌의 노출범위 분포대 도면화
- 곰소만 갯벌의 대부분은 노출범위 II와 IV로 대부분 구성되었으며, 노출범위 I과 III은 좁 은 분포대 형성
그림 182. 곰소만 노출범위 분포
- 곰소만 갯벌 조사대상해역의 대형저서동물은 유사도에 따라 8개의 군집으로 구성
- 대형저서동물 군집의 분포는 연속노출시간에 의한 노출범위와 퇴적상 특성 등의 환경요인 분포의 구배를 잘 반영하였음
- 이러한 결과를 통해 point 생물 자료로부터 위성자료를 활용한 결과물인 곰소만 갯벌 생 물 분포도 (full coverage spatial distribution maps) 작성 가능성 확인
그림 183. 곰소만 갯벌 저서동물 집괴분석
(라) 갯벌 미세저서조류 분포 연구 (1차년도)
- 규조류가 분비하는 extracellular polymeric substance (EPS)는 퇴적물 표층에서 형성하여 갯벌에서의 퇴적물의 이동에 대한 저항성을 가지고 있으며, 갯벌 표층 퇴적물에 부착하여 algal mat을 형성함
- algal mat은 주로 겨울 및 봄철에 번성하여 계절에 따른 갯벌 생태환경의 지시자가 되고, 갯벌 표층 반사도에 영향을 주므로 시계열적인 모니터링이 필요함
- 규조류가 형성하는 algal mat이 잘 나타나는 근소만 갯벌에서 연구를 실시하였으며 지속 적인 모니터링을 위하여 2010년 1월부터 2011년 4월까지 총 11개 정점에서 현장조사를 실 시함
- 현장조사는 FieldSpecⓇ ASD spectroradiometer를 이용하여 각 정점에서 갯벌 표층 반사도 특성을 측정하고 표층 퇴적물을 수집하여 실험실에서 클로로필 농도를 분석함
- 또한, 2008년 12월 14일에 획득된 KOMPSAT-2 영상을 이용하여 NDVI 분석을 실시하여 현장 클로로필 농도와 비교분석을 실시함
- 갯벌 표층 반사도 특성을 분석한 결과 규조류에 의하여 650~700nm 부근에서 흡수대가 나 타남
그림 184. 수집된 갯벌 표층 반사도
- 표층 퇴적물 시료를 이용하여 클로로필 농도를 분석한 결과 여름보다는 겨울인 1월~3월 사이에 농도가 높은 것을 알 수 있음
- 즉, 겨울철에 클로로필의 농도가 높으며 클로로필 농도가 높을수록 650~700nm 부근에서 흡수대가 깊게 나타나는 것을 알 수 있음
- 획득된 위성 영상을 이용하여 NDVI 분석을 실시한 결과 클로로필 농도가 높은 곳에서 NDVI 값이 높게 나타남
그림 185. 클로로필 농도
(마) 위성영상을 활용한 생물상 분포도 작성 (1차년도)
- 갯벌은 다양한 생물이 살아가는 어족자원의 보고로서 생태․경제적 가치가 매우 크고, 갯 벌 내 저서생물은 생태․경제적으로 중요한 요소이지만 우리나라는 갯벌의 경제적 가치를 판단하기 휘한 과학적 근거가 부족한 실정임. 따라서 갯벌을 보전하고 효율적으로 관리하 기 위해 체계적이고 과학적인 분석방법이 필요함
- 이 연구에서는 GIS와 인공신경망(Artificial Neural Network) 모델을 이용하여 저서생물의 분포와 관련 퇴적환경 요인들 간의 공간적 상관관계를 분석하고 황도 갯벌지역의 저서생 물의 분포 추정도를 작성함
- 분석에 사용된 관련 자료는 지형, 조류로, 퇴적상, 위성영상의 광학 반사도 등으로 GIS 기 반의 공간데이터베이스로 구축하였으며, 각 인자의 상대 주요도와 가중치는 역전파 훈련 (back-propagation training) 알고리즘을 통해 결정하였음
- 저서생물 분포 가능성 지수는 각 요인의 가중치를 적용하여 계산하였고, 산출된 지수를 이용하여 저서생물 분포 추정도를 작성함
- 이 결과도는 갯벌의 생태적 가치 평가의 의사결정위한 중요한 기본 자료로 활용될 수 있음
그림 187. 인공신경망 분석을 이용하여 작성된 잠재적인 서식지 분포도 (a) 길게, (b) 비틀이고둥, (c)
침보석요정갯지렁이