연세대 김원석 교수팀, 굽이치는 하천 형태에 숨겨진 퇴적물 이동과 홍수 패턴의 비밀 밝혀

- 하천 변화 예측 기술 초석 마련해 호우 등 기후변화 대비 기대 -
- 지구과학연구 분야 최고 권위지 ‘Nature Geoscience’에 게재 -

                                                     연구진 사진(김원석, Chenliang Wu).연세대 제공

연세대학교 김원석 교수(지구시스템과학과) 연구팀은 사행천(meandering river)의 공간적인 굽이(sinuosity) 변화를 통해 퇴적물의 이동량과 홍수 패턴에 대한 정보를 예측할 수 있다는 사실을 밝혔다. 연구 결과는 지구과학 국제 학술지 ‘네이처 지구과학(Nature Geoscience)'에 지난 3일(현지시간) 게재됐다.

하천은 침식과 퇴적이동 작용을 통해 지구 표면에 다양한 형태를 구성한다. 이러한 지표면 형성 과정은 주어진 환경에 민감하게 반응하고 특정한 규칙을 가진 형태로 나타난다. 이 중 굽이치는 하천의 형태인 사행천에 대해서는 다수의 연구들이 진행된 바 있으나, 상류에서 하류로의 공간적인 굽이 변화와 그 원인을 밝힌 연구는 거의 없었다.

이에 연세대 김원석 교수 연구팀은 미국 펜실베니아주, 텍사스주, 루이지애나주에 위치한 5개 대학 및 중국 칭화대 연구진들과 사행천 컴퓨터 수치모델링과 원격탐사 기술을 활용해 지구의 21개 주요 하천과 화성의 6개 고(古)하천 자료를 분석했다.

그 결과, 하천의 하류로 갈수록 굽이의 정도가 작아진다는 기존의 사실과는 다르게, 주요 하천의 굽이 정도는 일정하게 유지되는 그룹과 하류로 갈수록 오히려 증가하는 그룹으로 나타났다. 이 같은 결과는 화성의 하천을 분석한 자료에서도 동일하게 나타났다.

사행천은 초기 생성 이후 그 굽이가 증가하다가 어느 시점에 도달해 하천절개(Cuttoff)가 시작되면 굽이가 다소 감소하며 평형상태에 이르게 된다. 이후 사행천은 평균적으로 일정한 굽이를 유지하게 된다.

모든 자연하천은 하천이탈(avulsion) 현상을 통해 새로운 경로로 이동하고 초기화되는데, 얼마나 빨리 하천이탈이 도래하느냐에 따라 하류 굽이가 평형상태에 도달하거나 평형상태보다 증가된 양상을 보인다. 평형상태에 상대적으로 빨리 도달한 그룹의 하천은 하상 퇴적물의 이동과 유량의 연중 변화가 크고, 홍수의 강도가 상대적으로 세서 하천의 측방이동 또한 다른 그룹의 하천보다 크게 나타나는 대조를 보였다.

연세대 김원석 교수는 “지표의 형태 속에 감춰진 또 하나의 암호를 발견했다.”며, “줄다리기할 때 ‘영차, 영차’ 하고 짧고 강하게 당기는 것이 더 효과적인 것처럼, 홍수의 강도도 전반적으로 강한 것 보다, 짧더라도 센 것이 하천 성장에 더욱 효과적으로 영향을 미친다.”고 덧붙였다.

이번 연구결과로 고수류의 공간적 변화를 통해 퇴적 환경을 해석할 수 있게 됐으며, 특히 화성에서 관찰된 사행천 기록은 수문학적 환경 변화를 예측하는 새로운 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 홍수와 퇴적물의 영향에 따른 수로 변화를 더욱 정밀하게 예측할 수 있게 돼, 지구 온난화로 인해 급격하게 변화하는 홍수 패턴에 대한 하천의 변화 예측 기술에 한발 다가서게 됐다.

이 연구는 한국연구재단 대학중점연구소지원사업과 연세대 박사후연구원 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

* 자료 제공 : 연세대학교

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