해수면 상승에 따른 순천만 습지 변화 예측

1. 연구 대상지역

본 연구는 육지와 해양이 만나는 염하구 해안습지인 순천만과 그 일대 유역을 대상지로 선정하였다. 순천만은 고흥반도와 여수반도 사이에 있는 여자만의 최북단에 위치한 작은 만을 가리킨다. 순천만을 기준으로 북쪽으로는 간척하여 일군 경작지가 제방으로 경계 지어져 있고 동과 서는 가파른 산지 지형으로 삼면이 막힌 반폐쇄적인 만입형태이다([Fig. 1]).

순천만 염하구 지역은 동천과, 이사천이 교량동에서 합류하여 하구로 유입되며 1991년 축조된 주암조절지댐에 의한 유량 조절을 받는다. 대상지의 식생은 대부분 갈대(Phragmites australis) 순군락이며 모새달, 칠면초, 천일사초등이 서식한다 Lee et al. (2008). 순천만은 수려한 갈대경관과 더불어 흑두루미 월동지역으로 많은 주목을 받았으며, 2006년 한국 연안습지 최초로 람사르에 등록된 습지이다. 이러한 순천만 역시 과거 갯벌의 가치가 낮게 평가되던 시절 4단계에 걸쳐 농경지로 점진적인 간척사업이 진행되었으나 현재 장산과 해룡 노월 일대 지역 (약 78a)의 부지에 역간척 및 복원사업을 계획하고 있으며 앞으로도 습지복원과 보전에 대한 사업이 활발할 것으로 예상되는 지역이다 (Suncheon City Hall, 2016).

[Fig. 1]

A map of study area. The coastal wetlands of Suncheon Bay

2. SLAMM 모델

본 연구에서는 해수면 상승에 따른 순천만의 습지 변화를 파악하기 위하여 Park et al. (1986)에 의해 개발된 SLAMM 모델을 사용하였다. SLAMM은 해수면 상승에 따라 발생하는 연안지역 습지의 변화를 예측하는 모델로 대상지를 일정한 간격의 셀로 구분하며 각각의 셀에는 고도, 경사도, 습지피복분류 등의 정보가 들어가게 된다. SLAMM은 이를 바탕으로 대상지의 조차와 침식·퇴적의 변화율 등을 고려해 해수면 상승 시 연안지역 습지의 변화를 예측한다. 이 때, SLAMM은 단순히 침수되는 면적만으로 계산되는 것이 아니라, 해수면 상승의 과정에서 발생하는 범람(Inundation), 침식(Erosion), 침수(Overwash), 포화(Saturation), 퇴적(Accretion), 그리고 염분(Salinity)의 6가지 작용을 모델에 적용하며, 해수면 상승 시 발생하는 침수와 범람에 의해 저지대가 받는 영향, 조류와 파랑에 의해 발생하는 침식율과 유·무기물에 의한 퇴적률의 영향, 지하수압의 증가로 인한 토양 포화도 증가로 습지 면적에 발생하는 영향 그리고 염분의 영향 등을 고려하여 습지 변화를 예측할 수 있다 Clough et al. (2012). 또한 SLAMM 모델에는 기본적으로 IPCC 4차 보고서의 해수면 상승 시나리오가 내장되어 있으며 필요에 따라 Custom을 설정하여 원하는 대로 해수면 상승 시나리오를 조정할 수 있다(Clough, 2012). SLAMM은 Federal Geographic Data Committee(2013)의 분류체계에 따라 System과 Subsystem 그리고 기질과 식생 등으로 습지의 피복분류를 나누며 그 분류 코드는 총 23가지로 나뉜다.

이렇게 분류된 습지는 [Fig. 2]에서 볼 수 있듯이 해수면이 상승함에 따라 침수에 의해 그 분포가 해역에서 갯벌, 규칙적 침수습지 그리고 불규칙적 침수습지 순으로 점차 내륙으로 이동하는 것을 가정하여 예측된다 Kim & Lee(2010).

[Fig. 2]

Change of wetlands category according to sea level rise(http://warrenpinnacle.com/prof/SLAMM/index.html)

3. 모델 적용

SLAMM 모델의 시뮬레이션을 위해서는 대상지의 DEM(Digital Elevation Model), 경사도, 습지피복분류도 및 해수면 상승 예측 값, 조석 간만의 차, 침식·퇴적 변화율 등의 자료가 필요하다. 순천만 지역의 DEM과 경사도 파일은 국토지리정보원의 1:5000 수치지형도의 등고선과 해안선 자료를 활용하였으며, ArcGIS 프로그램을 이용하여 구축하였다. 습지피복분류도는 국토지리정보원의 토지이용현황도와 환경부의 중분류 토지피복지도 그리고 항공사진을 참고하였으며, 마찬가지로 ArcGIS 프로그램을 이용하여 구축 후, 기존 SLAMM의 분류체계와 비교하여 순천만에 적합한 코드를 선정하였다. SLAMM의 습지피복분류체계는 연안지역의 식생과 기질 그리고 투수율 등에 의해 다양하게 분류되었으며 본 연구에서는 대상지의 특성에 맞는 습지의 코드를 선정하여 습지피복분류 카테고리를 다음과 같이 작성하였다(<Table 1> 참조). 습지분류 카테고리는 크게 육상지역(Dry land), 농경지(Rice-Field), 식생습지(Vegetation Wetlands), 갯벌(Tidal Flat), 하천 및 호소(River or Lake) 그리고 해역(Sea Area)으로 나뉜다. 육상지역은 투수율에 따라 개발지(Developed Dry Land)와 미개발지(Undeveloped Dry)로 나뉘며 순천만 인근의 주택 및 상업지구는 개발지, 산지와 나지 등의 지대는 미개발지로 분류하였다. SLAMM의 카테고리 분류체계에 따라 농경지(Rice Field)는 Inland Fresh Marsh로 분류하였으며 식생습지는 갈대 군락지를 포함하는 불규칙적 침수습지와 하천을 따라 있는 조수 담수습지로 분류하였다 Clough et al. (2012), (Federal Geographic Data Committee, 2013).

<Table 1>

Wetlands Category in Suncheon Bay

순천만의 퇴적률은 기존 문헌들을 참고하여 선정하였다. 갈대가 서식하는 불규칙적 침수습지: 14.58mm/yr (Kim, 2009), 농경지: 1mm/yr Clough et al. (2015), 갯벌: 4.7mm/yr Koh et al. (2016)의 값을 적용시켰으며, 해수면 상승률은 IPCC 보고서의 내용에 따라 평균값인 3.2mm/yr, 순천만의 조석 간만의 차는 국립해양조사원(2013)의 조석관측 자료에 따라 2.1m의 값을 적용시켰으며, 염분의 영향이 미치는 범위는 약최고고조면부터 평균해면까지의 높이 차인 1.8m를 적용하였다.

Lee et al. (2014)의 연구에서는 속초, 보령, 부산, 여수 및 제주 5곳을 대상으로 조위관측소의 장기 조위자료를 이용해 미래 해수면 상승의 정도를 통계적으로 추정하였다. 그 결과 여수 조위관측소의 해수면이 2100년까지 1.0m 상승하는 시나리오와 가장 유사한 값을 나타내었으며, 이는 IPCC 5차보고서의 RCP 시나리오에 의한 전지구적 해수면 상승 평균값인 0.63m보다 대상지역의 해수면 상승 영향이 크게 나타날 것임을 말해주고 있다. 따라서 본 연구에서는 대상지의 이러한 특성을 반영하고자 현재 2015년을 기준으로 2100년 해수면 1.0m 상승 시나리오를 적용하였다.

4. 모델 검정

모델의 검정을 위해 과거 순천만의 항공사진과 현재 상태를 과거로 재현한 습지피복분류도의 비교를 실시하였다. 이를 위해 국토지리정보원의 해방이후 항공사진을 사용하였으며, 비교를 위해 현재 상태를 과거로 재현한 습지피복분류도는 과거 순천만 농경지의 고도가 간척으로 인해 갯벌보다 30cm 가량 높아졌다는 결과(Park, 2000)를 바탕으로 현재의 순천만에서 고도를 조정하고 제방을 없앤 상태를 재현하여 작성하였다. 1948년의 항공사진에서는 당시의 간조, 만조 상황을 확인할 수 없어 정확한 갯벌 면적 산정이 힘들다고 판단하였기에 두 습지피복분류도에서 육안으로 확인 가능한 전체 면적에 대한 육상지역의 비율을 서로 비교해 보았다.

1. 모델 검정

과거 순천만의 습지피복도와 현재 상태를 과거로 재현한 습지피복도의 비교에서 습지와 해역을 제외한 육상지역의 면적 비율이 각각 39.59%, 42.11%를 나타내었다. 이 두 면적 비율의 비교를 통해 과거 순천만의 습지피복도와 SLAMM으로 재현한 습지피복도의 육상지역 면적 비율이 약 94.01% 유사한 것을 알 수 있다([Fig. 3]).

[Fig. 3]

(a) Aerial photograph of Suncheon Bay in 1948 (www.ngii.go.kr), (b) Wetlands category map of reaproduced Suncheon Bay by SLAMM in 1948

2. 습지 변화 예측

제방이 없는 순천만의 모습을 재현하여 25년 단위로 모델의 시뮬레이션을 한 결과 [Fig. 4]와 같이 나타났다. 제방을 허문 직후 염분의 침투로 농경지 면적의 약 6.7%가 염분의 영향을 받아 전이습지로 변화하였으며, 전이습지의 면적은 해수면 상승에 따라 2025년, 2050년, 2075년, 2100년 전체 면적 대비 1.86%, 2.41%, 3.27%, 4.36%를 차지하며 점점 증가하는 모습을 나타내었다. 또한 조수 담수습지의 면적이 조금씩 감소되었고 기존에는 없던 전이습지와 규칙적 침수습지 지역의 출현과 지속적인 증가로 습지 지역의 총 면적이 전체 지역의 2.12%에서 2100년에는 6.53%로 약 3배 정도 증가될 것으로 예측되었다. 해수면이 상승함에 따라 전체 갯벌 면적은 27% 정도 감소하였으며 2100년 해역은 전체지역에서의 비율이 3% 증가, 갯벌의 면적은 전체지역에서 3% 가량 감소하였다(<Table 2> 참조).

[Fig. 4.1]

Change of wetlands category in Suncheon Bay by SLAMM without Levee

[Fig. 4.2]

Change of wetlands category in Suncheon Bay by SLAMM without Levee

<Table 2>

Change of wetlands category in Suncheon Bay by SLAMM without Levee (%)(Total Area: 9328.53ha)

3. 고찰

SLAMM 모델을 사용하여 해수면 상승에 따른 순천만 습지의 변화를 예측해보았으며, 향후 순천만 제방 안쪽 지역의 복원 가능성을 염두에 두어 제방을 철거하였을 경우를 가정하여 시뮬레이션 하였다. 그 결과 농경지 면적의 6.7%가 전이습지로 변화하고, 전이습지의 면적이 증가함에 따라 식생습지의 면적이 전체지역에 대하여 2.12%에서 6.53%로 증가될 것으로 예측되었다. 또한 전체지역에서 갯벌의 비율은 약 3%감소, 해역의 비율은 3%증가하는 것으로 나타났으며, 해수면이 상승하여 생기는 침수의 영향에 의해 전체 갯벌면적의 약 27%의 손실이 일어날 것임을 알 수 있다.

본 연구에서 나타난 결과를 기존 순천만을 대상으로 같은 SLAMM 모델을 적용시켰던 Kim & Lee (2010)의 연구결과와 비교 고찰해 보았다. 기존연구에서는 총 식생습지의 면적이 전체면적의 1.22%에서 2100년 3.72%로 증가한 것으로 나타났다. 본 연구에서 초기 식생습지 면적은 2.02%이며 2100년의 면적 비율 값은 5.65∼7.09%로 나타났다. 이런 차이의 이유는 이전 연구에서 순천만의 갈대밭을 식생습지 지역으로 따로 분류해주지 않았기 때문에 모델에서 인식하는 식생습지의 범위가 달랐기 때문인 것으로 보여 진다. 또한 기존 연구에서는 2100년에 갯벌면적이 약 67% 감소하는 것으로 나타났으며, 본 연구의 갯벌면적 감소 비율 예측보다 큰 수치였다. 이러한 결과는 대상지에 대한 기존연구의 해수면 상승 시나리오도 달랐을 뿐 아니라 갯벌 퇴적률 0.5mm/yr과 본 연구의 갯벌 퇴적률 4.7mm/yr이 다르게 적용되기 때문으로 보여 진다. 기존연구에서는 순천만, 함평만, 낙동강 그리고 한강 하구 네 곳의 대상지에 동일한 퇴적률을 적용하여, 순천만을 대상으로 퇴적률을 선정한 본 연구의 결과와 차이를 보여주는 것으로 볼 수 있다.

본 연구의 결과에서 전체 식생습지면적은 조수담수습지, 전이습지, 규칙적·불규칙적 침수습지 네 종류를 모두 합한 값으로 전체면적에 대한 그 비율이 2100년, 약 3배 정도 증가하였으나, 각각의 습지피복종류 별로는 서로 다른 변화량을 가진다. SLAMM은 습지피복분류의 종류에 따라 서식가능한 식생의 종류를 알려주지만 이는 미국의 기준이며 우리나라의 기후환경과는 맞지 않는 분류이다. 따라서 우리나라의 기후환경 아래에서 각각의 습지피복종류별로 서식 가능한 식생에 대한 연구가 필요하며, 특히 기존에는 없었으나 농경지의 염습지화로 생겨난 전이습지 지역에 적용 가능한 식생에 대한 연구가 더 진행된다면, 본 연구의 적용 가능성을 높일 수 있을 것이라 보여 진다.