천수만 해양환경의 특징

1. 서 론

천수만은 한국 서해안에 위치하며 수심이 대략 20 m 이하의 반폐쇄성 해역으로서, 서쪽으로는 태안군 안면도, 북쪽으로는 서산방조제 A와 B, 동쪽으로는 홍성군과 보령시, 남쪽으로는 효자도, 원산도 등으로 둘러싸여 있다(Fig. 1). 천수만은 방조제 건설 이후 방조제를 따라 10 m 이상의 수심을 유지하고 있으며 해안선 부근에는 간석지가 많이 형성되어 있다(Fig. 2). 만의 폭은 8.0-13.0 km, 남북 방향의 길이는 37 km에 달한다(Kim[1989]). 반면, Kim and Kang[1986]은 천수만은 동서의 폭이 최대 7.4 km, 남북의 길이는 33 km라고 기술하고 있으며, Kwon et al.[2013]은 천수만이 남북으로 약 40 km, 만 중앙부의 최대폭은 약 10 km, Park et al.[2006]은 만 입구의 폭이 5.5 km, 길이가 40 km, 평균 수심이 10-25 m로 각각 기술하고 있어서 연구자마다 정의에 대한 의견 차이를 보였다.

Fig. 1.

Cheonsu Bay for study area.

Fig. 2.

Distribution of maricultural farms in the neighborhood of Cheonsu Bay (https://www.mof.go.kr).

천수만의 저질은 대부분 사니질이며, 석영이 30%, 정장석이 20%, 사장석이 4-10%로 구성되어 있으며, 홍성군 연안측은 미사장석이 14%로 좋은 대조를 이루고 있다(KORDI[1980]). 또한 홍성군측 양식장 주변은 잘피군락이 잘 서식하는 사니질이 형성되어 있다. 한편 만의 내측에는 하천(덕문천, 해미천, 대사천, 영곡천, 와룡천 및 저수지(삼성, 산수)에서 다량의 담수가 유입되었으나, 간척공사에 따라 축조된 방조제로 인해 담수 유입이 차단되었다. 그러나 만의 동쪽 홍성군 서부면 남당리 하부 2 km 지점에서는 금리천이 만내로, 만구역인 보령군 오천면에서 오천과 염성저수지의 담수가 각각 유입하고 있으나, 안면도측에서는 호저수지와 춘산저수지의 지류가 유일한 담수 유입원이다(Kim and Kang[1986]; Kim[1989]).

천수만의 조석은 반일주조가 탁월하고 평균 조차는 4.59 m(대조차: 6.33 m, 소조차: 2.86 m)로서, 주 수로에서 조류의 최강 유속은 창조류시 1.0 m·sec^-1, 낙조류시 0.7 m·sec^-1이다(KORDI[1974]; KEPCO[1985]; Ryu et al.[2005]; Kim and Kim[1996]; Lee et al.[2013]). 천수만은 방조제 건설 이전에는 만 입구에서 2-3 m·sec^-1의 강한 조류가 발생하였으나(KORDI[1978]; KORDI[1994]), 방조제 건설 후는 유속이 현저히 감소하여 만내에서 창조류는 0.6 m·sec^-1, 낙조류는 0.95m·sec^-1로, 방조제 건설이 천수만내 조류 소통에 중요한 변화를 야기시켰다(KORDI[1994]; OHA[1991]). 특히, 낙조류시에는 해안선에 평행한 남향류를 보이다가 창조류시는 만의 입구쪽에서 북동방향으로 편향을 보이는데, KMSTI[1981]에 의하면 이것은 최대수심의 수로가 이 방향으로 향하고 있기 때문이다. 또한 천수만 북부의 부남 및 간월 호수의 방조제 전면에 위치한 황도 주변의 조간대는 그 중앙에 있는 복잡한 수로가 특징이며, 이곳은 폭이 1.65 km, 길이가 5.15 km로, 퇴적상은 만조선으로부터 간조선을 향해 mud flats, mixed flats, sand flats으로 구성되어 있다(Lee and Park[1998]). 특히, mud flats 퇴적상은 완만한 경사와 상방향으로 오목한 기복을 가지고 있다(Choi et al.[2010]; Choi et al.[2011c]; Kim et al.[2019]). 그러나 이러한 퇴적상은 저서생물에 의해 많이 교란되었으며 지속적인 매립과 제방 건설로 인해 해안선에도 많은 변화를 겪었다(Kim and Ryu[2020]). 또한 배수갑문을 통한 간헐적인 담수 배수로 인해 육상기원 유기물이 유입되고 있어서 북쪽에 위치한 방조제 주변에서는 이를 이용한 가두리 양식이 성행하고 있다. 특히 담수 배수시에는 표층에 염분이 낮은 수괴가 형성되어 담수성 플랑크톤이 관찰되기도 하며, 하계 수온 상승시에는 적조도 발생한다(KORDI[1992]).

한편 천수만 방조제는 1979년 8월 착공되어 1983년 10월에 사장포 해역(서산 A 지구), 1985년 3월에 적돌강 해역(서산 B 지구)에 물막이 공사가 완료됨으로써 만의 북부에는 간월호(서산 A 지구)와 부남호(서산 B 지구)라는 두 개의 인공호가 각각 조성되었다(Jung et al.[2014]). 특히 간월호 삼각주는 간월호가 형성된 이후 도당천의 하구 부분에 퇴적물이 쌓이면서 발달하였다(Son[2019]). 또한 1999년에는 충남 보령시 천북면 하만리와 오천면 소성리를 연결하는 보령방조제(오천만), 또한 2000년에는 충남 홍성군 서부면 신리와 보령시 천북면 장은리를 연결하는 홍성방조제(모산만) 등의 물막이 공사가 완공되어 천수만의 해역 면적은 이전의 380 km²에서 절반 정도가 감소한 약 180 km²로 줄어들었다(So et al.[1998]). 방조제 건설 이전에는 큰 도시나 산업시설이 거의 없고 흘러들어오는 큰 하천도 없어 육상 오염물질이 거의 유입되지 않아 청정한 수질이 유지되어 여러 수산생물의 서식처와 산란장이었으며, 특히 꽃게와 대하의 주 산란장이었다(NIFS[1985]). 또한 만내의 간석지에서는 굴양식이, 그리고 빠른 조류를 이용한 정치망 어업이 성행하였으며, 김을 비롯하여 바지락, 낙지, 농어, 도미류, 민어, 숭어 등 어류가 대량 생산되는 곳이었다(KORDI[1978]; KEPCO[1985]; Lee and Seok[1984]). 또한 마을어업, 양식장, 정치망 어업 등 다양한 어장이 연안이나 섬 주변의 간석지를 따라 집중적으로 분포하고 있다(Fig. 2). 천수만의 수산생물 서식 환경을 지키기 위해 1978년에 이 지역 248.8 km²를 수산자원보전지역으로 고시하였으나, 1980년부터 1984년까지의 서산 A, B지구 간척공사(1982년에 착공, 1989년에 완공)로 인해 1986년에는 27.24 km²가 감소한 221.56 km²가 보전지역으로 변경고시되었고, 이후 1998년에는 8.079 km²가 감소한 213.481 km²가 보전지역으로 변경·지정되었다(Park et al. [2006]). 그러나 이러한 수산생물의 보전 노력에도 불구하고 방조제 건설 이후 조석의 변화로 인해 수산생물의 생산량은 감소 추세를 보이고 있으며(Lee[1983]; Lee and Seok[1984]), 급격히 약해진 조류의 영향으로 퇴적상도 변화하여(KORDI[1994]), 저서생물의 군집뿐만 아니라 우점종의 서식밀도도 변화한 것으로 나타났다(Lee and Park[1998]; Park et al.[2000]). 이러한 환경변화에 대처하기 위해 최근 홍성군에서는 새조개를 비롯한 대하, 쭈꾸미, 꽃게, 바지락 등의 방류사업을 통해 천수만에서의 지속적인 수산자원의 회복과 조성에 힘을 쏟고 있다(https://hongseong/go.kr; https://m.khan.co.kr).

이상에서 살펴본 바와 같이, 천수만은 예로부터 청정한 수질과 만내에 발달한 간석지에 힘입어 다양한 수산생물의 서식처와 산란장 뿐만 아니라 지역 주민들의 삶의 터전이었다. 그러나 최근 들어서산방조제를 비롯한 보령방조제, 홍성방조제의 건설과 이에 따른 간척사업 등으로 인해 어장이 축소되고 또한 물리 환경과 퇴적 환경이 급변하여 수산생물의 서식 환경은 예전에 비해 상당히 악화된 것으로 나타났다. 따라서 천수만이 당면한 과제는 생물생산성의 향상과 환경회복이며, 이를 위해서는 먼저 천수만 현재의 해양환경이 어떤 상태인가를 진단하고 확인할 필요가 있다고 판단된다. 이러한 관점에서, 본 연구에서는 지난 45간 천수만의 해양환경과 관련하여 수행된 연구의 광범위한 리뷰를 바탕으로 연구 주제의 시대적 변화와 해양 환경의 특징을 고찰하고, 환경 개선을 위해 필요한 사항에 관하여 검토하였다.

2. 자료 및 방법

본 연구에서는 1976년부터 2021년까지 천수만 연구와 관련하여 발표된 한국학술지인용색인(Korea Citation Index; KCI) 논문 47편, 과학인용지수(Science Citation Index; SCI) 논문 17편 등, 총 64편의 논문을 분석하였다. 또한 국립해양조사원 개방해(http://www.khoa.go.kr/oceasnmap/main.do)에 공개된 어장정보를 참고하여 이들 자료로부터 시대에 따른 연구 주제의 변화와 천수만 해양환경의 특징을 진단·평가하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 천수만 연구의 개요

1976년 이래 천수만의 해양환경과 관련하여 수행된 연구 주제와 각 연대별 논문 발표건수를 나타내었다(Table 1). 천수만 연구는 전체 64건 중 생물 및 생태 환경과 관련한 주제가 많았고, 다음으로 퇴적 및 저서 환경, 물리 환경, 기타 환경(생태관광, 조류(새), 지역경제 등), 물리 환경, 미세플라스틱, 그리고 수질 환경의 순으로 나타났다. 특히 주목할 만한 것은 1985년 서산 A, B 방조제에 의한 체절이 완료된 이후인 1986-1990년 동안 생물환경(어류와 플랑크톤)에 관한 연구가 상대적으로 많았다(Fig. 3). 이것은 아마도 천수만 북부 지역의 간척이 해양환경이나 생태계에 미쳤을 영향 파악이 필요하였기 때문으로 생각된다. 이러한 경향은 1999년 보령방조제와 2000년 홍성방조제에 의한 물막이공사가 완료된 시기 전후에도 생물환경 및 퇴적 환경에 관한 연구가 꾸준히 이루어지고 있다는 사실에서 알 수 있다. 또한 물리환경에 비해 생물 환경이나 퇴적 환경에 관한 연구 주제가 상대적으로 더 많이 다루어진 것은 천수만이 가진 생물학적인 가치가 그만큼 중요하며 동시에 방조제 건설 후 야기되는 퇴적 환경의 변화 추이를 관찰하는 것 또한 중요하기 때문이라 판단된다. 반면, 적조, 빈산소수괴 및 미세플라스틱에 관한 연구 주제가 거의 전무한 것은 천수만이 가지고 있는 차별성, 즉 해양환경적 특성 중의 하나라고 생각된다(Lee et al.[2020a]; Lee et al.[2020b]; Lee et al.[2021]). 이것은 천수만이 남해안의 다른 만(예를 들면, 광양만, 가막만, 진해만, 득량만 등)에 비해 수질이나 저질 환경이 상대적으로 양호한 것으로 판단된다.

Table 1.

Themes of the research related to Cheonsu Bay

Fig. 3.

Number of the papers issued in relation to the marine environmental of Cheonsu Bay during the past 45 years.

지금까지의 연구 주제와 관련하여 천수만의 해양환경 즉, 물리환경, 수질 환경, 퇴적 및 저질환경, 생물 및 생태환경, 미세플라스틱 문제, 기타 환경에 관하여 각각 고찰하고자 한다(Table 1).

3.4 퇴적·저서환경

3.4.1 퇴적 환경

Park[1976]은 Landsat 영상자료(구름이 없는 1972년 10월 31일 오전 10:45, 1973년 2월 15일 오전 10:40)와 항공사진에 의한 자료를 이용하여 천수만내 간석지의 지형을 조사하는 방법에 관한 비교연구를 수행하였다. 그 결과, 그는 간석지 지형의 판독에 유리한 단파장대는 band 5, 7 혹은 band 4, 5, 7의 색복합 영상이며, Landsat 영상의 해상력은 최소한 그 축적이 1:50,000 정도의 영상이 생산되지 않으면, 그 유용성은 감소될 것이라고 주장하였다. 또한 Landsat 영상은 해안 단구, beach, spit 등과, 식생으로 피복된 곳까지도 판독이 가능하므로 항공사진보다 훨씬 유리하며, 퇴적물은 그 기원에 따라 육성 퇴적물, 해성 퇴적물 그리고 혼성 퇴적물로 세분화할 수 있는데, 이러한 세분화는 항공사진상에서는 어렵지만 Landsat 영상에서는 용이하게 행할 수 있다고 주장하였다. Jo and Jo[1997]는 1910년대 지형도와 지형도 및 위성영상을 기본도로 하여 천수만을 포함하여 한국의 각 지역별 간석지 분포와 간척 현황을 GIS로서 계량한 결과, 한국의 간석지는 1910년대 이후 간척된 것을 포함하여 약 3,800 km²에 이르는 것으로 나타났다. 또한 간석지 면적은 전남 서해안, 경기만, 아산만, 전남 남해안, 군산만, 천수만, 경남 및 부산 해안 순으로 넓게 형성되어 있으나, 면적의 증가율은 20세기 전반부에는 비교적 높은 데 비해 후반부에는 훨씬 낮아져 거의 정체상태에 있다고 보고하였다. Jang et al.[2002a]은 1996년 9월 1일에 관측한 Landsat TM의 다중분광 위성자료와 분광반사 측정자료를 이용하여 천수만 간석지 표층퇴적물의 조성을 분석한 결과, 퇴적물의 수분 함수율에 따라 반사율이 달랐고, 함수비가 0%에 가까울수록 반사율은 지속적인 증가를 보였다. 또한 퇴적물의 입자 크기가 클수록 반사율은 낮아지는 경향을 보였으며, 입도 분석결과 천수만 간석지 만 내측은 점토질 간석지, 중간은 혼성 간석지, 바다쪽은 사질 간석지가 분포하는 것으로 나타났다. 한편 위성자료를 이용한 간석지 조성물질의 분류에는 무감독분류(unsupervised classification) 방법인 ISODATA (Iterative Self Organizing Analysis Technique) 분류기법이 유용하며, 해안선과 연안지형의 변화뿐만 아니라 퇴적물의 퇴적과 침식의 분포양상을 파악하는 데에 효과적임을 확인하였다. 이들의 결과로부터 그들은 다중분광 위성자료가 간석지의 조성물질 분류는 물론 대규모 간척사업에 따른 환경영향평가 및 지속적인 모니터링에도 활용될 수 있다고 주장하였다. 또한 Jang et al. [2002b]은 전술한 Jang et al. [2002a]과 동일한 방법을 천수만 간석지 퇴적물 조성물질의 분류에 적용한 결과, 해안선과 연안지형 변화뿐만 아니라 퇴적물의 퇴적과 침식의 분포양상을 파악하는 데에 있어서 이 방법이 효과적임을 확인하였다. 그들의 분석결과에 따르면, 천수만의 가장 안쪽에는 점토질 간석지, 중간에는 혼성 간석지, 바다쪽에는 사질 간석지가 각각 분포하고, 또한 안면도 남단의 섬옷섬 주변과 바람 아래 해수욕장을 중심으로 동쪽사질 간석지의 분포가 우세하지만 서쪽으로는 혼성 및 점토질 간석지가 우세한 것으로 나타났다. 뿐만 아니라, Jang et al. [2002c] 또한 간월도 주변지역은 방조제 공사후 퇴적환경이 우세하여 지속적으로 간석지의 면적이 확대된 것으로 보고하였다. 안면도 남단의 섬옷섬 주변과 바람 아래 해수욕장을 중심으로 동쪽으로는 퇴적환경이 우세한 반면, 서쪽으로는 침식환경이 우세하였다. 한편 간석지 퇴적물의 공급원은 연안의 침식물질과 퇴적물질이 큰 비중을 차지하며 모래, 자갈 등 조립물질이 풍부하였다. 또한 이들 퇴적물은 원마도가 극히 낮고 표토는 적황-적색계통의 색깔을 띠었는데, 이것은 오랜기간 동안의 평탄화 작용과 함께 풍화작용을 받은 결과로, 선캄브리아기 태안층군에 속하는 변성퇴적암류가 대부분을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 또한 Choi et al.[2010]은 고해상도의 공간 분해능을 가진 위성자료(IKONOS; 세계 최초의 상업용 고해상도 위성)를 현장관측자료와 결합하여 천수만내 황도 조간대의 특징적 공간 분포를 추정한 결과, 위성자료가 현장관측자료보다 90.7%의 높은 정확도(accuracy)를 보여 그 유효성을 확인하였다. 확률 모형에 기초한 GIS 해석에 의해 각 표층 퇴적상과 분광 반사율간의 관계를 정량적으로 추정한 결과에 의하면, 뻘 퇴적상은 높은 정(+)의 상관성을 나타낸 반면, 모래 퇴적상은 높은 음(−)의 상관성을 나타내었다. 이들 퇴적상과 DEM 사이에는 이 지역의 지형적 특징과 높은 상관성을 보여 주어, 고분해능의 원격 탐사 영상과 현장자료를 사용하는 것에 의해 조간대의 형태와 분포를 정량적으로 결정할 수 있는 가능성을 나타내었다.

한편 Park and You[1980]는 현재 및 과거의 하천에 의해서 영향을 전혀 받지 않고 형성되었다고 판단되는 천수만내 북부의 창리와 간월도리 사이 갯골의 형태적 특성을 조사하였다. 이들은 Horton-Strahler 방식과 Woldenburg 등이 개발한 방식을 이용하여 갯골들의 형태적 특성을 계량적으로 조사하여 외국의 하천 형태를 포함한 조사결과와 비교·분석하였다. 그 결과, 갯골수(number of creeks)는 하천과 비슷한 형태적 특성을 가지고 있었으나 갯골의 길이는 그렇지 않았다. 또한 지수함수를 이용한 연구지역의 R_w/R_b(R_w: 폭율, R_b: 분기율) 값은 0.5-0.6으로, 하천과 하구의 중간 값을 나타내었으나, 하구의 값보다는 하천의 값에 더 근사하였다. 한편 분기율(分岐率)은 ~0.4로, 하천보다 낮고 하구보다 높았으며, 이 값 또한 갯골이 담수하천과 하구의 점이적(漸移的) 특성을 가지고 있었다. 결론적으로 조사지역인 천수만 갯골의 형태는 담수 하천과 하구의 중간적 형태임을 알 수 있었다. 또한 Kim [1989]은 천수만의 조간대에서 만조선과 간조선을 잇는 20개의 시료 채취선을 설정하여 250 m간격으로 98개의 표층퇴적물 시료를 채취·분석하여 이들의 퇴적구조를 니질퇴적상, 혼합퇴적상, 사질퇴적상으로 분류하였다. 또한 이들 퇴적상은 조류와 파랑에너지에 대한 노출정도와 퇴적물의 기원(source)에 따라 두 가지 유형이 존재하는 것으로 나타났다. 즉, 만조선에서 저조선 방향으로 서부 조간대에서는 니질-혼합-(사질)이, 동부조간대에서는 (니질)-혼합-(사질)의 순서로 해안선과 평행하게 대상분포를 보였다. 한편 조간대층은 2 μm 이하의 세립질 퇴적물을 구성하는 점토광물 중에는 일라이트가 가장 풍부하였고(52-62%), 다음으로 고령석(14-21%), 녹니석(18-29%), 스멕타이트(0.2-5%)의 순으로 나타났다. 이러한 점토광물의 성분 중 일라이트의 대부분은 황해로부터 운반되어 왔고, 고령석과 녹니석은 천수만 주변의 육지에서 공급되었으며, 스맥타이트는 천수만내에 분포하는 소규모의 화산섬들로부터 공급된 것으로 추론하였다. 한편 Ryu and Chang[2005]은 1993년 8월부터 1994년 5월까지 4회에 걸쳐 천수만내 총 21개 정점에서 퇴적물을 채취·분석하여 해안선의 변화 및 조간대의 해빈 특성을 조사하였다. 천수만 해안은 심하게 풍화된 퇴적암과 풍화토층으로 구성되어 있으며, 해안선은 −58.9 cm·yr^-1 ~ −73.3 cm·yr^-1 후퇴한 것으로 나타났다. 이를 뒷받침하는 증거로서 해안침식을 지시하는 톱날 모양의 해안선, 고조선 해빈의 전석, 침식되지 못하고 남아 있는 잔류암맥, 그리고 바위섬 모양의 island stack 등의 여러 가지 특징들이 발견되었다. 또한 해빈 퇴적물의 조성은 돌출부에서 만의 중앙으로 갈수록 성숙된 경향을 보였는데, 이는 해빈을 구성하는 사질 퇴적물의 기원이 남측과 북측의 돌출부에 있으며, 따라서 침식된 퇴적물은 파랑이 야기한 연안류에 의해 만입된 중앙으로 이동한 것으로 나타났다.

이상의 결과로부터, 천수만 북쪽의 간석지(간월호 전면)는 서산 A 방조제 축조 후 그 면적이 확대되었고, 천수만 해안선은 파랑이야기한 연안류에 의해 침식이 진행되고 있는 것으로 나타났다(Jang et al.[2002c], Ryu and Jang[2005]).

3.4.2 저서환경

Choi et al.[2011a]은 국내 환경(수분함량, TOC, 지속성 유기오염물질, silt + clay 등)의 모니터링 프로그램을 통해 천수만을 비롯한 25개 한국 연안(서해안 7개소, 남해안 11개소, 동해안 7개소)에서의 퇴적물 유기오염물의 시공간적인 변화를 추정한 결과, 퇴적물의 유기오염 농도는 외국의 연구와 비교하여 상대적으로 낮거나 중간정도로 나타났다. 또한 조사기간 중 유기오염물의 평균 탐지 빈도는 PCDD/Fs (PolyChlorinated Dibenzo-p-Dioxins and dibenzoFurans)가 가장 높았고, 다음으로 PCBs (PolyChlorinated Biphenyls), DDTs (Dichloro-Diphenyl-Trichloroethanes), TBT (Tributyltin), HCHs (HexaChlorocyclohexanes)의 순이었다. 한편 한국 연안에서 퇴적물의 지속성 유기오염물에 의한 생태적 위험은 주문진-울산 연안에서 DDTs가 ERL (Effects-Range-Low)을 초과, 부산 남항-목포연안에서 PCDD/Fs가 TEL (Threshold-Effect-Level)을 초과했음에도 불구하고 낮은 농도 수준이었다. 또한 Hwang et al.[2016]은 2004년부터 2010년까지 천수만을 비롯한 71개 정점에서 채취한 퇴적물에 있는 7개의 금속(Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, Hg, As)을 결정하여 한국 연안 퇴적물 미량 금속 시공간적 분포와 변화를 조사하였다 Table 2). 높은 금속 농도는 도시와 산업 단지가 많은 남동부 해안(부산, 울산, 마산만, 진해만, 광양만 등)에서 발견되었고, 이는 한국 연안 퇴적물의 금속 농도가 도시화 및 산업화와 관련된 인간의 활동에 크게 영향을 받고 있음을 보여주었다. 반면, 천수만은 비교적 도시화가 덜 된 해역(속초, 삼척, 가막만, 득량만, 제주 등)보다 미량금속 농도가 낮았으며, 인간활동이 상대적으로 많은 인천에 비해 다소 높은 수치를 보였다.

Table 2.

The mean of metal concentrations in coastal sediments collected between 2004 and 2010 (Hwang et al.[2016])

그러나 퇴적물 금속 농도의 시간적인 변화는 없었으며, 이는 해안의 지속적인 관리와 퇴적환경의 특성 때문으로 판단된다. 한편 저질 가이드라인과 지리적 축적 지수에 의하면, 한국 해안 퇴적물들은 Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn에 의해서는 거의 오염되지 않았으나 As 오염은 어느 정도 진행이 되고 있는 것으로 나타났다. Lee et al.[2012b]은 유기탄소(C_org)에 미치는 천수만 인공둑(제방)의 영향을 평가하기 위하여 퇴적물속의 과잉 ²¹⁰Pb 활성, C_org와 질소의 함유량을 측정하였으며, 또한 표층퇴적물과 저서 영양염류 플럭스에 대한 C_org의 산화율(C_ox)을 정량화하였다. 천수만 부근에서 채취한 코어퇴적물에서 보다 높은 과잉의 ²¹⁰Pb 양, C_org 및 질소 농도가 발견되었는데, 이것은 인공둑 건설에 의해 변경된 조석 순환으로 인한 입자성 물질의 국지적이고 막대한 퇴적과 측방향의 수송을 보여주었다. 또한 천수만 둑 부근에서의 퇴적물의 C_ox는 만의 바깥에 비해 약 2배 더 높으며, 이것은 유기물의 저서성 광물성분 재공급의 중요성을 암시하였다. 반면, Kim et al.[2019]은 2001년부터 2012년에 걸쳐 천수만을 포함한 한국 연안의 25개 정점에서 채취한 퇴적물과 이매패에 함유된 polychlorinated dibenzo-para-dioxins and dibenzofurans (폴리염화디벤조p-다이옥신; PCDD/Fs)의 농도를 측정하였다. 그 결과, 퇴적물과 이매패의 PCDD/Fs농도는 각각 0.15-18.9 pg TEQ/g dry weight와 0.06-7.70 pg TEQ/g wet weight의 범위를 보였으며, 높은 PCDD/F 농도는 가장 큰 산업단지와 상업항 가까운 정점에서 발견되었다. 또한 퇴적물에서의 PCDD/Fs 농도의 현저한 감소는 PCDD/Fs에 대한 강한 규제와 관련이 있는 것으로 판단되었으나, 이매패에서의 농도 감소의 경향은 나타나지 않았다. 한편 퇴적물 표본의 거의 절반(46%)은 미국 NOAA가 제시한 역치 영향 수준(threshold effect level)을 초과하였으며, 이것은 저서생물에 대한 생태 독성학적인 위험성을 의미하였다. 또한 Hwang et al.[2021]은 천수만을 비롯한 황해와 발해 연안의 총 125개 정점에서 채취한 표층 퇴적물로부터 추출된 지속적인 유독 물질(Persistent Toxic Substances; PTSs)에 의한 오염을 생물검정시험(Vibrio fischeri를 이용)을 통해 평가하였다. 이들의 결과는 현장 의존성의 독성을 나타내었으나 대부분의 정점은 Vibrio fischeri에 대하여 비독성인 것으로 확인되었다. 한편 표본에서 측정한 여러 PTSs는 관측된 Vibrio fischeri독성에 대하여 기여를 나타내었으며, PAFs (polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), styrene oligomers, alkylphenols 등은 관측된 박테리아 억제에 대하여 연관성을 보여주었다.

이상의 결과로부터, 천수만 퇴적물의 유기오염 정도는 외국에 비해 상대적으로 낮거나 중간정도였으나, 미량금속 As에 의한 오염이 어느 정도 진행되고 있음을 알 수 있다(Hwang et al.[2016]). 또한 방조제 건설에 의한 조석순환의 변화로 인해 과잉의 납과 유기탄소의 농도가 높은 퇴적물이 발견되었다(Lee et al.[2012]). 특히 천수만의 퇴적물과 이매패에서 유기오염물질의 하나인 PCDD/Fs의 농도가 NOAA가 제시한 역치의 영향 수준(threshold effect level) 보다 높게 나타나 생태독성학적으로 위험성을 예고하였다(Kim et al.[2019]). 또한 천수만 퇴적물의 입도 조성은 만구에서 만내(특히, 방조제 부근)로 갈수록 세립화하는 반면, 유기물 함량은 상대적으로 증가하는 것을 알 수 있는데(Park et al.[2000]), 이것은 만내가 그만큼 더 많이 유기 오염이 되어 있음을 의미하였다. 또한 퇴적물의 입경과 천수만 저서동물 탁월종의 밀도 사이에는 정(+)의 상관성이 있음을 보여주었다(Park et al.[2006]).

3.6 미세플라스틱 분포 현황

Kwon et al.[2020]은 2015년부터 2017년까지 천수만을 포함한 한국의 6개 반폐쇄적인 만과 2개 연안에서 Manta trawl을 사용하여 채취한 표층수 중 미세플라스틱(크기 0.33-5 mm)의 국지적 특징과 공간 분포를 검토하였다. 8개 조사 해역에서 미세플라스틱의 평균 풍도는 1.12-4.74 particles·m^-3의 범위, 도시지역(부산, 인천, 광양만, 영일만, 울산만)의 평균 풍도(2.85 particles·m^-3)가 그 외 지역(득량만, 함평만, 천수만)의 평균 풍도(1.86 particles·m^-3의)에 비해 높았다(Fig. 4). rm 외 지역 중 천수만이 2.79 particles·m^-3로, 함평만(1.70 particles·m^-3) 및 득량만(1.12 particles·m^-3)에 바해 상대적으로 높게 나타났다. 반면 도시지역에서는 인천이 1.96 particles·m^-3, 광양만이 1.65 particles·m^-3, 부산이 1.35 particles·m^-3, 영일만이 4.54 particles·m^-3, 울산이 4.73 particles·m^-3의 평균 풍도를 보였다. 미세플라스틱의 평균 풍도는 그 외 지역보다 도시지역에서 높게 나타나 연안 주변의 인구활동과 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다. 각 해역에서 조사된 전체 미세플라스틱의 크기에 따른 상대적 비율은 천수만에서 크기가 0.33-0.5 mm는 20.4%, 0.5-1 mm는 40.9%, 1-5 mm는 38.7%를 각각 차지하였다(Fig. 5). 한편 미세플라스틱은 그 양이나 형태에 있어서 섬유질이 전 지역에 걸쳐 분포하고 있었으나 지역-특유의 미세플라스틱의 발생은 도시와 rm 외 지역간의 인간활동의 차이와 관련이 있는 것으로 보고된 바 있다.

Fig. 4.

Mean abundance of microplastics collected with a Manta trawl in sampling sites, Korea (Kwon et al.[2020]).

Fig. 5.

Relative abundance of microplastic sizes collected with a Manta trawl in the study sites, Korea (Kwon et al.[2020]).

또한 Zhang et al.[2020]은 Fig. 6에서 보는 바와 같이 천수만을 포함한 한국 연안의 8개 수역(인천, 함평, 득량, 광양, 부산, 울산, 영일)과 Changjiang River Estuary(CRE)를 포함한 동중국해(East China Sea; ECS)의 4개 연안, 일본의 7개 연안역을 대상으로 라그랑지적인 입자 추적의 수치모형을 사용하여 부유 상태와 현탁 상태의 미세플라스틱 입자의 분산을 검토하였다. 동중국해 연안으로부터 방류되는 부유 상태의 미세플라스틱과 현탁 상태의 미세플라스틱의 이동 경로(즉, 입자의 분산)는 조석의 고려 유무나 하계 또는 동계에 따라 천수만을 비롯한 한국 연안에 미치는 범위 등에 있어서 현저한 차이를 보였다. 또한 다양한 발생원으로부터 기원한 미세플라스틱의 유입 경로에는 차이가 있으나, 이들은 모두 타이완 해협, 토카라 해협, 쓰시마난류 등이 주요 이동 통로인 것으로 밝혀졌다. 특히, 타이완 해협은 동중국해로부터 표면 부근의 부유상태의 미세플라스틱을 내보내는 데 있어서 가장 중요한 역할을 수행하는 것으로 나타났다. 한편 Cho et al.[2021]은 미세플라스틱에 의해 해역의 오염 정도와 그 특징을 확인하기 위해 생물지시자로서 굴, 홍합(진주담치), 마닐라 조개(clam)와 같은 여과섭식 이매패를 이용하여 천수만을 비롯한 한국 연안의 12개 수역에서 미세플라스틱을 모니터링하였다.

Fig. 6.

Schematic map of Bohai Sea, Yellow Sea, East China Sea and adjacent seas (Zhang et al.[2020]).

Table 3.

Concentration (mean ± standard deviation) of microplastics in bivalves and seawater from the coastal regions, Korea (Cho et al.[2021])

이 결과 중 천수만의 미세플라스틱 평균 농도는 굴이 0.20 ± 0.20 n·g^-1(wet weight), 0.49 ± 0.23 n·indiv.^-1, 진주담치가 0.49 ± 0.23 n·g^-1(wet weight), 3.27 ± 1.53 n·indiv.^-1, 해수에서 630 ± 250 n·m^-3, 0.63 ± 0.25 n·L^-1의 범위로, 타 해역(광양만, 부산 연안, 득량만, 함평만)에 비해 상대적으로 낮았다. 이들 결과는 이매패가 서식하는 주변 수역의 미세플라스틱에 의한 오염의 특징을 잘 반영하고 있는 것으로 판단되었다. Jung et al.[2021]은 2016년과 2017년의 7월 (또는 8월)에 천수만을 포함한 6개 만(함평만, 득량만, 광양만, 마산만, 영일만)과 3개 연안 해역(인천, 부산, 울산) 등 9개 해역의 총 46개 정점에서 해수(표층 및 아표층)를 채수하여 미세플라스틱에 의한 생태학적 위험성을 평가하였다. 이들은 종 민감도 분포 접근법(species sensitivity distribution approach)을 채용하여 12 particles·L^-1의 predicted no-effect concentration(PNEC)를 유도하고, 그 결과를 각 정점에서 관측된 현장농도와 비교하였다. 각 해역별 미세플라스틱 농도는 PNEC를 초과하지 않았으며(Table 4), 크기 20-300 μm 범위의 파편조각과 섬유질 미세플라스틱으로 의한 현재의 오염은 한국의 해양생태계에 현저한 위협을 일으키지는 않은 수준이었다. 그러나 이들은 미세플라스틱에 의한 오염이 현재 속도로 20100년까지 50배가 증가한다면, 그 농도가 해양생태계에 대하여 PNEC를 초과할 것으로 예측되어 앞으로 미세플라스틱 오염을 줄이기 위한 노력이 필요할 것으로 판단된다.

Table 4.

Non-spherical microplastic (20-300 μm) abundance in surface and sub-surface seawater from coastal areas, Korea (Jung et al.[2021])

4. 결 론

본 연구에서는 1976년부터 2021년까지 천수만 연구와 관련하여 한국학술지인용색인과 과학인용지수 논문에 게재된 64편의 논문을 분석하였다.

천수만은 방조제 축조와 간척 사업 등의 영향으로 창조시 조류 유속이 낙조류에 비해 상대적으로 더 빨라지고, 조간대의 노출시간대도 더 빨라지거나 길어지는 등의 변화가 있었으며, 또한 표층 수온은 가을과 겨울에는 조석과 위상이 일치하지만, 봄과 여름에는 조석과 위상이 일치하지 않았다.

천수만의 수질은 3등급 수준이었다. 천수만에서의 Chl_a 농도와 TSS사이에는 6개월의 시차(phase-lag)를 보였으며, 특히 Chl_a의 평균 농도는 서해안의 다른 해역에 비해 상대적으로 높았다. 천수만의 퇴적물은 그 오염정도가 외국에 비해 상대적으로 낮거나 중간정도이지만, 방조제 건설 후 과잉의 납과 유기탄소의 농도가 높은 퇴적물이 발견되었다. 특히 천수만의 퇴적물과 이매패에서 유기오염물질의 하나인 PCDD/Fs의 농도가 NOAA가 제시한 역치의 영향 수준(threshold effect level)보다 높게 나타나 생태독성학적으로 위험성을 예고하였다. 또한 천수만 퇴적물의 입도 조성은 만구에서 만내, 특히, 방조제 부근으로 갈수록 세립화하는 반면, 유기물 함량은 상대적으로 증가하였다.

천수만내 식물플랑크톤은 서산 방조제의 건설시기인 1985년을 전후하여 Nitzschia longissima, Coscinodiscus occulus-iridis, Biddlphia sinensis, Leptocylindrus danicus 등에서 Paralia sulcata, Skeletonema costatum 등으로 규조류 중 주요 우점종이 변화하였으며, 또한 인공호(간월호, 부남호)의 건설 후 우점하던 규조류 대신 편모조류, 남세균, 담수 녹조류로의 종조성의 변화는 물론 현존량도 감소하였다. 한편 천수만의 어류는 방조제 건설 전에는 64종이 채집되었고, 베도라치와 까나리를 비롯하여 회유종인 밴댕이, 멸치, 전어 등이 우점하였으나, 방조제 건설 직후에는 32종이 채집되었고, 어종에서는 멸치, 흰베도라치를 비롯하여 수조기, 쉬쉬망둑, 실망둑, 참서대, 기름민태 등의 풍도가 탁월하였다. 뿐만 아니라, 방조제 건설 6년 내지 25년 후는 25-26종의 어류가 출현하였고, 실망둑, 풀망둑 등과 같은 망둥어류는 사라진 대신, 주둥치, 청보리멸, 가숭어 등은 증가하였다. 즉, 서산방조제, 보령방조제, 홍성방조제 건설과 이에 따른 간척사업 후 어류의 출현종수와 현존량이 감소하였고 군집구조도 변화하였다. 한편 저서동물은 1990년대에는 311종, 서식밀도 769 indiv.·m^-2로 출현하였으나 2010년대에는 224-252종, 서식밀도 681-1,940 indiv.·m^-2로 출현하여, 과거에 비해 출현종수는 다소 감소하였다. 이들 저서동물 중 우점종은 다모류로서, 특히 연중 우점종으로 출현하는 기회종인 긴자락송곳갯지렁이는 천수만내의 유기물의 함량과 상관을 나타내었다. 천수만에서의 저서생물의 건강도는 중간 상태 또는 양호한 상태로 평가되었으나, 유기오염은 만구에서 만내로 갈수록 증가하였다.

천수만의 서식생물과 해수에서의 미세플라스틱의 평균 농도는 도시화된 광양만이나 부산에 비해서는 물론, 비도시화된 득량만이나 함평만에 비해서도 상대적으로 낮았다.

천수만은 철새도래지로서의 지역적 특성을 가지고 있어서 생태관광을 위한 지역소득원로서의 활용가치가 매우 높은 것으로 나타났다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 천수만은 1985년도의 서산방조제에 의한 물막이공사가 완료됨에 따라 만의 북부에는 간월호와 부남호라는 인공호가 만들어졌고, 이후 2000년도에는 보령방조제와 홍성 방조제의 완공과 이와 관련한 간척사업으로 인하여 수산자원보전 지역은 물론 수면적도 이전의 약 절반으로 줄어들었다. 그 결과, 만내 흐름은 예전에 비해 상대적으로 미약해졌고, 만의 북부는 인공호로부터 유출되는 담수로 인해 세립질 유기오염물이 퇴적하는 등의 문제가 발생하였다. 또한 이에 따라 흐름 환경의 변화는 물론, 수질과 퇴적 환경의 변화로 인해 부유생물과 어류상, 저서동물상도 방조제 건설 이전에 비해 변화(또는 감소)한 것으로 나타났다. 따라서 천수만의 환경을 개선하고 수산생물자원의 회복을 위해서는 첫째, 만 북부의 인공호에 대한 적절한 수질과 배수의 관리가 무엇보다 절실한 과제로 생각된다. 이를 위해서는 담수호 자체의 체계적인 수질관리는 물론, 배수시기나 배수량의 조절도 필요할 것으로 생각된다. 둘째, 천수만내의 흐름을 원활히 하고 수질 및 퇴적 환경을 개선하기 위해서는 양식시설(예를 들면 굴과 김 등의 양식시설이나 정치망 등)의 적정한 배치(즉, 설치장소와 시설량)와 어장정화사업(예를 들면 저질개량)이 필요할 것으로 판단된다. 즉, 천수만의 경우 남북방향인 주 흐름에 가능한 한 지장을 주지 않는 위치를 선정(양식시설물이 유수저항을 일으키기 때문)하여 환경용량을 초과하지 않는 범위의 시설량(즉, 시설대수와 시설 밀도)을 배치하여야 할 것으로 판단된다. 셋째, 천수만을 둘러싼 지역사회에 경제적으로 유용하고 잠재력이 있는 수산생물의 품종을 선정, 체계적인 자원관리(예를 들면, 치패나 종묘 생산, 자치어의 방류 등)가 필요하다고 판단된다. 또한 앞으로 천수만이 지속가능한 해양생태계를 유지하기 위해서는 지역 수산인의 적극적인 참여를 유도하여 미세플라스틱의 발생원의 하나인 폐어구의 회수 및 리사이클링(재활용)을 위한 기술 개발도 필요할 것으로 생각된다.

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