곧은 하도와 사행하도에 대하여

-하도의 모양

비행기를 타면 이세상에 똑같이 생긴 강이 하나도 없으며 크기와 모양이 모두 다르다는 것을 알 수 있다. 하지마나 하천의 다양한 모양들은 하천의 구배, 유량, 그리고 퇴적물 짐의 함수를 이해함으로써 설명 될수있다.

 

-곧은 하도

곧은 하도는 매우 드물며 일반적으로 짧은 구간에 걸쳐서만 나타나고 곧 휘어져 버린다. 어떤 하천의 하도가 여러 곳에서 휘어 있을 경우, 이런 하도의 모양을 굽어 있다(sinuous)고 기술한다. 자연 상태의 곧은 하도를 자세히 관찰해 보면 굽은 하도의 특징들이 나타남을 발견할 수 있다. 하도의 가장 깊은 부분을 연결한 선은 직선산의 경로를 EK르지 않아 제방으로부터의 거리가 일정하지 않으며 하도를 이리 저리 가로 지르는 모양을 갖고 있다(그림10.11A). 이러한 모양은 하도의 수심이 불규칙하여 발생한다. 가장 수심이 깊은 부분은 하도의 한쪽으로 치우쳐져 있으며 유속이 작은 하도의 반대쪽에는 퇴적물이 쌓여 사주(bar)를 만든다. 하도내의 물이 굽으며 흐르기 때문에 사주는 하도의 양쪽에 번갈아 가며 형성된다.

그림 10.11곧은 하도는 거의 없다. 곧은 하도(A), 사행 하도(B), 및 망상 하도(C)와 관련된 특징들. 하도를 따라 수심이 가장 깊은 부분을 푸울(pool)이라고 한다. 화살표들은 물이 흐르는 방향과 최대 수심선을 나타낸다.

-사행하도

많은 하천의 하도들은 꼬불꼬불한 산간 도로와 유사한 크기와 모양을 갖는 일련의 굽이들로 이루어져 있다(그림10.12). 하도의 이러한 굽이를 사행 굽이(meander)라고 하며, 이 명친은 구불구불한 모양으로 유명한 터키 남서부의 멘데레스 강(Menderes River)에서 유래햇다. 사행 굽이는 아무렇게 생기는 것이 아니며 하상의 퇴적물이 세립질이고 구배가 작은 하도에서 주로 만들어 진다. 사행 굽이는 강이 흐름에 대한 저항을 최소화하고 유로를 따라 에너지를 균일하게 분산하기 위해 만들어진다 사행 하천을 걷거나 헤엄쳐 건너본 사람은 흐르는 물의 유속이 일정하지 않음을 쉽사리 느꼈을 것이다. 물이 가장 큰 저항을 받는 강바닥과 강가를 따라 유속이 가장 작게 나타난다. 곧은 하천에선 하도 중앙부의 표면 가까이에 최대 유속대가 나타난다(그림10.13). 하지만 물이 굽이를 지나는 경우에는 최대 유속대가 항상 하도의 바깥쪽으로 치우져져 나타난다. 사행굽이는 시간이 지남에 따라 계곡 아래쪽으로 서서히 이동한다. 물이 사행 굽이를 지나갈 때 최대 유속대는 바깥쪽 하천 제방을 따라 휘돈다. 이때 빠른 유속의 물이 가파를 제방과 만나는 장소에서 강한 난류가 발생해 제방의 침식과 붕괴가 일어난다. 반면 사행 굽이의 안쪽에서는 수심이 얕고 유속이 작아 조립질 퇴적물이 쌓이며, 우각 사주(point bar)가 형성된다(그림10.11B와 10.12). 결과적으로, 제방의 한쪽에서 깎인 퇴적물이 다른 쪽에 쌓임에 따라 사행 굽이는 서서히 형태가 변화하며 계곡을 따라 위치도 변화한다. 커다란 퇴적 수조를 이용한 실험을 통해 인공 하천과 하도의 행동을 이해하기 위한 연구가 이루어져 왔다. 이 실험들에 따르면, 하천 제방 퇴적물이 균일한 입자 크기를 지녔을 경우 새항 굽이는 대칭적인 모양을 가진 채 똑같은 속도로 하류 방향으로 이동하는 경향이 있었다. 하지만 자연계에서는, 그림10.14에 제시된 미시시피 강 하류의 예에서 볼수 있듯이, 제방 퇴적물이 대체로 불균질하다. 사질 퇴적물을 침식하며 이동하던 사행 굽이의 하류쪽 부분이 점토와 같이 침식이 잘 안되는 퇴적물과 만나게 되면 사행 고리의 이동 속도는 줄어들게 된다. 한편, 더 빠른 속도로 상류에서 내려오던 다음 번의 사행 굽이는 서서히 움직이는 하류쪽의 사행 굽이와 교차하게 된다. 이 경우, 하도의 물은 더 짧고 더 가파른 경로를 따라 흐르게 되어 하천은 사행 굽이를 우회하고, 사행 굽이는 잘려 버리게 된다. 퇴적물이 새로 생긴 하도의 가장자리에 쌓임에 다라 잘린 사행 굽이는 막혀 버리고 원호 모양의 우각호(oxbow lake)가 되어 버린다(그림10.12와 10.14). 1776년 이후 굽이 잘림에 의해 총 연장 600㎞ 에 달하는 미시시피 강의 하도가 유기되었다. 1875년에는 증기선의 조종사였으며 나중에 베스트 셀러 작가 및 아마추어 지질학자가 된 마크 투웨인(Mark Twain)이 미시시피 강의 삷(Life on the Mossissippi)(1883)이란 그의 책에서 미시시피 강의 미래에 관해 다음과 같은 상상을 하였다:

카이로와 뉴 올리언즈 사이의 미시시피 강이 76년 전에는 1215마일이었다. 1722년의 잘림 이후에 길이가 1180마일이 되었고, 아메리칸 벤드가 잘린 후에는 1040 마일이 되었으며, 그 이후로 67 마일의 길이가 줄어 들었다. 따라서 현재의 길이는 973 마일에 불과하다 이제 내가 근엄한 과학자가 되길 원하여, 과거의 얼마되지 않는 짧은 시간 동안 일어난 사건을 바탕으로 먼 과거에 일어났던 일을 밝혀야 한다면, 아니면 최근 몇 년 동안에 일어난 일들을 바탕으로 먼 미래에 일어날 일들을 밝혀야 한다면, 이 얼마나 좋은 기회인가! 지질학은 이런 기회를 가져본 적도 없고 이를 증명할 만한 정밀한 자료도 없었으니! 한번 지켜보기 바란다

176년이라는 기간 동안에 미시시피 강의 하류는 242 마일이나 짧아졌다. 이것은 평균적으로 일년에 4/3마일이라는 미미한 수치이다. 그러므로 장님이거나 바보가 아닌 냉철한 사람이라면, 금년 11월이면 꼭 백만년 전이 되는 사일루리아기 때, 미시시피 강의 하류가 1,300,000마일을 상회하는 길이를 가졌으며, 멕시코 만을 향해 낚싯대처럼 쭉 뻗어 있었음을 알 수 있을 것이다. 그리고 이와 똑같은 원리로, 앞으로 742년 후에는 미시시피 강 하류의 길이가 불과 4/3마일이 되어 카이로와 뉴 올리언즈는 거리를 공유하게 되고, 두 도시는 한명의 시장과 하나의 시의회 아래에서 편안히 살아가게 될 것이라는 것을 누구든 알 수 있을 것이다. 과학에는 정말 매혹적인 면이 있다. 누구든 사소한 사실을 투자하여 엄청난 상상을 보답으로 돌려 받을 수 있으니

마크 투웨인의 지각 있는 분석에도 불구하고, 굽이 잘림에 의해 강의 길이가 줄어든 만큼 또 다른 새항 굽이의 생성으로 강의 길이가 늘어났기 때문에 지난 이백년 동안 가의 길이는 크게 변화하지 않았다.

그림 10.12 사행천. 캄보디아 프놈펜 근처의 사행천이 범람원 위에 형성된 농토를 가로지르며 흐르고 있다. 자갈질의 충적층으로 구성된 밝은 갈색의 우각 사주가 침식 제방의 맞은편에 놓여 있다. 사행 굽이의 잘림에 의해 형성된 두 개의 우각호가 현재의 하도 근처에 놓여 있다.

그림 10.13 하천의 유속 구불구불한 하천을 따라 단면상에서 관찰되는 유속분포. 하도가 비교적 곧은 지역에서는(단면1과3) 최대유속(붉은 화살표)이 하도 중앙부의 수면 가까이 나타난다. 하도가 굽은 지역에서는 최대 유속이 바깥 제방 쪽으로 치우쳐져 있으며 수면보다 아래쪽으로 나타난다(단면2와4)

 

그림 10.14 굽이 잘림. 루이지애나 주 미시시피 강의 사행 굽이 잘림. A. 하도가 범람원 퇴적층내의 점토 퇴적체와 만나게 되어 사행 굽이의 하류쪽 이동이 멈추게 되었다. 뒤따르던 사행 굽이는 계속 이동하여 풀스리버 포인트 주변의 유로 일부가 잘리고 말았다. B. 새로 생긴 짧아진 하도는 이전의 유로에 비해 더 큰 구배를 갖게 되었고, 이로 인해 망상의 하도 모양이 만들어졌다.

 

 

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