폭포의 지형학적 분류에 관한 연구

A study on waterfall classification by form and processes

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  • ABSTRACT

    폭포는 하나의 하천단위이며 기반암하상의 종단면이 급경사인 지점에 물이 흐르는 것으로 아직까지 폭포에 대한 절대적인 높이, 경사, 유량에 대한 기준은 없다. 본 연구의 목표는 폭포의 성인과 발달과정을 통해 지형적 형상으로 표출되는 유형을 분류하는 것이다. 폭포의 성인과 발달과정은 폭포침식의 특징에 의해 결정되며, 침식에 영향을 주는 요인을 폭포의 높이, 경사도, 구성암석, 하천력으로 간주하고 이들 요인에 따라 폭포의 유형을 구분하고자 하였다. 이 연구를 통해 폭포의 발달과정에 절리시스템이 가장 중요한 요인이며, 절리시스템은 다시 기반암의 특성에 따른 것임을 확인하였다. 유로의 방향과 침식유형은 절리계의 밀도와 방향에 따라 결정되며, 이들이 하상의 경사도와 낙차를 결정한다. 절리계의 유형이 하상경사와 폭포의 낙차 및 경사도 즉 형태를 결정하였다.


    A waterfall is a channel unit with steep bedrock. No strict criteria for height, water volume, gradient to define waterfalls exist in Korea. The goal of our study is to classify waterfalls based on morphological forms which are the outcomes of developmental processes. The genesis of waterfall depends upon erosional properties of waterfall. The height, gradient, bedrock strength and stream power of waterfalls are regarded as the main factors, by which waterfalls can be classified.

    We find out that the most important factor for the development of waterfalls is joint system. Development of joint system varies depending on bedrocks. Flow directions and erosional types are decided by the density and direction of joint system in the bedrock, which also decide the height and gradient of stream bed. Joint type decides the gradients of the bed, gradient and height of waterfalls, therefore, decides morphological forms.

  • KEYWORD

    폭포 , 분류 , 절리계 , 지형적 형상

  • I. 서 론

    폭포는 자연 지형 가운데 가장 인상적이고 매력적인 경관가운데 하나이며 국내외를 막론하고 지오사이트로서 또한 유명 관광지로 각광을 받는 것은 물론 명승이나 천연기념물(이수재 등, 2003; Hudson, 1998; Haghe, 2011), 또는 지형자원으로 UNESCO의 세계유산으로 지정(Migon, 2014)되어 관리되는 곳도 있다. 그러나 폭포를 하천지형의 일부로 인식하고 연구한 사례는 많지 않다. 이는 폭포자체에 대한 연구부재로 그치는 것이 아니라 산지하천 중 기반암 하도에 대한 연구 부족의 한 부분이라 할 수 있다(Young, 1985).

    이 논문의 아이디어는 2006년에 소개되었다(김지영, 2006). 하지만 폭포에 대하여 다시 정리하게 된 이유는 설악산의 대승폭포에 대한 해설판 작업을 자문하면서 지형학의 과학성에 대하여 다시 생각하게 된 것이 계기가 되었다. 또한 최근 지오투어리즘이 지오파크 활동의 핵심 영역 중 한 부분으로, 지역경제 발전과 교육적 측면의 조화를 추구할 수 있으며 계절적 제약이 적다는 면에서 장점이 있는 새로운 관광 패러다임으로 인정받고 있는 시점에서 폭포에 대한 지오투어리즘 측면에서 학문적 접근과 국내 정착을 위한 연구가 필요하다고 판단되었다(박민영·박경, 2012). 리처드 파인만은 과학을 3가지 형태로 분류하고 있다. 새로운 사실을 이끌어 낼 수 있는 방법론과 그때의 사고의 흐름을 과학이라 볼 수 있으며 둘째는 관찰을 바탕으로 특정 규칙을 끄집어내는 것이며, 마지막으로 그 특정 규칙을 바탕으로 새로운 기술을 발명하는 것을 의미한다고 한다(정재승 역, 2008). 우리가 폭포라고 하는 지리적 사상(Geographical feature)에 대한 관찰을 통하여 특정의 규칙을 이끌어내고 이를 통해 지형학과 일반 탐방객들 사이의 인식의 갭을 메울 수 있는 방식을 탐구하고자 하는 것이 이 논문의 목적이다.

    영어권의 선행연구에 대해서는 기존의 연구에 잘 소개되어 있으므로 기존 연구(김지영, 2006)를 참조하는 것으로 충분하리라 판단된다. 선행 연구 일부를 소개하면 폭포가 출현하는 기반암 하도는 산지하천 중 상류에 국지적으로 나타나며 기반암 하도에 나타나는 지형 가운데 폭포는 cascade와 스텝-풀(step-pool)이 있다(Grant et al., 1990). 산지하천에 대한 분류를 시도한 여러 연구(Grant et al., 1990; Montgomery et al., 1997; Wohl, 2001; Chin, 2002)에서 유역분지와 하도경사와의 관계, 유역분지와 이동능력 등 여러 가지 측면에서 산지하천지형을 분류하고 있는데, 폭포의 한 유형인 cascade와 스텝-풀 연속체와 같은 지형은 비교적 경사가 급한 하천에서 나타난다고 분석되었다.

    우리나라의 경우 충적 하천의 수리기하학과 물질의 침식·운반·퇴적 작용에 대한 연구는 비교적 많이 진행되어 왔으나, 산지 하천은 상대적으로 접근이 어렵고 효용성이 낮다는 이유로 그 동안 활발한 연구가 진행되지 못하였다(양희경, 2003). 산지하천에 대한 연구는 지류하천에 발달하는 하안단구에 관한 연구(손명원, 1985), 산지하천의 주기적인 연속체인 스텝-풀(step-pool)에 관한 연구(양희경, 2001), 하천 종단곡선에 관한 수리모형을 통한 연구(Kim, 2004) 등이 있지만 그 중에서도 폭포와 관련된 하천지형에 대한 이렇다 할 연구는 없다가 2006년 폭포에 관한 연구가 석사논문(김지영, 2006)으로 발표된 이후 국내에서도 폭포의 형성과정과 후퇴속도를 측정한 연구가 시도되었고(이광률, 2013) 용암류 특성에 따라 제주도 폭포를 유형화한 연구(김태호, 2012)도 이루어졌다. 또한 해외에서도 로키 산맥의 동부에 발달한 폭포를 닉포인트 관점에서 해석한 연구와 (Ortega et al., 2013)와 침식기준면 하강에 의한 닉포인트 발달관점에서 스코틀랜드의 기반암 하상의 발달을 다룬 연구(Castillo et al., 2013)를 비롯한 새로운 연구가 진행되어 이를 정리할 필요가 있어 논문으로 재정리하였다.

    이 연구의 목적은 폭포의 성인과 발달과정이 폭포 형성에 미치는 영향을 파악하고, 폭포유형을 분류하는 것이다. 또한 이론적인 폭포의 정의, 폭포의 하천지형학에서의 위치, 유형분류방법을 소개하는 것이다. 선행 연구들에 따르면 폭포의 성인과 발달과정에 영향을 주는 요인은 구조적인 요인(융기, 지질의 차이에 따른 경암과 연암의 차이, 단층선, 절리선)에 따라 상이하게 나타날 것이며 이는 폭포침식에 영향을 주는 요인을 밝히는 과정이 될 것이다.

    폭포의 높이, 경사도, 유수와 주류의 방향, 폭호의 너비, 폭포가 위치한 고도 등의 상관관계를 알아보고 폭포의 형성원인과 변화과정을 해석하고 이러한 요인들을 조합하여 폭포의 형태적 특징을 기술하고 분류하는 지표형태분류법을 시도하였다. 또한 하도의 하상경사도는 유수의 흐름이 저항력보다 크면 요형의 종단면과 완경사를 보일 것이고 유수의 흐름이 저항력보다 작으면 급경사이며 하천종단면이 직선이나 볼록한 모양을 나타낸다(Wohl, 1992). 하천종단면을 통해 하상경사도와 침식력 사이의 관계를 규명할 수 있을 것이다.

    연구를 위해 그간 여러 해 동안 현지답사를 진행한 것을 정리하였고, 실내연구는 국토지리정보원에서 발간하는 1:25,000 지형도, 1:5,000 지형도, 한국수자원 공사에서 발간한 우리가람길라잡이를 참고하여, 폭포의 형성과 발달에 영향을 주는 지형변수를 폭포높이, 폭포경사도, 계곡의 주방향, 유수의 방향, 폭포가 위치한 고도, 폭호의 너비, 폭포 구성암석으로 간주하여 분석하고 실내·외 연구를 통해 폭포를 크게 형성원인(기능적, 구조적), 침식유형(기능적), 지형적 형상에 따라 분류하였다. 그 외에 계절적 요인 또는 지질학적 원인으로 인한 유량변동에 의해 발생하는 마른 폭포의 경우는 또 다른 범주에 속하는 것으로 추후 분류체계에 반영할 필요가 있다.

    II. 이론적 배경

       1. 폭포의 정의

    폭포는 하천 종단면이 급경사인 지점 즉, 높이의 차가 나타나는 곳에 물이 흐르는 것이다. 하천 종단면 상에서 유량과의 조화를 이루는 지역과 달리 부조화를 이룬 곳이라 할 수 있다(Von Egeln, 1942). 폭포의 크기는 ‘유량×높이’로 결정되는데(Ford, 1968), ‘높이’나 ‘유량’에 대한 절대적인 기준이 제시된 경우는 없어 지역에 따라 다양한 형태와 규모의 폭포가 나타나고 있다(그림 1).

    폭포에 대한 정의는 크게 지형학적으로 발생과 발달과정의 관점에서 정의하거나 결과적으로 나타난 지형적인 형상 중 폭포에 속하는 것의 종류를 정의하는 것으로 양분된다. 지형학사전에서 정의한 것을 살펴보면 하천지형학적인 발생과 발달과정을 고려하여 정의했으며 동의어인 cascade를 언급하였다. Fairbridge의 지형학사전(Ford, 1968)과 브리태니커 영문백과사전의 정의를 보면 폭포란 ‘하천의 유로에서 높이의 차가 있는 매우 급한 경사나 거의 수직적인 낙차가 있는 부분’이라고 정의하고 있다. 유량이 많을 때 쓰이는 cataract는 동의어이고 cascade는 상대적으로 유량과 낙차가 작거나 작은 낙차가 연속적인 단(step)으로 이뤄진 것이라 정의하고 있다.

    폭포의 특징은 침식의 특징에 의해 결정된다. 폭포는 하천에서 가장 큰 에너지가 소실되는 곳에 위치해 있기 때문에(Young, 1985) 하식작용이 가장 활발하게 일어나는 하천 지형이다. 폭포 침식의 정도는 폭포의 높이, 하상의 기울기, 유량, 암석의 구조와 유형에 의해 결정된다. 하천의 기반암의 침식의 결과 나타나는 후퇴율을 측정하여 하천에서 삭박의 역사를 해독한 연구에서도(이광률, 2013; Philbrick, 1970; McGreevy, 1987; Hayakawa et al., 2003) 알 수 있듯이 폭포의 침식의 정도로 지형발달사를 연구할 수 있다. 하식작용은 두부침식을 진행하고 두부침식은 하상을 침식하면서 평형하천을 만든다. 이러한 지형형성과정의 반복의 결과, 폭포는 천이점(knickpoint)에 해당하며 따라서 지형학적 시간 규모로 본다면 결국 사라지게 되는 일시적인 지형 중 하나로 볼 수 있다.

       2. 폭포의 유형분류

    폭포의 유형분류는 성인과 발달과정에 따라 나타나는 지형적 형상을 보고 하는 경우가 많다. 크게 세 가지 방법으로 분류하는데 가장 많이 사용한 방법은 폭포의 크기, 지질적인 위치, 구조, 급경사 모양으로 폭포를 구분한 것이다. 두 번째 방법은 폭포의 층서와 층서대면, 지형적인 외형 등을 종합하여 계량적인 수치를 측정하여 폭포를 분류한 경우다. 마지막 방법은 폭포 관광관련 웹사이트에서 분류하는 방식으로 지형적인 형상 위주로 폭포 용어를 정의하여 분류하기도 한다. 실제 영어권에서는 단순히 폭이 높이 보다 크며 유량이 많은 river waterfall과 높이가 폭보다 크고 유량이 작은 stream waterfall 등 두 가지로 분류하는 경우도 종종 관찰된다.

    지형학적 분류방법 중 첫 번째 방법은 폭포의 크기, 지질적인 위치, 구조, 급경사 모양 등 폭포를 성인별로 분류하는 방법이다(von Engeln, 1942; Ford, 1968; Young, 1985; 브리태니커 온라인). 이 경우 폭포의 발생지역에 따라 폭포의 성인을 알 수 있고 지질학적이고 물리학적인 요소가 폭포 형성에 더 큰 영향을 미친다는 관점으로, 세 가지로 분류한다.

    첫째, 침식폭포 가운데 침식에 대한 저항력에 의해 생긴 폭포이다. 이러한 폭포는 크게 두 가지로 나뉘는데 하나는 수평이거나 경사가 완만한 지역에 발생하는 폭포이며, 나이아가라 폭포가 대표적인 사례로서 Giolbert에 의해 개념이 정립된 모암폭포(冒岩瀑布: Cap-rock fall)가 있으며 암괴(block)가 매우 큰 경우후퇴를 막아 계단을 형성하는 계단폭포(Step fall)가 있다. 또 다른 하나는 수직구조가 있는 경우 발생하는 폭포로 화산재와 용암의 연약구조와 수직구조가 교차해서 형성된 옐로우스톤의 Great falls가 그 예이다.

    둘째, 하천종단면의 자연 부조화 현상으로 인해 형성되는 폭포이다. 침식폭포 가운데 침식저항력 외 단층선, 빙하에 의한 현곡, 후퇴하는 해안절벽 위의 폭포, 용암 분출에 의한 하천의 막힘 등에 의해 형성된다. 그 밖에 카르스트 지대에서 방해석의 결정화로 발생하는 폭포인 림스톤(rimstone)폭포도 있다.

    이러한 분류과정에서 von Engeln(1942)은 모암폭포에 대해 더 세부적으로 분류하였다. 폭호가 잘 발달되어 폭포의 정상부가 빠르게 후퇴하는 것, 수량이 적은 지역에서 폭포 아래 부분이 약하여 폭포 밑에 넓은 원형극장상의 웅덩이가 만들어지는 것, 마지막 유형으로 암층의 저항성이 비슷하고 유수량이 적은 경우 폭호가 형성되지 않고 하단이 돌출을 이루는 폭포 유형이 있다고 하였다. Young(1985)von Engeln(1942) 이후 40년이 넘는 기간 동안 폭포의 일반화된 모델로 인식된 Gilbert가 제시한 모암폭포는 하나의 유형일 뿐 그가 말한 ‘하방침식모델(undercutting)’에 적용될 수 없는 돌출부가 침식되는 폭포 형태에 관한 연구를 진행하여 새롭게 폭포의 형태를 서술하였다.

    두 번째 분류 방법은 Alexandrowicz(1994)가 시도한 방법으로, 사암과 셰일 등으로 이뤄진 퇴적암지역인 폴란드 Outer Carpathians에 존재하는 40여개의 폭포를 층서의 척도, 층서대면의 척도, 지형적 특징의 척도로 분류하는 방식이다. 폭포를 4개의 층서(사암, 이암, 점토층의 두께에 따라 나눔), 5개의 층서대면의 척도(수평, 수직, 하류 기반, 상류 기반, 지층과 평행)로 총 20개의 유형을 만들어서 적용시켰으며 이들을 최종적으로 지형적 특징에 따라 수직형, 하류경사감입형 (downstream-inclined), 돌 출 형 (overhanging ones)으로 분류하기도 한다.

    마지막 분류방법은 일반인에게 친숙한 용어로 폭포를 설명하고 있는 관광 관련 인터넷 사이트에 제시된 방식으로 폭호형, 펀치볼형, 캐스케이드형, 블록형, 슈트형, 슬라이드형, 리본형, 부채꼴형, 일련형, 말꼬리형 및 분기형 등 11개로 분류하는 방법도 있다. 조금 전문적인 분류방법으로 미국지질학회 사이트에 소개되고 있는 분류방식은 캐스케이드형, 거대폭포형, 선반형, 암괴형, 커튼형, 돌출선반형 및 수직형의 7가지 유형으로 구분하고 있다.

    III. 폭포의 분류 방법의 국내적용

    비교적 잘 알려진 설악산 지역의 폭포를 보면 대부분이 화강암이 지상으로 노출되면서 절리방향에 따르는 차별침식으로 폭포, 구혈, 급류, 소 등의 하천지형도 많이 발생한다(국립공원관리공단, 2005; 2006; 김지영, 2006). 또 다른 사례로 용암분출시 발달하는 수직 구조와 용암류의 특성에 따라 제주도의 폭포를 구분한 사례(김태호, 2002)와 한탄강유역의 폭포는 수직형을 나타낸다(김주환, 1997).

    폭포 침식의 정도는 폭포의 높이, 하상면의 경사도, 유량, 암석의 구조와 유형에 의해 결정된다. 즉, 폭포의 특징을 결정하는 요인은 기반암의 모양, 층의 암층서학적인 연속적 상태, 하상대면상태, 하천의 경로, 하각작용의 정도와 두부침식의 정도에 따라 결정되는(Alexandrowicz, 1994) 것이다. Alexandrowicz는 기반암의 모양과 층의 암층서학적인 연속적 상태 등 퇴적암의 암석학적 특징을 고려하였다. 퇴적암 지역의 폭포의 형성원인은 퇴적암 내의 암석의 경연차이에 의한 것으로 비교적 쉽게 설명된다. 그러나 국내에 알려진 대부분의 폭포가 위치한 암석은 화강암과 현무암이기 때문에 새로운 분류방법이 요구된다.

    따라서 본 논문에서는 세 가지 범주로 폭포분류 항목을 선정하였다. 첫 번째, 폭포의 형성 요인에 따른 분류로 절리의 발달과 폭포사면의 하상 경사도를 선정하여 분류하는 방식이다. 두 번째는, 침식의 유형을 통해 폭포를 분류하는 방식이다. 마지막으로, 침식의 결과로 나타난 최종 지형학적 형상에 따라 분류를 진행하는 방법이다.

       1. 형성원인에 따른 분류

    1) 절리발달에 의해 형성된 폭포

    절리(joint)밀도가 높으면 상대적으로 절리가 적은 암석에 비해 풍화와 침식에 약하다는 것은 주지의 사실이다. 답사를 통해 설악산의 폭포를 크게 6가지 형태로 구분하였다.

    첫째, 사면에 발달한 절리계를 따른 유로 변경형으로 사면을 따라 연속적으로 발달한 절리계로 인해 유수의 방향이 바뀌는 형태이다. 방향이 서로 다른 절리와 절리 사이에 담(潭) 즉 풀(pool)을 이룬 경우도 있다. 둘째, 판상절리부분의 침식에 의한 돌출형으로 판상절리 부분에 유수의 힘이 가해지면 상대적으로 약한 판상절리 부분이 분리되고 정단면상으로 중간이 돌출된 형태를 보인다. 셋째, 굴식(plucking)작용에 의한 돌출형으로 폭포하단 부분에 절리가 있는 상태에서 유수의 힘에 가해지면서 굴식되면서 상단이 돌출된다. 넷째, 수직절리에 의한 수직형 폭포로 수직절리가 발달하여 수직에 가까운 경사를 이룬다. 다섯째, 절리면을 따른 암괴의 분리에 의한 계단형 폭포로 절리에 의해 기반암사면의 중간부분의 암괴가 분리되어 계단형을 이루는 형태다. 여섯째, 절리에 의해 분리된 암괴가 유로를 막아 형성된 암괴형으로 하나였던 기반암이 절리면을 따라 침식되고 분리된 암괴가 하천의 유로를 막아 단차를 만들어서 형성됐다. 이 경우 암괴와 암괴사이로 물이 여러 갈래로 흐르면서 하천력이 분산되고 하천유로의 침식이 진행된다. 각각의 사례에 적당한 폭포에 대한 소개는 기존 연구에서 제시한 바 있다(김지영, 2006)

    2) 하상 경사도에 의해 발달되는 폭포

    하천침식력에 영향을 주는 요인으로 하상경사도와 하천력(Seildl et al., 1994)을 들 수 있다. 하천지형의 유형을 결정하는 것은 하상경사도이며 이는 하천을 구분·집단화하는데 실용적이다(Chartrand, 2000; Halwas and Church, 2002; Wooldridge and Hickin, 2002). 폭포는 지사적 시간단위로 보면 결국 사라지게 될 천이점이라는 관점에서 본다면 침식을 지속적으로 진행되면 하천사면 경사도는 완만해지고, 평형을 이루게 된다. 사면경사도는 현재와 과거, 미래를 이어주는 중요한 지표가 된다. 지속적인 관찰을 통해 침식률을 살펴볼 수 있기 때문이다.

    산지하천 단위를 분류하는데 경사도가 적용된 사례를 보면 여울-소(riffle-pool)는 경사가 2% 미만인 경우, cascade는 2~4%, 스텝(step)형은 4~40%에서 보이는 하천지형이다(Grant et al., 1990). 기반암 cascade는 암석이 노출되어 있고 경사도가 49%(26°)인 지역에서 나타나는 지형이라는 연구결과도 있다(Halwas and Church, 2002). 공통적으로는 경사도 2% 이상에서 cascade와 스텝(step)지형이 나타나지만 그 안에서 연구지역에 따라 경사도는 변이를 갖는다.

    Alexandrowicz(1994)가 시도한 경사도와 유수의 흐름을 고려한 분류는 퇴적암의 층서배열형태와 유수의 흐름이 결합되었기 때문에 가능한 것이므로 연구대상이 화강암과 현무암인 본 논문에서는 경사도만을 적용하였다. 그 기준은 세 가지로 구분되며, 수평이거나 수평에 가까운 사면(20° 이하의 경사도), 하류 침강형사면(20~60°) 및 수직이거나 수직에 가까운 사면(60° 이상)으로 구분된다.

       2. 침식의 유형에 따른 분류

    폭포의 특징은 절리와 경사도, 하천력에 의한 침식의 특징에 의해 결정된다. 이들 요인이 종합해서 침식을 진행할 때 침식의 유형은 다른 양상을 보인다. Gardner(1983)는 천이점의 두부침식의 유형을 살펴보기 위해 동질의 물질로 천이점의 형상을 재현하여 실험을 시행했다. 실험결과 천이점의 두부침식의 유형은 3가지로 나뉜다(그림 3).

    이 연구에서 일본 Boso 산지의 침식률을 구한 사례(Hayakawa and Matsukura, 2003)와 나이가라 폭포의 미래를 분석한 연구(McGreevy, 1987), 가장 최신의 우주기원의 BE10을 이용한 닉포인트 후퇴에 관한 연구(Abbuhl et al., 2011)와 같이 실제 폭포의 침식률을 구하지는 못하였으나 절리계의 형태와 경사도를 통해 침식의 유형을 짐작할 수 있으리라 판단된다. 하상 경사가 상류에서 하류로 꺾어지는 부분을 천이점(lip)이라고 하며 이 부분에 오면 하도너비가 줄어들고 속도가 증가하고, 하상전단압력(bottom shear stress)이 증가하여 침식력이 최고에 달한다(그림 4). Gardner(1983)는 기반암에서 침식이 진행될 때 사면의 경사도가 완만하게 후퇴하는 것과 사면 경사도의 변화 없이 평행후퇴하는 것 외에 침식되면서 사면의 경사도가 완만해지고 하상의 높이도 낮아지는 ‘대체후퇴’의 개념을 정립했다.

    침식유형에 따라 설악산 폭포들을 분류한 결과 ‘대체후퇴형’이 대부분으로 나타났다(김지영, 2006). 절리가 수직으로 발달한 경우는 대승 폭포 등의 예외를 제외하면 드물고, 일정한 각을 가진 절리를 따라 유수의 방향이 바뀌는 경우가 많았다. 설악산의 폭포는 설악산 화강암지역에 놓인 경우가 많은데, 현무암이나 퇴적암의 경우 절리의 발달이 수직이거나 수평이어서 뒤로 하상의 높이 변화 없이 평행후퇴하거나 하상의 높이가 수평으로 낮아지지만 그 외의 암석은 침식에 진행됨에 따라 경사가 완만해지는 것이 일반적이다.

    제주도와 한탄강 유역의 폭포 가운데 돈내코 폭포와 삼부연 폭포는 ‘대체후퇴형’, 직탕폭포를 비롯한 그 외의 폭포는 수직절리가 발달하여서 ‘평행후퇴형’을 보인다(그림 5). 극단적 수직절리가 없는 이상, 기반암 수로에서 기반암 자체가 침식을 직접적으로 받기 때문에 하상의 높이도 낮아지고 사면경사도도 완만해지는 것으로 보인다.

       3. 지형적 형상에 따른 분류

    폭포를 분류할 때 지형적인 형상으로 나눈 것을 참고하여 분류를 시도하였다. 지형적 형상은 크게 하류침강형, 계단형, 돌출형, 수직형으로 구분할 수 있으며 이들은 세부적으로 여러 가지 유형을 나타낸다.

    먼저 하류 침강형은 가장 일반적인 형태의 폭포이며 침식이 진행될 때 절리발달이 미약하여 높이와 경사도가 점차 낮아지는 형태이다. 하위단위에 속하는 형태의 폭포로 경사도가 비교적 낮은 화강암지역에서 나타나는 ‘슬라이드 폭포’와 하류를 향해 경사진 절리계를 따라 유로를 변경하며 흐르는 ‘유로 변경형 폭포’를 들 수 있다. 두 번째는 계단형으로 절리에 의해 커다란 암괴가 빠져나가서 발달된 것이며 ‘cascade형 폭포’가 대표적인 종류이다. 셋째, 돌출형으로 절리가 떨어져나갔거나, 굴식과 마식작용으로 인해 측면에서 보면 폭포의 하단보다 상단이 돌출된 형태이다. 절리부분을 따라 암괴가 형성되어 암괴사이로 물이 흘러 암석이 돌출된 폭포도 있다. ‘돌출선반형 폭포’, ‘원형극장형 폭포’, ‘암괴형 폭포’가 있다. 마지막으로 수직형이 있으며 거의 수직으로 발달한 절리로 인해 수직형으로 나타나며 하위단위로 분류할만한 형태는 없다.

    폭포의 경사도를 크게 수평형(20°이하), 하류 침강형(20~60°), 수직형(60°이상)으로 간주하고 각각의 경사도와 지형적 형상이 각각 하류 침강형인 경우, 계단형인 경우, 돌출형인 경우를 최대한 일반화 시켜 아래와 같이 9개의 유형분류 방법을 개발하였다(그림 6). 절리와 경사도에 의한 발달과정은 결국 침식유형에 반영되며 이는 최종적으로 지형적인 형상으로 표출된다. 현재까지 조사된 사례를 보면 20° 이하의 완경사에서는 계단형 폭포와, 돌출형 폭포가 발달하지 않고 있음을 알 수 있었다.

    IV. 종합 및 결론

    하천 종단면 상에서 급경사인 지점 즉, 높이의 차가 있는 곳에 유수가 존재할 때 폭포가 형성된다. 계절적 요인이나 지질학적 원인으로 인한 유량변동에 의해 발생하는 마른 폭포의 경우는 또 다른 범주에 속하는 것으로 추후 분류체계에 반영할 필요가 있다. 폭포는 경사도가 급한 하천의 기반암하상에 위치하는 하천단위로서 하천지형 중 하나로 인식할 필요가 있다. 폭포가 위치한 기반암하도는 다른 하상에 비해 경사가 급하다. 실제 cascade와 step지형이 경사도 2% 이상에서 나타난다는 선행 연구의 결론은 수십개 이상의 폭포에 대한 현장 조사결과 가장 낮은 경사도를 보이는 설악산의 오련폭포조차도 20°로 2%(약 12°)를 초과함으로써 검증되었다. 설악산 지역의 수렴동 계곡과 천불동 계곡의 종단면을 작성해 본 결과를 보면(김지영, 2006) 폭포가 존재하는 고도까지는 볼록한 종단면을 보이다가 그 아래부터는 요면을 나타낸다. 이는 폭포가 존재하는 기반암하상이 경사도가 다른 하상에 비해 급하다는 것을 반증한다.

    우리가 중점적으로 조사했던 설악산의 폭포 가운데 23개의 폭포와 타 지역의 화강암 지역의 폭포들은 화강암이 지표에 노출될 때 형성된 절리계로 인해 다양한 유형을 나타냈다. 4개의 제주도 폭포와 한탄강유역의 폭포들은 용암이 분출할 때 발달하는 수직절리로 화강암지역에서 볼 수 없는 유형을 보였다. 화강암과 현무암지역의 폭포는 퇴적암에서 나타나는 암석의 경연차에 의한 폭포발달보다 절리계에 따른 경사도에 의해 폭포가 발달하고 있음을 관찰할 수 있었다.

    이 연구에서 저자들은 세 가지 범주로 폭포분류 항목을 선정하여 분류하였다. 첫째, 폭포의 형성 원인에 따른 분류 과정에서 절리의 발달과 폭포사면의 하상경사도를 이용하여 구분하였다. 둘째, 침식의 유형을 통해 폭포를 분류하는데 이 과정에서 유수의 힘과 암석의 저항력의 크기를 가늠할 수 있다고 보았다. 셋째, 형성요인과 침식의 결과 지형학적으로 나타나는 형상에 따라 분류를 진행했다.

    최종적으로 국내의 사례지역을 연구할 때 사용할 일괄적인 분류기준으로 경사도를 중심으로 하는 형성원인과 그에 따라 발달한 지형적인 형상을 기준으로 하여 9가지 유형의 분류방법을 제시하였다. 문헌조사와 국립공원 모니터링 및 환경부 자연자원조사의 과정에서 현장 답사를 통해 국내 폭포에 대한 검토를 거친 결과, 폭포의 발생과 발달과정에 영향을 가장 많이 주는 요인은 절리유형인 것으로 보인다. 절리유형은 암석의 종류에 따라 다른 양상을 보인다. 결국 폭포의 유형을 결정하는 가장 큰 요인이 된 것은 지질학적 요인 즉 ‘구성암석’인 것으로 판단된다. 폭포가 형성될 때부터 구성암석에서 발달한 절리에 따라 폭포의 침식의 방향과 유형이 결정되고 이는 폭포의 높이, 하상의 경사도에도 영향을 미친다. 가시적으로 절리유형은 ‘경사도’로 반영되며 절리유형과 경사도 높이 등은 ‘지형적인 형상’으로 표출되기 때문에 본 연구에서 개발한 방법에서 이 두 항목(경사도와 지형적인 형상)을 적용한 것이다.

    본 연구는 가시적으로 보이는 지형적 요인인 절리패턴과 경사도, 주류의 방향, 유수의 방향, 폭호의 너비, 폭포가 위치한 고도 등을 파악하여 성인 및 발달과정을 분석한 결과를 근거로 하여 유형분류를 시도하는데 초점을 맞추었다. 하지만 화강암과 현무암 지역의 폭포 뿐 아니라 미인폭포 등 퇴적암과 석회암지역에서 보이는 특징적인 유형을 고려하지 못한 한계점이 있으며, 연대측정 등을 통한 침식력과 하천력 사이의 실제적인 변화 관계를 분석하는 연구가 진행되지 않았다. 하지만 앞으로 ‘폭포’에 대하여 하천지형학적 관심과 더불어 가장 일반인들이 관심을 기울이는 지형자원이라는 측면에서 지오사이트로서 지오투어리즘의 가치도 분석할 필요가 있다고 판단된다. 이런 면에서 환경부에서 4차까지 진행된 자연환경조사에서 기록된 수백개의 폭포에 대한 높이·폭 등에 대한 통계적인 분석도 시급한 상황이라고 판단되어 조속한 시일 내에 이러한 분석도 이루어질 필요가 있다고 판단된다.

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  • [<그림 1>] 높이와 폭에서 대조적인 인제군의 대승폭포와 양구군의 직연폭포
    높이와 폭에서 대조적인 인제군의 대승폭포와 양구군의 직연폭포
  • [<그림 2>] 미국 지질학회의 폭포유형구분(출처:http://www.geosociety.org/)
    미국 지질학회의 폭포유형구분(출처:http://www.geosociety.org/)
  • [<그림 3>] 천이점의 침식유형 (출처: Gardner, 1983, p.671)
    천이점의 침식유형 (출처: Gardner, 1983, p.671)
  • [<그림 4>] 천이점의 형태 (출처: Gardner, 1983, p.664)
    천이점의 형태 (출처: Gardner, 1983, p.664)
  • [<그림 5>] 평행 후퇴형 폭포인 한탄강의 직탕폭포
    평행 후퇴형 폭포인 한탄강의 직탕폭포
  • [<그림 6>] 경사도와 지형적 형상의 조합으로 개발한 폭포유형 분류안(김지영, 2006)
    경사도와 지형적 형상의 조합으로 개발한 폭포유형 분류안(김지영, 2006)