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문제 정의
- 이로인해 댐 하류부에 전반적으로 새로운 생태계가 조성되었다. 따라서 본 연구에서는 댐 건설에 따른 합천댐 하류부의 지형학적인 변화와 식생 피복의 증가를 분 석하였다.
- 본 연구의 목적은 합천댐 건설 후의 하천 지형학적 변화 및 댐 하류부 유역의 식생 피복상태의 변화를 분석하는 것이다. 이를 위해 댐 건설 전·후의 일유량자료를 사용하여 유황분석을 수행하였으며, 하상고 및 수로단면의 변화를 조사하였다.
제안 방법
- 이를 위해 댐 건설 전·후의 일유량자료를 사용하여 유황분석을 수행하였으며, 하상고 및 수로단면의 변화를 조사하였다. 그리고 현지조사를 통해 사주에 존재하는 식생種 및 식생밀도를 분석하였으며, 조사 구간 식생에 대한 나이테 분석을 수행하였다. 또한 댐 건설 전·후의 항공사진의 비교를 통해 식생피복 면적의 변화를 분석하였다.
- 그림 12는 현지조사를 통해 얻은 식생 분포도를 나타낸 것이다. 나무군집 (woody communities)의 경우 2.5 mx 2.5 m 그리고 풀군집 (herbaceous com- munities)의 경우 1 m x 1 m 크기의 방형구를 설치하여 각 식물종의 피복도(coverage)를 조사하였다. 연구대상유역에서 물억새(Ms), 갈대(Pa), 큰개여뀌 (Pn), 버드나무속 (Sg), 그리고 강아지풀 (Sv)이 발견되었다.
- 버드나무속 식물에 대하여 지면에서 20 cm 높이에서 줄기의 기저직경을 버니어 캘리퍼스로 측정하였다. 또한 4개의 줄기를 지면에서 20 cm 높이에서 잘라서 원판을 채취하였으며, 이 원판을 이용하여 나이테의 직경생장을 버니어 캘리퍼스로 측정하였다. 표 1은 하중도의 각 조사지점별 버드나무의 연령, 높이, 밀도, 그리고 기저직경을 나타낸 것이다.
- 그리고 현지조사를 통해 사주에 존재하는 식생種 및 식생밀도를 분석하였으며, 조사 구간 식생에 대한 나이테 분석을 수행하였다. 또한 댐 건설 전·후의 항공사진의 비교를 통해 식생피복 면적의 변화를 분석하였다.
- 하중도의 식생은 주로 버드나무속 식물로 구성되어 있었다. 버드나무속 식물에 대하여 지면에서 20 cm 높이에서 줄기의 기저직경을 버니어 캘리퍼스로 측정하였다. 또한 4개의 줄기를 지면에서 20 cm 높이에서 잘라서 원판을 채취하였으며, 이 원판을 이용하여 나이테의 직경생장을 버니어 캘리퍼스로 측정하였다.
- 본 연구에서는 3회에 걸쳐 현지답사를 수행하였다 (2001년 5월, 9월, 11월). 대상유역의 상류단인 조정지댐과 하류단인 낙동강합류부 사이의 약 45 km 구간을 조사하였다.
- 본 연구의 목적은 합천댐 건설 후의 하천 지형학적 변화 및 댐 하류부 유역의 식생 피복상태의 변화를 분석하는 것이다. 이를 위해 댐 건설 전·후의 일유량자료를 사용하여 유황분석을 수행하였으며, 하상고 및 수로단면의 변화를 조사하였다. 그리고 현지조사를 통해 사주에 존재하는 식생種 및 식생밀도를 분석하였으며, 조사 구간 식생에 대한 나이테 분석을 수행하였다.
- 하상 입자의 운동가능성을 검토하고자 그림 9(b)에는 무차원 하상전단응력의 분포를 도시하였다. 전단응력을 무차원으로 만들기 위하여 vD50S로 나누어 주었다 (여기서 Y는 물의 단위중량이다). Shields의 한계전단응력 도에 의하면 10 또는 20 cms의 저유량인 경우 합류점으로부터 약 20 km 지점을 기준으로 상류구간에서는 입자가 이동하지 않으나 하류구간에서는 입자의 이동이 있을 것으로 예상된다.
- 조정지댐으로부터 방류된 일유량을 사용하여 유황분석을 수행하였다. 댐 건설 전·후의 일유량 자료는 각각 1970-1982년, 1989-2001년 자료를 사용하였다.
- 댐 건설 후 댐 하류부의 홍수발생 빈도는 댐 건설 전과 비교할 때 훨씬 감소하였다. 충적하천에서 댐 건설이 식생의 성장에 미치는 영향을 분석하기 위해 댐 건설 전·후의 항공사진을 비교하였다. 그림 15(a)와 (b)는 각각 댐 건설전 (1982년)과 댐 건설 후(199%)의 대상유역에 대한 항공사진을 나타낸 것이다.
- 현지조사를 통해 식생桶 및 식생밀도를 조사하였다. 다양한 식생種 군집이 수변에 형성되어 있는 것을 알 수 있었다.
대상 데이터
- 2001년 11월에는 황강 상류 영전교부터 하류 황강신교까지 보트를 이용하여 수상 답사를 하였다. 이를 통해 하천수로의 침식에 의해 많은 하중도가 형성 또는 소멸된 것을 알 수 있었다.
- 2001년 9월의 두 번째 답사에서는 오서교 하류부의 비교적 작은 유역을 선정하여 연구 및 집중조사를 수행하였다. 그림 12는 현지조사를 통해 얻은 식생 분포도를 나타낸 것이다.
- 본 연구에서는 3회에 걸쳐 현지답사를 수행하였다 (2001년 5월, 9월, 11월). 대상유역의 상류단인 조정지댐과 하류단인 낙동강합류부 사이의 약 45 km 구간을 조사하였다. 2001년 5월의 첫 답사에서는 육안 및 사진 촬영을 이용하여 개략적인 조사를 실시하였다.
- 조정지댐으로부터 방류된 일유량을 사용하여 유황분석을 수행하였다. 댐 건설 전·후의 일유량 자료는 각각 1970-1982년, 1989-2001년 자료를 사용하였다. 그림 3은 댐 건설 전·후 일유량의 평균값 및 표준편차를 비교한 것이다.
- 댐 건설 후 하상의 변화양상을 파악하기 위해 건설교통부 (2002)의 실측자료를 참고하였다. 대상유역의 경사는 대략 세 구간으로 분류되는데, 합류부로부터 15 km 이내의 구간은 S = 1/2, 100이고, 그 후 10 km 구간은 S = 1/1, 200, 댐까지 20 km의 구간은 S = 1/700 이다.
- 따마시대 하류부에서는 홍수가 발생하지 않았으며, 이로 인해 댐 하류부에 새로운 생태계가 조성되었다. 본 연구에서는 합천댐으로부터 약 6.5 km 하류부에 위치하는 조정지댐으로부터 낙동강 합류부까지 45 km 구간을 연구를 위한 대상유역으로 선정하였다. 대상유역의 월평균 강우량과 댐하류의 일 유량은 한국수문조사연보 (건설교통부, 1983-2001)를 참고하였다.
- 5 m 그리고 풀군집 (herbaceous com- munities)의 경우 1 m x 1 m 크기의 방형구를 설치하여 각 식물종의 피복도(coverage)를 조사하였다. 연구대상유역에서 물억새(Ms), 갈대(Pa), 큰개여뀌 (Pn), 버드나무속 (Sg), 그리고 강아지풀 (Sv)이 발견되었다. 식생 사주뿐만 아니라 사주와 고수부지가 접하는 부분에 버드나무속 (Sg) 식물군집이 발달한 것으로 나타났다.
- 그림 13은 조사대상 구간에서 식생의 나이테 분석을 실시한 하중도의 위치를 나타낸 것이다. 조사지점 5는 기존 하중도의 상류에 새로 형성된 작은 섬에 위치한다. 하중도의 식생은 주로 버드나무속 식물로 구성되어 있었다.
데이터처리
- 그림 9(a)는 유량에 따른 하상전단응력의 종방향 분포를 나타낸 것이다. 하상에 작용하는 전단응력을 산정하기 위하여 HEC-RAS 프로그램 (HEC, 1998)을 사용하여 흐름해석을 실시하였다. 그림 9(a)에 의하면 큰 유량에 대하여 하상에 작용하는 전단응력의 크기도 증가하는 것을 알 수 있다.
이론/모형
- 5 km 하류부에 위치하는 조정지댐으로부터 낙동강 합류부까지 45 km 구간을 연구를 위한 대상유역으로 선정하였다. 대상유역의 월평균 강우량과 댐하류의 일 유량은 한국수문조사연보 (건설교통부, 1983-2001)를 참고하였다.
성능/효과
- 전술한 바와 같이 Tsujimoto (1999)는 매해 반복되는 홍수로 인해 하도내 하중도는 상류측 혹은 하류측으로 면적을 늘려 나간다고 주장하였고, 이는 본 연구의 표본조사 대상인 하중도에서도 검증된 바 있다. 그러나 현지조사를 통하여 합천댐 하류와 같이 장기간 홍수가 발생하지 않은 상황에서는 간헐적인 방류로 인해 사주가 범람, 침식되어 여러 개의 하중도로 분리되고, 지속적인 침식으로 점차 작아지면서 종국적으로 소멸될 수도 있다는 것을 경험할 수 있었다. 이는 하중도 뒷부분에 등뼈 모양의 모래 꼬리와 소멸 직전의 하중도 등에서 간접적으로 확인할 수 있다.
- 그림을 살펴보면 3T0 cms에 해당하는 극히 작은 유량이 댐 건설에 관계없이 발생할 확률이 가장 높은 것으로 나타났다. 그리고 댐 건설 후 1989-2001년의 기간 동안 140 cms보다 큰 유량이 발생한 확률은 거의 없는 것으로 나타났다.
- 하중도뿐만 아니라 사주와 고수부지가 접하는 부분에 버드나무속 식물군집이 발달되어 있는 것으로 나타났다. 나이테 분석을 통해 하중도의 상류부에서 하류부로 갈수록 버드나무 군집의 연령이 감소하는 것을 볼 수 있었다. 이는 하중도가 부유사의 퇴적에 의해 점차 하류부로 성장한다는 것을 의미하는 것으로 Tsujimoto (1999)의 주장과 일치하는 것이다.
- 현지조사를 통해 식생桶 및 식생밀도를 조사하였다. 다양한 식생種 군집이 수변에 형성되어 있는 것을 알 수 있었다. 하중도뿐만 아니라 사주와 고수부지가 접하는 부분에 버드나무속 식물군집이 발달되어 있는 것으로 나타났다.
- 이는 댐 건설로 인해 홍수가 소멸된 하천에서 Tsujimoto (1999)의 주장과 같이 항상 하중도가 지속적으로 그 면적을 확장해 나가는 것이 아니라는 것을 확인하였다. 댐 건설 전·후 대상유역 항공사진의 비교를 통해 전체 유역의 경우 식생 점유율이 16배 증가하였으며, 하류부 30 km에 걸친 유역에서는 33배 증가한 것으로 나타났다. 이를 통해 식생 피복의 변화가 하상의 침식 및 퇴적의 지형학적 변화와 연관되어 있다는 것을 확인하였다.
- 1988년 댐 건설 후 3-20 cms의 지속적인 발전 방류로 인해 하류부의 유량이 조절되었다. 댐 건설 후 댐 하류부의 홍수발생 빈도는 댐 건설 전과 비교할 때 훨씬 감소하였다. 충적하천에서 댐 건설이 식생의 성장에 미치는 영향을 분석하기 위해 댐 건설 전·후의 항공사진을 비교하였다.
- 댐 건설 전 일유량의 평균값이 건설 후의 값보다 약간 더 크지만 심각한 차이를 보이고 있지는 않다. 댐 건설 후 일유량의 표준편차는 댐 건설 전에 비해 반 정도로 감소한 것으로 나타났다. 이는 댐의 유량 조절 기능에 의해 일유량 자료의 변동이 크게 감소된 것을 의미한다.
- 그러나 황강 유역의 경우 전반적인 강우는 7월과 8월에 집중되어 우리나라의 강우 특성과 일치한다. 댐 완공 전후 6년간 월 강우량의 변동성을 검토하기 위하여 월강우량의 표준편차를 살펴보았는데 최소값과 최대값은 각각 18.2 rm와120.5 mm 로서, 댐 완공 전후 강우 경향에는 차이가 없는 것으로 나타났다.
- Tsujimoto (1999)는 식생활착에 의한 영역 확장에 의해 수로폭이 축소되는 원리를 설명하였으며, 2차원 수심평균 모형을 사용하여 이러한 과정을 수치모의하였다. 또한 연속적인 홍수에 의해 식생 사주 (vege- tated sandbars) 주변에 유사의 퇴적이 발생한다는 것을 확인하였으며, 이에 따라 식생 사주는 길이 및 폭방향으로 확장한다는 것을 보였다. 특별히 소류사가 지배적인 하천의 사주는 상류방향으로 면적이 확장되며, 부유사가 지배적인 하천에서는 하류방향으로 면적이 확장된다고 주장하였다.
- 연구대상유역에서 물억새(Ms), 갈대(Pa), 큰개여뀌 (Pn), 버드나무속 (Sg), 그리고 강아지풀 (Sv)이 발견되었다. 식생 사주뿐만 아니라 사주와 고수부지가 접하는 부분에 버드나무속 (Sg) 식물군집이 발달한 것으로 나타났다.
- 유황분석을 실시하여 댐 건설 후 고유량의 발생빈도 가 감소하였고 저유량의 경우 발생빈도는 증가한 것을 보였다. 조정지댐으로부터 25 km 이내의 구간에서 하 상저하 현상이 관측되었으며, 최대침식고는 3.
- Okabe 등(2001)은 일본 하천의 사주에 대한 수리지형학적(hydromorphologic) 과정과 버드나무 군집형성 간의 상호작용에 대한 연구를 수행하였다. 이를 통해 버드나무속 식물은 발아한 후 약 2-3년이 지나 군집을 형성한다는 것을 확인하였는데, 그 기간 동안 하상토를 이송할 정도로 큰 홍수가 발생하지 않는다는 제한조건을 두었다. 이들은 버드나무속 식물 군집의 성장은 대응사-주 (alternate bar)의 안정성을 크게 증가시키는 한편, 사주 주위로 형성되는 수로에 의해서 제방이 침식될 수 있다는 것을 확인하였다.
- 댐 건설 전·후 대상유역 항공사진의 비교를 통해 전체 유역의 경우 식생 점유율이 16배 증가하였으며, 하류부 30 km에 걸친 유역에서는 33배 증가한 것으로 나타났다. 이를 통해 식생 피복의 변화가 하상의 침식 및 퇴적의 지형학적 변화와 연관되어 있다는 것을 확인하였다.
- 유황분석을 실시하여 댐 건설 후 고유량의 발생빈도 가 감소하였고 저유량의 경우 발생빈도는 증가한 것을 보였다. 조정지댐으로부터 25 km 이내의 구간에서 하 상저하 현상이 관측되었으며, 최대침식고는 3.5 이인 것으로 나타났다. 10년간 댐의 유량조절에 따른 하상재료의 분급현상에 의해 상류 25 km 구간에서는 굵은 모래 그리고 하류 20 km 구간에서는 고운 모래로 하상재료가 구성되어 있는 것으로 나타났다.
- 림 5는 하천유량의 변동성을 조사하기 위해 유황곡선 (flow duration curve)을 :L린 것으로 댐의 유량 조절 효과가 매우 잘 나타나 있다. 즉, 초과확률이 약 18% 이하의 고유량 부분에서는 유량이 댐 건설 후 감소한 것을 볼 수 있는 반면, 초과확률이 약 18% 이상의 저유량 부분에서는 댐 건설 후 유량이 증가한 것으로 나타났다.
- 표 2와 3은 댐 건설 전·후의 사주의 식생활착의 변화로서 맨 사주면적, 식생 사주 면적 및 식생 점유율 (총 사주 면적에 대한 식생 사주 면적의 비)을 나타낸 것이다. 표에서 댐 건설 후 전체유역에 걸쳐 식생 점유 율이 16배 증가한 것을 볼 수 있으며, 합천교에서 합류부에 이르는 유역에 대해서는 33배 증가한 것을 볼 수 있다. 이는 댐 건설 후 하류부 홍수발생 빈도의 감소에 의해 식생이 하천 사주에서 대폭적인 범위로 확장한 것을 의미한다.
- 다양한 식생種 군집이 수변에 형성되어 있는 것을 알 수 있었다. 하중도뿐만 아니라 사주와 고수부지가 접하는 부분에 버드나무속 식물군집이 발달되어 있는 것으로 나타났다. 나이테 분석을 통해 하중도의 상류부에서 하류부로 갈수록 버드나무 군집의 연령이 감소하는 것을 볼 수 있었다.
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