[국내논문]도시하천의 환경특성과 친자연적 계획전략 - 춘천시 공지천을 대상으로 - Environmental Characteristics and Nature-friendly Planning Strategies for an Urban Stream - The Case of Chuncheon's Gongji Stream -원문보기
This study analyzed characteristics of natural and human environments in Chuncheon's Gongji stream, and suggested nature-friendly planning strategies for self-purification of water quality, biodiversity improvement and conservative waterfront recreation. The environmental analysis included streambed...
This study analyzed characteristics of natural and human environments in Chuncheon's Gongji stream, and suggested nature-friendly planning strategies for self-purification of water quality, biodiversity improvement and conservative waterfront recreation. The environmental analysis included streambed structures, floodplain soils, water quality, vegetation, wildlife, and human facilities. Natural colonization of vegetation for the middle section of the study stream was obstructed by a straightened concrete revetment of baseflow channel, and vehicle movement and concrete parking lots across the floodplain. These human disturbances also deteriorated the naturalness of the stream landscape and limited habitation of bird species. However, natural sedimented wetlands in half of the channel width for the lower section of the stream contributed to a desirable vegetational landscape and greater bird occurrence. Based on BOD measurements, water quality of the stream fell under class $II{\sim}III$ of the stream water-quality standard, but it was worse around sewage outlets due to incomplete sewage collection especially during the dry season. Dominant fish species included typical inhabitants of good water-quality streams that are tolerant of adverse habitat changes. Nature-friendly planning strategies were established based on analysis of the environmental characteristics. They focused on not merely spatial zoning and layout divided into four zones - preservation, partial preservation, conservation and use -, but close-to-nature channel revetment techniques, natural water-purification facilities, biotope diversification, and water-friendly recreation and circulation. Strategies pursued both renewal of stream naturalness and hydraulic stability of streamflow by minimizing transformation of natural channel micro-topography and biotope, and by reflecting natural traces of streambed structures such as revetment scour and sedimentation.
This study analyzed characteristics of natural and human environments in Chuncheon's Gongji stream, and suggested nature-friendly planning strategies for self-purification of water quality, biodiversity improvement and conservative waterfront recreation. The environmental analysis included streambed structures, floodplain soils, water quality, vegetation, wildlife, and human facilities. Natural colonization of vegetation for the middle section of the study stream was obstructed by a straightened concrete revetment of baseflow channel, and vehicle movement and concrete parking lots across the floodplain. These human disturbances also deteriorated the naturalness of the stream landscape and limited habitation of bird species. However, natural sedimented wetlands in half of the channel width for the lower section of the stream contributed to a desirable vegetational landscape and greater bird occurrence. Based on BOD measurements, water quality of the stream fell under class $II{\sim}III$ of the stream water-quality standard, but it was worse around sewage outlets due to incomplete sewage collection especially during the dry season. Dominant fish species included typical inhabitants of good water-quality streams that are tolerant of adverse habitat changes. Nature-friendly planning strategies were established based on analysis of the environmental characteristics. They focused on not merely spatial zoning and layout divided into four zones - preservation, partial preservation, conservation and use -, but close-to-nature channel revetment techniques, natural water-purification facilities, biotope diversification, and water-friendly recreation and circulation. Strategies pursued both renewal of stream naturalness and hydraulic stability of streamflow by minimizing transformation of natural channel micro-topography and biotope, and by reflecting natural traces of streambed structures such as revetment scour and sedimentation.
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문제 정의
공지천은 호반의 도시라는 춘천시 이미지를 대표하는 주요 도시하천이다 본 연구의 목적은 공지천을 대상으로 자연 및 인문환경을 조사 분석하고, 수질 자정, 생물 다양성 증진, 친수 기회 확보 등을 포함호)는 친자연적 하천계획 전략을 제안하는 것이다. 계획전략은 기존 하천 정비 사례의 문제점을 보완하여 레크리에이션적 이용보다 생물 서식 및 수질 자정에 비중을 두고 자연적으로 형성되어 온 하상구조의 변형과 생물 서식 공간의 훼손을 최소화하는 접근방법을 통해 하천의 생태환경 회복을 추구하였다.
본 연구는 춘천시의 주요 도시하천인 공지천을 대상으로 생태환경을 조사 분석하고 수질 자정, 생물 다양성 증진 및 친수기회 확보를 강조하는 친자연적 하천계획 전략을 제안하였다. 하천 중류구간의 저수로는 콘크리트 직강하안으로서 생물서식 기회를 제한하고 자연성을 저해하였다.
제안 방법
선정하였다. 각 표본지점에서 제방, 고수부지및 저수로의 횡단면(폭, 경사, 높이)을 실측하고 구성재료를 조사하였다. 저수로 사행, 사주, 중E, 여우 소등의 공간분포를 도면에 기록하고, 사진촬영을 병행하여 홍수 전후의 하천 미지형 변화를 파악하였다.
하천계획 전략을 제안하는 것이다. 계획전략은 기존 하천 정비 사례의 문제점을 보완하여 레크리에이션적 이용보다 생물 서식 및 수질 자정에 비중을 두고 자연적으로 형성되어 온 하상구조의 변형과 생물 서식 공간의 훼손을 최소화하는 접근방법을 통해 하천의 생태환경 회복을 추구하였다.
1cm의 다층토양표본추출기 (AMS multi-stage core soil sampler)를 이용하여 깊이 30cm 까지의 토양표본을 채취하였다. 또한 깊이 60cm까지시추하여 지하수위 분포를 조사하였다. 채취된 토양은음건시킨 후 직경 2mm 체(sieve)로 정선하고 그 무게를 0.
본 계획전략은 자연적으로 형성된 저수로 미지형 및 생물서식공간의 인위적 변형을 최소화하고 세굴, 퇴적 등 현 하상구조의 흔적을 반영하는 접근방법으로 하천 자연성회복과 하도의 수리적 안정성을 동시에 추구하였다. 또한, 고비용의 인위적 수질정화시설이나 동적 레크리에이션 시설의 도입을 가급적 배제하3, 자연적 수질정화기법을 적용하면서 생물서식과 생태환경 보전을 강조하여 기존 하천 정비와의 차별성을 부여하였다. 하천환경의 주 영향인자는 홍수로서 예기치 못한 침식 및 하상변화로 치수적 안전성, 생태적 기능성 등에 문제가발생할 수 있다.
동선 등을 위주로 계획전략을 수립하였다. 본 계획전략은 자연적으로 형성된 저수로 미지형 및 생물서식공간의 인위적 변형을 최소화하고 세굴, 퇴적 등 현 하상구조의 흔적을 반영하는 접근방법으로 하천 자연성회복과 하도의 수리적 안정성을 동시에 추구하였다. 또한, 고비용의 인위적 수질정화시설이나 동적 레크리에이션 시설의 도입을 가급적 배제하3, 자연적 수질정화기법을 적용하면서 생물서식과 생태환경 보전을 강조하여 기존 하천 정비와의 차별성을 부여하였다.
분석항목은 용존산소(D。), 생물학적 산소요구량(BOD), 총질소(T-N), 총인(T-P), 부유물질(SS) 등이었다. BOD는 윙클러-아자이드화나트륨 변법, T-Ne 자외선 흡광광도법, T-P는 아스코르빈산 환원법, SS는 유리섬유 여지법을 각각 이용하여 측정하고, DO는 채수 즉시 현장에서 DO meter(YSI model 58)로 측정하였다.
저수로 사행, 사주, 중E, 여우 소등의 공간분포를 도면에 기록하고, 사진촬영을 병행하여 홍수 전후의 하천 미지형 변화를 파악하였다. 수심및 수폭과 유속은 평수기인 9월과 갈수기인 2월의 2회에 걸쳐 실측하였다. 하상구조 조사 시 하천경관을 비롯해 내외부 토지이용, 동선, 하천시설물 등 인문환경도 함께 파악하였다.
수질은 상, 중 하류와 하수 유입부를 대표할 14개 지점을 선정한 후, 계절별로 3L 용량의 밴돈샘플러(Van Dorn sampler) 로 채수하고 2L 플라스틱 채수통에 담아 실험실로 운반하여 이화학적 특성을 분석하였다. 분석항목은 용존산소(D。), 생물학적 산소요구량(BOD), 총질소(T-N), 총인(T-P), 부유물질(SS) 등이었다.
식생은 상, 중, 하류의 환경구배를 대표하도록 35개 지점을 표본추출하고, 방형구법(크기 5x5m)을 적용하여 7~10월에 걸쳐 출현종, 피도 등을 조사하고 중요도를 분석하였다. 야생동물은 조류와 어류에 국한하여, 조류의 경우 선조사법에 의해 연구대상 구간 전체어】서, 어류는 등간격 상의 6개 표본지점에서 각각 계절별로 조사한 자료(조현길 등, 2004)를 이용하여 서식종과 우점종을 파악하였다
분석하였다. 야생동물은 조류와 어류에 국한하여, 조류의 경우 선조사법에 의해 연구대상 구간 전체어】서, 어류는 등간격 상의 6개 표본지점에서 각각 계절별로 조사한 자료(조현길 등, 2004)를 이용하여 서식종과 우점종을 파악하였다
연구대상 하천을 현장실사하고 기존자료를 검토하여상, 중, 하류의 구간별 환경조건을 조사 분석하였다. 조사내용은 유역, 하상구조, 토양, 유량 및 수위, 수질 식생, 야생동물 등을 포함하는 자연환경, 그리고 내외부 토지이용, 동선 및 접근성, 하천 시설물 등의 인문환경이었다.
각 표본지점에서 제방, 고수부지및 저수로의 횡단면(폭, 경사, 높이)을 실측하고 구성재료를 조사하였다. 저수로 사행, 사주, 중E, 여우 소등의 공간분포를 도면에 기록하고, 사진촬영을 병행하여 홍수 전후의 하천 미지형 변화를 파악하였다. 수심및 수폭과 유속은 평수기인 9월과 갈수기인 2월의 2회에 걸쳐 실측하였다.
조사내용은 유역, 하상구조, 토양, 유량 및 수위, 수질 식생, 야생동물 등을 포함하는 자연환경, 그리고 내외부 토지이용, 동선 및 접근성, 하천 시설물 등의 인문환경이었다.
또한 깊이 60cm까지시추하여 지하수위 분포를 조사하였다. 채취된 토양은음건시킨 후 직경 2mm 체(sieve)로 정선하고 그 무게를 0.1g까지 측정하였다. 농촌진흥청(1988)의 표준방법에 따라 수분, 산도 유기물, 총질소, 유효인산, 치환성양이온, 양이온 치환능 등의 물리화학적 특성을 분석하였다.
수심및 수폭과 유속은 평수기인 9월과 갈수기인 2월의 2회에 걸쳐 실측하였다. 하상구조 조사 시 하천경관을 비롯해 내외부 토지이용, 동선, 하천시설물 등 인문환경도 함께 파악하였다.
하천환경의 분석결과를 바탕으로, 하천 공간정비 및배치를 절대보존공간, 부분보존공간, 보전공간, 이용공간 등 4개 유형으로 구분하고, 저수로 자연형 하안공법, 수질 자연정화시설, 생물서식공간, 수변 레크리에이션및 동선 등을 위주로 계획전략을 수립하였다. 본 계획전략은 자연적으로 형성된 저수로 미지형 및 생물서식공간의 인위적 변형을 최소화하고 세굴, 퇴적 등 현 하상구조의 흔적을 반영하는 접근방법으로 하천 자연성회복과 하도의 수리적 안정성을 동시에 추구하였다.
현황분석 결과를 바탕으로 하천 공간정비 및 배치를구상하고 저수로 자연형 하안공법, 수질 자연정화시설, 생물서식공간, 수변 레크리에이션과 동선 등을 위주로계획전략을 수립하였다.
대상 데이터
초부터수행한 하천환경관리 기법에 관한 연구에서, 일본, 스위스, 등의 관련 사례를 소개하면서부터 자연형 하천공법의 개념이 도입되기 시작했다고 볼 수 있다(환경부, 2002). 이때부터 한국건설기술연구원을 중심으로도시하천 복원과 관련된 기초연구를 수행하였고, 1995 년에는 양재천 학여울 구간에 10가지 유형의 자연형 저수로 하안공법을 시험적용하였다(건설부, 1991; 1992; 1993a; 1994a: 건설교통부" 1995). 그.
10월에 직경 5.1cm의 다층토양표본추출기 (AMS multi-stage core soil sampler)를 이용하여 깊이 30cm 까지의 토양표본을 채취하였다. 또한 깊이 60cm까지시추하여 지하수위 분포를 조사하였다.
수치지도를 구입하고 연구대상 하천을 예비답사하여, 하상구조의 유사성 여부에 따라 총 18개의 표본조사지점을 선정하였다. 각 표본지점에서 제방, 고수부지및 저수로의 횡단면(폭, 경사, 높이)을 실측하고 구성재료를 조사하였다.
연구대상 구간의 제내지는 근린생활권 근린공원이 부족한 주거밀집 및 주상복합 구역이었다. 제외지의 경우.
하류에서는 의암댐으로 형성된 의암호의 배수(背水) 영향으로 인해 수체가 정체되고 하수종말처리장 방류수의 역류와 체류가 발생하였다. 연구대상 하천구간에는 총 8 개(철도교 1개)의 교량이 분포하며, 상류에는 거두 교가, 그리고 하류에는 호반교가 위치한다(그림 2).
연구대상지의 공간적 범위는 춘천시의 석사동에서 강남동 방향으로 흐르는 상류 거두교~하류 호반교 구간으로서, 그 유로연장은 총 3.5km이었다(그림 1. 2 참조).
보전공간은 정적 친수활동을 허용하는 구간이며 절대보존공간과 이용공간 중간의 완충기능도 부여한다. 이용공간은 중류의 남춘천교~공지교 구간으로서 수변 일부에 소극적 레크리에이션 활동을 도입한다. 이 구간은 접근성이 양호하고 기존 이용으로 나지가 분포하며, 제내지의 경우 근린공원이 부족한 도심의 주거밀집구역이다.
둔치가 조성되어 있었다(그림 3). 제방은 콘크리트수직 옹벽 또는 석축 사면이며, 제방고는 100년 빈도홍수위(춘천시, 1992) 대비 0.8~ 1.0m의 여유고 기준 (건설부, 1993b)을 확보하여 대체로 적합하였다. 제방사면을 포함한 하폭은 상류의 거두교~석사교 구간이 가장 좁은 45m이고 하류의 온의교~호반교 구간이 가장 넓은 120m이었다.
토양은 상, 중, 하류에서 주요 공통식물종이 생장하는 각 지점을 대상으로 9개씩의 표본지점을 선정하였다. 10월에 직경 5.
허용 소류력 (건설부, 1994b) 및 유속과 하안의 유실 여부 흔적에 근거하여 적정한 공법을 선정한다. 하안 구간별 소류력은 상류의 거두교~남춘천교에서 최대 13.
이론/모형
분석항목은 용존산소(D。), 생물학적 산소요구량(BOD), 총질소(T-N), 총인(T-P), 부유물질(SS) 등이었다. BOD는 윙클러-아자이드화나트륨 변법, T-Ne 자외선 흡광광도법, T-P는 아스코르빈산 환원법, SS는 유리섬유 여지법을 각각 이용하여 측정하고, DO는 채수 즉시 현장에서 DO meter(YSI model 58)로 측정하였다.
1g까지 측정하였다. 농촌진흥청(1988)의 표준방법에 따라 수분, 산도 유기물, 총질소, 유효인산, 치환성양이온, 양이온 치환능 등의 물리화학적 특성을 분석하였다.
3kg/m2이었다. 소류력이 크고 유속이 비교적 빠른 상류구간과 수충부에는 각각 자연석쌓기법과 돌망태공법을 적용한다. 중류에는 녹색 마대 법을 위주로 하되 경사 완만한 구간엔 욋가지덮기법을 혼용하고, 하류에는 섶나무가지법을 비롯하여방파목책 및 식생이용법을 도입한다.
성능/효과
공지천 토양의 상, 중, 하류별 물리화학적 특성을 분석한 결과(표 1), 토성은 대체로 자갈이 있는 사토'내지는 사양토이었다. 입경2mm 이상의 석력 함량은 상 중류의 거두교~공지교 구간 평균 23%이고 자연퇴적 습지가 형성된 하류의 공지교~호반교 구간에선 3%로서 상중류에 비해 훨씬 적었다.
즉, 홍수 소통을 원활히 유지하기 위해 하천의 선형을 직강화하저수로 둔치와 제방을 콘크리트로 정비하면서 하천의 수로화(charmelization) 를 초래하였다. 그 결과 도시 하천은 생물 서식, 수질 자정, 친수성 등 귀중한 환경적 기능을 상실하게 되었다. 최근, 하천의 이수와 치수에 부가하여 생태 및 친수공간 개념으로서의 하천 기능에 대한 시:회적 ¥심도가 증가하고 있다.
공지천 유역의 주 오염원은 생활하수로서 BOD의 경우 총 오염 부하량의 약 70%를 차지하며, 나머지는 축산, 농경 등에 기인하였다( 강원지역환경기술개발센터, 2001). 본류의 DO 농도는 8.6mg/L 이상으로서 하천 수질 환경기준 I등급을 유지하고 있었으며, 계절별로는 대체로 겨울철에 더욱 양호한 한편, 구、간별로는 상류에서 하류로 갈수록 감소하는 경향을 보였다. 특히, 의암호의 배수 (背水)영향을 받고 정체현상을 보이는 호반교 부근은 DO 농도가 타 지점에 비해 상대적으로 더욱 낮았다.
총질소는 구간 간 뚜렷한차이를 보이지 않은 유기물, 유효인산, 치환성 양이온등과는 달리, 상류에서 하류로 갈수록 증가하였고 하류퇴적지에서 특히 많았다. 식물종별로는 ePhragmites communis) 생육지 평균 61㎎/㎏, 미국가막사리 (Bidens frondosa) 145㎎/㎏, 고마리 CFtersica沥 thun~ bergii) 285㎎/㎏으로서, 갈대가 생장하는 토양이 타식물종에 비해 상대적으로 적은 경향이었다. 양이온 치환능은 전 구간 평균 4.
0m/s이었다. 즉, 유속은 하상경사가 상대적으로 급한 상류에서 가장 빠르며, 저수로 폭이 넓고 하상경사가 완만한 하류로 갈수록 느린 경향이었다.
입경2mm 이상의 석력 함량은 상 중류의 거두교~공지교 구간 평균 23%이고 자연퇴적 습지가 형성된 하류의 공지교~호반교 구간에선 3%로서 상중류에 비해 훨씬 적었다. 토양수분 함량은 저수로 수변에서 11-38% 범위로 다양하고, 고수부지의 경우는 5~8%로서 수변에 비해 상대적으로 적은 경향이었다. 지하 수위는 수변에서 0.
6mg/L 이상으로서 하천 수질 환경기준 I등급을 유지하고 있었으며, 계절별로는 대체로 겨울철에 더욱 양호한 한편, 구、간별로는 상류에서 하류로 갈수록 감소하는 경향을 보였다. 특히, 의암호의 배수 (背水)영향을 받고 정체현상을 보이는 호반교 부근은 DO 농도가 타 지점에 비해 상대적으로 더욱 낮았다. T-N 농도는 3, 3mg/L 이상으로서 모든 측정지점에서 호소 수질환경기준을 초과하는 것으로 나타났다.
후속연구
하천환경의 주 영향인자는 홍수로서 예기치 못한 침식 및 하상변화로 치수적 안전성, 생태적 기능성 등에 문제가발생할 수 있다. 따라서, 향후 지속적인 모니터링를 통해 본 연구단계에서 예측하지 못한 자연형 하안공법, 수질 자정시설, 생물 서식공간 등의 지침을 보완할 필요가 있다. 본 연구결과는 대상 하천의 자정능력을 향상시켜 수질을 개선하고, 도심과 자연을 연결하는 춘천시 주요 생태통로의 기능을 확보하는데 일조할 것으로기대한다.
따라서, 향후 지속적인 모니터링를 통해 본 연구단계에서 예측하지 못한 자연형 하안공법, 수질 자정시설, 생물 서식공간 등의 지침을 보완할 필요가 있다. 본 연구결과는 대상 하천의 자정능력을 향상시켜 수질을 개선하고, 도심과 자연을 연결하는 춘천시 주요 생태통로의 기능을 확보하는데 일조할 것으로기대한다.
참고문헌 (29)
강원지역환경기술개발센터(2001) 오염총량제 실시에 대비한 춘천시 수질관리 방안
건설교통부(1995) 도시하천의 하천환경 정비기법의 개발
건설부(1991)하천환경관리 기본 조사. 연구 보고서
건설부(1992) 하천환경 정비기법 개발 기초 조사. 연구. 하천 환경 관리기법 개발 연구 조사 보고서
건설부(1993a) 하도환경정비 기초 조사. 연구 하천환경 관리 기법 개발 연구. 조사 보고서
건설부(1993b) 하천시설기준
건설부(1994a) 자연형 하천계획기법 및 하천유량과 수질의 상관성 조사, 연구. 하천환경 관리 기법 개발 연구. 조사 보고서
FISRWG(2001) Stream Corridor Restoration: Principles, Processes, and Practices. US Federal Interagency Stream Restoration Working Group. ISBN-0-934213-59-3
Geld A. J. and D. Q. Kellogg (1997) Mcdelling internal processes of riparian buffer wnes. In N. E. Haycock. T. P. Burt, K. W. T. Geulding, and G. Pinay, eds., Buffer Zones: Their Processes and Potential in Water Protection. Harpenden, UK: Quest Environmental. pp. 192-207
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