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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 2006년부터 2010년에 걸쳐 국내의 자연하천 또는 자연에 매우 가까운 하천들을 대상으로 식생조사를 실시하고 분석하였다. 그리고 연구의 실용화를 위하여 환경인자에 따른 하천유형별 홍수터에 식재할 수 있는 수종을 선정하여 식재방법을 개발하고자 하였다. 본 연구의 결과는 기존 국내 하천복원에서 주로 실시하는 저수로 및 제방의 호안공법이나, 고수부지의 친수공간계획이 아니라, 고수부지의 하안림 조성을 통한 보다 적극적이며, 생태적 효과성이 높은 하천복원의 한 수단이 될 것으로 기대한다.
- 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 우선적으로 국내 자연하천에 어떤 종류의 자연식생이 어떤 하천에 서식하는지에 대한 규명이 필요하고, 그를 모델로 한 홍수터의 하안림 조성만이 가장 자연에 가까운 홍수터 복원이 될 수 있다고 판단하였다. 따라서 본 연구에서는 2006년부터 2010년에 걸쳐 국내의 자연하천 또는 자연에 매우 가까운 하천들을 대상으로 식생조사를 실시하고 분석하였다. 그리고 연구의 실용화를 위하여 환경인자에 따른 하천유형별 홍수터에 식재할 수 있는 수종을 선정하여 식재방법을 개발하고자 하였다.
- 그리고 고도 200∼500m이며, 저수로 수면 폭이 20m 미만, 하상재료는 큰호박돌(지름 5∼30cm)의 조사구 하천, 주로 하천의 중·상류에서는 졸참나무군락, 달뿌리풀군락, 물푸레나무군락, 버드나무군락이 가장 높은 빈도로 출현하였다. 따라서 본 연구에서는 자연하천의 위의 식물군락을 근거로 하천유형별 홍수터에 식재가능한 수목류를 선정하고, 실용화를 위하여 식재방법과 식재패턴을 예시로 제시하였다. 그리고 이 방법을 대하천에 적용하여 실시한 수리검토결과는 홍수위 및 유속의 상승 정도가 미미한 것으로 나타났다.
- 본 연구는 국내에서 처음으로 전국 규모의 자연하천을 찾아내어 잠재자연하천의 식생조사를 실시하였다는 것에 큰 의미가 있을 것이다. 또한 기존 고수부지가 주로 친수성을 강조한 인간의 이용성으로 하천의 횡적연속성이 두절되었는데 비하여, 고수부지의 수목식재를 통한 또 다른 하천 복원방법으로 하천의 생태적, 경관적 향상을 가져 올 수 있다고 기대한다.
제안 방법
- 968 로서 CCA의 선택기준(구배의 길이 > 4 )에 근접하여 이를 분석방법으로 선택하게 되었다. Braun-Blanquet 조사결과에서는 구배의 길이가 3.757로서 CCA와 RDA중에서 어떤 기법을 사용해도 무방하였으나 대상법 조사결과를 이용한 상관성 분석 결과와 비교가 용이하도록 CCA를 이용하였다.
- 홍수터의 수종선정은 먼저 상관성분석 결과에 의거하여 주요 환경인자에 따른 하천유형을 결정하였다. 그리고 각 하천유형에 최소 50% 이상의 조사구에서 높은 빈도로 출현한 공통군락과 동반종을 가려낸 후에, 초본류를 제외한 교목과 관목류를 식재용 수종으로 선택하였다. 그리고 실무에의 적용성을 위하여 식재패턴과 식재방법을 수리검토결과와 같이 기술하고 도면으로도 예시하였다.
- 그리고 각 하천유형에 최소 50% 이상의 조사구에서 높은 빈도로 출현한 공통군락과 동반종을 가려낸 후에, 초본류를 제외한 교목과 관목류를 식재용 수종으로 선택하였다. 그리고 실무에의 적용성을 위하여 식재패턴과 식재방법을 수리검토결과와 같이 기술하고 도면으로도 예시하였다.
- 본 연구를 위하여 먼저 하천의 자연환경요소인 위도, 고도, 수계, 저수로의 수면 폭, 하상재료, 계곡의 횡단면유형(valley type)를 고려하여 “자연하천”(태고/원시의 하천을 의미하는 것이 아니라, 현재 하천의 구조와 기능이 인간의 활동에 따른 영향을 거의 받지 않은 상태의 하천, 즉 잠재자연하천)을 항공사진 및 문헌 또는 사전답사를 통하여 선정하였다. 그리고 하천의 연속성을 고려하여 조사하천의 상류(고산지: 고도 500m 이상), 중류(산지: 고도 200m 이상~500m 미만), 하류(평지: 고도 200m 미만)에서 골고루 조사구가 포함될 수 있도록 고려하였다. 하천 조사구의 위치는 Figure 1에서와 같으며, 조사구는 총 90개소이다.
- 본 상관성 분석에서는 출현식물에 대한 환경인자들의 상대적인 영향력을 살펴보는 것이 목적이므로 적합한 환경인자 선별을 위한 사전선별 단계에서 개별 환경인자들이 식물분포에 미치는 독립적인 효과에 대하여만 유의 수준(Monte Carlo permutation test, p≤0.05)을 시험하였다.
- 본 연구를 위하여 먼저 하천의 자연환경요소인 위도, 고도, 수계, 저수로의 수면 폭, 하상재료, 계곡의 횡단면유형(valley type)를 고려하여 “자연하천”(태고/원시의 하천을 의미하는 것이 아니라, 현재 하천의 구조와 기능이 인간의 활동에 따른 영향을 거의 받지 않은 상태의 하천, 즉 잠재자연하천)을 항공사진 및 문헌 또는 사전답사를 통하여 선정하였다.
- 이 때에 1개 방형구의 크기는 100㎡ 이며, 1개 하천 조사구의 방형구 개수는 5개로 통일하였다. 식생조사결과는 각 환경요소별로 모아서 가장 높은 빈도 또는 최소한 50% 이상의 조사구에서 공통적으로 출현한 군락 및 동반종을 엑셀표(Excel)를 이용하여 가려내었다. 아울러 하천의 양안에서 총 4개의 대상법(belt-transect)조사를 실시하여(총 80㎡) 좌·우안의 조사내용을 모두 취합하여 정리하고, 최소 50% 이상의 출현빈도를 나타내는 공통적 출현식물을 이용하여 하천유형별로 대표횡단면을 도면으로 도출하였다.
- 아울러 하천의 양안에서 총 4개의 대상법(belt-transect)조사를 실시하여(총 80㎡) 좌·우안의 조사내용을 모두 취합하여 정리하고, 최소 50% 이상의 출현빈도를 나타내는 공통적 출현식물을 이용하여 하천유형별로 대표횡단면을 도면으로 도출하였다.
- 출현종과 환경과의 상관성을 분석하기 위하여 대상법의 조사에서 출현한 총 684종과 Braun-Blanquet 조사에서 출현한 총 667종을 정량적 값이 없는 하천수계의 환경인자를 제외한 5개의 환경인자, 즉 위도, 고도, 저수로 수면 폭, 하상재료, 계곡의 횡단면유형을 분석에 이용하였는데, 분석에 앞서 엑셀 워크시트를 사용하여 상관성 분석에 대입될 데이터를 정리하였다. 이 때에 대상법 조사결과를 이용한 상관성 분석을 위하여 각 하천 조사구의 4개의 띠에서 관찰된 각 종 및 그 출현빈도의 합을 이용하였다. Braun-Blanquet 조사결과를 이용한 상관성 분석에는 각 하천조사구의 총 5개 방형구에서 나타난 각 종 및 그 최대 피도값을 이용하였는데, Braun-Blanquet 피도 등급( 5, 4, 3, 2, 1, +, r )을 각각 87.
- 출현종과 환경과의 상관성을 분석하기 위하여 대상법의 조사에서 출현한 총 684종과 Braun-Blanquet 조사에서 출현한 총 667종을 정량적 값이 없는 하천수계의 환경인자를 제외한 5개의 환경인자, 즉 위도, 고도, 저수로 수면 폭, 하상재료, 계곡의 횡단면유형을 분석에 이용하였는데, 분석에 앞서 엑셀 워크시트를 사용하여 상관성 분석에 대입될 데이터를 정리하였다. 이 때에 대상법 조사결과를 이용한 상관성 분석을 위하여 각 하천 조사구의 4개의 띠에서 관찰된 각 종 및 그 출현빈도의 합을 이용하였다.
- 홍수터의 수종선정은 먼저 상관성분석 결과에 의거하여 주요 환경인자에 따른 하천유형을 결정하였다. 그리고 각 하천유형에 최소 50% 이상의 조사구에서 높은 빈도로 출현한 공통군락과 동반종을 가려낸 후에, 초본류를 제외한 교목과 관목류를 식재용 수종으로 선택하였다.
대상 데이터
- (Kowarik, 1988)에 의거 자연성이 부족하다고 판단되어 분석에서 제외하여 총 81개소이었다. 아울러 홍수터의 하안림 조성을 위한 수목선정에서는 분석한 하천 81개소 중에서 계곡의 횡단면유형이 홍수터가 발달하지 않는 조사구 하천을 제외한 49개소의 출현식생만을 이용하였다.
- 조사구 하천에서의 조사범위는 각 조사구에서 종적으로 하천연장 1㎞이며 좌·우안 총 2㎞와 하천의 횡단은 양안 저수로 물로부터 육지쪽으로 20m로 하였다.
- 총 조사대상 하천은 90개소이었으나, 조사결과 귀화종의 비율이 5% 이상인 개소는 헤메로비등급(Hemeroby)1)(Kowarik, 1988)에 의거 자연성이 부족하다고 판단되어 분석에서 제외하여 총 81개소이었다. 아울러 홍수터의 하안림 조성을 위한 수목선정에서는 분석한 하천 81개소 중에서 계곡의 횡단면유형이 홍수터가 발달하지 않는 조사구 하천을 제외한 49개소의 출현식생만을 이용하였다.
- 그리고 하천의 연속성을 고려하여 조사하천의 상류(고산지: 고도 500m 이상), 중류(산지: 고도 200m 이상~500m 미만), 하류(평지: 고도 200m 미만)에서 골고루 조사구가 포함될 수 있도록 고려하였다. 하천 조사구의 위치는 Figure 1에서와 같으며, 조사구는 총 90개소이다.
데이터처리
- 그 결과, 5개 환경인자가 대상법조사 및 Braun Blanquet 조사결과에 유의한 영향을 주는 것으로 나타나 5개 환경인자를 모두 CCA에 대입하였다. 그리고 최종 CCA의 통계적 모델의 유의성 검정은 처음의 축과 모든 축에 Monte Carlo permutation test를 실시하였으며, 이때 유의 수준은 0.05 이하로 하였다.
- 통계 및 상관성 분석에는 SPSS(SPSS Inc., 2004), CANOCO 4.5(Ter Braak and Šmilauer,2002)를 활용하였다.
- 통계처리를 위한 적합한 분석기법(CCA; Canonical Correspondence Analysis or RDA; Redundancy Analysis)을 결정하기 위하여 먼저 DCA(Detrended Correspondence Analysis)를 실시한 결과, 대상법 조사결과는 ‘구배의 길이’(‘gradient length’)가 3.968 로서 CCA의 선택기준(구배의 길이 > 4 )에 근접하여 이를 분석방법으로 선택하게 되었다.
이론/모형
- 5(Ter Braak and Šmilauer,2002)를 활용하였다. 식물명은 이창복의 원색식물도감(2003)에 준하였다.
- 조사구 하천에서의 조사범위는 각 조사구에서 종적으로 하천연장 1㎞이며 좌·우안 총 2㎞와 하천의 횡단은 양안 저수로 물로부터 육지쪽으로 20m로 하였다. 조사내용은 하상재료 및 하천의 일반적인 개황과 출현식생이며, 식생은 식물사회학적 방법(Braun-Blanquet, 1964)에 의거하였다. 이 때에 1개 방형구의 크기는 100㎡ 이며, 1개 하천 조사구의 방형구 개수는 5개로 통일하였다.
성능/효과
- 이 때에 대상법 조사결과를 이용한 상관성 분석을 위하여 각 하천 조사구의 4개의 띠에서 관찰된 각 종 및 그 출현빈도의 합을 이용하였다. Braun-Blanquet 조사결과를 이용한 상관성 분석에는 각 하천조사구의 총 5개 방형구에서 나타난 각 종 및 그 최대 피도값을 이용하였는데, Braun-Blanquet 피도 등급( 5, 4, 3, 2, 1, +, r )을 각각 87.5%, 62.5%, 37.5%, 15%, 3%, 0.5%, 0.1%의 정량적인 값으로 변환하였다. 통계 및 상관성 분석에는 SPSS(SPSS Inc.
- 8859). 결론적으로 684개 식물종의 분포에 가장 큰 영향력을 나타내는 환경인자는 위도이었고, 다음은 고도이었으나, 그 차이가 크지 않았고 서로 간의 상관성은 약하였다. 위도와 고도 다음으로 영향력이 있는 인자는 저수로 수면 폭> 계곡의 횡단면유형> 하상재료의 크기 순 이었다.
- 고도 200∼500m 미만인 하천 조사구의 대표 식물군락은 졸참나무군락과 달뿌리풀이 우점하는 식물군락이었고, 동반종은 때죽나무, 굴참나무, 비목나무, 느티나무, 산뽕나무, 쥐똥나무, 생강나무, 조릿대, 사위질빵, 선밀나물, 둥굴레, 그늘사초, 우산나물, 쑥 등이었다.
- 3m의 수목을 횡방향 3∼4m, 종방향으로 8∼10m 간격으로 저수로 하안 끝으로부터 2∼3m 떨어져서 어긋나기 심기하였다. 그 결과 수목을 저수로변에 식재를 할 경우, 저수로에 유속을 집중시키기 때문에 하상유지효과가 있을 것이라 하였고, 양안에 수목을 최고 4열 식재한 경우에 최상류 단면에서 수위는 약 4㎝ 상승하였고, 한쪽 하안에만 4열 식재한 경우에도 3~4㎝ 상승되는 것으로 검토되어 두 가지 방안에서 수목식재로 인한 수위의 변화는 미미하였다. 한편 유속의 경우에 식재한 하안에서 0.
- 05)을 시험하였다. 그 결과, 5개 환경인자가 대상법조사 및 Braun Blanquet 조사결과에 유의한 영향을 주는 것으로 나타나 5개 환경인자를 모두 CCA에 대입하였다. 그리고 최종 CCA의 통계적 모델의 유의성 검정은 처음의 축과 모든 축에 Monte Carlo permutation test를 실시하였으며, 이때 유의 수준은 0.
- 저수로 수면 폭 100m 이상인 조사구에서는 버드나무가 우점하는 식물군락이 가장 많이 출현하였고, 그 이외에 산뽕나무가 우점하는 식물군락과 선버들이 우점하는 식물군락도 높은 빈도로 출현하였다. 기타 동반종으로 광대싸리, 새머루, 으름, 쥐똥나무, 찔레, 키버들, 푼지나무, 갈풀, 쇠무릎, 물푸레나무 등이 높은 빈도로 나타났다.
- 셋째, 하천수목은 생물서식처 및 피난처와 산란처로서의 역할을 한다. 넷째, 하천과 연계된 공간의 비오톱 네트워크를 통한 지역의 생태성 및 경관성 향상에 기여한다. 기타 방풍림의 효과와 친수 및 레져 기능성도 향상시킨다(Kraus, 1994; Leopold Center, 1997).
- 대상법 조사결과를 대입한 CCA 분석결과 5개 환경인자는 식물종 분산의 13.6%(λ=0.687)를 설명하였다.
- 첫째, 하천정비의 효과로서 수목 뿌리시스템에 의한 필터기능은 수질오염방지와 하안침식방지 및 홍수시의 첨두유량 저감효과가 있다. 둘째, 하천수의 생태성 상승효과로서 수목에 의한 그늘은 하천수내의 산소농도증가 및 수온상승 방지로 조류번성을 억제시키고, 낙엽 및 나무등걸 등에 의한 유기물 총량을 증가시킨다. 셋째, 하천수목은 생물서식처 및 피난처와 산란처로서의 역할을 한다.
- 04m/s 증가시키는 것으로 나타났으나, 그 면적은 미미하였다. 따라서 하천의 한쪽 또는 양쪽에 유속이 2m/s이하인 고수부지에는 1~4열 정도의 식재를 하여도 큰 무리가 없는 것으로 나타났다. 이를 근거로 국내 하안림 조성을 위한 기본적인 사항을 제시하여 보면 다음과 같다:
- 둘째, 하천수의 생태성 상승효과로서 수목에 의한 그늘은 하천수내의 산소농도증가 및 수온상승 방지로 조류번성을 억제시키고, 낙엽 및 나무등걸 등에 의한 유기물 총량을 증가시킨다. 셋째, 하천수목은 생물서식처 및 피난처와 산란처로서의 역할을 한다. 넷째, 하천과 연계된 공간의 비오톱 네트워크를 통한 지역의 생태성 및 경관성 향상에 기여한다.
- 위의 2가지 분석결과 위도, 고도, 저수로의 수면폭이 조사구 하천의 출현식물과 가장 높은 상관성을 보였기 때문에, 이 3 가지 인자를 중심으로 하천별 대표식생을 도출하는 것에는 큰 무리가 없을 것으로 판단하였다.
- 하안림의 수종선정은 앞장의 상관성 분석결과에 의거하여 하천유형과 그 유형의 하천에서 가장 빈번히 출현한 공통적인 식물군락과 그 동반종을 가려내어 초본류를 제외한 교목과 관목류를 취하였다. 이 때의 공통적인 식물군락의 기준은 이미 연구방법에서 서술한 것처럼, 유형별 전체 조사구 하천 중에서 최소 50% 이상의 조사구에서 출현한 군락과 동반종으로 제한하였다. 그 결과 선정된 수종을 5개의 하천유형으로 교목과 관목을 구분하여 Table 1과 같이 정리 하였는데, 하상재료의 크기는 참고사항으로 추가하였다.
- 이를 위하여 국내 자연하천의 식생을 조사한 결과, 중북부지방(위도 37∼37.9°)의 경우 신갈나무군락, 시무나무군락, 버드나무군락이, 중부지방(36∼36.9°)은 버드나무군락, 남부지방(34.5∼35.9°)에서는 졸참나무군락이 조사구 하천에서 가장 공통적인 대표 식물군락으로 조사되었다.
- 저수로 수면 폭 100m 이상인 조사구에서는 버드나무가 우점하는 식물군락이 가장 많이 출현하였고, 그 이외에 산뽕나무가 우점하는 식물군락과 선버들이 우점하는 식물군락도 높은 빈도로 출현하였다. 기타 동반종으로 광대싸리, 새머루, 으름, 쥐똥나무, 찔레, 키버들, 푼지나무, 갈풀, 쇠무릎, 물푸레나무 등이 높은 빈도로 나타났다.
- 저수로 수면 폭이 20m 미만인 하천 조사구의 대표 식물군락은 졸참나무가 우점하는 식물군락이었고, 산벚나무, 때죽나무, 비목나무, 당단풍, 물푸레나무, 산뽕나무, 개서나무, 국수나무, 담쟁이덩굴, 병꽃나무, 조록싸리, 애기나리, 둥굴레 등이 주요 동반종이었다.
- 하천에서의 하안수림대의 기능과 필요성에 대한 국외연구는 비교적 많은 편으로서 간략히 정리하면 다음과 같다. 첫째, 하천정비의 효과로서 수목 뿌리시스템에 의한 필터기능은 수질오염방지와 하안침식방지 및 홍수시의 첨두유량 저감효과가 있다. 둘째, 하천수의 생태성 상승효과로서 수목에 의한 그늘은 하천수내의 산소농도증가 및 수온상승 방지로 조류번성을 억제시키고, 낙엽 및 나무등걸 등에 의한 유기물 총량을 증가시킨다.
- 5%를 설명하였다. 축1에서 식물출현과 대입된 환경인자 간의 상관관계는 R1:0.907이었으며 환경인자 중에서도 위도가 식물분포에 가장 강한 영향력을 나타내었다(c1:0.7899, r1:0.8933). 축2는 전체 식물종 분산에 대하여 4.
- 4%를 설명하였다. 축1에서 식물출현과 대입된 환경인자의 상관관계는 R1:0.8841이었으며, 환경인자 중에서 위도가 가장 강한 영향력을 나타내었다(c1:0.8222, r1:0.897). 축2는 전체 식물종 분산의 4.
- 4%)를 설명하였다. 축2의 식물종과 환경인자의 상관성은 R2:0.8682이었으며, 축2에서는 5개의 환경인자 중에서 고도의 영향이 가장 큰 것으로 나타났다(c2:0.5773, r2:0.8859). 결론적으로 684개 식물종의 분포에 가장 큰 영향력을 나타내는 환경인자는 위도이었고, 다음은 고도이었으나, 그 차이가 크지 않았고 서로 간의 상관성은 약하였다.
- 5%)를 설명하였다. 축2의 식물종과 환경인자의 상관성은 R2:0.895이었으며, 축2에서는 환경인자 중에서 저수로 수면 폭(c2:-0.558, r2:-0.6326)과 고도(c2:0.4414, r2:0.789)가 강한 영향력을 나타내었고, 서로 서로 음의 상관성을 보였다. Braun-Blanquet 조사에서 출현한 667개종의 분포에 가장 큰 영향력을 나타내는 환경인자는 위도이었고, 다음으로 저수로 수면 폭이었으나 큰 차이를 보이지는 않았다.
후속연구
- 또한 기존 고수부지가 주로 친수성을 강조한 인간의 이용성으로 하천의 횡적연속성이 두절되었는데 비하여, 고수부지의 수목식재를 통한 또 다른 하천 복원방법으로 하천의 생태적, 경관적 향상을 가져 올 수 있다고 기대한다. 그러나 본 연구의 현장적용을 위해서는 앞으로 선정한 수종들에 대한 침수실험은 물론 토양성 및 인장력테스트 등을 실시하여야 할 것으로 생각한다.
- 본 연구는 국내에서 처음으로 전국 규모의 자연하천을 찾아내어 잠재자연하천의 식생조사를 실시하였다는 것에 큰 의미가 있을 것이다. 또한 기존 고수부지가 주로 친수성을 강조한 인간의 이용성으로 하천의 횡적연속성이 두절되었는데 비하여, 고수부지의 수목식재를 통한 또 다른 하천 복원방법으로 하천의 생태적, 경관적 향상을 가져 올 수 있다고 기대한다. 그러나 본 연구의 현장적용을 위해서는 앞으로 선정한 수종들에 대한 침수실험은 물론 토양성 및 인장력테스트 등을 실시하여야 할 것으로 생각한다.
- 그리고 연구의 실용화를 위하여 환경인자에 따른 하천유형별 홍수터에 식재할 수 있는 수종을 선정하여 식재방법을 개발하고자 하였다. 본 연구의 결과는 기존 국내 하천복원에서 주로 실시하는 저수로 및 제방의 호안공법이나, 고수부지의 친수공간계획이 아니라, 고수부지의 하안림 조성을 통한 보다 적극적이며, 생태적 효과성이 높은 하천복원의 한 수단이 될 것으로 기대한다.
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