본 논문에서는 제방축조 전후 하천기능의 변화를 추정하기 위하여 하천 고유의 수문 지형학적 공간을 정의하고, GIS를 이용하여 하천공간을 산정하는 방법을 제안하였다. 하천공간의 경계는 제방에 의한 홍수범람 차단효과를 무시한 100년 빈도의 잠재최대 홍수범람범위로부터 결정하였고, 토지이용이 불명한 저수로변 나지를 대상으로 사행대 경계를 설정하였다. 이를 위하여 1918년 토지이용 수치지도를 제작하였고, 동일한 범례로 2007년 환경부 토지피복도를 변환하여 제방 축조 전후 토지이용 변화를 분석하였다. 분석 결과, 제방 축조 후 만경강 하천공간 내 취락지구는 0.4% 증가하였고, 농경지는 11.6% 증가하였으며, 나지는 10. 0% 감소하여 기존 범람원이 토지의 생산성 측면에서 효율적으로 활용됨을 확인하였다. 현재의 하천구역 면적은 사행대 면적과 비슷하였으나, 상 하류 전 구간에서 면적이 감소한 것으로 나타나 생물서식처로서 하천 환경기능의 저하를 추정하였다.
본 논문에서는 제방축조 전후 하천기능의 변화를 추정하기 위하여 하천 고유의 수문 지형학적 공간을 정의하고, GIS를 이용하여 하천공간을 산정하는 방법을 제안하였다. 하천공간의 경계는 제방에 의한 홍수범람 차단효과를 무시한 100년 빈도의 잠재최대 홍수범람범위로부터 결정하였고, 토지이용이 불명한 저수로변 나지를 대상으로 사행대 경계를 설정하였다. 이를 위하여 1918년 토지이용 수치지도를 제작하였고, 동일한 범례로 2007년 환경부 토지피복도를 변환하여 제방 축조 전후 토지이용 변화를 분석하였다. 분석 결과, 제방 축조 후 만경강 하천공간 내 취락지구는 0.4% 증가하였고, 농경지는 11.6% 증가하였으며, 나지는 10. 0% 감소하여 기존 범람원이 토지의 생산성 측면에서 효율적으로 활용됨을 확인하였다. 현재의 하천구역 면적은 사행대 면적과 비슷하였으나, 상 하류 전 구간에서 면적이 감소한 것으로 나타나 생물서식처로서 하천 환경기능의 저하를 추정하였다.
This paper defines the hydro-geomorphological river area to estimate the change of the river function before/after levee construction, and proposes the methodology that calculates the river area by using GIS. The boundary of river area is determined by the 100-year potential flood inundation area wi...
This paper defines the hydro-geomorphological river area to estimate the change of the river function before/after levee construction, and proposes the methodology that calculates the river area by using GIS. The boundary of river area is determined by the 100-year potential flood inundation area without the levee effect of the flood protection. Firstly, 1918' land-use map was digitized and the changes were analyzed by comparing with 2007' digitized map. The result shows that urban/farmland zone in Mankyung river area were increased by 0.4%/11.6% and bare ground was decreased by 10.0% so that the effective use of floodplain due to levee construction leaded to better productivity, but the decrease of the environment function of the river was predicted as result of the reduction of the river area.
This paper defines the hydro-geomorphological river area to estimate the change of the river function before/after levee construction, and proposes the methodology that calculates the river area by using GIS. The boundary of river area is determined by the 100-year potential flood inundation area without the levee effect of the flood protection. Firstly, 1918' land-use map was digitized and the changes were analyzed by comparing with 2007' digitized map. The result shows that urban/farmland zone in Mankyung river area were increased by 0.4%/11.6% and bare ground was decreased by 10.0% so that the effective use of floodplain due to levee construction leaded to better productivity, but the decrease of the environment function of the river was predicted as result of the reduction of the river area.
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문제 정의
다만, 치수 기능 측면에서 국내 국가하천의 계획 빈도가 100년인 점을 고려한다면, 100년 빈도 홍수위가 하천공간 경계설정을 위한 하나의 기준이 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 100년 빈도 잠재 최대 홍수범람 범위로부터 제방 축조 전 하천 고유공간의 경계를 결정하였다. 이와 같은 방법에 의한 하천 공간 설정은 개수 이전 하천지형 자료(1910년대 DEM 등) 취득의 한계로 수리ㆍ수문 분석이 현실적으로 불가능하다는 점을 반영한 것이다.
본 연구는 지속가능한 하천관리 방향을 설정하기 위한 기초연구로서, 하도직강화 및 제방축조 등 하천개수 이후 하천공간 토지이용 변화를 분석하는 것이 연구목적이다. 이를 위하여, 제방 축조 이전 하천 고유의 수문ㆍ지형학적 공간 설정방안을 제안하였고, 제안된 공간 내에서 GIS를 이용하여 토지이용 변화를 정량적으로 분석하였다.
본 연구는 지속가능한 하천관리 방향을 설정하기 위한 기초연구이며, 과거 및 현재의 하천기능평가와 더불어 손실된 하천기능을 정량화하고 복원목표를 분명히 함으로써 향후 하천공간 확보 및 복원계획 수립에 크게 기여할 것이다.
본 연구는 하도 직강화 및 제방 축조 등 하천개수에 따른 만경강 하천 공간의 변화를 진단하고 이로 인한 하천 기능을 검토하였다. 이를 위하여, 만경강 유역을 대상으로 하천개수 전 ㆍ후의 토지이용 변화 분석, 하천고유의 수문ㆍ지형학적 공간 설정, 하천공간의 종적 특성 및 구성요소 분석을 수행하였다.
다만 계획하폭의 결정에 있어 치수 기능 확보 위주의 경험적 방법[11]에만의지하고 있어 하천구역 결정을 위한 다양한 접근 방법이 개발될 필요가 있다. 본 연구에서는 적정 하천 공간의 결정을 위하여 사행대 경계를 활용하고자 한다. TNC에서 제안한 활성하천 공간의 구성요소 가운데 사행대는 하도가 이동하거나 사행하는 범위를 의미하며, 하천공간 내에서 가장 활동적인 부분이다 [2].
가설 설정
[4] 은 만경 강의 1918년 지형도 및 1967년, 1978년, 1989년, 2003년 항공사진을 이용하여 구하도 형성, 하도종횡단 변화, 하도 내 미지형 변화 등을 조사함으로써 사업 전부터 현재까지의 하천변 화 이력을 분석하였으나, 저수로 하도변화에 국한되어 하천 공간에 대한 종합적 판단은 수행하지 않았다. 제방 축조 후 하천공간에서 가장 크게 영향을 받는 부분은 토지이용의 변화일 것이다. 이는 매년 홍수에 시달리던 상습 침수 지역조차 제방으로 보호되어 안정적인 활용이 가능해지기 때문이다.
제안 방법
추출된 각각의 토지피복 경계는 재구성된 항목을 기준으로 공간 및 속성 데이터를 편집(구조화 편집)함으로써 1918년 지형도의 토지피복도을 작성하였다 [9]. 그리고 환경부 토지피복도는 재구성된 항목을 기준으로 동일하게 재분류(reclassify) 하였다.
이를 위하여, 제방 축조 이전 하천 고유의 수문ㆍ지형학적 공간 설정방안을 제안하였고, 제안된 공간 내에서 GIS를 이용하여 토지이용 변화를 정량적으로 분석하였다.만경강을 대상으로 하천공간 내 토지이용 특성을 분석함으로써 제방축조 전후 하천의 주된 기능을 추정하였고, 국토이용의 효율성 극대화가 필요한 국내 실정을 반영하면서 하천의 다양한 기능을 최대한 발현할 수 있는 하천공간 관리방안을 모색하였다.
8과 같다. 먼저 HEC-RAS수리분석에 사용된 횡단면을 좌우제내지 범람원까지 확장하고, 각 횡단 면에 연계한 빈도별 홍수위를 공간보간하여 수면grid를 생성한다. 마지막으로 지면보다 낮은 수면을 제거함으로써 빈도별 홍수 범람 가능 공간이 추출된다.
본 연구는 하천 공간의 토지이용 변화를 분석하기 위하여 만경강 유역의 근세한국오만분지일지형도(1918년 지형도)와 환경부 토지피복도(중분류)를 기본도면으로 사용하였다 [Fig. 4].국내 지형자료 중 1914년 ～1918년에 제작된 근세한국오만 분지일지형도는 국내 최초로 근대적인 지도제작 방법에 의해 한반도의 모든 지역을 대상으로 동일한 축척으로 제작되었고, 근대적인 의미의 토목공사가 시작되기 이전에 제작되어 조선 후기의 한반도 모습이 반영되었다는 점에서 매우 중요하다고 할 수 있다 [7].
이는 수문ㆍ지질ㆍ지형 특성을 고려한 자연하천의 사행대추정에 필요한 자료가 상당히 부족함을 의미한다. 본 연구에서는 1918년 지형도에서 하천변 토지이용이 불명한 나지를 잦은 침수 및 하도변동 영향구간으로 가정함으로써 하천 고유의 사행 대 경계로 결정하였고, 현재 하천의 제외지, 즉 하천구역과 비교하였다.
수치화된 영상의 검증은 Fig. 7과 같이 국토지리정보원에서 취득한 좌표보정된 항공사진을 참조하여 1918년의 하도와 중첩·비교하였다.
본 연구는 하도 직강화 및 제방 축조 등 하천개수에 따른 만경강 하천 공간의 변화를 진단하고 이로 인한 하천 기능을 검토하였다. 이를 위하여, 만경강 유역을 대상으로 하천개수 전 ㆍ후의 토지이용 변화 분석, 하천고유의 수문ㆍ지형학적 공간 설정, 하천공간의 종적 특성 및 구성요소 분석을 수행하였다.
본 연구는 지속가능한 하천관리 방향을 설정하기 위한 기초연구로서, 하도직강화 및 제방축조 등 하천개수 이후 하천공간 토지이용 변화를 분석하는 것이 연구목적이다. 이를 위하여, 제방 축조 이전 하천 고유의 수문ㆍ지형학적 공간 설정방안을 제안하였고, 제안된 공간 내에서 GIS를 이용하여 토지이용 변화를 정량적으로 분석하였다.만경강을 대상으로 하천공간 내 토지이용 특성을 분석함으로써 제방축조 전후 하천의 주된 기능을 추정하였고, 국토이용의 효율성 극대화가 필요한 국내 실정을 반영하면서 하천의 다양한 기능을 최대한 발현할 수 있는 하천공간 관리방안을 모색하였다.
만경강은 상·중·하류 구간마다 하상경사, 사행대 등 하천의 물리적 특성이 명확히 구분되어진다. 이에 본 연구에서는 Fig. 10과 같이 상ㆍ중ㆍ 하류의 대표 구간을 선정하여 종적 토지이용 변화를 비교 ㆍ분석하였다.
1918년 지형도는 수역, 토지이용(논, 밭, 산림 등), 도로(일등, 이 등, 소로 등) 등의 정보를 나타내고 있는 반면, 환경부 토지피복도의 토지이용정보는 대분류, 중분류, 세분류로 상세하게 구분되어 있다. 이에 본 연구의 토지피복 구성 항목은 Table 1과 같이 1918년 지형도의 범례와 환경부 토지피복도의 중분류 체계를 기준으로 각 항목의 속성을 고려하여 조정하였다. 재구성된 토지피복항목은 취락 및 시설, 경작지, 산림, 초지, 습지, 수역, 나지 등 총 7개로 제시하였다.
이에 본 연구의 토지피복 구성 항목은 Table 1과 같이 1918년 지형도의 범례와 환경부 토지피복도의 중분류 체계를 기준으로 각 항목의 속성을 고려하여 조정하였다. 재구성된 토지피복항목은 취락 및 시설, 경작지, 산림, 초지, 습지, 수역, 나지 등 총 7개로 제시하였다.
토지피복 추출방법은 스크린 디지타이징 기법을 이용하였으며, 수치화된 1918년 지형도에 대해 스크린상에서 지형 경계를 판독하고 직접 디지타이징함으로써 경계 부분에 대해 다각형(polygon) 형태로 추출하였다. 추출된 각각의 토지피복 경계는 재구성된 항목을 기준으로 공간 및 속성 데이터를 편집(구조화 편집)함으로써 1918년 지형도의 토지피복도을 작성하였다 [9].
대상 데이터
대상유역의 본류 하천인 만경강은 완주군에서 발원하여 소양천, 전주천, 익산천 등의 지류를 포함하고 있으며, 유역 면적 1,527.1㎢, 유로 연장 77.4㎞, 유역평균 폭 19.73㎞의 유역 특성을 갖고 있다. 또한 유역형상계수는 0.
마지막으로 지면보다 낮은 수면을 제거함으로써 빈도별 홍수 범람 가능 공간이 추출된다. 본 연구의 홍수범람 범위는 만경강 계획 빈도인 100년 빈도 홍수위 자료를 활용하여 분석하였다. 이 방법은 제방에 의한 홍수 범람 차단 효과를 무시한 것으로, 제방이 없을 경우 발생할 수 있는 하천변 저류 특성을 고려하지 않은 것이므로 잠재 최대 홍수범람범위가 될 것이다.
이론/모형
홍수범람 가능공간은 다양한 조건의 수리ㆍ지형학적인 요소들을 고려해야 하지만 단순하게 수리분석에 의한 빈도별 홍수위와 제내지의 지형정보를 이용하여 근사적으로 산정할 수 있다 [10]. 본연구에서는 홍수범람 가능 공간을 분석하기 위해 1차원 수리모델인 HEC-RAS와 지형자료인 5m 공간 해상도의 DEM을 이용하였고, 분석과정은 Fig. 8과 같다. 먼저 HEC-RAS수리분석에 사용된 횡단면을 좌우제내지 범람원까지 확장하고, 각 횡단 면에 연계한 빈도별 홍수위를 공간보간하여 수면grid를 생성한다.
수치표고모델(Digital Elevation Model; DEM)은 홍수 가 능 범람 공간을 분석하기 위한 지형 자료로써 Fig. 5와 같이 만경 강 유역의 5m공간 해상도 DEM을 이용하였다.
성능/효과
1. 만경강 유역 하천 고유공간은 하천개수 후 경작지, 습지, 취락 및 시설, 초지 항목 순으로 증가한 반면 나지, 수역, 산림항목은 감소한 것으로 나타났다. 변화폭이 가장 큰 나지의 감소는 전반적으로 경작지와 취락 및 시설 이용 부분의 증가로 이어졌으며, 이는 하도 직 강화 및 제방 축조 후 홍수범람 위험의 감소로 인한 토지이용 고도화가 직접적인 원인이라고 할 수 있다.
2. 하천공간은 개수전 홍수범람 공간에서 개수 후 현재의 제외지공간으로 변화하였다. 개수된 현재(2007년) 하천 공간은 제방 축조로 인해 100년 빈도 홍수 영향 공간과 사행대 공간의 면적이 동일하다.
Table 2는 하천 공간의 토지이용 변화를 나타낸 결과이다.만경강 하천 공간 내에서 가장 많은 토지이용은 농경지이며, 개수 후에도 가장 높은 증가폭인 11.6%로 나타났다. 그 외에도 취락 및 시설, 초지, 습지가 각각 0.
7과 같이 국토지리정보원에서 취득한 좌표보정된 항공사진을 참조하여 1918년의 하도와 중첩·비교하였다. 주요 좌표 검토 지점은 현재 존치된 구하도 지점과 지류합류 지점을 대상으로 하였고, 그 결과 현재 하천망과 거의 일치하므로 좌표변환이 적절히 수행되었음을 확인하였다. 환경부 토지피복도의 좌표는 Bessel 타원체의 중부 원점 평면직각 좌표로 처리된 영상이므로 별도의 좌표변환 처리는 하지 않았다.
하천개수 전 사행대와 치수 위주의 개수 후 제외지의 면적은 상·중·하류의 모든 하천공간에서 감소한 것으로 나타났다.
하천개수 전·후 하천공간의 면적 변화는 상·중·하류 모두 감소한 것으로 나타났다.
하천개수 후 100년 빈도의 하천공간을 기준으로 상·중·하류의 하천공간 면적은 각각 53.4%, 79.9%, 83.0%, 사행대를 기준으로 각각 7.8%, 31.1%, 15.5% 축소된 것으로 나타났다.
이는 제방 축조를 통해 확보된 나지, 수역 등 토지 대부분이 경작지로 용도변경된 점과 일부 지역의 도시화 진행이 원인인 것으로 확인되었다. 한편 개수 후습지의 증가는 환경부 토지피복분류에서 취입보상하류에 발생된 식생구간을 하도 습지로 분류하였기 때문이며, 유역 내 습지 네트워크의 확장은 없는 것으로 확인되었다.
후속연구
하천개수 전·후 하천공간의 면적 변화는 상·중·하류 모두 감소한 것으로 나타났다. 제방 축조를 위한 계획하폭 설정 시 기존 치수 기능 위주의 경험적 방법과 더불어 하천 고유의 사행대면적을 고려하는 방법을 제안하였고, 이는 개수에 따른 하천공간의 축소를 완화할 수 있는 접근방법이 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
이ㆍ치수 위주의 하천계획 수립으로 인하여 야기된 현상은 무엇인가?
그러나 1990년대 전까지 경제발전에 집중했던 국내 여건상 인간중심의 국토활용과 침수피해 방지를 위하여 이ㆍ치수 위주의 하천계획 수립이 불가피하였다[1]. 이에 따른 하도 직강화와 제방 축조는 하천공간 축소를 야기하였고, 다양한 하천구조물의 건설로부터 종ㆍ횡방향 생태연결성 단절이 발생하는 등 개수전보다 하천의 환경기능이 저하되었다. 따라서 지속가능한 하천관리 및 복원방향 설정을 위해서는 우선 제방 축조 이전 하천 고유의 공간을 정의하고, 정의된 공간을 대상으로 개수전후 하천의 기능을 비교ㆍ평가할 수 있는 기법이 필요하다.
하천은 어떠한 기능을 하는가?
하천은 홍수를 바다로 안전하게 통과시키는 치수 기능, 갈수기에도 각종 용수를 안전하게 공급하는 이수 기능, 그 밖에 수질자정, 생태서식처 및 친수ㆍ경관 제공 등의 환경 기능을 가지고 있다. 그러나 1990년대 전까지 경제발전에 집중했던 국내 여건상 인간중심의 국토활용과 침수피해 방지를 위하여 이ㆍ치수 위주의 하천계획 수립이 불가피하였다[1].
1990년대 전까지 경제발전에 집중했던 국내 여건 하에서는 하천의 기능 중 어떤 것을 중심으로 하천계획이 수립되었나?
하천은 홍수를 바다로 안전하게 통과시키는 치수 기능, 갈수기에도 각종 용수를 안전하게 공급하는 이수 기능, 그 밖에 수질자정, 생태서식처 및 친수ㆍ경관 제공 등의 환경 기능을 가지고 있다. 그러나 1990년대 전까지 경제발전에 집중했던 국내 여건상 인간중심의 국토활용과 침수피해 방지를 위하여 이ㆍ치수 위주의 하천계획 수립이 불가피하였다[1]. 이에 따른 하도 직강화와 제방 축조는 하천공간 축소를 야기하였고, 다양한 하천구조물의 건설로부터 종ㆍ횡방향 생태연결성 단절이 발생하는 등 개수전보다 하천의 환경기능이 저하되었다.
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