[국내논문]하천식생 이입 현상에 대한 수문현상 변화와 영양염류 영향의 예비 검증 A Preliminary Verification of the Influences of Hydrologic Regime Change and Nutrients Influx on Vegetation Recruitment on Riparian Bars원문보기
본 연구는 비 조절하천에서 식생 이입 및 활착 현상에 대해 봄철 강수특성 변화에 따른 식생영향 가설과 질소화합물의 하천유입에 따른 식생영향 가설을 일차적으로 검증하는 것이다. 첫 번째 가설을 검증하기 위해 국내하천에 대해 갈대와 달뿌리풀의 발아기, 유식물기인 3-5월의 강우특성 변화를 분석하였다. 그 결과 최근 35년 동안 연 총 강수량은 약 15% 늘어난 반면에 3-5월의 강수량은 오히려 약 15% 이상 감소한 것으로 나타나서 이러한 가설을 부분적으로 뒷받침하였다. 두 번째 가설을 검증하기 위해 한 쌍의 실험수로에 갈대를 식재 하고 여름 기간 동안 갈대성장을 관찰한 결과 질소화합물이 3.5 mg/L 정도 함유된 오염수를 주기적으로 흘린 수로의 경우 그렇지 않은 경우보다 약 30% 이상 갈대성장이 높은 것을 확인하였다. 비록 강우량 분석 결과와 식생수로 실험결과는 제한된 범위 내에서 수행된 것이지만 국내 비 조절 중소하천의 초본류 번무현상을 일부 설명할 수 있을 것이다.
본 연구는 비 조절하천에서 식생 이입 및 활착 현상에 대해 봄철 강수특성 변화에 따른 식생영향 가설과 질소화합물의 하천유입에 따른 식생영향 가설을 일차적으로 검증하는 것이다. 첫 번째 가설을 검증하기 위해 국내하천에 대해 갈대와 달뿌리풀의 발아기, 유식물기인 3-5월의 강우특성 변화를 분석하였다. 그 결과 최근 35년 동안 연 총 강수량은 약 15% 늘어난 반면에 3-5월의 강수량은 오히려 약 15% 이상 감소한 것으로 나타나서 이러한 가설을 부분적으로 뒷받침하였다. 두 번째 가설을 검증하기 위해 한 쌍의 실험수로에 갈대를 식재 하고 여름 기간 동안 갈대성장을 관찰한 결과 질소화합물이 3.5 mg/L 정도 함유된 오염수를 주기적으로 흘린 수로의 경우 그렇지 않은 경우보다 약 30% 이상 갈대성장이 높은 것을 확인하였다. 비록 강우량 분석 결과와 식생수로 실험결과는 제한된 범위 내에서 수행된 것이지만 국내 비 조절 중소하천의 초본류 번무현상을 일부 설명할 수 있을 것이다.
In this study, two hypotheses were examined to preliminarily verify for the vegetation recruitment and establishment on riparian bars in unregulated rivers; hydrologic regime change and nutrients influx into streams. In order to preliminarily verify the first hypothesis, precipitation patterns were ...
In this study, two hypotheses were examined to preliminarily verify for the vegetation recruitment and establishment on riparian bars in unregulated rivers; hydrologic regime change and nutrients influx into streams. In order to preliminarily verify the first hypothesis, precipitation patterns were analyzed during a period from March through to May when reeds, the most common riparian vegetation in Korea, germinate and start to grow in riparian areas. The results show that during the last 35 years, the total precipitation during the three-month period decreased by about 15 %, while the total annual one increased by about 15% in Korea. In order to verify the second hypothesis, a preliminary experiment was conducted with a set of two-vegetative flumes for one year. In this experiment, a stream flow with reeds on the riparian sand bars was simulated with a flume with reeds planted on the sand bed and water with a concentration of 3.5 mg of N flowing in the flume for four hours. For comparison, clean water was circulated in the same way in another flume for simulating a stream flow without N. The experimental results show that the growth rate of reeds in N-mixed flow exceeds that in clean water flow by about 30%. The above two results could explain the phenomenon of change in unregulated rivers from white river to green river in Korea, although they were obtained through limited extents of analysis and experiment.
In this study, two hypotheses were examined to preliminarily verify for the vegetation recruitment and establishment on riparian bars in unregulated rivers; hydrologic regime change and nutrients influx into streams. In order to preliminarily verify the first hypothesis, precipitation patterns were analyzed during a period from March through to May when reeds, the most common riparian vegetation in Korea, germinate and start to grow in riparian areas. The results show that during the last 35 years, the total precipitation during the three-month period decreased by about 15 %, while the total annual one increased by about 15% in Korea. In order to verify the second hypothesis, a preliminary experiment was conducted with a set of two-vegetative flumes for one year. In this experiment, a stream flow with reeds on the riparian sand bars was simulated with a flume with reeds planted on the sand bed and water with a concentration of 3.5 mg of N flowing in the flume for four hours. For comparison, clean water was circulated in the same way in another flume for simulating a stream flow without N. The experimental results show that the growth rate of reeds in N-mixed flow exceeds that in clean water flow by about 30%. The above two results could explain the phenomenon of change in unregulated rivers from white river to green river in Korea, although they were obtained through limited extents of analysis and experiment.
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문제 정의
본 연구는 이렇게 화이트리버와 그린리버로 바뀌는 현상에 대해 하천사주 식생이입 현상을 요인 별로 분석, 평가하고 그 중 비조절하천에서 나타나는 ‘그린리버’ 현상의 요인으로서 식생 발아 및 유식물 기인 3-5월의 하천유황변화 가설과 특히 중소하천의 영양염류 과다유입으로 인한 식생번무 가설을 일차적으로 검증하는 것이다.
2013). 본 연구의 목표 중 하나는 바로 이러한 현상을 실험을 통해 검증하는 것이다.
그러나 다른 기후적 요인으로 봄 철 작은 홍수가 줄어들거나 없어지면 사주에 식생이 발아하여 성장할 가능성이 높아질 것이다. 본 연구에서는 이러한 영향 가설을 수문자료 분석을 통해 예비 검증하는 것이다.
본 연구는 이른바 화이트리버가 그린리버로 바뀌는 현상을 과학적으로 설명하기 위한 연구의 일환이다. 하천 내 식생 이입, 활착 현상에 대해 조절하천과비 조절하천을 망라하여 국내외 문헌분석을 통해 요인 별 유형분류를 한 결과 유황 및 유사이송의 변화 (유형 1), 하도 및 홍수터의 인위적 변경 (유형 2), 그리고 영양염류의 하천유입영향 가설 (유형 3) 등으로 구분되었다.
가설 설정
위와 같은 기존의 원인 별 유형분류에 추가할 수 있는 것은 댐 개발과 같은 인위적 영향이 없는 비조절하천의 경우에도 특정시기에 유황의 변화는 하천식생이입을 촉진할 수 있다는 가설이다. 그 예로 하천 초본류와 목본류의 발아기 (3-5월)에 ‘작은’ 홍수가 발생하면 사주의 물리적 안정성에 영향을 주어 유 식물이 씻어 내려가거나 토사로 묻힐 수 있다.
이러한 실험에서는 사주의 침수 빈도와 기간을 추정하여 수로실험에 고려하는 것이 바람직하나, 중소 하천 수위자료의 정확도에 한계가 있어 실제 모의하지 못하고, 각 사상 별 4시간 정도 침수하는 것으로 임의 가정하였다. 추후 실험에서는 침수 빈도 및 기간의 모의를 고려하는 것이 필요할 것이다.
제안 방법
본 연구에서는 이러한 가설을 실험적으로 입증하기 위해 예비실험 성격으로 2015년에 1년 동안 안동 하천실험센터에서 식생수로 실험을 하였다. 이 실험에서는 2015년 7월에 Fig. 3과 같이 길이 20 m, 폭 1.0 m, 높이 1.5 m의 수로 2개를 병렬로 설치하고 바닥에 두께 50 cm의 모래를 깔고 각각의 수로에 갈대를 40주씩 이식하였다. 이식 당시 갈대는 높이 20cm 정도로서 유식물기를 지난 성장 단계이었다.
비조절 된 농촌 중소하천 하천수와 인접 사주의 지하수에서 나타나는 총질소 및 총인 농도를 추정하기 위해 안동실험센터 근처 풍산천, 내성천, 내성천 지류 등에서 물 시료를 채취하여 실험식에서 분석하였다. 그 결과 총질소는 1.
55 mg/L정도로 나타났다. 이 결과를 고려하여 본 실험에서는 총질소는 3.5 mg/L, 총인은 0.05 mg/L를 실험수 영얌영류 농도로 정하였다. 이를 맞추기 위해 34,500 L의 원수에 KNO3와 KH2PO4를 각각 적정량 투입하였다.
05 mg/L를 실험수 영얌영류 농도로 정하였다. 이를 맞추기 위해 34,500 L의 원수에 KNO3와 KH2PO4를 각각 적정량 투입하였다. 8월 20일과 8월 25일에 각각 1회 유량 공급을 하여 모의를 하였으며, 3차 실험은 기간을 두고 10월 19일에 하였다.
이를 맞추기 위해 34,500 L의 원수에 KNO3와 KH2PO4를 각각 적정량 투입하였다. 8월 20일과 8월 25일에 각각 1회 유량 공급을 하여 모의를 하였으며, 3차 실험은 기간을 두고 10월 19일에 하였다. 각 실험에서 하천흐름 모의를 위한 유량공급은 수위 0.
8월 20일과 8월 25일에 각각 1회 유량 공급을 하여 모의를 하였으며, 3차 실험은 기간을 두고 10월 19일에 하였다. 각 실험에서 하천흐름 모의를 위한 유량공급은 수위 0.3 m, 유속 0.2 m/s, 공급시간 4시간으로 하였다. 4시간 후에는 자연 배수되도록 하였다.
위 두 가설을 일차적으로 검증하기 위해 제한된 범위에서 각각 자료 분석과 수로실험을 하였다. 본 연구에서 얻어진 주요 결론은 다음과 같다.
대상 데이터
본 연구에서는 이러한 가설을 실험적으로 입증하기 위해 예비실험 성격으로 2015년에 1년 동안 안동 하천실험센터에서 식생수로 실험을 하였다. 이 실험에서는 2015년 7월에 Fig.
성능/효과
이 그림에서 1973년 이후 2010년까지 연 총강수량은 15% 이상 늘었으나, 3월부터 5월 간 강수량 합은 오히려 약 15% 정도 줄은 것을 알 수 있다. 이 결과는 근래 들어 우리나라 봄철 강수량이 과거에 비해 상당히 줄어들었으며, 그 결과 봄철 홍수 규모가 줄어들고 그에 따라 사주에 미치는 하상소류력도 같이 줄었음을 간접적으로 보여준다. 이는 Table 1에서와 같이 사주상 식생 생존에 유리한 조건을 마련해준다.
Table 2는 2015년 7월 27일에 처음 이식한 후 9월 24일, 10월 26일, 그리고 11월 19일에 갈대성장 상태를 각각 측정한 결과이다. 이 표에서 갈대의 성장률은 비오염수 (원수) 수로에서 평균 80% 수준이나, 질소성분이 들어간 오염수 수로에서는 110%로 나타나 30% 이상 성장률이 높게 나타났다. 반면에 잎 수에서는 두 경우 큰 차이를 보이지 않았다.
반면에 잎 수에서는 두 경우 큰 차이를 보이지 않았다. 실험 시작시와 종료시 줄기생체량 비교 결과 오염수의 경우 11%이상 크게 나타났다. 특히 Fig.
본 연구는 이른바 화이트리버가 그린리버로 바뀌는 현상을 과학적으로 설명하기 위한 연구의 일환이다. 하천 내 식생 이입, 활착 현상에 대해 조절하천과비 조절하천을 망라하여 국내외 문헌분석을 통해 요인 별 유형분류를 한 결과 유황 및 유사이송의 변화 (유형 1), 하도 및 홍수터의 인위적 변경 (유형 2), 그리고 영양염류의 하천유입영향 가설 (유형 3) 등으로 구분되었다. 추가로, 유형 1에 비조절하천에서 봄 철 홍수저감으로 인한 식생이입 영향 가설을 고려 할 수 있다.
1) 국내 강우특성변화 분석결과 최근 35년 동안 연강수총량은 15% 이상 증가하였으나, 갈대와 달뿌리풀의 발아기 및 유식물기인 3-5월에는 오히려 약 15% 이상 감소한 것으로 나타났다. 강우량과 강우강도가 작아지면 하천유량이 감소하고 그에 따라 하상소류력이 감소하여 갈대나 달뿌리풀 같은 국내하천의 대표적인 초본류의 유식물이 쓸려 내려가거나 토사에 묻히지 않고 생존할 가능성이 높아진다.
2) 식생수로실험 결과 하천수의 질소화합물 농도가 높아지면 그렇지 않은 경우에 비해 식생이 더 번무 하는 것을 확인하였다. 구체적으로 제한된 실험 결과 하천수에 질소화합물이 3.
2) 식생수로실험 결과 하천수의 질소화합물 농도가 높아지면 그렇지 않은 경우에 비해 식생이 더 번무 하는 것을 확인하였다. 구체적으로 제한된 실험 결과 하천수에 질소화합물이 3.5 mg/L정도 함유된 경우 그렇지 않은 경우보다 약 30% 이상 식생 성장이 촉진된다.
후속연구
06이상)의 하천흐름 발생 횟수와 강도가 줄어들어 그에 따라 우리나라 전국에 걸쳐 하천에 식생이입이 증가했다고 추정할 수 있을 것이다. 다만 이를 과학적으로 확인하기 위해서는 몇 개의 시험하천구간을 정해 강수량 같은 수문량보다는 유속과 소류력 같은 수리량을 비교, 분석하여야 할 것이다.
05 mg/L), 원수 농도와 큰 차이가 없기 때문에 큰 유의성을 확인하기 어려웠다. 인 성분은 식물의 열매성장에 기여하기 때문에 본 실험 목적인 식생의 생장과 직접 관련이 없어 본 연구에서 더 이상 검토하지 않았다.
이러한 실험에서는 사주의 침수 빈도와 기간을 추정하여 수로실험에 고려하는 것이 바람직하나, 중소 하천 수위자료의 정확도에 한계가 있어 실제 모의하지 못하고, 각 사상 별 4시간 정도 침수하는 것으로 임의 가정하였다. 추후 실험에서는 침수 빈도 및 기간의 모의를 고려하는 것이 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
충적홍수터가 있는 자연하천에서 사주의 존재여부가 그 하천의 유황에 의존하는 이유는?
여기서 수로의 횡방향 범위는 하천유황에 따라 변하며, 일반적으로 횡방향 지점 별 침수기간이나 빈도는 하안으로부터 멀어질수록 줄어든다. 하천 증수시 침수되는 구역은 물에 잠기는 것뿐만 아니라 흐름에 의해 유사이송과 하상교란이 생긴다. 그에 따라 이러한 구역에서는 식생이 활착하지 못하고 통상 모래나 자갈이 노출된 사주 (bars)가 된다. 이와 같이 사주는 수로의 일부일 수도 있고 홍수 터의 일부일 수도 있다. 따라서 충적홍수터가 있는 자연하천에서 사주의 존재여부는 그 하천의 유황에 의존한다.
형태적인 측면에서 자연하천의 주요 구성요소는?
형태적인 측면에서 자연하천의 주요 구성요소는 수로와 홍수터이다. 여기서 수로의 횡방향 범위는 하천유황에 따라 변하며, 일반적으로 횡방향 지점 별 침수기간이나 빈도는 하안으로부터 멀어질수록 줄어든다.
수로의 횡방향 범위애 영향을 미치는 것은?
형태적인 측면에서 자연하천의 주요 구성요소는 수로와 홍수터이다. 여기서 수로의 횡방향 범위는 하천유황에 따라 변하며, 일반적으로 횡방향 지점 별 침수기간이나 빈도는 하안으로부터 멀어질수록 줄어든다. 하천 증수시 침수되는 구역은 물에 잠기는 것뿐만 아니라 흐름에 의해 유사이송과 하상교란이 생긴다.
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