낙동강 하도의 유사수지 분석을 통한 자연적 그리고 인위적 하상변동 분석(4대강살리기 사업 이전) Natural and Artificial Bed Change Analysis through Sediment Budget Analysis of Nakdong River Channel (before the Four Rivers Restoration Project)원문보기
본 논문에서는 지난 20여 년간의 낙동강 하상변동 자료와 준설 및 골재채취 자료, 그리고 지류로부터 유입되는 유사량 관측 자료 및 수치모의 자료 등을 조사, 검토, 분석하여 4대강살리기 사업 전의 낙동강 하도에서의 개괄적인 유사수지 특성을 분석하였다. 4대강살리기 사업 전 낙동강 하도의 유사수지분석 결과, 유역에서 하도로 유입된 유사량은 $2,100,000m^3/yr$이며 낙동강으로부터 유출 또는 준설된 유사유출 총량은 $10,180,000m^3/yr$인 것으로 나타났다. 따라서 유사수지 분석을 통해 산정된 낙동강 하도에서의 하상변동량은 $-8,080,000m^3/yr$으로 하상이 침식된 것으로 나타났으며 이는 실제 하도측량 자료 분석을 통해 도출된 낙동강 본류의 자연적 그리고 인위적인 하상변동량($-8,300,000m^3/yr$)과 유사한 것으로 나타났다.
본 논문에서는 지난 20여 년간의 낙동강 하상변동 자료와 준설 및 골재채취 자료, 그리고 지류로부터 유입되는 유사량 관측 자료 및 수치모의 자료 등을 조사, 검토, 분석하여 4대강살리기 사업 전의 낙동강 하도에서의 개괄적인 유사수지 특성을 분석하였다. 4대강살리기 사업 전 낙동강 하도의 유사수지분석 결과, 유역에서 하도로 유입된 유사량은 $2,100,000m^3/yr$이며 낙동강으로부터 유출 또는 준설된 유사유출 총량은 $10,180,000m^3/yr$인 것으로 나타났다. 따라서 유사수지 분석을 통해 산정된 낙동강 하도에서의 하상변동량은 $-8,080,000m^3/yr$으로 하상이 침식된 것으로 나타났으며 이는 실제 하도측량 자료 분석을 통해 도출된 낙동강 본류의 자연적 그리고 인위적인 하상변동량($-8,300,000m^3/yr$)과 유사한 것으로 나타났다.
General features of sediment budget for the Nakdong River before the Four Rivers Restoration Project were analyzed using surveying, dredging, and mining data for the past 20 years, as well as sediment data measured from the tributaries, and numerical modeling, etc. As a result of the sediment budget...
General features of sediment budget for the Nakdong River before the Four Rivers Restoration Project were analyzed using surveying, dredging, and mining data for the past 20 years, as well as sediment data measured from the tributaries, and numerical modeling, etc. As a result of the sediment budget analysis of the Nakdong River before the Four Rivers Restoration Project, sediment inflow supplied from the watershed is $2,100,000m^3/yr$ and sediment outflow including mining and dredging volumes is $10,180,000m^3/yr$. Therefore, the bed change volume estimated by the sediment budget analysis is $-8,080,000m^3/yr$ of the bed erosion volume which is similar to the analysis result ($-8,300,000m^3/yr$) of natural and artificial bed changes using the surveyed data.
General features of sediment budget for the Nakdong River before the Four Rivers Restoration Project were analyzed using surveying, dredging, and mining data for the past 20 years, as well as sediment data measured from the tributaries, and numerical modeling, etc. As a result of the sediment budget analysis of the Nakdong River before the Four Rivers Restoration Project, sediment inflow supplied from the watershed is $2,100,000m^3/yr$ and sediment outflow including mining and dredging volumes is $10,180,000m^3/yr$. Therefore, the bed change volume estimated by the sediment budget analysis is $-8,080,000m^3/yr$ of the bed erosion volume which is similar to the analysis result ($-8,300,000m^3/yr$) of natural and artificial bed changes using the surveyed data.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 낙동강 본류로 유입 또는 유출되는 유사량을 검토하여 유사관련 자료들의 적절성을 검증하고 이를 토대로 유역의 유사수지 특성을 분석·제시하고자 한다.
이러한 문제점으로 인해 지난 10년 동안 낙동강의 하도변화 및 하상변동에 대한 연구들은 준설량과 지형측량 자료 등이 제공되는 일부 구간에 한정되어 수행되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 지난 20여 년간의 준설자료 그리고 지류로부터의 유사유입량 등의 분석 자료를 조사, 검토하여 4대강살리기 사업 전의 낙동강 하도에서의 개괄적인 유사수지 분석을 수행하고 이를 통해 하상변동 수지 분석 결과를 제시하고자 한다. 또한 유사수지 분석 결과를 통해 도출된 하상변동 수지 분석 결과를 과거 실측 하상변동 자료에 의해 추정되는 하상변동량과 최종 비교·검토하고자 한다.
또한 유사수지 분석 결과를 통해 도출된 하상변동 수지 분석 결과를 과거 실측 하상변동 자료에 의해 추정되는 하상변동량과 최종 비교·검토하고자 한다.
유역 상류로부터의 지류를 통해 하도로 유입되는 유사 유입량, 즉 토사유출량(SY)을 산정하기 위하여 본 연구에서는 안동댐, 반변천, 송야강, 덕천강, 함안천 및 소하천 등을 제외한 12개 지류유역(Table 1)에 대하여 1999년부터 2008년까지 10년 기간에 대한 토사유출량 분석을 실시하였다. MOLIT(2013)는 12개 유역에 대한 SWAT 분석을 통하여 토사유출량을 산정 제시하였으나(Table 1의 SWAT column) 실측값이 있는 지점과 비교해 봤을 때 그 규모가 일반적으로 알려진 값에 비하여 다소 작게 산정된 것으로 판단된다.
제안 방법
MOC(1981, 1983, 1992, 1993)와 MLTM(2010)의 낙동강 본류에 대한 하천기본계획에 수록된 하천횡단면 실측자료를 이용하여 과거 25년(1983년부터 2008년까지) 동안의 하천단면 변화에 따른 하상변동량을 산정하였다. 특정 기간 동안 두 횡단지점 사이의 하상변동량은 두 횡단지점 사이의 거리와 각 횡단면 변화 자료로부터 산정할 수 있다.
낙동강 본류에 대한 정성적 하상변화를 분석하기 위하여 본류를 주요 지류가 유입되는 8개 구간으로 나누었으며 각 구간에 대한 검토를 수행하였다. MOC(1983, 1993)와 MLTM(2010)에 의하면 안동댐-내성천합류점 구간의 경우 1983년에서 1993년 사이에 하상이 일부 구간에서 1m 내외로 저하되었으나, 1993년에서 2008년 사이에는 거의 변화가 없었고 평균적으로는 하상이 다소 저하된 것으로 나타났다.
이 기준수면 중 어느 것이 더 적절한가 하는 것은 아직 명확히 밝혀진 바 없으나 낙동강의 경우 Yu(2011)는 연평균 유량 또는 풍수량유량에 대한 평균하상은 저수로 하상과 비슷하다고 하였다. 따라서 본 연구에서는 저수로 하상을 나타내는 연평균유량 및 설계범위 내에서는 최대유량인 설계홍수량에 대한 하상변동량을 동시에 산정하여 비교 검토하였다(Table 4).
그러나 이미 잘 알려진 바와 같이 우리나라의 경우 하도준설에 대한 신뢰성 있는 자료가 거의 없는 상태일 뿐만 아니라 하도로 유입되는 상류유역으로부터의 토사유출량(SY)도 체계적으로 검토된 자료가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 준설량(DM)에 대한 개략적인 규모를 조사 검토하였으며 이를 최종 유사수지 분석에 적용하였다.
본 연구에서는 낙동강 하도를 중심으로 하도로 유입된 유사량과 준설/골재채취 및 외해로 방류된 유사유출량의 수지분석을 통해 지난 20여 년간 낙동강 본류의 하상변화 규모를 정량적, 정성적으로 검토하였으며 이를 실제 하도 측량 자료를 활용하여 산정한 자연적 그리고 인위적인 하상변동량 값과 비교하였다.
2절)하는 부분으로 구분된다. 유사 수지 분석을 위한 토사유출량은 1999년부터 2008년까지 낙동강의 제 1지류 중 유량-유사량 관계식 또는 실측자료가 있는 내성천, 영강, 감천, 금호강 등 4개 지류 유역으로부터 본류로 유입되는 유사량과 12개 소유역(미천, 내성천, 영강, 병성천, 위천, 감천, 금호강, 회천, 황강, 남강, 밀양강, 양산천)에 대한 SWAT 분석(MOLIT, 2013) 결과를 종합하여 유역으로부터의 토사유출량을 산정하였다. 유사수지 분석을 위한 하도에서 빠져나가는 유사량은 국토교통부에서 제시한 통계자료에 근거하여 1998년부터 2006년까지의 지난 20여 년간의 낙동강 유역 하천골재채취량과 준설통계 자료 등을 근거로 하도의 준설량 및 하구유출 유사량을 검토하였다.
유사 수지 분석을 위한 토사유출량은 1999년부터 2008년까지 낙동강의 제 1지류 중 유량-유사량 관계식 또는 실측자료가 있는 내성천, 영강, 감천, 금호강 등 4개 지류 유역으로부터 본류로 유입되는 유사량과 12개 소유역(미천, 내성천, 영강, 병성천, 위천, 감천, 금호강, 회천, 황강, 남강, 밀양강, 양산천)에 대한 SWAT 분석(MOLIT, 2013) 결과를 종합하여 유역으로부터의 토사유출량을 산정하였다. 유사수지 분석을 위한 하도에서 빠져나가는 유사량은 국토교통부에서 제시한 통계자료에 근거하여 1998년부터 2006년까지의 지난 20여 년간의 낙동강 유역 하천골재채취량과 준설통계 자료 등을 근거로 하도의 준설량 및 하구유출 유사량을 검토하였다. 본 연구에서 활용한 자료 및 이용년도, 관련 정보 등은 Fig.
이는 3장의 문헌조사를 통해 검토한 낙동강의 장기하상변동 추이와 유사한 결과라고 할 수 있다. 유사수지 분석을 통해 도출된 하상변동량과 하상변동 수지 분석 결과는 다음 절의 하천횡단면실측자료를 이용한 하상변동량 분석 결과 값과 다시 비교 및 검증하였다.
따라서 유량(Q)-총유사량(Qs) 관계식이 제공되는 내성천, 감천, 금호강의 3개 지점은 낙동강유역조사보고서(MOCT, 2004) 자료를 인용하였으며 영강의 경우 수문조사보고서(MLTM, 2011)에서 제공하는 자료로부터 관계식을 유도하였다. 이들 관계식과 1999년부터 2008년 사이의 일평균 유량자료를 이용하여 각 지류별 총토사유출량과 연평균 값을 산정하였다(Table 1의 Q-Qs 관계 column). 그 결과, 4개 유역(내성천, 영강, 감천, 금호강)에 대한 Q-Qs 관계식으로부터 산정된 토사유출량 값은 동일 유역에 대한 SWAT 분석 결과 보다 약 3.
2의 개략도로 종합하여 표현하였다. 자료의 종류에 따라 유용한 기간이 달라 부득이하게 자료마다 검토기간에 다소 차이가 있으며 이 문제를 극복하고자 총량개념이 아닌 연평균 개념을 통해 비교 및 수지분석을 수행하였다.
대상 데이터
낙동강 하도의 유사수지 분석을 통한 자연적, 인위적 하상변동 분석을 위해 요구되는 자료는 낙동강과 관련된 현재까지의 각종 보고서, 통계자료 및 문헌조사를 통해 수집하였으며 조사된 항목들은 다음과 같다.
그러나 수문조사보고서의 경우 2010년 현재 관측 기간이 짧고 관측 자료가 다소 제한적이다. 따라서 유량(Q)-총유사량(Qs) 관계식이 제공되는 내성천, 감천, 금호강의 3개 지점은 낙동강유역조사보고서(MOCT, 2004) 자료를 인용하였으며 영강의 경우 수문조사보고서(MLTM, 2011)에서 제공하는 자료로부터 관계식을 유도하였다. 이들 관계식과 1999년부터 2008년 사이의 일평균 유량자료를 이용하여 각 지류별 총토사유출량과 연평균 값을 산정하였다(Table 1의 Q-Qs 관계 column).
본 연구의 대상유역은 낙동강 전체 유역으로, 분석은 크게 유역에서부터 하도로 유입되는 유사량과 하도에서 나가는 유사량을 산정하여 유사수지를 분석(4.1절)하는 부분과 1983년부터 2008년까지의 낙동강 본류 하상변동 실측자료를 이용하여 하도내 침식 또는 퇴적량을 산정한 하상변동량을 분석(4.2절)하는 부분으로 구분된다. 유사 수지 분석을 위한 토사유출량은 1999년부터 2008년까지 낙동강의 제 1지류 중 유량-유사량 관계식 또는 실측자료가 있는 내성천, 영강, 감천, 금호강 등 4개 지류 유역으로부터 본류로 유입되는 유사량과 12개 소유역(미천, 내성천, 영강, 병성천, 위천, 감천, 금호강, 회천, 황강, 남강, 밀양강, 양산천)에 대한 SWAT 분석(MOLIT, 2013) 결과를 종합하여 유역으로부터의 토사유출량을 산정하였다.
성능/효과
2배 크게 산정된 것을 알 수 있다. Q-Qs관계식으로부터 산정된 토사유출량 값은 SWAT 분석결과에 비해 상대적으로 그 정량적 신뢰성이 높으나 적용할 수 있는 유역에 한계가 따르는 반면 SWAT 분석결과는 12개 유역에 대한 상대적 토사유출량의 비를 보여줌으로써 유역간의 정성적 규모를 비교하기에 적합하다.
결국 하상변화로 인하여 하도로부터 공급된 것으로 산정된 유사량과 하도로부터 채취된 골재량은 그 규모가 비슷한 것으로 나타나 지난 20여 년간 낙동강 하상이 저하된 주원인이 골재채취에 의한 것임을 알 수 있었다.
이들 관계식과 1999년부터 2008년 사이의 일평균 유량자료를 이용하여 각 지류별 총토사유출량과 연평균 값을 산정하였다(Table 1의 Q-Qs 관계 column). 그 결과, 4개 유역(내성천, 영강, 감천, 금호강)에 대한 Q-Qs 관계식으로부터 산정된 토사유출량 값은 동일 유역에 대한 SWAT 분석 결과 보다 약 3.2배 크게 산정된 것을 알 수 있다. Q-Qs관계식으로부터 산정된 토사유출량 값은 SWAT 분석결과에 비해 상대적으로 그 정량적 신뢰성이 높으나 적용할 수 있는 유역에 한계가 따르는 반면 SWAT 분석결과는 12개 유역에 대한 상대적 토사유출량의 비를 보여줌으로써 유역간의 정성적 규모를 비교하기에 적합하다.
낙동강 하도로의 유사공급량으로는 유역상류로부터의 토사유입량이 2,100,000 m3/yr이며, 유사유출량으로는 골재채취량이 9,320,0,00 m3/yr, 하구둑 상류에서 준설되는 준설량이 680,000 m3/yr, 외해로 방류되는 유사량이 180,000 m3/yr으로 낙동강으로부터 유출 또는 준설되는 유사유출 총량은 10,180,000 m3/yr에 이르는 것으로 나타났다. 따라서 유사수지 분석을 통해 산정된 낙동강 하도에서의 하상변동량은 -8,080,000 m3/yr으로 하상이 침식된 결과가 도출되었다.
2에 각각 정리하면 유사공급량(incoming sediment)으로는 유역상류로부터의 토사유입량이 2,100,000 m3/yr이며, 유사유출량(outgoing sediment)으로는 골재채취량이 9,320,0,00 m3/yr, 하구둑상류에서 준설되는 준설량이 680,000 m3/yr, 외해로 방류되는 유사량이 180,000 m3/yr으로 낙동강으로부터 유출 또는 준설되는 유사유출 총량은 10,180,000 m3/yr에 이르는 것으로 판단된다. 따라서 유사수지 분석을 통해 산정되는 낙동강 하도에서의 하상변동량은 -8,080,000 m3/yr (=2,100,000 m3/yr -10,180,000 m3/yr)으로 하상이 침식된 결과가 도출되었다(Fig. 2 참조). 이는 3장의 문헌조사를 통해 검토한 낙동강의 장기하상변동 추이와 유사한 결과라고 할 수 있다.
/yr에 이르는 것으로 나타났다. 따라서 유사수지 분석을 통해 산정된 낙동강 하도에서의 하상변동량은 -8,080,000 m3/yr으로 하상이 침식된 결과가 도출되었다. 실제 하도측량 자료 분석을 통한 낙동강 본류의 자연적 그리고 인위적인 하상변동량은 -8,300,000 m3/yr인 것으로 나타나 유사수지분석을 통해 추정된 하상변동량 값과 2.
따라서 유사수지 분석을 통해 산정된 낙동강 하도에서의 하상변동량은 -8,080,000 m3/yr으로 하상이 침식된 결과가 도출되었다. 실제 하도측량 자료 분석을 통한 낙동강 본류의 자연적 그리고 인위적인 하상변동량은 -8,300,000 m3/yr인 것으로 나타나 유사수지분석을 통해 추정된 하상변동량 값과 2.65% 오차범위 내에서 잘 일치하는 것으로 나타났다.
이상에서 검토된 하도변화 특성을 종합하면 낙동강 본류 하도는 극히 일부 구간을 제외하면 전반적으로 하상이 저하된 사실을 알 수 있다. 이는 본 논문에서 제시하는 유사수지 분석과 하상변동량 분석 결과에서 확인할 수 있으며 그 원인에 대해서는 다음 장에서 검토하였다.
지류별 유량-유사량 관계와 SWAT 모델링 자료를 이용한 해석학적 토사유출량 산정결과, 낙동강 유역으로부터 하도로 유입되는 토사 총량은 2,100,000 m3/yr인 것으로 추정되었으며 비유사량으로 환산했을 때 낙동강 전유역의 평균 비유사량은 약 240 ton/km2/yr인 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
낙동강의 하도 내 유사수지 특성에 관해 공인된 통계자료가 없는 이유는?
낙동강은 우리나라의 대표적 충적하천으로 대부분의 국가하천 구간에 걸쳐 하상이 모래로 이루어져 있는 비교적 안정상태의 하천으로 알려져 있었다. 그러나 이러한 낙동강의 하도 내 유사수지 특성에 관해서는 준설 및 골재채취 등 관련 자료의 의무 보존기간이 짧고 현장에서의 골재채취량이 명확히 집계되지 않는 등의 여러 가지 이유로 공인된 통계자료가 없는 실정이다. 이러한 신뢰성 있는 기초자료 부족은 하천의 수리학적 변화 및 하상변동에 대한 해석결과의 검증을 곤란하게 하며 궁극적으로는 정량적인 하천 관리방안 수립을 어렵게 한다.
낙동강의 하도변화 및 하상변동에 대한 연구들이 준설량과 지형측량 자료등이 제공되는 일부 구간에 한정되어 수행된 이유는 무엇인가?
그러나 이러한 낙동강의 하도 내 유사수지 특성에 관해서는 준설 및 골재채취 등 관련 자료의 의무 보존기간이 짧고 현장에서의 골재채취량이 명확히 집계되지 않는 등의 여러 가지 이유로 공인된 통계자료가 없는 실정이다. 이러한 신뢰성 있는 기초자료 부족은 하천의 수리학적 변화 및 하상변동에 대한 해석결과의 검증을 곤란하게 하며 궁극적으로는 정량적인 하천 관리방안 수립을 어렵게 한다. 특히, 4대강 살리기 사업과 같이 광범위하고 단기적인 하천개수 공사는 하천대응에 따른 2차적 하천환경 변화를 유발할 것이 확실시 되나 이러한 기초자료 부재는 우리하천의 미래에 대한 이해와 예측을 더욱 어렵게 하고 있다. 이러한 문제점으로 인해 지난 10년 동안 낙동강의 하도변화 및 하상변동에 대한 연구들은 준설량과 지형측량 자료 등이 제공되는 일부 구간에 한정되어 수행되어 왔다.
하천의 신뢰성 있는 기초자료 부족은 어떤 문제를 야기시키는가?
그러나 이러한 낙동강의 하도 내 유사수지 특성에 관해서는 준설 및 골재채취 등 관련 자료의 의무 보존기간이 짧고 현장에서의 골재채취량이 명확히 집계되지 않는 등의 여러 가지 이유로 공인된 통계자료가 없는 실정이다. 이러한 신뢰성 있는 기초자료 부족은 하천의 수리학적 변화 및 하상변동에 대한 해석결과의 검증을 곤란하게 하며 궁극적으로는 정량적인 하천 관리방안 수립을 어렵게 한다. 특히, 4대강 살리기 사업과 같이 광범위하고 단기적인 하천개수 공사는 하천대응에 따른 2차적 하천환경 변화를 유발할 것이 확실시 되나 이러한 기초자료 부재는 우리하천의 미래에 대한 이해와 예측을 더욱 어렵게 하고 있다.
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