[논문]하천의 물리 환경성 평가체계의 적용 - 도시하천을 중심으로 -

정혜련; 김기흥

doi:10.13087/kosert.2017.20.1.55

하천의 물리 환경성 평가체계의 적용 - 도시하천을 중심으로 -
An Application of Physico-Environmental Evaluation System of Stream - Focusing on urban streams - 원문보기

環境復元綠化 = Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology, v.20 no.1, 2017년, pp.55 - 75

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to present the basic data for restoration of physical stream environment by analyzing habitat variables because habitat environment is changed due to the construction of waterfront space in urban streams. Assessment results of 10 habitat variables(three divisions) were almost same as optimal condition, in the reach of reference stream where there are no stream crossing structures and channel alteration. Assessment results of reaches in urban rivers, where streams were improved on water-friendly recreation activities, appeared to be marginal condition. Because habitat environment got worse due to stream improvement works such as construction of weir for water landscape, stepping stones for walking, low water revetment and high water revetment, and high water channel. In addition, in the case of mid gradient stream, the frequency of riffles was small or not existed because the intervals of the river crossing structures was short. In the case of mild stream types, the diversity of the pool was damaged due to the deposition of sludge in the upstream pool of weir and the installation of low water revetment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 2016)를 바탕으로 하천 유형을 분류하고, 분류된 동일 하천유형 내에서도 저수로 폭을 기준으로 구분된 평가단위 구간에 대해서 평가항목 및 지표를 적용하는 방안을 제시하였다. 따라서 하도경사 및 하상재료 등의 특성이 유사한 자연하천 구간과 도시하천 구간에서 하천의 물리환경 평가시스템을 적용하여 그 결과를 검토 및 분석하여 하천의 물리환경 평가시스템의 적용 가능성을 평가하였다.
본 연구는 국내 하천의 자연적인 특성과 하천 공간의 이용 특성을 반영하여 개발한 하천의 물리환경 평가시스템의 적용성을 검증하는 것이 목적이므로, 1차적으로 대조하천인 남강을 기준으로 도시화로 교란된 하천인 갑천과 유등천을 비교하천으로 적용하여 분석, 검토하였다. 연구결과는 도시하천에서 일반적으로 시행되는 친수공간의 조성으로 인한 서식처 환경변화를 나타내는 변수들을 분석하여 하천의 물리환경 복원을 위한 기초자료를 제시하였다는 데 그 의의가 있으며, 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 하천의 물리환경 평가시스템의 적용성을 검토하기 위하여 하천의 물리환경 평가시스템 구축을 위한 선행연구(Kim and Jung, 2015 ; Kim et al., 2016)를 바탕으로 하천 유형을 분류하고, 분류된 동일 하천유형 내에서도 저수로 폭을 기준으로 구분된 평가단위 구간에 대해서 평가항목 및 지표를 적용하는 방안을 제시하였다. 따라서 하도경사 및 하상재료 등의 특성이 유사한 자연하천 구간과 도시하천 구간에서 하천의 물리환경 평가시스템을 적용하여 그 결과를 검토 및 분석하여 하천의 물리환경 평가시스템의 적용 가능성을 평가하였다.
본 연구에서는 한국 하천의 하도 및 수리 특성을 반영한 하천의 물리환경 평가시스템의 적용성을 검토하는 것이다. 선행 연구에서는 독일, 영국, 미국, 호주 및 일본 등에서 적용하고 있는 하천의 분류체계를 검토하였으며, 하상경사와 하상재료 입경을 기준으로 Rosgen(1996)과 Yamamoto (1988)의 분류체계를 비교한 결과를 Figure 2 및 Figure 3에 제시하였다(Kim and Jung, 2015).
본 연구에서는 현재 개발 중인 하천의 물리환 경평가시스템의 적용성을 검토하기 위하여 대조 하천 남강을 기준으로 비교하천인 갑천 및 유등천에 대한 조사 및 평가를 실시하였다. Yamamoto 의 하천분류체계를 적용한 결과 남강과 유등천은 Segment 1과 2로 분류되었으며, 갑천은 Segment 2로 분류되었다.

제안 방법

또한, 하안 영역의 ①하천횡단형상, ② 하안 안정도 및 하천교란 영역의 ①하도개수, ②하천횡단구조물 등도 평가 단위 구간별로 전수조사를 실시하였다. 3개 영역 10개 평가항목 선정은 미국 EPA와 독일의 LAWA의 평가항목 중에서 공통항목을 우선적으로 추출하고, 우리나라의 하천이용 상황을 반영하기 위하여 하천 횡단형상, 하도개수 및 하천횡단구조물 등을 추가하여 보완하였다.
Figure 12～Figure 13 및 Table 7～Table 8은 남강과 유등천의 하천에 물리환경을 중경사로 분류하고 평가한 결과이다. 대조하천인 남강의 Reach No.1～Reach No.3 구간과 유등천의 Reach No.3～Reach No.15 구간을 평가하고 그 결과를 비교하였다. 남강의 Reach No.
Figure 14～Figure 16 및 Table 9～Table 11은 남강, 갑천 및 유등천에 하천의 물리환경을 완경사로 분류하고 평가한 결과이다. 대조하천인 남강의 Reach No.4～Reach No.11 구간, 갑천의 Reach No.1～Reach No.8 구간 및 유등천의 Reach No.1～Reach No.2 구간을 평가하고 그 결과를 비교하였다.
하천 지형특성과 현황에 대한 현장조사 항목은 수리 및 하도영역의 6개 항목, 하안영역의 2개 항목, 하천교란 영역 2개 항목으로 3개 영역이며, 수리 및 하도 영역의 ①유효서식처, ②하상매몰도와 소의 하상 재료, ③유속ㆍ수심 및 소의 다양성 등은 평가 단위구간에서 표본조사를 실시하였고, ④유사 퇴적, ⑤하도 흐름상태, ⑥여울 출현빈도 및 사행도 등은 평가 단위 구간별로 전수조사를 실시하였다. 또한, 하안 영역의 ①하천횡단형상, ② 하안 안정도 및 하천교란 영역의 ①하도개수, ②하천횡단구조물 등도 평가 단위 구간별로 전수조사를 실시하였다. 3개 영역 10개 평가항목 선정은 미국 EPA와 독일의 LAWA의 평가항목 중에서 공통항목을 우선적으로 추출하고, 우리나라의 하천이용 상황을 반영하기 위하여 하천 횡단형상, 하도개수 및 하천횡단구조물 등을 추가하여 보완하였다.
본 연구의 조사범위는 교란하천(disturbed stream)으로서 대전시를 관류하는 도시하천인 갑천과 유등천을 선정하였으며, 대조하천(reference stream)은 자연하천에 가까운 남강댐 상류 구간을 선정하여 현장조사 및 평가를 수행하고 그 결과를 기초로 분석하였다. Figure 1 및 Table 1은 연구대상하천의 위치 및 조사구간을 나타낸 것이다.
세구간(reach)으로 정의한 평가 단위구간의 선정은 문헌을 바탕으로 자연하천에서 나타나는 여울-소의 출현빈도인 저수로 폭 대비 여울 간 거리의 비가 1 : 5～7인 점을 고려하였으며, 직강화 등 교란하천의 정도를 반영한 1 : 25를 적용하였다. 평가 단위구간을 추출하기 위해서는 하천기본계획상의 횡단도를 이용하여 저수로 폭을 구한 후 중경사, 완경사 하천은 평균 저수로 폭의 25배를 세구간으로 하였으며, 급경사 하천은 평균 저수로 폭의 10배를 세구간으로 하였다.
Yamamoto 의 하천분류체계를 적용한 결과 남강과 유등천은 Segment 1과 2로 분류되었으며, 갑천은 Segment 2로 분류되었다. 조사 및 평가 단위구간은 저수로 폭의 25배를 1개 Reach로 산정한 결과, 남강은 11개 Reach, 갑천은 8개 Reach 및 유등천은 15개 Reach로 나누어졌다. Table 3은 남강, 갑천 및 유등천에 대한 하천유형, Reach 수 및 평균저수로 폭을 나타낸 것이다.
(Appendix 참조). 특히, 하천유형 분류에 따른 하도특성은 하상 경사 1/60 이상인 급경사 하천(high-gradient stream)에서는 계단상(step-pool)의 연속성, 1/6 0～1/400인 중경사 하천(mid-gradient stream)에서는 급여울-소(riffle-pool)의 연속성에 중점을 두었으며, 1/400～1/5,000인 완경사 하천(low-gradient stream)에서는 평여울-소(run-pool)의 연속성과 소의 다양성에 중점을 두고 평가하는 시스템으로 구축하여, 미국 EPA 및 독일 LAWA의 문제점을 보완하였다.
세구간(reach)으로 정의한 평가 단위구간의 선정은 문헌을 바탕으로 자연하천에서 나타나는 여울-소의 출현빈도인 저수로 폭 대비 여울 간 거리의 비가 1 : 5～7인 점을 고려하였으며, 직강화 등 교란하천의 정도를 반영한 1 : 25를 적용하였다. 평가 단위구간을 추출하기 위해서는 하천기본계획상의 횡단도를 이용하여 저수로 폭을 구한 후 중경사, 완경사 하천은 평균 저수로 폭의 25배를 세구간으로 하였으며, 급경사 하천은 평균 저수로 폭의 10배를 세구간으로 하였다. 세구간의 분할은 수치지형도와 항공사진을 중첩시켜 여울-소, 만곡도(사행도) 등을 추출 하여 구할 수 있다.
평가체계는 1차적으로 평가의 공간적 규모를 구분하기 위하여 하천유형을 하상경사를 기준으로 3개의 하천유형(segment)으로 분류하고, 저수로 폭과 여울 간 거리의 비를 기준으로 세구간 (reach)를 나눈 후, 2차적으로 각 하천유형에 대하여 3개 영역 10개 평가지표를 5개 등급으로 구분하여 평가하는 것으로 구성하였다.(Appendix 참조).
하상재료 조사 및 분석은 1m×1m 면격자에 대한 하상표면을 디지털 카메라로 촬영하여 화상해석을 수행하였으며, 화상을 정사한 후 화상처리기법으로 하상재료의 경계를 설정하여 확인한 후 경계가 불확실한 부분에 대해서는 사진을 중첩시켜 인위적으로 분할하였다(Kim et al., 2016).
하천환경의 수리 및 하도특성 평가에 대한 이력을 파악하기 위하여 수집 가능한 과거의 모든 항공사진을 이용하여 하도의 물리적 구조를 나타내는 하천특성과 저수로, 고수부, 제방 등의 하천정비 현황 등을 조사하였으며, 국립지리정보원의 국토공간영상정보 DB와 국가수자원관리종합정보 DB의 하천기본계획 보고서를 통하여 간접 평가를 실시하였다. 하천 지형특성과 현황에 대한 현장조사 항목은 수리 및 하도영역의 6개 항목, 하안영역의 2개 항목, 하천교란 영역 2개 항목으로 3개 영역이며, 수리 및 하도 영역의 ①유효서식처, ②하상매몰도와 소의 하상 재료, ③유속ㆍ수심 및 소의 다양성 등은 평가 단위구간에서 표본조사를 실시하였고, ④유사 퇴적, ⑤하도 흐름상태, ⑥여울 출현빈도 및 사행도 등은 평가 단위 구간별로 전수조사를 실시하였다. 또한, 하안 영역의 ①하천횡단형상, ② 하안 안정도 및 하천교란 영역의 ①하도개수, ②하천횡단구조물 등도 평가 단위 구간별로 전수조사를 실시하였다.
생물서식처 기반에 따라 평가점수는 평가총점의 평가항목 수를 나눈 값에서 1등급은 최적(1등급)상태의 20～18≥점, 우수(2등급)상태의 18>～14≥점, 보통(3등급)상태의 14>～8 ≥점, 한계(4등급)상태의 8>～4≥점, 미흡(5등급)상태의 4>점으로 등급을 산정하였다. 하천의 하도 및 수리특성은 하천유형에 따라 다르기 때문에 본 연구에서는 대상하천의 하천유형을 중경사 하천(Mid gradient stream)과 완경사 하천(Low gradient stream)으로 구분하여 평가하였다.
하천환경의 수리 및 하도특성 평가에 대한 이력을 파악하기 위하여 수집 가능한 과거의 모든 항공사진을 이용하여 하도의 물리적 구조를 나타내는 하천특성과 저수로, 고수부, 제방 등의 하천정비 현황 등을 조사하였으며, 국립지리정보원의 국토공간영상정보 DB와 국가수자원관리종합정보 DB의 하천기본계획 보고서를 통하여 간접 평가를 실시하였다. 하천 지형특성과 현황에 대한 현장조사 항목은 수리 및 하도영역의 6개 항목, 하안영역의 2개 항목, 하천교란 영역 2개 항목으로 3개 영역이며, 수리 및 하도 영역의 ①유효서식처, ②하상매몰도와 소의 하상 재료, ③유속ㆍ수심 및 소의 다양성 등은 평가 단위구간에서 표본조사를 실시하였고, ④유사 퇴적, ⑤하도 흐름상태, ⑥여울 출현빈도 및 사행도 등은 평가 단위 구간별로 전수조사를 실시하였다.

대상 데이터

, 2016). 대조 하천인 남강의 하상재료 평균입경은 120mm 이상의 작은 호박돌이 분포되어 있고, 갑천은 30mm, 유등천은 22mm 이상의 굵은 자갈이 분포되어 있다.

이론/모형

선행 연구에서는 독일, 영국, 미국, 호주 및 일본 등에서 적용하고 있는 하천의 분류체계를 검토하였으며, 하상경사와 하상재료 입경을 기준으로 Rosgen(1996)과 Yamamoto (1988)의 분류체계를 비교한 결과를 Figure 2 및 Figure 3에 제시하였다(Kim and Jung, 2015). Figure 2 및 Figure 3에 나타낸 바와 같이 하상경사 및 하상재료 입경을 기준으로 분류한 결과에 따르면 Yamamoto 하천분류체계가 Rosgen 하천분류체계 보다 하상경사 변화에 따른 하도의 종단적 연속성 및 토사분급을 명확하게 구분할 수 있는 장점이 있어 이 방법(Table 2 참조)을 적용하였다.
또한 평가기법은 미국 EPA의 기법을 참고하여 4등급을 5등급으로 나누었으며, 자연하천인 참조하천(reference stream)을 기준으로 하였다. 이러한 단계별 조사 및 분석과정으로 하천의 물리적 환경평가 절차는 Figure 4와 같다.

성능/효과

15 구간을 평가하고 그 결과를 비교하였다. 남강의 Reach No.2 구간은 산지 협곡구간으로서 하천교란이 거의 없기 때문에 전체적으로 대조하천(1등급)의 특성을 잘 나타내고 있는 반면에 Reach No.1 및 Reach No.3 구간은 하류의 농경지 및 전원주택 개발지가 산재하고 있어 하천교란과 관련된 영역에서 다소 감점요인이 있으나 우수(2등급)한 것으로 평가되었다. 유등천은 Reach No.
3 구간은 23개소의 하천횡단구조물이 설치되어 있으며, 갑천의 도룡가동보의 배수위 영향구간과 유등천의 하천횡단구조물에 의하여 형성된 정체수역이 많고, 하도 중심부에 부분적으로 사주가 형성된 구간도 있다. 또한, 하천횡단구조물에 의하여 형성된 소(pool)는 면적과 수심의 다양성은 떨어지고 수생식물은 빈약하게 나타났으며, 하도 개수로 인한 교란이 심하여 한계(4등급)상태로 평가되었다.
수경창출을 위한 보 및 산책을 위한 징검다리, 고수부지 조성으로 저수호안 및 고수호안 설치 및 체육공원 조성 등 친수활동을 중심으로 하천정비가 시행된 도시하천인 비교하천 구간 에서는 하천교란으로 인하여 한계상태로 평가되었다. 또한, 하천횡단구조물의 설치 간격이 짧기 때문에 중경사 하천유형에서는 여울의 출현빈도가 작거나 없는 경우도 있으며, 완경사 하천유형에서는 보 상류의 소에 오니가 퇴적되고 저수호안 설치로 인하여 소의 다양성이 훼손되는 등 서식환경이 나쁜 것으로 나타났다.
본 연구에서 자연하천에 가까운 참조하천과 교란하천인 비교하천을 조사하고 평가한 결과에 의하면 비교하천들은 농촌지역 및 도시지역등 하천주변의 토지이용에 따라 친수와 이수 등 하천공간 이용에 대한 수요가 크게 다르기 때문에 하천교란의 특성 및 정도가 다르게 나타났다. 따라서 교란하천은 하천의 물리환경에 대한 조사 및 평가를 수행하고 현황을 진단하여 하천 관리계획의 수립에 반영하여야 한다.
비교하천인 유등천의 도시구간은 친수활동을 위하여 보 및 징검다리 등의 설치로 인하여 하도 및 수리 특성 분야에서는 유효 서식처 및 여울출현빈도의 2개 서식처 변수에 대한 평가결과가 보통상태로 나타났으며, 하안영역에서는 부분적으로 석재ㆍ콘크리트블록 호안이 설치되어 있어 하안 안정성은 보통으로 평가되었다. 특히, 교란영역에서는 고수부지 조성과 저수 및 고수호안에 콘크리트블록이 설치되어 있고 하 천횡단구조물이 과다하게 설치되어 있어 한계 상태와 미흡상태로 평가되었다.
하천유형이 완경사인 경우, 대조하천인 남강은 하천구조물이 없고 부분적인 하천개수가 있는 구간에서는 하도 및 수리 특성 영역의 6개 서식처 변수에 대한 평가결과가 고르게 나타났다. 제방축조 등의 하천개수로 인하여 하안영역의 하도단면형상과 하안 안정성 및 교란영역의 하도개수의 3개의 서식처 변수에 대한 평가결과가 우수 상태로 평가되었으나 상대적으로 낮게 나타났다.
하천횡단구조물이 없고 하천개수가 거의 없는 대조하천 구간에서는 3개 영역의 10개 서식처 변수에 대한 평가결과가 고르게 최적상태로 나타났다.

후속연구

결과적으로 하천기본계획에서 친수지구로 지정된 도시하천에서는 하도 및 수리 특성 분야의 서식처 매개변수를 고려하여 치수, 이수 및 환경적 측면에서 자연과 인간이 공존하는 하천복원 및 관리가 필요할 것이다. 하천의 물리환경 평가시스템은 향후 다양한 하천유형과 하천 공간이용 측면 등을 반영하고 지속적인 적용을 통하여 보완할 필요가 있다.
본 연구결과는 앞으로 하천관리 및 보전을 위한 목표의 수립, 하천공사에 대한 평가 및 시행된 하천복원사업 등의 효과를 검증하는 데 활용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하천의 물리 환경을 진단하고 평가시 하천을 어떻게 분류하여야 하는가?	하천의 수리 및 하도 특성으로 대표되는 물리 환경(하도 및 수리 특성)은 생태계 기반으로서 수질특성과 더불어 생물에 미치는 영향이 아주 크다. 따라서 하천의 물리 환경을 진단하고 평가하고자 할 경우, 하천 상․중․하류의 위치에 따른 하도의 지형학적 특성과 유역의 규모에 따른 하천의 규모 및 유량의 크기 등에 따라 하천의 유형을 분류하고 그 유형별 특성에 따라 하천환경의 평가시스템을 구축할 필요가 있다. 이를 위해 하천환경의 평가시스템에서는 하천유 형을 구분하는 것이 1차적인 과제이므로 하천 분류체계에 대한 선행연구를 바탕으로 국내 하천의 특성을 반영할 수 있는 하천유형을 구분하는 기준을 마련할 필요가 있다.
	하천환경의 평가시스템의 1차적인 과제는 무엇인가?	따라서 하천의 물리 환경을 진단하고 평가하고자 할 경우, 하천 상․중․하류의 위치에 따른 하도의 지형학적 특성과 유역의 규모에 따른 하천의 규모 및 유량의 크기 등에 따라 하천의 유형을 분류하고 그 유형별 특성에 따라 하천환경의 평가시스템을 구축할 필요가 있다. 이를 위해 하천환경의 평가시스템에서는 하천유 형을 구분하는 것이 1차적인 과제이므로 하천 분류체계에 대한 선행연구를 바탕으로 국내 하천의 특성을 반영할 수 있는 하천유형을 구분하는 기준을 마련할 필요가 있다.
	하천의 물리 환경을 진단하고 평가시 하천의 유형을 분류하고 그 유형별 특성에 따라 하천환경의 평가시스템을 구축할 필요가 있는 이유는 무엇인가?	하천의 수리 및 하도 특성으로 대표되는 물리 환경(하도 및 수리 특성)은 생태계 기반으로서 수질특성과 더불어 생물에 미치는 영향이 아주 크다. 따라서 하천의 물리 환경을 진단하고 평가하고자 할 경우, 하천 상․중․하류의 위치에 따른 하도의 지형학적 특성과 유역의 규모에 따른 하천의 규모 및 유량의 크기 등에 따라 하천의 유형을 분류하고 그 유형별 특성에 따라 하천환경의 평가시스템을 구축할 필요가 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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