[논문]영주댐 운영 전 내성천에서 하도 형태의 단기 변화

이찬주; 김동구

doi:10.17820/eri.2017.4.1.012

영주댐 운영 전 내성천에서 하도 형태의 단기 변화
Short-term Change in Channel Morphology of the Naeseong Stream before the Operation of Yeongju Dam, Korea 원문보기

Ecology and resilient infrastructure, v.4 no.1, 2017년, pp.12 - 23

이찬주 (한국건설기술연구원 수자원하천연구소) , 김동구 (한국건설기술연구원 수자원하천연구소)

초록
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내성천은 산지를 사행하는 모래하천으로 오랫동안 그 하천지형학적 특성을 유지해왔다. 그러나 최근 식생의 활착으로 종래의 경관을 상실해 가고 있다. 본 연구에서는 내성천 장기조사 연구의 일환으로 내성천의 56.8 km 구간을 대상으로 지난 2012 - 2016년 기간에 발생한 지형변화를 분석하였다. 항공 라이다 및 하천측량이 시행되었고 수문자료와 현장 조사자료가 함께 활용되었다. 주요 4개 지점중에서 만곡부 지점에서는 만곡사주가 확장되었고, 직선구간에서는 하중 사주가 발달하였다. 한 두 번의 유사 퇴적으로 인해 발생한 하중 사주의 고도 변화는 0.6 - 1.4 m에 달하였으나 하상저하는 분명하지 않았다. 이러한 변화는 2014 - 2015년의 갈수기에 식생이 크게 활착하였다가 2016년에 홍수로 인해 퇴적이 일어난데 기인하는 것으로 보인다. 이러한 과정은 이전에 내성천 중하류 구간에 형성되어 있는 하중도의 주된 형성과정으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Naeseong Stream is a meandering sand-bed stream flowing through mountains and has so long maintained its geomorphological uniqueness characterized by extensive braided bare bars. Recently, its long-lasting landscape has been changed due to encroachment of vegetation. In this study being a part of long-term monitoring research morphological changes of the 56.8 km long study reach of the Naeseong Stream, which occurred during the period of 2012 - 2016 were analyzed. Airborne LiDAR and terrestrial cross-section surveys were carried out. Hydrological and on-site investigation data were also collected. Among the main four sites, two bend reaches showed point bars enlarged, while along the other two straight reaches mid-channel bars were either newly formed or increased in area and height. At the highest deposition point of each bar, vertical changes which were caused by one or two times of sediment deposition amounted to 0.6 - 1.4 m. On the contrary channel bed degradation was not obvious. Overall morphological changes in the study reach were attributed to deposition of sediment which occurred during the flood in July 2016 on the bar surfaces vegetated during the precedent dry seasons. These kind of geomorphological processes are thought to be the same as those related to the existing mid-channel islands along the mid- and downstream reach of the Naeseong Stream.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

한국건설기술연구원에서는 2012년부터 영주댐 건설 전후 내성천을 장기적으로 조사하여 하천의 변화를 분석하고자 하는 연구를 시작하여 지속적으로 수행하고 있다 (KICT 2016). 본 논문은 내성천 장기조사의 일환으로 실시한 내성천의 하천 지형 모니터링의 중간 결과를 제시하는데 그 목적이 있다. 조사 대상 기간은 2012년부터 2016년까지이다.
본 연구에서는 항공 라이다 측량, 단면 측량을 실시하고 수문 및 지형학적 하천 조사 자료를 이용하여 2012-2016년 기간에 내성천에서 일어난 하도의 지형 변화를 분석하였다. 주요 연구 내용을 요약하면 다음과 같다.
반면에 수문학적으로는 지난 40여년의 기간 중에 홍수량이 최소인 갈수기가 발생하기도 하였으며, 그로 인해 식생이 급격하게 활착하기도 하였다. 이에 따라 본 논문에서는 지난 5년간의 내성천에서 발생한 하천지형학적 변화를 수문 특성 및 식생 변화와 함께 분석하고자 한다.

제안 방법

따라서 하도 내의 지형 측량은 수면 위에 노출된 사주 및 하중도에 국한되었고 수중 구간은 외삽을 통해 DEM에서 불규칙 삼각망 형태로만 표현되었다. 본 논문에서는 전체 라이다 자료 중에서 내성천 전체 구간 중에서 주요 4개 지점을 주변으로 약 500 - 1,000 m 길이 범위에 대해 내성천 하도를 중심으로 2012년과 2016년 DEM 자료를 추출하여 Surfer 8.0을 이용하여 색채와 함께 3차원 지형을 형상화하여 기술적으로 비교하였다.
(2012)의 연구는 연속적인 5개년간의 라이다 자료를 이용하여 토사의 침식과 퇴적을 계량화하였다. 본 연구에서는 RIEGL사의 완전 파형 (full waveform) LiDAR를 고정밀 GPS와 관성항법장치 (INS, inertia navigation system)를 탑재한 항공기를 통해 전개하여 3차원 측량을 실시하였다. 라이다 측점들 (point cloud)은 VRS (virtual reference station) GPS로 측량한 지상 기준점 (GCP, ground control points)을 이용한 보정을 수행한 후 해발고도로 변환되었다.
본 연구에서는 하도 지형 변화에 영향을 미치는 주요 요소로서 식생 변화를 주기적으로 모니터링하였다. Fig.
주요 지점을 중심으로 수중을 포함한 하도의 지형 변화를 분석하기 위해 하천에서 단면 측량을 실시하였다. 측량은 영주댐 하류 내성천 구간 (56.

대상 데이터

현장 사진 자료는 하천 지형과 식생의 단기적 변화를 기록하기 위한 2012년부터 2016년까지 총13개 지점에 매년 5-6회의 촬영 자료가 있다. 그 중에서 본 논문에서는 주요 3개 지점 (용혈하류, 미호, 회룡) 자료를 활용하였다.
내성천 장기조사의 일환으로 실시한 본 연구의 대상 구간은 영주댐으로부터 낙동강 합류점에 이르는 56.8 km 구간이다 (Fig. 1).
내성천 하도에서의 지형 변화 특성을 분석하기 위해 다양한 자료를 사용하였다. 측량 자료로는 항공 라이다 측량 자료와 하천 측량 자료이며, 그 외에 현장 조사 자료, 수문 자료 등을 수집하여 분석하였다.
본 연구의 대상은 내성천으로 낙동강의 제 1 지류하천이다. 그 유역은 소백산맥 남부의 경북 북부 내륙 지역에 위치하고 있다 (Fig.
연구 기간동안 내성천의 지형 변화를 살펴보기 위해 각종 기상수문 자료, 현장 사진, 항공사진 등의 자료를 수집하여 분석에 함께 활용하였다. 수문 자료는 낙동강 홍수통제소에서 제공하는 내성천 내의 수위관측소 자료와 한국건설기술연구원에서 2013년부터 2016년까지 직접운영하여 수집했던 수위 자료 및 유량 측정 자료 등이 포함된다. 현장 사진 자료는 하천 지형과 식생의 단기적 변화를 기록하기 위한 2012년부터 2016년까지 총13개 지점에 매년 5-6회의 촬영 자료가 있다.
연구 기간동안 내성천의 지형 변화를 살펴보기 위해 각종 기상수문 자료, 현장 사진, 항공사진 등의 자료를 수집하여 분석에 함께 활용하였다. 수문 자료는 낙동강 홍수통제소에서 제공하는 내성천 내의 수위관측소 자료와 한국건설기술연구원에서 2013년부터 2016년까지 직접운영하여 수집했던 수위 자료 및 유량 측정 자료 등이 포함된다.
내성천 하도에서의 지형 변화 특성을 분석하기 위해 다양한 자료를 사용하였다. 측량 자료로는 항공 라이다 측량 자료와 하천 측량 자료이며, 그 외에 현장 조사 자료, 수문 자료 등을 수집하여 분석하였다.
수문 자료는 낙동강 홍수통제소에서 제공하는 내성천 내의 수위관측소 자료와 한국건설기술연구원에서 2013년부터 2016년까지 직접운영하여 수집했던 수위 자료 및 유량 측정 자료 등이 포함된다. 현장 사진 자료는 하천 지형과 식생의 단기적 변화를 기록하기 위한 2012년부터 2016년까지 총13개 지점에 매년 5-6회의 촬영 자료가 있다. 그 중에서 본 논문에서는 주요 3개 지점 (용혈하류, 미호, 회룡) 자료를 활용하였다.

성능/효과

1) 용혈하류, 미호, 상월, 회룡 등 주요 4개 지점의 항공 라이다 DEM 분석 결과 만곡부에서는 사주가 확장되고, 직선부에서는 하중 사주가 형성, 성장하는 방식으로 하도의 지형학적 변화가 발생하였음을 확인하였다.
2) 4개 주요 지점의 단면에서 퇴적이 발생한 곳을 중심으로 1회 내지 2회의 퇴적을 거쳐 하상고가 0.6-1.4 m까지 상승한 반면, 국지적인 세굴이 발생한 용혈 하류 지점을 제외하면 시간에 따른 최심하상의 저하는 뚜렷하지 않은 것으로 나타났다.
3) 수문기상자료와 현장에서의 식생 모니터링 결과를 종합해 볼 때, 2014-2015년간 홍수가 약하게 발생하고 상대적으로 갈수기간이 지속되면서 식생이 크게 활착하였는데, 이로 인해 2016년의 홍수시 식생 사주에서의 퇴적이 유도되어 하도의 지형이 현재와 같은 모습으로 변화된 것으로 판단된다.
3 m를 넘는 깊이의 하상을 측량할 수 없다. 따라서 하도 내의 지형 측량은 수면 위에 노출된 사주 및 하중도에 국한되었고 수중 구간은 외삽을 통해 DEM에서 불규칙 삼각망 형태로만 표현되었다. 본 논문에서는 전체 라이다 자료 중에서 내성천 전체 구간 중에서 주요 4개 지점을 주변으로 약 500 - 1,000 m 길이 범위에 대해 내성천 하도를 중심으로 2012년과 2016년 DEM 자료를 추출하여 Surfer 8.
각 그림에는 단면 측량의 위치 (XS)가, 우측 하단에는 흐름의 방향 (flow)이 표시되어 있다. 전체적으로 보면 2016년의 내성천 하도는 2012년에 비해 저수로 수면이 감소하고 사주가 증가한 특성을 나타내고 있다. 만곡부 (용혈하류, 회룡)와 직선부 (미호, 상월)를 비교해 보면, 만곡부에서는 지형의 변화가 만곡사주의 크기의 증가로 나타난다.
다만, 하천공사 및 댐 방류로 인한 유사량의 증감 여부는 조사하지 않았으므로 계량적인 판단보다는 임의적 추정만 가능한 상황이다. 종합해 보면, 지난 4년간의 내성천에서의 하도 지형 변화에는 수문기상학적 요인이 주로 영향을 미쳤다고 판단할 수 있다. 아울러 하상의 교란으로 인해 2016년 홍수 시 유사량이 증가하였을 것으로 추정된다.
한편, 연구 기간 (2013 - 2016년)의 낙동강홍수통제소 수위 자료를 분석해 보면, 2013년의 연최저 수위에 비해 2016년의 연최저수위가 낮아진 것을 확인할 수 있다. 최저수위 하강 폭은 상류로부터 조제 지점에서는 0.13 m, 미호 0.4 m, 월포 0.55 m, 죽전 0.35 m, 향석 0.41 m 등으로 전반적으로 연최저수위가 낮아진 것이 확인된다. 다만, 수위 저하는 2016년 하반기부터 시작된 영주댐의 유량 조절을 포함한 자연적, 인위적인 수문학적인 변동이 반영된 것으로 하상저하의 직접적인 결과라고는 할 수 없다.

후속연구

보다 긴 기간으로 볼 때, 안정된 하중도가 증가하고 저수로가 좁아질 경우 유속의 집중이 심해지고 하상이 상대적으로 세굴되어 하폭수심비가 감소하거나 강턱침식이 발생할 수도 있다. 따라서 앞으로도 지속적인 하천 지형 모니터링을 통해 큰 홍수를 포함하는 다양한 상황에서 하천이 변화하는 과정을 관찰할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	내성천의 특징은?	내성천은 경북 북부 지역의 산지를 사행하며 흐르는 모래하천으로 산지와 어루어진 모래사주가 발달한 하천지형이 특징적이다. 회룡포, 무섬마을, 선몽대 등은 내성천의 대표적인 하천 경관이다.
	식생의 영향력은 무엇인가?	식생의 초기 활착 상태에서는 홍수가 발생할 경우 식생이 제거되거나 소멸하지만, 유량이 감소하거나 홍수가 늦어져서 성장한 식생을 제거하지 못하는 경우 식생이 유지된다. 식생은 하천의 지형형성 작용을 촉진하여 (Hickin 1984), 흐름 저항을 증가시키고 퇴적을 유도하여 하중도와 홍수터 발달에 영향을 미친다.
	자연적인 수문 특성은 인위적으로 변화하게 되어 하류 하천의 지형 및 경관도 변화는 무엇인가?	그 과정에서 자연적인 수문 특성은 인위적으로 변화하게 되어 하류 하천의 지형 및 경관도 변화하게 된다. 첨두홍수량의 감소는 하천의 지형학적 역동성을 감소시키며, 사주를 중심으로 식생 활착이 증가하고 수림화되어 점차 하폭이 감소하게 된다. 댐 건설 후의 하천변화에 관해서는 많은 연구가 수행된 바 있다(Williams and Wolman 1984, Gordon and Meentemeyer 2006, Park et al.

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