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문제 정의
- 본 연구에서는 하천의 본류와 수리적인 연결성이 존재하는 홍수터와 제방에 의해 연결성이 단절된 홍수터에서 지형 및 토양 환경요인과 식생 구조를 비교하고, 황적 연결성 존재 여부에 따른 식생 구조의 차이에 영향을 미치는 환경요인을 규명하고자 하였다.
제안 방법
- 중부지방에서는 청미천에서점동 (JD)과 월포 (WP) 조사지를 황구지천에서 송산 (SS)조사지를 섬강에서 간현 (GH) 조사지를 조사대상지로 선정하였다. 또한 남부지방에서는 만경강에서 석탄 (ST), 고막원천에서 석정 (SJ), 보성강에서 반구정 (BJ)을 조사지로선정하였다. 하천 본류와 수리적인 연결성이 존재하는 홍수터에서 조사지점의 공간적 범위는 단절된 홍수터의 조사범위와 비슷한 면적으로 설정하였다.
- 제방에 의해 본류와 수리적으로 연결성이 단절된 홍수터와 본류와 연결된 홍수터에서 각 홍수터 전체의 식생 구조를 조사하기 위하여, 각 조사지점에서 출현하는 식물 군집의 다양성과 공간의 규모에 따라 1-6개의 띠 조사구 (transect)를 설치하였다. 각 조사지점에서 띠 조사구는 단절된 홍수터에서는 홍수터의 습지 중심을 지나도록, 연결된 홍수터에서는 저수로를 횡단하여 홍수터 식생을 대표할 수 있는 곳에 설치하였다.
- 또한 식생과 환경요인 간의 관계를 파악하기 위하여, DCA 축과 환경요인간의 상관관계를 vegan 패키지의 ‘envfit’ 함수를 사용하여 분석하였다 (Oksanen et al., 2016).
- 식생 간의 관계를 파악하기 위하여 출현식물 종의 피도 자료를 이용하여 vegan 패키지 (Oksanen et al. 2016)의 ‘decorana’ 함수를 이용하여 탈경향대응분석 (detrended correspondence analysis, DCA)을 실시하였다.
- 주요인분석은 환경자료를 표준화한 후 vegan 패키지 (Oksanen et al., 2016)의 ‘rda’ 함수를 이용하여 실시하였다.
- 각 조사지점에서 지형의 표고를 조사하기 위하여 GPS 측량 장비 (ProMark 700 GNSS Receiver, Spectra Precision Division, USA)를 이용하여 측량하였다. 지형 표고는 식생의 종류가 바뀌는 경계 지점과 지형이 급격하게 변하는 지점마다 측량하였다.
- 지형 표고는 식생의 종류가 바뀌는 경계 지점과 지형이 급격하게 변하는 지점마다 측량하였다. 측량된 식생별 표고를 이용하여 평수위를 기준으로 각 식생이 분포하는 고도의 범위를 산출하였다.
- 채취한 토양은 실험실로 운반한 다음 2주간 음건시킨 후 눈목 크기 2 mm 체를 통과한 토양을 분석용 시료로 이용하였다. 토양 분석항목은 수분함량, 유기물함량, 전기전도도, pH 및 토성이었다. 토양의 수분함량은 토양시료 채취 후 생토양 무게와 105℃에서 48시간 동안 건조시킨 건조토양 무게의 차이인 가열감량법으로 측정하였다.
- 토양의 수분함량은 토양시료 채취 후 생토양 무게와 105℃에서 48시간 동안 건조시킨 건조토양 무게의 차이인 가열감량법으로 측정하였다. 토양의 유기물함량은 전기로 (Model 67100, Thermolyne, USA)에서 550℃로 4시간 태운 후 작열손실량(Loss of weight on ignition, LOI)으로 측정하였다 (Dean, 1974). 토양의 전기전도도와 pH는 음건토양:증류슈 = 1:5 (무게:부피)로 혼합하고 30분간 진탕한 후 여과지 (No.
- 토양의 유기물함량은 전기로 (Model 67100, Thermolyne, USA)에서 550℃로 4시간 태운 후 작열손실량(Loss of weight on ignition, LOI)으로 측정하였다 (Dean, 1974). 토양의 전기전도도와 pH는 음건토양:증류슈 = 1:5 (무게:부피)로 혼합하고 30분간 진탕한 후 여과지 (No. 2, Whatman, USA)로 여과한 용액을 전기전도도계 (Model 162, Orion, USA)와 pH 측정기 (Model 920A, Orion, USA)로 각각 측정하였다. 토성은 비중계법을 이용하여 모래, 미사 및 점토의 함량을 측정하였다 (Sheldrick and Wang, 1993).
- , 2016)의 ‘lme’ 함수를 사용하여 일원 분산분석 (one-way ANOVA)으로 분석하였다. 또한 환경요인에 따른 홍수터 사이의 관계를 파악하기 위하여 주요인분석 (principal components analysis, PCA)을 수행하였다. 주요인분석은 환경자료를 표준화한 후 vegan 패키지 (Oksanen et al.
- 구하도가 잔존하는 섬강, 청미천, 황구지천, 고막원천 및 보성강의 7개 조사지에서 제방에 의해 횡적 연결성이 단절된 제내지 홍수터와 하도와 수리적인 연결성이 존재하는 제외지 홍수터로 구분하여 토양 환경을 비교하였다. 단절된 홍수터와 연결된 홍수터에서 토양의 수분함량, 모래 함량 및 점토 함량에서는 유의한 차가 있었으나, 토양의 pH, 전기전도도, 유기물 함량 및 미사 함량에서는 유의한 차가 없었다 (Fig.
- 환경요인에 의한 조사지점 간의 관계를 파악하기 위하여 지형과 토양의 8가지 환경요인 자료를 이용하여 주요인분석 (PCA)을 수행하였다 (Fig. 5). 주요인분석에서 제1축과 제2축이 전체 변이의 각각 42%와 26%를 설명하였다.
- 하도와 단절된 제내지 홍수터와 연결된 제외지 홍수터에 설치한 방형구에서 측정한 식생 피도 자료를 이용하여 탈경향대응분석 (DCA)으로 두 홍수터의 식생 특성을 비교하였다 (Fig. 6). 탈경향대응분석의 제1축과 제2축이 전체 변이의 각각 32%와 26%를 설명하였다.
대상 데이터
- 하천의 횡적 연결성 훼손에 따른 홍수터의 환경과 식생을 비교하기 위한 연구 대상지는 한 조사지에서 제방에 의해 횡적 연결성이 단절된 홍수터와 하천 본류와 수리적인 연결성이 존재하는 홍수터가 서로 인접한 곳을 선정하였다. 단절된 홍수터의 경우, 과거에 홍수터 및 하도로써 기능을 수행했다는 것을 파악하기 위하여 국토지리정보원에서 제공하는 고지도 및 항공사진을 사용하였다 (Fig 2).
- 하천의 횡적 연결성 훼손에 따른 홍수터의 환경과 식생을 비교하기 위한 연구 대상지는 한 조사지에서 제방에 의해 횡적 연결성이 단절된 홍수터와 하천 본류와 수리적인 연결성이 존재하는 홍수터가 서로 인접한 곳을 선정하였다. 단절된 홍수터의 경우, 과거에 홍수터 및 하도로써 기능을 수행했다는 것을 파악하기 위하여 국토지리정보원에서 제공하는 고지도 및 항공사진을 사용하였다 (Fig 2). 또한 인간 교란의 영향을 최소화하기 위하여 조사지에 인접한 곳이 산지 또는 농경지인 곳을 연구 대상지로 선정하였다.
- 단절된 홍수터의 경우, 과거에 홍수터 및 하도로써 기능을 수행했다는 것을 파악하기 위하여 국토지리정보원에서 제공하는 고지도 및 항공사진을 사용하였다 (Fig 2). 또한 인간 교란의 영향을 최소화하기 위하여 조사지에 인접한 곳이 산지 또는 농경지인 곳을 연구 대상지로 선정하였다. 전국적으로 총 6개의 하천에서 7개의 조사지를 연구대상지로선정하였다 (Fig.
- 또한 인간 교란의 영향을 최소화하기 위하여 조사지에 인접한 곳이 산지 또는 농경지인 곳을 연구 대상지로 선정하였다. 전국적으로 총 6개의 하천에서 7개의 조사지를 연구대상지로선정하였다 (Fig. 3, Table 1). 중부지방에서는 청미천에서점동 (JD)과 월포 (WP) 조사지를 황구지천에서 송산 (SS)조사지를 섬강에서 간현 (GH) 조사지를 조사대상지로 선정하였다.
- 3, Table 1). 중부지방에서는 청미천에서점동 (JD)과 월포 (WP) 조사지를 황구지천에서 송산 (SS)조사지를 섬강에서 간현 (GH) 조사지를 조사대상지로 선정하였다. 또한 남부지방에서는 만경강에서 석탄 (ST), 고막원천에서 석정 (SJ), 보성강에서 반구정 (BJ)을 조사지로선정하였다.
- 하천 본류와 수리적인 연결성이 존재하는 홍수터에서 조사지점의 공간적 범위는 단절된 홍수터의 조사범위와 비슷한 면적으로 설정하였다. 선정된 조사지에서 지형 및 토양 환경과 식생 구조의 야외 조사는 2015년 7월부터 2016년 6월까지 실시하였다.
- 특히 간현 (GH)과 반구정 (BJ)의 단절된 홍수터는 산지와 맞닿아 있는 곳이 부분적으로 존재하였다. 선정된 조사지의 하상재료는 청미천, 황구지천은 모래, 섬강과 보성강은 자갈, 만경강과 고막원천은 진흙이었다 (Table 1).
- 한편 거석, 돌망태 등의 인공구조물로 이루어진 지형에서 출현하는 식생은 전형적인 홍수터 식생이 아니라고 판단을 하여 식생 조사는 수행하되 결과 분석에서 제외하였다. 설치된 띠 조사구를 따라 방형구를 설치하여 출현 종과 종별 피도를 조사하여, 총 7개의 조사지에서 221개의 방형구가 조사되었다. 방형구의 크기는 식생의 높이에 따라서 초본 군집에서는 2 m x 2 m, 관목 군집에서는 5 m x 5 m, 교목 군집에서는 10 m x 10 m로 하였다.
- 홍수터의 토양 특성을 파악하기 위하여 식생구조를 조사하면서 설치한 방형구에서 표토를 채취하였다. 표토는 낙엽층을 걷어내고 지표로부터 깊이 10 cm까지의 토양을 채취하였다.
- 홍수터의 토양 특성을 파악하기 위하여 식생구조를 조사하면서 설치한 방형구에서 표토를 채취하였다. 표토는 낙엽층을 걷어내고 지표로부터 깊이 10 cm까지의 토양을 채취하였다. 채취한 토양은 실험실로 운반한 다음 2주간 음건시킨 후 눈목 크기 2 mm 체를 통과한 토양을 분석용 시료로 이용하였다.
- 표토는 낙엽층을 걷어내고 지표로부터 깊이 10 cm까지의 토양을 채취하였다. 채취한 토양은 실험실로 운반한 다음 2주간 음건시킨 후 눈목 크기 2 mm 체를 통과한 토양을 분석용 시료로 이용하였다. 토양 분석항목은 수분함량, 유기물함량, 전기전도도, pH 및 토성이었다.
데이터처리
- 두 조사지점 간의 환경 차이는 nlme 패키지 (Pinheiro et al., 2016)의 ‘lme’ 함수를 사용하여 일원 분산분석 (one-way ANOVA)으로 분석하였다.
- 제방에 의해 본류와 수리적 연결성이 단절된 홍수터와 연결성이 존재하는 홍수터 사이에서 환경과 식생의 차이를 파악하기 위하여, 환경과 식생 자료를 이용하여 R 환경 (R Development Core Team, 2016)에서 통계분석을 수행하였다. 두 조사지점 간의 환경 차이는 nlme 패키지 (Pinheiro et al.
이론/모형
- 토양 분석항목은 수분함량, 유기물함량, 전기전도도, pH 및 토성이었다. 토양의 수분함량은 토양시료 채취 후 생토양 무게와 105℃에서 48시간 동안 건조시킨 건조토양 무게의 차이인 가열감량법으로 측정하였다. 토양의 유기물함량은 전기로 (Model 67100, Thermolyne, USA)에서 550℃로 4시간 태운 후 작열손실량(Loss of weight on ignition, LOI)으로 측정하였다 (Dean, 1974).
- 2, Whatman, USA)로 여과한 용액을 전기전도도계 (Model 162, Orion, USA)와 pH 측정기 (Model 920A, Orion, USA)로 각각 측정하였다. 토성은 비중계법을 이용하여 모래, 미사 및 점토의 함량을 측정하였다 (Sheldrick and Wang, 1993).
성능/효과
- 구하도가 잔존하는 섬강, 청미천, 황구지천, 고막원천 및 보성강의 7개 조사지에서 제방에 의해 횡적 연결성이 단절된 제내지 홍수터와 하도와 수리적인 연결성이 존재하는 제외지 홍수터로 구분하여 토양 환경을 비교하였다. 단절된 홍수터와 연결된 홍수터에서 토양의 수분함량, 모래 함량 및 점토 함량에서는 유의한 차가 있었으나, 토양의 pH, 전기전도도, 유기물 함량 및 미사 함량에서는 유의한 차가 없었다 (Fig. 4). 토양의 수분과 점토 함량은 단절된 홍수터에서 많았고 모래 함량은 연결된 홍수터에서 많았다.
- 환경요인에 의한 홍수터 배열에 영향을 미친 주요한 환경요인은 토양 수분 (SM) 함량, 토성, 식생의 분포고도 (DA) 등이었다 (Fig. 5). 1축의 좌측으로 갈수록 토양 수분, 미사 (Silt) 및 유기물 (OM) 함량이 많았고, 1축의 우측으로 갈수록 모래 (Sand) 함량과 식생의 분포고도가 증가하였다.
- 5). 1축의 좌측으로 갈수록 토양 수분, 미사 (Silt) 및 유기물 (OM) 함량이 많았고, 1축의 우측으로 갈수록 모래 (Sand) 함량과 식생의 분포고도가 증가하였다. 따라서 제방에 의하여 하도와 연결성이 단절된 홍수터의 환경은 연결된 홍수터에 비하여 대체로 토양의 수분과 유기물이 많았고 하상 입자가 가늘었다.
- 1축의 좌측으로 갈수록 토양 수분, 미사 (Silt) 및 유기물 (OM) 함량이 많았고, 1축의 우측으로 갈수록 모래 (Sand) 함량과 식생의 분포고도가 증가하였다. 따라서 제방에 의하여 하도와 연결성이 단절된 홍수터의 환경은 연결된 홍수터에 비하여 대체로 토양의 수분과 유기물이 많았고 하상 입자가 가늘었다. 일반적으로 연결성이 확보된 홍수터는 주기적인 범람에 의하여 영양물질이 공급되기 때문에 영양이 풍부한 환경으로 인식되어왔다 (Spink et al.
- , 1998). 그러나 본 연구에서 조사한 단절된 홍수터 토양이 연결된 홍수터보다 영양이 더 풍부하였다. 이러한 이유는 단절된 홍수터로유입되는 소유역에서 발생하는 오염물질이 이곳으로 부하되기 때문이라고 생각된다 (Correll et al.
- 또한 단절된 홍수터에서 이곳으로 유입되는 물이 정체되어 고운 입자의유사가 이곳에 퇴적이 되는 것으로 생각된다. 본 연구에서 하도와 연결된 홍수터에서는 하상의 입자 크기가 크고 영양분이 적으며 식생의 분포 고도가 높았다. 이처럼 횡적 연결성이 확보된 홍수터에서는 빈번한 침수와 지속적인 물 흐름에의하여 식생 정착이 어려우며 (Dawson, 1988), 침식에 의하여 하상이 굵어지고 이에 따라서 유기물과 수분 함량이 낮은 것으로 생각된다 (Bosatta and Ågren, 1997).
- 식생 자료를 이용하여 탈경향대응분석 (DCA)에서 환경요인의 영향을 살펴보면, 제1축과 관련된 주요한 환경요인으로는 토양의 수분 함량 (SM), 전기전도도 (EC), pH 및 식생의 분포고도 (DA)이었다. 또한 2축으로는 토성 (Clay, Silt, Sand)과 유기물 함량 (OM)이 크게 영향을 미쳤다 (Fig.
- 6a). 따라서 DCA의 결과, 오른쪽 위에 위치한 격리된 제내지 홍수터 식생은 토양의 입자가 가늘고 수분과 유기물이 많으며 pH이 낮으며 식생 분포 고도가 낮은 환경 특성을 보였다. 반면에 연결된 홍수터 식생은 이와는 반대되는 환경 특성을 보이고 있었다.
- 본 연구의 결과에 의하면, 하도와 연결된 홍수터에서는 지속적인 물 흐름에 의하여 단절된 홍수터에 비하여 하상 입자가 굵고 영양상태가 보다 낮게 유지되고 있었다. 또한 이곳은 홍수와 같은 흐름과 침수의 교란이 지속적으로 작용하여 식생 천이가 중단되거나 퇴행한다 (Merritt et al.
- 그러므로 단절된 옛 홍수터 중 보존 및 복원 가치가 높은 지역을 선정하여 우선적으로 관리 및 회복하는 것이 중요하다고 생각된다. 결론적으로 본 연구의 결과에 따르면 하천에서 물 흐름의 횡적 연결성의 차단되면 홍수터에 수리, 수문, 토양 환경이 변화하고 이에 따라서 식생의 구조와 분포에 변화가 나타났다. 이러한 연구결과는 향후 하천 횡적 연결성과 홍수터 복원 사업에 기초 자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
후속연구
- 그러므로 홍수터 본연의 구조와 기능을 회복하기 위해서는 하천의 횡적 연결성을 확보하는 것이 중요하다. 제방의 철거, 후퇴 및 제방고 낮춤, 수문의 철거 및 구조와 운영의 개선 등으로 수로와 홍수터의 연결성을 확보하고 제내지 옛 홍수터를 복원하는 방안을 모색하여야 할 것이다. 그러나 우리나라에서 제내지는 개발과 과밀한 토지점용으로 인하여 현실적으로 옛 홍수터를 복원할 공간을 확보하기 어려운 실정이다.
- 결론적으로 본 연구의 결과에 따르면 하천에서 물 흐름의 횡적 연결성의 차단되면 홍수터에 수리, 수문, 토양 환경이 변화하고 이에 따라서 식생의 구조와 분포에 변화가 나타났다. 이러한 연구결과는 향후 하천 횡적 연결성과 홍수터 복원 사업에 기초 자료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
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