[논문]내성천의 수문, 하도 형태, 경관 및 식생 특성에 관한 장기모니터링 자료 (I)

이찬주; 김동구; 지운; 김지성

doi:10.17820/eri.2019.6.1.023

초록
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내성천은 경북 북부지역을 흐르는 모래하천으로 계절적 변동이 큰 수문학적 특성에 반응하여 발달하는 모래 하상의 역동성과 이른바 '화이트 리버'라고 하는 경관상 고유성으로 대표되는 하천이다. 하지만 2010년부터 영주댐이 건설되기 시작하고 2015년 전후로 식생이 광범위하게 활착하는 등 하천 변화가 발생하였다. 본 논문의 목적은 하천 변화의 원인이 될 수 있는 기후, 수문, 수질의 변화를 분석하고, 이에 따른 하천 변화의 가능성을 검토하기 위함이다. 분석 결과, 2015년에 1982년 다음으로 적은 강우량이 발생하였으며 이로 인해 여름철 첨두유량은 50년래 최저를 기록하였다. 내성천의 유사량 특성은 상하류가 크게 다르지 않았으나, 댐 건설과 무관하게 내성천의 연 최저수위가 지속적으로 감소하고 있었음을 확인하였다. 이는 간헐적 가뭄과 수질의 변화가 하천식생의 활착에 유리하게 작용하고, 이에 따른 물리적 변화가 하도 및 식생 활착에 영향을 준 것으로 추정된다. 그러므로 하천 변화의 원인 분석을 위해서는 하천 식생 변화와 연계한 다각적인 모니터링이 필요함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Naeseong Stream is a sand-bed river that flows through the northern area of Gyeongbuk province. It is characterized by dynamic sandy bedforms developed in response to the seasonal hydrological fluctuation and by its unique riverine landscape called "white river." However, changes including construct...

Naeseong Stream is a sand-bed river that flows through the northern area of Gyeongbuk province. It is characterized by dynamic sandy bedforms developed in response to the seasonal hydrological fluctuation and by its unique riverine landscape called "white river." However, changes including construction of Yeongju Dam from 2010 and the extensive vegetation establishment around 2015 occurred along the Naeseong Stream. This paper aims to analyze climate, hydrology, and water quality as factors and to examine the possibility of channel changes accordingly. The second least precipitation during the last 60 years happened in 2015, which led to the lowest peak discharge in 50 years. The sediment characteristics of Naeseong Stream were not significantly different along the upstream and downstream reaches, but it was confirmed that annual minimum water level of the stream decreased continuously regardless of the dam construction. This suggests that intermittent drought and change in water quality are likely to provide favorable conditions for riparian vegetation establishment and the resulting physical changes have affected riverbed degradation. Therefore, it is necessary to conduct diversified monitoring in connection with river vegetation change in order to analyze the causes of river changes.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Watershed and study reach of the Naeseong Stream.
표 Table 1. List of weather and rain observation stations. Abbreviations of KMA, NRFCO, KWT and KRCC indicate Korea Meteorological Agency, The Nakdong River Flood Control Office, K-water and Korea Rural Community Corporation, respectively
그림 Fig. 2. Mean air temperature of April to June and annual precipitation at Yeongju weather station. Thick blue line and thick dashed line indicates 3-year moving average of temperature and precipitation, respectively. (Data source: www.weather.go.kr).
그림 Fig. 3. Daily water level at Yecheongun (Gopyeonggyo) station during 1969 to 2018 with discharge measurements of 1982 to 2016. (Data source: www.wamis.go.kr, www.hrfco.go.kr).
표 Table 2. List of hydrological gauging stations. Abbreviations of NRFCO, KWT and KICT represent The Nakdong River Flood Control Office, K-water and Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (this study), respectively
그림 Fig. 4. Water level record at Sangwol gauging stations during 2010 to 2018.
표 Table 3. Comparison of calculated flood discharges
그림 Fig. 5. Water level record at the Yonghyeol gauging station during 2013 to 2018 and its discharge measurements.
그림 Fig. 6. Relationship of flow discharge and suspended sediment discharge for several gauging stations along the Naeseong stream. HS: Yecheongun (Hoiryonggyo), WP: Yechoengun (Gopyeong), SRW: Songriwon, SPG: Seokpogyo, MR: Mirim. (Data source: www.hrfco.go.kr).
표 Table 4. 10-minute peak water level and discharge at the Yonghyeol and Mirim stations
표 Table 5. List of water quality observation points. Abbreviations of DEO, NRWEI and GBP represent Daegu Environmental Office, Nakdong River Water Environment Institute and Gyeongsanbuk Provionce, respectively
그림 Fig. 7. Temporal change of six water quality indicators in Naeseong stream during 1989 to 2018. Abbreviation of 1GP to SC corresponds to observation points in Table 5. (Data source: http://water.nier.go.kr).

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 내성천 변화의 원인을 분석하기 위하여 기초 조사로 기후, 수문, 수질 모니터링 결과를 제시 하였다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다.
본 연구는 내성천의 변화에 관여하는 수문, 하도 형태, 식생 등 다양한 요인들과 그것들의 상호작용을 이해하기 위해 장기적인 관점에서 모니터링을 수행하고자 의도되었다. 아울러 댐이라는 수공구조물의 건설이 하천 변화에 미치는 영향도 함께 추적하며 조사하는 것이 포함된다.
장기 조사가 시작된 2012년은 영주댐이 건설 중인 기간이었으며, 2016년 이후의 자료는 댐의 완공과 담수 이후의 자료가 포함된다. 이 논문은 장기 조사의 중간 단계인 현 시점에서 내성천에서 수집된 자료를 수문, 수질, 하도 형태, 그리고 하천 지형과 식생 등 의 분야별로 제시하고 지난 6년 (2013년~2018년)여 동안 내성천 하도에 나타난 변화의 주요한 특징을 분석하 는데 그 목적이 있다. 분야별 조사 범위와 분석이 방대 하여 내성천 변화 모니터링 및 분석 결과를 기초자료 부분 (I)과 현장조사 부분 (II)으로 구분하였다.

제안 방법

변경된 지점은 접근 가능한 교량이없는 관계로 홍수시 직접 유량 측정이 곤란하다. 따라서 2016년 홍수시 유량은 서천 합류점 하류의 무섬교에서 측정한 유량에서 서천 하구 부근의 섬잠교에서 측정한 유량을 뺀 값으로 추정하였다.
이 논문은 장기 조사의 중간 단계인 현 시점에서 내성천에서 수집된 자료를 수문, 수질, 하도 형태, 그리고 하천 지형과 식생 등 의 분야별로 제시하고 지난 6년 (2013년~2018년)여 동안 내성천 하도에 나타난 변화의 주요한 특징을 분석하 는데 그 목적이 있다. 분야별 조사 범위와 분석이 방대 하여 내성천 변화 모니터링 및 분석 결과를 기초자료 부분 (I)과 현장조사 부분 (II)으로 구분하였다.
예천군 (고평교) 관측소의 수위 기록과 수문조사연 보와 하천기본계획 자료 등에 수록된 수위-유량 관계식을 적용하여 일유량 (또는 24시간 평균)과 시유량으로 첨두유량을 계산하여 Gringorten 방법과 Weibull 방법 (Shaw 1994)으로 빈도분석을 실시하고 기존 하천기본계획 등에서 계산한 기본홍수량 값과 비교하였다 (Table 3 참조). 첨두유량 자료로 계산한 방법과 하천기 본계획의 방법은 자료 및 계산 과정 자체가 다르므로 직접적인 비교는 할 수 없지만 참고를 위해 제시하였다.
이를 위해 본 연구에서는 서천 합류점 상류에 있는 용혈 지점에 수위계를 설치하여 2013 년부터 계속해서 수위를 관측하고 있으며, 저수위부터 홍수위까지 유량 측정을 실시한 후 수위-유량 관계를 수립하여 연속 유량을 산정해 왔다. 유량 측정은 댐 직하류, 미림, 용혈 지점 등에서 31회 실시하였으며, 측정한 유량 범위는 0.9 - 183.1 m ^{3 /}s이다. 2015년까지는 댐직하류 미림 지점을 중심으로 유량 측정을 실시하였으나 미림교 - 서천 합류점 구간의 공사로 인해 용혈 지점으로 변경하였다.
내성천에서 영주댐 하류 5 km 이내에 주요 지류인 서천이 유입하므로 영주댐의 조절로 인한 하류의 수문 학적인 변화를 파악하기 위해서는 댐 직하류에 수문 모니터링이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 서천 합류점 상류에 있는 용혈 지점에 수위계를 설치하여 2013 년부터 계속해서 수위를 관측하고 있으며, 저수위부터 홍수위까지 유량 측정을 실시한 후 수위-유량 관계를 수립하여 연속 유량을 산정해 왔다. 유량 측정은 댐 직하류, 미림, 용혈 지점 등에서 31회 실시하였으며, 측정한 유량 범위는 0.
예천군 (고평교) 관측소의 수위 기록과 수문조사연 보와 하천기본계획 자료 등에 수록된 수위-유량 관계식을 적용하여 일유량 (또는 24시간 평균)과 시유량으로 첨두유량을 계산하여 Gringorten 방법과 Weibull 방법 (Shaw 1994)으로 빈도분석을 실시하고 기존 하천기본계획 등에서 계산한 기본홍수량 값과 비교하였다 (Table 3 참조). 첨두유량 자료로 계산한 방법과 하천기 본계획의 방법은 자료 및 계산 과정 자체가 다르므로 직접적인 비교는 할 수 없지만 참고를 위해 제시하였다. 이 연구 자료로 분석하면 하도형성 유량으로 주로 사용 되는 2년 빈도유량은 일유량 기준 약 690 m 3 /s이며, 시유량 기준 약 1,050 m 3 /s이다.

대상 데이터

5 m 부근에 도달하였다. 그러므로 최저수위만을 보면 지난 49년간 약2.5 m 하강하였다.
내성천 유역의 하천수 수질은 환경부, 경상북도 등에서 측정하며 총 지점 수는 본류 5개, 지류 8개 (토일천 1, 서천 2, 옥계천 1, 석관천 1, 한천 1, 금천 2개) 등 13개이다. 본 연구에서는 본류의 5개 지점과 영주댐 합류 직후의 영향을 파악하기 위한 서천 1개 지점 등 6개 지점의 자료를 수집하고 분석하였다 (Table 5 참조).
기종은 수위와 수온을 동시에 측정할 수 있는 압력식 수위계 (모델명:Orpheus Mini, 정밀도 1 mm)이며, 수위 자료 이중화를 위해 일부 지점에 기포식 수위계 (모델명: Nimbus)를 병행하여 운영하고 있다. 본 연구에서는 매년 4 - 6회 현장에 방문하여 자료를 수집하고 있다.
내성천 유역의 하천수 수질은 환경부, 경상북도 등에서 측정하며 총 지점 수는 본류 5개, 지류 8개 (토일천 1, 서천 2, 옥계천 1, 석관천 1, 한천 1, 금천 2개) 등 13개이다. 본 연구에서는 본류의 5개 지점과 영주댐 합류 직후의 영향을 파악하기 위한 서천 1개 지점 등 6개 지점의 자료를 수집하고 분석하였다 (Table 5 참조). 그 중에 성저교와 석탑교 지점은 수질총량 지점으로서 연간 약 50회, 나머지 4개 지점에서는 월 1회 측정이 이루어지고 있다.
주요 지류는 상류로 부터 낙화암천, 토일천, 영주서천, 옥계천, 석관천, 한천, 금천 등이다. 본 연구의 구간은 영주댐으로부터 낙동강 합류점까지 약 57 km이다 (Fig. 1 참조).
본 연구의 대상인 내성천은 낙동강의 제1지류 하천으로 경북 봉화군 물야면 오전리에서 발원하여 경북 예천군 용궁면 향석리에서 낙동강에 합류한다. 법정 유로 연장은 108.
내성천의 유사량 조사는 환경부 (한국수자원조사기술원), 한국수자원공사, 한국건설기술연구원 등에 의해 이루어졌다. 조사는 송리원 (1992년, 12회), 석포교 (1992년, 11회), 예천군 (고평교)(2002 - 2003년, 19회), 예천군 (회룡교)(2010 - 2016년, 97회), 미림 (2013 -2016년, 7회) 등에서 실시되었다. 이 중에 가장 지속적으로 조사가 이루어지는 곳은 예천군 (회룡교) 지점이다.

성능/효과

미림 지점에 나타난 특성을 중심으로 영주댐 담수 시점을 전후한 변화만을 살펴보면, 고형부유물, 전기전도도, 총인, DO 등과의 관계는 뚜렷하지 않으며, 총질소의 경우 2016년부터, BOD의 경우 2015년부터 증가하는 경향이 나타났다. 그 중에 가장 뚜렷한 것은 BOD의급격한 증가로 2017 - 2018년의 BOD값은 관측 이래로 미림에서 볼 수 없었던 수치이다.
2010년 이후를 보면 서천 합류부 상류에 위치한 미림 (4MR)에서 전기전도도는 200 μS/cm 안팎의 값을 나타내다가 서천 합류 후 우래 (5WR)에서 가장 높은 수치를 나타내며, 하류로 가면서 전기전도도가 낮아지고 있다. 총질소의 경우 1990년대 후반 이후 절대값은 낮아지는 추세이며, 전기전도도와 마찬가지로 미림에서 가장 낮고 서천의 높은 농도가 서천 합류부 하류 구간에 영향을 미치는 특성이 나타났다. 총인의 경우에도 전반적인 추세는감소 경향이며 서천의 경우 2010년 이전에는 서천에서 유입된 고농도의 영향이 반영되었으나 2010년 이후로는 서천의 현저한 농도 감소로 모든 지점들이 유사한 수치를 보이고 있다.

후속연구

본 논문과 이어지는 현장 조사 (II) 편은 지난 6년 (2013년 - 2018년)여 동안 지형, 식생 등의 현장 모니터링 결과를 제시함으로써, 유수-물질-식생-지형 사이의 역동적인 상호작용과 댐으로 인한 하천 변화의 영향을 분석한 것이다. 이러한 장기 모니터링 연구는 하천 변화의 원인 규명뿐만 아니라지속 가능한 하천관리 방향 설정에 크게 기여할 것으로 기대된다.
40년 이상 장기간의 수위 자료를 보유하고 있는 곳은 내성천 본류는 송리원 (철거됨), 예천군 (고평교), 예천군 (신음리) 관측소 등이며, 지류 중에는 한천의 예천군 (예천교), 금천의 예천군 (산양교) 관측소 등이다. 장기 자료 중 신뢰성이 높다고 판단되어 본 연구에서 대표적으로 사용한 지점은 예천군 (고평교) 관측소이며, 다른 지점의 경우 활용시 자료의 품질에 대한 검토가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	내성천은 무엇인가?	내성천은 경북 북부지역을 흐르는 모래하천으로 계절적 변동이 큰 수문학적 특성에 반응하여 발달하는 모래 하상의 역동성과 이른바 '화이트 리버'라고 하는 경관상 고유성으로 대표되는 하천이다. 하지만 2010년부터 영주댐이 건설되기 시작하고 2015년 전후로 식생이 광범위하게 활착하는 등 하천 변화가 발생하였다.
	식생 활착과 하도의 역동성 감소의 원인은 무엇인가?	식생 활착과 하도의 역동성 감소는 직접적으로는 유량과 유사량 감소에 기인하므로 댐 건설 외에도 기후 변화나 골재 채취, 호안 공사, 유역의 산림조성 등이 원인이 되어 나타날 수 있다 (Warner 2000, Liebault and Piegay 2003, Rinaldi 2003). 이런 측면에서 우리나라에서 1960년대까지 많았던 민둥산이 1970년대 이후 성공적인 산림조성에 따라 감소한 것이 유사량 감소에 일조했을 것으로 추정된다.
	하천 식생 변화와 연계한 다각적인 모니터링이 필요한 이유는 무엇인가?	내성천의 유사량 특성은 상하류가 크게 다르지 않았으나, 댐 건설과 무관하게 내성천의 연 최저수위가 지속적으로 감소하고 있었음을 확인하였다. 이는 간헐적 가뭄과 수질의 변화가 하천식생의 활착에 유리하게 작용하고, 이에 따른 물리적 변화가 하도 및 식생 활착에 영향을 준 것으로 추정된다. 그러므로 하천 변화의 원인 분석을 위해서는 하천 식생 변화와 연계한 다각적인 모니터링이 필요함을 확인하였다.

참고문헌 (21)

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Johnson, W.C. 1994. Woodland expansion in the Platte River, Nebraska: Patterns and causes, Ecological Monographs 64(1): 45-84.

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Kondolf, G.M. 1997. Hungry Water: Effects of Dams and Gravel Mining on River Channels, Environmental Management 21(4): 533-551.

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Lee, C., Kim, J.S., Kim, K.H. and Shin, H.S. 2015. Analysis on fluvial geomorphological characteristics based on past and present data for river restoration: An application to the Miho River and the Naesung River. Journal of Korea Water Resources Association 48: 169-183 (in Korean).

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Liebault, F. and Piegay, H. 2001. Assessment of channel changes due to long-term bedload supply decrease, Roubion River, France, Geomorphology 36: 167-186.

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MLIT (Busan National Land Management Agency of Ministry of Land, Infrastructure and Transportation). 2013. River Basic Plan (revised) for the Downstream of Naeseong stream (National river)
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Rinaldi, M. 2003. Recent channel adjustments in alluvial rivers of Tuscany, central Italy, Earth Surface Processes and Landforms 28(6): 587-608.

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Shaw, E.M. 1994. Hydrology in Practice 3rd Ed., International Thomson Publishing Asia.
Warner, R.F. 2000. Gross channel changes along the Durance River, Souther France, over the last 100 years using cartographic data, Regulated Rivers: Research and management 16: 141-157.

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Williams, G.P. and Wolman, M.G. 1984. Downstream Effects of Dams on Alluvial Channels. USGS Professional Paper 1286, Department of the Interior, USA.
Woo, H.S. 2008. White river? Green river?, Water and Future 41(12): 38-47. (in Korean)
Korea Meteorological Agency. http://www.weather.go.kr (in Korean).
The Han River Flood Control Office. http://www.hrfco.go.kr (in Korean).
The Nakdong River Flood Control Office. http://www.nakdongriver.go.kr (in Korean).
Water Environment Information System. http://water.nier.go.kr (in Korean).
Water Resources Management Information System. http://www.wamis.go.kr (in Korean).

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