[논문]금강유역 대형댐 하류 하도지형 경년변화 및 하상재료 종적변이 연구

옥기영; 최미경; 박형근

doi:10.17820/eri.2019.6.4.287

금강유역 대형댐 하류 하도지형 경년변화 및 하상재료 종적변이 연구
Temporal Adjustment of Channel Geometry and Spatial Changes in Riverbed Materials along the Downstream Channels of Large Dams in the Geum River basin 원문보기

Ecology and resilient infrastructure, v.6 no.4, 2019년, pp.287 - 294

옥기영 (국립생태원 생태평가연구실) , 최미경 (충남대학교 국제수자원연구소) , 박형근 (국립생태원 생태평가연구실)

초록
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대형댐 하류의 수용생태계에서는 상류로부터 공급되는 유기물과 토사 이동의 양적 단절과 질적 변환에 따라 서식처의 물리화학적 교란이 발생하게 된다. 본 연구는 금강 중상류역을 대상으로 대형댐에 의한 하상재료와 토양의 종적변화, 그리고 대형댐 건설 이후 하류 하천의 하도지형 변화를 정량적으로 파악하였다. 댐 상·하류 하상재료 입도분석 결과, 용담댐 구간은 상·하류 모두 호박돌, 굵은자갈로 조립화되어 있었으며, 대청댐 구간은 댐하류에서 중간입경이 가는자갈로 급격히 감소하고 모래비율이 급격히 증가하였다. 토양유기물은 두 개의 댐 모두 하류에서 뚜렷하게 증가하였다. 고지도와 항공사진을 이용하여 대청댐 하류의 하도지형을 분석한 결과, 사주면적의 감소와 사주 내 식생비율의 급격한 증가, 사행도와 저수로폭의 감소 경향을 정량적으로 파악할 수 있었다. 이러한 결과들은 댐 건설에 따른 서식처 변화의 인과관계를 파악하여 댐 하류 조절하천의 자연성을 회복하기 위한 복원관리 방안을 도출하는데 적용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated longitudinal changes in riverbed materials properties and temporal alteration of river channel geomorphology in the Geum River basin, where two multipurpose dams(Yongdam Dam and Daecheong Dam) were built in upstream area. We carried out grain size distribution analyses and measured soil organic matter contents of riverbed materials taken at the upper and lower sites of the two large dams. We also estimated the channel width, bar area and vegetation encroachment using the oldest map and aerial photographs taken before and after the construction of the dams. The results can contribute to increasing understandings of dam induced habitat alteration in river ecosystem.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Study area map for longitudinal changes in riverbed material characteristics (a) and temporal changes in river channel geomorphology (b) in the Geum River basin, Korea.
그림 Fig. 2. Grid sampling (50 x 50 cm) for collecting riverbed materials in the study sites.
그림 Fig. 3. Old map of Year 1910 (a) and aerial photographs taken in 1960 (b), 2008 (c), 2016 (d) for analyzing temporal changes in channel geomorphology below Daecheong Dam in the Geum River, Korea.
그림 Fig. 4. Grain size distribution curves of riverbed materials in the sections of Yongdam Dam and Daecheong Dam.
그림 Fig. 5. Longitudinal changes in soil organic matter contents of riverbed materials.
그림 Fig. 6. Temporal changes in the distribution of bare- and vegetated bars in the downstream channels of Daecheong Dam.
그림 Fig. 7. Spatiotemporal changes in total bar area (a), ratio of vegetated bar to total bar area low, sinuosity (c), and channel width (b) in the downstream channels of Daecheong Dam.

AI 본문요약
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문제 정의

그렇지만, 상류에 두 개의 대형댐과 중류에 3개의 대형보, 그리고 하류의 하구둑이 연속적으로 건설되어 상류 대형댐-닫힌하구 특성을 갖는 금강 대하천 유역을 대상으로 하도지형의 변화와 물질이동의 단절성을 조사한 연구는 상대적으로 부족하다. 따라서, 본 연구는 금강 중상류역을 대상으로 용담댐과 대청 댐의 상･하류의 하상재료 입도분포와 토양 유기물 함량을 분석하여, 대형댐에 의한 하상재료와 토양의 종적변화를 파악하고자 하였다. 그리고, 대청댐 하류 역의 고지도와 항공사진을 이용하여 하도의 선형과 사주형태를 공간분석하여, 대형댐 건설 이후 하류 하천의 하도지형 변화를 연도별로 추적하였다.

제안 방법

각 조사지점에서 식생이 활착되지 않은 이동상 하상지점을 선정하여 격자틀 (50 × 50 cm)을 고정한 뒤 바닥에서 약 20 cm 정도 깊이까지 포함된 모든 재료를 채취하였다 (Ock and Lee 2012) (Fig. 2).
따라서, 본 연구는 금강 중상류역을 대상으로 용담댐과 대청 댐의 상･하류의 하상재료 입도분포와 토양 유기물 함량을 분석하여, 대형댐에 의한 하상재료와 토양의 종적변화를 파악하고자 하였다. 그리고, 대청댐 하류 역의 고지도와 항공사진을 이용하여 하도의 선형과 사주형태를 공간분석하여, 대형댐 건설 이후 하류 하천의 하도지형 변화를 연도별로 추적하였다. 이러한 연구를 통하여 댐 건설에 따른 서식처 변화의 인과관계를 파악하고 이를 기반으로 댐하류 조절하천의 자연성 회복을 위한 방안을 도출하는데 적용할 수 있을 것이다 (Ock et al.
본 연구의 조사구간은 금강의 중상류역을 대상으로 조사항목에 따라 구분하였다. 대형댐 상･하류 하상재료 특성의 종적변화 연구를 위해서 금강 중상류에 위치한 두 개의 대형댐을 기준으로 용담댐 구간과 대청댐 구간으로 구분하였다. 현장조사를 위한 조사 지점은 각 조사구간에서 댐 상류와 댐 하류를 구분하여 각 2개 지점씩 총 8개의 조사지점을 선정하였다 (Fig.
유역 내에서 생태계 간의 물질이동에 가장 큰 영향을 미치는 환경 요인은 강과 하천을 가로막고 있는 댐이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 금강 중상류에 위치한 두 개의 대형댐에 의한 유역의 하상재료 변화와 하도 지형 변화를 분석하였다. 댐 상･하류에서 수행한 입도분석 결과, 용담댐의 경우 상･하류 모두 호박돌, 굵은자갈로 조립화 되었으나 하류로 갈수록 중간입경의 크기가 작아졌다.
본 연구의 조사구간은 금강의 중상류역을 대상으로 조사항목에 따라 구분하였다. 대형댐 상･하류 하상재료 특성의 종적변화 연구를 위해서 금강 중상류에 위치한 두 개의 대형댐을 기준으로 용담댐 구간과 대청댐 구간으로 구분하였다.
하도내 공간은 제외지 구간의 저수로와 범람원을 추출하여 사주면적, 사주내 식생비율, 사행도, 저수로폭을 측정하였다. 사주내 식생비율은 영상에서 사주를 추출한 후, 나지부 면적과 식생 피복 면적을 구분하여 그 비율을 계산하였다.
하도의 사행도는 구간의 직선길이와 유심선의 비로 계산하였으며, 저수로폭은 구간을 500 m 간격으로 세분하여 저수로의 하폭을 측정하여 구간별 평균값을 계산하였다. 하도내 공간은 제외지 구간의 저수로와 범람원을 추출하여 사주면적, 사주내 식생비율, 사행도, 저수로폭을 측정하였다. 사주내 식생비율은 영상에서 사주를 추출한 후, 나지부 면적과 식생 피복 면적을 구분하여 그 비율을 계산하였다.
금강 중상류에서 가용할 수 있는 가장 오래된 공간 자료는 국토지리정보원에서 제공하는 1910년대 고지도로서 대청댐 건설 전 약 70년 전의 공간정보를 보여준다. 해당 구간의 항공사진은 대청댐 건설 20년 전에 해당하는 1960년, 댐 완공 30년 후 2008년, 그리고 최근 2016년 영상을 사용하여 대청댐 건설 전･ 후 약 100여년간의 하도지형 변화를 조사하였다. 해당 고지도와 항공사진은 지형도를 기준으로 정사보정 하였으며 분석작업은 AcrGIS (ver 10.

대상 데이터

1a). 구체적인 지점의 선정은 지천 효과를 배제하기 위하여 주로 지천 유입점 이전으로 한정하였다. 용담댐 구간은 댐상류의 YU1 (뜬봉샘)와 YU2 (가막), 댐하류의 YD1 (직하류)과 YD2 (상굴교) 정점을, 대청댐 구간은 댐상류의 DU1 (이원)과 DU2 (옥천), 댐하류의 DD1 (직하류)과 DD2 (조정지댐 직하류) 정점을 포함된다.
하도지형 경년변화 연구를 위해서는 고지도와 댐 건설 전 항공사진의 가용 자료가 존재하는 대청댐 하류에서 세종보 직상류 인근 금남교까지 약 30 km 구간을 대상으로 지천 합류점을 기준으로 3개의 조사 구간을 선정하였다 (Fig. 1b). DD-A 구간은 대청댐에서 갑천 합류점까지 약 5.
대형댐 상･하류 하상재료 특성의 종적변화 연구를 위해서 금강 중상류에 위치한 두 개의 대형댐을 기준으로 용담댐 구간과 대청댐 구간으로 구분하였다. 현장조사를 위한 조사 지점은 각 조사구간에서 댐 상류와 댐 하류를 구분하여 각 2개 지점씩 총 8개의 조사지점을 선정하였다 (Fig. 1a). 구체적인 지점의 선정은 지천 효과를 배제하기 위하여 주로 지천 유입점 이전으로 한정하였다.

데이터처리

3). 하도의 사행도는 구간의 직선길이와 유심선의 비로 계산하였으며, 저수로폭은 구간을 500 m 간격으로 세분하여 저수로의 하폭을 측정하여 구간별 평균값을 계산하였다. 하도내 공간은 제외지 구간의 저수로와 범람원을 추출하여 사주면적, 사주내 식생비율, 사행도, 저수로폭을 측정하였다.

이론/모형

4). 유기물함량은 체분석으로 모래 이하의 시료를 대상으로 토양수분을 제거후 (80℃ 48시간) 작열감량법(550℃ 4시간)으로 AFDW (Ash free dry weight)를 계산하였다 (Heiri et al. 2001).
유기물 함량이 높은 미립질 시료는 미생물 분해를 방지하기 위해 실험실까지 저온 냉장하여 이동하였다. 입도분석은 모래크기 이상의 재료는 체분석법으로, 실트 크기 이하의 재료는 침강법을 수행한 후 입경가적곡선을 작성하였다 (Fig. 4). 유기물함량은 체분석으로 모래 이하의 시료를 대상으로 토양수분을 제거후 (80℃ 48시간) 작열감량법(550℃ 4시간)으로 AFDW (Ash free dry weight)를 계산하였다 (Heiri et al.
해당 구간의 항공사진은 대청댐 건설 20년 전에 해당하는 1960년, 댐 완공 30년 후 2008년, 그리고 최근 2016년 영상을 사용하여 대청댐 건설 전･ 후 약 100여년간의 하도지형 변화를 조사하였다. 해당 고지도와 항공사진은 지형도를 기준으로 정사보정 하였으며 분석작업은 AcrGIS (ver 10.1)를 이용하였다 (Fig. 3). 하도의 사행도는 구간의 직선길이와 유심선의 비로 계산하였으며, 저수로폭은 구간을 500 m 간격으로 세분하여 저수로의 하폭을 측정하여 구간별 평균값을 계산하였다.

성능/효과

이러한 결과는 댐하류 수용생태계의 서식처 특성은 상류댐에서 공급되는 미립질의 토사와 유기물 영향을 영향을 직접적으로 받고 있다는 것을 보여주는 것이다. 고지도와 항공사진을 이용한 댐 건설 전･후의 경년변화를 분석한 결과, 하도 내 사주면적은 대청댐 건설 전에 비해 86% 이상 뚜렷한 감소를 보였다. 이에 반해 사주 내 식생비율은 80% 이상 증가하였다.
대청댐 하류를 대상으로 100여년간의 하도지형 변화를 분석한 결과, 댐 건설전인 1910년대와 1960년대 하도 내에 발달했던 사주 지형이, 댐 건설 후 2008년과 2016년에는 양적으로 그리고 질적으로 뚜렷하게 변화하였다 (Fig. 6). DD-A 구간은 총 사주면적이 무려 93% 감소하였다 (1960년 0.
7c). 이 가운데 DD-B와 DD-C구간은 댐 건설 이후 사주 발달 저하로 사주 면적이 줄어들면서 사행도가 다소 감소하였다. 저수로폭 분석결과에 따르면 (Fig.
그러나 대청댐의 경우, 상류에 비해 하류에서 중간입경이 가는자갈로 작아졌으며, 모래비율이 급증하였다. 토양유기물은 두 개댐 모두 하류에서 뚜렷한 증가를 보였으며 특히 대청댐 하류에서 최대값을 보였다. 이러한 결과는 댐하류 수용생태계의 서식처 특성은 상류댐에서 공급되는 미립질의 토사와 유기물 영향을 영향을 직접적으로 받고 있다는 것을 보여주는 것이다.
특히, 대청댐 직하류 (DD1)에서는 모래함량이 30% 비율까지 증가하였으며, 하류 DD2 지점에서는 미립자인 실트가 15% 이상 차지하는 등 댐하류 하상재료의 입자크기가 급격하게 감소하였다. 하상재료의 토양유기물 함량을 분석한 결과, 발원지인 YU1에서는 산림토양 (- 5%) 특성을 보였으며, 용담댐과 대청댐의 하류 (YD1, DD1)에서는 댐상류에 비해 유기물 함량이 증가하였다. 특히 대청댐 직하류 (DD1)에서는 댐 저수지에서 방류하는 유기물과 하류 조정지댐의 영향으로 최대값 (> 17%)을 나타내었다 (Fig.

후속연구

댐과 같은 구조물은 유사의 흐름을 막아 하류 유사량을 감소시키고, 홍수 규모 및 빈도 저감에 따른 유량 안정화로 유사의 이송능력이 감소시켜 식생 활착의 기회를 증대시킨다. 본 연구결과는 수리구조물에 따른 하천 지형 변화를 정량적으로 제시하고 있으며, 이후 대청댐의 실 퇴사량을 조사하고 댐 하류역의 유사량 자료를 분석하여 인과관계를 해석하는 후속연구가 요구된다.
국내 대하천 유역에서도 상류의 보에서 발생한 조류 대발생 물질의 방류에 따른 하천생태계 변화, 하구둑 재개방에 따른 기수생태계 변화 등에 대한 사회적 관심이 증가하면서, 댐 하류 생태계의 지속가능한 관리를 위해서 상류에서 공급되는 물질의 양과 질에 대한 과학적 정보와 그 영향에 대한 연구 필요가 지속적으로 제기되고 있다. 본 연구는 댐 건설에 따른 서식처 변화를 정량적으로 분석하고 인과관계를 추정하여 조절하천에서 자연성 회복을 위한 복원관리 방안을 도출하는데 적용될 수 있을 것이다.
그리고, 대청댐 하류 역의 고지도와 항공사진을 이용하여 하도의 선형과 사주형태를 공간분석하여, 대형댐 건설 이후 하류 하천의 하도지형 변화를 연도별로 추적하였다. 이러한 연구를 통하여 댐 건설에 따른 서식처 변화의 인과관계를 파악하고 이를 기반으로 댐하류 조절하천의 자연성 회복을 위한 방안을 도출하는데 적용할 수 있을 것이다 (Ock et al. 2019).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대형댐 하류의 수용생태계에서 교란이 일어나는 이유는?	대형댐 하류의 수용생태계에서는 상류로부터 공급되는 유기물과 토사 이동의 양적 단절과 질적 변환에 따라 서식처의 물리화학적 교란이 발생하게 된다. 본 연구는 금강 중상류역을 대상으로 대형댐에 의한 하상재료와 토양의 종적변화, 그리고 대형댐 건설 이후 하류 하천의 하도지형 변화를 정량적으로 파악하였다.
	댐이 불러온 부작용은?	2018). 그러나, 유역에서 대형댐이 건설되어 장기간 상류에서 공급되는 물질이 동이 물리적으로 단절되거나 질적으로 교란되게 되면, 하류의 서식처는 여울과 소의 소실, 하상저하, 식생의 육역화와 같이 물리적 교란이 발생하고 (Kondolf 1997), 수용생태계는 녹조, 부영양화, 생물종 감소와 같은 환경문제가 유발된다 (Power et al. 1996, Ock and Takemon 2014, Wu et al.
	유역 내 생물 서식처는 어떻게 에너지를 주고받나?	유역 내 생물 서식처는 외부와 격리되어 독립적으 로 유지되는 것이 아니라 주변의 이웃한 생태계와 공간적인 경계를 넘어서 물질과 에너지를 주고받고 있다 (Lamberti et al. 2010).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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