본 연구는 전통적 수문지형학 범주에서 식생요소를 추가하여 식생-수문-지형 간의 상호작용을 연구한 국내외 성과를 정리, 분석한 것이다. 이 분야는 전통적 하천관리는 물론 하천복원과도 직접적으로 관련되어 있어 학술적으로나 실무적으로나 중요하다. 이 분야 연구는 20세기 중후 반부터 시작하여 현지조사-실내실험/수치모형의 단계를 거쳐 21세기 들어 다시 현장에서 정밀, 장기조사 단계로 가고 있다. 그러나 이 분야 국내 관련연구는 매우 미흡하다. 본 연구는 국내외 관련 연구성과를 분석하고 저자들의 지식과 경험을 토대로 식생-수문-지형 간 상호작용을 설명하는 개념적 모형과 그에 따른 6개의 유형을 제안하였다. 국내 관련연구는 제안된 6개 유형에 따라 분류하고 검토하였다. 다음 국내에서 실제 나타나는 하천식생 관련이슈들을 고려하여 향후 시급히 필요한 연구로서 식생-수문-지형 간 상호작용의 이해를 위해 특성이 서로 다른 복수의 하천에서 이에 대한 장기적, 체계적, 집중적 조사연구(모니터링) 등 다수를 제안하였다.
본 연구는 전통적 수문지형학 범주에서 식생요소를 추가하여 식생-수문-지형 간의 상호작용을 연구한 국내외 성과를 정리, 분석한 것이다. 이 분야는 전통적 하천관리는 물론 하천복원과도 직접적으로 관련되어 있어 학술적으로나 실무적으로나 중요하다. 이 분야 연구는 20세기 중후 반부터 시작하여 현지조사-실내실험/수치모형의 단계를 거쳐 21세기 들어 다시 현장에서 정밀, 장기조사 단계로 가고 있다. 그러나 이 분야 국내 관련연구는 매우 미흡하다. 본 연구는 국내외 관련 연구성과를 분석하고 저자들의 지식과 경험을 토대로 식생-수문-지형 간 상호작용을 설명하는 개념적 모형과 그에 따른 6개의 유형을 제안하였다. 국내 관련연구는 제안된 6개 유형에 따라 분류하고 검토하였다. 다음 국내에서 실제 나타나는 하천식생 관련이슈들을 고려하여 향후 시급히 필요한 연구로서 식생-수문-지형 간 상호작용의 이해를 위해 특성이 서로 다른 복수의 하천에서 이에 대한 장기적, 체계적, 집중적 조사연구(모니터링) 등 다수를 제안하였다.
We've reviewed existing studies on the interactions among vegetation, hydrology, and geomorphology in the stream corridors, adding one more factor of vegetation in the traditional area of hydro-geomorphology. Understanding of the interactions among those three factors is important not only academica...
We've reviewed existing studies on the interactions among vegetation, hydrology, and geomorphology in the stream corridors, adding one more factor of vegetation in the traditional area of hydro-geomorphology. Understanding of the interactions among those three factors is important not only academically but also practically since it is related intimately to the restoration of river corridor as well as management itself. Studies of this area started from field investigations in the latter part of the 20th century and focused on the flume experiments and then computer modelling in the 1990s and 2000s. Now, it has turned again to the field investigations of specific phenomena of the vegetative-hydrologic-geomorphologic interactions in detailed micro scales. Relevant studies in Korea, however, seem to be uncommon and far behind the international status quo in spite that practically important issues related directly to this topic have been emerged. In this study, we propose, based on the extensive literature review and authors' own knowledge and experiences, a conceptual diagram expressing the interactions among vegetation, flow (water), sediment, and geomorphology. Existing relevant studies in Korea since the 1990s are classified according to the categorization in the proposed diagrams and then briefly reviewed. Finally, considering the practical issues of riparian vegetation that have emerged recently in Korea, we propose areas of investigation needed in near future such as, among others, long-term and systematic field investigations and monitoring at multiple river corridors having different attributes on vegetative-hydrologic-geomorphologic interactions, including vegetative dynamics for succession.
We've reviewed existing studies on the interactions among vegetation, hydrology, and geomorphology in the stream corridors, adding one more factor of vegetation in the traditional area of hydro-geomorphology. Understanding of the interactions among those three factors is important not only academically but also practically since it is related intimately to the restoration of river corridor as well as management itself. Studies of this area started from field investigations in the latter part of the 20th century and focused on the flume experiments and then computer modelling in the 1990s and 2000s. Now, it has turned again to the field investigations of specific phenomena of the vegetative-hydrologic-geomorphologic interactions in detailed micro scales. Relevant studies in Korea, however, seem to be uncommon and far behind the international status quo in spite that practically important issues related directly to this topic have been emerged. In this study, we propose, based on the extensive literature review and authors' own knowledge and experiences, a conceptual diagram expressing the interactions among vegetation, flow (water), sediment, and geomorphology. Existing relevant studies in Korea since the 1990s are classified according to the categorization in the proposed diagrams and then briefly reviewed. Finally, considering the practical issues of riparian vegetation that have emerged recently in Korea, we propose areas of investigation needed in near future such as, among others, long-term and systematic field investigations and monitoring at multiple river corridors having different attributes on vegetative-hydrologic-geomorphologic interactions, including vegetative dynamics for succession.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 비교적 새롭게 등장한 식생수문지형학 관점에서 국내외 연구동향을 검토한다. 그 결과를 토대로 이 분야에서 시급하게 필요한 연구 분야와 방향을 제시한다. 본 연구는 어느 한 분야에서 새로운 연구성과를 도출하기 보다는 국내외 관련연구를 검토하고 그 시사점을 도출하는 것이 목적이다.
그 결과를 토대로 이 분야에서 시급하게 필요한 연구 분야와 방향을 제시한다. 본 연구는 어느 한 분야에서 새로운 연구성과를 도출하기 보다는 국내외 관련연구를 검토하고 그 시사점을 도출하는 것이 목적이다.
본 연구는 하천과정과 식생에 관한 총설적 연구이다. 즉 전통적 수문지형학 범주에서 식생요소를 추가하여 식생-수문-지형 간 상호작용을 연구한 국내외 성과를 정리, 분석한 것이다.
본 연구에서 국제문헌은 그 수와 내용, 범위 등이 방대하여 효율적인 검토를 위해 식생-수문-지형 간 상호 작용, 또는 식생수문지형학에 대한 그동안의 연구성과를 분석, 요약한 이른바 ‘state-of-the-art review’ 성격의 논문들을 중심으로 검토하였다.
본 연구에서는 비교적 새롭게 등장한 식생수문지형학 관점에서 국내외 연구동향을 검토한다. 그 결과를 토대로 이 분야에서 시급하게 필요한 연구 분야와 방향을 제시한다.
위와 같은 연구 이후 식생수문지형학 관련 연구는 비교적 활발하게 진행되었으며, 1990년대까지는 주로 현장조사 위주였으나 2000년대 들어와 현장과 실험실은 물론, 물리 및 수치 모형 연구로 발전하였다 (Gurnell 2014). 본 연구에서는 위와 같은 많은 관련연구를 하나 하나 검토하여 분석, 제시하기 보다는 관련연구의 진행 과정과 상황을 정리, 분석, 소개하는 검토 논문들을 중심으로 제시한다.
그들은 하천에 자생하는 교목 (주로 버드나무류)를 대상으로 굴삭기를 이용한 실제 인발시험을 통해 교목의 수종, 수령별 전도모멘트를 측정하였다. 이 연구는 하천에서 식생에 의한 흐름저항을 수목 별로 산정할 수 있는 자료를 제공한 것이다. 식생의 흐름저항 효과를 개별 수목 별로 계산하는 것은 특히 수심평균 2차원 하천모형을 이용하기 위해 필요하다.
더욱이 대부분의 관련 연구자들은 일부 국가연구개발 사업에 참여했던 연구진에 한정되었으며, 특히 전통적 수문지 형학 분야 전문가들의 참여가 미진하였다. 이러한 상황을 조금이라도 타파하고 식생-수문-지형 관계 연구를 확대하기 위해 필자들은 가까운 미래에 다음과 같은 분야의 조사연구의 추진을 제안한다.
본 연구는 하천과정과 식생에 관한 총설적 연구이다. 즉 전통적 수문지형학 범주에서 식생요소를 추가하여 식생-수문-지형 간 상호작용을 연구한 국내외 성과를 정리, 분석한 것이다. 국내에서 1960년대 이후 국토개발의 진전과 더불어 추진된 다양한 이치수용 하천사업, 구체적으로 그 동안 집약적으로 추진된 댐개발과 하천 정비 등은 외국의 어느 지역 이상으로 하천에 인위적 영향을 주고 그에 따라 식생-수문-지형 간 관계에 커다란 영향을 주었으며, 앞으로도 그 영향은 지속될 것이다.
그들은 한 하천에서 수생, 하안 식생은 결과적으로 그 하천의 기후특성과 수문관련 제한조건을 반영한 것이라 하였다. 향후 더 많은 연구가 필요한 분야로서 지금까지 초점을 맞춘 습윤지역을 벗어나 건조지역의 식생수문-지형 연구를 들었으며, 나아가 시공간적으로 서로 다른 규모에서 식생, 수문 (흐름), 지형 인자들 간 연결성과 특히 소규모 식생-패치-지형 상호작용에 대한 연구를 들었다.
가설 설정
- 유형 V. 지하수가 식생생장에 주는 효과: 지하수위는 바로 토양습윤에 영향을 주고 그에 따라 식생 생장 및 사멸에 영향을 준다.
(2019b)은 인위적인 유황변화가 없는 낙동강 상류 내성천에서 연 최대 홍수량의 급격한 감소에 따른 식생이입현상을 현지와 항공사진 등을 조사하고, 2차 원 하천모형을 적용하여 소류력 분포를 계산하여 실제 식생이입 현상과 비교하였다. 이 연구는 유황이 조절되지 않은 자연상태 하천에서 계절별, 특히 식생의 발아/유년기인 늦봄-초여름에 홍수로 인한 사주교란이 줄어 들게 되면 식생이입이 가속화된다는 가정을 부분적으로 확인한 것이다.
제안 방법
이 연구에서는 주로 외국의 관련문헌 약 50개를 조사하여 1980년대부터 시작된 하천식생이입 관련 연구를 1) 현지 조사 및 시험 연구, 2) 기초 실험 및 분석 연구, 3) 홍수터 식생모형 연구, 4) 홍수터 및 사주 복원 연구 등으로 나누어 정리하였다. 여기서 식생이입 관련 현지조사 연구는 다시 1) 조절하천, 2) 비조절하천, 3) 수목 성장과 지하수위 (토양습윤), 4) 씨앗의 분산 (hydrochory) 등으로 세분화하였다. 이 연구의 결론 성격으로 식생이입의 기본조건으로 하상소류력, 토양습윤, 침수기간 (및 시기), 이상기후, 영양염류 유입 등을 꼽았다.
Gurnell (2014)은 ‘하천시스템 기술자로서 식생’이 라는 제목으로 과거 반세기 정도의 식생 수문지형학 분야의 연구성과를 집약하였다. Gurnell은 이 분야 연구를 1) 충적하천 거동의 조절자로서 식생, 2) 수변에서 식생에 대한 물리・환경적 조절, 3) 다양한 하천여건에서 식생이 관여하는 지형변화, 4) 하천형태와 동역학에 미치는 식생의 영향 등으로 나누어 300개 가까운 기존 관련 연구성과를 분석하여 소개하였다. 이 연구에서 식생수문지형 연구는 1990년대 야외관찰부터 시작하여 수로실험, 모델링노력 등의 단계를 거쳐 2010년 이후 다시 현장관찰이 강조되었음을 확인하였다.
국내에서 식생-수문-지형 간 상호작용에 관한 문헌조사 연구는 2000년대 후반에 처음 이루어졌다 (Woo 2009). 이 연구에서는 주로 외국의 관련문헌 약 50개를 조사하여 1980년대부터 시작된 하천식생이입 관련 연구를 1) 현지 조사 및 시험 연구, 2) 기초 실험 및 분석 연구, 3) 홍수터 식생모형 연구, 4) 홍수터 및 사주 복원 연구 등으로 나누어 정리하였다. 여기서 식생이입 관련 현지조사 연구는 다시 1) 조절하천, 2) 비조절하천, 3) 수목 성장과 지하수위 (토양습윤), 4) 씨앗의 분산 (hydrochory) 등으로 세분화하였다.
이론/모형
(2013)은 같은 구간에 2차원 흐름 모형을 적용하여 댐건설 전후로 나누어 하회마을 구간 등에서 가속화된 식생이입 현상을 댐에 의한 유황변화 및 그에 따른 소류력감소, 그리고 사주의 지하수위 변화 등을 고려하여 모의하였다. 위 두 연구사례에서 이 용된 수변식생모형은 Benjankar et al. (2011)이 개발한 식생 발아기와 유식물기에 흐름에 의한 사주표면의 세굴이나 매몰 등 사립자 이동조건을 기준으로 하는 한계소류력 모형에 기초한 것이다.
성능/효과
여기서 영주댐은 모니터링 기간 중인 2016년에 완공되었으나 그 동안 담수를 하지 않고 바로 하류로 방류하여 사실상 자연유황 상태를 유지한 것으로 볼 수 있다. 이러한 장기 모니터링을 통해 얻은 결론은 1) 내성천의 식생이입은1987년부터 부분적으로 시작되었으며, 2013년 이전에는 하류구간에서, 그 이후부터는 상류구간으로 확대되었으며, 2) 상당수의 구간 에서 초본류에서 목본류로 천이가 진행되었고 그에 따라 하천지형이 변화되었으며, 3) 하상재료는 조립화 되었으며 하상은 대체로 저하되었으며, 이는 식생이입의 영향으로 홍수터 (사주)식생의 흐름저항이 커지면서 하도에 흐름이 집중된 결과로 보인다 등이다.
이 연구에서 식생수문지형 연구는 1990년대 야외관찰부터 시작하여 수로실험, 모델링노력 등의 단계를 거쳐 2010년 이후 다시 현장관찰이 강조되었음을 확인하였다. 결론적으로 이 연구는 한 하천에서 수생 및 하안 식생은 그 하천의 환경, 특히 기후특성과 수문 및 하천 관련 제한조건을 반영한 결과이며, 식생은 수중이건 육상이건 하천유사를 포착하고 안정하게 하여 새로운 초기지형을 만들어 주며, 이렇게 형성된 초기지형과 식생은 다시 다른 식생종의 이입과 성장을 촉진하는 과정을 거쳐 식생은 하천지형을 변화시킨다고 하였다. Fig.
(2014a)은 식생이 있는 하천에서 2차원 수치모의를 통해 식생과 하천지형 간의 상호작용을 연구하였다. 그 결과 교호사주가 발달하는 조건에서 식생 이입 및 활 착은 사주의 이동을 감소시키며, 망상하도가 발달하는 조건에서 식생은 지형변화에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 전술한 Jang (2013)의 연구 결과와 유사한 것이다.
그 결과 내성천 시험하천구간은 지하수위가 하천수위보다 20~30 cm가량 높게 나타나는 이득하천이며, 지하수 수온은 일별, 계절별 차이가 5°C미만이었고, 하천수온은 식생활착이 본격적으로 시작되는 5월부터 10°C 이하로 떨어지지 않았다.
(2008)은 이러한 식생이입 현상을 전국을 대상으로 항공사진 자료 등을 이용하여 정량적으로 조사하였다. 그 결과 사주면적은 댐 건설 전에 하천 전체면적의 38%에서 후에 17%로 50% 정도 감소하였으며, 이와 반대로 식생면적은 전에 11%에서 후에 24%로 두 배 이상 증가한 것으로 나타났다. 이에 대한 원인은 구체적으로 제시하지 않았으나, 전술한 합천댐 경우와 같이 댐에 의한 여름철 홍수 저감 및 그에 따른 하류하천 사주상 소류력감소와 식생이입 가속현상으로 추정된다.
(2015b)은 근래 들어 도시나 농촌의 중소하천에 식생이입 및 성장이 급속도로 활발하게 진행하는 현상을 설명하기 위해 질소, 인 같은 비점오염물질의 하천유입과 식생생장을 실험하였다. 그들은 이러한 가설을 검증하기 위해 한 쌍의 실험수로에 갈대를 심고 여름 동안 갈대성장을 관찰한 결과 질소화합물이 3.5 mg/L 정도 함유된 오염수를 주기적으로 흘린 수로의 경우에서 그렇지 않은 경우보다 약 30% 이상 갈대성장이 큰 것을 확인하였다. 그 밖에 이 유형의 연구는 일일이 다 확인하기 어렵고, 그 중 몇 개 예를 들면, 수변식생의 종 및 분포 특성과 고도 (Kim et al.
실험결과 예측한 대로 식생밀도가 증가함 에 따라 유사량은 감소하였으며, 하상고는 불규칙하게 변하고 하상토 표층에서 유사입경은 작아진 것으로 나타났다. 나아가 식생대에서 유사가 포착되거나, 식생대와 주흐름 사이에 경계층 흐름이 발생하여 유사가 퇴적되며, 식생대에서 흐름의 방향이 변화되어 표층에서 하상토 입도는 불규칙하게 분포하는 것을 확인하였다.
이러한 연구는 Williams과 Wolman (1984)이 미국 전역을 대상으로 확대하였다. 동시에 그들은 댐에 의한 상류에서 토사공급의 저감과 지하수위의 감소는 홍수터 기존 식생성장에 부정적인 영향을 주는 것을 확인하였다. 이후 생물지형학 (bio-geomorphology)라는 용어가 처음 등장하였지만 (Viles 1988), 이 용어는 하천 외에 다양한 지형 현상에도 적용되므로 그 후 하천지형 분야에서 보편적으로 사용되지 않았다.
그들은 결론적으로 수변식생 현상과 하천지형 간 관계는 서로 밀접히 연결되어 있으며, 물은 흐름이든 지하수이든 수변식생의 분포특성에 가장 중요한 영향요인임을 강조하였다. 동시에 수변식생은 하천에서 침식과 퇴적에 큰 영향을 주고 하천안정에 중요한 역할을 한다는 점을 강조하였다. 위와 같은 수문 (물, 흐름), 지형, 식생 간의 상호작용에서 수문현상이 하천의 지형 및 과정은 물론 식생형태에 중요한 영향을 주며, 동시에 유일한 독립변수임을 강조하였다.
본 연구에서 국내 관련연구를 분석한 결과 무엇보다도 국내의 식생-수문-지형 간 상호작용에 관한 연구는 외국과 비교할 때 연구의 범위, 양, 내용 등에 비해 상대적으로 적음을 알 수 있다. 그러나 조절하천의 급속한 증가, 다양한 인위적 영향의 확대, 정부 대형하천사업의 표류 등 국내 하천 여건으로 인해 하천변화와 그에 따른 하천식생환경이 가속적으로 변하고 있음을 감안하면 안타까운 실정이다.
구체적인 실험적 연구로서 Jang (2016)은 식생에 의한 하도변화와 하상토 분급특성을 파악하였다. 실험결과 예측한 대로 식생밀도가 증가함 에 따라 유사량은 감소하였으며, 하상고는 불규칙하게 변하고 하상토 표층에서 유사입경은 작아진 것으로 나타났다. 나아가 식생대에서 유사가 포착되거나, 식생대와 주흐름 사이에 경계층 흐름이 발생하여 유사가 퇴적되며, 식생대에서 흐름의 방향이 변화되어 표층에서 하상토 입도는 불규칙하게 분포하는 것을 확인하였다.
Gurnell은 이 분야 연구를 1) 충적하천 거동의 조절자로서 식생, 2) 수변에서 식생에 대한 물리・환경적 조절, 3) 다양한 하천여건에서 식생이 관여하는 지형변화, 4) 하천형태와 동역학에 미치는 식생의 영향 등으로 나누어 300개 가까운 기존 관련 연구성과를 분석하여 소개하였다. 이 연구에서 식생수문지형 연구는 1990년대 야외관찰부터 시작하여 수로실험, 모델링노력 등의 단계를 거쳐 2010년 이후 다시 현장관찰이 강조되었음을 확인하였다. 결론적으로 이 연구는 한 하천에서 수생 및 하안 식생은 그 하천의 환경, 특히 기후특성과 수문 및 하천 관련 제한조건을 반영한 결과이며, 식생은 수중이건 육상이건 하천유사를 포착하고 안정하게 하여 새로운 초기지형을 만들어 주며, 이렇게 형성된 초기지형과 식생은 다시 다른 식생종의 이입과 성장을 촉진하는 과정을 거쳐 식생은 하천지형을 변화시킨다고 하였다.
여기서 식생이입 관련 현지조사 연구는 다시 1) 조절하천, 2) 비조절하천, 3) 수목 성장과 지하수위 (토양습윤), 4) 씨앗의 분산 (hydrochory) 등으로 세분화하였다. 이 연구의 결론 성격으로 식생이입의 기본조건으로 하상소류력, 토양습윤, 침수기간 (및 시기), 이상기후, 영양염류 유입 등을 꼽았다.
그 결과 내성천 시험하천구간은 지하수위가 하천수위보다 20~30 cm가량 높게 나타나는 이득하천이며, 지하수 수온은 일별, 계절별 차이가 5°C미만이었고, 하천수온은 식생활착이 본격적으로 시작되는 5월부터 10°C 이하로 떨어지지 않았다. 토양수분의 영향인자는 하층은 지하수위, 상층은 강우이며, 상하층은 모두 토양입경에 영향을 받는 것으로 나타났다. 토양수분측정지점 6곳에서 지하 1 m까지의 충적토는 D50이 0.
후속연구
등으로 유형화하였다. 그들은 결론적으로 그동안 많은 연구가 진행되었지만 앞으로 더 연구가 필요한 분야로서, 식생과 난류구조 간 상호작용 및 그에 따른 유사이송, 강턱과 식생 간 상호작용 (퇴적/침식), (쓸려 내려 온) 유목 (LWD)과 지형 간 과정, 지형과정과 직접적인 상호작용에서 식생변화의 고려, 수변식생군에 미치는 수문지형 효과의 고려, 집약된 유역규모의 수문지형모형에서 공생과정과 연계, 지하수동역학과 생태수문모형과의 연계 등을 제시하였다.
특히 국내 하천 홍수터 (또는 사주)의 급속한 물리적, 생태적 변화를 감안하면 그림4에서 국내하천 여건상 시급하게 연구되어야 할 분야 중 하나는 유형 Ⅱ가 될 것이다. 이를 위해 무엇보다도 먼저 하여야 할 것은 Lee et al.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수변은 무엇인가?
수변 (river corridor)에 자라는 식생은 하천지형 과정에 영향을 주고 동시에 반응한다. 여기서 수변은 하도, 하안 및 홍수터 모두를 망라하지만, 본 논문에서는 특히 하안 및 홍수터를 지칭한다. 구체적으로 지표 위 식생은 흐름과 유사이송에 영향을 주고, 지표 아래 뿌리는 저층의 수리, 기계적 성질에 영향을 주어 그에 따라 지표면의 습윤 및 침식성에 영향을 준다.
화이트리버가 그린리버로 바뀌는 현상이 환경적 변화를 야기하는 대표적인 예는 무엇인가?
환경측면에서 하천지형 및 흐름을 다양화하여 물리적 서식처 특성이 다양해지고, 나아가 종 다양성을 높일 수 있다. 영산강 상류 담양습지, 한강 하류 장항습지 등 인위적인 유황 및 유사이송 변화로 하류에 습지가 형성되어 국가적으로 보호구역으로 지정하는 것들이 대표적인 예라 할 수 있다. 경관 측면에서 넓은 모래밭과 자갈밭을 특징으로 하는 우리 하천의 고유한 경관특성은 ‘영원히’ 변모하게 된다.
화이트리버의 그린리버 화 현상을 설명하라.
하천정비, 댐이나 보 건설, 골재채취, 영양물질 유입 등 하천에 미치는 인위적인 충격은 유황, 유사이송, 지형 등에 직접적인 영향을 주어서 모래, 자갈 등 ‘하얀’ 재료로 구성된 하천이 ‘푸른’ 식생으로 덮인 하천으로 변할 수 있다. 이른바 화이트리버의 그린리버 화 현상이다 (Woo 2008).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.