[논문]청미천에서 GIS 기반 횡적 연결성 평가

진승남; 조현석; 추연수; 조강현

doi:10.17820/eri.2019.6.3.154

청미천에서 GIS 기반 횡적 연결성 평가
GIS-based Assessment of the Lateral Connectivity in the Cheongmi-cheon Stream, South Korea 원문보기

Ecology and resilient infrastructure, v.6 no.3, 2019년, pp.154 - 162

진승남 (수생태공간정보연구소 조사연구팀) , 조현석 (한국생명공학연구원) , 추연수 (국립생태원 습지연구팀) , 조강현 (인하대학교 생명과학과)

초록
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대부분의 우리나라의 하천은 제방 축조에 의하여 수로와 홍수터 사이의 횡적연결성이 훼손되어 있다. 본 연구의 목적은 GIS를 이용하여 하천 횡적연결성을 간편하게 원격으로 평가하는 기법을 개발하고 중부지방의 대표적인 하천인 청미천에 적용하여 평가법의 효용성을 평가하는데 있다. 원격평가법의 평가항목은 제내지 서식지 환경 항목으로서 (1) 습지 유지 여부와 (2) 토지이용 특성을 연결성 항목으로서 (3) 제방 차단 여부, (4) 하천과의 연결성 및 (5) 육상 자연서식지와의 연결성으로 구성하였다. 개발된 평가법을 청미천에 시범 적용한 결과에 따르면 청미천의 제내지 옛홍수터는 제방 축조와 토지이용 변화로 횡적연결성이 크게 저하되어 있었다. 또한 GIS 원격 평가법에 의하여 청미천 옛홍수터의 횡적 연결성이 다양한 수준인 것으로 평가되었다. 연구에서 개발된 횡적연결성 원격 평가법은 앞으로 하천의 횡적연결성을 복원하는 다양한 시도에서 현재 연결성의 제한 요인을 파악하는데 유용한 도구로서 이용될 것으로 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Lateral connectivity between the channel and the floodplains has been damaged by the levee construction and channelization in most streams of South Korea. The purpose of this study was to develop a technique for easily and remotely assessing lateral connectivity using GIS in the streams and to evaluate the effectiveness of the assessment method by applying it to Cheongmi-cheon Stream, a representative stream in the central Korean Peninsula. The metrics of the lateral connectivity assessment are composed of (1) existence of remaining wetlands and (2) land use property as a habitat quality of the former floodplain outside the levee and (3) existence of levee barrier, (4) connectivity to the stream and (5) connectivity to the upland natural habitats as a connectivity from the channel through floodplain to the upland forest. According to the result of applying the assessment method to Cheongmi-cheon Stream, the lateral connectivity was severely damaged due to the levee construction and land use change in the former floodplain. The GIS-based assessment of the lateral connectivity developed in this study is expected to be used as a useful tool for identifying limitations of current connectivity in various attempts to restore lateral connectivity in riparian ecosystems.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. The former floodplains delineated for the GIS-based assessment of the lateral connectivity in in the Cheongmi-cheon Stream, South Korea (Capital letters of A and B indicate the selected sites in Fig. 2 (f) and Fig. 3).
표 Table 1. Input data for GIS-based assessment of the lateral connectivity in the Cheongmi-cheon Stream, South Korea
표 Table 2. Metrics for the GIS-based assessment of the lateral connectivity (Cho 2019)
표 Table 3. Grade for the GIS-based assessment of the lateral connectivity
표 Table 4. Area-weighted mean values of the metrics of lateral connectivity in the Cheongmi-cheon Stream, South Korea (n=107)
그림 Fig. 2. Results of the GIS-based assessment of the lateral connectivity in in the Cheongmi-cheon Stream, South Kore (Capital letters of A and B in f indicate the selected sites in Fig. 3).
그림 Fig. 3. Photographs of the selected study sites (A and B in Fig. 1 and Fig. 2 (f)) for the GIS-based assessment of the lateral connectivity in the Cheongmi-cheon Stream, South Korea.
표 Table 5. Results of the lateral connectivity in the Cheongmi-cheon Stream, South Korea

AI 본문요약
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문제 정의

하천의 횡적 연결성을 보전, 복원하기 위하여 먼저 격리된 홍수터의 생태성과 수로와의 연결성을 평가 하는 기술이 필요하다. 따라서 본 연구의 목적은 GIS를 이용하여 하천 횡적연결성을 간편하게 평가하는 기법을 개발하고 유역의 토지이용이 다양한 청미천에 적용 하여 향후 하천 홍수터와 구하도 복원 사업 계획에 기여 하는데 있다.
본 연구에서는 하천 횡적 연결성을 하천 수로와 옛홍수터 (former floodplain) 사이의 물, 물질, 에너지 및 생물의 이동 연결성으로 정의하였다. 따라서 옛홍수터는 하천기본계획 수립 시 이용되는 홍수 범람영역 생성 방법 (Choi 2012)에 따라서 계획홍수위 보다 낮은 제내지 지형으로 정의하고 이 지역의 경계를 GIS를 이용하여 획정하였다 (Jin et al.

가설 설정

한편 (4) “하천과의 연결성” 평가항목은 옛홍수터가 시가화지역에 의하여 하천과의 연결성이 차단될 것으로 가정하여 해당 옛홍수터의 각 격자로부터 가장 인접한 시가화지역까지의 거리를 유클리드 거리계 산법으로 산출하였다.

제안 방법

한편 (4) “하천과의 연결성” 평가항목은 옛홍수터가 시가화지역에 의하여 하천과의 연결성이 차단될 것으로 가정하여 해당 옛홍수터의 각 격자로부터 가장 인접한 시가화지역까지의 거리를 유클리드 거리계 산법으로 산출하였다. 계산된 거리 중에서 최대거리를 찾고 각 격자의 거리를 최대거리로 나누어서 0 - 1 범위의 상대값으로 구하였다. 결국 옛홍수터가 횡적연결성의 차단 공간인 시가화지역과의 상대거리가 가까울수록 하천과의 연결성이 낮은 것으로 생각할 수 있다.
또한 (5) “육상 자연서식지와의 연결성” 평가항목은 제내지 옛홍수터로부터 생물 서식지로 이용될 수 있는 인근의 자연지역까지의 거리가 가까울수록 육상 서식지와 하천을 오가는 생물의 이동과 물질 교환이 용이할 것으로 생각하였다. 따라서 옛홍수터의 각 조사 격자로부터 인근 산지, 습지, 수역의 자연서식지까지의 거리를 유클리드 거리 공식으로 계산하였다. 이 거리의 최대값을 찾아서 이 최대값에 대한 각 격자의 상대적 거리 (범위 0 - 1)를 구하고 이 거리를 1에서 빼서 육상 자연서식지 와의 연결성을 산출하였다.
우리나라의 대부분의 하천에서 제방이 축조되어 횡적연 결성의 심각한 장애요소가 되고 있고 과거 홍수터는 제내지로 토지이용이 되고 있어서 홍수터의 기능이 저하 되어 있다. 따라서 이를 반영할 수 있는 횡적연결성 평가항목을 옛홍수터 습지 유지 여부, 옛홍수터 토지이용도, 제방 차단성, 하천과의 연결성 및 육상 자연서식지 와의 연결성의 5개 평가로 선정하였다.
또한 (2) “토지이용 특성” 평가항목으로서 옛홍수터 서식지의 질을 평가하였다.
본 연구에서는 제방에 의하여 격리, 차단된 옛홍수터 공간을 대상으로 GIS를 이용하여 하천의 횡적 연결성을 평가하는 방법을 개발하여 청미천의 국가하천 구간에 적용하였다. 횡적연결성은 하천의 수로와 홍수터 사이의 물질과 생물의 이동을 나타내므로 본 연구에서 개발한 평가법은 수로, 홍수터, 육상생태계 사이의 연결성과 홍수터의 자연보전성으로 나누어 평가하였다.
제내지의 서식지 환경 평가에서 (1) “습지 유지 여부” 평가항목은 차단된 제내지 홍수터의 잠재적 수리 연결성을 반영하는 것으로 대표적인 제내지 홍수터 환경인 습지 잔존 여부로서 평가하였다. 습지의 잔존 여부는 수치지형도 혹은 토지피복도에서 습지로 분류된 지역으로 판단하거나 항공사진 (2016년 촬영)을 이용 하여 면적이 900 m² 이상이고 육안으로 확인이 가능한습지의 잔존 여부를 확인하였다. 또한 (2) “토지이용 특성” 평가항목으로서 옛홍수터 서식지의 질을 평가하였다.
연결성 평가항목 중에서 연결 장애물인 (3) “제방 차단 여부” 평가항목은 횡적연결성의 결정적인 장애요인인 인공제방이 축조된 유무로서 평가하였다.
5 km의 범위에서 하천 지류를 제외한 제내지를 대상지로 지정하였다. 이 범위의 수치표고 모델 (digital elevation model, DEM)에서 30년 빈도 홍수위로 침수되는 제내지 공간을 구획하여 이 곳을 옛홍수터로 간주하였다 (Table 1). 과거 제방이 없었던 시기에는 현재보다 홍수위가 낮게 형성되었을 가능성이 높으므로, 청미천과 낙동강에서 옛홍수터의 경계를 설정한 선행연구의 결과에 따라서 하천기본계획에서 빈도별 홍수위 중 가장 낮은 30년 빈도의 홍수위를 이용하였다 (Jin et al.
이 총점의 범위를 등간격으로 나누어 횡적 연결성을 “매우좋음”, “좋음”, “보통”, “나쁨” 및 “매우나쁨”의 5등급으로 구분하였다 (Table 3).
이렇게 탐색, 구획된 제내지의 격리된 옛홍수터에서 토지이용 현황은 국가수자원 관리종합정보 시스템 (http:/www.wamis.go.kr)에서 제공하는 공간해상도 30 m x 30 m 의 격자 형태의 대분류 토지피복도 (2005년)를 이용하여 파악하였다 (Table 1). 토지피복도에서 토지이용 현황은 수역, 시가화지역, 나지, 습지, 초지, 산림, 논 및 밭으로 분류하였다 (Jin et al.
제내지의 서식지 환경 평가에서 (1) “습지 유지 여부” 평가항목은 차단된 제내지 홍수터의 잠재적 수리 연결성을 반영하는 것으로 대표적인 제내지 홍수터 환경인 습지 잔존 여부로서 평가하였다.
청미천에서 제내지 옛홍수터의 경계를 구한 후에 차단된 제내지 홍수터와 하천 본류간의 횡적 연결성을 GIS를 기반으로 평가하였다. 횡적 연결성 평가 항목은 크게 제내지 서식지 환경과 연결성으로 구분하였다 (Table 2).
본 연구에서는 제방에 의하여 격리, 차단된 옛홍수터 공간을 대상으로 GIS를 이용하여 하천의 횡적 연결성을 평가하는 방법을 개발하여 청미천의 국가하천 구간에 적용하였다. 횡적연결성은 하천의 수로와 홍수터 사이의 물질과 생물의 이동을 나타내므로 본 연구에서 개발한 평가법은 수로, 홍수터, 육상생태계 사이의 연결성과 홍수터의 자연보전성으로 나누어 평가하였다. 우리나라의 대부분의 하천에서 제방이 축조되어 횡적연 결성의 심각한 장애요소가 되고 있고 과거 홍수터는 제내지로 토지이용이 되고 있어서 홍수터의 기능이 저하 되어 있다.

대상 데이터

2017). 먼저 옛홍수터의 경계를 설정하기 위하여 하천 중심선에서 양안의 횡방향으로 각각 1.5 km의 범위에서 하천 지류를 제외한 제내지를 대상지로 지정하였다. 이 범위의 수치표고 모델 (digital elevation model, DEM)에서 30년 빈도 홍수위로 침수되는 제내지 공간을 구획하여 이 곳을 옛홍수터로 간주하였다 (Table 1).
본 연구에서 횡적연결성 평가를 위한 조사 구간은 청미천의 국가하천 구간으로서 충청북도 음성군 감곡면 원당리로부터 남한강의 합류지점인 경기도 여주시 점동면 도리까지 총 25 km이다 (Fig. 1). 이 구간의 하천폭은 125 - 250 m이었고 제외지는 복단면으로 정비되어 있으나 직강화된 제방 안의 저수로는 비교적 자유롭게 흐르고 있다.
본 연구의 연구대상 하천인 청미천은 용인시 원삼면 사암리 어두니 고개에서 발원하여 안성시 일죽면, 이천시 장호원읍을 지나 경기, 강원, 충북의 3도가 접하는 여주군 점동면 삼합리에서 남한강으로 합류한다 (MLTMA 2011). 이 하천의 하천연장은 60.
청미천 국가하천 구간의 양안으로부터 1.5 km 범위 에서 총 107개의 제내지 옛홍수터를 탐색하였다 (Fig. 1). 이 옛홍수터의 서식지 질 평가에서 “습지 유지” 평가항목은 총 107개 옛홍수터 중에서 10개의 홍수터에서 습지가 잔존하여 조사구간 전체에서 각 홍수터의 면적을 가중치로 구한 가중평균이 0.

데이터처리

즉 제내지 옛홍수터에서 토지이용은 해당 공간의 생태적 기능과 훼손, 교란 정도를 반영하는 것으로 간주하였다. GIS를 이용하여 대상지의 토지이용을 생태적 서식지 가치에 따라서 0 - 1 범위로 점수를 부여하고 해당 토지이용 유형별 면적을 가중치로 하여 평균값을 산출하였다 (Table 2).
이상의 모든 결과는 격자의 래스터 파일로 작성되었으며, ArcGIS의 래스터 계산기 (raster calculator)를 이용하여 각 격자의 값을 더하여 중첩하였으며, ArcGIS 의 toolbox 기능 중 “zonal statistics”를 이용하여 각 옛홍수터 다각형 (polygon)에 해당하는 격자들의 평균값을 계산하여 연결성 평가 결과를 산출하였다.

이론/모형

따라서 옛홍수터는 하천기본계획 수립 시 이용되는 홍수 범람영역 생성 방법 (Choi 2012)에 따라서 계획홍수위 보다 낮은 제내지 지형으로 정의하고 이 지역의 경계를 GIS를 이용하여 획정하였다 (Jin et al. 2015, Jin et al. 2017).
2017). 모든 공간자료 분석은 GIS 소프트웨어 (ESRI, ArcGIS 9.3)를 이용하였다.

성능/효과

한편 일부 제내지 옛홍수터는 홍수터 습지가 잔존하고 하천과 육상서식 지로의 연결성이 확보되어 횡적연결성이 양호한 곳도 존재하였다. GIS 원격 평가법에 의하여 청미천의 옛홍수터의 횡적 연결성이 다양한 수준으로 평가되었고, 이러한 평가 결과는 현장에서 직관적으로 검토한 결과와 비교적 잘 부합되었다. 본 연구에서 개발된 횡적연결성 원격 평가법은 앞으로 다양한 하천 환경에 적용하고, 현장에서 직접 횡적연결성을 평가하는 방법과 생물에 대한 모니터링을 병행하여 이들 결과를 상호 비교하여 원격평가법을 보완, 개선하여야 할 것으로 생각된다.
개발된 횡적연결성 원격 평가법을 중부지방의 대표 적인 하천인 청미천에 적용한 결과 청미천의 제내지 옛홍수터는 제방 축조와 토지이용 변화로 전반적으로 횡적연결성이 크게 훼손되어 있었다. 한편 일부 제내지 옛홍수터는 홍수터 습지가 잔존하고 하천과 육상서식 지로의 연결성이 확보되어 횡적연결성이 양호한 곳도 존재하였다.
이상의 모든 결과는 격자의 래스터 파일로 작성되었으며, ArcGIS의 래스터 계산기 (raster calculator)를 이용하여 각 격자의 값을 더하여 중첩하였으며, ArcGIS 의 toolbox 기능 중 “zonal statistics”를 이용하여 각 옛홍수터 다각형 (polygon)에 해당하는 격자들의 평균값을 계산하여 연결성 평가 결과를 산출하였다. 결과적으로 5개 평가항목의 총점은 0 - 5의 범위이고 그 값이 클수록 횡적 연결성이 좋은 것을 나타낸다. 이 총점의 범위를 등간격으로 나누어 횡적 연결성을 “매우좋음”, “좋음”, “보통”, “나쁨” 및 “매우나쁨”의 5등급으로 구분하였다 (Table 3).
이 옛홍수터의 서식지 질 평가에서 “습지 유지” 평가항목은 총 107개 옛홍수터 중에서 10개의 홍수터에서 습지가 잔존하여 조사구간 전체에서 각 홍수터의 면적을 가중치로 구한 가중평균이 0.03점 (만점 1점)에 지나지 않았다 (Fig.
이상에서 살펴본 5개 평가항목의 총점으로 추정하는 청미천의 횡적 연결성은 면적 가중평균 0.22 (만점 5)으로 매우나쁨 등급이었다 (Fig.
평가총점으로 5단계로 구분한 청미천의 횡적 연결성은 “나쁨” 등급이 107개 옛홍수터 중에서 54개 (50%)이었고 총면적 11.87 km2 중에서 2.85 km2 (24%)이었다 (Table 5).

후속연구

본 연구에서 개발된 횡적연결성 원격 평가법은 앞으로 다양한 하천 환경에 적용하고, 현장에서 직접 횡적연결성을 평가하는 방법과 생물에 대한 모니터링을 병행하여 이들 결과를 상호 비교하여 원격평가법을 보완, 개선하여야 할 것으로 생각된다.
2019). 이러한 횡적연결성 복원 방안을 적용하기 위하여 먼저 현재의 횡적연결성을 평가하는 것이 선행되어야 하며, 이러한 평가에서 본 연구에서 개발한 GIS 기반 횡적연결성 평가법이 좋은 도구가 될 것이라고 생각한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	경관에서 연결성의 정의는 ?	경관에서 연결성은 경관 구성요소 사이에서 에너지, 물질 및 생물이 이동하는 것으로 정의할 수 있다 (Ward et al. 2002).
	횡적 연결성의 의의는 ?	이 4차원 모델은 (1) 하천 수로를 따른 흐름 (종적), (2) 수로와 홍수터 그리고 육역 사이의 흐름 (횡적) 및 (3) 수로와 지하수 사이의 흐름 (수직적)의 3가지 공간 차원과 (4) 이들의 시간적 변화인 시간 차원을 포함한다. 이중에서 횡적 연결성은 하천 생태계에서 홍수터와 직접적으로 관련되기 때문에 생태적으로 더욱 중요하다. 홍수터는 홍수 유수가 범람하는 곳으로 육상과 물 환경의 전이대이다 (Thoms 2003).
	제방에 의하여 하천 수로와 홍수터가 단절시 나타나는 현상은 ?	제방에 의하여 격리된 제내지 홍수터는 수로와의 횡적 연결성이 완전히 차단되거나 제방에 설치된 통문이나 통관을 통하여 제한된 방식으로 연결성이 허용된다. 제방에 의하여 횡적 연결성이 끊어지면 하천 공간 범위의 축소, 침수 범람의 제한, 물질과 생물의 제한적인 이동으로 인하여 옛홍수터의 생물다양성과 생태계서비스가 감소된다 (Brooker 1985, Gergel 2002, Follner 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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