초록 ▼

유역의 도시화로 인해 하천은 수순환, 하천형태, 수질 측면 등에서 악영향을 받고 있으며, 이로 인해 도시하천은 홍수, 건천화, 수질악화 문제를 겪고 있다. 특히 대도시에 인접하여 개발 수요가 많은 하천유역은 최근의 난개발로 도시 수순환에 심각한 영향을 경험하였으나 이를 관리할 정책수단은 미흡한 실정이다. 최근 들어 우리나라에서 수질관리 등 환경문제 해결을 위해 유역관리 차원에서 접근하려는 시도가 시작 되었으나 어떠한 수단을 통해 유역관리를 접근할 수 있는가에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 따라서 유역 내 물의 순환 및 하천의

유역의 도시화로 인해 하천은 수순환, 하천형태, 수질 측면 등에서 악영향을 받고 있으며, 이로 인해 도시하천은 홍수, 건천화, 수질악화 문제를 겪고 있다. 특히 대도시에 인접하여 개발 수요가 많은 하천유역은 최근의 난개발로 도시 수순환에 심각한 영향을 경험하였으나 이를 관리할 정책수단은 미흡한 실정이다. 최근 들어 우리나라에서 수질관리 등 환경문제 해결을 위해 유역관리 차원에서 접근하려는 시도가 시작 되었으나 어떠한 수단을 통해 유역관리를 접근할 수 있는가에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 따라서 유역 내 물의 순환 및 하천의 상태에 영향을 미치는 요소를 규명하고 이를 유역관리차원에서 관리지표로 활용하는 연구가 필요하다.
유역관리 지표로는 불투수면, 인구밀도, 주택밀도, 도시적 토지이용 등이 있으며, 이 중에서 유역관리 방법으로써 활용하기 가장 적합한 것은 불투수면 지표이다. 불투수면은 유역관리지표로서의 효율성뿐만 아니라 불투수면의 감소 외에 투수율을 높이는 등 다양한 유역관리기법의 도입을 통해 관리가 가능하다는 측면에서 유역관리에 있어 가장 좋은 지표가 될 수 있다
불투수면은 두 개의 주요 요소로 구성되어 있는데, 이는 우리가 살아가고, 일하고, 쇼핑하는 공간인 지붕(rooftops)과 이 지붕들을 연결해주는 교통체계(transport system)이다. 대부분의 도시에서는 교통체계에 의한 불투수 면적이 지붕(주택, 건물)으로 인한 불투수면 면적을 초과하고 있다. 예를 들면, 실제 한강유역에서 측정된 단독, 아파트, 상업지역의 부지에서의 교통관련 불투수면은 전체 불투수면 면적의 63~70%를 구성하고 있다.
불투수면은 하천으로의 유출량, 수온, 수질, 하천형태, 생물적 다양성에 영향을 미친다는 것은 많은 연구에서 입증되었다. 불투수면이 많을수록 이와 비례하여 유출이 증가한다. 이러한 증가된 유출량으로 인해 지하침투량이 감소됨으로써 결과적으로 더 낮은 기저유량을 초래하고 이는 하천의 건천화로 이어지게 된다. 토질 및 경사 요소가 큰 영향을 주는 평지를 제외하고는, 유출계수는 불투수면과 밀접한 관계가 있어 500㎡ 주차장(유출계수: Rv=0.95)에서 생성된 총유출량은 개발되지 않은 초지(Rv=0.06)에서 생성된 유출량의 약 16배정도 된다. 또한 하천은 유량이 증가하면 이를 수용하기 위하여 하천의 단면적을 증가시키는 방향으로 반응하는 것이 자연적인 현상이다. 이와 같은 현상은 하천 둑이나 바닥을 침식하는 두 가지 현상을 병행하면서 이루어진다. 이처럼 하천의 하상이 불안정한 단계에서는 하천 둑의 침식 및 서식지 교란이 발생하게 된다.
불투수면이 증가하면 수질에도 영향을 주는데, 대기로부터의 침적, 차량으로부터의 유출, 기타 발생원에 의한 오염물질이 이에 축적되어 있고, 강우시에는 이것이 유출수에 의해 운반되어 흘러간다. 불투수면과 수온의 관계를 살펴보면, 하천의 수온은 국부적인 대기 온도에 의해 영향을 받으며, 여름철 동안 도시유역에서 하천 수온의 상승은 초지나 산림지 유역보다 상승 폭이 크며, 수온이 유역의 불투수면 비율과 직접적인 관련이 있음이 밝혀졌다. 불투수면이 증가함에 따라 수생태계에도 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 불투수면의 증가는 수서 곤충군과 어류의 다양성에 부정적인 영향을 주고 종 구성에 변화를 초래하는 것으로 나타났다.
불투수면을 산정하는 방법은 유역내 총 불투수면 면적(Total Impervious Area (TIA))을 산정하는 방법과 불투수면 중에서도 수계에 연계된 불투수면인 유효 불투수면 면적(Effective Impervious Area(EIA))을 산정하는 방법이 있다. 정확성 측면에서는 유효 불투수면 면적을 구하여야 할 것이나 일반적으로는 여러 가지 제약으로 인하여 총불투수면을 산정하여 이를 유역관리 지표로 활용함이 바람직하다. 본 연구에서는 경안천, 탄천, 중랑천, 안양천, 북한강 본류지역 등 5개 하천의 23개 지점에서의 수질 분석자료와 토지이용 자료를 이용하여 하천의 질과 불투수면과의 관계를 살펴보았다. 하천의 수온과 불투수면의 회귀분석결과 F=48.88 (p=0.0001)이고, R²=0.83, CV=6.010였다. 불투수면의 계수는 0.76832으로 불투수면의 비율 증가는 하천의 수온에 양(+)의 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. BOD와 불투수면의 회귀분석결과 F=86.54 (p=0.0001)이고, R²=0.80, CV= 34.47였다. 불투수면의 계수는 0.34638으로 불투수면의 비율 증가는 BOD에 양(+)의 영향을 미치고, COD의 경우도 불투수면의 회귀분석의 결과 F=46.82 (p=0.0001)이고, R²=0.8240, CV=27.48430 였으며, 불투수면의 계수는 0.35936으로 불투수면의 비율증가는 COD에 양(+)의 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. T-N과 불투수면의 회귀분석 결과 F=28.352 (p=0.0001)이고, R²=0.7393, CV=0.7132였으며, 불투수면의 계수는 0.35008으로 불투수면의 비율증가는 T-N에 양(+)의 영향을 미친다. SS와 불투수면의 회귀분석의 결과 F=23.76 (p=0.0001)이고, R²=0.5308, CV=50.517 였으며, 불투수면의 비율 증가와 SS의 증가는 거의 관계가 없다고 할 수 있다. 회귀분석의 결과 불투수면의 증가는 하천수온 및 BOD, COD, TN에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 즉, 하천의 수질은 유역의 토지이용 및 피복 현황에 영향을 받는 것으로 볼 수 있으며, 이는 유역의 크기에 따라 그 영향의 정도가 달라진다. 특히 집수구역(Catchment), 단위유역(Subwatershed)과 같이 비교적 규모가 작은 유역을 관찰하였을 때 그 영향을 뚜렷하게 볼 수 있다. 따라서 소규모의 유역 관리에서 유역의 불투수면에 대한 관리는 중요하다.
기존의 수질관리 방안 즉, 하수처리시설, 우수처리시설, 도로 청소 등으로 개발 이전의 하천 수질과 수량을 유지한다는 것은 어려우며, 이러한 시설의 설치 및 운영과 동시에 불투수면 관리와 같은 토지이용 등을 연계한 유역관리를 통해서만이 효율적인 관리가 가능하다. 불투수면 비율에 근거한 하천유역의 분류에서, 상대적으로 낮은 불투수면의 비율(10~15%)에서조차도 하천의 질에 불리하게 작용하고 생태계 변화를 초래할 수 있다고 한다. 많은 경우 일단 불투수면 비율이 25%를 넘게 되면 수로의 안정성, 수질, 생물학적 다양성 측면에서 생태적으로 지탱이 불가능한 하천이 된다. 이는 하천의 질을 관리하기 위해서는 유역관리, 즉, 유역의 토지이용 관리가 중요한 요소임을 보여주며, 미래 하천의 질을 보호하는 기법으로써 이와 같은 불투수면 지표를 유역관리 계획에 활용할 필요성이 있음을 뜻한다. 기존의 도시계획 및 토지이용계획에서는 주로 건축물만을 관리 및 규제해 왔고, 하수도 설치율만을 고려해왔는데, 유역관리 차원에서 건전한 유역의 질을 확보하기 위해서는 불투수면을 관리하는 것이 바람직하다. 불투수면은 개발 활동의 지표로서, 도시하천을 분류하고 단위유역을 관리하는데 사용될 수 있는 좋은 지표이다.

(출처 : 국문요약 6p)

Abstract ▼

Urbanization of watershed exerts bad influence on circulation of water, shapes of rivers, or water quality, etc. for which urban rivers suffer from flood, dry stream phenomenon, or deterioration of water quality. Especially, watersheds adjacent to the cities receiving constant development pressure a

Urbanization of watershed exerts bad influence on circulation of water, shapes of rivers, or water quality, etc. for which urban rivers suffer from flood, dry stream phenomenon, or deterioration of water quality. Especially, watersheds adjacent to the cities receiving constant development pressure are badly affected by disordered development. Nevertheless, policies to cope with these problems are rather insufficient. Although approaches are emerging recently in Korea to deal with these problems in the aspect of watershed management, practical methodological studies still run short. So it is deemed desirable to clarify the factors affecting the water circulations or conditions of rivers in the cities, and utilize them as management indexes in the course of watershed management.
Watershed management indexes include impervious surface, population density, and urban land utilization, etc., among which impervious surface index is the most adequate to be used as a method of watershed management. Impervious surface index could be the most useful index for watershed management not only because it is efficient in managing watershed, but also because management is possible through the introduction of various watershed management techniques such as reduction of impervious surface or increase of permeability ratio.
Impervious surface consists of two major factors, the rooftops under which we live, work, and shop, and the transportation system connecting the rooftops. In most cases impervious area related to the transportation system exceeds those related to the rooftops(house, building, etc.) For example, impervious area related to the transportation in the independent house complex, apartment complex or commercial area along the watershed of Han River occupies 63~70% of total impervious area.
As it has been proven by lots of researches, impervious surface exerts influence on the scale of debouchment into the river, water temperature, water quality, shape of rivers, and biological diversity, etc. Debouchment is increased in proportion to the increase of impervious surface. Increased debouchment causes decrease of underground water percolation which again causes less base flux, which after all accelerates dry stream phenomenon. Except the land easily affected by soil quality or degree of slope, debouchment coefficient is closely related with impervious surface. Amount of total runoff generated in the parking lot of 500m2 (runoff coefficient: Rv=0.95) is as good as approximately 16 times the amount of those generated in the wild grassy place (Rv=0.06). Further, when the runoff increases, it is natural that a river reacts to increase its cross-sectional dimensions in order to accommodate it. This reaction is proceed either by widening the banks or by shaving the riverbed, or both of them. In the stage where the riverbed is unstable, the banks are eroded or the habitats are disturbed.
The increase of impervious surface also affects the quality of water. In the impervious surface, contaminated materials are piled up which are floating in the air, discharged by vehicles, or generated by other sources. These are carried by surface runoff, then are washed off when it rains. As to the relation between impervious surface and water temperature, it is turned out that the water temperature of a river is affected by the temperature of local atmosphere. During the summer season, the level of increase of water temperature in the urban watershed is greater than in the rural watershed. It is discovered that water temperature is directly related to the ratio of impervious surface, and increase of impervious surface exerts negative impact on aquatic ecosystem, damaging the diversity of aquatic insects and fishes, and causing change in the constitution of species.
There are two methods of calculating impervious surface, the one to calculate total impervious area (TIA) along the watershed, and the other to calculate effective impervious area (EIA) which is impervious surface linked with water system out of the whole impervious surface. Nevertheless EIA is more accurate, it is common to use TIA as watershed management index due to various restrictions attendant upon the former. In this study, we have reviewed the relation between the quality of rivers and impervious surfaces using both water quality analyses data and land utilization data at 23 spots along the 5 rivers, Kyungan-cheon, Tan-cheon, Joongrang-cheon, Anyang-cheon, and Bukhan-gang. The result of the regression analysis of water temperatures and impervious surface of the rivers showed F=48.88 (p=0.0001), R²=0.83, and CV=6.010. Impervious surface coefficient was 0.76832, from which you could see that the increase of impervious surface ratio has a positive(+) effect on water temperature. The result of the regression analysis of BOD and impervious surfaces showed F=86.54 (p=0.0001), R²=0.80, CV=34.47, and impervious surface coefficient = 0.34638. In the case of COD, the result of the same regression analysis showed F=46.82 (p=0.0001), R²=0.8240, CV=27.48430, and impervious surface coefficient = 0.35936. You could also see that the increase of impervious surface ratios have a positive effects on both BOD and COD. The fact that CV values are relatively high in the cases of BOD and COD means that, although impervious surface ratio, an independent variable, exerts influence on BOD of the river, it would be more explanatory if independent variables other than impervious surface ratios are introduced to the regression formula. The result of the regression analysis of T-N and impervious surface showed F=28.352 (p=0.0001), R²=0.7393, and CV=0.7132. Impervious surface coefficient in this case was 0.35, which means the increase of impervious surface ratio exerts positive effect on T-N.
It is difficult to maintain quality and quantity of water at the state of those before exploitation solely by means of existing water quality management devices such as sewage or rainwater disposal arrangements or road sweeping. Effective management would be possible only when we introduce watershed management system linked with land utilization such as impervious surface management, together with the installation and operation of aforementioned arrangements. They say even relatively low impervious surface ratio (10~15%) in the classification of watershed based on impervious surface ratio could work unfavorably to the quality of a river and cause change in the ecosystem. Once impervious surface ratio exceeds 25%, a river would become ecologically unsustainable in the aspects of stability, water quality, or biological diversity. This shows that watershed management, or land utilization management along the watershed, is an important factor in the managing quality of a river. It also means that it is necessary to apply impervious surface index in the watershed management projects as a technique to protect quality of rivers in the future. In the city planning or land utilization planning so far, they used to administer and regulate just buildings, or just considered establishment ratio of sewer system. From now on, it is deemed advisable to manage impervious surface in order to maintain sound river/watershed quality. Impervious surface, which is an index of development activity, is a useful index which could be adopted in classifying urban rivers and managing individual watershed.

(출처 : Abstract 170p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 서 언 ... 4
• 국문 요약 ... 6
• 목차 ... 9
• 표목차 ... 12
• 그림목차 ... 14
• 제1장 서 론 ... 15
• 1. 연구의 필요성 및 목적 ... 15
• 2. 연구의 범위 및 방법 ... 16
• 제2장 유역관리지표의 도입 필요성 검토 ... 19
• 1. 상수원 유역의 개발 실태 ... 19
• 가. 높은 개발잠재력 ... 19
• 나. 팔당상수원의 수질 현황 ... 20
• 다. 팔당 상수원 지역의 인구 증가 현황 ... 22
• 라. 팔당 상수원 관리에서 산업 활동에 의한 오염물질 배출 현황 ... 24
• 2. 기존 물관리대책 적용의 문제점 ... 24
• 가. 난개발 실태 ... 24
• 나. 난개발의 원인과 대책 ... 26
• 다. 문제점 해결을 위한 대책 ... 29
• 3. 수질관리를 위한 기존 유역관리 수단 분석 ... 30
• 가. 유역관리 실패원인 분석 ... 31
• 나. 효과적인 유역 관리계획 수립 요소 ... 34
• 다. 유역관리 지표의 도입 필요성 ... 37
• 제3장 유역관리 효율화를 위한 관리지표 검토 ... 39
• 1. 주요 유역관리 지표 검토와 선정 ... 39
• 가. 유역관리 지표 종류 ... 39
• 나. 유역관리지표의 평가와 선정 ... 42
• 2. 불투수면 증가에 따른 수환경 영향 ... 44
• 가. 수질 ... 44
• 나. 유출 ... 48
• 다. 건천화 ... 49
• 라. 하천 형태 ... 51
• 마. 하천 수온 ... 54
• 바. 수생태계 ... 55
• 3. 유역관리에 있어서 불투수면 지표의 효율성 ... 64
• 가. 적정 유역개발 지표 ... 64
• 나. 하천분류 및 관리지표 ... 65
• 다. 유역에 근거한 구획설정 지표 ... 67
• 라. 하천의 물리적 변화 평가지표 ... 67
• 마. 유역관리지표의 효용성 종합평가 ... 69
• 4. 불투수면 지표산정 기법 ... 71
• 가. 총 불투수면 면적 산정법 ... 71
• 나. 유효불투수면 산정법 ... 78
• 5. 불투수면 산정 사례 ... 82
• 가. 국내 사례 ... 82
• 나. 국외 사례 ... 98
• 제4장 불투수면 지표의 적용성 검토 ... 103
• 1. 국외 기존 자료를 통한 검토 ... 103
• 가. 도시하천 연구에서의 불투수면 모델 활용 ... 104
• 나. 불투수면 모델에서 유역 관리방안의 영향 고려 ... 116
• 다. 하류의 방류수계에 대한 도시화의 영향 ... 123
• 2. 국내 토지이용 및 수질자료를 이용한 검토 ... 135
• 가. 조사지역 범위 ... 135
• 나. 분석 유역 개요 ... 137
• 다. 분석결과 ... 144
• 3. 적용성 평가 ... 154
• 제5장 결 론 ... 156
• 참 고 문 헌 ... 160
• Abstract ... 170
• 집필자 약력 ... 174
• 끝페이지 ... 174