초록 ▼

토사는 하천의 수생태계 기능을 심각하게 손상시키는 오염원 중의 하나이다. 우리나라에서는 주로 여름철에 하천으로 유입되는 대규모 토사를 자연현상 또는 지역적인 사안으로 간주해 왔다. 그러나 최근 증가되는 폭우의 빈도로 인하여, 과대한 토사발생은 유역의 상류에서 하류까지 여러 가지 환경문제를 유발하고 있다. 그동안 우리나라에서는 토사 중에서 탁수의 영향 연구가 많이 이루어져왔는데 이는 탁수가 대규모 댐과 같은 상수원의 수질기능을 떨어뜨리고 그 영향이 장기간 계속 되었기 때문이었다.
지난 몇 년간 환경부와 관련 부처들은 하천의 건강

토사는 하천의 수생태계 기능을 심각하게 손상시키는 오염원 중의 하나이다. 우리나라에서는 주로 여름철에 하천으로 유입되는 대규모 토사를 자연현상 또는 지역적인 사안으로 간주해 왔다. 그러나 최근 증가되는 폭우의 빈도로 인하여, 과대한 토사발생은 유역의 상류에서 하류까지 여러 가지 환경문제를 유발하고 있다. 그동안 우리나라에서는 토사 중에서 탁수의 영향 연구가 많이 이루어져왔는데 이는 탁수가 대규모 댐과 같은 상수원의 수질기능을 떨어뜨리고 그 영향이 장기간 계속 되었기 때문이었다.
지난 몇 년간 환경부와 관련 부처들은 하천의 건강성을 회복하고 수생태계의 가치를 보호하려는 정책에 힘써왔는데, 그 중에서도 적합한 토사관리 대책 마련은 양질의 상수원을 확보할 뿐만 아니라 육상, 수변, 및 하천 생태계 보존대책들 중에서도 중요한 사안이라고 할 수 있다. 지금까지 많은 연구들은 토양침식과 이로부터 발생하는 토사를 제어하는 방안이 수생태계 보호를 위해 매우 중요하다고 주장해 왔다. 비록 자연 순환적으로 생성되는 토사는 생태계에 유익을 가져오지만, 과다하게 하천으로 유입되는 부유성 및 침전성 토사는 수생생물의 성장을 침해하고 먹이사슬을 교란시켜 결국 수생생물의 종다양성과 개체수를 감소시키는 사례들이 보고되고 있으며 이는 수변이나 육상 생태계까지 영향을 줄 수 있다. 특히 화학물과 결합한 토사는 저서성 동물이나 어류에 직접 영향을 미칠 수 있기 때문에 유역 생태관리계획수립에 있어서 중대한 비중을 차지한다.
토사발생의 제한인자는 점/비점오염원의 발생원과 같이 다양하지만, 그 중에서도 토지이용, 기후변화 및 인간의 활동 등에 따라 발생될 수 있는 과다한 토사는 수생태계보호 정책을 구현하는 의사 결정권자들에게 어려움을 줄 수 있다. 본 연구의 주요 목적은 이러한 관점에서 토사 및 토사로 인한 오염물이 수생태계에 미치는 영향을 분석하고 문헌들에서 제안된 과학적인 근거들로부터 적합한 수생태계 보호를 위한 토사관리 방안을 연구하는 것이다.
본 연구에서는 경작지나 건설현장 등과 같은 인간 활동과 주로 수침식(water erosion)으로 인한 토사발생과 하천으로의 전달기작은 무엇이며, 가속된 토사 프로세스가 어떻게 수생태계 전반을 훼손시키는지, 그리고 하천으로 유입되기 전에 토사관리 계획을 어떻게 개선하여 수생태계를 보호해야 하는지를 중심으로 분석하였다. 그 결과, 첫째로 수생태계와 수생태계에 미치는 토사의 정의를 수립하였으며 이는 기존의‘수질 및 수생태계 보호를 위한 법률’에 적절히 활용될 수 있을 것이다. 둘째, 토양 침식능을 산정하기 위하여 범용토양유실모델(Universal Soil Loss Equation, USLE)을 중권역 유역에 적용하여 유역면적별 토사발생 가능량을 산정하였다. 가장 높은 토사발생량은 충주댐, 남한강 상류, 평창강, 거제도 유역 등의 순위였는데 해당 유역에서는 수생태계 보호를 위한 적절한 토사관리대책이 필요할 것이다. 모델의 한계점을 보완하기 위하여 중권역 유역별 전체 밭면적에 대한 고랭지밭(E.L. 400m 이상)의 면적비를 간접 검증방법으로 사용하였는데 고랭지밭의 면적와 토사발생량의 분포는 비슷한 것을 알 수 있었다. 따라서 고랭지밭으로부터 발생하는 토사가 수생태계에 미치는 영향은 다른 발생원보다 크다고 예상되었다. 끝으로, 토사가 수생태계를 훼손시키는 현장 사례 조사들을 참고하고 외국의 수생태계 보호를 위한 토사관리 방안을 분석하여 보다 적합한 토사관리 방안을 제안하였다. 이에 대한 연구결과는 다음과 같다.
1. 먼저 바람직한 수생태계 보호를 위해서는 토양은 유용한 자연자원, 토사는 수질오염물질로 인식하는 패러다임의 전환이 필요하다. 토양은 물과 공기와 더불어 지구에서 없어서는 안 될 자원이고 인류에게 영양원을 공급해주고 수원(水源)에 완충역할을 한다. 그러나 토사 또는 토사결합 오염물의 증가는 하천의 건강성은 떨어뜨리고 위해성을 높일 뿐이다. 따라서 토사발생 이전, 즉 토양은 국가의 매우 중요한 자연자원이라는 인식이 강조되어야 하며 토양 자체의 보존을 위한 노력이 수반되어야 한다. 따라서 토양 모재로부터 이탈되어 수계로 전달되는 대규모 토사에 대해서는 수질오염물질의 한 형태로 인식하는 것이 중요하다. 이를 위해 관련 부처들와 기관들이 함께 참여하여 공통 토사관리지침이 개발이 필요하며 토양 및 하천 관련정보의 공유 등을 통하여 효율성과 합리성을 높이는 방안이 강구되어야 한다.
2. 우리나라 하천에서 부유물에 대한 농도규제(25 ppm, ‘보통’이상 등급)를 보다 현실화하여 적용할 필요가 있다. 물론 기준보다 낮은 하천은 현재 수질농도로 유지되어야 하며 수생태계의 현황에 따라 추가적인 토사개선이 훼손된 수생태계 복원에 일조를 할 것이다. 그리고 지역에 따라 필요하다면 생물종이나 서식처 조건에 따라 하천구간별 토사 농도기준을 다르게 적용하는 방안도 위의 연구들과 함께 요구되며 부유물질에 대한 수질오염총량제도 도입방안도 신중하게 검토될 필요가 있다.
3. 토사퇴적물이 수생태계 회복에 미치는 영향분석 연구가 필요하다. 환경부는 2006년 물환경관리기본계획 수립을 통하여 하천의 생물학적 평가를 위한 생물등급을 활용하고 있다. 현재 물환경 평가에는 부유토사(SS)가 설정되어 있을 뿐, 중금속, 영양염류, 농약 및 제초제 등과 같은 기타 위해성이 높은 화합물과 함께 퇴적되어 있는 토사퇴적물에 대한 기준은 마련되어 있지 아니하다. 따라서 토사퇴적물의 오염물질 분석과 함께 중․소하천에서는 토사퇴적물에 민감하면서도 어류보다 느린 이동성을 가지는 저서성 동물을 중심으로, 하류하천에서는 어류 모니터링을 통하여 토사거동과 하천의 생태적 상관성을 규명하여야 할 것이다.
4. 근대화를 지나면서 토사발생으로 인한 수생태계 훼손을 경험한 선진외국의 관리방안에서도 우선적으로 제안하였듯이, 사전예방 차원의 접근 즉 토사 발생원별 관리가 그 무엇보다도 필요하다. 준설 등과 같은 토사의 사후처리 방법은 중금속과 같은 오염물질 제거가 필요할 수 있으며, 수집된 오니처리과정 등에서 2차 오염을 방지가 요구될 수 있다. 따라서 토사발생원별 관리기법들을 지역적인 개발정도나 수생태계 현안에 맞추어서 적용하기 위하여, 본 연구에서 제시한 관리기법 선정절차 등을 적절히 이용하는 것이 중요하다.
5. 하천의 발원지에서 하구언까지 하천의 건강성을 보호하기 위해서는 이수 및 치수 기능 중심으로 정비되어 왔던 소하천 수생태계를 우선적으로 보호해야 한다. 이는 하천연결성(river continuum)을 소하천의 미소 수생태계부터 보호하고 유지할 수 있는 중대한 이점이 있다. 우리나라 일부 소하천 수생태계는 경작지 등으로부터 유입된 토사로 인하여 말 그대로 수난을 겪고 있는데 이들 소하천은 대부분 유역에서 상류 소하천들이다. 따라서 농촌 및 도시 소하천 등에 수생태계 보호를 위한 물환경 기준이 검토되어 유역과 하천의 총괄적인 생태관리가 이루어지도록 노력해야 할 것이다.
6. 보다 합리적인 토사관리 의사결정을 위해 하천 및 토양정보의 선진화가 필요하다. 토사는 지표 유출수를 따라 상류로부터 전달되어 하류에서 마지막으로 침전되므로 정확하고 신뢰 있는 의사결정을 위해서는 관련 정보의 확보가 무엇보다 중요하다고 할 수 있다. 우리나라에는 그동안 여러 가지 수문 및 토양정보를 발전시켜왔으나 토사관리를 위해 필요한 하천 및 토양정보는 아직 미흡하였다. 이에 관한 선진 사례는 미국 지질조사국의 National Hydrography Dataset(NHD)과 미국 농무성의 Soil Survey Geographic Dataset(SSURGO) 등이 있다. 비록 이러한 데이터시스템의 개발에는 많은 기간과 재정이 요구되지만, 토사발생을 예측을 위한 기본인자 연구는 우리나라 토사 관리뿐 아니라 하천 및 토양관리에 상당부문 선진화가 될 것으로 판단된다.

본 연구는 강우강도와 토양 수분도와 같은 토사발생인자에 대한 보다 자세한 분석은 이루어지지 않았으며 부문별 한계점이 보고된 범용 토양유실산정 모델을 이용하였고 유사 전달율 또한 유역특성에 기인하므로 산정에서 고려되지 않았음을 밝혀둔다. 또한 토사는 수생태계 보호를 위하여 필요한 여러 대상 물질 중의 하나이며 용존산소, 수온, pH, 그리고 미량 유해물질 등 수생태계에 직접 영향을 줄 수 있는 기타 인자들의 영향은 본 연구의 범위에 중심이 되지 않았다. 끝으로 수생태계 훼손으로 인한 일반산업과 문화 및 관광산업 미치는 경제적 손실연구, 기후변화로 인한 토사 발생의 증감이 앞으로 수생태계에 미치는 영향에 관한 향후 연구과제들이 남아있다.

(출처 : 국문요약 5p)

Abstract ▼

Sediment significantly deteriorates the functions of aquatic ecosystems in streams. The main purpose of this study is to provide a detailed review of the impacts of sediment and sediment‐oriented pollutants on the aquatic environment and to recommend a better sediment management strategy based on sc

Sediment significantly deteriorates the functions of aquatic ecosystems in streams. The main purpose of this study is to provide a detailed review of the impacts of sediment and sediment‐oriented pollutants on the aquatic environment and to recommend a better sediment management strategy based on scientific proof and references.

In Korea, large amounts of sediment detached from the soil structure are regarded as a natural or local problem during only the monsoon season. Nationwide research related to the impact of sediment primarily concentrated on the impact of turbid water because turbidity degrades the aesthetic quality of water and can disturb drinking water sources, such as large dams. Nevertheless, the Ministry of Environment (MOE) and other government groups recently agreed that to maintain their value, the health of streams and aquatic ecosystems should be restored. For example, MOE evaluates not only the characteristics in water quality in terms of physical and chemical measurement, but introduces biological assessments to observe aquatic and riparian ecosystems.

Although environmental stressors for sediment come from point and/or nonpoint source pollution and intensive human activities, decision‐makers have not employed sufficient sediment management strategies for conserving aquatic ecosystems. Numerous studies emphasize the importance of soil erosion and sediment control to manage the aquatic ecosystem. They also indicate that suspended and bedded sediments prohibit the growth of aquatic organisms and decrease ecological numbers and diversity, regardless of the streams size. Chemical‐bounded sediment, in particular, may be harmful to benthic communities (e.g., macro‐invertebrates and submerged plants) and fish.

In this study, we focused on human activities that caused massive sediment yields generated by water erosion, how accelerated sediment processes alter overall aquatic ecosystems, and how to manage planning with regard to sediment before it enters the stream. As a result, sediment and aquatic ecosystems were defined based on previous references so that a regulatory definition may be used in the ʹwater quality and aquatic ecosystem protectionʹ law. Soil erosion potential was estimated using a soil loss prediction tool and the simulation was compared using the area‐weighted ratio of mountain crops in each meso‐scale watershed. In order to provide better management of sediment, several case studies identifying ecological disturbance in aquatic life were reviewed, and advanced control measures in other countries were examined.

In conclusion, the following items were suggested:

1. It is important to recognize that soil is a valuable resource and that it ensures sustainability, but massive suspended and bedded sediments are classified as pollutants, especially with regard to the aquatic ecosystem. While soil is one of three essential assets (water and air being the other two), sediment and sediment‐bound pollutants increase a degree of ecological risk when they enter streams. Therefore, a paradigm shift for ones should be made that massive sediments are regarded as serious pollutants because they decrease the river health.

2. The current standards (25 mg/L, moderate level) for suspended solids in streams should be further regulated. Some streams below the standards are required to maintain current concentrations and to reduce sediment yields based on indigenous charactieristics in aquatic ecosystem. In addition, developing the protocol of total maximum sediment loads may be demanded to protect aquatic species and other purposes in water resources management.

3. It is critical to survey the impact of bedded sediments on aquatic ecosystem. There were some reports for that of suspended sediments in Soyang and Imha dam watershed. However, it is very limited to evaluate how bedded sediments influence water quality and aquatic ecosystems in practice. After analyzing the relationship between pollutants in bedded sediments and changes in aquatic ecosystem, a new criteria for bedded sediments can be indroduced.

4. In the study, the group of human‐induced sediments are classified to as agricultural, forest, surface soil disturbance, mining, urban and stream construction, etc. Best management practices help to reduce the risk posed by sediments. These practices should be parallel with non‐structural measurements such as education, regulatory revisions, and stewardship. Above all, the most effective sediment management plan for protecting aquatic ecosystem is to keep soil particles in the soil structure using physical and regulatory efforts.

5. In order to connect the aquatic ecological heath up to downstream, sediment and pollution management at headwater or small streams is very significant. Management. Protecting small and/or shallow streams is obvious, as they are areas where abundant plant and animal life move downstream. Some aquatic habitats in small streams severely suffer from bedded sediment from crops, and these streams are usually located around watersheds upstream. Therefore, spatial extension for current water quality criteria should also cover small streams in order to maintain an integrated ecosystem. Also, the current small stream management regulations should adopt more ecological management guidelines.

6. In order to make sediment management decisions, the development of an advanced stream and soil database is recommended. Because sediments are transported by upland surface runoff to deposits downstream, an efficient Decision Support System (DSS) is crucial in order to estimate the risk of sediment to watersheds. Through DSS, the collection of related information, such as hydrology, geomorphology, and soil properties, is central to accurately predicting reactions and making reliable decisions.

While there are a number of datasets for this information in various formats in Korea (Water Management Information System (WAMIS), and other government‐supported institutions), they are limited in that they do not provide sufficient data on the management of sediments or soil erosion. Good examples of the frameworks necessary are the National Hydrography Dataset (NHD, http://nhd.usgs.gov) and the Soil Survey Geographic Dataset (SSURGO, http:// www.ncgc.nrcs.usda.gov/products/datasets/ssurgo/)

This study was limited to analysis of the impact of rainfall intensity and soil moisture on sediment management. Sediment delivery ratios are inherently based on watershed conditions, and thus, the soil erosion rate was not precisely quantified using the prediction modeling. It is required to determine the relationship between both suspended and bedded sediment and other major factors, including dissolved oxygen, temperature, pH, and toxic pollutants with regard to the degradation of the aquatic ecosystem. Finally, we need to study the impact of disturbance to aquatic ecosystems on economic loss including general industries and culture & travel industries and to prepare changes from global weather changes whether our natural ecosystems respond to generate more or less sediment volume.

(출처 : Abstract 180p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 서 언 ... 3
• 국문 요약 ... 5
• 목차 ... 9
• 표목차 ... 12
• 그림목차 ... 14
• 제1장 ․ 서 론 ... 17
• 1. 연구의 필요성과 목적 ... 17
• 2. 연구의 범위와 방법 ... 19
• 가. 연구의 범위 ... 19
• 나. 연구의 방법 ... 20
• 제2장 ․ 토사의 발생과 영향 ... 22
• 1. 토사의 정의 ... 22
• 가. 국내 문헌 및 법령 ... 22
• 나. 외국의 토사 개념 ... 23
• 다. 토사의 정의 ... 24
• 2. 토사의 발생 및 분류 ... 25
• 가. 토양 침식의 종류와 인자 ... 26
• 나. 토사의 분류 및 특성 ... 35
• 다. 토사전달이 자연환경에 미치는 영향 ... 37
• 3. 문헌을 통한 국내외 토사 발생현황 ... 39
• 제3장 ․ 수생태계에 미치는 토사의 영향 ... 47
• 1. 연구 현황 ... 47
• 2. 수생태계에 미치는 토사의 영향 ... 50
• 가. 호소 수생태계에 미치는 토사의 영향 ... 51
• 나. 하천 수생태계에 미치는 토사의 영향 ... 54
• 다. 토사에 부착 및 침전된 오염물질의 영향 ... 61
• 라. 종합 및 시사점 ... 66
• 3. 토사유입으로 인한 수생태계 훼손 사례 ... 69
• 가. 국내 ... 69
• 나. 국외 ... 72
• 다. 시사점 ... 73
• 제4장 ․ 유역별 토사발생량 및 수생태계 보호를 위한 토사 관리 방안 ... 75
• 1. 전국 유역별 토사발생량 산정 ... 75
• 가. 토사발생 예측 모델 ... 75
• 나. (R)USLE 모델을 이용한 토사발생량 산정 ... 76
• 다. 유역별 토사발생량 분석 및 평가 ... 78
• 2. 국내 토사관리 현황 ... 83
• 가. 토사 관련 법규 ... 84
• 나. 토사관리 종합대책 및 프로그램 ... 84
• 3. 선진외국의 토사 관련 제도 및 프로그램 ... 89
• 4. 수생태계 보호를 위한 토사 관리방안 ... 101
• 가. 토사발생 저감 및 처리방안과 수생태계 회복 방안 ... 101
• 나. 소하천 유역관리를 통한 수생태계 관리 방안 ... 105
• 다. 수생태계 보호를 위한 토사관리 대책 선정 ... 106
• 제5장 ․ 결론 및 정책 제안 ... 108
• 1. 토양은 유용한 자연자원, 토사는 수생태계를 훼손시키는 오염물질로 인식전환 ... 109
• 2. 하천 부유물질 농도 기준의 현실적인 규제관리 유지 ... 110
• 3. 토사퇴적물이 수생태계 회복에 미치는 영향분석 연구 필요 ... 111
• 4. 인위적 토사 발생원별 관리 방안 개선 ... 112
• 5. 소하천 관리방안 개선 ... 115
• 6. 기타 정책적 제언 ... 116
• 가. 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률에서 수생태계 및 토사의 정의 수립 ... 116
• 나. 수생태계 보호를 위한 하천 및 토양 정보의 선진화 필요성 ... 116
• 제6장 ․ 향후 과제 ... 118
• 참고 문헌 ... 120
• 부 록 ... 128
• 부록 1: 수생태계를 훼손하는 주요 토사 발생원 ... 128
• 부록 2: 수생태계에 미치는 토사의 영향 관련 외국의 연구 문헌 조사 ... 147
• 부록 3: 토사발생원별 토사관리 방안 ... 153
• Abstract ... 180
• 끝페이지 ... 185