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ISSN : 2288-1115(Print)
ISSN : 2288-1123(Online)
Korean Journal of Ecology and Environment Vol.48 No.3 pp.188-194
DOI : https://doi.org/10.11614/KSL.2015.48.3.188

Changes of River Morphology in the Mid-lower Part of Nakdong River Basin after the 4 Large River Project, South Korea

Ran-Young Im, Ji Yoon Kim*, Jong-Yun Choi, Yuno Do, Gea-Jae Joo
Department of Biological Sciences, Pusan National University, Busan 609-735, Korea
Corresponding author: Tel: +82-51-510-3344, Fax: +82-51-583-0172, ph85@pusan.ac.kr
March 10, 2015 July 10, 2015 July 13, 2015

Abstract

River channel dredging and riparian development have been influenced morphology and quantity of natural river habitat. We compared distribution of riverside land and alluvial island in the Nakdong River with field survey and remote sensing analysis after the 4 Large River Project in South Korea. We digitized geomorphological elements, includes main channel, riverside land, and alluvial island by using georeferenced aerial photos taken in pre-dredging (2008) and post-dredging (2012) periods. Field survey was followed in 2012 for a ground truth of digitized boundaries and identification of newly constructed wetland types such as pond, channel, branch, and riverine type. We found that during the dredging period, riverside land and alluvial island were lost by 20.2% and 72.7%, respectively. Modification rate of riverside land was higher in the section of river kilometer 50~90, 140~180, and 210~270. Alluvial island had higher change rate in the section of river kilometer 50~70, 190~210, and 270~310. Average change rate for the riverside land and alluvial island was - 1.02±0.14 km2 ·10 km-1 and - 0.05±0.05 km2 ·10 km-1, respectively. Channel shaped wetlands (72.5%) constituted large portion of newly constructed wetlands.


4대강 사 업 후 낙 동강 중·하류의 하 중도와 제외지 지형변화

임 란영, 김 지윤*, 최 종윤, 도 윤호, 주 기재
부산대학교 자연과학대학 생명과학과

초록


    National Institute of Environmental Research

    서 론

    하천습지 (riverine wetland)는 강이나 하천에 인접하여 물의 흐름에 따른 물리적 작용 (침식·운반·퇴적 등)으로 형성되고 유지되며 하도 (river channel)를 포함하는 하반 (riverine zone)과 하변 (riverain zone)에 발달한다 (Johnston et al., 1996; United States Environmental Protection Agency, 2001). 하천습지는 지속적 또는 간헐적으로 침수되거나, 지하수위가 지표 가까이 있어 하천식생이 발달된 입지로 정의할 수 있으며 (Kim et al., 2002), 강과 하천의 건강성을 유지하기 위한 수질 개선, 수량 유지, 생물서식처 제공 등 의 다양한 기능을 제공한다. 이러한 중요성에도 불구하고 하천습지는 물 이용을 위해 하천 유역을 중심으로 도시가 발달함에 따라 자연적 변화와 더불어 인위적인 영향을 지 속적으로 받아왔다. 특히, 토지개발 및 수자원 확보를 위해 하천습지의 개간 및 개발활동이 빈번하게 진행됨에 따라 (Marlin et al., 2007), 하천생태계의 서식처와 생물다양성 은 전반적으로 감소하고 있다.

    도시의 확장으로 하천변의 이용압이 높아져 범람이나 홍수의 영향으로 수해 빈도가 증가하였고 (Nakamura et al., 2006), 하천의 자연성 회복과 수자원의 이용가능성 확보를 위해 수로나 댐, 보 등을 건설하는 하천 정비사업이 빈번 하게 진행되었다 (Erwin, 2009). 하천 정비사업은 미국의 테네시강 개발사업, 인도의 다모다르강 유역 개발사업, 독 일의 하벨강 복원사업 등을 시작으로 세계적으로 널리 진 행되었다. 이 복원사업들은 1900년대 초반에 국토개발을 통한 경제성장을 목표로 이루어졌기 때문에, 자연하천형태 의 변형과 수면 매립 등의 결과를 가져왔다 (Palmer et al., 2005). 하천과 습지의 생태적 역할을 고려하지 않은 결과 로 수생태계의 생물다양성과 기능이 크게 감소하였는데 (Brookes et al., 1983; Nakamura et al., 1997), 자연생태계 의 역할과 기능의 중요성을 인식함에 따라 치수위주의 인 위적 개발로 변경된 하천을 자연상태로 회복시키기 위한 복원사업들이 뒤이어 진행되고 있다 (Koebel, 1995; Bunn and Arthington, 2002; Hart et al., 2002; Gurnell et al., 2012). 최근의 생태복원 사업들은 기존의 하천사용 중심의 개발에 서 강의 홍수 관리, 서식처 연결성 회복 (Ward et al., 2001), 생물다양성 증진 (Palmer et al., 2010), 환경심미적 효과 등 을 복합적으로 고려한 자연친화적인 형태로 진행되고 있 다.

    국내에서는 1910년대 근대적 개발을 위한 하천 측량조 사가 실시되었고, 1960년대 이후 농업 및 산업 수자원의 이용 증대를 위한 하천개수사업 및 댐 건설이 본격적으로 진행되어 주요 강과 하천 수로가 변경되고 제방증축과 하 천변 둔치의 개발이 가속화되었다. 1980년대에는 하천부 지에 체육시설, 주차장, 하상도로 등을 건설하여 하천제방 과 둔치에 대한 토지이용이 증가하였고 (Do et al., 2012), 수변환경은 더욱 악화되었다. 1990년 후반에서 2000년대 에는 하천생태계의 역할과 기능에 대한 전반적인 사회 인 식 증가로 하천생태 조사와 하천환경 정비사업이 진행되 어 자연형 하천 복원에 대한 관심이 크게 증가하였고 전국 하천에 다수의 사업이 진행되었다.

    2008년부터 시작된 4대강 (한강, 낙동강, 금강, 영산강) 정비사업은 하상 퇴적토를 준설하여 홍수위를 감소시키고 범람으로 인한 수해 예방과 가뭄에 대비한 수자원 확보, 수질 개선, 수변공간을 활용한 생태공원 및 문화공간 조성 을 목적으로 하였다. 약 5년간 진행된 사업에는 22조원의 예산규모가 투입되었다. 2012년 사업 종료 결과 4대강에 총 16개의 보가 설치되었으며, 낙동강 유역에는 8개의 보가 설치되었다 (Ministry of Land Infrastructure and Transport, 2010). 홍수 피해 감소와 수량확보 목적으로 보를 설치하였 으나 강의 흐름이 8개의 보로 차단되었고, 준설과 둔치 개 발로 하천 토지이용이 크게 변경되었다 (Park et al., 2013). 특히, 사업비의 약 58% 정도가 집중된 낙동강 유역은 지형 특성상 굽이쳐 흐르는 곳이 많고, 곡폭의 변화가 커서 하 중도나 모래톱이 잘 발달되었던 수계로 (Oh et al., 2011), 하도공사에 상대적인 영향이 클 것으로 예상되었다.

    하천습지, 하중도 및 모래톱 등의 형태나 양적 변화는 하천생태계의 안정성을 변화시킬 수 있는 중요한 요인이 므로 인위적인 영향에 대한 변화를 파악하는 것은 생물군 집의 반응을 예측하는 데 중요한 자료가 되지만 사업 이후 분포 변화에 대한 정량적인 자료는 여전히 제한적이다. 본 연구에서는 4대강사업 전과 사업 후 낙동강 유역 항공영 상 분석과 현장조사를 통해, 낙동강의 중·하류 구간에 분 포하는 1) 하중도와 제외지의 면적 변화를 파악하고, 2) 제 외지에 신규 조성된 습지 유형을 형태에 따라 분류하여 생 물 서식처 (생육지) 변화 경향을 파악하고자 하였다.

    재료 및 방 법

    4대강사업의 대상지였던 낙동강, 한강, 금강, 영산강 중 상대적 사업규모가 큰 낙동강 본류의 습지변화를 분석하 였다. 낙동강 유역은 한반도의 남동부에 위치하며 유역면 적 23,384 km2, 유로연장 510 km로 한반도에서 3번째, 대한 민국에서 가장 긴 강이다. 세부연구지점은 낙동강 본류의 중·하류역 중 4대강사업이 진행된 경북 안동부터 낙동강 하구까지의 458 km 구간을 대상으로 하였다 (Fig. 1). 정비 사업이 시행되지 않은 안동댐 하류부를 상류부 기점으로 하여 기수역으로 구분되는 낙동강 하구둑을 정점으로 설정 하고 각 구간을 낙동강 본류를 따라 River Kilometer (RK) 10 km 간격으로 구획을 설정하였다.

    4대강사업의 둔치 정비, 강바닥 준설로 변화된 하천지역 은 항공사진을 이용한 원격탐사기법을 활용 (Bartlett and Klemas, 1980; Rebelo et al., 2009; Oh et al., 2010)하여 파 악하였다. 대상 구간의 항공사진은 4대강사업 전인 2008 년, 사업후인 2012~2013년에 촬영된 국토지리정보원과 (주)삼아항업 (Daum)의 영상을 2014년 국토지리정보원에 서 제작된 1 : 25,000 수치지형도를 기준으로 정사보정하여 하천지형을 디지타이징하고 구간별 면적을 산출하였다. 하 천지형의 면적 분석은 계절 변화, 방류량 변화로 인한 오 차를 최소화하기 위해 낙동강 본류 주요 정점의 수위자료 (EL.m)를 비교하여 연도별 수위변화 폭이 크지 않은 11월 부터 2월 사이에 촬영된 각 구간별 영상을 선별하여 사용 하였다. 각 구간별 영상에서는 하천의 주요 지형적 요소 중 하도 (main channel), 하중도 (alluvial island), 하천둔치 (riverside land)로 구분하였으며 대표 구간은 디지타이징한 결과를 현장에서 대조하여 세 가지 요소 간의 경계를 확인 하였다. 항공사진의 정사보정은 ERDAS IMAGINE 2012 (Hexagon Geospatial, USA), 하천지형 디지타이징에는 ArcGIS 10.0 (ESRI, USA)와 QGIS 2.8 (QGIS Development Team), TMS for Korea (Mango System, Korea)를 사용하였 다.

    4대강사업 전 후의 면적 변화와 함께 둔치와 하중도의 가장자리지수 (total edge, TE), 형태지수 (shape index, SI)를 계산하여 서식처 형태적 특성을 비교하였다. 가장자리지수 는 각 지형의 둘레거리를 합한 것으로 서식처의 면적과 형 태가 복잡해질수록 값이 높아지며, 형태지수는 서식처의 모양이 원형이거나 정사각형일 경우 1의 값을 갖고 가장 자리 모양이 불규칙하게 복잡해질수록 높은 값을 갖는다. 경관지수는 Patch Analyst 5.1 (Ontario Ministry of Natural Resources, USA)를 이용하여 분석하였다. 연도별 경관 지 수의 차이는 SPSS 20.0 (IBM, USA)를 이용하여 Welch ANOVA (신뢰수준 0.01 이하)로 검정하였으며 사후검정에 는 Mann-Whitney 분석을 이용하였다. 분석의 평균 값은 평균±표준오차 (S.E.)로 표기하였다.

    둔치와 준설사업 기간 중 신규로 조성된 습지는 구간 별 현장조사를 통해 위치정보를 기록하고 서식처의 형태 적 특성을 조사하였다. 현장조사 시에는 습지지리정보 시 스템 (National Wetlands Center, 2012)의 낙동강 본류에 위 치한 습지와 현장 공사안내판의 시공내역서를 참조하였으 며, 2012년 4월부터 10월까지 본류 옆에 인접한 도로를 따 라 이동하며 구간별로 조사하였다. 공사 구간에 조성된 습 지는 식생이 대부분 정착하지 않은 상태로 형태에 따라서 연못형 (pond type), 단순수로형 (channel type), 복합수로형 (branch type), 수변대형 (riverine type)의 4가지로 구분하 였다. 연못형 습지는 둔치에 원형 또는 타원형의 웅덩이를 조성한 형태로 본류와 제한적으로 연결되거나 분리된 것 이며, 단순수로형은 하도와 평행하게 연장된 형태로 선형 으로 조성된 것이다. 복잡수로형은 단순수로형과는 다르게 가지가 뻗은 형태의 복잡한 물길로 구성된 유형이며, 수변 대형은 둔치 (또는 하변)의 가장자리에 본류와 접한 지대 에 조성된 형태이다. 현장조사에서 확인된 습지는 분류된 형태 유형에 따라 사진을 촬영한 후 GPS 좌표로 경계를 기록하였다.

    결과 및 고 찰

    1.둔치 및 하중도의 분포 변화

    낙동강 본류 대상 구간의 둔치와 하중도의 분포를 분석 한 결과 둔치 면적은 2008년 160.1 km2에서 사업 후 127.6 km2로 약 20.2% 감소하였다 (Fig. 2a). 같은 기간 동안 하 중도 면적은 5.5 km2에서 1.5 km2으로 약 72.7% 감소한 것 으로 확인되어 하도에 발달한 하중도의 분포가 크게 감소 한 것을 확인되었다. 본 연구결과와 비교할 수 있는 30 m 급 해상도의 위성영상을 활용해서 분석한 연구결과 (Korea Environment Institute, 2013)에서도 총 335 km 구간에서 2006년 약 75 km2였던 둔치 면적이 공정이 마무리된 2012 년 41 km2로 약 45.3% 감소한 것으로 파악하였다. 둔치 면 적 감소율의 차이는 해당 자료분석에 사용된 위성영상의 SLC (Scan Line Corrector)의 기능 문제로 대상 구간에 선 형의 누락된 부분이 포함되었으며, 영상의 해상도가 낮아 하폭이 좁은 상류부와 혼합 지역에서 분류에 차이가 발생 한 것으로 생각된다. 본 연구의 결과와 다른 분석방법을 활 용한 연구문헌을 고려하였을 때 그 비율에는 차이가 있으 나 하천 둔치와 하중도의 분포의 전반적인 감소를 확인할 수 있었으며, 낙동강은 하상에 모래 비중이 매우 높은 하천 으로 준설로 인한 수중 모래서식처의 변화 또한 자갈하상 이 우점하는 다른 하천에 비해 높았을 것으로 생각된다.

    둔치의 가장자리지수는 사업 전 1,564.9 km에서 1,380.5 km로 약 11.7% 감소하였고 하중도의 가장자리지수는 167.6 km에서 106.3 km로 약 36.5% 감소하였다. 둔치의 서식처 형태지수는 둔치에서 2.28±0.04, 2.90±0.09로 증가하여 평균적인 둔치의 모양이 복잡해진 것으로 나타났다. 반면, 하중도에서는 형태지수가 1.52±0.01에서 1.40±0.01로 다 소 감소하여 형태가 상대적으로 단순해진 것으로 보인다 (F=164.6, p<0.00001). 현장조사 및 정사보정된 항공사 진 상에서도 둔치의 경우 기존 경작지의 정리 등으로 전반 적인 형태에는 큰 변화가 없으나 가장자리에 수로가 준설 되어 퇴적지형이 변화된 것을 확인할 수 있었으며, 하천의 복잡한 흐름으로 형성된 하중도와 모래톱은 하도의 변화 와 함께 분포가 단순해지며 감소한 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 2b). 이는 항공영상과 현장 확인결과를 기준으로 2차 원적인 평면적 형상과 면적을 조사, 분석한 것으로 하천의 육상서식지와 더불어 수중서식지의 정확한 변화를 파악하 기 위해서는 조사지역의 세부 측량을 통한 하천지형의 추 가적인 조사가 필요하다.

    조사지역의 구간별 변화를 살펴보면, 낙동강의 둔치는 대 부분의 구간에서 감소한 것으로 나타났으며 평균적으로 10 km 구간당 - 1.02±0.14 km2의 감소비율을 보였다 (Fig. 3). 특히 RK 50~90 km 구간, 140~180 km 구간, 210~270 km 구간에서 높은 감소율을 보였다. 모래지형이 발달한 낙동 강에서는 강폭이 넓어지며 유속이 감소하는 하류구간에서 하중도의 발달이 높았던 것으로 확인되었다. 하중도는 RK 50~70 km 구간, 190~210 km 구간, 270~310 km 구간에서 높은 감소율을 보였으며 구간별로 평균적으로 10 km 구간 별 - 0.05±0.05 km2 정도의 감소비율을 보였다. RK 60, 80, 170, 220 km 구간의 경우 하중도의 상대적인 면적이 증 가한 것으로 분석되었는데 현장 조사 결과 자연적인 퇴적 이 아닌 기존의 하반에 수로를 준설하여 둔치와 분리된 대 형 인공섬이 만들어진 것으로 낙동강에 발달한 일반적인 하중도와 구분이 필요한 부분이다. 이러한 유형의 인공적 으로 생성된 군을 제외하면 조사기간 중 전 구간에서 하중 도의 분포도 감소한 것으로 판단된다. 강의 하중도와 복잡 하게 발달한 얕은 수중 모래지형은 국제적으로 보호받는 물새류의 중간기착지로 이용될 뿐만 아니라 (National Institute of Biological Resources, 2013), 수생태계 에너지 이 동에 중요한 역할을 하는 미세조류와 플랑크톤, 수서곤충, 식물, 어류, 포유류 등의 다양한 생물에도 중요한 서식처로 이용되는 곳 (Thorp, 1992; Hohensinner et al., 2004)으로 인 위적인 변화로 인한 생태적 영향이 하천관리계획에 복합적 으로 반영되어야 한다. 특히 하천에 횡구조물이 설치될 경 우 (Ward and Standford, 1995) 하천 상하류 간의 연결성에 변화를 유발할 뿐만 아니라 제외지와의 횡적 상호작용에 도 영향을 줄 수 있으므로 본류 하도와 주변 습지의 생물 이동, 분포 변화에 대한 연구들이 진행되어야 할 것이다.

    2.신규 조성된 수변 서식지 현황

    현장조사로 사업구간에서 총 40개의 신규조성습지가 확 인되었다 (Fig. 4). 넓은 의미로는 낙동강 본류와 물이 잠기 는 수변지역 전체를 습지로 볼 수 있겠으나 본 분석에서는 습지생물상 또는 식생발달이 특징적으로 기존 습지조사 목록에 포함된 45개 습지 (National Wetlands Center, 2012) 를 제외하고 둔치에 새롭게 조성된 습지만을 대상으로 하 였다. 신규로 조성된 습지를 형태별로 구분하였을 때, 전체 약 72.5%에 속하는 29개의 습지는 단순수로형으로 만들어 졌으며, 복잡수로형 3개 (7.5%), 연못형 6개 (15.0%), 수변 대형 2개 (5.0%)로 크게 구분할 수 있었다. 신규습지는 중 류부에 대부분 조성되었고 하류로 갈수록 개별 면적이 증 가하였다. 이는 평탄한 둔치가 넓게 발달한 중하류부에 공 원시설과 함께 습지를 조성하기 용이하였기 때문일 것으로 생각된다.

    현재 낙동강 수변에 가장 높은 비율로 조성된 수로형 습 지의 경우 습지 경계의 경사도가 높아 수변부 식생이 정착 하기 어려운 구조로 조성되어 있으며, 일부 지점의 경우 인공형 소재로 바닥을 처리하여 자연형 습지로의 생태적 역할에는 제한이 있을 것으로 보인다. 다만, 이들 습지는 하천의 형태를 띠고 있기 때문에 본류와 적절한 연결성이 유지된 경우 습지 수위 조절이나 오염에 대해서는 상대적 으로 적은 관리가 요구될 수 있다. 연못형 습지는 본류의 평균 수위보다 현저히 높은 지대에 조성되어 연중 습지 수 원 유지에 어려움이 발생할 수 있으며 주변 서식처와 연결 성이 낮은 것으로 평가된다. 아직까지 인위적인 수원 공급, 수위관리 등은 진행되지 않는 상태로 지속성에 대한 모니 터링이 필요한 부분이다. 일부 습지에는 방치된 공원 둔치 로부터 터주식물 (ruderal plants)과 외래식물이 유입되어 수변서식처 기능이 제한되는 지점도 확인되었다. 수생태계 회복을 위해 신규습지를 조성하거나 습지를 복원하는 것 은 장기간 동안의 계획과 평가가 필요한 매우 복잡한 과정 으로 대상지의 지형, 생태적 특징과 복원 목표를 명확하게 이해하고 실행하는 것이 중요하다. 낙동강 본류 습지의 생 태계 건강성 회복을 위해서는 하천 전문가와 관계 기관, 민간단체로 구성된 협력체에서 충분한 논의를 통해 장기 목표를 수립하고 협력해나가야 할 것이다.

    Figure

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    Study sites. Bold line (red) represents dredged river channel during the 4 Large River Project.

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    Landscape indices (a) and aerial photo of the selected sites (b). Note that photography represented in this figure is different with the one used for the digitizing process due to copyright issue.

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    Change of riverside land (a) and alluvial island (b) in the Nakdong River.

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    Types of constructed aquatic habitat within construction sections along the Nakdong River.

    Table

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