1. 서 론
2. 연구 방법
2.1 환경적 안정성 평가 인자에 대한 선행연구 고찰
2.2 연구 대상 구간 및 데이터
2.3 수생태 환경의 수문조건 통합 분석
3. 연구결과
3.1 수문변화에 대한 SS 영향
3.2 수문변화에 대한 NDVI 영향
3.3 강수량 구간별 토지피복 특성과 NDVI 변화
4. 결 론
1. 서 론
최근 기후변화로 인한 강우 패턴의 변동성 증가와 도시화로 인한 토지피복 변화는 수자원의 양적, 질적 특성에 큰 변화를 유발하고 있다. 이러한 변화는 특히 도시 내 하천, 호수, 저수지 등 수변 공간의 관리와 활용에 직접적인 영향을 미친다. 수변 공간은 수역과 육역이 공존하는 개방적 영역으로, 물의 심미성과 인간의 친수성을 바탕으로 레크리에이션 및 문화 형성이 가능한 높은 개발 잠재력을 지닌 공간이다(Park and Jun, 2013). 수변 공간을 중심으로 조성되는 친수공간은 인간의 물리적 접근이 용이하며, 생태적 기능과 사회적 활용을 동시에 충족시키는 복합공간으로 정의된다. 친수공간은 휴식 및 레저 시설이 설치된 도심형과 하도에 직접 접근이 가능한 자연형으로 구분되며, 자연형 친수공간에서는 활동이 여름철에 집중되는 경향이 있다(Kim and Chang, 2023). 친수공간의 관리방식이 이수 및 치수 능력 중심으로 전환됨에 따라 직선화된 하천, 주차장 및 운동시설 등으로 변화된 수변 식생대는 인공적인 공간으로 변화하였으며, 이러한 하천관리는 친수기능과 환경기능의 약화 뿐만 아니라 생태계에도 부정적인 영향을 미치게 된다(Bae et al., 2012; Kim and Ahn, 2014). 이러한 국내 친수공간은 주로 도시 지역과 사업 활성화 목적의 개발로 치중되어 있으며, 전체 하천환경에 대한 객관적 평가 및 정량화에 어려움이 있고 하천조사 및 평가체계의 정립 역시 미비한 실정이다(Lee, 2018b).
기후변화로 인한 극한 수문현상은 수질 오염물의 부하를 증가시키고, 생태계 교란을 유발하며, 공간의 안전성과 이용 가능성을 위협한다. 특히 도시 유역의 경우 불투수 면적이 증가함에 따라 초기우수 유출 현상이 심화되며, 기상학적, 수문학적, 인구학적 특성에 따라 강우에 의한 유출특성이 변화한다(Jo et al., 2022; Kim and Gil, 2025). 특히, 친수공간에서는 홍수 발생 시 물리적 침수 피해뿐 아니라, 홍수터 내부의 식생 붕괴 및 수질 악화가 발생하는 것이 특징이다. 하천의 위치와 규모에 관계없이 전국적으로 식생의 분포가 증가하고 있으며, 하천 내 과도한 식생은 하천의 원래 기능을 저해하고 육역화 및 통수능 저하로 홍수 피해를 유발할 수 있다(Kim and Kim, 2020).
이러한 현상에도 불구하고 기존의 친수공간 연구는 경관 디자인, 이용 만족도, 하천 복원 설계 등 시각적 및 사회적 기능에 집중된 경우가 대부분이며, 수문 조건 변화에 따른 정량적 환경 리스크 평가는 상대적으로 미비하다. 이는 공간 관리와 이용 안전성 확보 측면에서 중요한 한계로 작용한다. 친수공간은 환경적으로 개방된 구조를 가지고 있어 오염물질 유입, 식생 파괴, 수변 침식 등 외부 스트레스에 취약하다. 따라서 공간의 기능성과 지속 가능성을 확보하기 위해 수문–수질–생태 요소를 고려한 환경 안정성 평가체계가 필수적이다. 이러한 체계는 단순한 위험 예측을 넘어, 공간별 위험 수준 분류, 이용 제한 기준 설정 등 실질적인 의사결정 도구로 활용될 수 있다. 또한, 친수공간은 단일 지점이 아닌 연속적인 하천 및 유역 체계 속에 존재하므로, 환경 안정성의 정량적 평가는 전체 수계 건강성과 연결된 공간적 범위에서도 유의미하다.
따라서 본 연구에서는 수문 조건 변화가 수질 및 식생 지표에 미치는 공간적 영향 패턴을 규명하고, 수질 악화 및 식생 저하를 유발하는 임계 수문 조건을 정량적으로 도출함으로써, 친수공간의 환경적 안정성 평가를 위한 과학적 근거를 제시하고자 한다.
2. 연구 방법
2.1 환경적 안정성 평가 인자에 대한 선행연구 고찰
환경적 안정성 평가를 위해서는 대표 인자의 적절한 선정이 필수적이다. 이를 위해 선행연구를 검토한 결과, 친수공간, 수변공간, 자연도 하천 등 다양한 공간적 범위를 대상으로 평가 인자가 제시되어 왔다. 하천 친수공간 평가와 관련하여, 선행연구 조사와 전문가 검토를 거쳐 물리적 특성, 자연환경적 특성, 지리·토지이용 특성, 친수 요구도 및 경관적 특성 등 5개 영역의 15개 지표를 구성하였다(Lee, 2014). 또한, 지리·공간적 측면, 환경적 측면, 사회적 측면, 사업 추진 측면 등 4개 분야의 15개 지표로 세분화하여 평가 기준을 설정한 연구도 수행되었다(Kim et al., 2012). 친수환경 평가를 위한 지표 체계를 역사문화성, 경관성, 이용잠재성 및 친수요구성 등 4개 영역, 10개의 지표로 구성되었다(Chun, 2016; Lee, 2018a). 수생태계 하천에서는 공간적 규모의 자연도를 평가하기 위해 하천 형태와 하천 환경으로 구분하여 지표를 구성하였으며(Huh, 2013), 하천의 구조적 특성을 반영할 수 있도록 물리적 및 시각적 관점의 항목을 설정한 자연도 평가 방법이 제안되었다(Kim and Ahn, 2014). 친수공간 내 설치된 시설물에 대해서는 이용공간 및 시설물, 산책로, 자전거도로 및 접근로 등 유지관리 모니터링 항목을 구분하고, 관리 상태, 안전성, 이용 정도를 기준으로 평가하는 체계가 제시되었다(Lim and Jeong, 2019).
선행연구의 AHP 분석 결과에서는 수질 및 생태의 우선순위는 비교적 높게 산정되어 환경적 측면을 강조하였다. 본 연구에서는 수질 및 생태의 대표인자로 SS (Suspended Solids)와 NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)를 채택하였다. SS는 탁도 및 부유사에 대한 직간접적인 지표로 홍수 및 유출에 대한 영향을 반영하고 NDVI는 하천자연도, 수역 및 유역의 생태 환경을 직간접적으로 평가하는 지표이다. 선정한 대표인자는 수문변화에 대한 영향이 나타나 수질-생태-수문을 연계한 평가가 가능하며 친수공간의 경관에 대한 간접적인 평가 또한 가능하다.
2.2 연구 대상 구간 및 데이터
무심천의 홍수특보는 청주시 흥덕교 지점을 대상으로 수위표기준 4.00 m, 해발기준 40.43 m (EL.)에서 주의보, 수위표기준 5.00 m, 해발기준 41.43 m (EL.)에서 경보를 발령하고 있다. 금강홍수통제소의 홍수특보발령상황을 살펴보았을 때, 2009년부터 현재까지 홍수주의보는 5회(2020년: 1회, 2022년: 1회, 2023년: 1회, 2024년: 1회, 2025년: 1회), 홍수경보는 1회(2023년) 발령하였으며, 홍수로부터 위험은 다소 낮은 것으로 판단된다. 따라서 연구 대상 범위를 제외지를 기준으로 설정하였다. 또한, 강우시 지류하천의 유입을 최소한으로 하기 위해 무심천의 상류에 위치한 수질측정망(청주시 서문대교)부터 하류의 측정망(미호천합류 1 km 전)까지 대상 구간을 제한하였다. 무심천의 홍수터를 포함한 제외지는 자연성이 높은 공간으로 전체 면적의 약 33%가 초지로 구성되어 있다. 또한 수역과 습지도 약 33%로 하천과 직접적으로 연결되는 친수공간임을 나타내고 있다(Fig. 1).
무심천을 대상으로한 친수공간의 환경적 안정성을 평가하기 위해 활용된 자료는 수질(SS), 식생(NDVI), 수문(강수량, 강우강도, 수위)이다. 수질은 물환경정보시스템(https://water.nier.go.kr), 강우량 및 강우강도는 기상자료개방포털(https://data.kma.go.kr), 수위는 국가수자원관리종합정보시스템(https://www.wamis.go.kr)에서 제공 받았으며, NDVI는 NASA (National Aeronautics and Space Administration)에서 운영하는 AppEEARS (Application for Extracting and Exploring Analysis Ready Samples) 플랫폼의 자료에서 MODIS 자료를 활용하였다.
2.3 수생태 환경의 수문조건 통합 분석
수생태 환경의 대표인자인 SS와 NDVI는 주 단위와 16일 간격의 관측주기로 일단위의 변화량을 파악하는데 한계가 있다. 이러한 시계열 결측값에 대한 문제를 최소화 하기 위해 이전 관측일부터 해당 관측일까지의 일강수량, 1시간 최대 강수량 및 수위변화량에 대한 구간을 설정하여 평균 값과 변화율을 산정하여 변화 패턴을 파악하였다(Table 1). TIF 형태의 MODIS NDVI 자료와 연구대상지 내 NDVI 데이터를 공간적으로 추출하고, 픽셀 단위로 번호를 부여하였다. 대상구간의 경계 외부 영역은 NaN으로 처리하여 분석 범위를 설정하였으며, all_touched=True 옵션을 통해 경계에 걸친 픽셀을 포함하였다(Fig. 2). MODIS NDVI 자료를 시계열로 구축하기 위해 연구대상지의 모든 NDVI TIF 파일을 순차적으로 처리하였다.
Table 1.
Parameter ranges for hydrological variation analysis
3. 연구결과
3.1 수문변화에 대한 SS 영향
수문조건에 대한 구간별 SS 농도 및 정상상태(무강우, 0.15 m 이하의 수위변화) 대비 변화율 산정 결과 전반적으로 우상향하는 경향이 나타났다(Fig. 3). 일강수량의 경우 20 mm 이상부터 급격한 상승을 보였다. 1시간 최대 강수량은 30 mm/hr에서는 농도 및 변화율의 구간별 변화는 미비하였으나 30 mm/hr 초과시 급격한 상승된 경향이 나타나고 하천생활환경기준에 따르면 IV (약간나쁨) 등급으로 악화된 것을 확인할 수 있다. 이는 강수량이 증가함에 따라 하천으로 유입되는 오염물질이 증가함을 시사하고 강우 강도가 클수록 단기간 유출의 영향으로 판단된다. 수위 변화는 약간의 수위 상승에도 SS가 증가하고 0.2~0.3 m 구간에서는 안정적인 것으로 나타났다. 이후 구간에서는 수위 상승에 따른 SS 농도 및 변화율이 점진적으로 증가하는 경향을 보이며, 0.5 m 초과시 가장 큰 영향이 나타났다.
복합적인 수문조건에서 산정한 정상상태 대비 초과율은 조건에 따라 SS 농도가 기준선보다 현저히 증가하거나 감소하는 뚜렷한 차이를 보였다(Fig. 4). 전반적으로 수위변화가 0.5 m 이상이거나 1시간 최대 강수량이 15 mm/hr 이상인 조건에서 SS 초과율이 급격히 상승하는 경향이 나타났다. 특히, 일강수량이 5~10 mm, 1시간 최대 강수량이 3~15 mm/hr, 수위변화가 0.5 m를 초과할 때, SS 변화율은 1,006.0%로 정상상태 대비 10배 이상 증가하였고, 일강수량 50 mm, 1시간 최대 강수량 30 mm/hr 및 수위변화 0.5 m 초과 조건에서도 +688.7 %로 고강도, 대량의 강우시 급격한 수위 상승이 중첩될 경우 SS 오염도가 극대화되었다.
일강수량이 10 mm 이하이거나 수위변화가 0.3 m 미만인 조건에서는 SS 변화율이 음(-)의 값을 보이며 정상상태 대비 농도가 감소하였다. 일강수량 5~10 mm, 1시간 최대 강수량 0~3 mm/hr, 수위변화 0.15~0.20 m에서는 SS 변화율이 -33.3 %, 일강수량 50 mm 초과, 1시간 최대 강수량 15~30 mm/hr, 수위변화 0.20~0.30 m에서는 -35.8%로, 강우가 발생했음에도 불구하고 SS 농도가 개선되었다. 이는 유출량이 충분하지 않거나 세굴 완료 후 강우로 인해 SS가 희석되거나 침전된 것으로 판단된다. SS는 보통이상의 강우강도 및 강수량과 수위변화가 0.5 m 초과하는 복합적인 상황에서 오염도가 가장 높았으며, 재부유 및 비점오염물질 유입이 동시에 발생한 결과로 판단된다. 오염도가 낮은 조건은 강수량과 수위 변화가 모두 제한적인 경우로, 유출 및 교란이 부족하여 오히려 SS 농도가 개선되는 경향이 나타났다.
3.2 수문변화에 대한 NDVI 영향
본 연구에서는 일강수량, 1시간 최대 강수량, 수위변화량 조건별로 각 픽셀의 평균 NDVI와 변화율(%)을 산정하여 공간적 반응 특성을 분석하였다. NDVI 변화율은 정상상태 조건(일강수량 0 mm, 1시간 최대 강수량 0 mm/hr, 수위변화 0.1 m) 대비 증감으로 정의하였으며, 평균 NDVI는 각 조건 구간에서 픽셀별 값을 산출한 후 평균하였다. 일강수량에서 Interval 1 구간은 평균 NDVI가 0.23로 가장 낮았으며 전체 공간에서 NDVI가 감소하고 전체 픽셀의 약 75.0%가 -10.0% 이하의 변화율이 나타났다. Interval 3 구간에서는 평균 NDVI가 0.29, 약 60.0% 이상 공간 범위에서 개선되고, Interval 5 구간에서는 평균 NDVI가 0.39, 변화율 약 +37.0% 이상, 전체 공간에서 식생이 회복되었다. 이는 일정 수준 이상의 누적 강수량이 수변 식생의 활력 회복에 기여하는 것으로 판단된다(Figs. 5 and 6). 시간당 강우강도별로는 Interval 1 구간에서 평균 NDVI가 0.32 수준으로 전체공간에서 식생이 개선되었다. Interval 4 구간에서는 평균 NDVI가 0.42 이상으로 상승했고 전체 픽셀에서 약 20.0% 이상의 식생이 회복하였다. 일부 픽셀은 NDVI 0.50 이상, 변화율 +50%를 초과하여 단기간 집중강우가 식생 회복에 긍정적 영향으로 판단된다(Figs. 7 and 8). 수위변화량은 구간별 수위변화량이 증가함에 따라 평균 NDVI 및 NDVI 증감률이 증가하는 경향이 나타났다. Interval 1 구간은 평균 NDVI가 0.34이며 약 20.0%의 증감률을 보인다. Interval 4 구간에서는 평균 NDVI가 0.39 이상으로 증가하였고, 전체 픽셀에서 NDVI 증가가 나타났다. 약 30.0% 픽셀에서 평균 NDVI 0.40 이상, 평균 변화율 +60.0%로 나타났다. 이는 수위 상승이 토양 수분 및 영양분 공급을 촉진하여 식생 회복으로 판단된다(Figs. 9 and 10). 이러한 결과는 동일한 수문 조건에서도 공간적 위치에 따라 NDVI 반응이 상이하게 나타남을 의미한다.
3.3 강수량 구간별 토지피복 특성과 NDVI 변화
강수량의 Interval 1 구간에서 평균 NDVI는 0.21~0.28 범위로 전반적으로 낮게 나타났으며, 정상상태 대비 변화율은 평균 -20% 이상 감소하는 픽셀이 다수를 차지하였다. 감소율이 20.0% 이하인 픽셀의 토지피복은 시가화지역 20.9%, 초지 49.4% 수역 12.0%이고 감소율이 25.0% 이하인 픽셀의 토지피복은 시가화지역 19.5%, 초지 47.0%, 수역 14.6%이며, 감소율이 25.0% 초과한 픽셀의 토지피복은 시가화지역 18.8%, 초지 36.3% 수역 19.4%이다. 시가화지역의 감소, 초지 감소 및 수역이 증가함에 따라 NDVI 감소율은 증가하며, 이는 적은 강수량에 의한 식생 회복 효과는 제한적으로 판단된다. Interval 2 구간에서 평균 NDVI는 0.22~0.29 범위로 여전히 대부분의 픽셀이 정상상태 대비 평균 -10.0% 이상의 감소로 나타났다. 감소율이 10% 이하인 픽셀은 시가화지역 30.0%, 초지 29.3%이고 감소율이 20.0% 이하인 픽셀은 시가화지역 20.1%, 초지 47.1%이며, 감소율이 20.0% 초과하는 픽셀은 시가화지역 15.5%, 초지 47.3%이다. 강수 영향이 큰 초지 비율에 따른 NDVI 변화가 발생한 것으로 판단된다. Interval 3 구간에서는 평균 NDVI가 0.24~0.34로 상승하였으며, 변화율 감소 폭도 평균 -10.0% 이하로 감소하는 경향이 나타났다. 감소율이 10% 이하인 픽셀은 초지가 39.7%이고 감소율이 20.0% 이하인 픽셀은 초지가 49.5%이며, 감소율이 20.0% 초과하는 픽셀은 초지가 50.6%이다. 강우량이 증가함에 따라 초지에서 발생되는 비점오염원 유출이 감소된 것으로 판단된다. NDVI는 강수량과 토지피복 특성에 따라 변화율의 변동이 발생되며, 특히 초지는 강수 부족에 민감하지만 충분한 강수에서는 회복력이 높아지는 경향으로 판단된다.
4. 결 론
친수공간은 생태적 가치와 경관, 여가 및 문화적 활용 가능성을 복합적으로 지닌 구역으로 관리의 중요성이 대두되고 있다. 대부분의 친수공간 평가체계는 이수 및 치수 중심의 물리적 안전성이나 생태·경관·사회적 활용도 중심의 지표에 치우쳐 있으며, 친수공간의 수질 및 식생에 대한 수생태계를 평가한 사례는 미비하다. 본 연구에서는 수문조건에서의 수질과 식생변화를 파악하기 위해 강수량, 1시간 최대 강우강도, 수위변화량 등 수문조건에서 SS와 NDVI의 반응 특성을 평가하였다. SS 분석에서는 수위변화가 0.5m 이상이고 강우강도가 높은 조건에서 SS 변화율이 정상상태 대비 급격하게 증가하는 것으로 나타나, 하상 재부유와 도시형 비점오염 유출이 복합적으로 작용한 것으로 판단하였다. 적은 강수량과 수위 변화가 미비한 조건에서는 SS 농도가 감소하는 경향으로 나타나, 이는 강수 및 유출 특성이 오염물질 농도 변화의 주요 원인으로 판단하였다. NDVI는 강수 조건이 약한 경우에서는 평균 NDVI가 전반적으로 낮게 나타났으며, 특히 초지와 수역에서 정상상태 대비 감소율이 크게 나타났다. 이는 강수 부족으로 인한 토양 수분 고갈과 비점오염원 유입의 복합적인 영향으로 판단된다. 보통 강수 조건에서는 초지의 비율이 높을수록 NDVI 감소 폭이 확대되었으며, 강수 의존성이 큰 식생 유형으로 초지를 고려할 수 있다. 강수 조건이 강한 조건에서는 평균 NDVI가 상승하고 감소율이 저감되는 경향이 나타났으며, 충분한 강수 공급이 식생 회복으로 연결된 것으로 판단된다. 친수공간의 환경적 안정성을 평가하기 위해 SS 및 NDVI는 수문조건과 토지피복에 따른 수질 변화와 식생 변동의 주요 인자인 것으로 나타났으며, 이를 기반으로 유역 내 토지이용 관리, 친수공간 환경 모니터링, 그리고 강우 이벤트에 따른 사전 경보 체계 구축의 필요성을 제시한다. SS는 단일 지점에서 일정한 간격으로 측정되기 때문에 시·공간적 변동성을 충분히 반영하기 어려우며, 강우의 순간적 반응에 민감하고 NDVI는 위성자료의 해상도 제약으로 국지적 식생 변화를 설명하는데 한계가 있다. 따라서 수질 및 식생 기반으로만 친수공간의 환경적 안정성을 평가하는데 보완이 필요하며, 추가적인 수질 지표와 토지이용, 수변 접근성, 레크레이션 이용 등 사회 및 공간적 인자를 통합적으로 고려할 필요성이 나타난다. 향후에는 실시간 강우·수위 자료와 원격탐사 기반 NDVI 모니터링, 실시간 수질 계측 등을 연계하여 고빈도의 수질 데이터 생성 및 고해상도의 항공사진을 확보하여 기후변화에 대응한 친수공간의 효율적 수생태계 관리 전략을 마련하고 자 한다.
