Research Article

Journal of Korea Water Resources Association. March 2021. 203-215
https://doi.org/10.3741/JKWRA.2021.54.3.203

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 대상 하천

  • 3. 유역 기초자료 및 하천 수리특성 분석

  •   3.1 수문 자료

  •   3.2 지형 자료

  •   3.3 수리특성 분석

  • 4. 결론 및 토의

1. 서 론

충적하천은 하상(Riverbed)을 구성하는 재료와 유수에 의해 이송되는 재료가 같은 하천으로서 흐름에 의해 하상재료가 움직이고 그에 따라 하천 바닥 및 측면 등 하천 형태가 변하는 이동상 하천이다. 우리나라의 하천은 대표적인 충적하천으로 강가에 모래, 자갈 등 넓은 백색의 사주가 형성되는 ‘화이트리버’인 반면, 유럽의 하천은 연중 강물변화가 크지 않아 풀과 나무가 강가 바로 옆까지 자라는 ‘그린리버’로 대비된다(Woo, 2008). 그러나 국내·외 많은 충적하천에서는 환경적인 변화로 넓은 백색사주가 사라지고 식생활착이 진행되어 ‘화이트리버’에서 ‘그린리버’로 점차적으로 변화하고 있다. 이러한 변화의 원인으로는 첫째, 댐 건설로 인한 홍수 발생빈도와 첨두유량 감소, 갈수량 증가 등의 유량변화(Williams and Wolman, 1984; Choi et al., 2004; Graf, 2006), 둘째, 댐 상류지역의 토지이용변화(Gordon and Meentemeyer, 2006), 셋째, 기온과 강우량 변화와 같은 기후변화를 들 수 있다(VanLooy and Martin, 2005). 과거 오랫동안 평형을 이루면서 이동하던 사주에 위와 같은 원인들이 영향을 미치게 되면 사주의 형태와 종류가 변화하면서 하도 내 식생영역의 확장을 유발하게 된다. 따라서 최근 국내 많은 충적하천에서 하도 내 사주에 식생이 활착되고, 점차 식생사주 면적이 증가하여 육역화가 진행되고 있다.

국내 대표적 충적하천인 내성천에서도 하도 내 식생사주 증가에 의한 육역화로 충적하천의 모습은 찾아볼 수 없는 상황이다. 따라서 이러한 현상의 원인 규명을 위하여 국내 연구자들에 의한 연구가 진행되고 있다. Lee et al. (2019a, 2019b)은 2012년에서 2018년까지의 수문, 지형, 식생 등 하천의 다각적인 측면의 조사를 통해 유수-물질-식생-지형 사이의 상호작용을 이해하고 댐으로 인한 하천 변화를 추적하여 분석할 수 있는 자료를 구축하였다. Kim and Kim (2019)은 1988년부터 2017년까지 내성천 회룡교 하류 약 1 km 구간에 대해 항공사진으로 식생면적 확장 현상을 분석하였고, 식생면적의 급격한 증가는 하천의 물리적 구조뿐만 아니라 생태계에도 변화를 유발할 수 있기 때문에 정확한 원인 규명의 필요성을 제안하였다.

본 연구에서는 지난 10년간 내성천에서 관측된 수문자료와 항공사진을 분석하여 식생 및 하천단면 변화를 추적하였고, 인위적 조작이 가능한 시설물의 유(조절하천)/무(비조절하천)에 따른 영향을 비교하기 위하여 댐이 없는 지류의 하천상황과도 비교·분석하였다. 또한 2008년부터 2019년까지 한국수자원조사기술원(이하 ‘기술원’이라 칭함)에서 유량조사 업무를 통해 관측한 횡단면 자료와 유량측정 성과를 바탕으로 식생활착 등 하천환경 변화의 원인을 분석하고, 하천 단면의 침식·퇴적의 정도를 분석하였다. 또한 수리특성 분석을 통해 이러한 변화가 수위-평균유속 및 수위-유량관계에 어떠한 영향을 미치는지 검토하였다.

2. 대상 하천

내성천은 낙동강의 제1지류로서 경상북도 봉화군에서 발원하여 영주시, 예천군을 지나 문경시에서 낙동강에 합류한다. 내성천의 유로연장은 108.20 km, 유역 면적은 1,814.71 km2이다. 내성천 유역은 대부분이 중생대 쥐라기 대보 화강암으로 이루어져서 화강암으로 붕괴된 유사량이 다른 유역과 비교하여 많은 것이 특징이다. 이러한 화강암 풍화층에서 입상붕괴된 모래 입자는 유수를 통해 하도로 많은 양이 운반되어 모래하천의 특성을 보여 망상하천 형태를 이루고 있다(Lee et al., 2010).

본 연구에서는 Fig. 1Table 1에 보인 바와 같이 내성천 하도 내 하상변화 및 수리특성을 검토하기 위해 영주댐 하류에 위치하는 영주시(석탑교), 예천군(고평교), 예천군(회룡교) 3개 관측소를 선정하고, 조절하천과 비조절하천 조건을 검토하기 위해 내성천 지류 서천에 위치한 영주시(월호교) 관측소에 대해 수문자료와 지형자료를 검토하였다.

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Fig. 1.

Map showing the study area (Naeseong stream)

Table 1.

List of the study gauging stations

Station River Beginning of
Observation
Instrument of
Measurement
Longitude Latitude Elevation of
Datum (EL.m)
Elevation of
B.M (EL.m)
Drainage
Area
(km2)
Distance
from Estuary,
Confluence
Yeongjusi
(Wolhogyo)
Seo
stream
2007-01-26 Float 128-37-16 36-45-47 118.601 129.129 347.26 4.00
Yeongjusi
(Seoktapgyo)
Naeseong
stream
2008-01-01 Radar/Float 128-35-59 36-42-59 100.856 110.583 914.56 45.90
Yecheongun
(Gopyeonggyo)
Naeseong
stream
1968-01-01 Float 128-29-16 36-37-10 78.177 87.09 1,158.80 24.30
Yecheongun
(Hoeryonggyo)
Naeseong
stream
2007-01-26 Float 128-19-10 36-35-10 52.804 60.115 1,514.28 4.10

3. 유역 기초자료 및 하천 수리특성 분석

3.1 수문 자료

3.1.1 강수량 검토

내성천 유역의 최근 10년간의 평균강수량은 1,067 mm로 낙동강 평균강수량 1,250 mm, 전국 평균인 1,300 mm보다 185 ~ 235 mm 적은 것으로 나타났다(MOLIT, 2016). 연평균강수량을 검토하기 위해 Table 2의 영주시(석탑교) 관측소는 환경부 영주시(영광여고) 외 9개소, 기상청 영주 외 2개소, 수자원공사 명호, 하동 총 15개소 자료를 이용하였다. 예천군(고평교) 관측소는 환경부 영주시(영광여고) 외 7개, 기상청 안동관측소 외 1개, 수자원공사 하동관측소 외 1개소 자료를 이용하였다. 예천군(회룡교) 관측소는 환경부 영주시(영광여고) 외 15개, 기상청 안동관측소 외 2개, 수자원공사 명호 관측소의 강수량 자료를 이용하여 티센가중법으로 평균강수량을 산정하였다. 2010년에서 2012년을 제외하고 내성천 유역의 평균강수량과 비슷하거나 못 미치는 것으로 나타났다. 2013년부터는 강수량이 예년보다 줄어 가뭄이 발생하였고, 2015년에는 내성천 유역 연평균강수량의 약 절반에 해당하는 강우가 발생하여 극심한 가뭄이 발생하였다.

Table 2.

Annual change of average annual precipitation (unit: mm)

Station 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Aver.
Non-regulated river Yeongjusi (Wolhogyo) 1,181.6 1,655.7 1,313.3 1,099.6 1,062.8 540.0 923.6 867.7 1,218.7 823.3 1,063.5
Regulated river Yeongjusi (Seoktapgyo) 1,121.9 1,523.6 1,271.1 1,049.5 989.2 618.7 1,088.9 901.9 1,088.9 901.9 1,068.6
Yecheongun (Gopyeonggyo) 1,174.5 1,523.6 1,177.8 1,134.5 1,085.0 608.9 1,094.3 915.1 1,094.3 915.1 1,072.3
Yecheongun (Hoeryonggyo) 1,183.2 1,559.2 1,210.3 1,047.7 969.2 602.9 1,093.3 937.9 1,093.3 937.9 1,063.5
Average 1,165.3 1,565.5 1,243.1 1,082.8 1,026.6 592.6 1,050.0 905.7 1,123.8 894.6 1,067.0

3.1.2 수위자료 검토

내성천 하도 내 식생활착 및 성장기간과 영주댐 운영의 영향관계 파악을 위해 영주댐 저수위를 검토하였다. 영주댐은 댐 공사 기간 중인 2011년 6월 8일부터 저수위를 관측하기 시작하였다. 영주댐 저수위는 Fig. 2에 보인 바와 같이 관측 시작일 부터 2015년 12월 31일까지 강우에 의한 수위변화 외에 특이사항이 없었고, 이때 저수위는 약 EL.121 m 수준을 유지하고 있다. 2016년 1월 1일부터 10일간 수위가 3.3 m 정도 상승하였고, 저수위는 EL.125 m로 상승하였다. 2016년 7월 1일부터 1차 시험담수를 시작하여 12월 30일 EL.143.40 m까지 댐 저수위가 상승하였으나, 2017년 1월 1일 방류를 시작하여 저수위는 2월 12일 EL.135.89 m로 하강하였다. 2017년 7월 1일부터 2차로 시험담수를 시작하여 8월 14일 EL.143.10 m까지 상승하였고, 2018년 3월 1일 방류를 시작하여 저수위는 다시 EL.125.00 m 수준으로 하강하였다. 2019년 9월 17일부터 다시 3차 시험담수를 시작하였다.

내성천 본류의 영주댐은 2009년 12월 공사에 착수하여 2016년 6월까지 Fig. 2에서 확인한 바와 같이 인위적인 유량조절을 실시하지 않았다. 댐 설치로 인한 조절하천에서의 수위 영향을 검토하기 위해 댐 하류에 위치한 영주시(석탑교), 예천군(고평교), 예천군(회룡교) 수위관측소의 과거 약 10년간의 수위자료를 검토하여 Fig. 3에 제시하였다. 영주시(석탑교)와 예천군(고평교) 관측소는 Fig. 3(a) and (b)에 나타낸 바와 같이 2010년부터 2014년 초반까지 매년 호우사상이 발생함에도 일정하게 수위를 유지하다가 홍수기 이후 수위가 점차 하강하는 경향이 뚜렷하게 나타났다. 예천군(회룡교) 관측소는 Fig. 3(c)에 나타난 바와 같이 2012년부터 2013년 초반까지 일정높이의 하안 수위를 유지하다가 2013년 홍수기 이후 수위가 전체적으로 상승하였다. 이는 2012년 홍수기 호우사상 이후 퇴적의 영향으로 판단되며 일정수위를 유지하다가 2013년 후반기부터 점차 하강하였다. 전 절에서 기술한 평균강수량 검토와 Fig. 2의 영주댐 운영기간 동안 내성천 각 관측소의 수위가 하강하는 현상을 종합적으로 검토하였을 때, 댐 운영에 의한 영향보다 예년보다 강수량이 적어지는 것이 좀 더 연관성이 있는 것으로 판단된다.

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Fig. 2.

Operation of Yeongju dam

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Fig. 3.

Annual water Level in regulated river (2010 ~ 2019)

Table 3에는 각 관측소의 당해연도 갈수위를 정리하였다. 갈수위가 경년별 수위 하강 정도의 정량적인 지표가 될 순 없지만 갈수위를 토대로 간접적으로 수위 하강정도를 검토하였다. 예천군(고평교) 관측소와 예천군(회룡교) 관측소는 수위 결측 및 이상치 발생으로 갈수위 산정이 불가한 연도가 발생하였다. 2010년에서 2012년의 상승·하강의 미소한 변동을 제외하고 2013년 이후 종합적으로 점차 갈수위에서도 하강하는 경향이 발생하였다.

Table 3.

Annual change of the drought water level (unit: m)

Station 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
Yeongjusi (Seoktapgyo) 0.94 1.04 0.98 1.06 1.01 0.95 0.90 0.87 0.81 0.79
Yecheongun (Gopyeonggyo) -1.22 - -1.31 - -1.32 -1.44 -1.75 -1.77 -1.73 -
Yecheongun (Hoeryonggyo) 1.52 - 1.53 - 1.56 1.44 - 1.24 1.16 1.20

내성천 유역 내에서 상류에 댐이 위치하지 않는 비조절하천에서의 수위 경향을 검토하기 위해 내성천 지류인 서천에 위치한 영주시(월호교) 관측소의 과거 약 10년간의 수위 경향을 검토하였다. 영주시(월호교) 관측소는 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 2011년 홍수기부터 2013년 홍수기 전까지 수위관측소 우물통 막힘 현상으로 저중수위 결측이 발생하였다. 2010년 후반기부터 2016년 홍수기 호우발생 전까지 점차 수위가 하강하는 경향이 나타났다. 2016년 호우 시 잠시 수위가 상승하여 일정높이를 유지하였다가 2017년 홍수기 이전부터 다시 하강하는 경향이 나타났다. 이는 후술할 항공사진 검토에서도 나타나지만, 하도 내 사주에 식생활착, 육역화가 진행됨에 따라 흐름이 집중되어 유속 및 하상소류력이 증가하고, 침식으로 인하여 최심하상고가 점차 하강한 것으로 판단된다.

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Fig. 4.

Water level record at Yeongjusi (Wolhogyo) station during 2010 to 2019

3.2 지형 자료

3.2.1 항공사진 검토

내성천 하도 내 사주의 식생활착 및 육역화 진행과정은 NGII (2019)Kakao (2019)에서 제공하는 2010년부터 2019년까지 항공사진을 검토하였다. 조절하천에 위치한 영주시(석탑교), 예천군(고평교), 예천군(회룡교) 관측소 주변 항공사진을 검토한 결과, 2013년까지는 하도 내 사주의 형상은 일부 변화하지만 넓은 백색사주를 유지해 오다가 2014년을 기점으로 사주에 식생이 활착되어 육역화가 진행된 것을 알 수 있었다. 각 관측소의 하도변화를 비교하기 위한 항공사진은 Fig. 5에 나타낸 바와 같다. 2010년에는 충적하천의 대표적 특징인 백색사주가 잘 보존되어 있으며, 2014년 식생이 활착되기 시작하였고, 최근(2019년)의 하도 상황이 잘 나타나고 있다. 2010년과 2019년 항공사진을 비교하면 넓게 형성되어 있는 사주에 식생이 활착되어 육역화가 진행되고 유로의 폭이 확연히 줄어든 것을 확인할 수 있다.

비조절하천에 위치한 영주시(월호교) 관측소 주변 항공사진을 Fig. 6에 도시하였다. 조절하천에 위치한 관측소와 마찬가지로 2013년까지는 하도 내 사주의 형상은 변화하지만 넓은 백색사주를 유지해 오다가 2014년을 기점으로 사주에 식생이 활착되면서 육역화가 진행되는 것을 알 수 있다. 2010년과 2019년 항공사진을 비교하면 Fig. 5의 조절하천과 마찬가지로 넓게 형성되어 있는 사주에 식생이 활착되어 육역화가 진행되고 유로의 폭이 확연히 줄어든 것을 확인할 수 있다.

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Fig. 5.

Comparison of aerial photography in regulated river

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Fig. 6.

Comparison of aerial photography in non-regulated river

3.2.2 하천 단면 검토

충적하천에서 하도 내 백색사주에 식생의 이입, 활착 및 성장과 유사의 퇴적으로 식생의 정착이 견고해지고 식생 면적이 확장되면서 육역화가 진행된다. Fig. 7은 예천군(고평교) 관측소에서 육역화가 진행되는 과정을 도시하였다. 백색사주에 식생이 이입되어 활착되고 호우사상 이후 식생에 유사가 퇴적되어 식생의 정착이 견고하게 되었다. 이후 시간이 경과함에 따라 식생이 퇴적된 유사 표면위로 성장하며 묘목으로 성장하여 육역화가 진행되었다. 따라서 저수위에서 하도의 흐름이 집중되고 유로 폭이 줄어든 것을 확인할 수 있다.

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Fig. 7.

Process of land forming

Fig. 8은 내성천 본류에 위치하는 영주시(석탑교), 예천군(고평교), 예천군(회룡교) 관측소 유량측정 위치에서 과거와 현재의 하도 횡단면을 측량하여 비교한 결과이다. 횡단면 자료는 기술원에서 2010년에서 2019년까지 측량한 자료로 단면변화의 가독성을 위해 대표적으로 2010년 또는 2011년과 최근 자료인 2019년 단면을 비교하였다.

횡단면 자료와 항공사진(Fig. 5)을 비교하여 설명하면, 영주시(석탑교) 관측소는 Fig. 8(a)에 도시한 바와 같이 2011년과 2019년 횡단면 비교에서 과거 평탄했던 하도 형상이 우안부 및 중심부에 식생활착 및 유사퇴적으로 하중도가 형성되어 좌·우측으로 흐름이 분기됨에 따라 침식이 발생한 것으로 판단된다. 예천군(고평교) 관측소는 Fig. 8(b)에 도시한 바와 같이 2010년과 2019년 횡단면 비교에서 수위 2 m 이하 좌안부의 식생활착 및 유사퇴적으로 흐름이 우안부로 집중되면서 침식이 발생하였다. 예천군(회룡교) 관측소는 Fig. 8(c)에 도시한 바와 같이 2010년과 2019년 횡단면 비교에서 과거 하도 좌안부에서 중심부까지 넓은 분포로 발생하던 흐름이 중심부의 식생활착 및 유사퇴적으로 좌안부로 흐름이 과하게 편중되어 침식이 발생하였다.

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Fig. 8.

Comparison of Cross-section in the stage station

3.2.3 하천 단면 변화량 분석

내성천의 각 관측소에서 하천 단면 변화량 분석을 위해 2010년부터 2019년까지 전년 대비 침식·퇴적률을 산정하였다. 침식·퇴적률 산정을 위한 기준수위는 당해 연도 횡단면의 수위-단면적관계곡선을 작성하여, 10년간 수위-단면적이 가장 동일한 수위를 기준수위로 설정하고, 기준수위 이하는 수위-단면적 변화에 대해 침식률, 기준수위 이상은 수위-단면적 변화에 대해 퇴적률을 산정하였다.

각 관측소별 수위-단면적관계곡선은 Fig. 9에 도시하였으며, 영주시(석탑교) 관측소의 기준수위는 Fig. 9(a)에 나타낸 바와 같이 1.50 m로 산정하고 1.50 m 이하 수위-단변적 변화에 대해 침식률을 산정하였고 기준수위 1.50 m에서 육역화가 진행된 2.70 m 범위의 단면변화를 분석하여 퇴적률을 산정하였다. 예천군(고평교) 관측소의 기준수위는 Fig. 9(b)에 나타낸 바와 같이 1.20 m로 설정하고, 기준수위 이하의 침식률과 기준수위로부터 1.70 m 범위의 퇴적률을 산정하였다. 예천군(회룡교) 관측소의 기준수위는 Fig. 9(c)에 나타낸 바와 같이 2.00 m로 설정하고, 마찬가지로 기준수위 이하 침식률을 산정하였고, 기준수위 2.00 m에서 육역화가 진행된 2.80 m 범위의 단면변화를 분석하여 퇴적률을 산정하였다.

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Fig. 9.

Stage-area relationship

수위-단면적관계곡선으로부터 산정된 기준수위의 통수단면적을 기준으로 Table 4에 각 관측소별 전년 대비 침식·퇴적률을 산정하였다. 영주시(석탑교) 관측소의 주 흐름부 변화는 2012년 경미한 퇴적이 발생하였고, 2013년부터 점차 침식이 발생하여 통수단면적이 증가하는 경향이 나타났다. 2014년 9.10%의 가장 큰 침식률이 산정되었고, 2015년 61.69 m2로 통수단면적이 가장 크게 나타났다. 육역화가 발생한 1.50 ~ 2.70 m 범위의 통수단면적 변화는 2014년까지 경미하게 침식·퇴적이 발생하였고 2014년 255.33 m2에서 2019년 215.34 m2로 퇴적으로 인한 통수단면적이 약 15.7% 감소하여 육역화가 진행된 것으로 판단된다. 예천군(고평교) 관측소의 주 흐름부는 2012년 경미한 퇴적이 발생하였고 2017년 홍수기 이후 24.91%의 퇴적률이 산정되었지만, 전 기간의 경향은 점차 침식이 발생하여 통수단면적이 증가하는 경향이 나타났다. 2015년 31.16%의 가장 큰 침식률이 산정되었고 2016년 121.09 m2로 통수단면적이 가장 크게 나타났다. 육역화가 발생한 1.20 ~ 1.70 m 범위의 통수단면적 변화를 보면 2015년까지 경미하게 침식·퇴적이 발생하고 2015년 106.68 m2에서 2019년 95.72 m2로 퇴적으로 인한 통수단면적이 약 10.3% 감소하여 육역화가 진행된 것으로 판단된다. 예천군(회룡교) 관측소의 주 흐름부는 2012년 홍수기 이후 퇴적의 영향으로 2013년 21.39%의 퇴적률이 산정되었고, 2018년 홍수기 이후 18.50%의 퇴적률이 산정되었지만 전 기간의 경향은 점차 침식이 발생하여 통수단면적이 증가하는 경향이 나타났다. 2017년 14.65%의 침식률이 발생하여 67.04 m2로 통수단면적이 가장 크게 나타났다. 육역화가 발생한 2.00 ~ 2.80 m 범위의 통수단면적 변화를 보면 2011년, 2102년 침식이 발생하였고 2019년까지 수치적으로 침식·퇴적이 경미하게 반복적으로 발생하지만 2012년 164.23 m2에서 2019년 138.08 m2로 통수단면적이 약 15.9% 감소하여 육역화가 진행된 것으로 판단된다.

Table 4.

Comparison of erosion and deposition rate compared to the previous year

Year Stage (m) Flow area (m2) Erosion rate (%) Stage (m) Flow area (m2) Deposition rate (%)
Yeongjusi
(Seoktapgyo)
h (m)
2011 1.50 m below 51.78 1.50 ~ 2.70 m 244.6
2012 51.55 -0.44 244.37 0.09
2013 54.92 6.54 254.64 -4.20
2014 59.92 9.10 255.33 -0.27
2015 61.69 2.95 252.13 1.25
2016 57.22 -7.25 250.84 0.51
2017 52.69 -7.91 240.85 3.98
2018 54.99 4.36 222.59 7.58
2019 51.47 -6.40 215.34 3.26
Yecheongun
(Gopyeonggyo)
H=h+2 (m)
2010 1.20 m below 68.06 1.20 ~ 1.70 m 92.50
2011 78.11 14.76 100.22 -8.34
2012 75.27 -3.63 99.53 0.69
2013 85.89 14.10 101.18 -1.66
2014 90.10 4.91 98.25 2.89
2015 118.18 31.16 106.68 -8.57
2016 121.09 2.46 101.37 4.98
2017 90.92 -24.91 97.44 3.87
2018 104.04 14.42 96.55 0.91
2019 112.48 8.12 95.72 0.86
Yecheongun
(Hoeryonggyo)
h (m)
2010 2.00 m below 54.08 2.00 ~ 2.80 m 126.60
2011 63.32 17.10 157.65 -24.52
2012 65.11 2.82 164.23 -4.18
2013 51.18 -21.39 149.03 9.26
2014 58.19 13.69 154.83 -3.89
2015 53.90 -7.37 151.95 1.86
2016 58.47 8.49 155.54 -2.36
2017 67.04 14.65 127.11 18.28
2018 53.97 -19.50 145.78 -14.69
2019 56.85 5.35 138.08 5.28

3.3 수리특성 분석

기술원의 과거 2008년부터 2019년까지 측정한 유량 측정성과를 바탕으로 수위-평균유속, 수위-유량관계 등 수리특성 분석을 실시하였다. 측정성과는 영주시(석탑교) 관측소의 경우 2008년부터 2019년까지 총 239개, 예천군(고평교) 관측소는 2011년부터 2019년까지 총 239개, 예천군(회룡교) 관측소는 2008년부터 2019년까지 총 316개 측정성과를 분석에 이용하였다. Table 5에는 각 관측소별 이용한 측정성과 개수를 연도별로 정리하였다.

Table 5.

Number of discharge measurement results at gauging stations

Station 2008 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Sum
Yeongjusi (Seoktapgyo) 4 - 3 37 25 34 29 23 33 29 22 239
Yecheongun (Gopyeonggyo) - - 43 27 20 26 25 24 29 26 19 239
Yecheongun (Hoeryonggyo) 36 44 19 65 21 25 25 22 26 29 25 316

3.3.1 수위-평균유속관계 검토

경년별 수위-평균유속관계는 Fig. 10에 도시한 바와 같으며 2008년부터 2019년까지의 유량측정성과를 바탕으로 작성하였다. 영주시(석탑교), 예천군(고평교) 관측소의 고수위 측정성과는 2008년, 2011년 측정성과 외에 비교할 측정성과가 없어 제외하였고, 저중수위 측정성과를 기준으로 검토하였다. 2012년부터 2014년은 동일 수위에서 비슷한 평균유속 범위를 나타내지만 2015년부터 2019년의 경우는 유속이 급격히 증가하는 경향을 볼 수 있다. 예천군(회룡교) 관측소는 약 2.0 m 내외의 수위범위를 기준으로 저수위의 경우 동일 수위에서 유속이 증가하고 중고수위는 유속이 감소하는 경향이 나타났다. 또한, 동일 유속을 기준으로 비교하면, 저수위에서 동일 유속에서 수위가 점차 하강하는 경향이 나타났다. 이는 점차 유로폭이 줄어들고 흐름이 집중됨에 따라 유속이 증가하여 하상침식이 발생하고 수위가 하강하는 것으로 판단된다.

/media/sites/kwra/2021-054-03/N0200540306/images/kwra_54_03_06_F10.jpg
Fig. 10.

Stage-mean velocity relationship

3.3.2 수위-유량관계 검토

2008년부터 2019년까지의 유량측정성과를 바탕으로 도출된 수위-유량관계는 Fig. 11에 도시하였다. 영주시(석탑교), 예천군(고평교), 예천군(회룡교) 관측소 모두 주 흐름부의 하상침식이 발생하여 최심하상고가 저하됨에 따라 GZF (Gauge Height of Zero Flow)도 매년 저하되어 저수위에서 유량이 증가하였다. 또한 식생 활착과 유사 퇴적의 영향으로 식생사주 높이의 증가로 통수단면적이 감소하여 유량도 감소하는 경향이 나타나 전체적인 수위-유량관계의 기울기가 급해지는 형태로 변화하였다.

영주시(석탑교) 관측소의 수위-유량관계는 Fig. 11(a)에 나타낸 바와 같이 수위 1.50 m를 기준으로 유량변화의 변곡점이 발생하였고, 예천군(고평교) 관측소는 Fig. 11(b)에 나타낸 바와 같이 수위 1.20 m, 예천군(회룡교) 관측소는 Fig. 11(c)에 나타낸 바와 같이 수위 2.00 m로 모든 관측소에서 하천 단면 변화량 분석을 위한 기준수위를 기준으로 수위-유량관계의 변화가 발생하는 것으로 나타났다.

/media/sites/kwra/2021-054-03/N0200540306/images/kwra_54_03_06_F11.jpg
Fig. 11.

Stage-discharge relationship

Table 6은 각 관측소에서의 2010년 갈수위를 기준으로 유량변화에 대해 정리하였다. 영주시(석탑교) 관측소는 2010년 갈수위가 0.94 m로 유량은 수위-유량관계곡선의 유량산정 불가기간으로 산정되지 못하였다. 2011년은 1.15 m3/s로 산정되었고 2012년부터 2019년까지 2010년 갈수위 기준 유량변화율을 보면 -35.12 ~ 579.49%의 변화율을 나타내었다. 예천군(고평교) 관측소는 2010년 갈수위가 -1.22 m로 유량은 3.94 m3/s로 산정되었다. 2011년부터 2019년까지 2010년 갈수위 기준 유량변화율을 보면 -41.32 ~ 696.37%의 변화율을 나타내었다. 예천군(회룡교) 관측소는 2010년 갈수위가 1.52 m로 유량은 1.81 m3/s로 산정되었다. 2011년부터 2019년까지 2010년 갈수위 기준 유량변화율을 보면 -11.05 ~ 810.45%의 변화율을 나타내었다. 유량변화율을 보면 각 관측소별 약간의 차이는 있지만 2013년을 기준으로 유량이 감소(-)하였고 2014년부터 유량이 증가(+)하여 2018년 유량증가율이 최대로 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

최근 내성천 유역은 적은 강우로 인하여 고수위 범위의 수위-유량관계 변화 검토에 어려움이 있다. 추후 호우발생시 고수위의 유량 측정성과를 확보하여 육역화가 진행된 하천 단면형태에 따른 수위-유량관계 변화 검토가 필요할 것으로 사료된다.

Table 6.

Comparison of rate of discharge change based on the drought water level (2010)

Year Yeongjusi (Seoktapgyo) h (m) Yecheongun (Gopyeonggyo) H=h+2 (m) Yecheongun (Hoeryonggyo) h (m)
Based on the drought water level (2010)
0.94 m 0.78 m 1.52 m
discharge (cms) rate of change (%) discharge (cms) rate of change (%) discharge (cms) rate of change (%)
2010 - - 3.94 - 1.81 -
2011 1.15 - 4.33 9.99 3.51 94.00
2012 1.39 21.46 4.52 14.70 1.61 -11.05
2013 0.74 -35.12 2.31 -41.32 1.62 -10.43
2014 0.99 -13.83 8.92 126.29 5.07 179.84
2015 1.53 33.63 9.30 136.11 4.51 149.02
2016 3.67 219.88 30.15 665.06 10.54 482.07
2017 4.50 292.06 23.17 487.93 12.59 595.29
2018 7.79 579.49 31.38 696.37 16.49 810.45
2019 4.65 305.83 31.38 696.37 12.42 586.00

4. 결론 및 토의

최근 내성천은 하도 내 사주에 식생이 활착되면서 식생사주 영역은 증가하고 흐름부의 하폭은 전체 하폭대비 매우 좁아진 상태이다. 과거 내성천의 강수량, 수위, 수질, 항공사진, 하상재료, 식생 등을 분석하여 내성천 환경 변화에 대한 선행 연구들이 수행되었지만 경년별 하천단면 및 유량측정성과를 바탕으로 한 수리특성 연구는 수행되지 못하였다.

본 연구에서는 지난 10년간 내성천의 강수량, 수위, 유량측정성과 등 수문자료와 항공사진, 횡단면 등 지형자료를 조사하여, 하도 내 식생활착에 의한 단면변화 및 유량변화에 대한 상호관계를 검토하였다. 내성천 유역의 강수량을 분석한 결과 2015년의 경우 유역 평균강수량의 절반에 해당하는 592.6 mm 강우 기록으로 극심한 가뭄이 발생하였다.

상류에 댐이 위치하여 조절하천 특성을 가진 내성천의 영주시(석탑교), 예천군(고평교), 예천군(회룡교) 관측소와 지류에 위치하여 비조절하천 특성을 가진 서천의 영주시(월호교) 관측소의 각 항공사진 및 수위자료를 바탕으로 조절하천과 비조절하천에서의 식생활착 및 식생사주 진행과정에 대해 비교·검토하였다. 항공사진 검토 결과 조절하천, 비조절하천의 구분없이 2014년을 기점으로 하도 내 식생이 활착되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 수위 자료에 있어서 내성천의 경우 2014년부터 수위가 저하되는 경향이 나타났고 지류인 서천의 경우 2010년 후반기부터 수위가 저하되는 경향이 나타났다. 영주댐이 2016년 7월경 시험담수를 시작으로 운영된 점을 미루어 봤을 때 2016년 이전 식생활착 및 수위저하 현상이 발생한 것은 지속적인 가뭄에 의한 환경변화로 판단된다.

내성천 각 관측소의 하천 단면 변화에 의한 침식·퇴적률 산정을 위해 당해 연도 수위-단면적관계곡선을 작성하였다. 10년간 수위-단면적이 가장 동일한 수위를 기준수위로 산정하고 기준수위 이하에 대해 침식률, 기준수위 이상에 대해 퇴적률을 검토하였다. 경년별 측량시기에 차이가 있고 강우에 의한 사주의 이동 등 자연적인 변화를 고려하면 주 흐름부 저수위 구간은 당해 연도 호우사상 크기에 반비례하여 침식이 발생하는 것으로 나타났고, 중수위 구간은 경년별 호우사상에 의해 침식·퇴적이 반복적으로 발생하지만 전체적인 특성은 강우량이 적어지는 2013년을 기준으로 과거 대비 퇴적이 발생하여 육역화가 진행된 것으로 판단된다.

또한, 식생활착 및 하상침식에 의한 수위-평균유속과 수위-유량관계의 변화 양상을 검토하였다. 수위-평균유속관계에 있어서 식생활착 및 식생사주 면적이 확대됨에 따라 저수로의 흐름이 집중되고, 저평수시 유속 증가에 의한 하상 소류력의 증가로 2013년 이후 지속적인 하상침식이 발생하여 동일 평균유속 범위에서 수위가 점차 저하되는 경향이 발생하였다. 수위-유량관계에 있어서는 하상침식에 의해 통제단면의 GZF가 매년 하강하여 저수위에서는 유량이 증가하고, 식생사주 면적의 확대에 의한 육역화로 통수단면적이 줄어들어 중고수위에서는 유량이 감소하여 전체적인 수위-유량관계곡선식의 기울기가 급해지는 형태로 변화하였다.

내성천은 상류에 영주댐이 위치하고 있으나 2016년 7월 이전에는 운영이 되지 않았던 점을 미루어 보면 유황의 인위적인 조절이 발생하지 않기 때문에 조절하천이 아닌 비조절하천 측면에서 하천 변화의 원인을 찾는 것이 타당한 것으로 판단된다. 한편 영주댐이 운영에 들어간 현 시점 조절하천의 측면에서 하도 내 식생 및 사주 등을 모니터링 하여 향후 보다 심층적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

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