1. 서 론
하천내의 식생은 일부 자연스러운 면이 있다. 물과 모래, 식생 등이 조화롭게 형성되어 있는 경우 하천은 자연적인 경관을 연출하게 된다. 문제는 과도하게 많은 식생과 적절하지 않은 식생이다. 과거와 달리 하천 내의 식생이 넓은 지역에 분포하게 되는 경우 홍수소통에 문제가 발생하게 되고 장기간 지속될 경우 육역화 문제가 발생하게 된다. 하천이 육역화될 경우 더 이상 하천으로서의 기능을 하지 못하게 될 수 있기 때문에 하천관리상 식생은 중요한 문제이다. Woo (2009)는 하천이 모래, 자갈 등으로 형성된 ‘하얀’ 하천에서 식생이 번무한 ‘푸른’ 하천으로 변화하는 현상을 ‘화이트’ 리버의 ‘그린’ 리버화라고 지적한 바 있다.
국외의 경우 하천내 식생 발생 연구는 오래 전에 시작되었다. Williams (1978)는 모래하천에 댐 건설로 인해 홍수가 조절되면 하류 하천의 하폭이 줄어들고 식생이 늘어난다고 분석한 바 있다. Williams and Wolman (1984)은 미국 전역에 대한 연구를 통해 댐에 의한 토사 공급 감소와 지하수위 저하가 식생 성장에 부정적인 영향을 끼치는 것으로 분석하였다. Gurnell (2014)은 하천내 식생은 기후특성과 수문 및 하천 관련 제한조건에 의해서 발생하며, 식생이 하천지형을 변화시키는 것으로 판단하였다.
국내의 경우 Woo et al. (2002)은 합천댐 하류 황간 구간을 조사하여 댐에 의한 홍수 소멸을 식생이입의 원인으로 분석한 바 있다. Choi et al. (2004; 2005)은 댐 건설로 인한 식생 이입 가속화 현상을 조사하여 분석하였다. Park et al. (2008)은 전국을 대상으로 항공사진을 분석하였는데 댐 건설로 인해 사주면적이 약 50% 정도 감소하였고, 식생은 두 배 이상 증가된 것으로 나타났다. Kong et al. (2014)은 하천의 골재채취로 인해 식생 이입이 가속화되는 현상을 확인하였다. Woo and Park (2016)은 하천내 식생 이입의 원인을 댐에 의한 봄철 홍수 억제, 강우 양상 변화, 댐에 의한 여름철 홍수 저감, 하도의 인위적 교란, 하천의 영양물질 유입 증가 등으로 제시하였다. Woo et al. (2019)는 하천내 식생 발생에 대한 관련 연구동향을 분석하여 식생발생 원인과 향후 연구방향을 제시한 바 있다. Lee et al. (2019)는 하천의 식생 이입이 식생 발아기인 늦봄에서 초여름 사이의 강우 감소로 인해 가속화되는 것을 확인한 바 있다.
지금까지의 연구 결과에 의하면 댐과 같은 구조물에 의한 조절하천에서의 식생발생 현황 및 원인에 대해서는 비교적 분명하게 결론이 도출되어 있다. 댐으로 인해 봄철 식생 발아기나 여름철 홍수기에 홍수가 발생하지 않음으로 인해서 쉽게 식생이 이입되고 지속적으로 확장되는 것이다. 그러나 최근 우리나라에서 발생하는 식생은 댐 하류에 한정되지 않는다. 댐과 같은 하천구조물의 유무, 하천 규모 등과 관계없이 거의 모든 하천에서 식생이 발생하고 있다. 이와 같은 현상은 과거에는 발생하지 않았던 것이다. 최근 연구결과(KICT, 2015)에 의하면 우리나라 국가하천의 약 34%가 식생에 의해 잠식된 것으로 나타났다.
본 연구에서는 다양한 하천에 대한 식생 이입 현상을 분석하였다. 상류에 댐이 있는 조절하천 뿐만 아니라 비조절 하천에서 발생하고 있는 식생 확장을 정량적 자료로 분석하였다. 본 연구의 목적은 중규모의 조절 하천 및 비조절 하천에서 발생한 식생 확장을 조사하고, 이를 바탕으로 식생 확장의 경년별 변화와 하천별 비교를 분석하는 것이 목적이다. 식생 확장 원인에 대한 분석은 본 연구의 범위에 포함되지 않으며 향후 추가적으로 이루어져야 할 것이다.
2. 대상 하천 및 분석 방법
2.1 대상 하천
본 연구에서는 식생 조사 대상 하천으로 섬강, 청미천, 내성천을 선정하였다. 선정한 이유는 한강 중류 및 낙동강 상류를 대표하는 하천이며 장기간의 영상자료, 수문자료, 현장 조사자료 등을 확보할 수 있기 때문이다. 내성천의 경우 영주댐이 건설되었으나 아직 담수가 이루어지지 않은 상황이므로 비조절 하천으로 간주하였다. 청미천은 비조절 하천이고, 섬강의 경우 상류에 댐이 있는 조절하천이다.
세 하천의 조사 대상구간은 Fig. 1과 같이 섬강 문막교, 청미천 원부교, 내성천 회룡교 하류 1~1.2 km 구간이다. 그림에서 붉은 색으로 표시한 부분은 전체 분석 대상 구간이고 파란 색으로 표시한 부분은 제방 사면, 공원부지, 농경지 등을 제외한 순수 하천 구간이다. 선정된 대상구간은 도상조사, 현장조사, 항공사진 등의 예비조사를 통해 결정되었으며, 수위 및 유량자료, 하상측량 자료 등을 통해 추가적인 분석이 가능한 구간으로 결정되었다. 먼저, 항공사진 및 현장 조사 등을 통해 대상 하천 전 구간에 식생이 발생한 것을 확인하였다. 다음으로 식생의 경년별 변화, 타 하천과의 비교를 위해 일정 구간을 선정하였다. 특정 구간에 대한 선정 기준은 수리적, 지형적 특성 등 추가적인 정보 획득의 가능성이다. 식생의 변화 뿐만아니라 식생 발생에 영향을 미치는 요소들을 지속적으로 분석하기 위해서는 다양한 정보가 필요하기 때문이다. 따라서 본 연구에서 선정한 특정 구간이 하천을 대표하는 것으로 보기에는 한계가 있으나 해당 하천에서 발생하고 있는 식생 확장의 경향성은 보여줄 수 있는 것으로 판단된다. 또한 식생의 연도별 변화나 타 하천과의 비교를 위해서는 이와 같은 특정 구간 선정이 효율적이라고 할 수 있다.
섬강 문막교 지점은 상류 횡성댐에서 약 51 km 지점에 위치하고 있으며 하폭은 540 m이다. 이 지점은 자갈이 61%, 모래가 38%, 실트 및 점토가 1%를 차지하고 있는 자갈하천 구간이다(MOLIT, 2017). 청미천 원부교 지점의 하폭은 246 m이고, 모래가 89%, 자갈 10%, 실트 및 점토가 1% 가량을 차지하고 있는 모래하천 구간이다(MOLIT, 2011). 내성천 회룡교 지점은 영주댐 하류 약 52 km 지점에 위치하고 있으며 하폭은 약 270 m 이다. 이 지점은 입경 2 mm 이하의 모래가 약 81%를 차지하고 있는 모래하천 구간이다(ME, 2018).
2.2 분석 방법
본 연구에서 식생의 면적을 파악하기 위해 사용한 방법은 영상 분석방법이다. 영상자료는 국토지리정보원에서 제공하는 항공사진과 정사영상을 이용하였으며 정사보정이 되어 있지 않은 항공사진에 대해서는 별도의 보완방법을 통하여 보정하였다. 본 연구에서는 식생의 경년변화를 파악하기 위해 1980년대부터 최근인 2017년까지 항공사진과 정사영상을 분석하였는데 자세한 내용은 Table 1과 같다. 내성천의 경우 2015년 이후의 변화가 커서 2017년을 추가하였다.
Table 1. Years of aerial photograph used
식생 분포의 경년변화 분석시 일관성을 유지하기 위해서는 사진의 촬영시기가 중요하다고 할 수 있다. 계절별 변화에 의해서 분석 결과가 좌우될 수 있기 때문이다. 그러나 항공사진이 계절별로 생산되지 않기 때문에 항공사진을 이용한 식생 분포 분석시에 한계로 작용할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 하천 내 초본의 대표종이라고 할 수 있는 달푸리풀과 목본의 대표종인 버드나무를 분석 대상으로 하였다. 달푸리풀과 버드나무의 경우 다년생이기 때문에 계절별로 큰 차이가 없고 사진상으로 점유면적을 파악할 수 있기 때문이다. 본 연구에서 사용한 항공사진의 해상도는 픽셀당 24×24 cm에서 50×50 cm으로 육안으로 초본과 목본을 구분하는 것이 가능하였다.
본 연구에서는 초본과 목본의 점유면적을 별도로 산정하였다. 초본과 목본의 연도별 변화에 차이가 있기 때문이다. 하천 내 공간에 대한 점유면적은 초본, 목본, 사주, 수면, 농경지, 기타 등으로 구분하였고 각 항목별로 사진에서 면적을 추출하여 그림으로 작성하였다.
3. 분석 결과
3.1 섬강
섬강은 상류에 댐이 있는 하천으로 댐에 의한 유황 조절의 영향이 나타날 수 있는 지점이다. 항공사진 분석 결과 섬강에서 최근들어 식생의 변화가 뚜렷한 것으로 나타났다. 연도별 항공사진의 변화는 Fig. 2와 같다. 1981년 항공사진의 경우 준설이 진행 중이었던 것으로 파악되어 물이 고여 있는 지점은 사주로 처리하였다. Fig. 3은 연도별 식생도를 그림으로 나타낸 것으로 2000년대 이후 지속적으로 식생이 증가하는 양상을 확인할 수 있다. 문막교 하류 지점에 1990년까지 넓은 사주가 형성되어 있었으며 식생은 제방 사면 부근에 초본만 분포하고 있었다. 2000년대에는 식생이 사주에 넓게 확장하기 시작하였고 목본 식생이 제방 부근에 분포하기 시작하였다. 2010년대에는 식생으로 인해 지형이 고정되는 현상이 나타나기 시작하고 사주의 면적이 크게 줄어들었다. 2006년 이후에 목본식생이 지속적으로 확장하여 군락을 이루었으나 2016년에 대부분 사라져 인위적인 제거 작업이 이루어진 것으로 추측된다. 2010년에는 좌안에 수제가 설치된 것이 나타나고 있다.
섬강의 경우 Table 2에 나타낸 바와 같이 지난 35년간 사주 면적이 266,625 m2에서 57,415 m2로 78%가 줄어들어 59.4%의 점유비율이 12.8%로 변화되었다. 반면 초본 면적은 35,574 m2에서 207,488 m2로 583%가 늘어나서 점유비율이 7.9%에서 46.2%로 변화되었다. 초본과 목본을 합할 경우 1981년 7.9%의 점유비율이 54.7%로 늘어났다. 2012년까지의 식생변화는 점진적이었으나 2012년과 2016년 사이에 초본식생의 면적이 1.6배 늘어나는 급격한 변화를 보이고 있다. 2006년과 2012년 사이 초본과 목본의 면적 변화가 잠시 정체되는 것은 그 사이에 발생한 홍수가 원인인 것으로 추정된다.
Table 2. Annual change of vegetation in Seom River (unit: m2)
3.2 청미천
청미천은 상류에 댐이 없는 비조절 하천이지만 최근들어 식생의 변화가 큰 것으로 분석되었다. 항공사진의 변화는 Fig. 4와 같고 식생면적의 변화는 Fig. 5와 같다. 원부교 하류 지점에는 1981년에 우안에 사주가 넓게 형성되어 있었으며 일부 초본 식생이 분포하였고 좌안 사면에도 초본식생이 분포하고 있었다. 1992년에는 우안 사주의 면적이 확장되었으며 일부가 농경지로 이용되었다. 목본 식생이 사면부에 일부 정착하기 시작하였다. 2000년대부터 초본식생이 확장되기 시작하여 2016년에는 사주 전체에 초본식생이 분포하게 되었다. 농경지로 이용되던 지역은 2012년에 초본식생이 차지하였고 2016년에는 목본식생도 넓게 분포하기 시작하였다.
청미천의 경우 Table 3에 나타낸 바와 같이 지난 35년간 사주 면적이 50,006 m2에서 3,904 m2로 92%가 줄어들어 36.5%의 점유비율이 2.9%로 변화되었다. 반면 초본 면적은 12,498 m2에서 102,472 m2로 820%가 늘어나서 점유비율이 9.1%에서 75.0%로 변화되었다. 초본과 목본 면적을 합하면 전체 면적의 77.5%가 식생으로 덮혀 있는 것으로 분석되었다. 이 지역의 경우 수면면적도 최근 들어 급격하게 줄어드는 양상을 보이고 있다. 청미천의 경우 2012년과 2016년 사이에 초본의 면적이 2배 증가하고 사주가 거의 사라지는 급격한 양상을 보이고 있다. 2012년까지의 변화가 점진적이었다면 그 이후의 변화는 매우 급격함을 알 수 있는데 2012년 이후 식생의 변화를 일으키는 외부적인 요인이 작용한 것으로 판단된다.
Table 3. Annual change of vegetation in Cheongmi River (unit: m2)
3.3 내성천
내성천은 상류에 영주댐이 건설되었으나 아직 담수를 하지 않은 상황이기 때문에 현재까지의 조건은 비조절 하천이라고 할 수 있다. 연도별 항공사진의 변화는 Fig. 6과 같고 식생면적의 변화는 Fig. 7과 같다. 사진에서 보는 바와 같이 2011년까지는 식생이 거의 없었으나 2015년을 거치면서 늘어나기 시작하여 2017년에는 급격히 증가하는 것을 알 수 있다. 이 지점의 경우 사주가 넓게 형성되어 있고, 매년 사주가 큰 폭으로 이동하였으나. 2015년부터 2017년까지 버드나무류의 목본식물이 정착하기 시작하면서 사주가 고정되었다.
Table 4에 나타낸 바와 같이 2011년까지는 식생이 거의 없는 상황이었으나 2015년과 2017년에 매우 급격하게 증가하는 양상을 보이고 있다. 사주면적이 2011년 150,768 m2에서 2017년 70,456 m2으로 53%가 줄어들어 65.8%의 점유비율이 30.7%로 줄어들었다. 반면 초본 면적은 2011년 6,744 m2에서 111,587 m2로 늘어나 16.5배 증가하였고 점유비율이 2.9%에서 48.6%가 되었다. 이와 같이 짧은 기간에 급격한 변화가 일어나는 현상에 주목할 필요가 있을 것으로 판단된다. 2017년의 초본과 목본 면적을 합치면 전체 면적의 49.7%를 차지하고 있다.
Table 4. Annual change of vegetation in Naesung River (unit: m2)
4. 고 찰
섬강, 청미천, 내성천 세 하천에 대한 식생면적의 연도별 변화를 살펴보면 첫 번째 특징은 모든 하천에서 식생이 증가하고 있다는 것이다. 식생면적이 꾸준히 증가하여 섬강 54.7% (2016), 청미천 77.5% (2016), 내성천 49.7% (2017)를 식생이 차지하고 있는 것으로 나타났다. 청미천의 경우 대부분의 면적이 식생임을 알 수 있다. 두 번째 특징은 2010년대 이후 증가속도가 매우 빠르다는 것이다. Fig. 8에서 보는 바와 같이 2010년대 이후의 변화는 매우 특징적으로 초본식생의 면적이 섬강 1.7배(2010~2016), 청미천 2.0배(2010~2016) 증가하였으며 내성천의 경우 16.5배(2011~2017) 증가한 것으로 나타나고 있다. 초본식생에 비해 작기는 하지만 목본식생도 증가경향을 보이고 있다. 내성천의 경우 2011년 이후 약 2배 정도 목본식생이 증가하였다.
초본이나 목본식생 면적의 증가는 사주면적과 수면적 감소와 직접 연결되어 있다. 식생의 면적이 증가하면서 사주면적과 수면적이 급격하게 감소하였다. 섬강과 청미천의 경우 사주 면적은 각각 12.8% (2016)와 2.9% (2016)에 불과하고 내성천도 30.7% (2017)에 그치고 있다. 수면적의 경우 청미천이 19.6% (2016), 내성천이 19.6% (2017)이며 섬강은 32.4% (2016)이다. 청미천의 경우 사주 면적이 거의 사라졌고 청미천과 내성천의 수면적도 크게 줄어든 것으로 나타났다.
사주면적과 수면적의 감소는 하천의 물리적인 구조를 근원적으로 변경시키고 이에 따른 여러 가지 영향을 가지고 올 수 있다. 하천의 육역화가 뚜렷하게 나타나게 되고 홍수통수 단면적이 부족하게 되며, 평상시 수면적의 감소로 나타난다. 생태계의 변화도 동반되어 수상생물계에서 육상생물계로 전환되면서 전통적으로 유지되던 우리나라의 하천 특성에 변화가 발생하게 될 것으로 보인다.
이와 같은 식생의 증가 및 수면적의 감소 경향은 하천의 위치나 규모, 상류 댐 유무와 크게 관련이 없이 나타나는 것으로 판단된다. 청미천과 내성천의 경우 비조절 하천이고, 섬강의 경우 조절 하천이지만 식생의 발생 현황 측면에서는 차이를 보이지 않고 있다. 과거에는 댐 건설로 인한 유황 변화로 인해 하류에서 대규모의 식생발생이 관찰된 것에 비하면 최근의 식생 발생은 다른 경향이라고 할 수 있다.
하천의 물리적인 특성 변화가 뚜렷하게 나타나는 만큼 변화의 원인 규명과 미래 하천관리에 대한 방법론의 개발이 시급할 것으로 판단된다. 식생 도입의 원인 규명을 위해서는 우량, 수위, 유량 등에 대한 통계적이고 수리적인 분석과 하상 재료 등 하상의 물리적인 특성에 대한 분석도 필요할 것으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구에서는 한강과 낙동강 유역의 세 하천의 특정 구간에 대해 식생의 면적을 연도별로 분석하였다. 주요 결론은 다음과 같다.
1) 세 하천 모두에서 식생 점유면적이 매우 큰 것으로 조사되었다. 섬강은 54.7% (2016), 청미천은 77.5% (2016), 내성천은 49.7% (2017)를 식생이 차지하고 있는 것으로 나타났다. 세 하천에서 50% 이상을 식생이 차지하고 있고, 특히 청미천의 경우 대부분의 지역을 식생이 차지하고 있는 것이다. 기존에 댐에 의한 유량 조절의 영향으로 댐 하류에만 한정되었던 식생 발생 현상이 비조절 하천에서도 나타나고 있는 것이 확인되었다. 본 연구에서는 세 하천에 대한 정량적인 분석만 실시하였지만 이와 같은 식생 확장 현상은 하천규모나 댐 유무에 관계없이 전국적으로 나타나고 있는 현상이라고 판단된다.
2) 2010년 이후 식생의 이입 속도가 매우 빠르게 나타나고 있다. 이 기간 동안 섬강, 청미천에서 각각 1.7, 2.0배 정도로 초본면적이 증가하였고 내성천의 경우 16.5배 늘어났다. 내성천은 목본면적도 약 2배 가량 늘어난 것으로 분석되었다. 이는 2010년 이후 외부적인 변화요인이 있는 것을 반증하는 것으로 볼 수 있다.
3) 식생면적의 증가는 사주와 수면적 감소와 같은 의미를 지니고 있어 하천에 큰 변화가 일어나고 있다는 것을 확인하였다. 섬강과 청미천의 경우 사주면적이 12.8% (2016)와2.9% (2016)에 불과한 것으로 나타났다. 섬강이 1981년에 59.4%, 청미천이 1992년에 55.4% 인 것과 비교하면 매우 큰 변화라고 할 수 있다. 이와 같은 사주와 수면적의 감소는 하천 육역화로 이어지고 하천의 물리적 구조뿐만 아니라 생태계도 변화시킬 것으로 판단된다.
4) 따라서 하천 식생 면적의 급격한 증가 현상에 대한 원인 분석과 향후 적절한 하천관리 방안 수립이 시급하다고 할 수 있다.
