1. 서 론
2. 연구 방법
2.1 연구대상지
2.2 옛홍수터 경계 설정
2.3 토지이용 분석
3. 결과 및 논의
3.1 청미천 옛홍수터의 경계 설정
3.2 청미천 옛홍수터의 토지이용 현황
4. 결 론
1. 서 론
홍수터는 하천에서 홍수시 유수가 범람하는 평탄한 지형으로 육상환경과 수환경의 전이대이다. 홍수터는 홍수에 의해 수위가 변화하는 홍수 파동에 의해 하천 수로와 횡적으로 연결되며, 홍수에 의해서 홍수터와 하천수로 간의 유수, 유사 및 퇴적물질의 순환이 이루어진다. 홍수 파동에 의해 홍수터에 유기물과 영양물질이 공급이 원활히 이루어지고 다양한 생물에게 서식처와 먹이를 제공하여, 홍수터는 생물학적으로 높은 생물 다양성과 생산성을 나타낸다 (Junk et al. 1989).
우리나라는 산지가 많고 인구밀도가 높기 때문에, 넓고 평평한 홍수터를 경작지, 도시 및 산업단지 등으로 조성하고 홍수로부터 보호하기 위하여 1960년대부터 하천개수 공사를 통해 제방을 축조하고 하천수로를 직강화하였다 (Hong et al. 2012). 하천 직강화에 의해 하천공간이 축소되어 생물서식처가 줄어들었고, 횡적연결성이 단절되면서 홍수터와 하천수로를 오가며 생활하던 생물이 사라지면서 하천생태계의 생물다양성이 저하되었다 (Brooker 1985). 또한 제방에 의해 단절된 홍수터는 물의 공급이 차단되고 인간의 의해 이용되면서 육역화가 이루어져 홍수터 고유의 습지경관이 사라지게 되었다. 하천 홍수터의 다양성이 저하되는 가장 주된 요인은 토지 이용에 따른 하천의 홍수터 면적이 감소하고 있기 때문이다 (Follner et al. 2010).
하천의 기능과 생물 다양성을 회복하기 위해서는 홍수터를 복원하여 연결성을 회복하고 생물 서식처 다양성을 확보하는 것이 필요하다. 다양한 하천환경에 적합한 하천복원을 계획하기 위해서는 하천의 과거 형태, 홍수터의 범위 및 현재 토지이용현황 등을 정확하게 파악할 필요가 있다. 제방으로 인해 격리된 옛홍수터 (former floodplain)의 경계를 설정하는 방법은 지형학적 방법과 수문학적 방법으로 나눌 수 있으며, 두 방법 중 홍수터 경계 설정에 적합한 방법은 수문학적 방법으로 보고되었다 (Kim et al. 2015). 수문학적 방법은 홍수가 범람하는 범위를 하천공간으로 정의하고 (The Nature Conservancy 2008), 1차원 혹은 2차원 수리모델로 홍수위를 분석하여 홍수위 아래에 위치한 지형을 하천의 경계로 설정하는 방법이다 (Werner 2001, Choi 2012, Kim et al. 2015). 하천의 토지이용현황은 항공사진이나 위성영상의 이미지를 이용하여 작성된 토지피복도를 GIS에서 연구대상구간에 중첩하여 연구에 이용되고 있다. 하천의 생태 및 환경을 결정하는 중요 요인 중 하나로 하천을 평가하는데 이용되며 (Lammert and Allan 1999, Kim et al. 2004, Hong et al. 2012, Shin et al. 2014), 하천의 관리 및 복원 계획 수립을 위한 기초자료로도 이용되고 있다 (MLTMA 2011).
본 연구의 목적은 GIS를 이용하여 남한강의 지류인 청미천에서 제방에 의해 격리된 옛홍수터를 탐색하고 토지이용현황을 분석하여 향후 하천 홍수터 복원 사업 계획 시 옛홍수터 복원 계획에 기초자료를 제공하고 하천의 생물다양성 회복에 기여하는데 있다.
2. 연구 방법
2.1 연구대상지
본 연구의 대상하천인 청미천은 하천연장 60.7 km, 유역면적 595.13 km2의 유역 특성을 갖고 있다. 청미천은 용인시 원삼면 사암리 어두니고개에서 발원하여 안성시 일죽면, 이천시 장호원읍을 지나 경기, 강원, 충북 3도가 접하는 여주군 점동면 삼합리에서 남한강으로 합류한다 (MLTMA 2011). 유역내 토지이용현황은 임야 299.5 km2, 농경지 187.2 km2, 대지 14.5 km2, 하천 및 제방 21.9 km2, 기타 72.0 km2 등 임야와 농경지가 81.8%로 대부분을 차지하고 있다.
청미천의 하천개수는 전후 복구기였던 1954년부터 지속적으로 시행되었으며, 90년대 후반 수 차례의 대홍수를 겪으며 유역전반의 하천에 대한 수해복구사업으로 하천개수가 현재까지 진행되고 있다 (MLTMA 2011). 청미천의 제방필요 연장은 39.5 km이며, 완성제방 9.0 km, 미완성제방 30.5 km로 하천의 모든 구간에 제방이 설치되어 있었다 (MLTMA 2011). 개수된 현재의 청미천은 수로 대부분이 직강화 되었고, 이로 인해 하천공간이 대부분 농경지와 주거시설로 이용되고 있다. 본 연구에서는 청미천의 국가하천 구간을 연구 대상구간으로 선정하였다.
2.2 옛홍수터 경계 설정
옛홍수터는 하천에 제방이 설치되기 이전에 홍수 발생시 범람이 되었던 지역을 의미한다. 본 연구에서는 하천기본계획 수립 시 이용되는 홍수 범람영역 생성 방법 (Choi 2012)에 따라 계획홍수위 결과와 제내지 지형을 비교하여 계획홍수위 보다 낮은 제내지 지형을 격리된 옛홍수터로 정의하였다. 옛홍수터 경계설정을 위하여 이용된 입력자료와 분석의 순서도는 Table 1 및 Fig. 1과 같다. GIS 소프트웨어 (ESRI, ArcGIS 9.3)에서 수치지도를 청미천의 유역 범위로 추출하였다 (Fig. 1(1)). 하천경계선과 하천중심선을 추출하였다 (Fig. 1(2)). 하천의 전체 유역을 대상으로 분석할 경우, 많은 양의 자료로 인한 컴퓨터 처리 능력의 한계로 분석에 어려움을 겪게 된다. 따라서 분석에 용이하도록 분석 범위를 지정하였다 (Fig. 1(3)). 청미천 유역은 주변에 산지가 많이 분포하고, 하천 흐름방향의 횡방향을 기준으로 개활지의 넓이가 1.5 km를 넘지 않으므로, 본 연구에서는 옛홍수터 탐색의 적절한 공간 범위를 1.5 km로 설정하였다. 홍수위자료는 청미천 하천기본계획 (MLTMA 2011)에서 빈도 별 홍수위 산정결과의 30년 빈도 홍수위 자료를 이용하여 GIS에서 청미천 국가하천구간에 대한 총 24개의 횡단면도를 작성하고 횡단면도에 해당 홍수위를 입력하였다 (Fig. 1(4)). 횡단면도는 청미천 하천기본계획에서 제시된 횡단면도를 기준으로 하천의 흐름 방향에 수직이 되도록 작성하였다. 1/5,000 축척의 연속수치 지도에서 분석 범위 내의 등고선과 표고점을 추출하여 GIS에서 30 m x 30 m 공간해상도의 래스터 (raster) 파일로 수치표고 모델 (digital elevation model, DEM)을 작성하였다 (Fig. 1(5)). 작성된 수치표고 모델은 격리된 옛홍수터를 탐색하기 위한 기본 지형 자료로 이용하였다. 수치표고모델 작성방법과 동일하게 횡단면도의 선 자료를 이용하여 청미천 국가하천구간의 30년 빈도 홍수위 래스터 파일을 생성하였다 (Fig. 1(6)). 과거 제방이 없던 시기의 홍수위를 산출하는 것이 불가능하여 하천기본계획에서 제시된 현재 제방을 기준으로 한 홍수위 자료를 이용하였다.
Table 1. Input data for delineation and land use analysis of the former floodplains isolated by levees in the Cheongmi-cheon Stream, Korea.  |
격리된 옛홍수터를 산출하기 위하여 GIS에서 청미천의 수치표고모델과 홍수위 래스터 파일을 래스터 계산기 (raster calculator)를 이용하여 지형높이와 홍수위의 차이 값을 계산하였다 (Fig. 1(7)). 홍수위에서 지형높이를 뺀 결과에서 양의 값을 갖는 경우 ‘1’, 음의 값을 갖는 경우 ‘0’으로 래스터를 추출하였고, ‘1’의 값을 갖는 래스터를 폴리곤 (polygon) 형태의 벡터 (vector)로 데이터로 변환하여 격리된 옛홍수터를 산출하였다. 탐색된 옛홍수터 중 면적이 분석에 이용된 수치표고모델의 격자 크기 (900 m2)보다 작은 것은 제외하였다. 탐색된 옛홍수터는 홍수터 면적, 형태 및 폐천 부지 포함 여부 등으로 유형을 분석하였다.
2.3 토지이용 분석
격리된 옛홍수터의 토지이용 현황과 변화 양상을 분석하기 위하여 국가수자원 관리종합정보 시스템 (http:// www.wamis.go.kr)에서 제공하는 공간해상도 30 m × 30 m 의 래스터 형태의 대분류 토지피복도를 다운로드 하여 이용하였다. 대분류 토지피복도에서는 토지이용현황을 수역, 시가화지역, 나지, 습지, 초지, 산림, 논 및 밭으로 분류하고 있다. 분석의 편의를 위하여 대분류 토지피복도를 최초 설정한 분석범위로 잘라내어 토지이용 현황 분석에 이용하였다 (Fig. 1(8)). 산출된 청미천의 옛홍수터를 이용하여 토지피복도를 추출 (mask)한 후, 토지이용 유형별로 토지이용 면적과 면적 비율을 산출하여 청미천의 옛홍수터 지역의 토지이용 현황을 분석하였다
3. 결과 및 논의
3.1 청미천 옛홍수터의 경계 설정
청미천 국가하천구간을 대상으로 격리된 옛홍수터를 탐색한 결과 (Fig. 2) 청미천의 제방으로부터 1.5 km범위 내에서 격리된 옛홍수터는 총 104개의 지점이 탐색되었고, 전체 면적은 11.9 km2이었다 (Table 2, Fig. 2). 연구 대상구간인 청미천의 홍수터와 수로를 포함한 하천부지의 면적은 5.2 km2로, 옛홍수터의 면적은 현재 청미천 하천부지 면적의 2배 이상이었다. 청미천의 옛홍수터 중 가장 넓은 지역은 장호원에 위치한 옛홍수터로 면적은 약 1.6 km2이었다. 이 지역은 청미천 유역 중 가장 넓은 평지가 발달한 지역으로 청미천을 중심으로 서쪽에 경기도 이천시 장호원읍, 동쪽에 충청북도 음성군 감곡면이 위치하고 있다. 이 일대는 모두 과거에 홍수터였던 지역으로, 현재는 청미천 유역에 위치한 도심 지역의 대부분이 이곳에 위치하고 있다. 탐색된 옛홍수터 중 0.1 km2 이상의 면적을 보이는 옛홍수터는 총 22개로 전체 옛홍수터 면적의 약 89% (10.6 km2)를 차지하였다. 0.01 km2 이상, 0.1 km2 이하 면적의 옛홍수터는 총 36개, 1.1 km2의 면적으로 전체 옛홍수터 면적의 9.3%이었다. 옛홍수터 중 산으로 둘러싸인 형태의 홍수터는 9개로 3.1 km2 면적이었으며, 9개 중 8개의 옛홍수터가 0.1 km2 이상의 면적을 가지고 있었다. 이러한 유형은 청미천교가 지나는 여주시 점동면에서 남한강 합류부 사이에 분포하였다. 옛홍수터 중에서 폐천부지가 포함된 곳 (KICT 2011)은 3곳으로 면적은 0.9 km2, 전체 면적의 약 8.2%이었다 (Table 2, Fig. 3). 폐천 부지가 포함된 곳 중 2개의 옛홍수터는 산으로 둘러싸인 옛홍수터로, 경기도 여주시 점동면 사곡리와 장안리에 위치하였다. 점동리에 위치한 옛홍수터에는 수로에 사곡 배수펌프장이 운영되고 있어 여름철 홍수시 물을 가두기 위한 배후습지가 넓게 형성되어 있다 (Fig. 3A). 수로와 제방 사이의 홍수터 부지에는 공원이 조성되어 있다. 장안리의 옛홍수터는 수로만 남아있고 주변은 농경지로 이용되고 있다 (Fig. 3B). 마지막 폐천부지가 포함된 옛홍수터는 경기도 이천시 장호원읍 어석리에 위치하고 있으며, 구하도는 현재 농수로 및 배수펌프장의 배후습지로 이용되고 있다. 수로 주변의 옛홍수터 부지는 농경지로 이용되고 있다 (Fig. 3C).
Table 2. Number and area of the former floodplains according to their geomorphological features in the Cheongmi-cheon Stream, Korea.  |
Fig. 2.
Map showing the isolated former floodplain of the Cheongmi-cheon Stream, Korea. Straight line boxes with capital letter represent the former floodplains with an abandoned channel shown in the Fig. 3. Dashed rectangles with lower case letter are the area shown the land use pattern in the Fig. 4.
분석에 이용된 홍수위는 제방으로 가두어진 하천에서 계산된 홍수위이므로, 과거 제방이 없던 시기의 홍수위와는 차이가 있으므로 현재의 홍수위로 과거의 홍수터를 계산하는 것은 제한적이다. 하지만 미국자연보전협회 (The Nature Conservancy 2008)에서 하천공간을 20-100년 빈도의 홍수가 범람하는 지역으로 정의한 것을 근거로, 현재의 홍수위를 통해 본 연구의 결과를 과거 하천이었던 공간으로 가정할 수 있을 것이다. 격리된 옛홍수터의 형태는 연구대상구간의 상류지역에서부터 청미천교가 위치한 지역까지는 넓은 개활지의 형태가 많았으나, 청미천교 하류의 여주시 점동면 지역에서는 하천이 산지 사이를 흐르면서 산지에 둘러싸인 패치 형태의 홍수터가 많았다. 이러한 형태의 지역은 제방을 허물어 홍수터를 복원할 경우, 산지로부터 하천까지 생태계가 연결되어 생태계 복원의 효과가 우수하고, 해당구간의 제방만을 철거하면 산지에 의해 자연 제방이 형성되므로 개활지에 비해 비용 절감 및 홍수 피해에 대한 우려도 감소할 수 있을 것으로 판단된다.
3.2 청미천 옛홍수터의 토지이용 현황
청미천 옛홍수터의 토지이용 현황을 토지피복도를 이용하여 분석한 결과 논과 밭으로 이용되고 있는 농경지가 9.8 km2로 전체의 87.1%를 차지하였다 (Table 3, Fig. 4). 시가화 지역은 0.5 km2로 4.2%이었으며 대부분의 시가화 지역이 장호원읍과 감곡면에 분포하였다. 그 외의 지역으로는 초지 0.5 km2 (4.6%), 나지 0.2 km2 (2.2%) 및 산지 0.2 km2 (1.9%)의 순으로 분석되었다 (Table 3). 옛홍수터의 면적 중에서 농경지와 시가화지역이 전체의 90% 이상으로 제방으로 격리된 옛홍수터가 대부분 인간 활동에 이용되고 있었다. 농경지는 9.8 km2의 면적 중 97.9%가 논으로 논농사 비중이 높은 경기도 지방의 특성을 반영하였다. 낙동강에서 옛홍수터를 탐색한 결과와 비교해 보면, 낙동강에서도 옛홍수터 중 농경지의 비율이 73.9%로 가장 높았지만, 청미천에 비해 비율이 낮고 시가화 지역의 비율의 12.7%로 4.6%의 청미천에 비해 약 3배가 높았다 (Jin et al. 2015). 농경지 중에서도 낙동강 유역에서는 논 (140.9 km2)과 밭 (74.2 km2)의 비율이 약 2:1이었으나, 청미천에서는 농경지 중 약 98%가 논이었다. 옛홍수터의 형태는 청미천에서는 장호원읍 인근의 옛홍수터가 폭이 최대 1 km로 가장 넓은 지역이었으나, 낙동강에서는 옛홍수터의 폭이 작업 경계로 설정한 1.5 km를 넘는 지역이 다수 확인되었다. 옛홍수터 중, 산지에 둘러싸여 주변으로부터 독립된 형태의 홍수터의 토지이용현황은 농경지가 87.4%를 차지하여 격리된 옛홍수터 전체의 농경지 면적 비율과 비슷하였으나, 시가화지역은 0.5%의 비율로 나타나 격리된 옛홍수터 전체에서의 시가화지역 면적의 약 10% 수준인 것으로 분석되었다. 그 외의 지역은 산림 5.6%, 초지 4.6% 및 나지 1.9% 등으로 나타났다.
4. 결 론
청미천의 하천개수는 1970년대에 본격적으로 이루어지기 시작해, 90년대 후반에 수차례 대홍수를 겪으면서 유역전반의 하천에 대한 수해복구사업으로 하천개수가 현재까지 진행되어 왔다 (MLTMA 2011). 청미천 하천기본계획 (MLTMA 2011)에 따르면 청미천의 현재 개수율은 불완전개수를 포함하여 100%이며, 2015년까지 불완전개수 구간에 대한 제방 증축이 시행되었다. 하지만 여주시 점동면 일대의 청미천 하류 지역은 옛홍수터가 대부분 산지에 의해 둘러싸여 있고, 옛홍수터 지역의 토지 이용이 대부분 농경지이며 시가화 지역의 비율이 0.5%로 매우 낮아 옛홍수터를 복원하는 대상지로 적합하다. 또한 농경지의 대부분이 논으로 이용되고 있어 습지의 환경특성을 보이므로 제방을 허물게 되면 별도의 복원 공사를 하지 않아도 홍수터 습지가 형성될 수 있어 복원의 경제성도 높을 것으로 판단된다.
본 연구를 통하여 격리된 옛홍수터를 탐색하고 토지이용현황을 분석한 결과, 청미천에서 제방에 의해 격리된 옛홍수터에서는 산지로 둘러싸인 소규모 패치 형태의 농경지가 많이 나타났으며, 이러한 지역은 시가화 지역으로의 이용 비율이 낮고 농경지, 초지, 수역 및 산지의 비율이 높아 하천 복원 대상지로서의 이용이 용이할 것으로 판단되었다. 이러한 소규모 패치 형태의 격리된 옛홍수터는 차후 치수 경제성 분석 및 생태계 건강성 평가 등의 검토를 거쳐 횡적연결성을 회복시킨다면 홍수피해 저감 효과 및 하천 생태계 건강성 회복에 유리할 것으로 판단된다.
