1. 서 론
홍수터는 하천 양안에 형성된 하도에서부터 홍수시 유수가 범람하는 범위까지의 평탄한 지형으로 육상환경과 수환경의 전이대이다. 홍수터는 홍수에 의해 수위가 주기적으로 변하는 홍수 파동에 의해 하천 수로와 횡적으로 연결되며, 물 흐름에 의해서 홍수터와 하천수 사이에 물, 유사, 물질 및 생물의 교환이 이루어진다. 이러한 교환에 의해 홍수터로 유기물과 영양물질이 원활히 공급되고 홍수터가 다양한 생물에게 서식처와 먹이를 제공하므로 일반적으로 홍수터는 높은 생물 다양성과 생산성을 나타낸다 (Junk et al. 1989). 또한 홍수터는 문화와 경제적으로도 매우 중요한데, 인간 문명은 비옥한 홍수터에서 시작되어 농경사회를 이루고 하천과 홍수터의 자원을 이용하며 발전해 왔다.
우리나라는 산지가 많고 인구밀도가 높기 때문에 넓고 평평한 홍수터를 경작지, 주거지, 산업단지 등으로 조성하여 왔고, 이 곳을 홍수로부터 보호하기 위하여 1960년대부터 하천개수 공사를 통해 제방을 축조하고 하천수로를 직강화하였다 (Hong et al. 2012). 그러나 생태적으로는 하천 직강화에 의해 하천 공간이 축소되어 생물서식처가 줄어들었고, 횡적연결성이 단절되면서 홍수터와 하천수로를 오가며 생활하던 생물이 사라지면서 하천생태계의 생물다양성이 크게 저하되었다 (Brooker 1985). 더욱이 제방에 의해 단절된 홍수터는 물 공급이 차단되어 육역화가 이루어져 홍수터 고유의 습지 경관이 사라지게 되었다.
근래에 들어 유럽과 미국에서는 획일화된 하천공법에 대한 반성과 환경 및 자연생태계에 대한 관심이 고조되면서 제방에 의해 차단된 홍수터나 구하도를 복원하는 사업이 활발하게 이루어지고 있다. 유럽에서는 오스트리아에서 1990년대 후반 제방에 의하여 횡적연결성이 차단된 다뉴브 강 홍수터의 제방을 부분적으로 낮추어 홍수시 수리적 연결성을 확보하였다 (Zinke 2000). 네덜란드에서는 제방의 후퇴, 강변저류지 확보, 홍수터 지형 하강 등을 통해 하천공간을 확보하여 홍수 피해를 저감하고 하천생태계 기능을 향상시키기 위한 “Room for the River” 사업을 진행하고 있다 (Royal Netherlands Embassy 2013). 미국에서는 2009년에 Ouachita 강의 농장으로 이용되던 약 45 km2 면적의 과거 홍수터에서 제방을 제거하여 수리적 연결성을 회복하고 홍수터 생태계를 복원하였다 (The Nature Conservancy 2015). 우리나라에서는 영산강 유역에 위치한 폐천의 연결성 회복, 청미천의 구하도 복원 등의 사업이 진행되고 있어서 하천사업의 대상구간을 제내지로 확대하는 시도가 이루어지고 있다.
다양한 하천 환경에 적합하게 제내지 과거 홍수터를 복원하는 계획을 수립하기 위해서는 하천의 과거 형태, 홍수터 범위, 현재 토지이용현황 등을 정확하게 파악할 필요가 있다. 이중에서 홍수터의 경계를 설정하는 방법은 지형학 또는 수문학적으로 접근할 수 있다 (Kim et al. 2015). 지형학적 방법은 지도의 등고선을 이용하여 홍수터의 경계를 탐색하는 방법과 지리정보시스템 (GIS)을 기반으로 자동화된 분석을 수행하는 다중 해상도 곡저－평탄지수 (MRVBF, multi-resolution valley bottom flatness) 기법이 있다 (Gallant and Dowling 2003). 수문학적 방법은 홍수가 범람하는 범위를 하천 공간으로 정의하고 (The Nature Conservancy 2008), 1차원 혹은 2차원 수리모델로 홍수위를 분석하여 홍수위 아래에 위치한 지형을 홍수터 경계로 설정하는 방법이 이용되고 있다 (Werner 2001, Choi 2012, Kim et al. 2015). 하천의 토지이용 현황은 항공사진이나 위성영상 이미지를 이용하여 작성된 토지피복도를 GIS에서 연구대상구간에 중첩하여 분석하고 있다. 이러한 홍수터 경계 설정과 토지이용 분석은 제내지 하천 홍수터의 생태 및 환경을 평가하는데 이용되거나 홍수터의 관리와 복원 계획 수립을 위한 기초자료로서 이용되고 있다 (Lammert and Allan 1999, Kim et al. 2004, Hong et al. 2012, Shin et al. 2014).
본 연구의 목적은 GIS를 이용하여 낙동강에서 제방에 의해 격리된 제내지의 과거 홍수터를 탐색하고 현재의 토지이용 현황을 분석하여 향후 하천복원 사업 계획 시 격리된 제내지의 홍수터 복원 계획에 기초자료를 제공하는데 있다.
2. 연구 방법
2.1 연구대상지
본 연구의 대상 하천인 낙동강은 하천연장 400.7 km, 유역면적 23,384.2 km2으로서 남한에서 가장 큰 강 중의 하나이다. 이 강은 강원도 태백시 황지 연못에서 발원하여 안동, 상주, 대구 및 김해를 거쳐 남해로 흘러간다. 낙동강은 주로 저산성 산지와 구릉지를 흘러가기 때문에 서해로 흐르는 강에 비하여 홍수터가 상대적으로 적게 발달하였다. 낙동강 유역의 하천개수는 일제 강점기에 본류 하류부와 남강 하류부에 집중되어 시행되었으며, 1960년대 이후에는 낙동강 연안개발 1, 2차 사업으로 본격적으로 하천 개수공사가 시행되었다. 현재 낙동강의 제방 필요 연장은 394.8 km이며, 완성 제방은 334.3 km (84.6%), 미완성 제방은 53.3 km (13.5%), 무제부 구간은 7.55 km (1.9%)로서 미완성제방 포함 제방설치율은 98%에 달한다 (MLTMA 2006). 개수된 낙동강은 수로 대부분이 직강화 되었고, 이로 인해 하천공간이 대부분 농경지와 주거시설로 이용되고 있다. 본 연구에서는 낙동강의 국가하천 구간인 안동댐에서부터 낙동강 하구까지를 연구 대상구간으로 선정하였다.
2.2 홍수터 경계 설정
격리된 과거 홍수터 (isolated former floodplain, IFF)는 하천에 제방이 설치되기 전에 홍수 발생시 범람이 되는 지역을 의미한다. 본 연구에서는 하천기본계획 수립시 이용되는 홍수 범람 영역 생성 방법에 따라 계획홍수위와 제내지 지형을 비교하여 계획홍수위보다 낮은 제내지를 격리된 과거 홍수터로 정의하였다 (Choi 2012). 본 연구에서 수행한 분석 절차의 순서도는 Fig. 1과 같다.
|
Fig. 1. The procedure of delineating the isolated former floodplains using a geographical information system (GIS) in the Nakdong River, Korea. |
지리정보시스템 (GIS)에서 수치지도를 연구대상 하천의 유역 범위로 추출한 후 분석에 용이하도록 분석 범위 (working boundary)를 지정하였다. 하천구역 경계로부터 좌우 500 m 단위로 4 km까지의 범위를 확장해가며 분석한 결과에 따라서 본 연구에서는 하천공간 복원 최대 가능 범위를 1.5 km로 가정하였다. 1/5,000 축척의 연속수치 지도 (seamless digital topographic map)에서 분석 범위 내의 등고선과 표고점을 추출하여 30 m × 30 m 공간 해상도의 래스터 (raster) 파일로 수치표고 모델 (digital elevation model, DEM)을 작성하였다. 작성된 수치표고 모델은 격리된 과거 홍수터를 탐색하기 위한 기본 지형 자료로 이용하였다.
홍수위 자료는 낙동강 하천기본계획에서 빈도별 홍수위 산정 결과 중에서 30년 빈도 홍수위 자료를 이용하여 GIS으로 낙동강 국가하천 구간에서 총 810개의 횡단면도를 작성하고 각 횡단면도에 해당 홍수위를 입력하였다. 횡단면도는 낙동강 하천기본계획에서 제시된 횡단면도를 기준으로 하천의 흐름 방향에 수직이 되도록 작도하되 하천이 곡류하는 구간에서는 단면이 겹치지 않도록 각도를 조정하였다. 수치표고 모델 작성방법과 동일하게 횡단면도의 선 자료를 이용하여 낙동강 국가하천구간의 30년 빈도 홍수위의 래스터 파일을 생성하였다. 과거 제방이 없던 시기의 홍수위를 산출하는 것이 불가능하여 하천기본계획에서 제시된 현재 제방을 기준으로 한 홍수위 자료를 이용하였으며, 제방이 없었던 시기에는 현재보다 홍수위가 낮게 형성되었을 가능성이 높으므로 빈도별 홍수위 중 가장 홍수위가 낮은 30년 빈도의 홍수위를 이용하였다.
격리된 과거 홍수터를 산출하기 위하여 GIS에서 수치표고 모델과 홍수위 래스터 파일을 래스터 계산기 (raster calculator)를 이용하여 지형 높이와 홍수위의 차이 값을 계산하였다. 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 과거 홍수터를 산출하였다.
2.3 토지이용 분석
격리된 과거 홍수터의 토지이용 현황을 분석하기 위하여 국가수자원 관리종합정보 시스템 (http://www. wamis.go.kr)에서 제공하는 공간해상도 30 m × 30 m의 래스터 형태의 대분류 토지피복도를 이용하였다. 대분류 토지피복도에서는 토지이용을 수역, 시가화 지역, 나지, 습지, 초지, 산림, 논 및 밭으로 분류하고 있다. 분석의 편의를 위하여 대분류 토지피복도를 최초 설정한 낙동강 분석 범위로 잘라내어 토지이용 현황 분석에 이용하였다. 산출된 낙동강 격리된 과거 홍수터의 벡터 데이터 (polygon shape)를 이용하여 토지피복도를 추출 (mask)한 후, 토지이용 유형별로 토지이용 면적과 면적 비율을 산출하여 격리된 과거 홍수터 지역의 토지이용 현황을 파악하였다
3. 결과 및 논의
낙동강 국가하천구간을 대상으로 GIS를 이용하여 격리된 과거 홍수터를 탐색한 결과 제방으로부터 1.5 km 범위 내에서 격리된 과거 홍수터는 총 384개의 지점이 탐색되었고 전체 면적은 약 291.0 km2이었다 (Fig. 2). 낙동강의 격리된 과거 홍수터는 상류지역에서는 주로 산지에 둘러 쌓인 작은 패치 형태로 분포하였고, 대구광역시를 지나면서부터는 넓은 개활지의 형태로도 분포하였다. 패치 형태의 격리된 과거 홍수터는 291개로서 면적이 85.0 km2이었고, 개활지 형태의 격리된 과거 홍수터는 93개로서 면적이 214.0 km2로 개활지 형태가 훨씬 넓었다. 이 연구에서 이용한 홍수위는 제방으로 가두어진 하천에서 계산된 것이므로 과거 제방이 없던 시기의 홍수위와 차이가 있기 때문에 이를 이용하여 과거의 홍수터를 계산하는 것에는 한계가 있다. 그러나 미국자연보전협회 (The Nature Conservancy 2008)에서 하천 공간을 20-100 년 빈도의 홍수가 범람하는 지역으로 정의한 것을 참고로 하면 현재의 홍수위로서 과거 하천이었던 공간으로 가정하는 것이 가능하다고 할 수 있을 것이다.
낙동강에서 격리된 과거 홍수터의 토지이용 현황을 토지피복도를 이용하여 분석한 결과 논과 밭으로 이용되고 있는 농경지가 214.7 km2로 전체의 73.9%를 차지하였다 (Fig. 3). 또한 시가화 지역은 36.9 km2로서 12.7%이었으며 대부분의 시가화 지역이 구미, 대구, 김해 등의 대도시에 분포하였다. 그 외 지역으로는 수역이 13.6 km2 (4.7%), 초지 12.4 km2 (4.3%), 나지 8.9 km2 (3.0%) 및 산지 4.3 km2 (1.5%)의 순으로 넓었다 (Table 1). 격리된 과거 홍수터의 면적 중에서 농경지와 시가화 지역이 전체의 86.5%로서 이곳이 대부분 인간 활동에 이용되고 있었다. 격리된 과거 홍수터 중에서 산지에 둘러싸인 소규모 패치 형태 홍수터의 토지이용 현황은 농경지가 63.6 km2로서 총면적의 74.8%를 차지하여 격리된 과거 홍수터 전체의 농경지 면적 비율과 비슷하였다. 그러나 시가화 지역은 5.9 km2로서 총면적의 6.9%를 차지하였고 이 비율은 격리된 과거 홍수터 전체에 비하면 절반 수준이었다. 그 외의 지역은 초지 4.9 km2 (5.8%), 수역 4.6 km2 (5.4%), 나지 3.2 km2 (3.8%), 산지 2.8 km2 (3.3%) 등으로 모두 전체 격리된 과거 홍수터에서의 면적 비율보다 높았다.
|
Fig. 3. The land use pattern in the major isolated former floodplain of the Nakdong River, Korea. The location of each rectangle is shown in the Fig. 2. |
4. 결 론
최근 하천사업은 하천의 치수와 이수적인 기능뿐만 아니라 생태적 건강성을 고려하여 수행되고 있다. 하천의 생태적 건강성을 회복하기 위해서는 제방에 의하여 격리된 제내지 홍수터의 횡적 연결성을 복원하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 낙동강을 대상으로 하천개수공사로 인해 격리된 제내지의 과거 홍수터 지역을 파악하고 현재의 토지이용 현황을 분석하였다. 격리된 과거 홍수터는 GIS를 이용하여 하천 제내지에서 홍수위 보다 낮은 지역으로 정의하였고 수치지도를 이용하여 작성한 수치표고 모델과 하천기본계획의 홍수위를 중첩하여 산출하였다. 낙동강 하천경계로부터 양안으로 각각 1.5 km 범위 내에서 격리된 과거 홍수터는 총 384개 지점, 291 km2의 면적으로 분포하였다. 격리된 과거 홍수터의 형태는 낙동강의 상류지역에서는 산지에 둘러 쌓인 작은 패치 형태가 많았으며, 낙동강 중류를 지나면서부터 넓은 개활지의 형태이었다. 격리된 과거 홍수터의 토지이용 현황은 농경지가 214.7 km2 (73.9%), 시가화지역이 36.9 km2 (12.7%)로서 대부분을 차지하였다. 이러한 결과로 보아 과거 홍수터이었던 하천부지가 현재는 제방에 의해 격리/차단되어 인간 주거와 생산 활동을 위해 주로 사용되고 있음을 알 수 있었다. 낙동강에서 격리된 과거 홍수터에서는 산지로 둘러 쌓인 소규모 패치 형태의 농경지가 많이 나타났는데, 이러한 지역은 시가화로서 이용 비율이 낮고 농경지, 초지, 수역 및 산지의 비율이 높아 이곳이 하천 복원 대상지로서의 이용이 용이할 것으로 판단되었다. 이러한 소규모 패치 형태의 격리된 과거 홍수터는 차후 치수 경제성 분석, 생태계 건강성 평가 등의 체계적 검토를 거쳐 횡적연결성을 회복시킨다면 홍수피해 저감효과와 하천 생태계 건강성 회복에 유용할 것으로 판단된다.
