Flow response and habitat region of aquatic plants in urban streams

1. 서 론¹⁾

하천에 서식하는 수생식물은 수질을 개선하고 생태적인

†To whom correspondence should be addressed.

Department of Civil and Environmental Engineering, Chung-Ang University

E-mail: [email protected]

서식처를 마련해주며 경관을 향상시켜 훌륭한 심미적인 기 능을 발휘한다. 따라서 상기 목적을 위해서 하천에는 수생 식물을 식재하게 된다 (Riley, 1998). 특히 도심 구간의 하 천은 산지나 전원 구간의 하천에 비해 도시화가 진전된 관 계로 상대적으로 환경에 열악하며, 하천 주변이 주택이나 도로, 공장 등으로 고착화되어 있고 각종 오염원이 유입될 우려가 높은 관계로 수질 및 수생태 측면에서 취약하므로,

김성환･최계운^*

･

동부엔지니어링 수자원부

*인천대학교 토목환경공학과

**중앙대학교 건설환경공학과

Flow response and habitat region of aquatic plants in urban streams

Seonghwan Kim･Gyewoon Cho

･Jin-Hong Kim

Department of Water Resources, Dongbu Engineering Co., Ltd.

*Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University

**Department of Civil and Environmental Engineering, Chung-Ang University

요 약

본 연구에서는 도심구간 하천의 수생식물을 대상으로 흐름에 대한 대응양상 판단 및 식재영역 결정을 목표로 하였다. 수생식물로서 달뿌리풀, 갈대, 물억새, 개여뀌 및 고마리를 선정하고 흐름의 유속과 수심 및 식생의 성장도에 대하여 대응 분석하여 상기 수생식물의 식재영역을 결정하였다. 수생식물의 대응은 일반적으로 흐름에 대하여 안정, 회복, 훼손 및 유실로 구분되었다.

현지 조사 결과 수생식물의 회복과 훼손 정도는 식생의 휘어짐 각도를 기준으로 대략 30°～50°의 범위에서 구분되었다.

식생은 달뿌리풀, 갈대, 물억새, 개여뀌 순으로 흐름에 대한 대응력이 컸다. 달뿌리풀은 뿌리의 강한 고착력으로 수심이 0.9 m에서 유속 1.5 m/s까지 대응력이 강했다. 갈대는 수심 1.0 m와 유속 0.9 m/s 범위 내에서 흐름에 대응 가능하였다. 물억새는 대체적으로 수심 1.0 m와 유속 0.6 m/s 이하가 식재 가능 영역으로 제한된 식재 범위를 나타내었다. 개여뀌나 고마리는 흐름에 대한 대응력이 보다 약하며, 수심이 1.0 m를 넘는 경우 유속이 조금만 커져도 생존이 어려웠다. 상기 결과를 이용하여 수생식물 각 수종별 식재영역을 제시하였다.

핵심용어 : 수생식물, 대응, 식재영역, 안정, 회복, 훼손, 유실

Abstract

This study presents the flow response and habitat region of the aquatic plants in the urban streams. Phragmites japonica, Phragmites communis, Miscanthus sacchariflorus, Persicaria blumei and Persicaria thunbergii were selected as for typical plants. Flow response and habitat region were determined by flow velocity/depth and vegetation growth.

Stages for flow response of the aquatic plants were classified into stable, recovered, damaged and swept away.

Criteria between the recovered and damaged stage was determined by the bending angle of 30∼50°. Capability against flow was high in the order of Phragmites japonica, Phragmites communis, Miscanthus sacchariflorus, Persicaria blumei and Persicaria thunbergi. Phragmites japonica and Phragmites communis were capable of coping with flow depth 0.9 m, flow velocity 1.5 m/s and with flow depth 1.0 m, flow velocity 0.9 m/s, respectively. Miscanthus sacchariflorus was capable within the region of flow depth 1.0 m and flow velocity 0.6 m/s. Persicaria blumei and Persicaria thunbergii were less capable than the other aquatic plants and were vulnerable exceeding the water depth of 1.0 m. Habitat regions by the flow response of each plants were suggested.

Key words : aquatic plant, flow response, habitat region, stable, recovered, damaged, swept away

이를 극복하기 위해 인위적인 수생식물의 식재가 빈번히 이루어지는 편이다.

따라서 최근 도심구간의 하천을 대상으로 진행되는 생태 하천 복원사업의 내용 중 주요한 것이 하천변에 수생식물을 식재하는 것이며, 실제로 하안에는 다양한 수생식물을 식재 하고 유속이 빠른 곳에는 호안공을 설치하되 식재를 고려한 식생 호안공을 설치하고 있다 (Ministry of Construction and Transportation, 2002).

수생식물과 흐름은 상호 유기적인 관련성을 갖는다. 수생 식물은 흐름에 영향을 받으면서, 역으로 흐름에 영향을 주 기도 한다 (Giller and Malmqvisit, 1998). 도심구간 하천 의 식생 영역의 계절적 변화는 빠른 유속의 흐름에 의한 훼 손과 식생의 복원력에 의해 수축과 팽창의 반복된 주기를 따른다 (Wilson and Keddy, 1988). 홍수 중에는 상류에서 과다한 유사이송으로 식생 영역이 퇴적되어 수생식물 성장 에 지장을 주기도 한다 (Yalin, 1972). 한편, 수생식물이 흐 름에 미치는 영향도 있다. 예를 들어 흐름의 유속을 줄여 통수능을 감소시킨다든지, 흐름의 저항을 증가시킴으로써 수위를 증가시키는 경우이다 (Woo et al., 2015). 따라서 수생식물과 흐름은 상호 영향을 받는 연관성을 지닌다.

수생식물은 흐름의 빠른 유속에 의해 훼손, 유실된다. 유 속이 느릴 경우 수생식물은 흐름에 대응하거나 흐름에 의 해 일부 구부러지지만 곧 회복할 수 있으나, 유속이 커지고 수심까지 커지면 수생식물은 훼손되고 유실되기까지 한다 (Yoon et al., 2008). 따라서 수생식물은 흐름의 유속, 수심 에 영향을 받으며, 흐름에 대한 수생식물의 대응 양상을 파 악하여 수생식물이 과다하게 훼손, 유실되지 않도록 식재 영역을 결정하는 것은 매우 중요하다.

많은 연구들이 하천 흐름에 의한 수생식물의 생리학적 및 형태학적 특성에 초점을 맞추어 진행되고 있으며 (Capon,

2005; Lessen et al., 1998; Naiman et al., 1993; Park et al., 2004), 흐름과 수생식물의 대응 연관성을 이론적, 정 성적으로만 밝혀져 있을 뿐 (Nilsson, 1987; Wilson and Keddy, 1988; Giller and Malmqvisit, 1998) 정량적으로 규명한 연구는 Kim and Choi (2013)의 연구 결과를 제외 하고는 잘 알려지지 않다. 따라서 흐름과 수생식물의 대응 연관성이 정량적으로 규명되지 못하여 흐름이 강한 영역 에 수생식물을 식재함으로써 홍수기 이후 훼손되는 상황 이 발생되고 있어, 식재 범위 결정 기준 수립이 필요한 실 정이다.

수생식물의 대응은 수종에 따라 약간의 차이는 있지만, 일반적으로 흐름에 대하여 Fig. 1과 같이 안정, 회복, 훼손 및 유실로 구분하였다. 안정은 흐름에 대한 수생식물 대응 이 거의 변화 없거나 미약함을 뜻하며, 회복은 흐름에 대해 식생이 휘어졌더라도 일정 시간이 지난 후 다시 원래 모습 으로 되돌아 올 수 있는 상태를 뜻한다. 훼손은 흐름에 대 해 수생식물의 휘어진 정도가 심하여 일정 시간이 지나더 라도 다시 원래 상태로 되돌아 올 수 없는 상태이며, 유실 은 훼손의 정도를 넘어 수생식물이 하류로 씻겨 내려간 상 태를 뜻한다 (Kim and Choi, 2013).

수생식물의 대응이 안정과 회복 단계에서는 흐름에 영향 을 받아도 괜찮지만, 이들 단계를 넘어 훼손과 유실 단계에 다다르면 이는 위험하다. 따라서 수생식물 식재 범위는 안 정과 회복 단계에 제한되어야 하며, 훼손 및 유실 단계에 이를 수 있는 영역에는 식재하지 말아야 한다.

본 논문에서는 도심구간 하천을 대상으로 식재에 적절한 수생식물을 선정하고, Kim and Choi (2013)의 연구 결과 에 최근의 실측 결과를 추가하여 흐름에 대한 대응 양상을 좀더 정확하게 분석함으로써, 수생식물의 식재 범위(영역) 를 제시하는 것으로 하였다.

Fig. 1. Four stages of flow response of aquatic plants

2.1 조사 시기 및 지점

도심구간 하천에서 흐름에 의해 훼손된 수생식물 현황을 현지 조사하였다. 조사 시기는 2012년 중서부 지방에 대규 모 집중호우가 발생한 시점과 2015년이다. 2015년의 경우 는 2014년 집중호우 발생 이후 수생식물의 회복 상황에 중 점을 두어 조사하였다. 흐름의 수심과 유속의 경우, 호우 발생 시기에 중점적으로 조사하였고 수생식물의 대응 분석 은 호우 발생이 종료된 시기를 택하였다.

조사 지점은 서울과 수도권의 도림천, 양재천, 수원천, 탄천의 수생식물이 활착된 지점을 대상으로 하였으며, 흐름 상황과 수생식물의 활착 상황을 전반적으로 관찰할 수 있는 교량을 중심으로 상,하류부 200 m 범위를 조사 대상으로 하였다. 교량 의 직하류부는 교각의 영향으로 와류가 발생되기 때문에 피하였 다. Table 1에 2012년의 조사 시기와 지점 상황을 요약하였다.

2.2 조사 및 분석 방법

조사 대상 수생식물은 도심구간 하천에 많이 식재되어 있는 수종으로 다년생의 달뿌리풀(

Phragmites japonica

Phragmites communis

Miscanthus sacchariflorus

Persicaria blumei

Persicaria thunbergii

수생식물의 대응은 서론에서 언급한 바와 같이 안정, 회복,

대상으로 하였고, 회복은 흐름에 의해 식생이 휘어졌더라도 일정 시간이 지난 후 다시 원래 모습으로 되돌아오는 상태를 대상으로 하였다. 훼손은 흐름에 의해 수생식물의 휘어진 정 도가 심하여 일정 시간이 지나더라도 다시 원래 상태로 되돌 아오지 않는 상태이며, 유실은 훼손의 정도를 넘어 수생식물 이 뽑혀 하류로 씻겨 내려간 상태를 대상으로 하였다.

수생식물 대응에 영향을 미치는 흐름의 주요 요소는 유속과 수심이다. 유속은 흐름이 저수로에 국한되어 형성될 경우 비교 적 크지 않으므로 유속계(current meter)로 측정하고, 저수로 를 넘어 고수부지까지 형성되어 유속이 비교적 클 경우 부자 (float)로 측정하였다. 부자로 측정한 경우에는 표면유속에 해 당되므로, 수심별 유속분포를 고려하여 평균유속으로 대체하 였다 (Woo et al., 2015). 수생식물 영역에는 와류 발생 우려가 있으므로 와류의 영향이 없는 지점을 선택하도록 유의하였다.

현지 조사의 경우 유속이 작을 때는 와류 발생이 없었고 유속이 크더라도 식생이 구부러짐으로써 와류 발생 우려는 없었다.

흐름의 수심은 작은 경우 직접 준척을 사용하여 측정하였고, 1.0 m보다 큰 경우에는 교량에 설치된 수위표를 이용하거나 홍수 이후 흔적 수위를 이용하여 측정하였다. Fig. 2는 호우가 발생한 이후 흐름의 유속과 수심을 측정하는 모습이다.

수생식물의 대응은 흐름의 수심과 유속에도 영향을 받지만, 수생식물 자체의 성장도(키 높이)에도 영향을 받는다. 즉, 수생 식물이 성장하여 자체적으로 흐름의 저항력을 확보한 경우 비교적 흐름에 잘 대응한다. 따라서 수생식물의 성장도(키 높이) 도 측정하였으며, 준척(staff gauge) 또는 줄자를 이용하였다.

Table 1. Survey time and stream area.

Survey Time Stream Survey Area Stream Status Remarks

2012. 08. 19.

- 2012. 10. 15.

Dorim Stream

Entrance SNU,

Shilim Br., Dorim Br. Overflow and inundation occurred

Stream status corresponds to

status in August after heavy rainfall 2012. 08. 20.

- 2012. 10. 16. Yangjae Stream Yeongdong 4,5 Br, Daechi Br. Floodplain flow and bridge pier scour occurred

2012. 08. 21.

- 2012. 10. 18. Suweon Stream Yucheon Br., Maese Br.

Floodplain flow and scour/deposition occurred within stream 2012. 08. 20.

- 2012. 10. 20. Tan Stream Samsung Br., Sutnae Br., Daegok Br.

Floodplain flow occurred and vegetation/trees damaged

(a) Measurement of flow velocity (b) Measurement of flow depth Fig. 2. Measurements of Flow Velocity and Flow Depth at the Vegetated Area.

이들 대응 상태는 호우 발생 전후를 비교해야 하므로, 호우 발생 전 수생식물 활착 지점을 면밀히 관찰하여 제방 또는 주변 구조물에 기록하였다.

수생식물의 휘어짐 각도는 유속 및 수위의 관측과 동시에 측정하였다. 유속과 수위가 낮을 경우에는 각도 측정이 직접 가능하지만, 높아지면 위험이 뒤따르고 측정의 신뢰성이 떨어 지므로 확대 사진을 찍거나 동영상을 촬영하여 실내에서 화면 캡쳐(capture) 기법을 사용하여 휘어짐 각도를 측정하였다.

수생식물의 대응 분석은 안정, 회복, 훼손 및 유실의 4단 계를 흐름의 유속과 수심에 따라 구분하였으며, 흐름의 수 심 및 유속과 식생의 키 높이를 추가한 무차원 변수, H/Hd와 Fr에 대해서도 구분하였다. Fr는 프루드 수 (Froude number)로서 아래 식으로 나타낸다.







여기서, H는 흐름의 수심(m), Hd는 수생식물의 키 높이 (m), V는 흐름의 유속(m/s), 는 중력가속도(m/s²)이다.

3. 연구 결과

3.1 조사 지점의 현황

조사 대상 지점의 집중호우는 2012년 8월 19일-21일 동안 서울과 수도권을 비롯하여 중부지방에 100-160 mm의 집중 호우가 발생하였다 (Korea Meteorological Administration,

www.kma.go.kr). 대상 하천의 조사 지점은 수위가 고수부지 를 넘었고 도림천 일부 구간에는 내수침수 상황도 발생하였다.

2014년 8월에는 중부지방 중심으로 호우가 발생하였으며, 충 청남도 서산은 126.4 mm, 강원도 최북단의 현내면에서는 165 mm의 호우가 발생하였다. Fig. 3은 2012년 수원천에서 발생 한 홍수로 인해 수생식물이 훼손된 경우이다. 흐름의 높은 유속에 의해 갯버들(Salix gracilistyla)을 제외한 거의 모든 수생식물들이 훼손되고 일부 영역은 달뿌리풀이 하류로 씻겨 내려간 유실된 경우로서 심하게 훼손된 모습을 나타내고 있다.

Fig. 4는 2015년 탄천에서 집중호우로 인해 수생식물이 훼손된 경우이다. 식재된 수생식물의 경우에는 정착되기 전에는 그리 크지 않는 호우에도 쉽사리 훼손됨을 알 수 있으며, 따라서 식재의 시기가 중요함을 시사하고 있다.

3.2 대응 구분

현지 조사 결과 Fig. 1에서 제시한 수생식물의 안정, 회 복, 훼손 및 유실에 대한 대표적인 사례를 Fig. 5에 나타내 었다. Fig. 5에서 (a)는 좌안측 고수부지 수생식물이 흐름에 대하여 수생식물이 견고한 상태를 유지하고 있으므로 안정 상태이고, (b)는 흐름에 의해 수생식물이 휘어졌더라도 집 중호우 이후 조사한 결과 다시 원래 모습으로 되돌아오는 회복 상태를 보였다. (c)는 수생식물의 휘어진 정도가 심하 여 집중호우 이후 조사했지만 원래 상태로 되돌아오지 않 는 훼손 상태이었다. (d)는 훼손의 정도를 넘어 수생식물이 뽑혀 하류로 씻겨 내려간 유실 상태를 보였다.

(a) Damaged stage of Phragmites japonica (b) Swept away stage of Phragmites japonica Fig. 3. Flow response of aquatic plants in Suweon stream.

(a) Damaged stage of Miscanthus sacchariflorus (b) Swept away stage of Persicaria blumei Fig. 4. Flow response of aquatic plants in Tan stream

의 범위에서 구분되었다. 즉, 휘어짐 각도가 30°~50°보다 작을 경우 수생식물은 회복 가능하고, 이보다 클 경우 회복 불가능하 였다. 수생식물의 휘어짐 각도는 수종에 따라 약간 달랐다.

갯버들의 경우 휘어짐 각도는 거의 50° 정도이었으며, 달뿌리 풀은 40°~50°, 갈대는 30°~40° 정도이었다. 물억새와 고마리 는 줄기의 힘이 약해 휘어짐 각도를 판별하기 어려웠다. 또한 식물의 성장도에 따라 휘어짐 각도가 일부 달랐다. 달뿌리풀이 나 갯버들의 경우 성장하여 자체적으로 흐름의 저항력을 확보 한 경우 휘어짐 각도는 물억새나 고마리보다 컸다.

따라서 회복과 훼손 단계를 구분 짓는 수생식물의 휘어짐 각도는 수생식물의 수종과 성장도에 따라 다르므로 정량적 인 구분의 정확한 결정은 이번 연구에서 불가능하였으며,

3.3 수생식물 별 대응 구분

3.3.1 달뿌리풀

달뿌리풀의 흐름의 유속과 수심 및 무차원 변수에 대한 대응 구분은 Fig. 6에 나타나 있다. 이들 그림에 표시된 변 수는 2.2에서 언급되었다. 2012는 2012년에 조사한 자료이 며, 2015는 2015년에 조사한 자료를 뜻한다.

Fig. 6에 제시된 달뿌리풀의 대응 상태를 구분하면 다음 과 같다.

∙안정 상태 ; Fr ≤0.55 h/Hd ≤0.60

∙회복 상태 ; 0.50< Fr ≤0.75 0.60< h/Hd ≤0.85

(a) Stable stage (b) Recovered stage

(c) Damaged stage (d) Swept away stage

Fig. 5. Typical samples of four stages of flow response of aquatic plants.

Fig. 6. Flow response of Phragmites japonica.

∙훼손 상태 ; 0.65< Fr ≤0.85 0.80< h/Hd ≤1.00

∙유실 상태 ; 0.75< Fr 1.00< h/Hd

달뿌리풀은 흐름의 수심과 유속이 커질수록 훼손, 유실 상태로 접어들며 위험하다는 것을 알 수 있다. 대체적으로 수심 1.2 m, 유속 1.1 m/s이 위험 단계로서 이보다 낮은 영역에서 식재해야만 생존할 수 있다는 것을 알 수 있다.

한편, 달뿌리풀은 수심이 0.9 m에서는 유속 1.5 m/s까지 견디며 다른 수생식물에 비해 흐름에 대한 대응이 비교적 강함을 알 수 있는데, 이는 뿌리의 강한 고착력 때문인 것 으로 판단된다 (Nagata et al., 2006).

3.3.2 갈대

갈대의 흐름의 유속과 수심 및 무차원 변수에 대한 대응 구분은 Fig. 7에 나타나 있다. 갈대는 같은 벼과 식물인 달 뿌리풀에 비해 흐름에 대한 대응력이 약함을 알 수 있다.

Fig. 7. Flow response of Phragmites communis.

Fig. 7에 제시된 갈대의 대응 상태를 구분하면 다음과 같다.

∙안정 상태 ; Fr ≤0.45 h/Hd ≤0.80

∙회복 상태 ; 0.40< Fr ≤0.50 0.55< h/Hd ≤0.85

∙훼손 상태 ; 0.45< Fr ≤0.65 0.65< h/Hd ≤1.10

∙유실 상태 ; 0.60< Fr 0.75< h/Hd

갈대 역시 흐름의 수심과 유속이 커질수록 안정, 회복 단 계를 지나 훼손, 유실 상태로 접어들며 위험하다는 것을 알 수 있다. 대체적으로 수심 1.0 m, 유속 0.9 m/s가 위험 단 계로서 이보다 낮은 영역에서 식재해야 한다.

3.3.3 물억새

물억새의 흐름의 유속과 수심에 대한 대응 구분은 Fig. 8 과 같다. Fig. 8을 보면 물억새는 달뿌리풀이나 갈대보다 흐름에 대한 대응력이 더욱 약함을 알 수 있다.

Fig. 8. Flow response of Miscanthus sacchariflorus.

물억새의 대응 상태를 구분하면 다음과 같다.

∙안정 상태 ; Fr ≤0.50 h/Hd ≤0.55

∙회복 상태 ; 0.45< Fr ≤0.60 0.45< h/Hd ≤0.65

∙훼손 상태 ; 0.50< Fr ≤0.70 0.60< h/Hd ≤0.75

∙유실 상태 ; 0.60< Fr 0.75< h/Hd

물억새의 경우 대체적으로 수심 1.0 m, 유속 0.6 m/s이 위험 단계로서 이보다 낮은 영역에서 식재해야 한다. 특히, 수심이 1.2 m로 커지면 유속이 0.5 m/s에서도 위험하므로 식재 범위는 가급적 흐름에서 벗어난 것이 좋을 것으로 판 단된다.

3.3.4 개여뀌

개여뀌의 흐름의 유속과 수심에 대한 대응 구분은 Fig. 9 와 같다. 개여뀌는 달뿌리풀이나 갈대, 물억새에 비해 흐름 에 대한 대응력이 보다 약함을 알 수 있다. 이는 1년생 초 본으로서 식생의 토양에 대한 뿌리의 고착력이 앞서 언급 한 다른 수생식물에 비해 토양에 약하기 때문이다.

개여뀌의 대응 상태를 구분하면 다음과 같다.

∙안정 상태 ; Fr ≤0.60 h/Hd ≤0.38

∙회복 상태 ; 0.30< Fr ≤0.70 0.35< h/Hd ≤0.55

∙훼손 상태 ; 0.45< Fr ≤0.75 0.45< h/Hd ≤0.60

∙유실 상태 ; 0.40< Fr 0.62< h/Hd

Fig. 9. Flow response of Persicaria blumei.

개여뀌는 수심 0.7 m, 유속 0.4 m/s가 위험 단계로서 이 보다 낮은 영역에서 생존 가능하였다. 특히, 수심이 0.9 m 에서는 유속이 0.3 m/s에서도 회복하기 어려운 상황인 것 으로 판단되었다. 따라서 개여뀌는 수심이 1.0 m를 넘는 경우에 이르면 유속이 조금만 커져도 생존이 어려울 것으 로 추측된다. 이는 개여뀌의 식생 영역의 계절적 변화가 빠 른 유속의 흐름에 의한 훼손과 식생의 복원력에 의해 수축 과 팽창의 반복된 주기를 따른다는 연구 결과를 뒷받침한 다고 할 수 있다 (Wilson and Keddy, 1988).

3.3.5 고마리

고마리의 흐름의 유속과 수심에 대한 식생 대응 구분은 Fig. 10과 같다.

고마리는 개여뀌보다 흐름에 대한 대응력이 보다 약하다.

이는 1년생 초본으로서 개여뀌가 흐름이 형성된 모래 하상 에 활착하는 반면, 고마리는 흐름의 유속이 느린 실트 하상 에 활착하며, 식생의 토양에 대한 뿌리의 고착력이 앞서 언 급한 다른 수생식물에 비해 제일 약하기 때문이다.

고마리의 대응 상태를 구분하면 다음과 같다.

∙안정 상태 ; Fr ≤0.60 h/Hd ≤0.40

∙회복 상태 ; 0.40< Fr ≤0.65 0.35< h/Hd ≤0.45

∙훼손 상태 ; 0.45< Fr ≤0.75 0.40< h/Hd ≤0.55

∙유실 상태 ; 0.40< Fr 0.60< h/Hd

고마리는 수심 0.6 m, 유속 0.3 m/s가 위험 단계로서 이 보다 낮은 영역에서 생존 가능하였다. 고마리 역시 개여뀌 와 마찬가지로 수심이 1.0 m를 넘는 경우 유속이 조금만 커져도 생존이 어렵다는 것을 알 수 있다. 이는 앞서 언급한,

하천 식생영역의 계절적 변화 상태를 나타낸다 할 수 있다 (Wilson and Keddy, 1988).

Fig. 10. Flow response of Persicaria thunbergii.

3.4 각 수생식물의 식재 가능 영역

상기 제시된 각 수생식물의 대응 상태를 기초로 하여 각 수종별 안정/회복과 훼손/유실을 구분 짓는 기준 즉, 식재 가능 영역을 제시하면 Fig. 11과 같다. 각 수종별 곡선 아 래 영역이, 수생식물이 적정 서식 가능하거나 흐름에 의해 구부러져도 회복 가능한 영역으로서, 식재 가능 영역에 해 당된다.

Fig. 11에서도 나타나 있듯이, 수생식물은 달뿌리풀, 갈 대, 물억새, 개여뀌 순으로 흐름에 대한 대응력이 크며 식 재 영역이 보다 넓음을 알 수 있다. 고마리는 개여뀌와 대 응 특성이 유사하므로 Fig. 11에 포함하지 않았다. 따라서 Fig. 11 자료를 이용하여 각 수생식물의 식재 계획은, 하천 의 설계 유량이 주어지면 하도 영역별로 수리 분석을 통해 서 흐름의 유속이나 수심이 결정되므로, 이들 흐름의 영역 범위에 식재하면 될 것으로 판단된다.

달뿌리풀, 갈대 및 물억새는 다년생 식물이고 인위적인 식재를 하므로 Fig. 11을 적용하여 식재 범위를 고려하면 될 것이지만, 개여뀌와 고마리는 1년생이므로 다년생 식물 에 비해 식재 범위의 고려 정도를 상대적으로 다소 약하게 적용하여도 무방할 것이다. 이는 수생식물의 훼손과 복원에 따른 식생 영역의 수축과 팽창의 반복된 주기가 나타나는 동적 상태가 하천에서 바람직하기 때문이다.

Fig. 11. Habitat region of each aquatic plant.

4. 결 론

본 연구에서는 도심구간 하천을 대상으로 친환경적인 수 생식물로서 달뿌리풀, 갈대, 물억새, 개여뀌 및 고마리를 선 정하고, 이들 수생식물의 흐름에 대한 대응 양상을 분석함 으로써, 수생식물의 식재 범위(영역)를 제시하는 것으로 하 였다. 수생식물의 대응에 영향을 미치는 흐름의 주요 요소 는 유속과 수심이며 이들을 집중호우 발생 전후에 측정하 였다. 또한 수생식물의 성장 정도에 따라 흐름에 대한 대응 도 달라질 것이므로 키 높이도 측정하였다. 수생식물의 대 응은 수종에 따라 약간의 차이는 있지만, 일반적으로 흐름 에 대하여 안정, 회복, 훼손 및 유실로 구분되었다. 수생식 물의 회복과 훼손 정도는 식생의 휘어짐 각도를 기준으로 대략 30°～50°의 범위에서 구분되었다. 흐름에 대한 대 응은 달뿌리풀, 갈대, 물억새, 개여뀌 및 고마리 순으로 대 응력이 큼을 알 수 있었다. 달뿌리풀은 수심이 0.9(m)에서 는 유속 1.5(m/s)까지 견디며 다른 수생식물에 비해 흐름 에 대한 대응력이 강한데, 이는 뿌리의 강한 고착력 때문인 것으로 판단되었다. 갈대는 같은 벼과 식물인 달뿌리풀에 비해 흐름에 대한 대응력이 약했지만, 수심 1.0 m와 유속 0.9 m/s 범위 내에서 흐름에 대응 가능하였다. 물억새는 대 체적으로 수심 1.0 m와 유속 0.6 m/s 이하가 식재 가능 영 역으로, 수심이 1.2 m로 커지면 유속이 0.5 m/s에서도 생 존이 어려운 제한된 식재 범위를 나타내었다. 개여뀌나 고 마리는 흐름에 대한 대응력이 보다 약하여 수심이 1.0 m를 넘게 되면 유속이 조금만 커져도 생존이 어렵다는 것을 알 수 있었다. 수생식물 각 수종별 안정/회복과 훼손/유실을 구분 짓는 식재 가능 영역을 제시하였으며, 본 연구 결과를

이용하여 하천의 설계 유량이 주어지면 하도 영역별로 수 리 분석을 통해서 식재 범위가 결정될 것으로 판단된다.

사 사

본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비지원(12 기술혁신C02)에 의해 수행되었습니다.

References

Capon, SJ (2005). Flood variability and spatial variation in plant community composition and structure on large arid flood plain.

J. of Arid Environment

Giller, PS and Malmqvisit, B (1998).

The Biology of streams and rivers

Kim, JH and Choi, IG (2013), Vegetation behavior and its habitat region against flood flow in urban streams,

J. of Engineering Science and Technology

Korea Meteorological Administration (2012). http://www.

kma.go.kr.

Lenssen, JM, Dolle, GE and Blom, CW (1998). The effect of flooding on the recruitment of reed marsh and tall forb plant species.

Plant Ecology

Ministry of Construction and Transportation (2002).

Design Manual of Nature- Friendly River Management

Nagata, A, Yanani, S and Nagasaka, Y (2006). Differences in up and downstream inhabitant opinions responding to the alteration of watershed environment.

Ecology and Civil Engineering,

Naiman, RJ, Decamps, H and Pollock, M (1993). The role of riparian corridors in maintaining regional biodiversity.

Ecological Applications

Nilsson, C (1987). Distribution of stream-edge vegetation along a gradient of current.

J. of Ecology

Park, YS, Chon, TS, Kwak IS and Lek, S (2004). Hierarchical community classification and assessment of aquatic ecosystems using artificial neural networks.

Science of the Total Environment

Riley, AL (1998).

Restoring Streams in Circuit

Washington, D.C.

Wilson, SD and Keddy, PA (1988). Species richness, survivorship, and biomass accumulation along an environmental gradient.

Oikos

Woo, HS, Kim, W and Ji, W (2015).

River Hydraulics

Yalin, MS (1972).

Mechanics of sediment transport

Yoon, SE, Choi, SW and Kim, JH (2008).

Hydraulic Design

Criteria by Riparian Vegetations