*Corresponding Author. Tel: +82-55-751-3292 E-mail: [email protected] (H.-R. Lee)
Improvement study of river-crossing structures in geyongnam prefecture
Kim, Ki-Heung
aㆍLee, Hyeong-Rae
a*ㆍJung, Hea-Reyn
aa
Dept. of Civil Engrg., Gyeongnam National University of Science and Technology
Paper number: 16-029
Received: 14 March 2016; Revised: 1 August 2016 / 23 August 2016; Accepted: 23 August 2016
Abstract
The study area is local river of 671 (total length 3,741 km) in Gyeongnam prefecture, the results are as follows. Total number of river-crossing structures was investigated as 7,730, and it was found that structures were installed in 2.1 sites per 1 km (river length) on average. Diversion weirs for agriculture were 4006 (51.82%) and drop structures for channel bed maintenance were 3670 (47.48%), but the rest (riverbed road etc.) were 54 (0.70%). The number of high structures (height > 1.0 m) that affect many impact in upstream and downstream was investigated as 3,897 (51%), and the number of low structures (height < 0.5 m) that affect negligibly was 1109 (14%).
Fish ladders have been installed on 640 (8%) structures in 153 (23%) rivers. In flood control and environment conservation, river-crossing structures brought about various impact that flood water level is raises and the eco-corridor is intercept. In order to improve these problems, we proposed a few engineering measures that can be realize with respect to river-crossing structures.
Keywords: River Restoration, Environmental Conservation, Local River, Diversion Weir, Drop Structure
경남의 지방하천에 설치된 하천횡단구조물의 현황과 개선방안
김기흥
aㆍ이형래
a*ㆍ정혜련
aa
경남과학기술대학교 토목공학과
요 지
연구범위는 경남의 지방하천 671개소(총연장 3,741 km)이며, 연구내용을 간략히 요약하면 다음과 같다. 하천횡단구조물의 총수는 7,730개소 로 조사되었으며, 하천연장 1 km 당 구조물이 평균 2.1개소씩 설치되어 있는 것으로 나타났다. 농업용수보가 4,006 (51.82%)개소였으며, 하상 유지시설(낙차공)은 3,670 (47.48%)개소였고 및 나머지(하상도로 등)는 54 (0.70%)개소로 조사되었다. 상하류에 큰 영향을 미치는 높이 1.0 m 이상은 3,897 (51%)개소, 영향이 비교적 미미한 높이 0.5 m 이하는 1,109 (14%)개소로 분석되었다. 어도는 153 (23%)개 하천에 640 (8%) 개소에 설치되어 있는 것으로 파악되었다. 하천횡단구조물이 치수적 측면에서 홍수시 수위상승을 초래하고 생태환경적 측면에서는 생태통로를 단 절시키는 등 여러 문제점을 초래하고 있었다. 따라서, 도출된 문제점을 기초로 하천횡단구조물에 대한 공학적인 몇 가지 대책을 제시하였다.
핵심용어: 하천복원, 환경보전, 지방하천, 농업용 보, 낙차공
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1. 서 론
하천횡단구조물은 용수공급을 위한 보 및 하상의 유지를 위한 낙차공 또는 대공으로 분류할 수 있으나 하천의 기능과 관련되는 구조물은 보와 하상유지공이라 할 수 있다. 보는 ｢각
종 용수의 취수, 주운 등을 위하여 수위를 높이고 조수의 역류 를 방지하기 위하여 하천의 횡단방향으로 설치하여 제방의 기능을 갖지 않는 시설｣, 낙차공은 ｢하상경사를 완화하기 위 하여 보통 50 cm 이상의 낙차를 둔 하상유지시설｣, 대공은 ｢하 상의 저하가 심한 경우에 하상이 계획하상고 이하가 되지 않 도록 하기 위해 설치하며, 낙차가 없거나 매우 작은(보통 50 cm 이하) 하상유지시설｣로 정의하고 있다(MLTM, 2009). 현재 하천의 수위를 유지하거나 취수를 목적으로 설치된 보는 전국
Fig. 1. Location map of study area
에 33,848개소(2016년 1월 기준)에 설치되어 있는 것으로 보 고되어 있으나(국가어도정보시스템, www.fishway.go.kr), 하상유지를 위한 낙차공과 대공을 포함하면 이보다 훨씬 많은 하천횡단구조물이 설치되어 있다. 예를 들면 경남지방의 경 우 국가어도정보시스템에는 5,448개소의 보가 설치되어 있 다고 제시하고 있으나 본 연구결과에 의하면 7,730개소의 하 천횡단구조물이 설치되어 있는 것으로 조사되었다.
하천횡단구조물은 용수공급을 위한 수위관리, 수변 경관 (water landscape) 창출 등을 위한 환경개선, 친수성 향상, 주 운 및 상류 하도안정화라는 순기능을 가지지만, 생태통로의 차단, 하천경관의 훼손, 상․하류의 급격한 하상의 변동 및 상류 정체수역 형성으로 인한 역기능도 초래하고 있다(Douglas, 2000; William, 2002; Charles et al., 2003; Gary, 2004; Fang, 2005; NSW, 2006). 하천횡단구조물로 인하여 야기되는 문제 점들을 해결하기 위하여 미국과 유럽에서는 댐 철거사업과 보의 통폐합사업이 전개되고 있으며, 그에 따른 물리적 및 생 태학적 연구가 진행되고 있다(Peterw et al., 2009; Takamur et al., 2014 ). 국내에서도 기능을 상실한 보 철거사업이 진행 되고 있으며, 사업효과에 따른 모니터링결과에 대한 연구 성 과가 제시되고 있다(Charles et al., 2003; Im et al., 2004; Gil et al., 2007; An et al., 2008). 하천횡단구조물은 치․이수적 측 면에서 반드시 필요하지만 치수, 생태 및 경관의 측면에서 여 러 가지 문제점을 가지고 있으며, 지금까지는 어도설치나 기 능을 상실한 보의 철거 등 소극적인 수준에 머무르고 있기 때 문에 적극적인 개선대책이 필요한 실정이다.
본 연구에서는 경남의 지방하천에 설치된 하천횡단구조물 로 인한 문제점을 파악하기 위하여 경남의 20개 시․군 671 개 소의 지방하천에 설치된 7,730개의 하천횡단구조물에 대한 전수조사를 실시하고, 구조형식, 높이, 재료, 어도 설치 여부, 세굴현황 등을 분석하였다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하 기 위해서 하폭, 하상고, 하상경사, 굴입정도, 유사량 등의 하 도특성 및 용수이용 여건 등을 고려하여 유공관을 이용한 집 수매거, 석재 아치의 원리를 이용한 분산형 저낙차 보/낙차공, 부분 램프 설치 및 소(pool) 형식의 바닥보호공 설치 등의 개선 방안을 제안하였다.
2. 연구의 범위 및 방법
2.1 연구의 범위
연구 대상지역은 행정구역상 경상남도 내의 20개 시․군(창원 시 통합 이전)에 위치하고 있는 671개소의 지방하천 3,741 km
를 대상으로 하였다(Fig. 1).
본 연구에서는 지방하천에 설치되어 있는 하천횡단구조물 로 인하여 상하류의 현저한 지형변화를 초래하고 생태통로를 차단하는 보와 낙차공을 조사대상으로 하였다. 조사는 두 차 례에 걸쳐 시행되었으며 1차 조사는 2002년~2012년 사이의 10년간에 걸쳐서 수행되었고, 2차 조사는 그간의 변동 사항을 보완하기 위해 2015년에 수행되었다.
2.2 연구방법
조사는 경상남도 내의 지방하천에 설치된 하천횡단구조물 의 위치, 제원, 유지관리 실태 및 어도 설치 여부 등을 파악하였 으며, 현장조사를 통하여 구조, 형식, 제원, 하류세굴 상황, 어 도설치 여부 등을 조사, 분석하였다. 조사는 간접조사와 현장 조사로 구분하여 진행되었으며, 간접조사는 항공사진 및 지 형도를 이용하여 위치를 확인하였고, 현장조사는 Table 1과 같이 하천명, 구조물명, 위치, 제원(폭, 연장, 높이)와 어도 설 치여부를 조사하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 하천횡단구조물 현황
3.1.1 높이 및 연장본 연구의 조사결과에 의하면 경상남도내의 20개 시․군(창 원시 통합 이전)에는 지방하천 671개소(총연장 3,741 km)로 나타났으며, 그 분석결과를 Table 2에 제시하였다. 합천군에 는 가장 많은 77개 하천(총연장 약 485 km)이 있으며, 진해시 에는 가장 적은 22개 하천(총연장 약 23 km)이 있는 것으로 조사 되었다. 하천횡단구조물의 총수는 7,730개소로서 이 중 보가 4,006 (51.82%)개소, 하상유지시설(낙차공) 3,670 (47.48%) 개소 및 기타(하상도로 등) 54 (0.70%)개소로 조사되었으며,
Table 1. Example of field survey sheet on stream crossing structure
Structure name Location No. -si/gun –eup/myeon –stream -No.
River name River basin
Mainstream 1st tributary 2nd tributary 3rd tributary 4th tributary 5th tributary Note
Address si/gun eup/myeon ri village a lot number Construction year
Plan shape □ Orthogonal □ Diagonal □ Curved □ the others
Materials Length (m)
Height (m)
Crown width (m)
Bottom width
(m)
Apron Width (m)
Apron height H(m)
Bed protection Sediment release Materials Lenrth
(m)
Numbe rs
Width×Height (m)
fishway
Type Width(B)(m) Height(H)(m) Length(L)(m)
Photograph Features of structure
Features of fishway Photograph-1 Photograph-2
Photograph-3 Photograph-4
Table 2. Current status of streams and river-crossing structures in each city and county
City/county Changneong Changwon Geochang Geoje Gimhae Goseong Hadong Haman Hamyang Hapcheon
Stream Numbers 33 26 41 17 28 39 40 28 39 77
Length (km) 229.96 116.13 294.19 65.72 160.82 210.88 246.25 151.42 261.19 484.95
Structures
Weirs 71 15 527 148 37 302 496 156 269 553
drop works 260 260 252 95 297 165 79 136 132 466
Total 331 275 779 243 334 467 575 292 401 1,019
Numbers of Structure/Stream length (km) 1.44 2.37 2.65 3.70 2.08 2.21 2.34 1.93 1.74 2.10 City/county Jinhae Jinju Masan Miryang Namhae Sacheon Sancheong Tongyeong Uiryeong Yangsan
Stream Numbers 7 53 20 46 26 28 46 8 38 31
Length (km) 22.92 291.33 122.39 237.94 72.57 117.46 255.49 24.25 198.22 177.59
Structures
Weirs 18 169 104 198 103 122 345 20 314 39
drop works 39 98 213 292 69 61 280 74 178 224
Total 57 267 317 490 172 183 625 94 492 263
Numbers of Structure/Stream length (km) 2.49 0.92 2.59 2.06 2.37 1.56 2.45 3.88 2.48 1.48
Summary
River River-crossing structures
Average ratio (Numbers of Structure/Stream length (km)) Total
numbers
Total length
(km) Weirs Drop works The others Total
671 3741 4,006(51.82%) 3,670(47.48%) 54(0.70%) 7,730(100%) 2.06(2.05)
하천연장 1 km 당 구조물이 평균 2.1개소씩 설치되어 있는 것 으로 나타났다.
경남지역의 하천 특성은 백두대간과 낙남정맥 및 낙동정
맥 주변의 산지유역 산지하천, 남해안의 해안․도서유역의 감 조하천 및 낙동강, 남강 및 황강 주변의 비교적 유역고도가 낮 은 충적지하천으로 구성되어 있다.
Table 3. Height of structures in each city and county Height
City/county 0.5 m > 0.5~1.0 m 1.0~1.5 m 1.5~2.0 m 2.0 m < Total
Changneong 66 165 73 20 7 331
Changwon 70 61 86 20 38 275
Geochang 57 179 356 110 77 779
Geoje 33 125 67 16 2 243
Gimhae 149 70 61 29 25 334
Goseong 59 218 150 19 21 467
Hadong 0 216 227 101 31 575
Haman 56 124 84 18 10 292
Hamyang 70 131 174 47 33 455
Hapcheon 169 351 310 133 56 1,019
Jinhae 8 26 15 3 5 57
Jinju 5 104 95 51 12 267
Masan 61 135 92 19 10 317
Miryang 66 145 165 42 72 490
Namhae 0 91 46 26 9 172
Sacheon 0 65 85 28 5 183
Sancheong 58 197 248 63 59 625
Tongyeong 11 40 37 4 2 94
Uiryeong 84 207 160 27 14 492
Yangsan 87 74 72 13 17 263
Total 1,109(14%) 2,724(35%) 2,603(34%) 789(10%) 505(7%) 7,730(100%)
산지유역인 거창군, 밀양시, 산청군, 의령군, 하동군, 함양군 및 합천군의 7개 시․군에 327개(49%) 하천, 총연장 약 1,978 km (53%) 및 하천횡단구조물 4,381개소(57%)가 분포함으로써 하천연장 1 km 당 구조물이 평균 2.2개소씩 설치되어 있는 것 으로 나타났다. 또한, 해안도서 유역인 거제시, 고성군, 남해 군, 마산시, 진해시, 창원시 및 통영시 7개 시․군에 143개(21%) 하천, 총연장 약 635 km (17%) 및 하천횡단구조물 1,625개소 (21%)가 분포함으로써 하천연장 1 km 당 구조물이 평균 2.6 개소씩 설치되어 있는 것으로 나타났다. 반면에 충적지 하천 이 분포하는 창녕군, 김해시, 함안군, 진주시, 사천시 및 양산 시 6개 시․군에 201개(30%) 하천, 총연장 약 1,129 km (30%) 및 하천횡단구조물 1,670개소(22%)가 분포함으로써 하천연 장 1 km 당 구조물이 평균 1.5개소씩 설치되어 있는 것으로 나타났다. 또한, 하천주변의 개발 즉, 도시개발 및 농경지의 경지정리에 따른 하천의 직강화사업이 많이 시행된 창녕군, 창원시, 김해시, 진해시, 마산시, 밀양시, 통영시 및 양산시 등 8개 시․군에서는 총구조물수 2,161개소 중 용수 취수용 보 502 (23%)개소 보다는 하상유지시설이 1,659 (77%)개소로서 더 많은 것으로 나타났다.
수위관리를 목적으로 하는 보의 높이를 결정하는 기준은
｢보마루 표고는 하천의 계획단면적을 충분히 확보하고 각종
소요 용수량을 지장없이 취수할 수 있도록 취수구 수위 또는 보의 목적에 따른 수위를 근거로 결정한다｣로 규정하고 있으 며, 구체적으로는 ｢보마루 표고 = 계획취수위 - ((갈수량 - 취 수량)의 월류수심) + 여유고(10~15 cm)｣의 조건을 만족할 수 있도록 제시하고 있다(MLTM, 2009).
또한 하도안정을 목적으로 하는 하상유지시설의 높이 결 정 기준은 ｢낙차는 1.0 m 이내로 하는 것을 원칙으로 하되, 부 득이한 경우에는 다단 낙차공으로 계획하며 1단의 낙차는 1.0 m 이내로 한다｣로 하며, ｢다단낙차공의 1단의 낙차가 1 m 이상 이 될 경우에는 수리모형실험을 통해 적합한 형태로 설계하여 야 하며, 하상유지시설이 견딜 수 있도록 본체, 물받이, 바닥보 호공 등을 견고하게 설치해야 한다｣로서 규정하고 있다 (MLTM, 2009). 하천횡단구조물의 높이는 공학적, 환경적 측 면에서 볼 때 구조물 상․하류의 하도시스템에 가장 큰 영향을 미치는 요소이다. 구조물의 높이에 비례하여 상류의 정체수 역 면적이 증가하여 수질악화 및 유사퇴적을 가중시키고, 하 류의 속도에너지가 증가함에 따라 하상의 국소세굴로 인한 하상변동이 심하게 발생한다.
하천횡단구조물의 높이를 조사, 분석한 결과를 Table 3에 제시하였다. 상하류에 큰 영향을 미치는 높이 1.0 m 이상은 3,897 (51%)개소, 영향이 비교적 미미한 높이 0.5 m 이하는
Table 4. Length of structures in each city and county Length (m)
City/county 5> 5~10 10~20 20~30 30~40 40~50 50~70 70~100 100< Total
Changneong 63 85 106 25 12 14 18 8 - 331
Changwon - 34 136 59 25 11 8 2 - 275
Geochang 14 102 280 177 80 32 46 30 18 779
Geoje 3 57 124 26 20 12 1 - - 243
Gimhae - 31 168 84 24 19 8 - - 334
Goseong 22 127 183 69 32 16 8 6 4 467
Hadong 13 144 265 70 34 13 23 7 6 575
Haman 4 70 91 44 23 19 12 13 16 292
Hamyang 4 72 160 82 53 27 23 11 23 455
Hapcheon 60 282 418 113 71 26 19 21 9 1,019
Jinhae 2 8 38 5 4 - - - - 57
Jinju 10 114 73 27 10 8 9 6 10 267
Masan 15 36 164 49 19 12 9 11 2 317
Miryang 2 95 165 92 39 21 20 27 29 490
Namhae 26 48 86 10 1 1 - - - 172
Sacheon - 25 60 39 15 24 16 4 - 183
Sancheong 16 126 234 114 58 25 27 13 12 625
Tongyeong 2 43 43 5 1 - - - - 94
Uiryeong 7 114 214 70 21 18 14 22 12 492
Yangsan - 13 127 60 19 11 17 6 10 263
Total 263(3%) 1,626(21%) 3,135(41%) 1,220(16%) 561(7%) 309(4%) 278(4%) 187(2%) 151(2%) 7,730(100%)
1,109 (14%)개소로 분석되었다. 구조물의 높이 1.0 m는 하천 생태계의 종단적 연속성을 단절시키므로 다른 측면의 문제점 보다 심각하다.
하천횡단구조물의 길이는 하폭과 하상폭에 의하여 결정되 므로, 하나의 하천에서도 상류 수원부에서 하류 합류부 또는 하구부까지 그 길이는 다양하다.
Table 4는 하천횡단구조물의 길이에 대한 조사 결과를 나 타낸 것이다. 길이 30 m 이하는 5,981 (81%)개소, 30~50 m는 870 (11%)개소, 50 m 이상은 616 (8%)개소로 나타났다. 이러 한 결과는 하폭이 넓은 충적평야의 본류 하천보다는 하폭이 좁은 산지유역의 지류 하천에 많은 하천횡단구조물이 설치되 어 있다는 것을 의미하며, 산지유역과 해안도서 유역의 14개 시․군 470 (70%)개 하천 2,613 km (70%)에 6,006 (78%)개소 가 설치되어 있다는 분석결과는 이를 뒷받침하고 있다.
3.1.2 구조형식과 구성재료
하천횡단구조물의 평면형상은 하천흐름의 직각방향으로 배치되는 직선형(Orthogonal type)을 설치하는 것이 원칙이
나 하천 특성에 따라 경사형(Diagonal type) 및 굴절형/곡선형 (Curved type) 등 다양한 형상으로 계획할 수 있다. Table 5는 하천횡단구조물의 평면배치 및 구성재료에 대한 조사결과를 분석한 것이다.
직선형이 7,378 (95%)개소, 경사형이 220 (3%)개소 및 굴 절/아치형이 132 (2%)개소로 분석되었다. 대부분이 직선형 으로 설치되어 있으며, 특수한 경우를 제외하고 하천정비사 업에서는 직선형으로 개선하고 있는 실정이다. 구조물 설치 에 사용된 재료는 콘크리트 6,987 (90%)개소, 거석 262 (3%) 개소, 콘크리트와 석재 혼용 468 (6%)개소 및 개비온 13 (0.2%)로서 대부분 콘크리트 구조물로 되어 있으나, 최근 시 행되고 있는 생태하천복원사업 등의 하천사업 추진시에 자연 친화적 재료의 사용을 권장함에 따라 석재 또는 콘크리트와 석재 혼용 형식이 9%로 증가하고 있는 추세이다.
하천횡단구조물 본체는 고정보의 경우 콘크리트 구조를 원칙으로 하지만 자연재료를 활용한 다양한 구조를 채택할 수 있으며, 하상변동이 심한 장소에서는 하천관리상 돌망태 또는 콘크리트 블록구조 등 굴요성이 있는 구조가 적당할 때
Table 5. Plan types and component materials of river-crossing structures in each city and county
City/county Types Component materials
Orthogonal Diagonal Curved Reflect Total Concrete Rock Concretre+Stone Gabion etc. Total
Changneong 320 11 - - 331 323 5 3 - 331
Changwon 266 8 - 1 275 238 28 9 - 275
Geochang 753 13 2 11 779 720 21 38 - 779
Geoje 233 9 - 1 243 120 6 117 - 243
Gimhae 319 13 - 2 334 260 66 8 - 334
Goseong 450 14 3 - 467 438 5 15 9 467
Hadong 558 13 - 4 575 545 9 21 - 575
Haman 277 11 1 3 292 285 7 - - 292
Hamyang 428 10 15 2 455 410 5 40 - 455
Hapcheon 986 18 1 14 1,019 894 66 59 - 1,019
Jinhae 51 6 - - 57 42 1 14 - 57
Jinju 247 15 - 5 267 225 3 39 - 267
Masan 302 8 2 5 317 302 1 14 - 317
Miryang 454 19 - 17 490 444 3 39 4 490
Namhae 162 9 - 1 172 163 1 8 - 172
Sacheon 173 8 - 2 183 181 - 2 - 183
Sancheong 588 13 2 22 625 595 2 28 - 625
Tongyeong 92 2 - - 94 92 2 - - 94
Uiryeong 472 11 - 9 492 474 16 2 - 492
Yangsan 247 9 - 7 263 236 15 12 - 263
Total 7,378(95%) 220(3%) 132(2%) 7,730 6,987(90%) 262(3%) 468(6%) 13(0.2%) 7,730
(a) Orthogonal, Conc.+Rock (Hapcheon)
(b) Diagonal, Concrete (Sacheon)
(c) Curved, Concrete (Sancheong)
(d) Orthogonal, Rock (Geoje)
(e) Orthogonal, Gabion (Goseong)
도 있다. 단면형상은 상류측은 연직 또는 이에 가까운 기울기 로 하고, 하류측을 큰 기울기로 한 사다리꼴 단면이 일반적이 며 역학적인 안정조건을 만족하는 동시에 수리학적으로 유리 한 단면으로 한다(MLTM, 2009).
본 연구에서 구조물의 단면형상을 조사한 결과에 의하면 광정위어 6,158 (80%)개소, Ogee 위어 10 (0.1%)개소, 연직 낙차 1,057 (14%)개소, 계단식 낙차 59 (1%)개소 및 돌붙임 (붓기) 435 (6%)개소로 나타났으며, 최근에는 어류의 소상과 강하가 가능하도록 완경사형 돌붙임(붓기) 단면이 증가하는 추세이다(Table 6). 하천횡단구조물은 구조물의 높이로 인하 여 수서동물의 종적 연속성을 차단하는 문제점이 있으므로
이를 해결하기 위한 대책으로서 어도를 설치한다. 경남의 671 개 지방하천 중 153 (23%)개 하천에 640 (8%)개소에 어도가 설치되어 있는 것으로 파악되었으며, 분석결과는 어도의 형 식 및 기능 여부에 대한 평가 없이 조사된 자료이다(Table 7).
3.2 하천횡단구조물 설치에 따른 문제점
하천의 급경사구간에는 이수 및 치수를 위하여 보다 좁은 간격으로 보와 낙차공 등의 하천횡단구조물이 설치되어 있 다. 본 연구에서 조사, 분석한 결과에 의하면 구조물은 높이와 설치간격에 따라 상류와 하류의 지형특성과 흐름특성을 크게 변화시켜 여러 가지 문제점을 발생시키고 있다.
Table 6. Types of cross sections in each city and county City/county
Crest shape Changneong Changwon Geochang Geoje Gimhae Goseong Hadong Haman Hamyang Hapcheon Total
Broad Crested 311 254 672 125 247 343 483 239 322 686
Ogee - - - - 6 - - 3
Straight Drop 20 8 57 24 21 90 81 33 75 230
Stepped - - 10 6 - 15 - 9 4 11
Dumped rock - 13 40 88 65 13 11 11 44 89
Total 331 275 779 243 334 467 575 292 455 1019
City/county
Crest shape Jinhae Jinju Masan Miryang Namhae Sacheon Sancheong Tongyeong Uiryeong Yangsan Total
Broad Crested 49 210 291 432 114 147 510 50 439 234 6,158(80%)
Ogee - 1 - - - - - - - - 10(0.1%)
Straight Drop 6 56 18 49 55 32 98 42 46 16 1,057(14%)
Stepped - - - - 1 - 2 1 - - 59(1%)
Dumped rock 2 - 8 9 2 4 15 1 7 13 435(6%)
Total 57 267 317 490 172 183 625 94 492 263 7730(100%)
(a) Broad Crested(Jinju) (b) Ogee(Goseong) (c) Straight Drop(Namhae) (d) Stepped(Goseong) (e) Dumped rock(Geoje)
Table 7. Fishway numbers in each city and county
City/county Changneong Changwon Geochang Geoje Gimhae Goseong Hadong Haman Hamyang Hapcheon Total
Numbers of streams 5 2 12 10 6 11 8 11 12 25
Numbers of fish ladders 16 7 139 51 42 37 27 28 71 55
City/county Jinhae Jinju Masan Miryang Namhae Sacheon Sancheong Tongyeong Uiryeong Yangsan Total
Numbers of streams 1 6 1 6 2 5 13 4 4 9 153
Numbers of fish ladders 3 8 2 33 3 31 37 11 10 29 640
(a) Guide wall type (Hadong)
(b) Weir and pool type (Yangsan)
(c) Stream type (Hamyang)
(d) Weir type (Geoje)
(e) Ice-habor type (Sancheong)
3.2.1 구조적 문제점
하천의 상류와 하류의 하도 지형특성 및 흐름특성에 비교 적 큰 영향을 미치는 높이 1.0 m 이상의 하천횡단구조물은 3,897 (51%)개소로서 평균적으로 하천 1 km당 1개소씩 설치
되어 있는 것으로 분석되었다.
충적하천 주변은 대부분 논농사 중심의 농경지이므로 농 업용 취수보가 많이 설치되어 있는데, 유역면적이 100 km2이 상인 경남의 지방하천에 설치된 구조물 현황을 Table 8에 제
Table 8. Numbers of river crossing structures in major streams (basin area > 100 km
2)
Stream name Stream orders
Basin area (km
2)
Structure numbers Structure
numbers (/km)
Structure numbers (Length of stagnant
stream > 0.5 km) Distance from stream junction (km) Total
numbers 0~5 5~10 10~15 15~20 20~25 25~30 >30
Gonyangcheon 1 119.30 4 8 9 12 17 50 2.00 8
Namcheon 1 110.96 7 13 20 2.00 0
Total 11 21 9 12 17 0 70 2.00 8
Topyeongcheon 2 123.17 0 1 9 10 8 28 1.12 2
Gwangnyeocheon 2 158.29 0 4 8 7 25 44 1.76 3
Namgang (local) 2 500.47 5 5 3 5 4 6 12 40 1.18 0
Hwapocheon 2 137.84 0 8 9 17 1.13 1
Sinbancheon 2 194.28 2 4 9 13 10 38 1.52 0
Hwagaecheon 2 115.25 6 5 11 1.10 0
Hoengcheongang 2 158.43 1 4 10 8 4 8 2 37 1.12 6
Hwanggang (local) 2 437.54 6 6 13 15 18 22 80 2.67 0
Cheongdocheon 2 173.81 1 1 7 9 10 4 32 1.07 5
Total 21 38 68 67 79 40 14 327 1.41 17
Miryanggang 3 1,421.26 0 0 3 1 5 9 0.36 7
Gacheoncheon 3 180.22 3 2 10 8 7 30 1.20 0
Deokcheongang 3 445.14 0 0 2 3 2 2 20 29 0.64 7
Danjangcheon 3 350.13 1 5 7 9 22 1.10 1
Yangcheon 3 425.09 0 3 2 2 4 6 20 37 0.97 14
Yeongcheongang 3 205.90 0 3 3 7 4 9 26 0.87 5
Yugokcheon 3 104.13 9 7 5 14 5 40 1.60 3
Uiryeongcheon 3 113.29 4 9 12 25 1.67 1
Imcheon 3 481.50 1 1 1 0 1 4 0.16 3
Banseongcheon 3 125.28 0 4 9 10 23 1.15 2
Yangsancheon 3 243.22 0 2 5 6 9 3 25 0.83 4
Hamancheon 3 155.53 0 10 14 14 38 1.90 1
Wicheon (Geochang) 3 239.41 8 6 10 5 6 35 1.40 0
Wicheon (Hamyang) 3 178.88 5 6 4 13 13 41 1.64 0
Total 31 58 87 92 56 20 384 1.11 48
Gayacheon 4 201.44 4 7 7 1 19 0.76 0
Sindeungcheon 4 172.07 3 4 3 4 20 2 36 1.20 4
Sicheoncheon 4 104.57 6 3 9 0.90 0
Dongcheon 4 115.00 8 8 3 8 5 32 1.28 0
Total 21 22 13 13 25 2 96 1.03 4
Total numbers 84 139 177 184 177 62 54 877 1.26 71
시하였다. 하천 차수이론(Gravelius, 1914)에 따라 분류된 제 1지류 2개 하천, 제2지류 9개 하천, 제3지류 14개 하천 및 제4 지류 4개 하천을 포함한 29개 하천에 대하여 합류점으로부터 거리에 따른 구조물 수, 하천연장 1 km 당 구조물 수 및 정체수 역의 길이 0.5 km 이상인 구조물 수를 나타내었으며, 하천횡
단구조물이 거의 없는 남강댐과 합천댐 하류의 국가하천구 간, 밀양강의 경상북도 구간 및 임천의 전라북도 구간은 제외 하였다. 분석결과에 의하면 하천연장 1 km 당 평균 1.26개소 의 하천횡단구조물이 설치되어 있어 전체 평균 2.1개소 보다 는 적었고, 충적평야 또는 곡저평야가 발달하지 않은 임천, 덕
Fig. 2. Stagnant stream by river crossing structures in Yeoungcheon
river Fig. 3. Hydromorphological features around river crossing structures
in Deokcheon river
Fig. 4. Riffle-pool structure by river crossing structure Fig. 5. Riffle-pool structure by gravel bar
천강 및 가야천 등에서는 0.8개소 이하로 나타났다. 대체적으 로 충적하천에서는 n-1차 하천의 합류점으로부터 5~25 km 구간에 677개소(77%)가 분포하는 것으로 분석되었다. 하천 횡단구조물에 의하여 형성되는 정체수역의 길이가 0.5 km 이 상인 구조물 수는 71개소(8%)로 나타났으며, 산청군 생비량면 장난보는 정체수역의 길이가 3.36 km로서 가장 큰 규모였다.
Fig. 2에 나타낸 바와 같이 영천강의 경우에 사평보~군평 보~임평보 정체수역 상류단까지 거리 4.59 km 구간 중총 정체 수역의 길이가 4.29 km로서 군평보 하류의 300 m 구간에만 하천횡단구조물 하류에서 나타나는 짧은 여울-소의 하도지 형이 형성되어 있었다. 이러한 현상은 덕천강, 청도천, 반성 천, 광려천, 의령천 및 화포천 등의 충적하천의 중․하류 구간에 서 나타나고 있다. 이러한 하천들의 하도특성은 대체적으로 평균하상경사가 1/400~1/5,000이고, 대표적인 하상재료 입 경이 자갈(2~64 mm)로 구성되어 있으며, 주변이 넓은 충적평 야 또는 곡적평야가 형성되어 있는 세그먼트(segment) 2 구간 에 해당하는 하천이다(Yamamoto, 2004).
또한, 하천횡단구조물의 직하류에는 Fig. 3에 나타낸 바와
같이 물받이공 또는 바닥보호공 하류단에 소-여울의 하도지 형이 형성되는 데 Fig. 3 및 Fig. 4에 도시한 바와 같이 하도법선 (직선 및 만곡), 하상경사 및 구조물의 평면배치(직선형, 경사 형 및 아치형)에 따라 다른 양상을 나타낸다. 또한, 하천횡단구 조물이 연속적으로 설치된 경우 Fig. 3과 Fig. 4에서 알 수 있는 것처럼 소-여울이 형성되는 경우도 있고, 여울만 형성되는 경 우도 있으며, 만곡부에 설치된 구조물(Fig. 3)이나 경사형 구 조물(Fig. 4) 하류에서는 편류에 의하여 국소세굴이 발생하는 부분과 퇴적이 발생하는 부분으로 나누어진다.
하천횡단구조물이 없는 자연하천에서는 저수로의 사행에 의하여 교호사주가 형성되므로 여울-소가 교대로 나타나며 여울의 출현빈도는 저수로 폭의 5~7배 정도이다(Fig. 5). 따라 서, 하천횡단구조물은 자연하천에서 나타나는 여울-소의 출 현빈도를 감소시켜 하도지형의 물리적 다양성을 단순화시키 고, 그 영향으로 생태계의 다양성을 떨어뜨린다.
또한, 1,057 (14%)개소에 설치된 연직낙차공은 주로 급경 사인 상류구간에 연속적으로 설치되어 있는데 하상경사가 1/50인 경우에 약 75~100 m 간격으로 설치될 수 있으며, 실제
(a) Construction of continuous structures
(Gimhae) (b) Local scouring in downstream
(Sacheon) (c) Forming air-vent and air-bubble (Namhae)
Fig. 6. Structural problems of river-crossing structures
(a) Water pollution (Hapcheon) (b) Non-fishway (Jinju) (c) Noise by drop (Jinju) Fig. 7. Environmental problems of river-crossing structures
로 김해시 대청천의 경우에 1.2 km 사이에 15개소의 낙차공이 80 m 간격으로 설치되어 있다. 이와 같이 대규모 택지 개발이 나 농경지의 경지정리 등으로 인한 직강화된 하천에서는 하상 경사가 급하기 때문에 하상안정을 위하여 설치되는 낙차공의 사이의 간격이 짧아 사행에 의한 여울-소의 하도지형이 형성 되지 못하기 때문에 유수환경을 획일화시키는 문제점이 있다 (Fig. 6(a)).
상류측에 미치는 영향은 구조물의 높이가 높은 만큼 정체 수역이 넓어지고, 수면경사가 완만해짐에 따라 유속이 느려 져서 세립유사가 퇴적되며, 하류측에 미치는 영향은 구조물 마루에서 유속이 급격하게 증가함에 따라 과다한 국소세굴이 발생하여 구조물 직하류에 또 다른 구조물을 설치하는 것과 같은 영향을 유발하는 경우가 많았다(Fig. 6(b)). 또한, 콘크리 트로 시공된 보 및 낙차공은 구조물의 마루부가 수평이므로 유량이 작을 경우 구조물의 전체 길이에서 얕은 수심으로 분 산되어 월류하기 때문에 어류는 단면형상에 관계없이 소상할 수 없게 되며, 연직낙차단면의 경우에는 완전월류시 공기주 머니(air vent) 및 기포(air pocket)의 발생으로 인해 어류의 운 동에너지 효율을 감소시켜 소상을 방해하게 된다(Fig. 6(c)) (Nakamura,1997).
하천횡단구조물의 평면형상 중 220 (3%)개소로 조사된 경 사형은 하류에 편류(偏流)를 발생시켜 국소세굴로 인한 호안
기초의 파괴를 초래하는 경우도 나타났으며, 수리적 안정성 측면에서 콘크리트 구조를 원칙으로 제시하고 있기 때문에 콘크리트 구조물이 6,987 (90%)개소로서 높이에 관계없이 대부분을 차지하는 것으로 나타났다. 콘크리트의 과다사용 은 하천을 더욱 인공화시켜 경관적, 생태적 측면에서 부조화 를 초래하고 있다.
3.2.2 환경적 문제점
보는 상류에 정체수역을 형성시킴으로써 유량이 적은 갈 수기에는 수질악화를 초래할 수 있으며, 아울러 오염된 세립 유사의 퇴적과 정수식물의 번무로 인한 수질악화를 가중시킬 수 있다(Fig. 7(a)). 이러한 문제는 하상계수(유량변동계수) 가 큰 우리나라의 소유역 평지하천의 정체수역에서 빈번하게 발생하는 문제이다(Kim et al., 2005). 보 및 낙차공과 같은 하 천횡단구조물은 치수와 이수를 위하여 반드시 필요하지만 하 천생태의 종적 연속성을 단절시키는 큰 환경적 문제점을 유발 하고 있다(Fig. 7(b)).
경남의 671개 지방하천 중 153 (23%)개 하천에 640 (8%) 개소에 어도가 설치되어 있으나 하천 전체구간에서 어류 이동 의 종적 연속성을 확보할 수 있도록 어도가 설치된 하천은 소 수에 불과하다. 다시 말해서 하류와 상류에 어도가 설치어 있 어도 중류구간에 어도가 설치되지 않았거나 중류에는 어도가
(a) Distributed drop (Japan) (b) Infilteration gallery (c) Step pool type fishway (Japan)
(d) Improvement of crest shape (e) Erosion protection pool (Korea)
Fig. 8. Improvement measures of river-crossing structures
설치되어 있어도 하류와 상류에 어도가 설치되지 않은 경우가 대부분이다. 또한, 어도가 설치되어 있어도 경사, 구조형식, 입구와 출구, 상․하류 주수로와의 연결성 등을 감안하면 실제 로 기능하고 있는 어도는 소수에 불과하였다.
결론적으로 하천횡단구조물은 자연하천에서 나타나는 사 행에 의한 여울-소의 경관특성을 근본적으로 훼손하고 상류 에는 퇴적, 하류에는 세굴을 초래함으로써 하천경관을 악화 시키고, 시각적으로 단절감을 주는 구조물로써 하천경관을 훼손하며, 주거지지역에서는 낙차에 의하여 발생하는 소음 도 문제가 되고 있다(Fig. 7(c)).
3.3 하천횡단구조물의 개선방안
현재 경남의 지방하천에 대한 하천기본계획 수립율이 80%, 하천정비율이 39%인 점을 감안하여 향후 시행될 하천 정비사업에서 하천횡단구조물을 개선하기 위한 방안을 제시 하는데 본 연구의 목표를 두고 있다. 따라서, 하천횡단구조물 에 의한 구조적, 환경적 문제점을 해결하기 위한 공학적 개선 방안은 하폭, 하상경사, 굴입정도 및 유사특성 등의 하도특성 및 용수이용 여건 등을 고려하여 제시되어야 한다.
첫번째, 경남의 지방하천 중 구조물 연장이 20 m 이하는 65%, 30 m 이하는 81%를 차지하고, 높이가 1.0 m 이하는 48%, 1.5 m 이하는 83%를 차지하므로, 길이가 짧고 높이가 낮은 구조물은 아치의 원리를 이용한 분산형 저낙차 구조물로 개량하는 것이다(Fig. 8(a)). 이미 일본과 스위스의 경우 이에 대한 연구가 정착되어 하천복원사업에 활용되고 있으며, 이
공법은 일본에서 치수적 안정성과 경관․생태 등의 환경적 장 점이 검증되었으므로 적용성이 높다(Fukudome et al., 2010;
Akashi et al., 2010).
두번째, 우리나라는 각종 용수 취수를 위한 보는 상류에서 하류까지 연속적으로 설치되어 있으므로 기능을 상실한 보는 지속적으로 철거사업을 추진하고, Table 8에 제시한 바와 같 이 보의 설치 간격이 좁은 보들은 통합하여 양안(兩岸)에서 취수할 수 있도록 하며, 특히, 농업용수 취수보의 경우 몽리면 적(蒙利面積)이 작을 경우에는 유공관으로 집수매거를 설치 하는 방안도 고려할 수 있을 것이다(Fig. 8(b)). 이러한 방안은 생태통로의 장애가 되는 구조물 수를 근본적으로 줄일 수 있 으며, 홍수위를 낮추는 치수측면의 장점도 있다.
세번째, Table 3과 Table 4에 제시한 바와 같이 구조물의 연장이 길고 높이가 높은 구조물은 Rock lamp 등을 이용하여 구조물의 일부분에 대하여 생태통로를 연결하도록 하되 경관 을 배려하는 방안을 강구하는 것이다(Fig. 8(c)).
또한, 높이가 1.0 m 이하인 콘크리트 구조의 연직 낙차공은 구조물 하류단의 모따기로 공기주머니(Air vent) 발생을 차단 하여 어류의 도약에 의한 소상이 가능하도록 배려할 수 있을 것이다. 대부분의 하천횡단구조물은 마루가 수평으로 월류 유량이 작을 경우 얕은 수심으로 인하여 어류가 소상할 수 없 는 경우는 구조물의 중심선을 기준으로 수(數) %(1~5%)의 기울기를 두어 유량의 변동에 따른 어류의 소상기능을 향상시 키는 것이다(Fig. 8(d)).
네번째, 하천횡단구조물의 바닥보호공 부분은 소가 되도
록 하여 소상 어류의 도움닫기에 도움이 될 수 있게 하고, 갈수 기 건천시에는 수서동물의 피난처를 제공하도록 배려해야 할 것이다(Fig. 8(e)). 하천설계기준의 하상유지시설의 표준도 면에는 물받이공과 바닥보호공이 수평이 되도록 제시하고 있 어 설계실무자들에게 혼선을 초래하고 있어 이에 대한 수정도 필요하다. 이상의 개선방안에 대한 국내외의 사례 및 개념도 를 Fig. 8에 제시하였다.
4. 결 론
본 연구는 경남의 지방하천에 설치된 대표적인 하천횡단 구조물인 보 및 낙차공에 대한 현황을 조사하여 구조물의 제 원, 형식, 사용재료 등을 분석한 결과를 기초로 문제점을 도출 하고, 그에 따른 개선방안을 제시하였다.
경남의 지방하천에는 보 및 낙차공으로 대표되는 하천횡 단구조물이 1 km내에 평균 2.1개 정도로 설치되어 있어 치수 적 측면에서 홍수시 수위상승을 초래하고 생태환경적 측면에 서는 생태통로를 단절시키는 등 여러 문제점을 초래하고 있어 이를 개선하기 위한 대책이 절실함을 확인하였다.
또한, 하천횡단구조물의 하류단에 바닥보호공이 설치되 어 있지 않거나 파손되어 큰 낙차를 형성함으로써 생태통로를 이중적으로 차단하는 문제점을 초래하고 있으므로 구조물의 안정성 확보측면에서 보수가 필요함을 확인하였다. 어류가 구조물을 소상하기 위해서는 도움닫기에 필요한 소(pool)가 필요하므로 이를 고려한 개선대책이 필요하며, 특히 하천설 계기준의 하상유지공 표준단면도에는 물받이공과 바닥보호 공이 수평을 이루도록 제시되어 있어 수정이 필요하다.
경사가 급하고 유로연장이 짧은 산지하천과 해안도서지역 의 하천은 좁은 하폭에 구조물의 밀도가 높아 경관 및 생태적 영향이 크기 때문에 자연하천의 step-pool의 구조와 유사한 저낙차형 하상유지공으로 개선할 경우 큰 효과를 발휘할 수 있을 것이다.
콘크리트 구조로 되어 있는 구조물의 마루부(crest)를 부분 적으로 개선하여 갈수기 적은 유량에서도 어류의 소상을 도울 수 있는 방안을 제시하였으며, 연장이 길고 높이가 높은 구조 물은 부분적인 rock-lamp를 도입할 수 있으며 이러한 방법은 소액의 예산으로 개선할 수 있는 방안이다.
하천 전체구간에서 어류 이동의 종적 연속성을 확보할 수 있도록 어도가 설치된 하천은 소수에 불과한 실정이며, 어도 가 설치되어 있어도 경사, 구조형식, 입구와 출구, 상․하류 물 골(주수로)의 연결성 등을 감안하면 실제로 기능하고 있는 어
도는 소수임을 확인하였다.
이상의 결과로부터 하천의 수리, 하도, 생태 및 환경에 가장 큰 문제점을 야기하고 있는 하천횡단구조물을 개선함으로써 하천복원을 앞당길 수 있으며 향후 추가적인 연구를 통하여 새로운 개선방안을 모색할 필요가 있을 것이다.
감사의 글
본 연구는 경남과학기술대학교의 2015년 기성회연구비 의 지원에 의해 수행되었습니다.
References
