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6장. 하천복원

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Academic year: 2021

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(1)

6장. 하천복원

2019. 11.

(2)

1. 하천복원의 정의 및 연혁

 하천복원(restoration): 그 하천의 원 생태계 구조와 기능으로 되돌리는 것

 하천회복(rehabilitation): 새로운 생태계 구조와 기능을 만들어주는 것

 하천간척(reclamation): 인간 이익을 위해 하천을 변경하는 것(개간, 공원화 등)

 하천복원의 대상: 하도, 홍수터, 제방, 구 하도 등수변(river corridor)

(3)

 ‘진정한’ 하천복원 개념에 대한 회의(Dufour와 Peigay, 2009)

왜 비교란 상태로 되돌려야 하는가?

인간활동으로 변형된 하천이 꼭 반자연적인가?

과거로 되돌리기 위한 거울(참조하천)은 가용한가?

→ 새로운 시각: 하천회복 개념을 고려하여, “기준에 기초한” 복원사업보다는 “목표 에 기초한” 복원사업이 바람직함!

 국내: 2,000년 전부터 홍수터에 농경활동 시작

1960년대 이후 산업화, 도시화, 경지정리, 하천정비 등으로 자연하천은 대부분 영구 변형

하천복원의 현실적 접근방법: (무조건) 하천의 원 생태계 복원에 초점을 맞추기보다

→ 하천이 주는 심미, 위락, 역사문화성 같은 사회문화적 서비스, 홍수조절, 수질자정 같은 조절서비스

동식물자원 같은 공급서비스 등을 되살리는 것에 목표를 두는 것이 합리적

하천복원의 의의

(4)

하천복원의 종류 및 의의

 일반적 하천복원(하도복원)

 수변완충대

 하천공간 확대

 강변저류지

 복개하천 복원

 보-댐 철거 등

하천복원의 의의

(5)

하천복원의 연혁

 근자연형 하천공법(Naturnaher Wasserbau)

 유럽의 독일어권 국가(독일, 스위스 등)

 1970년대부터 콘크리트, 금속 등 토목재료 대신 갯버들, 풀 등 생물재료와 거석, 통나무 등 자연재료 이용

 자연하천과 비슷한 형태로 하천을 꾸미기 시작

 다자연형(多自然型) 하천공법

 근자연형 하천공법이 1980년대 일본으로 도입되어 소화개량

 ‘고향의 하천만들기’ 등 다양한 프로그램으로 진행 중

 미국의 하천복원사업

 1972년 ‘Clean Water Act’ 이후 하천의 화학적, 물리적, 생물적 과정의 통합적 복원과 정비사업 시작

 하천복원사업의 2대 목표: ‘수영할 수 있는’ 하천, ‘물고기가 사는’ 하천

 하천복원 가이드북: ‘수변복원 – 원칙, 과정, 실무’(FISRWG 1998)

(6)

자연하천(a) 방재하천(b)

공원하천(d)

자연형 하천(e)

하천복원

(a) (d)

 국내 하천사업의 변천

 1960∼70년대 들어 하천수오염 심화, 치수위주 하천정비 보편화 → 하천환경기능 상실, 하천형태 변형

 1980년대 말: 공원하천 등장(한강종합개발사업 등)

 1990년대: ‘자연형 하천정비사업’ 시작(양재천, 오산천 등) ← 일본의 다자연형 하천사업 소화개량

 2000년대 이후: 부처별/지자체별 유관사업 진행, 청계천 복원사업 등

(7)

2. 하천 교란(disturbance)

 자연적 교란: 기록적인 홍수, 가뭄, 산불, 지진, 화산, 곤충과 질병, 극단적인 기온 등 → 자연의 회복력(resilience)

 교란의 기준: 강도(세기), 빈도, 범위

(8)

 인위적 교란

 직접적 교란: 하천사업(댐, 구조물, 하천정비, 골재채취 등), 하천 내 농경 활동, 외래종 도입, 오염물질 과다 유입 등

 간접적 교란: 농업, 임업, 축산, 광산(AMD),위락, 도시화 등

 하천 내 식생이입

 거의 모든 하천(대중소, 도시-농촌 하천 불문)에 가속적인 식생이입 현상 발생 (화이트 리버→ 그린리버)

 확인된 원인: 유황∙유사량 변화, 하도내 구조물, 골재채취, 비점오염물 과다유입 등

 미확인 원인(가설): (기후변화로 인한) 강수양상 변화

(9)

화이트리버, 그린리버?

(10)

A

BB

A

사례 – 하회마을(낙동강 안동댐-임하댐 하류)

(11)

3. 하천복원기술

 하천복원의 절차

 비간섭과 비교란적인 회복(A): 수변이 급속히 회복되어 적극적인 복원활동이 불필요하고, 오히려 해가 될 수 있는 상태

 회복지원을 위한 부분간섭(B): 수변이 자연적으로 회복하고 있으나 느리고 불확실하여 회복을 지원하는 활동이 필요한 상태

 회복을 관리하기 위한 적극적인 간섭(C): 원하는 하천기능의 자연적 회복이 불가능하여 적극적인 복원활동이 필요한 상태

(12)

하천복원모형

 생태성-친수성-치수성 관계

 하천복원모형

 ARM

 ERM

 semi-ERM

(13)

하천복원 설계 및 공법 - 하도설계

 설계 대상: 하도설계, 하도 내 서식 처 설계, 강턱복원, 홍수터복원 등

 하도설계: 미 토목학회 자료(ASCE 2007) 기준

 고정상 하도: 유사이송이 없는 하도: 임계상태법

 이동 상 하도: 유사이송이 있는 하도: 활성하도법

 임계상태법

 설계유량과 설계 하상재료등급의 결정

 (경험적) 수리기하공식을 이용한 예비 평균하폭의 결정

 설계 하상재료 등급을 이용한 한계하상전단응력의 결정

 하상재료 크기, 추정사행도, 강턱식생, 수심 등을 이용한 흐름저항계수의 결정

 연속식과 등류식을 이용하여 설계유량을 통과하기 위한 수심과 하상경사의 결정

 사행도: 하곡경사를 하상경사로 나누어 결정(하도길이: 사행도×하곡길이)

(14)

 활성하상법

 설계유량: 유효유량으로 결정

 하천단면의 결정: 사다리꼴 단면 가정

 하폭의 결정:

• 대상 하천과 여건이 유사한 자연상태 하천의 하폭을 참조하거나,

• 수리기하 경험공식에서 구하거나,

• 해석적 방법을 이용하여 결정

 수심과 하상경사: 대상 하천에 적합한 유사량식과 마찰식을 연립하여 결정

 사행도: 하곡경사를 하상경사로 나누어 결정(하도길이: 사행도×하곡길이)

(15)

하천복원 설계 및 공법 - 하도 서식처 설계

 원칙(FISRWG 1998):

 각 서식처 구조물의 용도와 위치선정은 구조물 자체의 설계, 시공만큼 중요

 세굴과 퇴적은 다양한 서식처를 형성하는 기본과정으로서 과도한 하도고정은 바 람직 하지 않음

 자연재료와 살아 있는 재료를 적극 활용 - 주기적인 유지관리 염두

 하도 내 서식처 설계

 순서: 평면 배치, 구조물 형태 선정, 구조물 크기 결정, 수리 효과 검토, 유사이송에 미치는 영향 검토, 재료 선정과 구조물 설계 등(Shields, Jr. 1983)

 하도 내 서식처 구조물의 기본형태

 둔덕, 보

 수제

 임의 거석

 통나무 그루터기(lunkers)

 그 외에 인공여울, 어도, 하도 밖 웅덩이, 얕은 만 등

(16)

하천복원 설계 및 공법 - 강턱복원

 자연형 하천공법의 활용

 바위/돌 공법: 사석공, 비탈멈춤 보호공, 거목호안 등

 식생+돌 공법: 코코넛 섬유 두루마기, 식생 돌망태, 돌 사이 식재, 통나무/뿌리+거석 호안, 식생 지오그리드 등

 식생공법: 식생 꺾꽂이, 식생다발, 식생 매트리스 등

(17)

하천복원 설계 및 공법 - 홍수터복원

 홍수터: 생태서식처로서 귀중, 홍수시 범람하여 주하도와 직접 연결

 국내 자연홍수터는 대부분 소멸되었고,

과거 홍수터 일부가 하도와 제방, 또는 산기슭 사이에 좁고 길게 남아 있음

 국내에서 홍수터 복원은 타 용도로 전용된 부지를 재편입하여야 하므로 대부분 매우 어려움

 가능한 홍수터 복원 대상

 구하도, 습지: 구하도복원, 강변저류지 조성을 통한 습지복원

 제방 후퇴, 철거: 경제적, 문화적 이유 등으로 쉽지 않음

 물가숲 띠 복원: 수변완충대 복원, 조성

(18)

자연형 하천공법

하천복원의 기술적 도구 중 하나

기본개념: 형태의 자연형 + 재료의 자연형

모든 공법은 수리적 평가 필요

(19)

자연형 하천공법- 시행착오

모래하천은 모래하천, 자갈하천은 자갈하천!!!

하천의 고착화는 또 다른 인공하천 조성

(20)

자연형 하천공법- 시행착오

하도복원시 하천의 역동성(흐름과 유사이송, 형태) 고려

(21)

시공, 모니터링 및 적응관리

 시공

 모니터링

 적응관리(adaptive management)

 모니터링 결과 문제 발생시 언제 변화를 주어야 할지 확인하여 중간수정, 단기수정을 하는 유연한 관리방법

 하천복원사업은 기본적으로 생태계 서식처를 복원하는 것이므로 사업계획과 설계 단계에서 여러 가정과 가설을 기반으로 진행되어 사업성과가 당초

목표대로 간다는 보장이 어려움(생물, 생태를 고려하여야 하므로 물리적, 화학적 지식에 기초한 계획 및 설계에 비해 불확실성 높음) → ‘하면서 배운다(learning by doing)’

 적응관리는 복원 중 또는 이후에 실시될 수 있으며, 결과에 따라 복원목표 및 복원과정의 변화 가능

 적응관리 내용은 특정 사업에서 얻어진 교훈을 동일사업의 개량 혹은 다른 사업에 적용 가능

(22)

4. 부분적 하천복원 - 수변완충대

정의: 하천에 연한 띠 모양의 수림(riparian forest)으로서, 수역과 육역의 천이지대 (Riparian Buffer Strip; RBS): → 환경관련 법률 상 수변구역과 구분!

 기능: 에너지, 물질 등의 전달/차단/여과와 수용/공급, 생태서식처 역할

 유역 전체의 약 5% 정도 적은 비중을 차지하지만 육상서식처와 다른 다양한 종 서식

(23)

 수변완충대의 기능:

유사나 오염물질의 여과 및 차단

비점오염물의 유입저감

토양침식 방지

강턱 안정화

수변생물서식처 제공

수변그늘 제공으로 수온 유지

친수․교육 공간의 제공

심미적 효과

(24)

 수변완충대의 기본구조 및 형태

 국내도입의 한계

 대부분 하천에 제방 축조: 수변완충지 설치 → 제외지 → 비점오염물질 유입억제 곤란

(25)

4. 부분적 하천복원 – Room-for-the-River

 정의:

1) 하도 준설, 2) 홍수터 내 신하도 개설, 3) 제방 철거 및 후퇴 등을 통해 하천의 홍수소통능력 제고와 홍수터 서식처 복원을 꽤 하는 네덜란드의 하천정책

 배경:

 네덜란드의 하천관리 목표: 수운과 홍수소통 양축

 이를 위해 제방축조, 사행수로 직강화, 운하개설 등 지속적 추진

 1993, 1995년 라인강 홍수 후 제방을 높이지 않고 통수능을 확대하는 방안으로써 2007년부터 ‘하천에 공간을’ 기치로 추진

(26)

 모식도

 시행착오

 ‘

4대강살리기’ 사업에 일부 준용

 선행검토: 1) 인위적인 하도 및 홍수터 굴착과 하천형태 변화에 따른 흐름 및

유사이송의 변화, 2) 그에 따른 충적하천의 동적 변화를 예측 및 대처(van Vuren 등)

(27)

4. 부분적 하천복원 – 강변저류지

 정의

 홍수 시 하천수위가 일정 수위 이상이 되면 하천수를 월류하여 홍수를 조절하고, 평시에 습지, 농경지, 위락공간 등 친수공간으로 이용하는 시설

 국내사례:

 여주 저류지: 유효저류량 1,620만m3, 첨두홍수량 저감량 400 m3/s, 첨두홍수위 저감고 0.17 m, 월류제 길이 508 m

 영월 저류지: 유효저류량 230만m3, 첨두홍수저감량이 130 m3/s, 첨두홍수위 저감효과 최고 0.4 m

(28)

 설계절차: 계획수립, 기본설계, 실시설계 등 3단계

계획수립: 홍수조절효과 분석을 통해 저류지 위치 선정

기본설계: 설계홍수 수문곡선 결정, 첨두홍수량 저감효과 산정, 저수용량/월류부/평시유입부/방류부 등 저류지 시설물 개략설계

실시설계: 물리모형실험을 통해 월류부 형상과 제원, 유량계수 등 산정, 경제성 분석

→ 동시에 기본설계 단계에서 제시된 침수빈도를 고려하여 저류지 내 공간계획 및 수질관리계획 등 수립

홍수조절효과 분석

HEC–RAS 등을 이용한 1차원 하도모형과 저류지 수심–저류량 관계식 적용 방법

→ 강변저류지의 개략 적인 위치 선정이나 능력 검토에 적합

UNET 등 수리적 홍수추적모형을 이용한 유역 네트워크 최적화 모형

(29)

시설물 설계

설계대상: 기본형상, 유입부 및 월류부, 유출부 등

기본형상: 제내지 토지/공간이용, 저류지운영 특성으로 결정

유입부와 월류부는: 표준단면형과 관련시설

관련시설: 하천측 비탈면, 월류부, 저류지측 비탈면, 감세공, 부언제, 배기관, 배수관, 차수판, 십자블럭 등

월류부: 일정수위 시 하천수가 넘어가는 단순월류제, 유지용수 확보를 위해 수문이나 가동보를 설치하는 월류제

→ 저류지 유출부: 수문, 통문 (방류방식: 수문이나 오리피스를 통한 자연배수)

(30)

저류지 공간계획

 특성: 도심지 유수지와 비슷, 홍수시 운용기를 제외하면 1년 중 상당기간을 빈 상태

→ 토지이용 효율 제고 차원에서 저류지 공간계획 필요

 비홍수기: 생물서식처, 친수공간 등으로 이용

 생물서식처 보전 및 조성: 침수기간을 기준으로 검토(수생역-호소역, 추수역-습지, 연수목구역/경수목구역-육지형)

 저류지 수질관리: 저류지 유입수는 홍수 시 하천수 이외 유입 금지

→ COD 기준 4 mg/L 이하(3등급) 유지

 친수시설: 경수목구역(연중 30일 미만 침수)에 고려

(31)

 정의

 하천상부를 콘크리트 등 토목재료로 덮어 확보된 지상공간을 도로, 주차장, 기타 시설물로 활용하고 지하하천은 영구히 암거화 하는 것

 연혁

 과거 1990년까지 전국적으로 시행된 도시하천관리 관행 중 하나

 1990년 들어 하천환경기능 중요성 대두 → 1999년 하천법 개정으로 복개 제한

 2002 제주시 산지천(1960년대 복개) 복원, 2003년 서울시 청계천복원 등을 필두로 복개하천 복원 확대

 하천복개의 문제점: 서식처/친수 기능 소멸, 수질자정 기능 저하

→ 하∙폐수 이송 및 홍수배제 통로

6.4 부분적 하천복원 – 복개하천 복원

(32)

 복원 계획 및 설계  설계시 고려사항

 하천의 치수 안정성을 확보하기 위한 조치(하천구조물 설치 등)

 대상하천에 적합한 복원모형과 공법(하상, 저수로, 호안 등) 선정

 자연재해(홍수, 가뭄 등)와 돌발적인 훼손 시 복원이 쉽고 유지관리가 용이한 시설물 및 공법 도입

 지역환경을 고려한 목표수질과 복원목표종 선정

 주변의 환경과 유지비용을 고려한

유지유량 확보 방안 마련

(33)

 보란?

 하천에서 수위를 높일 목적으로 하천을 가로질러 축조된 인공구조물

 문제(관리부실 시)

 하천 상하류 생태통로의 차단

 보로 형성된 상류 소(沼)의 수질악화

 식생이입 및 활착 으로 인한 하류하도의 육역화 등

 기능 및 용도폐기 후에도 하천에 방치

→ 오히려 예산을 들여 ‘자연형 보’로 치장

 물리적 철거를 통해 위같은 문제 해소 가능

6.4 부분적 하천복원 – 보 철거

(34)

 보 철거 가이드

(35)

 사례: 경기도 곡능천 곡능 2보(연구개발 시범사업)

철거 전 (2006. 3) 철거 직후 (2006. 9)

(36)

 하천의 세척효과(국내) , 침식된 하안복원 효과(BHBF: 미 콜로라도 강 하안서식처 복원)

4. 부분적 하천복원 – 댐 인공홍수

(37)

홍수없는 조절흐름 – 물가사주 소멸

(인공)홍수로 하상재료 부유

홍수후 부유사

물가 침전-사주생성

(38)

감사합니다!

참조

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