도시하천의 유지용수량 산정 및 확보방안 연구
A Study on Calculating and Securing the Stream Maintenance Water Demand in Urban Watershed
최지용 한국환경정책・평가연구원연구위원
목 차
목 차
I I I .
I V .
V . I . I I .
서론
도시하천의유지용수 개념 정립 1. 하천유지용수의 관리실태 2. 도시하천의 유지용수개념 도시하천의유지용수 산정방안
1. 하천유지용수 산정기준의정립
2. 사례지역에 대한유지용수량 산정과결정 도시하천유지용수확보방안
1. 기존수원활용 2. 신규 수원개발 결론
※주요단어 : 하천유지용수, 생태용수, 도시하천, 유역관리, 평균갈수량
I. 서론
우리나라의 도시하천 유역은 지속적인 도시화 에따른불투수층의증가로 인한지하수충진량감 소, 상류지역의합류식하수거에의한하수와우수 의 차집, 용수수요 증가에 따른 유역내 지표수 및 지하수 취수량 증가, 상류 농업용 저수지의 타 용 수로의 전환 등으로 인한 하천유출량 감소로 일부 하천에는 갈수기 하천유량이 현저히 감소하고 있 다. 이와 같은 하천유량 감소로 건천화 현상이 발 생하여 하천의 생태계 파괴, 자정기능 상실, 친수 기능의 상실 등 각종 부작용이 야기되고 있다. 이 에 비해 하천을 중심으로 도시화됨에 따라 환경용 수, 친수용수, 생태용수 등 새로운 형태의 용수수 요도창출되고있다.
이러한 도시하천 유역의 환경과 용수수요 변화 에대비하여중앙정부와 지방자치단체에서는하천 관리계획을 수립하여 하천의 생태복원 및 유지용 수1) 확보를 위해 많은 노력을 하고 있다. 특히 도 시하천의관리계획중 생태복원, 친수및위락기능 이강조되고있으며, 이에 부응하기위해수질개선 뿐만 아니라 도시하천의 적절한 유지용수 확보가 가장기본적인요건으로등장하고있다.
하천유지용수 산정과 공급방안에 대해서는 낙 동강을 비롯한 주요 국가하천(대하천)의 경우, 이 미 1 9 7 0년대부터 산정방안 등 꾸준히 연구가 추 진되었고, 2001년 수립된 수자원장기종합계획 (안)에는 4대 강을 포함한 주요 하천의 유지용수 산정및확보방안이 마련되었다. 그러나많은시민
이 접하고 환경이 가장 열악한 도시하천의 경우, 유지용수 산정방안이 확립되지 않아 합리적인 도 시하천의 관리계획 수립에 어려움이 있다. 따라서 본논문에서는도시하천의 복원및유지를위해 필 요한 하천유지용수의 산정에 관한 이론적 모형을 제시하고, 이모형에 의거사례지역에대해하천유 지용수를 산정하여 그 타당성을 검토하고자 한다.
그리고도시하천유역에 적용가능한다양한유지용 수확보방안도제시하고자한다.
I I . 도시하천의 유지용수 개념 정립
하천관리는 수량관리와 수질관리로 크게 구분 할 수 있다. 수량관리는 최근까지만 해도 이수 및 치수관리가 주요 관심사였고, 수질관리는 유역내 환경기초시설 설치를 통한 점오염원처리 등에 초 점을두었다. 그러나 최근하천환경의중요성이 부 각되면서하천관리는 수량관리와수질관리가통합 된 이수, 치수 및 하천 환경관리의 3대 요소로 나 타나고 있다. 이수기능은 각종 용수의 공급, 수운, 수력발전, 내수면 어업 등이 있고, 치수관리는 유 수통제, 홍수조절 등이 있으며, 환경관리는 하천 보전 및 복원, 하천유지용수확보, 하천 생태계 보 전 등이 있다. 이와 같은 하천의 3대 기능은 수량 과 수질의 바탕 위에서 이루어지며, 특히 적절한 수량이 확보되지 않은 상태에서는 하천의 기능이 이루어질수없다.
최근 도시를 관통하는 중・소하천의 경우 합류 식관거에 의한 하수의 차집과 유역의 불투수층이
1) 하천유지에 필요한 유량의 개념(수자원학회. 2000. 「하천설계기준」)은 하천유지유량, 하천유지용수, 하천관리유량 등으로 구 분하여 사용하고 있는데, 하천유지유량은 하천에서 유수의 정상적인 기능 및 상태를 유지하기 위하여 필요한 최소한의 유량, 하천유지용수는 하천유지유량 개념에 따라 수자원계획 차원에서설정하는 유량, 하천관리유량은하천유지유량과유수점용(流 水占用)을 위하여 필요한 이수유량으로 정하고 있다. 이와 같이 유지용수와 유지유량간의 정의가 다소 차이가 있으며, 본 연 구에서는 하천유지유량의 개념을 도시하천에 적용하여 산정한 수자원계획상의 유량이므로 이를 하천유지용수로 통일하여 사 용하였다.
증가하면서 지하수 충진량의 저하 및 지하수 과다 취수 등으로 인한 기저유출이 감소하여 갈수기에 는 하천이 건천화되거나 유지용수가 부족하여 하 천기능 및 생태계유지에 큰 장해가 되고 있다. 그 러나 중・소 도시하천 유역에서의 유지용수 개념 에 대한 이론적 정립이 미비하고 유지용수 산정 및 확보방안이 마련되어 있지 않다. 따라서 본 장 에서는 유지용수량에 대한 개념의 변천과 관리실 태를 살펴보고 우리나라 도시하천의 수리, 수문 및 유역조건에 적합한 유지용수 개념을 정립하고 자 한다.
1. 하천유지용수의관리실태
1) 국내
하천유지용수는 시대의 변천에 따른 사회적 요 구조건에 따라 그 개념이 변해 왔다. 과거에는 주 로 하천 수운에 맞추어 개략적으로 설정되었지만 1 9 7 0년대에 들어와 하천 하류의 농업용수 등 각 종용수 확보를위한하구염수침입을방지하는차 원에서 산정되었다.2 )그리고 1 9 8 0년대 이후 하천 수질 및 생태계 등에 관심이 고조되면서 하천유지 용수는 하천 고유의 자연적 기능을 보전하고 악화 된 수질을 희석시키는 개념으로 해석되기도 했 다.3 )전통적으로하천유지용수는하천의정상적인 기능과 상태를 유지하기 위한 최소한의 자연갈수 량 유지, 하천 동・식물의 생태계 보호, 하천 경관 보전, 하천 수질 및 청결한 유수의 유지, 수운 및 수상 활동유지, 염수침입방지, 하구막힘방지, 하
천 시설물 보호, 지하수위 유지와 같은 아홉 가지 기능을갖는유량을의미하였다.
그러나 이때까지의 유지용수 산정은 대부분 기준갈수량( 1 0년 중 제1위 갈수량)또는 평균갈 수량을 이용하여 설정해 왔다. ‘하천시설기준4 )’ 에서는 하천유지용수를 평균갈수량과 환경보전 유량 중 큰 값을 취한다고 되어 있지만 환경보전 유량을 계량화하기 위한 명확한 산정기준이 제시 되지 않아 결과적으로 평균 갈수량을 하천유지용 수로 설정할 수밖에 없는 실정이었다. 1990년대 까지만 해도 하천유지용수의 산정에 관한 구체적 인 산정기준이나 방법이 없었으며, 건교부와 댐 관리자인 수자원공사 등에서 1 9 9 0년대 중반 이 후부터 유지용수 산정을 위한 기초연구를 수행해 왔다.
한편, 1999년 2월 초에 개정・공포된 하천법 제2 0조(하천유지용수)에 따라 하천관리자는 유 수의 정상적인 기능 및 상태를 유지하기 위하여 필요한 수량, 즉 하천유지용수를 설정하여 고시 하도록 하였다. 이에 건교부에서는 수자원장기종 합계획( 2 0 0 1 ~ 2 0 2 0 )에서 한강, 낙동강 등 1 3개 하천에 하천유지용수를 산정하였다. 산정기준은 한강, 낙동강, 금강, 영산강은수질보전 유량이고 기타하천은 평균갈수량을 유지용수로 산정하였 다.5 )그러나 대부분의 이와 같은 개념은 국가하 천의 주요 지점에 대해 적용되는 개념으로 중・
소 도시하천에 대해서는 하천유지용수 공급에 대 한 구체적인 방안6 )이 최근에 와서야 대두되기 시 작하였다.
2) 건설부. 1972. 「낙동강유역개발지원조사」.
3) 국토개발연구원. 1988. 「하천유지용수의 수급에관한연구」.
4) 건설부. 1993. 「하천시설기준」.
5) 건설교통부. 2001.4. 「수자원장기종합계획(안)」. 6) 안양시. 2001. 「안양천살리기 연구」.
2) 국외
국외에서도 하천유지용수에대한 관심이 집중되 고있으며하천유량이일정수준미만일경우하천에 서의취수를금지하거나하수의희석배율을유지용 수량의 일정 규모 이내로 제한하는 등 하천의 생태 계유지에 큰관심을 기울이고있다. 미국에서는주 로하천유지용수(river maintenance water)를주운 이나생태계 유지를위해 다루고있으며, 특히멸종 위기종이 서식하는 경우는 이 종에 필요한 유량에 중점을 두고 관리하고 있다. 수질 측면에서는 1 0년 빈도 7일 연속 갈수량(minimum average 7-days flow once every 10yr)7 )을 주로 이용하고 있으나, 하천의 특성에 따라 평균유량(average flow)8 )을 이 용하는 경우도 있다. 영국에서도주로 생태계를 위 주로 한 하천기능 유지를 위해 각 하천별 저수량 (low flows)9 )을설정하고이양을지키기위해취수 억제, 타유역공급, 지하수취수지점변경등다양한 방안을 추진하고 있다. 독일의 하천은 연중 일정하 게유출되고하수처리시설이잘완비되어있어특별 히하천유지용수를위해하천유량을조절할필요가 없으나 연방정부또는 주정부 관할 하천관리협의회 에서하천수이용과기능을고려하여취수조건에따 라각종 용수의 수질, 하천환경, 생태계, 여가활동, 또는 희석유량과관련된 항목을 정성적으로평가하 여하천유지용수를결정하고있다.
2. 도시하천의유지용수개념
도시하천은 이때까지 우리나라에서 사용했던 하천유지용수와의개념을 그대로활용하기에는여
러가지문제가있다. 왜냐하면수질오염수준과 유 지용수 공급방안의 차이, 주민의 하천이용도 등이 국가하천의 유지용수와는 차이가 크기 때문이다.
따라서각도시는그 하천의특성에적합하게유지 용수의 개념을 정립하고 공통적으로 다음과 같은 사항을고려해야한다.
우선 하천기능 유지를 위한 최소유량의 개념으 로, 이는 어느 사람이나 기관이 배타적으로 독점할 수없으며그유역내에있는모든사람과자연이공 유해야 한다. 즉, 자연상태의하천에서갈수기에흐 르는유량은자연이주는혜택으로서유역에존재하 고있는모든생명체가공유할권리를갖고있다. 따 라서유역내에서각종인위적개발이행해지더라도 최소한 이 유량만큼은 흐를 수 있도록 보장되어야 한다. 구체적으로도시하천의유지용수는하천의보 전및복원등을위한자연적기능과인간이하천을 이용하는데필요한인위적기능을유지하고관리하 는데필요한최소한의하천유량이라할수있다. 자 연적 기능이란 하천이 갖고 있는 고유 유량에 의해 유지가 가능한 것으로서 하천 고유의 갈수량 유지, 어류 등과 같은 수생생물의 생태계 보호, 정서함양 공간으로서 하천경관의 유지 등이다. 이를 위한 유 량은하천관리상특별한어떤기능이강화되거나저 감되지 않는다면시간이 경과한다할지라도증가하 거나 감소되지 않고 연중 계절과 시간에 따라 일정 하다. 도시하천은국가하천과는달리하천의친수기 능제공등인위적기능도중요한데, 이는하천의정 상적인 이용을 위한 기능들로서주로 도시하천관리 를위해 개발된각종 시설물의보호, 악화된수질을 개선하기 위한 수질보전 유량, 친수용수, 경관용수
7) Robert V. T. and John A. M. 1987. Principles of Surface Water Quality Modeling and Control.New York : Harper & Row P u b l i s h e r s .
8) US EPA, Office of Wa t e r. 2001. TMDL CASE STUDIES. Washington D.C. : http://www.epa.gov/OWOW/tmdl/case.html 9) National River Authority. March 1993. Low Flows and Water Resources.London : Stanley Hunt Print Ltd.
등의유량이필요할수있다.
도시하천에서의 하천유지용수는 갈수량을 최소 한의기준으로잡고, 도시하천이제공해야할각기 능에 해당하는 항목별 필요유량을 조합하고 구간 또는 지점별로 설정한 최대치 유량을 갈수량과 비 교하여 큰 값을 하천유지용수로 정의하는 것이 바 람직하다. 근본적으로 갈수량은 현재 상태와 비교 하여 앞으로 하천의 수리・수문과 환경조건 등이 크게 바뀌지 않는 이상 변경될 수 없는 유량이지만 유지용수는하천에따라새롭게기능을강화하거나 수요에 의해 인위적 기능이 증감될 경우에는 이에 따라변경될수도있다. 그러나위에서정의한도시 하천의유지용수량은가장이상적인차원에서의정 의이며 인위적 기능을 위한 유지용수는 공급가능 여부에따라다소의조정은피할수없을것이다.
I I I . 도시하천의 유지용수 산정방안
1. 하천유지용수산정기준의정립
도시하천의 유지용수는 앞에서 정의한 바와 같
이 기본적으로 하천의 보전을 위한 자연적 기능과 인간이 하천을 이용하는 데 필요한 인위적 기능을 유지하고 관리하는 데 필요한 최소한의 하천유량 이라 할 수 있다. 따라서 유지용수산정은 하천의 자연적인 기능을 유지하기 위한 용수와 도시하천 의 특성을 보장하기 위한 용수 중 큰 값으로 해야 한다. 하천본래기능을유지하기위한유량은인간 이 사용하는 물과는 별도로 하천 본래의 정상적인 기능을 충족시키기 위한 유량으로서 하천의 수량 관리에 있어반드시고려해야 한다. 하천의정상적 인 기능과상태라함은최소한의자연갈수량유지, 하천 동・식물의 생태계 보호 등이다. 그 외에 도 시하천으로서의 기능유지를 위한 용수로는 하천 경관보전, 하천 수질 및 청결한 흐름의 유지, 수상 활동 유지, 하천 시설물 보호와 같은 기능을 말한 다. 이와같은바탕위에서 하천유지용수산정방향 은다음과같다.
○유지용수 산정 및 공급은 도시하천의 상류, 중 류, 하류별로 기능적, 생태적으로 중요한 지점 을대상으로한다.
<표3-1> 도시하천유지용수산정기준
구분 하천공간특성 산정방향
친수기능
광역이용 공간
•기개발된구간으로지역주민외에인근지역주민 까지이용
•하천의폭이넓고물과접촉할수있는공간이있 는경우
•경관, 상태측면까지고려하고신체와접촉할수있 는수준의수질유지
지역이용 공간
•기존에자연공원이있으면서지역주민이활발하 게이용하는구간
•기존공원에친수기능까지첨가해지역주민이휴식 하고교류할수있는장소조성
생태기능
(자연보전) •귀중한생태계가잔존하고 있는구간 •생태계의보호를우선으로하고원칙적으로인공적 정비를배제
경관기능 •하천이시가지의주축이된장소로서주민이이동
시하천으로서의경관을느낄수있는곳 •시가지경관과조화되는수변경관창조
하천유지기능
(자연기능) •하천특유의흐름과수변이갖추어진곳
•동・식물의관찰, 스케치등자연과친해지는장으 로활용
•자연을이용한휴식공간조성
○각기능별해석은도시하천의하천자료, 이용특 성, 주민의견등을감안하여 현실적공급가능성 등을고려한다.
○하천지점 또는구간별로 각하천환경의기능별 필요유량을 결정하고, 이렇게 산정된 하천유지 용수가 과다한 경우에는 대상 하천의 자연적, 사회적 특성과 하천유지용수의 공급가능성 등 을고려하여재조정한다.
○유지용수 산정은 하천이 갖는 고유의 갈수량, 하천 생태계(어류), 하천경관 등 하천유지용수 의정량화가가능한항목에 대해하천특성자료 를이용해산정한다.
○하천수질을 고려한하천유지용수는도시하천의 경우 수질을 고려한 유지용수 방류가 현실적으 로불가능할경우이를제외한다.
유지용수 산정을 위한 구체적인 고려항목으로 친수기능(광역적 이용공간, 현지주민 이용공간) , 하천유지기능(자연이용), 생태기능(자연보전), 경 관기능등네가지로 구분하여각각의특성이반영 되도록하였다. 광역적이용공간은기개발된구간 으로 지역주민 외에 인근지역 주민까지 이용하는 지역이고, 경관과 생태항목은 기본적으로 친수측 면까지 포함한 수량을 고려하였다. 지역적 이용공 간은 기존 공원 및 놀이시설에 인접하여 지역주민 이 활발하게 이용하는 구간으로서 친수가 주요 기 능으로 지역주민이 휴식하고 교류할 수 있는 장소 를 조성하는 데 필요한 유량이어야 한다. 하천 고 유의 유지기능을 위한 용수는 하천 특유의 흐름과 수변이 갖추어진 곳으로 동・식물의 관찰이나 자 연을이용한휴식공간이조성될수있는유량이확 보되어야 하고, 생태기능은 귀중한 생태계가 잔존
하고 있는 구간으로 생태계의 보호가 가능하며 자 연보전이 가능한 유량이 공급되어야 한다. 마지막 으로 하천이 시가지의 주축이 된 장소로서 주민이 이동시하천으로서의경관을 느낄수있는곳은경 관 향상구간으로서 시가지 경관과 조화되는 수변 경관을 창조 할 수 있는 유량이 확보되어야 한다.
이러한 바탕 위에서 하천유지용수 산정은 하천의 경관, 생태 및 친수기능 등을 확보하기 위해 각 하 천에 적합한 수면폭, 유속, 수심에 의해 정해지며 구체적인산정기준은다음과같다.
1) 하천생태계고려
하천 생태계에서 유량의 변화는 수서 동・식물 뿐만아니라하천주변의 모든생물에큰영향을 미 친다. 특히어류의서식처, 산란장, 산란한알등에 는 유량의 변화가 치명적인 영향을 미치기 때문에 하천유지용수를 결정할 때에는 어류생태를 우선 고려해야 한다. 그러나 하천 내 모든 어류를 고려 한다는것은한계가있으므로우리가흔히접할 수 있고쉽게이해할수 있는대표어종을선정하여 필 요유량을 충족시킴으로써 하천생태계를 보전해야 한다. 하천 어류서식지 해석과 필요유량 산정 및 평가방법은 일반적으로 네 가지 방법이 있다.1 0 ) 첫째 방법은 경험적인 방법으로 과거 관측 유량의 유황분석을 통해 어류 서식에 적합한 일정비율의 유량을결정하는방법이다. 두번째는현지실측방 법으로 하천에서 조사구간을 정해 어류와 수리・
수문 변수간의 관계를 개발하여 산정하는 방법이 고, 셋째는 서식처 모의에 의한 방법으로 유량 규 모에따른물리적서식처의변화를고려할뿐만 아 니라하천유량범위에 걸쳐가용한서식처의양을 결정하기 위해 주어진 어종이 선호하는 서식처와
10) 한국건설기술연구원. 1999. 「하천유지용수산정방법워크숍」. 제11회건설기술연구회발표회. 건기연99-023.
하천유량 정보를 결합하는 것이다. 넷째는 간편법 으로 일부지점에 대해 어류가 물과 조화를 이루어 서식하는 하천공간시스템이아닌 하도부분의통과 수로 역할만을검토하는방법이다. 즉, 하천공간시 스템에 대한전반적인해석이라기보다는특정구간 및 지점에서 어류의 이동에 필요한 수리・수문 조 건을산정하는방법이다.
도시하천의경우일반적으로하천생태계의구성 도 단조롭고 특이한 육상 및 수중생태계가이미 상 당부분자연성을상실한경우가많아이를되살리는 유지용수공급이일반적이다. 따라서도시하천의유 지용수산정을위해서는간편법을이용하는것이현 실적이다. 이경우도시하천에서서식하는대표어종 선정, 서식처수리조건결정, 지점및구간 설정, 그 리고 유량 산정 등의 단계적 절차를 통해 필요유량 을 산정한다. 대표어종 선정은 도시하천의 복원이 목적인경우는바람직한목표어종을설정하고, 기존 하천의유지가목적인경우는출현빈도가높고당해 하천을 대표할수 있는어종으로한다. 대표종이없 을 경우에는대표어종과서식조건이비슷한 대리어 종으로검토하는것이일반적이다.
도시하천에 대한 적용지역은 하천생태계 측면
등을 고려하여구분된각 구간별로설정해야한다.
어류서식 환경은 여울과 웅덩이 등의 하천 상태, 어류와 관련된 유속, 수심, 하상재료, 어류이동등 이 고려되어야 하며, 하천 수질조건으로 수온, 용 존산소, pH, 생물화학적 산소요구량 등이 고려되 어야한다.
2) 하천경관고려
도시하천의 주요 기능 중 하나는 경관기능으로 서 도시의 삭막한 풍경을 살아있는 공간으로 전환 하는 기능을한다. 하천경관을 고려한필요유량이 란 하천의 주요 지점에서 경관을 유지하기 위하여 하천이 확보해야할수리학적 조건, 즉, 수면폭, 유 속 등을 만족시킬 수 있는 유량을 말한다. 하천경 관은 하천요소와하천주변요소로이루어지며, 하 천 요소는 수면을 주로 한 수면 경관과 수면과 고 수부지 등의 육지부와 접촉선인 수면공간 부근의 경관을 주로 한 수변 경관, 고수부지의 경관을 주 로 하는 고수부지 경관 등으로 나눌 수 있다. 광의 적으로 하천 경관은 하천흐름, 제방, 고수부지 등 으로 구성되는 하천요소와 주변지역의 시가지, 전 원, 산맥 등의 경관 구성요소, 즉 하천 주변요소가
<표3-2> 생태계를고려한하천유지용수량산정기준
구분 유지용수량 산정기준
수면폭
•수면폭은수서생태뿐만아니라육지생태(고수부지)까지고려해야함 - 육지생태계유지가중요한경우육지부의수면근접도를고려 - 수서생태의경우도중요종의서식특성을고려해수면폭결정
- 생태적특이성이없는일반적도시하천의경우경관에필요한수면폭이용
유속
•유속의경우중요수생태계의특성에따라결정
- 유속에특히영향을받는대표어종이있는경우인위적시설등도고려
- 일반적도시하천의경우어느정도흐름을확보할수있는유속( 0 . 2 m / s )을적용하되 - 도시하천의경사도에따라유속이다양하므로전하천의평균유속이이에근접토록고려
수심
•대표어종의생존과이동이가능한수심이어야하며일반적으로대표어종성체몸높이의5배이상확보가바람직 - 피라미및버들치가대표어종인경우최소10cm 필요
- 대형어종인경우일부구간에소(沼)를고려하되여울은10cm 이상유지
일체가 된 공간에 사람들의 활동이나 동・식물의 생태계가 부가되어 형성되는 것이다. 따라서 도시 하천 경관계획에서가장 중요한 점은 하천이 일상 적인 도시경관 속에서 이질감 없고 휴식공간으로 서 자연을 느껴지도록 포용하는 데 있다. 따라서 하천 경관 측면에서 필요유량은 하천이나 하천변 에 접근하는 사람으로 하여금 정서적으로 풍부하 고 안정된 심적 감정을 갖도록 하는 유량이다. 유 량변화에따라서수면폭, 유속, 수심, 하폭등의물 리적인 요소가 경관에 미치는 영향이 커지므로 산 정방법은이를바탕으로해야한다.
경관에 대한 수면폭을 고려할 경우 국가하천에 서는 수면폭( W )과 하천폭( B )의 비를 주로 활용한 다. 도시하천의 경우도 이를 그대로 활용해도 큰 무리는 없을 것이다. 그러나 대부분의 도시하천은 하상정비가 완료된 경우는 흐름폭은 저수로폭을 기준으로 하는 것이 적합하다. 유속의 경우, 흐름 상태와 유속과의 관계11 )는 0.1m/sec 이하는흐름 을 느낄 수 없고, 호안의 물체가 수면에 비친다.
0 . 1～0 . 2 m / s e c에서는 매우 완만하고 수면은 거의 파가 일어나지 않으며, 0.2～0 . 4 m / s e c는 완만하 게 느끼고 흐르는 모습을 알 수 있다. 0.4～
0 . 6 m / s e c에서는 비교적 빠른 흐름으로 파가 발생 되며 유량감을 느끼고, 0.6～0 . 8 m / s e c에서는 빠 른 흐름으로 파가 발생한다. 0.8～1 . 0 m / s e c에서 는 빠른 흐름으로 파랑이 크게 느껴지고, 1.0～
1 . 5 m / s e c에서는 상당히 빠른 흐름으로 급류에 가 깝고파랑이급격하게된다.
수심은급격한경관변화가일어나지않도록주요 하상재료가수면으로드러나지않는수심을확보하 도록고려하고, 특히하도가 이미개수되어 있는 경 우또는자연형 하도로 개조코자하는경우도이 수 준을고려하여기존저수로를기준으로하는것이바 람직하다. 유속은대상구간의하천의형태및특성, 지역특성 그리고 사회・문화적인 특성을 고려하여 필요시 하천의 이미지에부합하는 유속을 고려해야 하나도시하천의경우일반적으로완만한흐름의수 준이면적합하다고본다.
3) 친수고려
하천유지용수를 산정하기 위해서는 하천에서의 여가활동을포함한친수활동을고려할필요가있다.
친수활동의종류중에는경관에필요한기준을이용 하면 타당한 산책과 신체가 물과 직접 접촉하는 수
11) 한국수자원공사. 1995. 「하천유지유량결정방법의개발및적용」.
<표3-3> 하천경관을고려한하천유지용수량산정기준
구분 유지용수량 산정기준
수면폭
•유량이많고적음에대한느낌은수면이차지하는비율등대상간의비율과대상공간의점용률에의함.
- 이때공간비율의지표로서수면폭( W )과하천폭( B )의비( W / B )를들수있음.
- 유량감을느낄수있는최소비율은하천폭의20%
유속
•유속의크기에따라흐름의느낌이달라지는데경관적인차원에서흐름을느낄수있는유속이적당 - 완만하게흐름을느끼는유속(0.2m/sec 이내)이적당
- 도시를관류하는하천은느긋한흐름의경관이바람직
수심
•수심은하상재료가보이지않고대표어종이살수있는수심
- 대표어종에따라차이가있으나도시하천의경우대표어종을피라미같은소형어종이바람직하며, 이경우최소 10cm 이상필요
영이나간접적으로접촉하는뱃놀이도있다. 그러나 도시하천의경우 현실적으로뱃놀이는적합치 않으 므로어린이들이물과접촉하는것만을고려대상으 로 하여도무리가 없다. 친수를고려한경우하천의 자연기능을전제한 것이기 때문에 하천의 자연기능 유지는친수기능유지에포함시켜도문제가없다.
4) 수질보전등기타하천기능유지
도시하천의 수질 보전에 필요한 유량은 기본 적으로 하천이 갖는 자연상태 갈수량의 유입조건 과 이수유량의 유출조건을 고려하여 산정하되, 자연 갈수량 이상의 유량이 요구될 경우는 상류 의 유량공급 가능성이 있는 경우에 한하여 적절 한 하천수질 관리유량을 설정하여 관리할 수 있 다. 국외의 하천수질 보전을 고려한 필요유량 산 정에 관한 연구 동향을 살펴보면, 미국에서는 하 천수질을 보전하기 위해 하천유지용수를 지정하 는 경우는 많지 않으나 주로 댐 개발이나 관개용 수의 취수 등으로 하류하천에 유황이 변하는 경 우 어류 등 하천 생태계를 보호하는 것에 중점을 두고 있다. 오염된 하천수를 희석하기 위해 하천 유지용수를 보장하는 것은 현실적으로 무리가 있 다. 영국에서는 주로 취수량의 증가와 오염배출
에 의해 수질이 악화되므로 희석을 위한 하천유 지용수를 확보하기보다는 취수를 제한하고 하수 처리시설로 오염물질을 처리하는 차원에서 하천 유량을 유지・관리하고 있다. 즉, 하천수질 보전 을 위해 특별히 지정된 유량을 꾸준히 흘려보내 는 것이 아니라 자연유량을 바탕으로 수질을 보 전하고 필요시 취수를 제한함으로써 수량 감소에 따른 수질악화를 억제하고 있다.
우리나라에서는 1 9 8 0년대부터 환경오염에 대 한 문제가 부각되어 하천유지용수의 개념도 수질 문제에 중점을두게되었다. 하천수질보전을위한 필요유량은 해당 하천의 목표수질을 달성하기 위 한 유량으로서, 환경기초시설증설에 따른 오염물 질의 처리능력을 감안하여 수질특성 파악 및 평가 대상 항목의 선정, 목표 연도 및 목표 수질기준 설 정, 오염부하량 조사 및 목표 연도별 오염부하량 산정, 수질예측모형의 선정 및 수질예측, 그리고 목표수질과의 비교 및 필요유량의 설정과 같은 절 차를 따른다. 그러나 도시하천의 경우 수질희석을 위한 용수공급은 현실성이 없기 때문에 수질기준 을 만족시킬수있는각종 오염원저감대책을추진 해야 하고 유지용수 산정기준에서는 고려하지 않 는 방안도 가능하다. 기타 주운 등 다양한 하천기
<표3-4> 친수환경을고려한하천유지용수량산정기준
구분 유지용수량 산정기준
수면폭
•산책이나물놀이등이가능한수면폭으로지역특성에따라설정하고주민의의견반영과주변여건등을고려 - 도시하천에특별한친수시설이갖추어진곳은기능을유지하도록고려
- 일반적인도시하천의경우경관에필요한수면폭적용
유속
•유속도친수의종류에따라설정
- 물과의접촉여부, 인근친수시설의기능을고려
- 물과의접촉이있는친수기능이없을경우일반적으로 0 . 2 m / s를적용
수심
•다양한친수기능유지고려
- 수영, 자연관찰등기능고찰후결정
- 어린이의단순물놀이가예상되는경우0 . 2 m가적당
- 단순산책등의경우에는이보다얕아도무관하나최소10cm 이상
능 유지를 위한 유지용수가 있으나 도시 중・소하 천의 경우 일반적으로 해당되지 않으므로 기타 유 지용수는고려하지않아도무리는없다.
2. 사례지역에대한유지용수량산정과결정
1) 유지용수량산정
위에서 고려한 유지용수 산정원칙을 도시하천 인안양천에적용하여 하천유지용수량을산정하였 다. 하천유지용수 산정은 도시하천의 주요 지점별 생태적 기능, 경관적 기능, 친수적 기능 중 주요기 능을설정하고각기능에 대해앞에서설정한유지 용수산정 기준을 적용하여 산정하였다. 유지용수 산정에적용한대표지점및 각지점에대한하천의 물리적조건은다음과같다.
유지용수량산정은 하천의 물리적요소를 각기
능별로설정한기준에 따라산정되었다. 예를들면 생태용수가 주요 확보 유량일 경우 유속과 수심을 당해 하천의 하천 폭에 곱해서 산정하였다. 즉 유 지용수량( m3/sec) = 유속( m / s e c )×수심( m )×수 면폭( m )으로산정하였다.
2) 유지용수량결정
안양천 주요지점의 하천유지유량의 결정은 앞 에서 산정한 기능별 유량과 최소한의 하천기능을 유지하는 갈수량과 비교하여 이 중에서 큰 유량으 로 결정하였다. 산정된 양의 경우 대부분 평균 갈 수량에 비해 다소 크거나 비슷한 수준을 유지하고 있어 공급을 고려했을 경우 현실적인 타당성도 있 었다. 그리고 도시하천의 최상류 지점에는 현실적 으로산정한유지용수를 공급할수없는경우는 평 균갈수량으로결정하였다.
<표3-5> 하천유지용수산정을위한대표지점별하천특성
<표3-6> 대표지점의유지용수산정 자료: 안양시. 2001. 「안양천 살리기연구」.
하천 대표지점및기능 유역면적
( k m2)
하천폭 ( m )
저수로폭 ( m )
유속범위 ( m / s )
구분 지점 주요기능
안양천
상 산본천합류전 생태 12 3 . 5 2 16 3 . 2 3 0 . 0 0 . 1 3 ~ 0 . 4 6 중 수암천합류전 경관 18 8 . 2 2 11 4 . 4 6 6 . 1 0 . 0 6 7 ~ 0 . 4 4 하 박달천합류전 생태 11 2 . 2 2 1 2 1 . 8 5 1 . 0 0 . 3 0 ~ 0 . 5 0
학의천
상 농진공지점 경관 12 2 . 6 6 15 1 . 8 2 1 . 6 0 . 1 7 ~ 0 . 4 3 중 대한교지점 친수 13 1 . 7 2 17 0 . 6 2 4 . 4 0 . 1 4 ~ 0 . 4 7 하 안양천합류점 경관 14 2 . 6 0 11 8 . 1 2 8 . 1 0 . 1 8 ~ 0 . 8 0
하천 대표지점 유지용수량산정
수면폭( m ) 유속( m / s e c ) 수심( m ) 산정량( m3/ s e c )
안양천
상 6 . 0 0 . 2 0 . 1 0 . 1 2 0
중 1 3 . 2 0 . 2 0 . 1 0 . 2 6 4
하 1 7 . 4 0 . 2 0 . 1 0 . 3 4 8
학의천
상 4 . 3 0 . 2 0 . 1 0 . 0 8 6
중 4 . 9 0 . 2 0 . 2 0 . 1 9 6
하 5 . 6 0 . 2 0 . 1 0 . 11 2
I V. 도시하천 유지용수 확보방안
1. 기존수원활용
1) 현지처리확대
하천의 건천화방지와 유지용수 확보를 위해 도시하천 상류지역에서 하수의 현지처리를 확대 하여 처리수를 상류하천에 직접 방류하는 방안 을 검토해야 한다. 대부분의 도시 하수처리장은 하류에 위치하고 있으나, 이후 신규로 발생하는 상류지역의 하수는 현지처리를 통해 하천으로 방류하고, 장기적으로 도시 하수처리장의 용량 을 초과하는 경우 초과분에 대해서는 기존의 상 류지역 유입분을 줄여 상류에서 처리하도록 유 도해야 한다.
2) 분류식하수관거확충
현재 대부분의 도시에서는 하수관거가 합류 식으로 설치되어 있어 상류의 계곡수 및 지하수 까지 하수처리장으로 유입되고 있다. 따라서 이 를 상류지역부터 분류식으로 조속히 확충하여 상류에서 유입되는 계곡수와 우수가 하수처리장 으로 유입되지 않고 하천유지용수로 기능하도록 한다.
3) 하수처리장방류수활용
각 도시는 하수처리장을 운영하고 있고 대부분 의 처리수를 하류지역에서 자연방류하고 있다. 이 방류수를 하천특성에적합하게 고도처리하여상류 나 인근 하천으로 유입시켜 유지용수로 활용하는 방안을 고려해야 한다. 하수처리수를 상류지역까 지 이송하여 방류할 경우 건천화 방지와 유지용수 확보뿐만 아니라 하수처리에 대한 시민들의 인식 도제고될것이다.
4) 지하철용출수이용
서울을비롯한대부분의대도시는지하철을운영 하고 있는데 일부 역에서는 지하수가 용출되고 있 다. 이 지하수는 양도 풍부하고 수질도 양호하므로 인근 도시하천에유입시켜방류하거나또는 친수공 원에활용한후방류하는방안등을검토해야한다.
5) 기존수리시설의적정운영
도시하천이라도 이전에 각종 용수원으로 활용 하던 저수지나 보가 있을 수 있다. 현재는농업용 수로의 기능을 상실하여 생・공용수 등으로 공급 하고 있는 경우 갈수기 유지용수의 이용가능성 분 석과 의무방류방안에 대한 검토가 필요하다. 유지 용수 부족으로 도시하천생태계에 문제가 있을 경
<표3-7> 안양천주요지점별하천유지유량결정
하천 대표지점
유지용수량산정( m3/ s e c )
유지용수
결정량 결정기준
평수량 저수량 평균
갈수량
기준 갈수량
유지용수 산정량
안양천
상 0 . 2 4 6 0 . 1 2 1 0 . 0 5 2 0 . 0 3 1 0 . 1 2 0 0 . 0 5 2 평균갈수 중 0 . 9 1 7 0 . 4 5 0 0 . 1 9 4 0 . 11 5 0 . 2 6 4 0 . 2 6 4 경관 하 1 . 3 1 4 0 . 6 4 4 0 . 2 7 8 0 . 1 6 4 0 . 3 4 8 0 . 3 4 8 생태
학의천
상 0 . 2 3 6 0 . 11 6 0 . 0 5 0 0 . 0 2 9 0 . 0 8 6 0 . 0 5 0 평균갈수 중 0 . 3 3 1 0 . 1 6 2 0 . 0 7 0 0 . 0 4 1 0 . 1 9 6 0 . 1 9 6 친수 하 0 . 4 4 4 0 . 2 1 8 0 . 0 9 4 0 . 0 5 6 0 . 11 2 0 . 11 2 경관
우 저수지의 준설을 통해 저수용량을 늘리거나 기 존타용도를중수도등으로 대체하고긴급시이용 수를유지용수로활용하는방안도검토해야한다.
2. 신규수원개발
1) 소규모저수지개발
신규수원을 개발하는 방안의 검토도필요하다.
이미 도시하천의 경우 도시화되어 중・대규모 저 수지 등의 개발가능지는 희박하나 지하수, 소규모 저수지 및 보 등의 개발 가능성을 검토해야 한다.
특히 신체와 접촉하는 위락 및 친수용수로 활용되 는 지점의 경우, 맑은 유지용수 확보를 위한 저수
지 건설과 같은 적극적인 유지용수 확보방안의 검 토도필요하다.
2) 타유역에서도수
인근유역에 풍부한 수원이있을 경우유지용수 확보를위한타 유역에서의도수도가능하다. 실제 낙동강의 경우 영천댐 건설로 인한 유지용수 감소 를 보충하고자 임하댐에서 도수로를 건설하여 공 급방안을 강구하고 있는 것이 그 예이다. 그러나 도시하천의 경우 인근지역의 도수는 여러 가지 어 려운 여건이 있을 수 있어 타 유역에서의 도수는 비용과타지자체및 하천관리청과의협조및수환 경측면에서정밀한검토가필요하다.
대책 수 단 장 단 점
장 점 단 점
신규수원개발
상류에저수지축조 - 하천수질개선 - 하천기능유지
- 공사비 - 관계자동의
지하수개발 - 하천수질개선
- 시단독추진가능
- 비용과다 - 수원확보문제
지하철용출수활용
- 하천수질개선 - 시단독추진가능 - 비용저렴
- 수질문제검토
수중보또는고무댐건설 - 시단독추진가능
- 비용저렴 - 수질문제선해결필요
하수처리수 재이용
도시하수처리장방류수 상류펌핑
- 하천수질개선 - 시단독추진가능
- 추가처리필요 - 주민의거부감해소 상류에마을단위소규모
고도하수처리장건설
- 하천수질개선
- 시관내지역단독추진가능 - 기존종말시스템과연계부족
상류계곡수의
유입확대 분류식하수관거설치
- 하천수질개선 - 하천기능개선 - 하수처리장안정화
- 비용과다 - 상류지자체협조
기존수원의 합리적이용
기존용수원의유지용수 방류
- 하천수질개선 - 하천기능개선
- 기존수리권자협조 - 대체수원공급가능 여부 타유역에서
도수 인근유역에서공급 - 하천수질개선
- 하천기능유지
- 공사비과다 - 타지역시민동의곤란 침투력증가등
유역관리
우수침투증진, 물투수층 제거등
- 갈수기유량증대 - 수질개선
- 상류시군협조필요 - 가시적효과미미
<표4-1> 도시하천유지용수방안별장・단점
3) 유역관리를통한함수량증대
도시유역에서는 표면의 불투수층이증가함으로 써강우시지하수충진이감소하게 되어갈수기기 저유출량 감소로 인해 하천이 건천화된다. 따라서 유역의 침투력을증가시키거나 자연저류력을증가 시키는 등 유역관리를 통해 기저유출량을 증가시 키는 방안을 이용할 수 있다. 유량확보를 위한 유 역관리 방안은그외에우수저류시설 설치등물에 관한종합적인접근방법을모두 포함한다. 상기검 토방안들을 종합해유지용수 공급방법별장・단점 을비교하여<표 4 - 1 >에제시하였다.
V. 결론
우리나라의 도시하천은 수질과 수량 모두 문제 로대두되었다. 즉수질적인측면에서는미처리생 활하수의 유입과 하천이 오염희석 및 하수 소통로 서의 기능을 수행하면서 오염은 심화되었다. 수량 적인 측면에서도 하수차집에 따른 하천유량 감소 로 갈수기에는 건천화되어 하천의 생태계는 심각 한 스트레스를 받는 상태로 현재까지 이어지고 있 다. 그러나 도시하천의 수질문제는 각종 환경기초 시설의 설치와고도처리등으로인해 상당수준개 선되었다. 그러나 건천화 및 유지용수 부족 등 수 량문제는 갈수록 심각해지고 있으며, 최근 대두되 고있는 도시하천의생태계복원 및자연형하천조 성등 도시하천의기능강화사업에 있어큰문제로 대두되고있다.
이와 같은 도시하천의 기능강화를 위해서는 필 요 유량의 합리적인 산정과 산정된 유지용수 확보 방안이중요하다. 하천유지용수량의산정은본고에 서 제시한 방법인 생태계, 친수, 위락, 하천유지기 능 등을 종합적으로고려하여 산정해야 한다. 용수 확보방안은신규수원의 개발, 기존수원의활용, 하
수현지처리 강화, 유역관리 강화, 하수처리장처리 수의 재활용 등이 있다. 다양한 유지용수 확보 중 우수침투촉진시설의설치, 분류식관거설치, 우수 저류시설의 설치 등 유역관리를 통한 기저유출량 확보는 기본적으로 추진해야 한다. 특히 기저유량 증대를위한유역관리는수량확보뿐만아니라홍수 유출량저감, 유역의자정능력강화, 비점오염원유 출저감등을통해수질개선에도도움이된다.
중앙정부 및 지방정부는시민이가장 많이접촉 하는 도시하천에 대해서 하천 수질을 개선하고 적 정량의 유지용수를 확보하여 하천 본래의 생태유 지기능과 도시민의 휴식 및 친수공간으로서의 기 능을 할 수 있도록 지속적으로 노력해야 한다. 그 리고 최근도입된환경용수, 생태용수에대한개념 이 물관리에 있어 중요한 위치를 차지하고 용수이 용에 대한 국민의 인식이 발전됨에 따라 유지용수 도 이와 보조를 맞추어 산정방안이 개선되고 공급 방안이확대되어야할것이다.
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참고문헌
Maintenance of minimum flows necessary for proper function of various stream roles has been recognized as a significant water management issue in these days. But in urban watersheds, excessive ground and surface water withdrawal, construction of combined sewer, and expanding impervious land cover may eventually threaten the integrity of watercourses by significantly reducing streamflows. Even with the excellent pollution control program mounted over the years, s t ream ecosystem would not be maintained in urban watersheds during draught periods without low-flow augmentation. These situations create a potential threat to instream values, including fish and wildlife, riparian vegetation, re c reation, and aesthetics. The stream maintenance water, a primary component of water management in urban watersheds, should be calculated after con- sidering the ecosystem, aesthetic, re c reation and natural re s o u rce balances. In addition, securing the stream maintenance water in urban water management programs considers various counter m e a s u res, such as application of watershed management schemes, development of new water s o u rces, and minimum release re q u i rements for existing impoundments.
A B S T R A C T
A Study on Calculating and Securing the Stream Maintenance Water Demand in Urban Watershed
Ji-Yong Choi
※Keywords : Ecosystem, Stream Maintenance Wa t e r, Urban Watershed, Watershed Management
