* Corresponding author: (E-mail) [email protected]
※ 이 원고는 산림청 ‘산림과학기술개발사업(과제번호 : S210810L010110)’의 지원에 의해 이루어진 것임
중국 황토고원지구의 물침식과 대책
전근우1 ･ 임영협1* ･ 오정수2 ･ 윤택승3 ･ 박기형4
1강원대학교 산림환경과학대학, 2지구녹화연구소, 3(주)수프로 식물환경연구소, 4국립산림과학원 산림방재연구과
Water Erosion and Its Combating Measures in Loess Plateau, China
Kun-Woo Chun1, Young Hyup Lim1*, Jeong Soo Oh2, Taek-Seong Yoon3, and Ki-Hyung Park4
1College of Forest and Environmental Sciences, Kangwon Nat'l Univ., Chunchon 200-701, Korea
2Institute Global Greening Issues, Seoul 135-744, Korea
3Suppro Plant Environment Research Center, AT Center, Seoul 137-787, Korea
4Division of Forest Disaster Management, Korea Forest Research Institute, Seoul 130-712, Korea
ABSTRACT : Water erosion is progressing in the Loess Plateau, especially in gullies, and the sediment runoff to the Yellow River amounts to 975 million tons every year. Natural factors for water erosion include climate, soil, geological feature, terrain and vegetation. Many development projects due to the increasing population reduced the forest coverage ratio to 10%, and 200 million people in the downstream area are suffering from the damage during intense rainfall. Accordingly, the Chinese government is continuously trying to efficiently prevent the erosion by establishing measures for water erosion, including fish-scale pits, terrace technique, and check dams.
Keywords : Loess Plateau, Water erosion, Gully erosion, Fish-scale pit, Check dam
Fig. 1. 중국에 있어서 자갈, 모래, 황토의 분포
서 론
중국은 남동쪽에서 북서방향으로 갈수록 강수량이 점차 감소하여 북서부에 광대한 건조지역이 분포하고 있으며, 건 조지역도 지표가 모래로 이루어진 지역, 자갈로 이루어진 지역 및 흙으로 이루어진 지역 등으로 존재한다(Fig. 1). 지 표가 모래로 덮여 있는 전형적인 건조지는 신강 위그루자치 구의 타클라마칸사막으로 모래사막이라고 하고, 자갈로 덮 여 있는 건조지는 중국의 내몽고자치구 서부로부터 몽골에 걸쳐 있는 고비사막이 대표적이며, 흙으로 덮여 있는 지역 은 황토라고 하는 세립자가 두텁게 퇴적된 지역이다.
황토는 창장(长江) 이북에서 볼 수 있으며, 중국 동북부 의 헤이룽장성(黑龙江省)으로부터 신강 위그루자치구까지 분포하고 있다. 특히 황허(黃河)의 중간지역에는 황토가 집 중적으로 퇴적된 좁은 의미의 황토고원과 황토고원을 포함 한 넓은 의미의 황토고원지구가 위치하고 있다(Fig. 2). 황
Fig. 3. 물침식에 의한 구곡의 발달 상황 Fig. 2. 황토고원지구의 범위와 주요 하천, 산맥 및 도시(山中典
和, 2008)
토고원지구는 북위 33° 42ʼ~41° 16ʼ, 동경 100° 54ʼ~114°
33ʼ 범위에 위치하며, 동쪽은 타이항산맥(太行山脈), 북쪽 은 네이멍구자치구(內蒙古自治區)의 인샨산맥(陰山山脈), 남쪽은 산시성(陝西省)의 친링산맥(秦嶺山脈), 서쪽은 간 쑤성(甘肅省)의 우란부허사막(烏蘭布和砂漠)과 텅거리사 막(騰格里沙漠)에 둘러싸여 있다. 이 지역에 포함되는 행 정구는 산시성(山西省), 산시성(陝西省), 네이멍구자치구, 간쑤성, 닝샤후이족자치구(寧夏回族自治區), 칭하이성(靑 海省) 및 허난성(河南省) 등, 7성(자치구), 286현(시)에 이 르며, 총면적은 62.7만 km2로 전체 국토면적의 6.5%를 차 지하고 있다. 표고는 남동부가 낮고, 북서로 갈수록 점차 높 아져 1,000~2,000 m 지역이 전체의 약 7할을 차지하고 있 다(程과 万, 2002).
한편, 한국국제협력단(KOICA)에서는 황토고원에 위치 하는 산시성(陝西省)의 황막화 지역에 있어서 생태환경과 생활환경 개선 및 지역주민의 소득증대를 도모하기 위해 우
리나라의 생태복원기술을 지원하고, 전문가 파견, 국내 초 청연수 등을 실시하여 한ㆍ중 우호증진을 강화하는 사업을 추진하고 있다. 따라서 이 논문에서는 시범사업이 진행되기 전에 그 동안 황토고원을 대상으로 추진된 사업내용과 연구 결과를 수집, 분석하고, 2주일에 걸친 현장조사를 실시한 각종 자료를 분석, 정리하였다.
황토고원의 물침식 현상
UN환경개발회의(1992년, UNCED) 및 사막화대처조약 (1994년, UNCCD)에서는 ｢사막화｣란 ｢건조지역ㆍ반건조 지역 및 건조반습윤지역에 있어서 각종 요인(기후의 변동 및 인간의 활동을 포함)에 의한 토지의 열화｣라고 정의하였 다. 건조지에 있어서 토지의 열화는 물침식ㆍ바람침식ㆍ토 양의 염류화 및 토양의 산성화와 같은 문제가 제기되고 있 지만, 황토고원에서 문제가 되는 것은 물침식ㆍ바람침식ㆍ 토양의 염류화로 특히 물침식은 가장 심각한 토양열화의 요 인이 되고 있다.
황토고원은 세계적으로 물침식의 피해가 심각한 지역으 로 물침식에 의해 구곡침식이 심하게 진행되어 깊이 200 m 이 상인 구곡이 무수하게 발달(UNEP, 1997)되어 있다(Fig. 3).
황토고원에 있어서 물침식에 의한 발생토사량은 연간 16 억 톤으로 추정되고 있다. 이 16억 톤의 토사를 사용하여 폭 1 m×높이 1 m의 제방을 쌓으면, 그 길이는 100만 km를 넘어 지구를 27번이나 일주하는 분량으로 지구와 달 사이 의 거리에 3배나 된다. 이와 같이 황토고원에서는 매년 막 대한 토양이 물침식에 의해 유실됨에 따라 농지면적의 감소 와 토양열화가 진행되어 생태계가 파괴될 뿐만 아니라 농 ㆍ임ㆍ목축업이 심각한 타격을 받고 있다. 더구나 물침식 에 의해 발생한 토사는 황허의 지류에 유입되어 치수를 방
Table 1. 세계적으로 유송토사가 많은 하천 하천명(국명)
유 역 면 적 (104 km2)
연간토사 유 출 량 (108톤)
연 간 유 량 (108 km3)
연 평 균 토사농도 (kgm-3)
연 침 식 속 도 (tkm-2) 黃河(중국)
브라마푸트라(인도, 기타) 갠지스(인도, 기타) 長江(중국) 미시시피(미국) 아마존(브라질) 콜로라도(미국) 나일(이집트ㆍ수단)
75 66 96 181 323 580 64 298
16.40 7.26 15.51 4.78 3.12 3.63 1.35 1.11
432 3480 3710 9211 5645 57396 49 892
37.80 1.89 3.92 0.54 0.55 0.06 27.50 1.25
2480 1089 1519 280 97 63 212 37 해하고, 하류유역에 거주하는 주민들의 안전을 심각하게 위
협하고 있다.
1. 물침식의 현상과 황허
황허는 총길이 5,464 km, 유역면적 75만 m2의 중국 제2 의 하천으로 황토고원은 중간유역에 위치하고 있다. 황토고 원에서 물침식에 의해 유실된 토양은 지류를 통해 황허로 유입되기 때문에 황토고원의 물침식과 황허는 밀접한 관계 에 있으며, 황토고원 중 60~70% 이상의 토지가 물침식의 피해를 받고 있다. 황허는 황토고원 북부에서 동서방향으로 유하한 후, 하고우진(河口鎭)부근에서 남쪽으로 방향을 전 환하고 있다. 이 하고우진 이남에 물침식이 약한 지역이 분 포하고 있기 때문에 황허에서 유송되는 대부분의 토사는 하 고우진으로부터 황토고원 하류부에 위치하는 산멘샤(三門 峽) 사이에서 발생하고 있다.
황토고원의 연평균토사유출량은 2,000~2,500 톤/km2(柳 ㆍ余, 1992년) 혹은 3,700 톤/km2(黃河水利委員會治黃 硏究組, 1989년)로 추정되고 있다. 그 중에서도 가장 물침 식이 심한 환푸우추완(皇甫川)의 일부 유역에서는 연간토 사유출량이 약 6만 톤/km2에 달하여 세계적으로 물침식의 영향을 크게 받고 있다(唐, 1993). 이러한 유송토사가 집중 되는 산멘샤 부근의 수리관측소에서는 연간 16.4억 톤의 토 사가 관측되고 있다.
Table 1은 세계적으로 유송토사가 많은 하천을 비교한 것으로 황허의 연간 16,4억 톤은 다른 하천에 비해 매우 높 다. 또한, 황허는 토사의 양뿐만 아니라 토사농도도 매우 높 아 황토고원이 얼마나 물침식에 약한가를 나타내고 있다.
유송토사량이 15.51억 톤으로 세계 제2위인 갠지스도 유량 이 많기 때문에 토사농도는 황하의 1/10 정도이고, 토사농
도가 세계 제2인 콜로라도도 유송토사량은 황하의 1/10 이 하이다. 또한, 중국 제1의 하천인 창장에 비해 황허의 토사 량과 토사농도는 월등히 높은 수치를 나타내고 있다. 이와 같이 황토고원에서는 매년 막대한 양의 토사가 물침식에 의 해 유실되어 황허에 큰 부담을 주고 있다.
2. 물침식의 변천
황토고원에 있어서 물침식의 변천은 황토고원의 자연환 경과 인간 활동의 변천이라고도 할 수 있다. 황토고원에 광 범위하게 퇴적해 있는 황토는 지금으로부터 약 240만년 전 부터 퇴적되어 현재는 퇴적두께가 일반적으로 30 m 이상, 깊은 곳에서는 435 m에 달한다(景 등, 2005). 또한, 황토고 원은 중국에서도 지각변동이 활발한 지역이기 때문에 제4 기부터 현재까지 광범위한 지역에 걸쳐 지각이 150~200 m 융기한 것으로 보고되고 있다. 이러한 지각의 융기와 80만 년 전부터의 퇴적량의 감소와 물침식에 의해 구곡이 형성되 어 2.5만년 전에는 구곡의 깊이가 200 m, 깊은 곳에서는 300 m에 이르게 되었다( 中国科学院黃土高原総合科学考察 隊, 1992).
인간의 활동이 거의 없었던 전신세중기(0.7~0.3만년 전) 의 평균토사량은 연간 9.75억 톤이었으나 기원전 11세기경 부터 기원 11세기에는 연평균 11.6억 톤, 1194~1855년에는 연평균 13.3억 톤으로 계속해서 증가하였다(中国科学院黃 土高原総合科学考察隊, 1990). Fig. 4에서 알 수 있듯이 최근 100년 동안에도 물침식량은 계속 증가하여 1954~1970 년에 피크에 달했으나, 1970년대 이후는 감소하고 있다. 이 는 주로 강우 자체의 감소와 중국정부 주도로 실시된 다양 한 대책사업의 효과일 것으로 추측할 수 있지만, 자연침식 량이 연평균 9.75억 톤이라는 것은 아직 인위적인 요인에
Fig. 5. 황토의 단면을 직접 파 낸 후 만든 야오돈 Fig. 4. 최근의 황토고원에 있어서의 물침식량 추이
의한 물침식이 크게 작용하고 있다는 것을 의미한다.
3. 물침식의 자연적 요인
물침식에 영향을 미치는 자연적 요인에는 기후, 토양, 지 질, 지형 및 식생 등이 있다(Shi and Shao, 2000). 물침식은 해당 지역의 침식력(강우)과 반침식력(식생 피복)의 상호작 용에 의해 발생하므로 침식력은 기후요인에, 반침식력은 식 생요인에 의해 결정되며, 지질, 지형 및 토양요인 역시 해당 지역의 침식력에 밀접하게 관계된다.
(1) 기후요인
황토고원은 반건조지역에 속하므로 침식력을 야기하는 강우량 자체는 적다. 그러나 강수량은 주로 7~9월에 집중되 어 연강우량의 60~80%가 내리며, 강우의 대부분은 폭풍우 에 의해 내리기 때문에 표면유출이 빈번히 발생한다. 표면 유출은 물침식을 일으키는 주요 영력으로 토사유송의 주요
수단이므로 7~9월에 유송토사량이 급격히 증가한다.
이 지역은 강우 변동이 크기 때문에 연강수량과 계절강 수량이 높은 풍수년의 여름철에 많은 비가 집중해서 내리고 있다. 예를 들면, 1977년에 발생한 폭풍우에 의해 약 30분 만에 228 mm가 내려 황허에서는 대홍수가 발생하였고, 하류 에는 연평균토사량의 1.5배 이상이 유출되었다(米 등, 1982).
(2) 토양요인
자연적으로 퇴적된 황토는 물리ㆍ화학적으로 물침식의 영향을 받기 쉽기 때문에 황토고원의 물침식이 심해지는 근 본적인 이유가 되고 있다. 즉, ① 토양의 입경이 세사와 실 트성분으로 토양을 고착시키는 점토는 10~20%에 지나지 않는다. ② 토립자의 결합력을 높이는 유기물과 부식도 적 기 때문에 토양구조가 발달하지 못하고 있다. ③ 황토의 토 립자를 연결하는 다량의 탄산염도 물에 쉽게 용해되어 버린 다. ④ 간극률이 40~50%로 높아 외력에 의해 파괴되기 쉽 다(黃河水利委員会, 1988 ; 黃河水利委員会治黃硏究 組, 1989).
황토는 젖은 상태에서는 매우 부드럽지만, 마르면 딱딱 해 지는 성질이 있다. 따라서 토양수분이 적은 이른 봄의 경 작에는 막대한 노동력을 필요로 하지만, 토양경도를 활용한 야오돈(窰洞 ; 황토로 만들어진 주거) 등의 건축재로 이용 되고 있다(Fig. 5). 다만, 재차 수분을 함유하면 붕괴되기 쉽 기 때문에 장마나 호우 시에는 벽이나 천정이 붕괴되는 피 해가 발생하고 있다. 또한, 두더지나 쥐 등의 토양동물이 만 든 무수한 구멍에 강우나 유출수가 유입되면 파이프류가 확 대되어 결국은 지표면이 함몰되기도 한다.
(3) 지질과 지형요인
황토고원의 지형특징은 깊은 구곡이다. 강우 시에 유출
Fig. 6. 전형적인 량(구곡 주변에 침식되지 않고 남은 경사지)과 구곡 수가 구곡 내에 집중되어 물침식 에너지가 집중되므로 전체
물침식량의 60~90%는 구곡 내에서 발생한 물침식량에 해 당한다(張, 1993 ; 方 등, 1998). 따라서 구곡의 밀도는 잠 재적인 물침식량으로 간주되고 있다.
황토고원에서 구곡의 밀도가 가장 높은 곳은 동부의 산 시성(山西省)과 중앙부의 산시성(陝西省)으로 황허의 주 요 토사공급원이 되고 있다(Qian et. al., 1980). 그러나 구 곡 주위의 침식되지 않고 남아 있는 유안(塬)이나 량(梁) (Fig. 6)은 경사가 완만하고 식생으로 피복된 곳이 많기 때 문에 자연 상태에서는 물침식이 거의 발생하지 않는다.
사면의 경사각도 물침식에 영향을 미치는 중요한 요소이 다. 경사각이 증가할수록 물침식은 심해지지만, 사면이 식 생으로 피복된 경우에는 경사가 급할지라도 물침식은 크게 줄어든다. 따라서 경사가 물침식에 미치는 임팩트가 큰 경 우는 사면이 나지이거나 경작지로 이용되고 있는 곳이다.
물침식을 가속시키는 지질적 요인으로는 지진을 들 수 있 다. 황토고원은 지각변동이 활발한 지역으로 지진이 빈번히 발생하기 때문에 매그니튜드 6~8의 대지진 시에는 경제적 ㆍ인적 피해가 발생할 뿐만 아니라 붕락이나 산사태가 광 범위하게 발생하여 물침식을 유발하고 있다.
(4) 식생요인
식생은 물침식에 관계하는 자연요인 중에서 ｢반침식력｣
을 만들어내는 중요한 요소이다. 식물은 잎에 의해 우적침 식을 완화시키고, 뿌리에 의해 흙을 지지하여 물침식을 저 감한다. 또한, 식물의 낙엽ㆍ낙지는 토양 속의 유기물량을 증대시키고, 단립구조를 발달시켜 물침식에 강한 토양을 조 성한다. 이로 인해 지표면의 크러스트화가 방지되고, 토양 의 투수성도 개량되어 물침식을 야기하는 표면침식도 저감 된다. 그러나 인간의 활동에 의해 식생이 소멸될 경우, 물침
식은 가속화되며, 반대로 회복되면 저감된다. 따라서 식생 요인은 인간의 활동에 의한 물침식의 일부로 간주하기도 한다. 유사 이래 황토고원의 자연식생은 심각하게 파괴되어 왔 다. 예를 들면, 기원전 1050년경부터 기원전 770년까지는 황토고원의 산림 피복율이 50% 이상이었지만, 현재는 10%
이하로 감소되었고, 방치하면 3%까지 낮아질 것으로 제기 되고 있다. 식생상태가 물침식에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 물침식이 심각한 지역은 자연 식생이 파괴된 지역이 라고도 할 수 있다. 예를 들면, 산시성(陝西省) 옌안(延安) 에서는 구곡 주변의 산림이 개발되어 물침식량이 1,500배 까지 증가하였으나(侯ㆍ曹, 1990) 자연 식생이 풍부한 지 역에서는 험준한 경사지일지라도 물침식이 거의 발생하지 않았다.
4. 인간의 활동에 의한 물침식의 가속
인간의 활동이 물침식에 미치는 영향은 매우 크다. 본래 물침식이란 자연계의 물리적 요인의 상호작용에 의해 발생 되는 물질의 이동과 평활화 현상이지만, 과도한 경작과 방 목, 난개발, 광산ㆍ도로건설, 기타 인간의 활동에 의해 가속 침식이 발생한다.
(1) 인구증가
가속침식이 증대되는 가장 근본적인 요인은 인구증가이 다. 역사적 기록에 의하면 과거 황토고원은 넓고 평탄한 유 안(塬), 안정된 구곡, 쾌적한 초지와 숲이 있는 지역이었다.
그러나 인구가 증가함에 따라 토지이용이 확대되어 대면적 의 산림과 초지가 파괴되었다.
Fig. 7는 황토고원에 있어서 인구와 산림 피복율의 추이 를 나타낸 것이다. 황토고원은 중국사에 있어서 중심적 역
Fig. 8. 물침식에 의해 세굴된 농촌의 비포장 도로 및 측구 Fig. 7. 황토고원에 있어서 인구와 산림 피복율의 추이
할을 해 왔으며, 그에 따라 인구도 증가하였다. 그 결과, 식 량이나 건축자재, 산업ㆍ공업의 에너지 수요 등을 충족시 키기 위해 자연식생의 파괴와 경작지의 확대가 진행되어 물 침식도 가속화되었다. 이는 황허의 홍수 기록에서 알 수 있 듯이 수(隋, 581~618) 이전에는 황허의 범람은 1.1회/세기 였지만, 명(明, 1368~1644년)시대에는 155회/세기로 증가 하였으며, 특히 1912~1936년 사이에는 103회의 홍수가 발 생하였다(黃河流域及西北片水旱災害編委會, 1996). 또 한, 20세기 후반부터는 인구증가가 더욱 가속화되어 1953~
1985년의 경우 33년 동안에 황토고원의 인구는 3,837만 명 에서 8,139만 명으로 배가하였다.
(2) 경사지에서의 경작ㆍ방목
황토고원은 우량이 적을 뿐만 아니라 한랭한 기후, 낮은 토양비옥도, 평탄한 토지의 부족 등의 요인에 의해 농사가 곤란하여 농민의 생활수준이 다른 지역에 비해 매우 낮다.
이는 인구압에 더불어 사면지대의 과도한 농지ㆍ방목 이용 과 연계되어 물침식이 가속화되는 배경이 되고 있다. 황토 고원은 총경지면적의 50%가 경사지이다. 특히 경사가 25
도를 초과하면 침식력이 크게 증가하므로 경작이 부적절하 지만(Tang et. al., 1998), 실제로는 경사 45도 이상인 급경 사지에서도 경작을 하여 물침식이 심하게 진행되고 있다.
(3) 에너지 산업의 발전
원래 황토고원의 주요 산업은 농업이었지만, 최근 석탄 이나 천연가스 등의 풍부한 지하자원이 발견됨에 따라 많은 주민이 에너지 산업이나 운송업에 종사하게 되었다. 에너지 산업이 개발됨에 따라 광산 등이 무질서하게 개발되어 많은 산림이나 초본 식생이 파괴되었고, 광산에서 배출된 다량의 폐석이 방치되어 토양의 안정성은 크게 교란되었다. 더욱이 지하자원을 운송하기 위한 도로건설이나 자원을 이용하는 공장ㆍ플랜트의 건설도 산사태나 붕괴를 유발하고 있으므 로 대책이 마련되지 않을 경우 이러한 산업에 의한 연간 침 식량은 1.2억 톤, 현재의 230%로 증가될 것으로 추정되었 다(中国科学院黃土高原総合科学考察隊, 1990).
5. 물침식이 야기하는 영향
물침식과 그에 따른 유송토사는 황토고원과 주변지역의 환경과 인간생활에 다양한 마이너스 영향을 미치고 있으며, 그 내용은 지역에 따라 다르게 나타나고 있다.
(1) 황토고원 내에서의 영향
황토고원에서 물침식이 야기하는 가장 심각한 문제는 경 작지 토양의 열화이다. 표토나 유기물이 소실되어 토양구조 가 파괴되면 농지의 생산성 저하, 경지 가능면적의 감소 등 을 야기한다. 또한, 토양의 열화가 진행되면, 투수성의 저하 등에 의해 표면유출이 증가되어 물침식이 유발되는 악순환 이 되풀이된다.
Fig. 9. 상공에서 본 수평구와 비늘구덩이 생활면의 피해로는 물침식에 의해 표토나 기반토가 세굴
되어 도로 등의 인프라나 건축물의 파괴되는 것을 들 수 있 다. 특히 구릉지에 있는 농촌 생활도로는 대부분이 비포장 이기 때문에 강우 시마다 노면침식이 발생하여 통행에 지장 을 받고 있다(Fig. 8). 또한 물침식에 의해 발생한 토사가 하천의 취수구를 매몰하는 등의 피해를 일으키고 있다.
(2) 황허 하류지역에서의 영향
황토고원의 물침식이 황허의 하류지역에 거주하는 많은 인명을 위협한다는 것은 황토고원 내의 문제보다 심각하다 고 할 수 있다. 황허에서는 총유송토사량 중 25%가 바다까 지 운반되지 못하고 하류지역의 하상에 퇴적되기 때문에 하 상의 높이가 매년 8~10 cm씩 상승하고 있다. 하상이 상승 되면 홍수 방지용 제방도 높여야 하기 때문에 현재 하류지 역의 제방의 높이는 10 m에 달하고 있다. 특히 허난성 신샹 시(河南省 新鄕市)의 천정천은 지면보다 20 m나 높아져 종종 제방이 붕괴되어 하류지역에 살고 있는 약 2억 명 이 상의 주민들의 안전을 심각하게 위협하고 있다(李, 2003).
실제로 1996년 8월 홍수 시에는 허난성의 가이휀(開封) 에서 산둥성(山東省)의 돈민(東明)까지 큰 피해가 발생하 였다(玉井, 2000). 또한, 관개농업에 의한 과도한 취수로 인해 유수가 바다까지 도달하지 않는 단류도 1972년부터 관측되고 있으며, 특히 1997년에는 한발의 영향에 의해 단 수가 226일간 지속되었고, 단수구간도 하구로부터 700 km 에 이르기도 하였다. 1996년의 홍수, 이듬해의 단수 사례에 서도 알 수 있듯이 황허 하류에 퇴적되는 토사는 홍수와 가 뭄을 막론하고 주민생활에 피해를 주고 있다.
이와 같이 황토고원에서의 물침식은 황토고원뿐만 아니 라 하류지역에도 심각한 피해를 야기하므로 물침식 방지에 노력하는 것은 매우 중요하다.
황토고원의 물침식 대책 1. 조림정지
사면에 조림을 실시할 때에는 침식을 방지하고, 토양수 분을 저류하기 위한 ｢정지｣기술이 사용되고 있다. 정지의 형태는 지역의 환경이나 사면의 형상, 투입 가능한 노동력 등에 따라 다르지만, 일반적으로 사면에 대해 일정간격의 구덩이와 도랑을 파서 유출수를 포집하는 방법을 택하고 있다.
황토고원의 남향사면은 토양의 건조가 심해 수분을 확보 하기 어렵기 때문에 정지 및 조림은 북쪽사면을 중심으로 진행되어 왔다. 정지작업은 조림 1년~반년 전에 이루어지 며, 특히 전년도의 우기에 작업하는 것이 효과적이다. 이는 정지에 의해 우기의 수분을 땅속에 축적할 수 있고, 토양이 습윤할 때에는 작업을 용이하게 할 수 있기 때문이다.
(1) 각종 정지방법
① 비늘구덩이(魚鱗坑)
비교적 경사가 급하고 형상이 복잡한 사면에 적용하는 반월형의 집수구덩이이다. 반월의 활시위 쪽을 상류로 향하 게 하고, 호(弧)의 바깥 부분에는 파낸 흙을 쌓는다. 구덩이 의 깊이는 0.3~0.5 m이고, 밑바닥은 수평으로 정리한다. 각 구덩이의 간격은 2~3 m 정도이며, 일정한 간격으로 이어지 는 반달형의 구덩이가 물고기의 비늘 모양 같기 때문에 비 늘구덩이라고 한다(Fig. 9). 기본적으로 하나의 구덩이에 묘 목 1본을 심는다. 지형에 따라 크기를 다르게 조성하며, 큰 비늘구덩이는 긴지름 1.0~1.5 m, 짧은지름 0.5~1.0 m, 작 은 비늘구덩이는 긴지름 0.7 m, 짧은지름 0.5 m 정도로 한 다. 토층이 얕고 자갈이나 돌이 많은 산지에서는 둑 부분에 이러한 소재를 사용하는 경우도 있다(唐, 2004).
Fig. 10. 상공에서 본 테라스공법
② 수평도랑
등고선을 따라 만들어진 도랑으로 비늘구덩이와 마찬가 지로 밑바닥은 수평이며, 파 낸 흙을 아래쪽에 쌓는다. 비늘 구덩이보다 경사가 완만한 곳이나 사면 형상이 단순한 곳에 적용한다. 밑바닥의 폭은 0.3 m, 깊이는 0.4~0.6 m, 도랑의 간격은 2~3 m 정도이다. 도랑의 길이는 5~10 m이지만, 도 랑 안에서 유수가 발생하지 않도록 2~3 m 씩 구획하는 경 우도 있다.
③ 수평계단
수평구덩이보다 경사가 완만한 곳에 설치한다. 수평도랑 과 마찬가지로 등고선을 따라 만들지만, 수평도랑보다 얕 고, 하류 쪽의 성토량도 작다. 따라서 도랑이라기보다 거의 계단모양으로 정지한다. 다른 정지방법에 비해 노동력이 적 게 소요된다.
④ 기타 정지방법
원형의 구덩이를 파는 ｢구덩이형 정지｣, 완경사지에 정 지하는 얕은 절구 모양의 ｢수반｣, 밑바닥을 사면과 역방향 으로 조성하는 ｢반판테라스｣ 등이 있으며, 사면의 조건이 나 지역의 환경조건 등에 따라 선택ㆍ시공한다.
(2) 정지방법의 특징과 과제
황토고원에서 주로 사용되고 있는 비늘구덩이ㆍ수평도 랑은 세계적으로 도입되고 있는 워터 하비스팅에 비해 깊다 는 특징이 있다. 이는 흙벽에 의해 햇빛을 차단하여 밑바닥 의 토양 건조를 방지하고, 식재 후에 묘목을 강풍으로부터 보호할 수 있는 것이다(綠の地球ネットワーク, 2005).
그러나 토양을 깊게 파서 흙벽을 높인다는 것은 그만큼 노 동력을 필요로 하기 때문에 투입되는 노동력에 상응하는 효
과를 얻을 수 있는지는 검토해야 할 사항이다. 또한, 적용하 는 정지방법의 종류, 형상ㆍ크기가 현지 농민의 경험이나 수종에 따라 합리적으로 결정된다고는 할 수 없다. 톱다운 식으로 진행되기 때문에 획일적인 형상ㆍ크기가 적용되고 있고, 개인 수준에 따라서는 충분한 집수와 물침식 효과를 기대할 수 없는 경우도 있다.
황토고원에 퇴경환림이 진행됨에 따라 조림하기 쉬운 북 쪽사면은 조림 대상지가 거의 없기 때문에 앞으로는 건조한 남쪽사면의 조림이 증가할 것으로 예상된다. 따라서 어떻게 토양수분을 축적할 것인가가 활착률을 증진시키는 중요한 요소가 될 것이다. 이에 대해 식물의 부산물이나 자갈을 사 용한 멀칭과 정지방법을 함께 사용하면 효과적일 수도 있 다. 부산물이나 자갈에 의한 멀칭은 유출수나 강우의 침입 을 방해하지 않을 뿐만 아니라 토양으로부터의 증발을 억제 할 수 있다. 황토고원 북부에 위치하는 산시성(陝西省) 쉔 무우류다오고우(神木六道溝)유역에서 통상의 비늘구덩이 와 자갈 멀칭으로 피복한 비늘구덩이를 비교 연구한 결과, 자갈 멀칭으로 피복한 비늘구덩이는 토양으로부터의 증발 을 억제하여 갈수시기에도 많은 수분이 저류된다는 것이 확 인되었다(斎藤, 2006).
2. 테라스공법
테라스공법은 소위 계단모양의 경작지를 조성하는 방법 으로 과거부터 황토고원의 농업을 지탱해 온 중요한 공법 중 하나이다. 테라스공법의 최대 이점은 기본적으로 경작면 이 수평으로 조성되기 때문에 표면유출에 의한 물 손실과 토양침식을 억지할 수 있다는 것이다. 이는 황토고원의 전 형적인 풍경(Fig. 10)으로 인구가 증가함에 따라 사면에서 의 경지 확대가 요구되어 테라스공법의 면적도 증가하게 되
Fig. 11. 체크댐의 시공 장면 었다. 경사의 각도나 시공방법에 따라 다르지만, 일반적으
로 테라스 폭은 8~14 m 정도로 한다(蔣, 1997).
테라스공법은 황토고원의 가장 효과적인 침식대책기술 의 하나로 간주되고 있다. 퇴경환림ㆍ환초정책이 진행된 현재도 인위적 침식의 주요 발생원인 사면에서의 경작은 여 전히 진행되고 있으므로 테라스공법은 침식방지에 크게 공 헌한다고 할 수 있다. 다만, 테라스공법이라고 하는 기술은
｢경작에 의해 발생하는 침식을 줄이기 위한 방법｣으로 ｢자 연식생 상태인 미경작지의 침식을 줄일 수 있는 방법｣은 아 니라는 점에 유의해야 할 것이다. 결국, 자연식생 상태의 미 경작지에 새로운 테라스를 조성한다는 것은 기본적으로 자 연식생을 교란하고, 침식을 가속한다고 하는 것을 의미한 다. 또한, 급사면에 조성되는 테라스나 계단 경작지는 완전 한 수평이 아니기 때문에 침식을 가속시킬 수 있다. 어째든 테라스공법이 황토고원지역의 작물생산을 지탱하는 가장 중요한 기술이라는 것은 확실하지만, ｢경작을 할 때 필요 한｣ 침식대책기술로서 의미가 있을 뿐, 자연식생 상태로의 회복을 목표로 하는 ｢적극적인 침식대책기술｣은 아니라는 점을 인식해야 할 것이다.
3. 체크 댐 시스템
체크 댐 시스템은 황토고원에 있어서 특징적이고도 효율 적인 침식대책기술로 주목받고 있다. Fig. 11는 체크 댐의 시공 장면이다. 체크 댐의 기본구조는 댐의 제체와 여수로, 배수구 등으로 구성되어 있다. 빗물과 함께 유입되는 토사 나 실트를 골자기에 퇴적시킬 수 있기 때문에 침식방지효과 가 매우 높은 방법일 뿐만 아니라 황토고원에서는 퇴적된 황토가 경작지로 이용된다는 점이 강점이라고 할 수 있다.
체크 댐은 건설 후 초기단계에는 댐이 홍수조절이나 관
개용 저수지로 기능한다. 그 후 토사가 축적되어 10년 정도 가 경과되면 댐 상류 쪽에 평탄한 토지가 형성되어 농지로 이용되며, 댐 안에 충분한 농지가 형성된 후에도 상류 혹은 하류 쪽에 댐을 시공하여 농지를 확보하기도 한다. 결국 체 크 댐은 ① 홍수재해의 완화, ② 침식대책, ③ 농업용수 확 보, ④ 농지의 증설이라고 하는 다양한 기능을 갖고 있는 포괄적 기술이라 할 수 있다. 2002년까지 황토고원에는 113,500기의 체크 댐이 건설되었고, 7억 m3의 토사가 퇴적 되어 32만 ha의 농지가 증설된 것으로 보고되었다(Xu et.
al., 2004).
(1) 댐 농지의 특징
체크 댐에 의해 증설된 농지는 수분을 많이 포함하고 있 고 비옥한 편이다. Table 2는 옌안(延安)의 토지이용형태 별 토양수분량을 나타낸 것으로 댐 농지의 토양수분은 임간 나지(疎林地)ㆍ비늘구덩이ㆍ수평도랑, 테라스 등의 토양 수분에 비해 2배 정도 높은 것으로 나타났다. 또한, 댐 농지 의 질소와 인은 사면 농지보다 약 1할 정도가 많고, 유기물 함량도 12~14배에 달해(李, 1995) 옥수수의 수확량이 8~10배 증가하였다(范, 1999). 한편, 산시성(山西)ㆍ산시 성(陝西省), 네이멍구자치구(內蒙古自治區) 등의 댐 농지 는 전체 농지면적의 8~17%에 지나지 않지만, 수확량은 24~57%를 차지하고 있다. 따라서 ｢1 ha의 댐 농지는 10 ha의 사면 농지보다 낫다｣｢0.2 ha의 댐 농지가 있으면 가뭄 도 두렵지 않다｣라는 말이 등장하게 되었다.
(2) 체크 댐의 변천
체크 댐은 테라스공법과 마찬가지로 400년 전 명나라 시 대에 축조된 것이 현재도 양호한 상태로 사용되는 경우도 있다. 그러나 현재와 같은 다기능용 체크 댐 시스템이 발전
Table 2. 옌안(延安)의 토지이용형태 별 깊이 4 m 지점의 토양수분량.
산정의 임 간 나 지
사면지대 사 면
중 복
산록의 수 평 테라스
댐 농지 비 늘
구덩이
수 평 도 랑 저수량(mm)
산정 임간나지에 대한 비율(%)
586.6 100.0
583.3 99.4
557.5 95.0
721.7 123.0
752.0 128.2
1420.9 242.2
ㆍ확립된 것은 주로 최근 50년 이내로, 현존하는 댐은 대부 분이 1960년대 종반부터 1970년대에 걸쳐 대형 프로젝트 에 의해 건설된 것이다. 1970년대까지의 댐 건설 붐에 큰 변화를 가져온 것은 설계와 건설기술의 질 저하에 의한 안 전성의 문제였다. 특히 1970년과 1978년에는 장기간에 걸 친 가뭄 후에 폭우가 집중되어 많은 체크 댐이 파괴되었으 며, 지역에 따라서는 80% 이상이 파괴되었을 뿐만 아니라 다수의 인명피해도 발생하였다. 후에 파괴된 댐은 복구되었 지만, 댐 건설 자체는 줄어들어 1980년대의 침식방지대책 은 테라스공법이나 식재 등, 사면대책기술을 중심으로 진행 되었다. 그러나 1980년대 중순경에는 사면대책기술의 성공 여부에 대한 문제가 제기되어 체크 댐이 재차 주목을 받게 되었다. 당시 1970년대의 붕괴 경험을 살려 댐의 건설기술 이나 설계기준이 강화되었고, 개량된 댐은 대부분이 콘크리 트 제품으로 강도가 높였으며, 특히 대형 댐인 경우에는 100년 빈도의 홍수에 견딜 수 있도록 설계되었다. 그러나 기술적인 진보와는 반대로 1986~1999년 사이에 황토고원 에 건설된 댐은 1,118기에 머물렀다(溤, 2000).
(3) 체크 댐의 문제점
① 댐 농지의 염류화
댐 농지는 유출수와 토사가 집중되기 때문에 토지가 비 옥해지지만, 지하수위가 높은 댐 농지에서는 다량의 염류가 집적되고 있다. 황허수리위원회에 의하면, 산시성(陝西省) 북부의 일부 지역은 댐 농지의 1/3~1/2이 토양의 염류화에 의해 사용이 불가능하게 되었다. 1976년 옌안(延安), 유린 (楡林)지역의 경우 염류화와 담수에 의해 3.53만 ha의 댐 농지 중 실제로 이용이 가능한 면적은 2.33만 ha에 머물렀 으며, 수확량도 매년 저하되었다(唐, 2004). 이러한 염류화 는 댐의 배수불량에 의한 지하수위의 상승에 의해 야기된 것이다. 따라서 체크 댐을 건설할 때에는 겉도랑ㆍ속도랑 등의 배수시설을 계통적으로 배치하여 지하수위의 상승을 억제할 필요가 있다.
② 유역단위의 댐 건설
조림정지나 테라스공법에 비해 체크 댐은 건설 초기단계 에는 많은 비용과 노동력이 소요된다. 특히 비교적 경사가 완만하고 폭이 넓은 골자기에 대형 댐을 건설할 때에는 많 은 자금과 노동력을 투입해야 한다. 또한, 댐을 건설한다는 것은 그 지역뿐 만이 아니라 하류유역을 포함한 광범위한 지역에 걸쳐 수자원과 토사의 수지가 변화한다는 것을 의미 하므로 이러한 문제는 개인이나 일부 단체에 의해 해결하기 보다 중앙 정부와 관련 지방자치단체의 협의 하에 진행되어 야 할 것이다.
③ 안전성을 위한 설계ㆍ건설기술
1977년과 1978년 사례에서 알 수 있듯이 미숙한 설계나 기술에 의해 건설된 댐은 홍수 시에 붕괴될 가능성이 높아 하류 주민에게는 자연재해를 야기하는 위험한 구조물이 된 다. 따라서 댐의 설계ㆍ건설에는 안전성에 대한 충분한 배 려가 필요하다. 예를 들면, 댐의 규모에 따른 댐의 시공순 서, 최적의 댐 밀도(유역면적 당의 댐의 개수)나 집수면적 당 댐 농지면적 등의 요소는 물과 토사의 수지에 따라 댐의 안전성이 크게 영향을 받으므로 이러한 요소에 대한 연구나 노하우가 축적되어야 한다. 또한, 효과적이고도 안정된 댐 건설과 건설기술의 향상을 목표로 한 수치예측이나 모델연 구가 진행되어야 할 것이다.
4. 지속적ㆍ효율적 침식방지
(1) 침식방지의 목표치
지속가능한 발전을 위한 침식방지의 구체적 목표치는 다 음과 같다(申ㆍ洪, 2003).
① 제1목표
연간물침식량을 12억 톤까지 감소시키는 것으로, 이는 황허의 하상상승을 방지하고, 하류지역의 안전 확보를 목표 로 하는 것이다.
② 제2목표
연간물침식량을 9.75억 톤, 즉 자연 상태의 침식량까지 감소시켜 인위적인 침식을 없애는 것을 목표로 한다.
③ 제3목표
특별치리구를 설정하여 자연 침식량을 감소시켜 생태환 경의 개량을 목표로 한다.
제1목표는 2001~2010년, 중기목표인 제2목표는 2010~
2030년, 제3목표는 이후 장기간에 걸쳐 실시하는 것이 바 람직하다.
(2) 보톰업식 프로젝트 운영과 지속성
퇴경환림ㆍ환초정책의 사례에서 알 수 있듯이 중국정부 에 의한 톱다운식의 침식대책 프로젝트는 강력한 지도력과 순발력이 있지만, 지속성에는 많은 문제점을 내포하고 있 다. 원래 퇴경환림ㆍ환초정책 자체가 중국이 침식방지와 녹화에 노력하고 있다는 대외 홍보용이라는 면에서는 의미 가 있지만, 정부의 의도ㆍ방침과 농민의 이해ㆍ의식수준 사이에는 커다란 차이가 있다. 따라서 지속적인 프로젝트 운영을 위해서는 지역의 이니셔티브를 중시하는 보톰업식 의 운영이 중요하다.
퇴경환림ㆍ환초에 있어서 보톰업식의 정책제안으로는 정부가 금지하고 있는 퇴경지에서의 간작과 수목성장 이후 의 임간방목이나 농민에 의한 묘포 관리가 생태적 개선과 농민의 인센티브 향상에 유효할 것이다. 이와 같이 지속적 인 침식대책이란 농민생활의 유지ㆍ향상 면에서도 합리적 이어야 한다. 또한, 지역에 뿌리내린 NGO를 통한 보톰업식 의 진행도 생태적 개선뿐만 아니라 농민의 생활ㆍ의식의 향상에도 성과를 올릴 수 있다(高見, 2003; 小長谷 등, 2005) 특히 빈곤ㆍ인구압과 침식발생ㆍ생태계 악화에 따 른 ｢악순환｣을 단절하기 위해 외부로부터의 협조가 필요하 다. 또한, 톱다운식의 정책결정ㆍ인사가 이루어지고 있는 중국에서는 농민의 이해을 구하고, 정부의 의도ㆍ방침을 설명할 수 있는 중개자의 역할이 크다고 생각된다.
(3) 각 대책기술의 합리적 도입
유역단위에서 볼 때, 침식량을 감소시키는 가장 효율적 인 것은 체크 댐 시스템이라고 할 수 있다. 체크 댐은 유역 내에서 발생하는 침식을 한 번에 저지할 수 있기 때문에 인 위적인 침식뿐만 아니라 자연 침식량을 감소시킬 수 있다.
또한, 황토고원의 침식량의 60~90%가 골자기 내에서 진행
된다는 것을 고려하면, 조림정지나 테라스공법 등과 같은 사면의 대책기술만으로는 하류로 유송ㆍ퇴적되는 토사를 방지하는 데에 한계가 있다. 특히 앞에서 제시한 제3목표 (자연 침식량의 감소)를 달성하기 위해서는 체크 댐은 반드 시 필요한 기술이라고 생각된다. 황토고원에는 댐 건설에 적합한 골자기가 6,758개가 있어 앞으로 242,000기의 댐을 건설할 수 있을 것으로 추정되고 있다(黃, 2000). 그러나 최근 댐 건설의 속도가 지연되어 현재의 상태라면 이들을 건설하는 데에 100년 이상이 소요될 것으로 추산된다.
유역 내에 체크 댐이 충분히 시공되면 하류유역의 유송 토사의 문제는 해결될 수 있다. 그러나 침식량 자체의 임팩 트를 제한하기 위해서는 퇴경환림ㆍ환초나 테라스공법의 역할도 중요하다. 특히 유역 내의 생태적 건전성을 유지하 기 위해서는 급경사 경작지의 퇴경환림ㆍ환초는 반드시 필 요하다. 또한, 댐 농지의 생산성이 높을지라도 그 면적은 제 한되므로 안정된 농업생산을 지속시키기 위해서는 테라스 에서의 경작이 필요하다. 특히, 체크 댐이 건설된 골자기는 사면의 테라스공법으로부터 발생하는 침식도 체크 댐에 포 착되기 때문에 댐과 테라스공법을 함께 도입하는 것도 효과 적일 것이다. 각 기술에 대한 자금투입은 소유역인 경우 체 크 댐 : 녹화 : 테라스공법을 5 : 3 : 2의 비율로 자금을 투 입하는 것이 바람직하다(申ㆍ洪, 2003).
(4) 물과 토양의 배분시기와 장소
조림정지ㆍ테라스공법ㆍ체크 댐 시스템은 상류로부터 유입되는 물과 토양을 그 장소에 억지하여 식물에 이용하도 록 한다는 공통점을 갖고 있다. 결국, 이러한 기술은 유역 내에서의 물과 토양이라고 하는 자원의 쟁탈이라고도 할 수 있다. 따라서 이러한 기술을 함께 도입하는 것은 바람직하 지만, 각 기술을 시간적으로 ｢동시에｣적용하는 것이 반드 시 최선이라고는 할 수 없다.
예를 들면, 체크 댐과 조림정지를 동시에 실시하면 체크 댐 쪽의 유효성이 저감될 가능성이 있다. 이는 사면의 침식 을 방지하는 것이 체크 댐의 토사저류, 즉 농지 증설을 방해 하는 것이 되기 때문이다. 단기간에 효율적으로 농지를 건 설하는 것을 목표로 한다면 먼저 체크 댐을 건설하여 충분 한 농지가 확보된 후에 사면의 대책기술을 실시하는 것이 바람직하다. 반대로 댐을 장기간에 걸쳐 홍수조절이나 저수 지로 사용하려고 할 때에는 사면대책을 실시한 후에 댐을 건설해야 한다. 테라스공법과 체크 댐의 경우도 마찬가지로 비옥한 토양과 물을 사면에 모을 것인가, 그렇지 않으면 골
자기 내에 집중시킬 것인가에 따라 각 기술에 대한 중요도 와 실시시기를 설정해야 한다. 이와 같이 대책기술을 도입 할 때에는 지역에서 필요로 하는 토지의 이용 상태를 고려 한 후에 각 기술의 도입 시기를 결정해야 한다.
한편, 황허유역 전체를 자원분배의 차원에서 볼 때, 소유 역 단위와는 다르다. 예를 들면, 황허의 유송토사가 상류지 역에서는 농업생산을 위한 자원으로 간주되지만, 하류에서 는 재해를 야기하는 장해물이 된다는 점이다. 결국, 토사퇴 적물이 자원으로 간주되는 지역을 확인하여 그 지역에 가능 한 한 토사이동을 억지할 수 있다면 황허유역의 환경개선효 과가 비약적으로 향상될 것이다. 이와 같이 물과 토양을 분 배할 때 소유역 단위나 황허 유역별로 공간적ㆍ시간적 대 책을 강구하는 것이 효과적인 수토보전으로 귀결될 것이다.
결 론
황토고원에서의 황막화 방지 및 수토보전을 통한 생태복 원 시범사업이 성공적으로 수행되기 위해서는 ① 수토보존 을 위한 계통사방사업 및 생태녹화 조림, 현장 기본 설계 및 인력 교육 실시, ② 실사구시적 현장 중심형 생태녹화기술 의 실연 및 전수(성공적인 생태녹화조림을 위한 수종 선발 및 수림대 조성, 지속적인 건묘 생산ㆍ공급시스템 도입 등 한국형 녹화기술 체계의 이전 및 보급 확대), ③ 한ㆍ중 공 동기술 이전체제 구축(지속적인 임업과학 기술전수를 위한 전문가 파견, 공동세미나 개최, 프로젝트 관련자 연수 프로 그램 지원강화를 위한 산림녹화 전문가 양성), ④ 현장교육 및 모니터링을 통한 사업의 내실화 및 피드백 강화(사업계 획 대비 실적, 사업지의 문제점 도출을 위한 모니터링 체계 구축, 지역민 생태녹화교육을 통한 효율적인 조림 및 식재 지 관리, 보호활동 강화)등이 이루어져야 할 것이다. 특히 이상의 사업이 계획대로 추진되기 위해서는 사업설계에 따 른 시공이 제대로 진행되는 지에 대한 감리가 보다 객관적 으로 이루어져야 할 것이다.
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(Received December 7, 2010; Accepted December 26, 2010)
