생태하천 관련 기술 경쟁력·경제성 확보

하천 둔치에 물길·샛강 조성…수생태계 건강성 회복

1. 하도육역화 관리기술의 개발배경

현재 하천관리와 계획은 방재하천이나 점용 및 공원하천을 지나 친자연적인 개념을 도입하고 있으며, 환경적인 영향이나 친수성 확보에서 진일보된 생태계 보전·복원까지 고려하고 있는 실정이다. 

하천은 유역과 하도에서 발생하는 여러 환경 변화에 대해 끊임없이 반응과 응답의 과정을 반복한다. 이러한 변화에 대한 영향 중 하천으로 구성된 수역이 식생역으로 천이가 진행되면서 최종적으로 육지화되는 현상을 ‘하도육역화 현상’이라고 한다. 

국내에서는 하도육역화에 대한 인식이 거의 전무하다고 해도 과언이 아니며, 국내에서 수립·진행되고 있는 하도계획 및 하천생태복원에 관한 기술들 중 일부는 오히려 하도육역화를 촉진시키고 있을 뿐만 아니라, 육역화 지역에서의 현존 생물상을 토대로 한 생태 평가 또한 크게 왜곡되어 진행되고 있는 실정이다. 

하도육역화 현상의 발생 및 진행은 하천의 생태환경적 측면에서 많은 문제점들을 야기시킬 가능성을 내포하고 있으며, 그 중에서도 원활한 유수의 흐름을 방해하여 홍수소통이라는 매우 기본적인 하도의 홍수 관리 기능에 심각한 위해 요소로 작용할 수 있다. 

또한 수역으로 고려될 수 있었던 수생태계가 식생역을 거치게 되면서 급격한 생태계의 천이과정을 수반하게 되고 최종적으로 나타나게 되는 하천 육지화 현상이 고착화되면서 수생태 건강성 측면에서 악영향을 주게 된다. 

[그림 2]에 나타낸 바와 같이, 하도 내 육역화의 발달단계를 구분하면 처음 1단계에서 홍수나 상류부 보나 댐, 택지개발 등에 의한 유사변화에 의해 소류사량이 감소하고 부유사량이 증가되어 고수부지 부근에 세립토가 퇴적되기 시작한다. 이후 2단계에서는 초본류가 침투하여 식생이 정착하게 된다. 3단계에서는 이러한 초본류에 의한 세립토 퇴적이 가속화되어 고수부지 육지화가 발달되고 확장하게 된다. 이러한 과정이 반복되면서 4단계에서는 목본류까지 침입하게 되고 고착화된다. 

또한, 최종적으로 수생태계에서 육지생태계로 천이가 발생하게 되고 이러한 단계가 계속 진행되면서 하천 하도에 육역화가 발생된다. 따라서 국내외 하천 개수 및 복원 사업으로 단절된 하도와 고수부지간에 생태적 연결성을 확보해주고, 홍수 시 고수부지의 육역화를 방지하는 기술개발이 필요하다.

2. 기술의 원리 및 특징

하도육역화 관리기술은 크게 홍수터 하도육역화 관리기술(환경신기술 제404호, 물골형상을 활용한 하도육역화 저감기술)과 유사연속성 확보기술로 구성되어 있다. 해당 기술의 요소기술들은 [그림 3]에 나타냈다. 

해당 기술의 세부요소기술에는 한강 장항 습지의 물골의 형태와 기능을 모방하여 물골공법·역물골공법을 개발했으며, 부분적인 퇴사와 유지관리 문제점을 보완하기 위한 공법으로 국부세굴 유도형 하도육역화 방지공을 개발했다. 

또한, 유사배제형 래버린스 위어와 퇴적방지 하상구조 기술은 하천횡단 구조물 상·하류 간의 유사이송의 연속성을 확보하기 위한 목적으로 개발됐다.

■ 홍수터 하도육역화 관리기술 : 물골공법  물골공법은 홍수위 하강시 물골형상을 이용하여 자연유하로 홍수터의 토사를 배출하는 공법으로 하도육역화가 발생한 홍수터(만곡부, 보·낙차공, 댐 하류부 고수부지 퇴적구간) 내에 적용이 가능하다. 

이 공법의 적용을 통해 △유사배제에 의한 하도육역화 방지 및 물골 내 수생태 공간 창출로 인한 생태복원 △물골형상에 의한 수위 및 유속에너지 감소 △홍수안정성 확보 △입경 5㎜이하 유사배제 △자연사석 호안구성을 통한 소류력 안정성 확보 효과를 기대할 수 있다. 

해당 특허로는 ‘퇴사 방지용 가속수로가 형성된 하천(제10-1039619호)’이 있으며, 팔미천 시험구간에 설치해 현장실증을 통한 기술검증을 수행했다. 탄천 시범하천 구간에 설치될 예정이다.

■ 홍수터 하도육역화 관리기술 : 역물골공법 역물골공법은 홍수위 하강시 물골형상을 이용하여 유수를 가속시켜 홍수터 토사를 배출하는 공법으로 하도육역화가 발생한 홍수터(만곡부, 보·낙차공, 댐 하류부 고수부지 퇴적구간, 물골 설치구간) 내에 적용이 가능하다. 

이 공법의 적용을 통해 △자연배제에 의한 하도육역화 방지 및 물골 내 수생태 공간 창출로 인한 생태복원 △역물골 형상에 의한 수위 및 유속에너지 감소 △홍수안정성 확보 △퇴적된 토사의 자연배출 유도 △자연사석 호안구성을 통한 소류력 안정성 확보 효과 △고수부지 내 수로형 습지 및 웅덩이형 습지 연계활용을 기대할 수 있다. 

해당 특허로는 ‘퇴사 방지용 가속유로가 형성되는 하상구조(제10-1155744호)’가 있으며, 팔미천 시험구간에 설치하여 현장실증을 통한 기술검증을 수행했다.

■ 홍수터 하도육역화 관리기술 : 국부세굴 유도형 하도육역화 방지공 국부세굴 유도형 하도육역화 방지공은 하상지반에 고정된 다수의 기둥형 구조물로 구성되어, 주변 하상의 국부세굴 현상을 유도함으로써 하도의 육역화를 방지할 수 있도록 했다. 

이 기술은 하도(물골 설치구간, 지류지천 유입부, 하도내 퇴적발생 구간) 내에 적용이 가능하며, △퇴사와 세굴의 균형을 통한 하천단면·하도형상 유지, △유사배제에 의한 하도육역화 방지, △솟대 역할로 조류 휴식처 제공 △유속에너지 감소에 의한 홍수 안정성 확보를 기대할 수 있다. 

해당 특허로는 ‘국부세굴유도형 하도육역화 방지공법(제10-0985172호)’이 있으며, 팔미천 시험하천 및 한강 6공구 여주지구에 설치하여 현장실증을 통한 기술검증을 수행했다. 탄천 시범하천 구간에 설치 예정이다.

■ 유사연속성 확보기술 : 퇴적방지용 하상구조 퇴적방지용 하상구조는 기존 보·낙차공을 대체하여 상·하류 간 유사흐름을 원활히 하고, 퇴적을 방지하는 공법으로 상·하류 간에 유사연속성을 확보할 수 있도록 했다. 

이 기술은 하도(기능을 상실한 보·낙차공 상류부, 하도 내 퇴적구간, 지류지천 유입부, 하상침식 발생구간) 내에 적용이 가능하며, △기존 보 및 낙차공에 의해 단절된 유사흐름 복원 △생태통로 활용 △하상간극수역 조성에 의한 생태복원 효과 △여울 및 소 조성 △수위 감소 및 유속에너지 소산효과를 기대할 수 있다. 

해당 특허로는 ‘퇴적방지용 하상구조(제10-1005639호)’이 있으며, 한국건설기술연구원 안동 하천 실험장에서 현장실증을 통한 기술검증을 수행했다. 오산천 시험하천 구간에 적용할 예정이다.

■ 유사연속성 확보기술 : 유사배제형 래버린스 위어 유사배제형 래버린스 위어는 기존 래버린스 위어의 측벽을 천공 또는 절개하여 유사흐름을 확보하고 상하류 간에 유사연속성 및 생태연속성을 확보할 수 있도록 했다. 

이 기술은 하도(기능을 상실한 보·낙차공 상류부, 하도 내 퇴적구간, 지류지천 유입부, 여울 및 소 조성구간) 내에 적용이 가능하다. 필요에 따라 징검다리 형태로 설치가 가능하며, △래버린스 위어 단면 변화에 따른 유사흐름 확보 △상·하류간 생태연속성 확보 및 생태이동 통로 활용 △기능을 상실한 보·낙차공 대체 기술로 활용이 가능하다. 

해당 특허로는 생태유지 기능을 구비하는 래버린스 보(제10-1187094호), 퇴적방지 구조를 구비하는 래버린스 보(제10-12348507호), 유사연속성과 생태연결성을 구비한 하천구조물(제10-115687호)이 있으며, 오산천 시험하천 구간에 적용할 예정이다.

■ 기술의 적용효과  [그림 9]에 나타낸 바와 같이, 해당기술의 팔미천 시험하천 내 기술설치 후에 저서성 대형 무척추 동물 출현종수가 증가하고, 유사배제 효과와 생태건강성 개선효과(ESB지수), 물골 내 유속에너지 저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 

3. 개발기술의 현장적용 및 활용전망

하도육역화 관리기술은 수생태복원사업단 팔미천 시험구간, 한강살리기 6공구 여주지구 현장, 한국건설기술연구원 안동하천실험장 등에서 기술검증을 수행했다. 

[그림 10]에 나타낸 바와 같이, 경기도 성남시 탄천 시범구간에 물골공법, 국부세굴유도형 하도육역화 관리기술을 적용할 예정이며, 경기도 용인시 오산천 시범구간에 퇴적방지 하상구조, 래버린스 위어 기술을 적용하여 해당 지역의 노후된 보 및 낙차공을 대체하는 기술로써 활용하고자 한다. 

이를 통해 도심하천 내 기술적용성을 높이고, 친수공간 활용이 가능한 수생태복원 효과를 나타낼 것으로 판단된다. 본 개발기술은 향후 생태하천복원 사업의 요소기술로써 활용이 가능할 것으로 보이고, 친수성 확보에서 진일보된 생태계복원이 가능할 것으로 기대한다.

※ 본 연구는 환경부와 한국환경산업기술원에서 연구비를 지원받은 Eco-STAR project(수생태복원 사업단)의 연구과제로 수행된 결과로써 이에 감사드립니다.