▲ 윌프리드 텐 브링크/ 전 네덜란드 환경부 공무원

거의 모든 하천들은 인간에 의해 다소간의 영향을 받는다. 이 영향은 상대적으로 별로 크지 않고 원래의 유사 진행과정에 거의 영향을 주지 않는다.

그러나 많은 하천들은 비록 자신들의 지형학적 거동을 조절할 수 있는 변화라 할지라도 심각한 인위적인 변화를 겪는다.

이 변화들은 유량의 변화, 하천의 기하학적 형상의 변화, 유사이송의 변화를 들 수 있다. 하천의 기하학적 형상의 변화는 가장 보편적인 것이며 일반적으로 정비사업, 하도 직강화 그리고 준설을 통한 하천수심 혹은 경사조절을 통해 하천 평면형상에 영향을 준다.

유량의 인위적인 변화는 도시화 같은 토지이용변화로부터 야기되며, 흐름 정규화를 통하여 더욱 직접적으로 나타난다. 유사이송의 변화는 상류로부터 전달되는 유사량과 혼합사 구성 상태의 변화로부터 나타날 수 있다.

인위적인 변화들에 대한 하천 시스템의 지형학적 응답의 사례들은 광범위하다. 이에 대한 연구들은 대부분 하천특성 중 단지 하나만의 주요 변화를 다루고 있다. 이 사례들에서 지형학적 응답의 방향(지형동역학)은 일반적으로 간단하다.

인구밀도가 높은 지역이어서 하천 시스템에 몇 가지 영향이 동시에 미치는 하천에 대한 예측은 더욱 복잡하다. 공사와 관리 전력들 간의 그리고 다른 한편으로 지형학적 과정간의 상호작용은 시스템에 대한 인간의 영향에 대해 원치 않는 응답을 야기할 수 있다. 반면에 이 상호작용은 지형학적 과정을 홍수에 대한 안전성 혹은 주운(舟運) 개선 같이 하천기능을 바람직하게 유도하는데 이용될 수 있다.

네덜란드의 라인강은 하천관리 전략들에 대한 지형동역학적 응답이 원했던 방향과 원치 않았던 방향 모두에 대해 제한된 하천의 한 사례이다. 응답이 무엇이었던 간에 네덜란드 라인(Rhine)강의 지형동역학은 항상 조절되고 있어 주변의 인구가 밀집된 지역의 홍수방어를 매우 높은 수준으로 보장한다.

■ 네덜란드 라인강 시스템
라인(Rhine)강은 알프스에서 발원하여 스위스와 독일을 거쳐 네덜란드로 흐른다. 네덜란드 라인강은 하나의 하천이 아니라 라인강이 네덜란드­독일 국경을 통과하는 직후의 2개의 분기점에서 라인강으로부터 시작되는 3개의 지류로 구성되는 하천 시스템이다.

▲ 라인강은 알프스에서 발원하여 스위스, 오스트리아, 독일, 프랑스, 네덜란드 등 여러나라를 거치며, 운하에 의해 지중해, 흑해, 발트해 등과 연결된다. 특히 네덜란드 라인강은 하나의 하천이 아니라 바알(Waal)강, 네덜리진-레크(Nederrijn-Lek)강, 아이셀(IJssel)강 등 3개의 지류로 나뉜다.

이들 3개의 지류는 바알(Waal)강, 네덜리진-레크(Nederrijn-Lek)강 그리고 아이셀(IJssel)강이다. 이 지류들은 전 구간에 제방이 건설되어 있다. 이 지류들 간의 유량비는 대략 6:2:1이다. 강우와 융설 모두가 흘러 네덜란드­독일 국경 근처 라인강의 평균 유량은 2천300㎥/s이다. 지난 세기에 발생한 최대 유량은 1만2천㎥/s까지 달한다.

바알(Waal)강은 라인강 지류 전체에서 가장 큰 강이다. 넓고(260∼350m) 자유롭게 흐르며 라인강 유량의 약 65%를 독일로부터 북해로 유하시킨다. 네덜리진-레크강과 아이셀강은 100∼220m, 80∼170m로 바알강에 비해 상당히 좁고 특히 라인강 유량의 매우 작은 부분을 유하시킨다.

네덜리진-레크강에는 3개의 위어가 있으며 라인강의 홍수사상 시 전면 개방된다. 저유량 시 이들은 부분적으로 혹은 완전히 닫혀 잉여물량은 아이셀강을 통하여 흐르며, 이는 선박운항 목적을 위한 충분한 수심을 유지하고 담수의 충분한 공급을 위해 아이셀 미르호수로 함양된다.

네덜란드 라인강 지류들은 하상재료 중앙 입경이 약 0.5∼4㎜정도인 주로 모래 하상이다. 국경근처 상류쪽 하상은 모래와 자갈이 혼합되어 있다. 네덜란드 라인강 지류들에서의 하천 공사들은 네덜란드로 유입되는 라인 강물이 조절된 방법을 통해 바다로 방류되도록 보장한다.

상부 유로에서 지류들 간의 유량배분은 네덜리진-레크강의 위어들과 지류들 자체 형상에 대한 숙련된 설계에 의해 조절된다. 하부 유로에서의 유량 배분은 로테르담 근처 하링블리트(Haringvliet)댐의 위어들에 의해 강하게 영향을 받는다. 네덜리진-레크강의 위어들과 하링블리트댐의 수문은 네덜란드의 주 수도꼭지로 불리운다.

유럽 최대항구인 로테르담과 독일서부 주 공업지역을 이어주는 라인강의 선박 운항 강도는 세계의 내륙 주운 중 가장 높다. 인간을 수세기에 걸쳐 준설과 굴착사업, 인위적인 사행단축, 수제, 하안의 사석설치, 위어 그리고 예전 하천 유출구 일부에서의 댐 등을 통해 하천 시스템에 영향을 주고 변화시켜왔다. 이러한 사업들의 대부분은 적어도 부분적으로는 주운을 위한 하천 개수를 위해 시행되어 왔다.

▲ 네덜란드의 라인강은 하천관리 전략들에 대한 지형동역학적 응답이 원했던 방향과 원치 않았던 방향 모두에 대해 제한된 하천의 한 사례이다. 사진은 암스테르담 시내를 통과하는 라인강.

이 항로를 따라 주운 이득, 홍수방어 그리고 환경보전의 조합은 하천에 제방을 쌓고 일정거리에 제방으로부터 직각인 수제들을 건설하는 전형적인 하천 경관을 가져왔다. 수제는 하천시스템에 대한 인간 영향의 예이다. 수제는 고정된 하천평면형을 형성하고, 그 횡단면의 많은 부분보다 상대적으로 깊은 주운 수로를 형성하며 수제들 사이에 모래사장을 조성한다.

 

■ 하천의 ‘Room Program’
제방이 견디는 안전기준과 관련된 첨두 유량은 과거의 첨두유량 기록으로부터 계산된다. 1993년과 1995년에 네덜란드 라인강의 수위는 지난 70년간 발생한 적이 없는 첨두 수위까지 상승했다. 이 첨두유량은 과거 기록에 추가됐고 보완된 자료군으로부터 1250년 빈도 유량은 다시 계산됐다. 네덜란드 라인강의 1250년 빈도유량은 1만6천㎥/s로 상향해야 하는 것으로 나타났다.

따라서 라인강이 안전도기준을 유지하면서 바다로 추가분 1천㎥/s를 배수할 수 있는 조치가 요구된다. 대체로 말하면, 제방을 증고하는 것과 하천의 단면적을 확대하는 것 두가지가 시행될 수 있다.
제방 증고는 지난 수백년간 반복적으로 선택되어온 해법이었다. 이 해법은 한 가지 크게 불리한 점을 갖고 있다. 네덜란드 하천관리자들은 제방을 따라 나선형으로 늘상 지반이 높아지는 현상에 봉착해 있다.

이 나선형 증고(퇴적)는 제외지(하천쪽) 홍수터에 실트가 쌓임에 의해 더욱 악화됐다. 왜냐하면 하천이 제방 안쪽으로 제한됐고 그래서 이곳이 유사가 침전될 수 있는 유일한 장소이기 때문이다.

이는 홍수터 바닥고가 수 세기동안 수m 상승한 원인이었다. 반면에 제방 안쪽(제내지)의 지반고는 흙의 침전이 배수로 인해 발생하므로 낮아졌다. 이는 제방 안팎의 두 측면간에 지반고 불균형을 상당히 증가시켰다. 이제 홍수 시 동안 제방 바깥쪽 수위는 제방 안쪽 거주지보다 몇m 높다.

제방증고와 위쪽으로의 나선형 퇴적은 고유량 동안 제방사이의 감당해야 할 수체의 높이를 증가시키는 결과를 가져온다. 더 이상 제방높이를 높이는데서 답을 찾지 않고 오히려 물이 흐르는 지형을 넓고 깊게 함으로써 이제 이 나선형 퇴적이 깨지고 있다.

▲ 네덜란드 라인강 지류들에서의 하천 공사들은 네덜란드로 유입되는 라인 강물이 조절된 방법을 통해 바다로 방류되도록 보장한다. 사진은 유럽 최대항구인 로테르담의 라인강.

하천확폭에는 다양한 선택사항이 있다. 홍수터는 굴착 될 수 있다. 첨두 유량의 일부를 운반하는 보조수로를 홍수터에 팔 수 있다. 하천의 여름 하상은 확폭되거나 깊어질 수 있다. 흐름을 제한하는 장애물은 제거될 수 있다. 수제는 낮추어질 수 있고 하천 하도에서의 병목(특히 심한 만곡과 도시지역을 통과하는 하도의 좁은 부분들)은 개조될 수 있다.

또한 국지적으로 제방의 위치변경이 결정될 수 있다. 이들 조치들 중 어느 것이 최선이냐 하는 것은 지역에 따라 다를 것이다. 컴퓨터 모형을 통해 미리 계산된 기법별 해법이 있다. 실제로 하천 확폭은 국부적 제방 증고를 배제하지 않은 혼합기법이다.

 

■ 제한된 하천의 지형동역학
① 유사이송 네덜란드 라인강 시스템의 경우 유사수지(혹은 유사균형)는 세 개의 라인강 지류 모두에 대한 자갈, 모래 그리고 진흙의 연간 흐름에서 나타나는 것으로부터 작성됐다. 이 수지는 측정으로부터 계산된, 횡단면으로 적분된 유사이송, 그리고 ‘echo sounding’의 시계열(하상고의 채적변화)을 기초로 한다.

유사수지는 진흙의 흐름이 모래나 자갈의 흐름보다 매우 크다는 것을 보여준다. 모래와 자갈의 흐름은 하상저하로 인해 하류쪽으로 갈수록 증가한다. 실트 흐름은 독일 및 더욱 상류지역의 라인강 유역으로부터 오며, 로테르담(Rotterdam) 근처의 댐 뒤와 아이셀미르 호수의 정체(혹은 준 정체)상태의 수역에서만 침전된다.

② 수제의 영향 수제는 네덜란드 라인강 지류 모두를 따라 정규화된 패턴으로서 하안으로부터 거의 직각으로 설치되어 왔다. 이들은 네덜란드 하천경관의 특징적 이미지로 나타났다. 이 수제들 사이에 특히 바알강을 따라, 넓은 모래사장이 있다.
사행하는 저지대 하천의 하안을 따라 특히 소위 점사주라 하는 볼록면에 모래사장이 자연적으로 발생한다. 수제들 사이의 모래사장들은 자연적이지 않은 부분이며, 인간이 만든 하천의 이미지이다. 그러나 이제 이들은 네덜란드 하천의 전형적인 모습이 됐다.

이 모래사장들은 볼록면 하안에서 특히 넓다. 이는 수제가 없어도 모래가 자연적으로 퇴적되는 곳이기 때문이다. 수제구간 백사장은 자연적이지 못한 횡단면을 갖는 하천을 제공한다. 수제들은 수제구간 내에 상당량의 모래를 계속 유지한다. 이는 하천 구간에서의 이송량이 저유량 시 그리고 평균유량 시 비율을 넘는 양이다. 하안에서 백사장 경사는 하상쪽으로 가파르게 낮아진다.

③ 선박운향의 영향수제들 사이의 백사장들은 침식기와 퇴적기의 반복을 경험한다. 침식은 주운으로 인한 것이며 퇴적은 홍수로 인한 것이다. 수십년의 시간규모에서 침식과 퇴적기간은 평형을 이룬다. 보다 소규모 시간규모에서는 최근 홍수가 없을 경우 주운으로 인한 침식이 지배적일 수 있다.

과거에는 선박으로부터 발생하는 흐름과 파에 의해 지속적인 침식이 발생하여 홍수가 없었던 몇 년 동안 많은 모래가 백사장으로부터 소실됐다. 하천관리자들은 백사장이 너무 작아 졌을 때는 식재된 하안의 침식까지도 걱정했다. 그러나 하천에서 한 번의 첨두 유량이 수제 사이의 그 지역 안에 충분한 모래를 이송시켜 몇 년간의 백사장 침식이 쉽게 상쇄된다는 것을 연구에서 보여줬다.

▲ 네덜란드의 주 수도꼭지로 불리우는 하링블리트댐.

하안 근처 흐름과 백사장의 침식에 선박 주행이 미치는 영향은 물밑의 체적이 커질수록 증가한다. 개별적으로 선적된 바지예인은 수제구역 동역학과 모래이송에 가장 큰 영향을 미친다. 그러나 연간 기준상 예인추진(Push Towing)의 상대적인 강한 영향은 엔진이 달린 선박운항의 높아진 빈도로 인해 대체된다. 물밑 체적과 운항의 하안으로부터 거리는 수제구역 백사장에 미치는 영향이 고려되는 한 가장 중요한 운항의 인자이다.

■ 제한된 하천의 조절과 관리
① 유사관리 1990년대 초기까지 하천으로부터 준설된 모래는 건설재로 판매됐다. 20년 동안 상류로부터 공급되는 양이 과다한 하천으로부터 결국 많은 모래가 제거됐다. 그 결과 지난 세기 네덜란드 라인강 지류들의 상류구간의 하상고는 낮아졌다.

지난 세기 말 낮아지는 하상고는 더욱 부정적인 결과들을 증가시킨 원인이 됐고 이 과정을 늦추기 위한 필요성이 점차 증가됐다. 따라서 준설된 모래는 더 이상 하천으로부터 제거하지 않고 깊어진 지역 중에 해가 되지 않는 곳에 채우기로 결정됐다.
당연히 이는 한 장소에 머무르지 않는다. 채워진 모래는 다시 침식되고 다른 퇴적지역에 쌓인다. 준설과 자연작용은 연동하고 모래가 지속적으로 순환하는 것을 보장한다. 이는 비효율적으로 보이지만 효과적임이 증명된다. 모래는 시스템 내에 남아 있어야 한다.

그렇지 않으면 하상고는 계속 낮아질 것이다. 더욱이 그들이 하천의 흐름패턴에 대한 직접적인 결과이므로 얕은 지역이 지속적으로 형성될 것이다. 준설위치들과 관련하여 채움위치를 기술적으로 선정함으로써 하천관리자는 준설운영을 매우 제한적으로 유지할 수 있다.

② 홍수조절에서의 차감(drawback) 지표수로 들어오는 오염물의 대부분은 부유하는 실트입자와 매우 빠르게 결합한다. 이 실트입자들이 어디에 침전하던 오염물 역시 침전한다. 네덜란드는 라인강과 뫼즈(Meuse)강의 하구에 있기 때문에 네덜란드의 이들 강의 유역으로부터 매우 많은 양의 오염된 실트가 결국 도달한다.

바알(Waal)강과 뫼즈강의 유사의 대부분은 Hollands Diep, 그리고 서로 연결된 하링블리트(Haringvliet), 로테르담(Rotterdam) 근처 다소 정체된 수체로 흘러 들어올 것이다. 이 유역들은 1970년 하링블리트댐의 완성까지 대부분의 시간동안 정체수역이 됐다. 그때까지 이 댐의 수문은 단지 밀물, 썰물 흐름과 조합된 라인강의 고유량 동안만 개방됐다.

▲ 네덜란드 라인강 시스템의 경우 유사수지는 바알강, 네덜리진-레크강, 아이셀강 등 3개의 라인강 지류 모두에 대한 자갈, 모래 그리고 진흙의 연간 흐름에서 나타나는 것으로부터 작성됐다.

이들 정체 수역에서 많은 미립자 유사와 그 오염물이 1970년까지 침전되어 왔다. 초기에 이 퇴적은 Hollands Diep의 가장 동쪽부분에서 사실상 한정되어 발생했다. 이지역이 점점 채워져감에 따라 퇴적은 동쪽을 향해 점점 퍼지기 시작했다.

그러므로 퇴적은 동쪽에서 서쪽으로 전선처럼 확장됐다. 1970년대와 1980년대부터 유사는 심하게 오염됐다. 이후에 물과 유사의 질은 매우 개선됐다. 따라서 심하게 오염된 유사는 점차 상대적으로 깨끗한 퇴적으로 덮여갔다.

라인강과 뫼즈강의 하부 유로에서 얕은 지역은 예나 지금이나 선박운항을 이해 준설돼야 한다. 준설된 흙의 오염정도에 따라 준설토를 어떻게 처리할 것인가를 결정한다. 오염도가 중간정도라면 준설토는 다른 곳에 채워질 수 있다. 오염도가 심각하다면 채움이 허용되지 않으며 통제되는 상황 하에서 육상에 보관돼야 한다.

 

■ 자연과 안전의 조화
최근 20년 간 네덜란드 라인강 지류들을 따른 목초지들은 자연 보류지로 대체되어 왔다. 홍수터들은 더욱 자연적인 하천 경관과 조화를 이루면서 하천 유량을 위한 공간을 만들도록 재설정됐다. 이 조화는 필수적이다. 풀숲은 지속가능한 홍수방어에 위해를 가하지 않도록 했다.

홍수터 재개발계획을 평가하거나 혹은 자연성이 감당 못하게 될 때 요구되는 중재의 수준을 결정하기 위해, 하천관리자는 풀숲이 물을 막는 정도가 어느 수준인지 계산할 수 있어야 한다. 다른 형태의 식생은 흐름저항의 정도가 달라진다. 식생구조와 흐름저항간의 관계는 라인강 지류들을 따라 가장 일반적인 풀숲에 대해 설정되어 왔다.
하천관리자는 지속가능한 홍수방어의 범주 안에서 허용될 수 있는 혹은 허용되지 않는 식물상을 판단하는 도구로 사용한다. 식생 성장 관리를 위해 대형 초식동물(소나 말)이 종종 보전지역에 배치된다. 이들 초식동물들은 삼림지대에서 키우는 것을 제한할 수 있고 따라서 식생의 지대한 다양성에 기여할 수 있다.
첨두유량에 대한 통수능을 더욱 증대시키는 기법 중 하나는 홍수터에 보존수로를 파는 것이다. 이들은 상대적으로 작은 수로이다. 이들은 저수위 혹은 평수위동안 거의 물이 흐르지 않거나 약간 흐리지만 첨두유량 동안에는 하천유량의 적어도 상당량이 흐른다. 이는 매우 작은 듯 보이나 법적 안전수위를 준수하는지 아닌지의 차이를 가져올 수 있다.

그러므로 하천에 대한 ‘Room Program’에서 보조수로는 중요한 기법이다. 생태학자, 조경학자, 그리고 하천전문가들 간의 긴밀한 협조는 자연히 개발을 허용하고, 홍수방어가 법정수준을 준수하며 주하도의 선박운항이 얕은 지역 형성 혹은 이차류로 인해 방해받지 않는 설계안을 제시할 수 있을 것이다.

 

▲ 네덜란드 라인강은 세계의 모든 하천 중에서 홍수방어 수준이 가장 높은, 인구가 밀집된 지역에서 완전히 제한된 하천의 한 사례이다.

제한된 하천에서 지형동역학과 홍수방어는 밀접하게 연결되어 있다. 네덜란드 라인강은 세계의 모든 하천 중에서 홍수방어수준이 가장 높은, 인구가 밀집된 지역에서 완전히 제한된 하천의 한 사례이다.

홍수방어와 하천정비사업은 하천으로 하여금, 자연적으로 보이지만 인위적으로 만들어진 수제들 사이의 백사장 같은 지형학적 특성을 갖도록 동역학과 유사이송을 몰고 왔다. 이밖에도 주운으로 인한 흐름은 자연적인 흐름에 부가하여 유사이송의 중요한 메카니즘이다.

네덜란드 라인강의 지형동역학은 경계면들내로 제한된다. 현재 더욱 자연적인 수변경관이 생성되고 있지만 동시에 이 변화는 보다 높아진 홍수위를 유발하지는 않을 것이다. 사실 하천에 대한 ‘Room Program’의 기법들은 더욱 자연적인 경관과 보다 높은 홍수방어수준이 서로 동반되도록 설계되어진다. 하천에서 유사관리는 얕은 지역의 형성과 주운수로 안정성 보장이 대등하게 되도록 수행된다.

홍수방어기법들은 장기간에 걸쳐 부정적인 효과를 가져올 수 있다. 네덜란드에서 제방 사이에 진흙이 퇴적된 수세기는 홍수터를 상승시켜왔고 이 때문에 제방의 한 측면에서 첨두유량 수위가 다른 측면의 집들보다 높아졌다. 지난 세기에 건설된 댐들은 이미 많은 양의 오염된 유사가 퇴적되어 있고 적어도 다가올 수 십년 동안 계속될 것이다.