하천 생태적 복원 고려, 반드시 친자연형 공법 적용독일·스위스·오스트리아 등 유럽국가 1980년대부터 시행
이들 국가는 일찍부터 하천의 환경(친수)기능의 필요성을 인식하고 ‘근자연형 하천공법’이라는 이름으로 자연형 하천으로의 보전과 복원에 노력을 기울여 왔다. 이것이 1980년대 일본에 도입되어 ‘다자연형 하천공법’으로 발전하게 되었다.
유럽의 독일, 스위스, 오스트리아, 영국 및 미국과 일본을 중심으로 자연형 하천으로의 복원 및 보전사례들을 살펴보도록 한다.
인근 주민 적극적인 동참 유도
스위스의 ‘재생과 생물공학적 공법’, 독일의 ‘하천의 재자연화’및 ‘근자연형 하천공법’, 일본의 ‘다자연형 하천공법’ 등으로 비록 명칭들은 다르지만, 이미 하천복원으로 큰 전환이 이루어진 상태이며, 하천개수 및 정비공사시에는 하천의 생태적 복원을 고려하여 반드시 자연형 하천공법을 적용하도록 하고 있다.
▲쮜리히주 Haselbach의 정비후 모습.
이들 국가에서 하천의 생태적 복원사업의 내용으로 언급되고 있는 내용은 다양하지만 몇 가지로 요약될 수 있다. 첫째, 돌출수제를 사용하여 홍수류를 완화시켜 살아있는 식물 혹은 목재 등 부드러운 자연소재 도입 가능성을 높인다.
둘째, 종(從) 방향으로 유로를 사행화하는데, 하도를 사행화하는 것이 여의치 않을 때에는 저수로를 사행화하고, 저수로변의 미지형을 다양하게 하며, 횡(橫) 방향으로는 저수로변의 호안을 식생호안으로 조성하여 경관 및 생물서식 환경을 개선시키고, 제외지 및 주변을 녹화한다.
셋째, 수직방향으로는 낙차공 등 콘크리트 횡 구조물을 제거하고 거석으로 경사수로를 만들어, 경관을 개선하고 어류의 이동 장애물을 제거하며, 횡 구조물의 제거가 곤란한 경우에는 어도를 설치한다. 넷째, 하상에는 여울과, 소, 하중도 등 다양한 미지형이 자연 발생하도록 하며, 사회운동의 성격을 띠고, 인근 주민의 적극적인 동참을 유도한다.
하천 직선화 배제·자연적 형태 최대 고려
■ 독 일 라인란트 팔쯔주(州)에서는‘푸른운동’즉, 하천복원운동(Action Blau)을 전개했다. 이 운동은 환경·산림부의 운동 프로그램으로서, 주된 목표는 자연에 근접한 하천의 상태를 복구하는 데에 있으며, 하천만을 다루는 것이 아니라 항상 하천의 주위환경까지도 다루며, 하천과 하천변은 인간에게 특별한 생태학적인 의미를 지니고 있다고 여김으로써 물과 초지가 사람들에게 생태학적으로 유익한 특수한 작용을 다시 할 수 있도록 하고자 한 운동이다.
이 운동에서는 주 정부와 군 및 지역 자치단체들의 모든 활동, 그리고 하천(물)의 복구에 관심을 갖고 있는 모든 시민들의 활동을 포괄함으로써 자연형으로의 하천복원을 촉진토록 하고 있다.
특히 독일에서 시행하고 있는 ‘근자연형 하천공법’(Naturnher Wasserbau)은 하천생태계의 자정능력을 복구하고 하천생태계의 복원을 목적으로 하천유역 전체를 대상으로 하는 정비공사 및 유지관리를 위한 토목공법을 총칭하는 것으로, 하천의 직선화 배제, 자연적 형태 최대한 고려, 유수지 및 홍수지 적절 배분 및 도시 중·소하천의 자연복원사업은 하천을 중심으로 한 도시의 종합적 자연복원사업이 되도록 추진하고, 하상의 변화에 관련한 충분한 자료를 확보하기 위한 기초사업을 실시하여 장래 하상변화를 예측함으로써 자연적으로 하상복원이 되도록 하고 있다.
투입재료는 가급적 자연재료를 사용하며, 고수부지 등 하천 내 형성된 각 형태물을 치수기능과 적절한 조정을 통해 자연생태계를 배려하고, 수변공간의 보전 및 이용에 관한 합리적 계획을 도출하고 있다.
독일의 대표적인 자연형 하천정비 사례로는 Baden주의 Enz 강으로, 직강화된 Enz 강을 인공적으로 사행화하기 위해 Karlsruhe공과대학에서 수리·수문·생태학적 연구결과에 의하여 저수로, 경사면, 주변에까지 다양한 모형을 사용하여 하천의 자연성을 회복하도록 노력한 결과, 단조로운 하천단면에서 자연생태계가 복원되고 하천주변의 환경이 생태계보전 지구로 변화함과 아울러, 하천주변의 공원과 연계하여 자연과 인간이 공존하는 공간으로 변화되었다.
20여개 하천정화 프로젝트 성공적 실현
■ 스위스 스위스는 자연에 가까운 도시 소하천 조성을 위해 자연석과 들풀, 야생화 등을 심고, 소하천을 따라 숲을 조성했다. 또 산과 도심을 연결하는 길을 만들어 휴식공간을 조성했고, 하천주변에 소규모 하천 처리장을 많이 건설하여 하천의 건천화를 방지하고, 상류의 깨끗한 물을 직접 흐르게 하여 하천수질을 개선하고 있다.
스위스에서는 직선화된 하천과 복개된 소하천을 본래 상태로 되돌리기 위한 많은 실험을 수행하였는데, 쮜리히주에서는 1985년부터 지금까지 20여개 이상의 크고 작은 프로젝트가 성공적으로 실현되었고, 이들 하천 프로젝트에서 다양한 경험을 얻어 계획과정의 철저한 검토와 하천보호의 미학적 관점, 자연에의 근접성, 안전성 그리고 기술적 요소들을 제반 고려하여 자연형 하천정화업을 추진하고 있다.
특히 쮜리히주 ‘Haselbach’은 버드나무 등을 이용하여 저수로를 사행화시키면서 정비하는 생물학적 하천정비공법을 적용, 살아있는 버드나무를 직접 저수로에 사용하는 방법과 살아있는 나뭇가지를 죽은 나무 뒤에 식재하는 방법을 저수로의 수면과 닿는 부분에 적용하여 나무의 최적 성장환경을 조성, 유수의 체류시간 향상, 강가에 그늘 형성, 수초의 번식으로 수온상승 억제, 수중생물과 육상조류의 휴식장소로 이용효과를 가져오고 있다.
또 홍수피해가 큰 sihl 강(쮜리히주)에서는 주변시설물을 보호하기 위해 석재를 이용한 수제공법을 적용했다. 여러개의 수제를 설치하여 견고한 호안을 조성한 결과, 수제의 배후는 완류부가 되어 하안이 보호되고, 물고기의 피난처 및 식생의 근거지로 이용되었다. 또한 수제를 이용하여 주위 자연경관과 조화를 이루게 했다.
쮜리히주 Toss 강의 ‘Reuss’에서는 석재나 콘크리트를 이용하여 견고한 호안을 조성했고, 하천 인근에 인공유수지를 만들어 하천의 수위를 간접적으로 상시 측정했으며, 홍수시에는 유수지로 사용하도록 했다. 이 공법은 홍수류가 강한 하천의 특성을 고려한 공법으로 조성결과, 하천의 통수 및 친수기능을 상호 보완하여 호안을 보호하는 역할을 하고 있다.
서식처 가용성·수중 유기체 획기적 개선
■ 오스트리아 오스트리아의 짤스부르크는 알프스산맥 북쪽 기슭에 있는 도시로서 모차르트의 출생지로 유명하다. 이 도시에는 소하천인 Alterbach 강이 시내를 관류하고 있으며, 이 하천은 1940년대 나치시대에 하천의 이수·치수기능을 위해 정비되었다. 그러나 1980년대 후반에 들어 지역 주민들의 하천복원에 대한 욕구를 만족시켜 주기 위해 치수기능 유지와 생태 서식처의 개선을 목표로 하천복원 사업을 시작했다.
사업 후 생물과 무생물의 특성을 고려한 학제간 모니터링 결과에 의하면, 복원사업이 생물서식처 가용성을 증가시킨 것으로 나타났다. 이 사업에 의해 100년 빈도의 홍수에 견디어냄과 동시에 자연에 가까운 서식처 조건이 달성된 것으로 나타났다.
이 하천은 유역면적 30.2㎢, 길이 10.5km, 낙차 186m 정도의 급경사 산지 하천으로 때로는 매우 큰 홍수가 발생한다. 복원사업 대상 구간의 길이는 1.2km, 하상경사는 1천분의 8 정도이다. 복원사업에는 하천정비 사업 전 19세기 하천지도를 참조하여 만곡을 조성했다.
이 하천의 구체적인 복원대책은 △하천의 만곡을 살리기 위해 가능한 주변 토지구입 △종단변화와 하폭의 변화 △얕은 구역을 만들기 위해 하폭의 확대 △수심변화의 조정 △깊게 놓인 안정공(安定工, Stabilization Elements)을 이용한 하도 형태의 자동조절 △초기 식생과 물가 그늘의 조성 △강턱의 변화(급함과 완만함) △하상의 변화(교란요소의 조성) △하수의 경감 △위락기능, 자전거, 출구 등의 조성 등이다.
Alterbach 강 복원사업은 자연에 가까운 하천형태의 조성으로 생태계 기능을 회복하고 동시에 친수성을 증진시켰다는 점에서 긍정적으로 평가되고 있다. 비록 하천변 도로, 자전거 도로, 건물, 기타 기존시설에 의해 완전한 하천복원이 되지 못하였지만 자연형 하천공법의 적용으로 서식처 가용성과 수중 유기체는 분명히 개선된 것으로 나타났다. 동시에 통수능도 유지되고 있다. 그러나 완전한 의미의 하천복원을 위해서는 장차 하천부근의 토지를 수용하여 하천에 편입시키는 노력이 필요하다.
이수·치수·생태적 요소 종합적 배려
■ 영 국 영국의 자연형 하천정비 기본개념은 자연형 하천 종합정비, 치수 및 이수기능 증진과 함께 하천 환경기능, 특히 생태계 요소를 종합적으로 적극 배려해 시행하고 있다.
하도내 자연형 하천정비공법은 부분준설(Partial Dredging/Desilting), 하상굴삭(Deepening Channels with or without some Widening), 협수로 조성(Narrowing Channels), 사주(砂州, Shoals), 여울·소·기저층 보전 및 복원공법이 있다.
하상굴삭의 경우 홍수 소통에 반드시 필요한 곳에 자연생태계 및 경관을 고려하여 적용을 하고 있으며, 협수로 조성은 하상을 준설하여 수변에 성토하여 협수로를 만들거나 하도내 하중도를 조성하여 하천의 흐름을 빠르게 하고 있다. 사주는 평균 하상경사보다 윗부분에 위치한 퇴적지역을 말하는 것으로 첩수로 또는 협수로 조성과정(하중도와 소(Pools) 등)에서 만들어지고 한다.
저수로 호안공법으로는 수제의 보전 및 창출(Retention and Creation of Margins), 샛강 및 얕은 만 조성(Backwaters and Bays), 복단면 조성(Multi-stage Channels), 만곡부의 정비(Bend Reprofiling) 등이 있다.
수제의 보전 및 창출공법의 수제(Margins)는 수면과 제방의 경계부분으로써 이는 수변의 생태계 뿐만아니라 어류 및 경관에도 매우 중요하므로 준설시와 제방 축조시 수제를 최대한 보전하거나 조성해준다. 샛강 및 얕은 만 조성은 홍수시 임시 홍수소통 및 저류에 도움이 될 뿐만 아니라 홍수 및 물 오염 사고시 어류의 피난처가 되며, 다양한 생태계 서식환경을 조성해준다.
또 복단면 조성공법은 자연에 가까운 하천 복단면으로 하천을 정비할 때 저수로에 있어 직선화가 아닌 굴곡성을 반영하면서 구간마다 다양한 복단면의 형태를 취하며, 만곡부의 정비공법은 자연상태를 최대한 유지하거나 창출하면서 제한적으로 추진하고 있다.
하천 경사 변경하는 대형 토목사업 지양
■ 미 국 미국 미시시피주 북부에 있는 Hotophia Creek에 대해 국립 유사실험실(NSL)에서 1991∼1993년 사이에 수행된 하천복원 시험(Shields 등, 1995)을 했다. 그 결과에 따르면 상류 유역에서 인간활동으로 토지이용과 흐름이 변화하여 하류 하천의 하상과 강턱이 침식(Incised) 되어 하천 서식처가 악화되어 생태계는 물론 심미적으로도 문제가 되었다.
▲미시시피주 북부에 있는 Hotophia Creek의 복원 후의 모습.
시험하천 구간의 상류 유역면적은 91㎞, 만곡도는 1.2, 하폭은 44∼77m, 하도 깊이는 3∼4m, 최심선 경사는 0.0011, 하상 재료는 중앙 입경 0.2∼0.56mm의 모래, 평균 유량은 1.9㎥/s, 연평균 비유사량은 985톤/㎢/년이다. 이 유역은 1830년대 이주민들이 정착한 후 산림벌채와 개간 등 토지이용의 급격한 변화로 하류 하천은 퇴적되어 하상이 높아지다가 1930년대 이후 하천정비와 홍수 조절용 저수지 축조 등으로 하류 하천은 하도와 하상이 다시 침식되기 시작했다.
이러한 하천 침식은 두부 침식, 만곡도의 축소와 하도 확대 등으로 나타났다. 이에 따라 1976∼1991년 사이 하상은 평균 1.2m가 저하되었다. 이러한 하천변화는 결과적으로 생태 서식처를 악화시켰고, 하천에 대한 친수성 또한 낮아졌다.
이 시험 사업에서는 사석과 생물 재료를 이용한 하천의 안정과 생태 서식처의 복원, 그리고 친수성 향상 등을 사업의 목적으로 두었다. 그러나 경제성 면에서 비용이 과다하게 소요되는 것은 고려하지 않았다.
하천복원 설계의 기본개념으로 △비용 절감을 위해 하천 경사를 바꾸거나 만곡도를 늘리는 대형 토목사업 지양 및 기존 수제를 활용하고 △기존 사석 수제를 연장하여 여울과 소를 조성하되, 흐름 방향과 반대 방향으로 교대로 경사지게 설치하고 △수제의 연장으로 인해 생길 수 있는 맞은 편 강턱의 불안정을 막기 위해 강턱 밑에 사석 호안을 하고 △호안 주위와 사주(Sand Bars)에 토종 버드나무(Salix)를 삽목하는 것 등을 채택했다.
또 길이가 연장된 수제는 최심선의 만곡을 유도, 수제 뒤로 소(沼)를 형성하고, 물가 식생은 수중에 유기물 공급과 그늘을 만들어준다는 점에서 중요하다. 또한 하도 내 식생은 유사의 퇴적을 유발하여 다른 식생의 자연 활착을 도와준다. 물가 식생 활착을 위해 총 3천445개의 휴면 버드나무 삽목을 심었다. 삽목의 직경은 2∼25cm, 길이는 150∼180cm 정도이며, 시험구간의 주위 1km 범위에서 잘라서 그 날로 삽목했다. 삽목 위치는 강턱 밑 끝 사석의 바로 뒤, 사주, 수제가 강턱과 만나는 곳 주위 점착성 강턱 등이다.
하천복원 시험의 성과를 평가하기 위해 사업 전후에 걸쳐 자료를 수집했다. 복원공사는 1992년 2월에 시작하여 1993년 3월에 끝났다. 하천단면은 100m 간격으로 12개 단면에 대해 사업 전·후 측량을 했다. 물고기는 100∼137개의 격자점에서 1991∼1994년에 주기적으로 조사했다.
공사가 끝난지 10일만에 최대유량 380㎥/s의 강턱 유량에 가까운 홍수가 났다. 그러나 모니터링 기간 중 하천 단면의 변화는 거의 없었다. 기저 유량에 의한 평균 수심은 전체적으로 공사 후 처음 1년은 9cm에서 22cm로 대폭 늘었다가 그 다음해부터 15cm 정도를 유지했다. 어류 서식처 조사결과 수제가 만든 세굴공에서 개체수, 종의 수, 평균길이 등이 3∼5배 정도 크게 증가했다. 구체적으로, 종의 수와 물고기 평균길이는 약 50% 증가했으며, 채집된 물고기 수는 사업 전 300마리 수준에서 사업 후에는 1천마리 수준으로 3배정도 늘었다. 세굴공의 깊이도 32cm에서 84cm 정도로 크게 늘었다가 나중에 약간 줄었다. 이러한 세굴공 깊이의 감소는 시간이 감에 따라 돌 수제 바닥의 세굴로 수제가 점차 주저앉았기 때문이다.
이번 시험사업으로 하천의 단면형, 하상재료, 마찰계수 등의 변화는 거의 없었던 반면에, 식생을 지탱하는 물가 사주(Sandbars)의 길이는 두 배로 늘었고, 세굴공의 확장 등으로 물고기 수도 3배로 늘었다. 그러나 일부 수제는 주저앉아 제대로 역할을 하지 못했다.
따라서 수제 마루의 높이는 1m에서 2m 정도로 늘리는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 강턱 밑의 사석은 대부분 제 기능을 발휘했고, 퇴사는 자연적으로 묻혔다. 여기서 강턱 밑에 심은 버드나무는 1.5m 정도 깊이로 심으면 사석 없이도 홀로 침식에 저항할 수 있는 것으로 나타났다.
다양하고 풍요로운 자연환경 조건 창출
■ 일 본 유럽에서 ‘근자연형 하천정화사업’의 효과가 입증됨에 따라 일본에서는 ‘청류 르네상스21’ 프로젝트의 일환으로 ‘다자연형 하천정화사업’이라는 용어로 그 기술을 도입·추진했다. 이는 하천이 본래가지고 있는 생물의 양호한 생육환경을 배려함과 아울러 아름다운 자연경관을 보전 및 창출하는 하천정비라고 정의했다.
▲친수기능형으로 복원된 일본 하천.
즉, 다자연형 하천정화는 치수기능의 정비를 중심으로 해서 풍요로운 자연과 하천경관의 보전, 재생 및 창출을 위한 다양하고 풍요로운 자연환경조건의 창출을 기본이념으로 하고 있다.
다자연형 하천정화사업의 적용 사례를 보면, 매전천의 경우 주변의 풍부한 생태계와 조화되는 하천을 조성했다. 단차 1m의 낙차공을 경사식으로 조성했고, 평상시 수심저하를 방지하는 저수지로를 설치했다. 지별천의 경우 연어 등 회유성 어류의 이동 고려 및 경관을 조성했는데, 회유성 어종의 서식처 제공과 이동을 위해 하천전부를 계단식으로 만든 것은 물론 어도 조성, 각 단의 못에는 여울이 형성되는 구조로 만들었다.
이따찌천은 하천의 사행화 특성을 재현 및 여울과 소를 형성했다. 하천 하도 중앙부를 계획 하상고보다 0.3m 높게 복토를 했으며, 저수로를 자연하천과 같은 유로(사행, 언, 주)로 조성했다. 또 인정천은 비효율적인 계단식 어도를 철거하고 여울과 같은 형태로 하천 전면에 어도를 설치했으며, 일판천은 유속을 30cm/sec 이하로 억제하고 하도 사행화, 강주변 초지화, 그늘 조성 및 곤충류 서식처로 제공하고 있다.
목회천의 경우 잠자리 서식을 고려한 5천톤 용량의 인공호수를 조성했으며, 다다치천은 강 주변의 본래 경관을 유지하고 하천 둑의 법면부는 갈대 등으로 보전하는 자연 체험학습장을 조성했다.