서 론

2017년 6월부터 금강 수계에 건설된 3개 대형보의 수문 이 부분 또는 완전 개방되어 관리수위가 단계적으로 최저 수위까지 낮아졌다. 세종보는 2017년 11월 부분 개방을 시 작하고 2018년 1월 완전개방을 실시하여 최저수위에 도 달한 후 현재까지 완전개방 상태를 유지하고 있다. 공주보 는 2017년 6월부터 수위를 낮추기 시작하여, 2018년 3월 완전 개방하였으나, 하류 백제보의 개방정도에 따라 수위 가 연동된다 (MOE 2019). 백제보는 2017년 11월부터 한 시적 개방을 실시하였지만, 2018년 동절기 용수공급을 위 해 수위가 재상승하였다. 이상과 같이 금강 3개보는 개방 의 폭과 시기는 다르지만 모두 1회 이상 완전개방을 실시 하여 세종보는 3.17 m, 공주보는 5.07 m, 백제보는 2.23 m 이상 큰 폭으로 수위가 하강하여 최저수위까지 도달하였 다.

수문 개방에 따라 보 수위가 내려가고, 저수지에 퇴적된 토사가 이동하면서 물속에 잠겨있던 하도 내 사주가 드러 나거나 새롭게 발생하여 3개보 모두에서 축구장 102배 크 기, 약 0.73 km² 면적의 다양한 형태의 모래톱이 증가한 것 으로 보고되었다 (MOE 2019). 이와 같이 보 수문개방에 따라 보의 상하류에서 다양한 형태의 하천사주가 나타나 면서, 금강 세종보에서는 멸종위기 야생생물 I급 흰꼬리수 리를 비롯해 II급 금개구리, 맹꽁이, 큰고니 등 다양한 생 물이 확인됐다. 특히, 모래가 깔린 여울에서 주로 서식하는 멸종위기 야생생물I급 흰수마자가 보 개방 후에 세종보 하류에서 다시 발견되었다 (MOE 2019).

이러한 현상은 해당 구간이 보 수문개방 전에는 수심이 깊은 정체 수역이었지만, 수문개방이후 사주와 수변공간 이 늘어나면서 생물서식 공간에 긍정적인 변화를 유도한 것으로 추측할 수 있지만, 아직까지 하천 사주의 증가에 따른 생태학적 효과를 분석한 국내 연구는 매우 미흡하다. 댐과 보 건설에 따른 지형 변화를 사주나 수역의 면적으로 파악한 국내 연구를 살펴보면, 만경강에서는 보 건설로 인 한 하도변화를 평가하기 위하여 저수로 폭, 최심선 길이, 식생사주, 모래사주, 수역면적 변화에 대해 영상 분석을 수 행하였고 (Hong et al. 2012), Ock et al. (2018)은 탐진강을 대상으로 보 건설 전후 사주의 면적과 하폭을 비교하였다. Park et al. (2008)은 안동댐, 임하댐, 합천댐, 소양강댐 등 21 개 댐 하류 하천의 사주면적 변화와 식생변화를 관찰하였 다. 이와 같이 기존의 연구들은 주로 보나 댐 건설 전과 후 의 하천 지형 변화를 분석하고 제시하는 데 그쳐, 수문개 방 이후의 지형 변화를 추정하거나 사주 지형의 생태계 효 과를 제시하는 데 한계가 있었다.

본 연구에서는 금강 수계에 건설된 대형 다기능 보인 세 종보, 공주보, 백제보를 대상으로 보 수문개방에 따른 하도 내 사주지형을 대상으로 보 건설 전, 보 개방 전·후의 수변 서식처 지형 변화를 파악하고자 하였다. 이를 위하여, 각 시기에 해당하는 3개보 구간의 고해상도 위성영상을 수집 하여, 위성영상 고유특성에 기반한 서식처 분류기준을 설 정하여 공간분석을 실시하였다. 이를 통하여 보 건설 및 보 개방에 따른 하도 내 수변 서식처 다양성 변화를 정성 적, 정량적으로 분석하였다.

연구 방법

1. 연구의 시공간적 범위

금강은 소백산맥의 하나인 신무산에서 발원하여, 용담 댐, 대청댐을 지나, 갑천, 미호천, 논산천을 합류한 후 하굿 둑을 거쳐 서해로 유입되는 하천 연장 397 km의 대하천으 로 (MOLIT 2002), 본 연구는 금강 중하류에 위치하고 있 는 3개의 대형보인 세종보 (SJ), 공주보 (GJ), 백제보 (BJ)를 대상으로 보 상·하류 약 10 km 구간을 공간 범위로 설정하 였다. 자세한 위치와 경계는 Fig. 1에서 제시하였다.

시간 범위는 보 건설 이전의 상태 (A), 보 건설 이후 관리 수위가 유지되는 시기 (B)와 보 수문개방 후 최저수위 시 기 (C) 등으로 구분하였다. 시간적으로 A시기는 2009년 이 전, B시기는 2013년 1월에서 2017년 6월까지의 기간, C시 기는 2017년 6월 이후에 해당한다 (Fig. 2).

광학위성영상의 종류와 이미지 자료는 위치와 시기에 따라 다르게 수집되었다. A시기 영상은 3개보 모두 한국 항공우주연구원의 KOMPSAT-2를 제공받아 2 m급 공간 해상도로 전처리하여 분석하였다. B시기의 세종보와 백제 보 구간의 영상은 1 m급의 고해상도 광학위성인 Pleiades- 1B호 영상을 활용하였고, 공주보 구간은 1 m급의 Triplesat 영상을 활용하였다. C시기는 세종보 구간은 Pleiades-1B호 영상을, 공주보 구간은 Pleiades-1A호 영상으로 분석하였 다. 그렇지만, 백제보 구간은 수문개방 시기와 일치하는 영 상이 없어 제외하였다 (Table 2, Fig. 2).

2. 서식처 분류

광학위성영상의 특성상 하도 내 육상공간 (하안사주, 하 중도 등)에서는 고유한 반사도 값을 이용하여 지상표면 의 고해상도 식별이 가능하여 단위 서식처의 세 분류가 가 능한 장점을 갖지만, 저수로 내 수중공간에서는 물의 표면 에서 발생하는 난반사로 인하여 세부 단위로 식별이 불가 한 제약이 있다 (Solbo and Solheim 2005). 따라서, 본 연구 에서는 하도 내 육상공간을 수변에 인접한 하안사주 (점 사주와 교호사주 등)와 저수로 내에 위치한 하중도로 구 분하였다. 그리고 이들을 다시 나지부 (bareland)와 초본부 (grassland), 목본부 (woodland), 웅덩이 (pond) 등으로 세 분류하였다. 그리고 하도 내 수역 (water)은 단일 분류하였 다. 따라서 본 연구에서는 위성영상자료를 기반으로 상기 와 같은 기준으로 하도 내 공간을 총 9개의 서식처로 구분 하여 적용하였고, 자세한 구분특성은 Table 2에서 정리하 였다.

하도의 분석 경계수위는 보 개방 전 관리수위 (B시기)의 저수로 선형을 기준으로 하였고, 수위변화에 따른 변동성 이 없는 고수부지와 제방부는 제외하였다. 저수로 경계의 내측을 기준으로 하천 내부의 서식처를 유형별로 분류하 고 면적을 산출하여 비교하였다.

결과 및 고찰

1. 금강 3개보 구간별 수변서식처 지형 변화

세종보 구간은 보 건설 전에는 사행의 내측에 위치하는 좌안부에 퇴적된 고정사주가 있었으나, 보 건설 후 관리수 위시에는 대부분 사라졌다. 보 개방 이후에는 세종보 지 점을 중심으로 보 상류에는 사주가 드러나고, 하류지역에 는 보 건설 전의 위치와 다른 지점에서 새로운 하중도가 발생하여 확장되었다 (Fig. 3a). 사주역 면적 추이를 보면, 보 건설 전에는 전체 면적의 13%를 차지하였지만, 보 건설 이후 6%로 감소하였다가 보 개방 이후 다시 22%로 크게 증가하였다 (Fig. 4a~c). 사주역에서 나지 비율은 보 건설 전 (43%)에 비해 보 건설 이후 (13%) 크게 감소하였으며, 보 개방 이후 다시 원래보다 크게 증가 (57%)하였다 (Fig. 4d~f). 이는 보 건설과 보 개방에 따라 사주의 면적 변화 뿐만 아니라, 서식처의 구조적 변화 (Fig. 4g~i)도 발생하고 있음을 보여주는 것이다.

공주보 구간은 금강의 사행부로서 보 건설 전에는 양안 에 고정사주와 교호사주가 넓게 분포하고 있었다 (Fig. 3b). 그러나 보 건설 후에는 보 상하류 모두에서 대부분의 사주 가 사라지면서 사주의 면적이 절대적으로 감소하였다. 그 렇지만, 보 개방 이후에는 주로 보 상류역의 만곡부 내측 에서 고정사주가 나타난 반면, 보 하류역에서는 사주가 나 타나지 않았다. 이는 보 건설 당시 하도 준설에 의해 물리 적으로 감소한 사주 지형이 단기성 수위 저하로는 아직 이 전의 상태로 회복되지 못하고 있다는 것을 보여준다. 사주 역 면적 추이를 보면, 보 건설 전 사주의 면적이 전체 면적 의 33%를 차지하였지만, 보 건설 이후 5%로 감소하였다가 보 개방 이후 다시 18%로 증가하였다 (Fig. 5a~c). 사주역 의 나지형 비율은 보 건설 전에는 대부분으로 (82%) 식생 이 정착되지 않은 높은 역동성을 보였으며, 보 개방 이후 에는 다시 72%로 증가하면서 새로운 사주가 만들어지고 있음을 보여준다 (Fig. 5d~h). 그렇지만, 이는 보의 상류 구 간에 한정해서 나타나고 있다 (Fig. 5d, g).

백제보 구간은 보 건설 전 (B)·후 (B)를 비교하였다 (Fig. 3c). 보 건설 전 사주의 면적이, 보 건설 이후 3%로 급감했 다 (Fig. 6a~c). 보 건설 전에는 전체 사행구간에서 사주가 넓게 분포하고 있으며 (19%), 이 중 나지형 사주가 대부 분을 차지했다 (89%) (Fig. 6c). 그러나, 보 건설 후에는 보 상·하류역 모두에서 거의 모든 사주가 사라졌고, 사주 면 적은 절대적으로 감소하였다 (Fig. 6d~f). 보 건설 후 남아 있는 일부 사주에서는 나지보다 초본역과 목본역의 비율 이 높아서 식생이 정착되었음을 확인하였다 (Fig. 6g~i).

2. 보 건설 및 수문개방에 따른 수변 서식처 다양성 변화 고찰

금강의 3개보의 건설 전 (A)·후 (B)를 비교하여, 보 건설 에 따른 하도 내 사주면적의 변화와 새로운 사주발생을 나타내는 나지형 사주의 변화를 정량적으로 살펴보았다 (Table 3). 보 건설 이후 사주의 면적비는 3개보 모두에서 감소하였으며, 나지형 사주도 거의 나타나지 않았다. 보 건 설 전에는 전체적으로 퇴적작용이 활발하여 사주가 폭넓 게 발생하였지만 (19%~33%), 보가 건설된 이후 3개보 모 두에서 사주지형이 거의 사라졌다 (3%~6%). 특히, 나지형 사주의 비율은 3개보 모두에서 1% 이하로 관찰되는 등 사 주의 흔적이 거의 보이지 않았다. 보 건설 이후 이러한 하 천 사주면적의 급격한 감소는 관리수위 유지로 인한 수위 상승뿐만 아니라, 준설에 의한 사주의 물리적인 감소도 중 요한 영향을 주었을 것으로 판단된다. 이 가운데, 공주보와 백제보에서 변화의 정도가 현저하게 나타났다. 이는 보 건 설에 따른 사주지형의 감소는 상류 세종보에서 보다 하류 공주보와 백제보에서 그 영향이 크게 나타난 것과, 특히, 공주보 하류에서 사주지형이 전혀 발견되지 않은 것은 특 이한 현상이라고 할 수 있다. 이는 앞에서 서술한 준설의 영향과 함께, 백제보의 관리수위 유지가 상류 공주보까지 파급되고 있음을 보여주고 있다.

세종보와 공주보의 수문개방 전 (B)·후 (C)를 비교하여 하도 내 사주면적의 변화와 나지형 사주의 발달을 살펴보 았다 (Table 3). 2개보 모두에서 수문개방 이후 사주의 면 적비는 크게 증가하였으며, 이 가운데, 나지형 사주의 비율 이 50%를 차지하는 등 보의 완전개방 이후 하천에서는 새 로운 모래톱이 발생했다는 것을 보여주고 있다. 특히, 세종 보에서는 수문개방 이후 보의 상·하류 모두에서 하중도를 비롯해서 다양한 사주가 발달했고, 서식처 다양성도 증가 한데 비해, 공주보에서는 보의 상류에서만 사주가 발생하 고 다양한 서식처가 발생한 반면, 보하류에서는 보 개방에 도 불구하고 서식처가 단순한 상태로 유지되었다. 이는 보 개방에도 불구하고 하류부의 관리수위 유지, 기 하도준설 의 영향이 복합적으로 작용한 것으로 보여진다.

댐과 보와 같은 횡단형 수리시설물이 유역에 건설되면 하천의 유속이 감소되고 수심이 증가하면서 수역이 정수 화되고 서식처 구조가 단순화된다 (Ock et al. 2019). 영주 댐 건설 이후 저서성대형무척추 동물의 분포의 변화를 보 면 유수성 환경을 선호하는 무리의 비율은 감소하고, 정 수역 환경을 선호하는 무리가 증가하였다 ( Jo et al. 2019). 또한 금강 백제보 건설후 N, P의 농도는 감소하지만, 수체 류시간의 증가로 Chl-a/TP 비는 크게 증가하는 등 이화 학적 변화도 보고되었다 (Kim et al. 2019). 그렇지만, 보 개 방에 따라 하천에 모래톱과 같은 사주지형이 발달하게 되 면, 사주의 평면부에서는 수중과 수변부에 다양한 미소 지 형을 포함하고 있어서 하도 내 서식처 다양성이 증가된다 (Takemon 2005;Fernald et al. 2006;Ock et al. 2015). 어류의 경우, 성어기에는 평상시 소에서 대기하며 이동하고, 치어 기에는 얕은 정체수역인 사주변습지나 웅덩이에서 생활 하며 (Scott and Nielsen 1989), 산란은 주로 용존산소가 풍 부한 여울에서 한다 (Gordon et al. 2004). 이와 같이 어류의 생활사에 따라 다양한 서식처를 필요로 하므로 서식처 다 양성은 생물의 생활사를 완성시켜 보호종을 유지하는 데 필수적 요소가 된다. 또한 사주를 횡적으로 보면, 홍수기에 수위가 높아지면 수역과 둔치와 일시적으로 연결되어 수 생태계와 육상생태계 간의 생물 이동과 물질 교환이 이루 어지는 통로가 된다. 그리고 이후 수위가 다시 내려가면서 둔치에는 수면과 단절된 웅덩이가 형성되고 이는 특별한 서식처 조건을 나타낸다. 이와 같이, 보 개방에 따라 발생 한 모래톱과 같은 사주지형은 다양하고 특별한 서식처 구 조를 조성하여 보호종 유지와 생물종다양성 회복에 긍정 적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대한다.

적 요

금강 수계의 대형보가 2017년 6월부터 수문을 개방하기 시작하면서, 보의 상·하류에 다양한 모래톱이 드러나거나 새롭게 만들어지면서, 하천사주 지형의 생태계 가치를 파 악하는 연구가 요구되었다. 본 연구는 세종보, 공주보, 백 제보 구간을 대상으로, 광학 위성영상 공간분석을 통하여 보 건설 전, 보 건설 이후, 보 수문개방 후의 하천의 수변 서식처 지형 변화를 분석하였다. 위성영상은 물의 난반사 로 인하여 수중공간을 구분할 수 없는 한계로 인하여, 수 역은 단일 분류하고, 육상역인 하안사주와 하중도를 나지 부, 초본부, 목본부, 웅덩이 등으로 세분류하여 총 9개의 서 식처로 분류하였다. 그리고 이러한 분류 기준을 적용하여 위성영상을 공간분석하여 단위서식처를 추출하고 그 면 적비를 산출하였다. 보 건설 전·후를 비교한 결과, 보 건설 전에는 3개보 모두에서 전구간에서 사주가 폭넓게 발생하 였지만, 보 건설 후에는 대부분의 사주면적이 급감하였으 며, 특히 나지형 사주는 거의 사라졌다. 이러한 효과는 하 류 공주보와 백제보로 갈수록 더욱 두드러진 경향을 보였 다. 그러나, 수문개방 이후에는 다시 사주의 면적비는 증 가하였고, 이 가운데 나지형 사주가 높은 비율을 차지하였 다. 이는 상류 세종보에서 가장 효과가 크게 나타났다. 이 러한 연구결과를 통해서 우리는 금강수계에서 보 건설에 의한 서식처 감소효과는 수계의 하류로 갈수록 크고, 보 개방에 따른 서식처 회복은 수계의 상류로 갈수록 효과가 크게 나타난 것을 발견하였다. 앞으로 서식처다양성과 생 물다양성 간의 관계 연구를 통하여 조절하천의 자연성 회 복과정을 체계적으로 규명할 수 있기를 기대한다.