지표수-지하수 혼합대의 환경측면 및 관리범주 연구

Title
지표수-지하수 혼합대의 환경측면 및 관리범주 연구
Authors
현윤정; 김윤승
Co-Author
이현우; 이하정; 안정이
Issue Date
2013-12-31
Publisher
한국환경정책·평가연구원
Series/Report No.
연구보고서 : 2013-12
Page
110 p.
URI
http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/20054
Language
한국어
Keywords
지표수-지하수 혼합대, 환경측면, 오염물질 저감, 생태계서비스, 하천관리, Surface water (SW)-groundwater (GW) Mixing Zones, Hyporheic, Eco-service, Natural Attenuation, Environmental Aspect
Abstract
지표수-지하수 혼합대는 지표수와 지하수의 혼합이 일어나는 하천 바닥이나 주변 지층을 의미하며, 활발한 물질순환이 이루어져 생태학적 추이대가 형성되고 이로 인한 자연저감 또한 발생하는 구간이다. 이러한 다이내믹한 순기능을 지닌 지표수-지하수 혼합대는 일찍이 외국에서부터 연구되어져 왔으나, 국내의 경우 혼합대의 환경적 중요성 인식이 부족하고 전문가와 정책결정자 및 이해관계자 간의 이해도또한 부족하며, 2000년대부터 수행된 관련 연구 또한 매우 산발적이다. 따라서 본 연구에서는 혼합대 보전·관리의 중요성과 필요성 제고를 위한 종합적인 기초자료 확보를 목적으로 혼합대의 다양한 정의와 환경 측면에 대해 고찰한 후, 환경관리 관점에서 지표수-지하수 혼합대를 정의하고 관리범주 및 대상을 설정하였다. 먼저 국내외적으로 다양한 시각에서 정의되고 있는 혼합대를 관리의 관점에서 1) 지표수-지하수 경계의 퇴적물 또는 지층, 2) 지표수와 지하수의 혼합이 일어나는 곳, 3) 생태학적 추이대가 형성되는 곳과 같은 세 가지 특성을 가지는 구간으로 정의하였다. 가장 기본적이면서도 중요한 혼합대의 환경측면은 혼합대가 지표수와 지하수가 연계되는 매개체라는 점이다. 혼합대는 지표수와 지하수의 수교환을 통해 하천유량과 홍수 관리를 할 수 있다. 또한 혼합된 양상과 그 정도에 따라 혼합대 내 수온에 영향을 미치는데 이는 생태계에 중요한 역할을 한다. 혼합대의 중요한 기능 중 하나는 수질 조절기능인데, 혼합대 내 활발한 물리적, 화학적, 생지화학적 기작에 의해 질소, 중금속, 방사성 물질, 유기오염물질 등의 유해 물질을 자연저감 된다. 또한 혼합대는 지표수와 지하수의 수교환에 의해 용존된 영양염류의 혼합을 일으켜 생지화학적 구배를 형성하고 이에 따라 산소와 질소, 탄소 등의 물질순환을 발생시킨다. 하천 바닥에서의 지하수 용승 및 침강 작용의 반복은 저서생물과 간극생물들의 서식지와 특정 어류의 피난지 및 산란지를 제공하여 혼합대 내 생물의 다양성 및 특이성에 기여한다. 이처럼 혼합대는 지표수나 지하수와 차별된 환경측면을 지니고 있으며 이는 생태계서비스의 조절 및 지원기능과 부합한다. 이러한 혼합대의 환경적 기능을 효과적으로 보전 및 관리하기 위해 국내 혼합대 사례를 분석하여 하천을 자연하천, 자연형 하천, 정비 하천으로 분류하고 이에 따른 혼합대의 특성에 따라 혼합대의 개념모델을 제시하였다. 또한 혼합대의 효과적인 보전, 관리를 위해 혼합대의 정의와 환경측면에 근거하여 혼합대를 구성하는 물리적 매체와 가장 기본이 되는 하천과 지하수의 수문학적 연계성, 생태계를 주요 관리범주로 선정하고 범주별 관리대상을 제시하였다. 매체와 관련된 관리대상은 하상퇴적토, 하상 퇴적물, 하안, 대수층, 하상퇴적구조, 하천 지형, 생태하천 복원 공법 등으로 제시하였고, 지표수-지하수 연계성 범주에는 하천 및 지하수의 수위 및 수질, 하천구조물, 지하수 이용, 토지 이용, 주변지역의 식생, 생태계, 오염원, 생태하천 복원공법을 관리대상으로 제시하였다. 마지막으로 생태계 범주의 관리대상으로 생물종과 기능성 미생물을 제시하였다. 마지막으로 본 과제의 정책적 촉구를 위해 종합적인 기초자료를 확보할 수 있는 향후 연구과제의 로드맵과 세부과제를 제시하였다. 본 연구는 향후 지표수-지하수의 통합 환경관리에 있어서 지속가능한 지표수-지하수 혼합대 보전·관리 정책개발의 근거를 마련하고 관련 분야의 연구 활성화에 기여할 것으로 기대한다.


The hyporheic zone (HZ) is often referred to as a streambed or adjacent geological formations where surface water (SW) and groundwater (GW) mix. It is also described as an ecotone between SW and GW, in which exchanges of water, nutrients, and organic materials occur due to hydraulic and chemical gradients, topography, and sediment lithology. Research on hyporheic zones was initiated in the early 1950s by ecologists for its ecological importance, and numerous studies have been done in the areas of ecology, hydrology, and hydrogeology. Recently, environmental uniqueness and natural attenuation functions of some contaminants in this zone have become more recognized. Unfortunately, however, the existence of HZs is not so recognized and little attention has been paid to hyporheic studies in Korea. This corresponds to the lack of a foundation for academic research and policy establishment. This study aims to draw attention to HZs from environmental scientists and policy makers by reviewing previous studies and summarizing the related environmental aspects. For management purposes, based on various hydrologic, hydrogeologic, biochemical and ecological features in HZs, we define HZs as : 1) Subsurface deposits or geological formations at SW-GW interface 2) Areas where SW and GW mixing occurs 3) Areas where ecotone is formed A basic essential is that HZ is a medium that connects surface water with groundwater. HZs can control stream-flow and floods through water exchange, and water exchange influences its temperature, thus affecting ecosystems. One of the important functions of HZs is water quality control. Nitrate, heavy metals, radioactive material and organic pollutants are naturally reduced by the active physical and biogeochemical processes. Dissolved nutritive salts in HZs also create biogeochemical gradients and cause circulation of C, N and O. Repeated upwelling and downwelling in HZs contribute to providing habitat and refuge for benthic and interstitial organisms and a spawning ground for certain species of fish, so biological diversity and particularity are observed in HZs. As such, the HZ possess its own distinctive environmenal aspects and needs to be managed. For effective management, we propose conceptual models of HZs and categories of management objects. Conceptual models are associated with HZs associated with internal natural stream, restored stream, and regulated stream. Principal management categories of HZs are set up as physical media of HZs, hydrologic connectivity between SW and GW, and relevant ecosystem based on the definition and environmental aspect of the HZs. Furthermore, the management objects for the media were suggested as stream channel deposit, streambed sediment, riverbank, aquifer, streambed sedimentary structure, river topography and method of ecological stream restoration. For the SW-GW hydrologic connectivity and ecosystem, they were water level and quality of stream water and groundwater, river structure, use of underground water, land usage, neighboring vegetation, ecosystem, pollution source and method of ecological stream restoration, and species resource and functional microorganism, respectively. From these results, future tasks are also derived to secure basic data and urge the establishment of policies. This study contributes to the policy development of sustainable conservation and management of SW-GW mixing zone for integrated environment management and invigoration of related studies.

Table Of Contents

제1장 서 론
1. 연구의 필요성 및 목적
가. 외국 연구동향
나. 국내 연구동향
다. 연구의 필요성 및 목적
2. 연구 범위
가. 내용적 범위
나. 시·공간적 범위
3. 연구 구성 및 방법

제2장 지표수-지하수 혼합대의 정의
1. 생태학적 정의
2. 수문학적 정의
3. 수리지질학적 정의
4. 지표수-지하수 혼합대의 용어 및 정의

제3장 지표수-지하수 혼합대의 환경측면
1. 지표수와 지하수의 연계 매개체
2. 하천 유량 조절
3. 수온 조절
4. 수질 조절
가. 탈질화
나. 중금속 저감
다. 방사성 물질 저감
라. 유기 오염물질 저감
5. 물질 순환
가. 질소
나. 탄소
다. 인
6. 생물의 서식지, 피난지, 산란지 제공
가. 생물의 서식지와 피난지
나. 어류의 산란지
다. 기능성 미생물 서식지
7. 생물 다양성 및 특이성
8. 지표수-지하수 혼합대의 환경측면

제4장 국내 지표수-지하수 혼합대의 개념모델 및 관리범주
1. 국내 지표수-지하수 혼합대 사례
가. 한강 수계
나. 금강 수계
다. 낙동강 수계
2. 국내 지표수-지하수 혼합대 개념모델
가. 자연하천 혼합대
나. 생태하천 또는 자연형 하천 혼합대
다. 정비하천 혼합대
3. 지표수-지하수 혼합대 관리대상 범주
가. 지표수-지하수 혼합대 관리대상 범주
나. 관리범주별 관리대상

제5장 지표수-지하수 혼합대 관련 향후 연구과제
1. 국내 지표수-지하수 혼합대 관련 연구 및 사업
가. 하천관련 연구사업
나. 토양·지하수관련 연구사업
다. 수변구역관련 연구사업
라. 습지관련 연구사업
2. 기존 연구 및 사업 분석
3. 향후 연구과제

제6장 결론 및 제언

참고문헌

Abstract

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