하천공학
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1. 개요
하천공학은 하천의 특징, 유역 및 유량, 흐름의 변화, 유사(Sediment) 등을 연구하며 하천 정비 및 운하화, 하구 정비, 하천 공학의 역할을 수행하는 토목공학의 한 분야이다. 하천의 크기는 조수의 한계를 넘어서며 유역의 크기와 강수량에 비례하는 방류량을 갖는다. 하천 정비는 홍수 방지, 항해, 농경지 확보 등을 위해 수행되며, 하천 운하화는 수위를 조절하여 항해 가능한 깊이를 확보하는 데 사용된다. 하천 공학은 수리학, 치수, 이수, 환경 분야를 포함하며, 홍수와 침식으로부터 보호하고 물과 토사를 적절히 이용하며 하천 생태계를 보전하는 역할을 한다.
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| 하천공학 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 하천의 흐름, 특성 또는 경로에 대한 인간의 개입을 연구하는 학문 |
| 관련 분야 | |
| 관련 분야 | 수리학 지질학 생태학 환경 과학 토목 공학 |
| 목적 | |
| 주요 목표 | 홍수 조절 수로 유지 농업 용수 공급 수력 발전 생태계 복원 |
| 기술 | |
| 주요 기술 | 댐 건설 제방 건설 하천 직강화 하상 준설 어도 설치 |
| 환경 영향 | |
| 주요 영향 | 생태계 파괴 수질 오염 토양 침식 지하수 고갈 |
| 관리 | |
| 관리 방법 | 비점 오염원 관리 수문 변경 관리 서식지 변화 관리 |
| 기타 | |
| 관련 정책 | 미국 환경 보호국(EPA)의 비점 오염원 관리 지침 수문 변경으로 인한 비점 오염 관리 대책 |
| 참고 문헌 | |
| 참고 문헌 | U.S. Environmental Protection Agency (EPA), Guidance Specifying Management Measures for Sources of Nonpoint Pollution in Coastal Waters, 1993 EPA, Nonpoint Source: Hydromodification and Habitat Alteration, 2016 EPA, National Management Measures to Control Nonpoint Source Pollution from Hydromodification, 2007 |
2. 하천의 특징
강의 크기는 조수의 한계를 넘어서며, 평균 담수 방류량(수문학)은 유역의 크기와 강수량에 비례한다. 이 물은 계곡 바닥의 강 수로를 통해 바다로 운반된다.[4]
강 공학에서는 홍수 시 발생하는 엄청난 양의 쇄설물이 또 다른 심각한 문제이다. 쇄설물은 주로 빙하, 결빙, 비에 의해 계곡 상류의 표면층이 붕괴되어 발생한다. 해류의 물질 운반 능력은 유속에 따라 다르다. 강의 상류에서는 급류로 인해 바위, 큰 암석 등을 운반할 수 있으며, 이러한 물질은 점차 마모되어 셰일, 자갈, 모래, 실트로 변한다. 따라서 일반적으로 급류로 인해 높은 곳에서 내려오는 대부분의 물질은 본류에 의해 바다로 운반되거나, 홍수 동안 평평한 충적 평야에 부분적으로 퇴적된다.[4]
2. 1. 유역 및 유량
강의 유역은 분수계(북미에서는 "분할"이라고 함)로 경계가 정해진 넓은 지역으로, 강우는 계곡의 가장 낮은 부분을 통과하는 강을 향해 흘러내리고, 분수계의 먼 경사면에 내리는 비는 인접 유역을 배수하는 다른 강으로 흘러간다.[4] 강 유역은 국가의 구성에 따라 다르며, 해안 근처의 높은 지대에서 시작하여 바다로 곧장 흐르는 작은 하천의 유역부터 내륙의 산맥 경사면에서 시작하여 바다에 도달하기 전에 광대한 계곡과 평야를 통과해야 하는 거대한 대륙의 거대한 지역까지 다양하다. 어떤 국가의 가장 큰 강 유역의 크기는 그것이 위치한 대륙의 범위, 강이 일반적으로 발생하는 산악 지역 및 흐르는 바다와의 관계, 그리고 강이 배수하는 강의 원류와 바다로의 출구 사이의 거리에 따라 달라진다.[4]
강의 유량은 주로 낙차, 즉 기울기 또는 경사에 따라 달라진다. 크기가 다른 두 강이 동일한 낙차를 가질 때, 더 큰 강은 바닥과 제방과의 마찰에 의한 감속이 작은 강보다 부피에 비례하여 덜하기 때문에 더 빠른 흐름을 가진다. 강 단면에서 사용할 수 있는 낙차는 대략 그것이 통과하는 국가의 경사와 일치한다. 강은 일반적으로 산악 지역에서 유역의 가장 높은 부분에 가깝게 솟아오르기 때문에 원류 근처에서 낙차가 빠르고, 때때로 불규칙성이 있지만 점차 감소하다가, 마지막 부분에서 평야를 통과하면서 낙차가 일반적으로 상당히 완만해진다. 따라서 큰 유역에서 강은 대부분 매우 가변적인 흐름을 가진 급류로 시작하여 비교적 규칙적인 방류량을 가진 완만하게 흐르는 강으로 끝난다.[4]
강의 흐름이 코스 전체에서 불규칙하다는 것은 홍수를 완화하거나 강의 항해 가능성을 높이기 위한 작업에서 주요 어려움 중 하나이다. 주기적인 강우가 발생하는 열대 국가에서는 강이 우기 동안 홍수가 발생하고, 1년의 나머지 기간 동안 흐름이 거의 없는 반면, 온대 지역에서는 연중 강우가 더 고르게 분포되어 있어 증발로 인해 더운 여름 날씨에는 가용 강우량이 겨울철보다 훨씬 적어 강이 여름에 낮은 단계로 떨어지고 겨울에 홍수가 발생하기 쉽다. 실제로 온대 기후에서는 1년을 북반구에서 각각 5월부터 10월까지, 11월부터 4월까지의 따뜻한 계절과 추운 계절로 나눌 수 있다. 강은 낮고 가벼운 홍수는 따뜻한 기간 동안 거의 발생하지 않으며, 강은 높고 많은 해에 추운 기간 동안 상당한 강우량 후에 가끔 심한 홍수가 발생한다. 유일한 예외는 영구적인 눈으로 덮인 산 사이에서 원류가 있고 빙하에서 공급되는 강이다. 이들의 홍수는 제네바 호수 위의 론강과 그 아래로 합류하는 아르브강의 예와 같이 여름에 눈과 얼음이 녹으면서 발생한다. 그러나 이러한 강조차도 다른 조건에 따라 지류의 유입에 의해 흐름이 수정될 수 있다. 예를 들어 리옹 아래의 론강은 대부분의 강보다 더 균일한 방류량을 가지는데, 아르브강의 여름 홍수는 리옹에서 론강으로 유입되는 손강의 낮은 단계에 의해 상당 부분 상쇄되기 때문이며, 손강은 아르브강이 낮은 겨울에 홍수가 발생한다.[4]
2. 2. 흐름의 변화
강의 유량은 주로 낙차, 즉 기울기 또는 경사에 따라 달라진다. 크기가 다른 두 강이 동일한 낙차를 가질 때, 더 큰 강은 바닥과 제방과의 마찰에 의한 감속이 작은 강보다 부피에 비례하여 덜하기 때문에 더 빠른 흐름을 가진다. 강 단면에서 사용할 수 있는 낙차는 대략 그것이 통과하는 국가의 경사와 일치한다. 강은 일반적으로 산악 지역에서 유역의 가장 높은 부분에 가깝게 솟아오르기 때문에 원류 근처에서 낙차가 빠르고, 때때로 불규칙성이 있지만 점차 감소하다가, 마지막 부분에서 평야를 통과하면서 낙차가 일반적으로 상당히 완만해진다. 따라서 큰 유역에서 강은 대부분 매우 가변적인 흐름을 가진 급류로 시작하여 비교적 규칙적인 방류량을 가진 완만하게 흐르는 강으로 끝난다.[4]
강의 흐름이 코스 전체에서 불규칙하다는 것은 홍수를 완화하거나 강의 항해 가능성을 높이기 위한 작업에서 주요 어려움 중 하나이다. 주기적인 강우가 발생하는 열대 국가에서는 강이 우기 동안 홍수가 발생하고, 1년의 나머지 기간 동안 흐름이 거의 없는 반면, 온대 지역에서는 연중 강우가 더 고르게 분포되어 있어 증발로 인해 더운 여름 날씨에는 가용 강우량이 겨울철보다 훨씬 적어 강이 여름에 낮은 단계로 떨어지고 겨울에 홍수가 발생하기 쉽다. 실제로 온대 기후에서는 1년을 북반구에서 각각 5월부터 10월까지, 11월부터 4월까지의 따뜻한 계절과 추운 계절로 나눌 수 있다. 강은 낮고 가벼운 홍수는 따뜻한 기간 동안 거의 발생하지 않으며, 강은 높고 많은 해에 추운 기간 동안 상당한 강우량 후에 가끔 심한 홍수가 발생한다. 유일한 예외는 영구적인 눈으로 덮인 산 사이에서 원류가 있고 빙하에서 공급되는 강이다. 이들의 홍수는 제네바 호수 위의 론강과 그 아래로 합류하는 아르브강의 예와 같이 여름에 눈과 얼음이 녹으면서 발생한다. 그러나 이러한 강조차도 다른 조건에 따라 지류의 유입에 의해 흐름이 수정될 수 있다. 예를 들어 리옹 아래의 론강은 대부분의 강보다 더 균일한 방류량을 가지는데, 아르브강의 여름 홍수는 리옹에서 론강으로 유입되는 손강의 낮은 단계에 의해 상당 부분 상쇄되기 때문이며, 손강은 아르브강이 낮은 겨울에 홍수가 발생한다.[4]
강 공학에서 직면하는 또 다른 심각한 장애물은 홍수 시에 가져오는 엄청난 양의 쇄설물로, 이는 주로 빙하, 결빙 및 비에 의해 계곡의 상부의 언덕과 경사면의 표면층이 붕괴되어 발생한다. 해류가 물질을 운반하는 능력은 유속에 따라 다르므로, 강의 원류 근처에서 급격한 낙차를 가진 급류는 바위, 바위 및 큰 암석을 운반할 수 있으며, 이는 점차적인 낙차 감소와 함께 진행되는 과정에서 마모에 의해 셰일, 자갈, 모래 및 실트로 갈린다. 따라서 일반적인 조건에서 급류로 인해 높은 땅에서 내려오는 대부분의 물질은 본류에 의해 바다로 운반되거나 홍수 동안 평평한 충적 평야에 부분적으로 뿌려진다. 강의 바닥을 형성하거나 하천에 의해 운반되는 물질의 크기는 바다를 향해 진행하면서 점차 감소하므로, 예를 들어 이탈리아의 포강에서는 토리노에서 약 140마일 떨어진 곳에서 조약돌과 자갈이 발견되고, 그 다음 100마일 동안 모래가, 마지막 110마일(176 km)에서 실트와 진흙이 발견된다.[4]
2. 3. 유사 (Sediment)
강의 흐름은 코스(course) 전체에서 불규칙하다. 이는 홍수를 조절하거나 강의 항해 가능성을 높이는 데 어려움을 준다. 열대 지역에서는 우기 동안 강이 홍수를 일으키고, 건기에는 흐름이 거의 없다. 반면, 온대 지역에서는 강우가 연중 고르게 분포하지만, 증발로 인해 여름에는 강 수위가 낮아지고 겨울에는 홍수가 발생하기 쉽다.[4]강 공학에서 또 다른 어려움은 홍수 시 발생하는 엄청난 양의 쇄설물이다. 이는 빙하, 결빙, 비 등에 의해 계곡 상류의 표면층이 붕괴되어 발생한다. 해류가 물질을 운반하는 능력은 유속에 따라 달라지는데, 강의 상류에서는 급류로 인해 바위, 큰 암석 등을 운반할 수 있다. 이러한 물질은 점차 마모되어 셰일, 자갈, 모래, 실트로 갈린다. 따라서 일반적인 조건에서 급류로 인해 높은 곳에서 내려오는 대부분의 물질은 본류에 의해 바다로 운반되거나 홍수 동안 평평한 충적 평야에 부분적으로 퇴적된다. 강의 바닥을 형성하거나 하천에 의해 운반되는 물질의 크기는 바다로 향하면서 점차 감소한다. 예를 들어, 이탈리아의 포강에서는 토리노에서 약 약 225.31km 떨어진 곳에서 조약돌과 자갈이 발견되고, 그 다음 약 160.93km 동안 모래가, 마지막 약 177.03km에서는 실트와 진흙이 발견된다.[4]
3. 하천 정비
하천 정비는 홍수 시 하천의 흐름을 개선하거나 항해를 목적으로 흐름을 조절하는 것을 목표로 한다. 발전 역시 중요한 요소 중 하나이다. 미국에서는 하천의 흐름 개선을 '하천 정비'라고 부르며, 흐름을 막는 것은 '운하화'라고 부른다.
하천 정비는 토목공학의 한 분야로, 지구물리학, 하천 형태학, 수리학, 통계학, 추계학, 치수·이수 공법, 하천 구조물의 설계·시공, 하천 유지·관리, 수해 시 수방 및 피난 등 광범위한 분야를 다룬다.
하천공학의 역할은 다음과 같다.[3]
- 수리학: 하천을 흐르는 물과 토사 등의 물질 이동을 과학적으로 밝힌다.
- 치수: 물과 토사의 범람으로부터 사람들의 생명과 재산을 보호하는 방법을 밝힌다.
- 이수: 하천을 흐르는 물과 토사를 적절하게 이용하는 방법을 밝힌다.
- 환경: 하천 내 동식물의 서식 공간을 보전하고 조성하는 방법을 밝힌다.
3. 1. 수로 변경 (Channelization)
굽이진 하천을 직선으로 바꾸면 하천의 길이는 줄어들지만, 유효 낙차는 커진다. 하지만 이렇게 하면 하천 전체의 물을 담는 능력은 줄어든다. 특히, 유량이 많은 큰 하천의 경우, 빠른 물살이 둑을 깎아내고 다시 굽이치는 하천을 만들려는 경향이 있어 직선으로 유지하기가 매우 어렵다. 둑을 보호하여 깎인 면을 유지하더라도, 깎인 면이 끝나는 바로 아래 하천에서 여울이 생겨 홍수 수위를 높일 수 있다.[4]예외적으로, 잉글랜드의 습지대처럼 원래 바다에서 간척된 토지는 이용 가능한 낙차가 매우 작다. 따라서 배수가 대부분 인공적인 경우, 하천을 직선으로 만들기도 한다. 이러한 비옥하고 낮은 땅을 침수로부터 보호하기 위해, 펜즈의 배수구(drains)라고 불리는 추가적인 직선 수로도 제공되었다. 하천의 경로를 크게 바꾸고 넓히더라도 홍수 피해를 줄이는 데는 한계가 있는 경우가 많다. 그래서 이러한 홍수 방지 작업은 도시와 같이 중요한 자산이 위험할 때만 그 비용을 들여 시행한다.[4]
또한, 이러한 홍수 방지 작업이 성공하더라도, 단순히 문제를 하류로 옮겨 다른 도시를 위협할 수 있다. 최근 유럽에서는 홍수 피해를 막고 물을 더 천천히 방류하기 위해 자연 범람원과 굽이치는 하천을 복원하는 작업을 하고 있다.[4]
하천 바닥의 자연적 또는 인공적 장애물(예: 나무 줄기, 바위, 자갈)을 제거하면 하천의 물 흐름을 좋게 할 수 있다. 이렇게 하면 상류의 홍수 높이를 낮출 수 있다. 흐름을 막는 모든 장애물은 그 위의 하천 수위를 높여, 제한된 수로를 통해 물이 흐르도록 하기 위해 필요한 인공 낙차를 증가시키고, 전체 유효 낙차를 감소시킨다.[4]
인간의 개입은 때때로 채광 폐기물, 제분소의 수문, 어로 시설, 너무 넓은 교각, 견고한 보와 같은 장애물을 만들어 의도치 않게 하천의 경로나 특성을 바꾸기도 한다. 이러한 것들은 흐름을 방해하여 상류의 홍수 수위를 높일 수 있다. 하천 관리에 대한 규정에는 오염을 엄격하게 금지하고, 수로를 확장하며, 홍수가 잘 지나가도록 수문을 강제로 올리고, 잎과 부유물로 막히는 어류 포획기를 제거하며, 교량을 다시 건설할 때 교각의 수와 폭을 줄이고, 견고한 보 대신 가동식 보로 바꾸는 것이 포함될 수 있다.[4]
수위 관측소를 큰 하천과 지류의 적절한 지점에 설치하고, 여러 관측소의 수위 변화를 일정 기간 동안 계속 기록하면, 각 지류의 홍수 증가량, 주요 하천의 특정 지점까지 도달하는 데 걸리는 시간, 그리고 각 지류가 해당 지점의 홍수 수위에 미치는 영향을 알 수 있다. 이러한 기록을 활용하고, 여러 지류의 관측소에서 특정 홍수의 최대 상승 시간과 높이를 관찰하면, 주요 하천의 모든 관측소에 홍수가 도착하는 시간과 최고 수위를 2일 전에 꽤 정확하게 예측할 수 있다. 높은 홍수에 대한 이러한 정보를 하류 지역에 전달하면, 보 관리자는 미리 가동식 보를 완전히 열어 홍수가 지나가도록 하고, 강변 주민들은 침수에 대한 경고를 받을 수 있다.[4]
강변 도시의 일부가 최대 홍수 수위보다 낮거나, 하천 주변 땅을 침수로부터 보호하는 것이 중요할 때, 하천의 범람은 홍수 댐으로 전환하거나 양쪽에 연속적인 제방을 설치하여 막아야 한다. 제방을 하천 바닥 가장자리에서 약간 뒤로 배치하면, 하천이 둑을 넘치는 즉시 넓은 홍수 수로가 만들어지는 동시에, 일반적인 흐름을 위한 자연 수로는 바뀌지 않는다. 여름철의 이례적인 홍수만 막으면 되는 경우에는 낮은 제방으로도 충분할 수 있다. 때로는 제방을 대부분의 해 동안 홍수를 막을 수 있을 정도로 높게 만들면서도, 드물고 매우 높은 홍수가 제방의 특정 지점에서 빠져나가도록 하여, 유출되는 물의 침식을 막고 주변 땅의 침수를 최소화하기도 한다. 이렇게 하면, 매우 드문 최대 홍수 수위 이상으로 제방을 높이는 데 드는 비용과, 비정상적으로 높은 홍수와 급류로 인한 둑 붕괴의 위험 및 피해를 줄일 수 있다.[4]
3. 2. 효과 및 문제점
하천 공사는 하천의 흐름을 개선하고 홍수를 조절하기 위해 시행되지만, 여러 가지 효과와 문제점을 동시에 가지고 있다.효과
- 유량 증가 및 홍수 방지: 하천 바닥의 장애물(나무 줄기, 바위, 자갈 등)을 제거하거나 하천을 직선화하여 물의 흐름을 원활하게 하고, 상류 지역의 홍수 위험을 낮출 수 있다.
- 배수 개선: 특히 잉글랜드의 습지대와 같이 배수가 어려운 지역에서는 하천을 직선화하여 인공 배수를 돕고, 농경지 침수를 막는 데 기여한다.
- 홍수 예측: 수위 관측소를 설치하여 하천 및 지류의 수위 변화를 지속적으로 기록하면, 홍수의 도달 시간과 최고 수위를 예측하여 하류 지역 주민들에게 조기 경보를 제공할 수 있다.
- 침수 방지: 강변 도시나 중요 지역을 보호하기 위해 제방을 설치하여 하천 범람을 막을 수 있다. 제방을 하천 바닥 가장자리에서 약간 뒤로 배치하면 넓은 홍수 수로를 확보하는 동시에 자연 수로를 유지할 수 있다.
문제점
- 하류 지역 홍수 위험 증가: 하천을 직선화하면 물의 흐름이 빨라져 하류 지역에 더 많은 물이 짧은 시간에 도달하게 되므로, 홍수 위험이 증가할 수 있다.
- 자연 환경 파괴: 하천을 직선화하면 습지가 손실되고, 이는 다양한 야생 동물의 서식지 파괴와 담수 정화 기능 약화로 이어진다. 플로리다의 키시미 강의 사례는 습지 손실의 대표적인 예시이다.[5]
- 토양 침식 증가: 하천 직선화는 유속을 증가시켜 토양 침식을 가속화할 수 있다.
- 생물 다양성 감소: 하천 개수로 인해 서식지가 감소하고, 여울 및 웅덩이가 제거되며, 수온과 수위 변동이 커져 물고기 다양성과 개체 수가 감소한다. 미주리주 북부의 채리턴 강 연구에 따르면, 개수로 된 강의 구간에는 자연 구간보다 훨씬 적은 종류의 물고기가 서식하며, 물고기의 생물량도 80%나 적었다.[6]
- 하상 상승: 하천에 퇴적물이 쌓이면 하상이 높아져 홍수 수위가 상승하고, 침수를 막기 위해 제방을 더 높여야 하는 악순환이 발생할 수 있다. 포강의 사례는 이러한 현상을 보여준다.
- 부적절한 계획 관리: 홍수 지역에 대한 부적절한 개발 허가는 주택 침수와 하류 지역 홍수 위험 증가를 야기할 수 있다.
이처럼 하천 공사는 홍수 방지와 같은 긍정적인 효과를 가져올 수 있지만, 동시에 환경 파괴와 하류 지역 홍수 위험 증가와 같은 문제점을 야기할 수 있다. 따라서 하천 공사를 시행할 때에는 이러한 효과와 문제점을 종합적으로 고려하여 신중하게 결정해야 한다.
3. 3. 현대적 정책 (미국)
미국 정부는 1990년에 "습지 순 손실 제로" 정책을 발표했는데, 이는 한 곳에서 하천 정비 사업이 진행될 경우 다른 곳에서 새로운 습지를 조성하여 상쇄해야 하는, 이른바 "완화" 과정을 거쳐야 한다는 것이다.[8]이 정책 시행에 관여하는 주요 기관은 오랫동안 대규모 하천 정비 사업을 주도해 온 미국 공병대이다. 하천 정비가 허용되는 경우, 새로운 하천 바닥에 큰 바위들을 설치하여 유속을 늦추거나, 하천을 의도적으로 곡선으로 만들기도 한다. 1990년 미국 미국 의회는 미국 공병대에 환경 보호를 임무에 포함하도록 구체적으로 지시했으며, 1996년에는 복원 사업을 수행할 수 있도록 권한을 부여했다.[9] 미국의 수질 정화법은 비연방 단체(예: 주 및 지방 정부, 사기업)가 준설 및 매립 작업에 대한 허가를 받도록 함으로써 하천 정비의 특정 측면을 규제한다. 허가는 미국 공병대가 EPA와 함께 발급한다.[10]
4. 하천 운하화 (Canalization)
thumb 수시티의 플로이드 강의 하천 운하 구간]]
thumb 미커 카운티에 있는 크로우 강의 남쪽 지류의 하천 운하 구간]]
thumb가 상부 라인강에서 수행했다.]]
강의 방류량이 수위가 낮을 때 상당히 작아지기 쉽거나, 강 상류에서 흔히 볼 수 있듯이 낙차가 다소 큰 강은 흐름을 조절하는 작업만으로는 항해에 적합한 깊이를 확보할 수 없다.
하천 운하는 항해에 적합한 깊이를 확보하며, 일반적으로 강의 방류량은 가두어진 수위를 유지하고 갑문 작동에 필요한 물을 공급하기에 충분하다. 그러나 많은 경우에 갑문 위로 상승하는 홍수의 강하 동안 항해가 중단될 수 있으며, 추운 기후에서는 모든 강에서 길고 심한 서리, 특히 얼음으로 인해 항해가 중단될 수밖에 없다. 템스 강처럼 조수 제한선 위에 있는 많은 작은 강들이 하천 운하를 통해 항해 가능하게 되었으며, 센 강과 같이 큰 강들은 이를 통해 상당한 거리에 걸쳐 선박에 적합한 깊이를 제공했다. 예를 들어, 운하화된 센 강은 조수 제한선에서 파리까지 135마일에 걸쳐 3.2m의 항해 가능한 깊이를 확보했으며, 62마일 더 상류의 몽테로까지 2.06m의 깊이를 확보했다.[4]
4. 1. 흐름 및 수심 조절 (Regulation works)
강의 방류량이 적거나 낙차가 큰 경우, 흐름을 조절하는 것만으로는 배가 다니기에 충분한 수심을 확보하기 어렵다. 이럴 때는 강을 가로질러 보를 설치하고, 보 옆이나 측면에 갑문을 설치하여 배가 통행할 수 있도록 한다. 이렇게 하면 강은 수위가 단계적으로 높아지는 일련의 평평한 구간으로 바뀌어, 운하와 비슷한 환경이 조성된다. 하지만 운하와 달리 보를 설치하여 수위를 조절하고, 갑문의 두 문턱이 같은 높이에 설치된다는 차이점이 있다.[4]하천 운하는 배가 다니기에 충분한 수심을 확보하며, 강의 물은 가두어진 수위를 유지하고 갑문 작동에 필요한 물을 공급한다. 그러나 홍수가 발생하면 갑문 위로 물이 넘쳐 항해가 중단될 수 있으며, 추운 날씨에는 얼음 때문에 항해가 어려워진다. 템스 강과 같이 조수 간만의 영향을 받지 않는 작은 강들은 하천 운하를 통해 배가 다닐 수 있게 되었고, 센 강과 같이 큰 강들은 운하화를 통해 먼 거리까지 배가 다닐 수 있는 깊이를 확보했다.[4]
강은 바다로 흐르면서 여러 지류가 합쳐져 낙차가 줄어들고 유량이 많아지며, 급격한 수위 변화가 줄어들면서 배가 다니기에 더 적합해진다. 라인강, 다뉴브강, 미시시피강과 같이 큰 강들은 하류에서 내륙 항해를 위한 중요한 통로가 된다. 하천 공학은 강물의 흐름 변화를 막고, 수심을 조절하며, 특히 낮은 수위를 고정하고 흐름을 집중시켜 항해 가능한 수심을 늘리는 데 중요한 역할을 한다.
강의 항해성을 높이기 위한 공사는 낙차가 적당하고 낮은 수위에서도 충분한 유량이 있는 큰 강에서 효과적이다. 낙차가 크면 상류로의 항해가 어렵고, 수위 변동이 심하며, 건기에는 유량이 매우 적어 충분한 수심을 유지하기 어렵기 때문이다.[4]
강바닥의 얕은 곳(여울)을 낮춰 수심을 균일하게 만드는 것은 여울의 성격에 따라 다르다. 부드러운 여울은 준설로 일시적인 효과를 볼 수 있지만, 곧 다시 형성된다. 암석 장애물을 제거하면 수심이 깊어지고 흐름이 균일해지지만, 위쪽 강의 수위를 낮춰 새로운 여울이 생길 수 있다. 그러나 좁은 암석 암초와 같이 단단한 여울을 제거하면 강이 스스로 바닥을 깊게 만들어 영구적인 개선 효과를 얻을 수 있다.[4]
건기 동안 강이 항로를 제공할 수 있는 능력은 낮은 수위에서 확보 가능한 수심에 달려 있다. 건기에는 유량이 적고 세굴 작용이 부족하기 때문에, 저수위 채널의 폭을 제한하고 흐름을 집중시키는 방법이 일반적이다. 이는 낮은 횡단 제방을 설치하여 저수위 채널을 좁히고, 물을 중앙 채널로 유도하는 방식으로 이루어진다.[4]
4. 2. 하구 정비 (Estuarine works)
항해를 위해서는 강에서 하구 입구의 깊은 수역까지 안정적이고 지속적으로 항해 가능한 수로를 확보해야 한다. 하구의 구성에 맞춰 컴퓨터나 축척 모형을 사용하여 하천의 흐름과 조수의 상호 작용을 모델링해야 한다. 이때 조수 간만의 차와 담수 배출을 미세한 모래 바닥 위에서 축소하여 재현하고, 다양한 둑을 순차적으로 삽입할 수 있어야 한다. 이러한 모형은 하구 정비 작업에 제안된 다양한 계획 각각의 효과와 비교 우위에 대한 중요한 지표를 제공할 수 있다.[4]5. 하천 공학의 역할 (일본)
河川工学일본어은 치수, 이수, 환경 세 가지 측면에서 하천을 종합적으로 관리하는 방법을 연구하는 학문이다. 특히 일본에서는 다음과 같은 역할을 한다고 여겨진다.[1]
참조
[1]
보고서
Guidance Specifying Management Measures for Sources of Nonpoint Pollution in Coastal Waters
https://www.epa.gov/[...]
U.S. Environmental Protection Agency (EPA)
1993
[2]
웹사이트
Nonpoint Source: Hydromodification and Habitat Alteration
https://www.epa.gov/[...]
EPA
2016-10-24
[3]
보고서
National Management Measures to Control Nonpoint Source Pollution from Hydromodification
https://www.epa.gov/[...]
EPA
2007
[4]
EB1911
River Engineering
[5]
서적
The Rivers of Florida
https://archive.org/[...]
Pineapple Press
1970
[6]
서적
Stream Channelization–A Symposium
North Central Division, American Fisheries Society
1971
[7]
간행물
The Ecological Effects of Channelization (The Impact of River Channelization).
The Royal Geographical Society (with the Institute of British Geographers)
1985
[8]
웹사이트
Memorandum of Agreement regarding Mitigation under CWA Section 404(b)(1) Guidelines
https://www.epa.gov/[...]
U.S. Department of the Army and Environmental Protection Agency
1990-02-06
[9]
법률
Water Resources Development Act of 1990
[10]
법률
Clean Water Act
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