1. 서론

샛강은 우리말 ‘사잇강’을 줄여 ‘샛강’이라고 불리고 있다. 국어사전에서 샛강은 “큰 강에서 줄기가 갈려 나가서 중간에 섬을 이루고, 아래에 가서 다시 본류와 합류하게 되는 지류”를 의미한다. 도시지역 샛강은 하천개발로 인해 대부분 사라졌으나, 샛강은 생물이 서식하기 어려운 도시환경에서 다양한 서식기반을 제공하기 때문에 도시생태계 건강성 향상을 위해 보전할 가치가 높다. 특히 샛강은 하중도를 기반으로 다양한 수환경과 풍부한 생물서식공간이 조성될 수 있기 때문에 생물다양성에 중요한 역할을 한다. 또한 하중도는 그 형태와 크기가 다양하며 위치적으로 육지와 하천을 잇는 추이대를 구성하여 양질의 생물서식공간을 제공하고, 가장자리 효과(edge effect)로 생물다양성을 높이므로 생태적 보전가치가 높다(Hong and Kim, 2007). 따라서 도시지역 샛강은 생물서식처 제공 및 수생태계 보전 등 도시 생태계에 중요한 역할을 하는 공간이므로 건강한 물 흐름을 유지하고 지속적인 수질 관리는 도시민과 생태계 모두에 있어 반드시 필요한 일이라 할 수 있다.

여의도는 1960년대 한강개발계획으로 윤중제를 쌓아 올려 지금의 모습을 갖추었다. 당시 개발이 집중된 여의도에 비해 오랫동안 방치된 샛강은 한강종합개발사업에서 개발로 인한 부정적 영향을 완화하고(Seoul Institute, 2013), 교란된 한강 생태계를 회복하기 위해 1990년 여의도 샛강 정비계획이 추진되었으며, 1997년 9월 25일 국내 최초의 생태공원으로 샛강 생태공원이 개장되었다. 또한 2008년 한강르네상스 계획의 일환으로 여의도 샛강은 친환경적인 도시 생태공원으로 자연학습 장소와 친수공간 제공, 생물서식처 조성, 도심지에 생태통로 역할 및 그린네트워크 달성을 목적으로 재정비사업이 추진되었으며, 이를 위해 샛강 유입부에서 유출부까지 재정비하여 하상준설을 실시하고 1.2 km인 샛강을 4.7 km로 연장하여 면적을 758,000 m2로 확장·재조성 되었다(Seoul Metropolitan City, 2008). 특히, 2008년 재조성 사업은 샛강에서 발생되는 악취를 방지하고 수변환경을 개선하기 위해 인공적으로 한강수를 유입시키고, 인공습지를 조성하는 등 수질정화를 시도하였다. 그럼에도 불구하고, 현재 샛강은 평상시 하천의 흐름이 거의 없고, 각종 하천변 유기물이 부패하면서 수질오염에 대한 민원이 지속되고 있으며, 각종 비점오염원이 흘러들어 샛강의 수질을 악화시키고 있다. 그러나 여의도 샛강이 갖는 장소적 희소성과 국내 최초 생태공원이라는 역사적 가치 및 생태적 가치 등을 살펴볼 때, 현재의 여의도 샛강은 하천 환경적 면에서 개선될 필요가 있으며, 그 문제점과 원인에 대한 조사 연구는 반드시 선행되어야 할 것이다.

지금까지의 여의도 샛강에 대한 연구로는 Paek(2007), Park (2013), Kim et al.(2014) 등이 여의도 샛강 생태공원을 포함한 도시 생태공원 방문자를 대상으로한 이용후 평가를 수행하였고, Kim et al.(1999)이 관광 자원으로서의 샛강 계획에 대한 연구가 수행되었다. Jun et al.(2000)은 여의도 샛강 조성이후 3년간의 식물상 변화를 분석하였고, Jun and Lee(2000)는 여의도 샛강이 한강 홍수에 미치는 영향에 대해 모의하였다. 이상의 연구를 보면 Jun et al.(2000)의 연구를 제외하고는 모두 이용자적 측면에서 방문객 만족도 조사가 대부분이고 샛강 자체의 환경에 대한 연구는 드물다. 특히 여의도 샛강의 물 흐름과 수질 악화에 대한 진단과 그 원인을 분석한 연구는 샛강 생태공원의 이용활성화를 도모하는데 있어 가장 먼저 수반되어야 하는 기초적인 연구임에도 불구하고 관련 연구는 찾아보기 어렵다.

본 연구의 목적은 여의도 샛강의 흐름 정체와 수질 악화 원인을 진단하는 것이다. 이를 위해 2008년도 준설 이후 하천 측량을 실시하여 하상 퇴적 상태를 살펴보았으며, 항공사진을 통해 샛강 유입부에서의 한강수 유입 가능성을 분석하였다. 또한 샛강 전구간에 걸쳐 수질 모니터링을 수행하고, 하수관망을 분석하여 샛강에 직접적으로 영향을 미치는 오염 우심지역을 분석하였다.

2. 여의도 샛강 흐름 정체 분석

Fig. 1은 여의도 샛강 주요 지점별 현장 사진이다. 사진은 2015년 1월, 3월, 10월에 촬영된 것이며, 육안으로 봤을때 흐름이 거의 정체된 상태이고, 일부 구간에서 악취가 감지되었으며, 하천 수질이 크게 악화되어 있는 것을 확인할 수 있다. 본 절에서는 여의도 샛강의 흐름 상태와 흐름 정체 원인에 대해 분석하고 고찰하였다.

Fig. 1. Major Locations and Field Photos Yeouido Saetgang Stream

2.1 하상 경사 영향

2008년도 여의도 샛강 생태공원 확장 및 재조성 공사를 시행하면서, 샛강 하상고를 전구간 동일하게 EL. 1.7 m로 일정하게 준설하였다(Seoul Metropolitan City, 2008). 이에 본 연구에서는 준설 이후 샛강 하상변화를 검토하기 위한 하천측량을 수행하였다. 샛강의 하상고 및 단면 측량을 위해 무인항공기 Drone과 3D scanner를 통해 지형 측량과 보정을 수행하고, 수심측량을 이용하여 하천 단면을 측정하였다.

Fig. 2는 2009년도 하천사업 당시 계획 하상고와 2015년도에 새로 측정된 최심 하상고를 비교한 결과이다. 그림을 살펴보면, 전반적으로 2009년도 준설 이후 하상퇴적이 발생되었는데, 여의 상류 IC에서 여의교 사이, 창포원 주변, 하류단 폐쇄형 습지 등에서 발생되었으며 최대 약0.8 m의 하상고가 상승된 것으로 조사되었다. 특히, 오리못 이후 구간에서 역구배의 하상이 형성됨에 따라 평상시 물흐름이 하류 방향으로 진행되지 않고 정체되는 주요 원인이 된다. 특히, 창포원 및 버드나무 군락 등지에서 식생으로 인한 흐름 저항이 증가되고, 샛강 하류단 부근의 폐쇄형 습지에서 흐름 단면 축소 등의 이유로 유속 저하 및 토사가 퇴적되어 일부 구간에서 역구배 현상이 발생되는 것으로 보이며, 이러한 역구배 하상은 자연적인 물 순환을 방해하는 주요 원인이 된다.

Fig. 2. Comparision of Threshold Bed Elevation Measured in 2015 and Bed Elevation Planned in 2009

평상시 샛강 구간 내 흐름 특성을 파악하기 위해 CCHE2D 모형을 이용하여 2차원 수치모의를 수행하였다. CCHE2D 모형은 Kim et al.(2010), Jang et al.(2013), Ahn et al.(2017) 등 국내에서 다양한 하천 흐름 및 하상변동을 위해 널리 이용되는 모형으로서 자세한 모형 설명은 생략한다. 본 연구에서는 한강수가 자연 유하되지 않는 조건하에, 한강으로 부터의 펌핑으로 물을 공급하고 지하철지하수에 의존하고 있는 현 상황을 재현하였다. 샛강으로의 공급되는 유량은 한강에서 펌핑으로 약14,000 m3/일, 지하철5호선과 9호선의 지하수를 포함해서 20,047 m3/일이 중상류부에서 유입되고 있다. CCHE2D 모형을 이용한 결과 샛강의 수심에는 큰 변화가 없으며, 샛강내 평균 유속은 약0.001~0.002 m/s로 전 구간에 걸쳐 물 흐름이 거의 발생되고 있지 않음을 알 수 있다. 이는 자연하천이고 소하천의 경우인 조도계수 0.03으로 가정하여 모의된 결과로서 실제 식생으로 인한 항력증가 등은 고려되지 않은 결과값이다.

2.2 샛강 유입부 자연 폐색

Fig. 3에서는 여의도 샛강의 공원 조성 초기 당시인 1996년부터 최근까지 여의도 샛강 유입부를 중심으로 연도별 항공사진을 비교하였다. 항공사진은 Seoul Metropolitan City(2018)을 이용하였다. 그 결과 샛강 유입부는 조성 당시부터 입구가 폐색되어 자연적인 물 유입이 어려운 구조임을 볼 수 있다. 2008년 샛강 확장·재조성 사업 당시 하도 준설을 통해 샛강 유입부가 넓게 확장되었고, 그 뒤2010년도 사진을 보면 한강수가 자연적으로 유입되는 것처럼 개선되어 보인다. 그러나 2011년도에 샛강 유입부에 하중도가 형성되고, 2012년도에는 하중도가 확장되어 식생이 활착되는 것을 볼 수 있다. 이 후 식생활착으로 인해 입구가 축소되고, 특히 좌측 입구의 폐색이 확연히 진행되는 것을 확인할 수 있다. 2014년도에는 좌측입구가 완전히 육지화 되었으며, 입구가 축소되어 지금과 같은 모습으로 변화하게 되었다.

Fig. 3. Geomorphology Changes in Upstream Yeouido Saetgang with Time

샛강 입구에 토사가 퇴적되어 폐색되는 이유는 Fig. 3의 붉은 점선으로 표시된 것과 같이 한강 상류부의 제방선과 일직선을 그었을 때 그 안쪽으로 토사가 퇴적되는 형태를 보인다. 즉 샛강 유입부 부근에서 단면이 확대되고 유속이 저하되어 토사가 퇴적되는 것으로 판단된다. 또한 한강에서 샛강으로의 유입 각도가 거의 직각에 가까운 것도 자연적인 유하를 방해하는 요인이 될 수 있다.

Fig. 4는 National Geographic Information Institute(2018)에서 제공하는 1918년도 한강의 모습이다. 100년 전의 샛강의 모습은 강우시에만 물이 차고 평상시에는 부분적으로 습지의 형태를 띄고 있다. 이는 샛강이 구조적으로 평상시에 한강의 물이 유입되어 항상 물이 흐르는 하천이 되기 어렵다는 것을 보여준다. 따라서 샛강에 대한 복원은 엄밀히 말해서 항시 물이 흐르는 하천으로의 복원이 아니라 원 상태인 습지 상태로의 복원을 의미하게 되며, 항상 물이 흐르는 하천으로의 조성을 위해서는 자연적인 물 흐름을 기대하기 어렵고 물순환을 위한 인공적인 요소의 도입이 필요할 것으로 보인다.

Fig. 4. Han River and Yeouido Saetgang in 1918

2.3 한강 본류 영향

한강 본류의 흐름 역시 샛강 흐름 정체의 또 다른 원인이 될 수 있다. 즉, 서해 조위의 영향을 나타내며, 이를 위해 Water Resources Management Information System(2017)에서 샛강 상·하류 지점과 인접한 한강 본류의 수위 측정 값을 비교해 보았다. 2017년도 샛강 상류와 하류 지점과 인점한 한강대교와 행주대교에서의 수위를 분석한 결과, 연간 –0.883~1.007 m의 수위차가 발생되는 것으로 나타났다. 또한, 갈수기(1~3월, 12월) 때의 수위차는 –0.623~0.497 m로평균수위차는 0.063 m, 홍수기(6~9월)의 수위차는 –0.823~1.007 m로 평균 수위차는 0.141 m인 것으로 분석되었다. 음의 수위차는 하류단 수위가 더 높은 것으로 수면경사가 역구배 현상이 나타나게 됨을 의미한다. 2017년 행주대교 수위가 한강대교 수위보다 높게 나타나는 시간은 총793시간/년으로 전체기간의 9.05 %동안 역구배 현상이 발생되며, 평균 하루 2회, 약2.17시간 동안 발생되는 것으로 분석되었다. 수위 역구배 현상이 발생하는 동안 샛강 유출부에서의 흐름은 정체되거나, 샛강 하류부에서 한강수가 거꾸로 흘러들어오는 역전흐름 현상이 발생된다. 또한 한강 본류에서의 수위 경사가 완만한 것도 원인이 될 수 있으며, 이러한 한강 본류의 특성에 의해 샛강의 물이 한강으로 유출되지 못하고 정체되는 것으로 보인다.

3. 수질 조사 및 악화 원인 분석

3.1주요 지점별 수질 현황

여의도 샛강의 수질 현황 분석을 위해 Fig. 5와 같이 샛강 상류에서부터 500 m 간격으로 10개 지점에 대해 모니터링을 수행하였다. 샛강 본류 수질 모니터링은 강우 시와 비강우 시로 나누어 분석하였으며, 모니터링 날짜는 2015년 3월 17일, 5월 26일, 7월 25일, 10월 8일 비강우 시와 4월 2일, 5월 11일 강우 시이다. 채수된 시료는 변질이 발생되지 않도록채수 즉시 아이스박스에 보관하였으여, 수질시료분석은 수질오염공정시험법에 따랐다.

Fig. 5. Water Quality Monitoring Points and Catchment Divisio

Fig. 6은 강우시와 비강우시 BOD와 T-P에 대한 수질측점 별 수질 현황을 보여준다. 먼저 비강우시의 BOD를 보면 4번 지점에서 가장 낮게 나타났으며, 4, 9, 10번을 제외하고 III등급의 수질 등급을 갖는 것으로 나타났다. 비강우시 T-P도 BOD와 마찬가지로 4번지점에서 낮게 나타났으며, 3번 지점에서는 가장 높은 V등급의 수질을 보여준다. 전반적인 비강우시의 T-P는 IV등급을 갖는 것으로 분석되었다. 4번 지점에서 수질이 상대적으로 양호한 이유는 인근 수질정화습지의 영향과 한강 본류에서 공급된 유량이 방류되는 효과에 따른 것으로 판단된다.

Fig. 6. Comparisons of Water Quality during Rainfall and Non-rainfall

반면, 강우시 샛강의 평균 수질등급은 생활환경기준으로 BOD, T-P 모두 모든 지점에서 V-VI등급을 기록하는 것으로 나타났다. 먼저 강우시 BOD를 보면 2, 3번에서 높은 수질을 보였다가 4,5번지점에서 급격히 수질이 낮아진후 6번 지점에서 또다시 최대 수질을 보이고, 7,8번에서 감소된 후 9,10번에서 다시 증가되는 것으로 나타났다. 이는 T-P도 유사한 경향을 보인다. 또한 평균 수질을 보면 4-5, 7-8번 지점을 제외하고 모든 지점에서 VI등급을 훨씬초과하는 수질을 보이고 있으며, 특히 T-P의 경우 VI등급의 하한값인 0.5 mg/l의 3배 이상 초과하는 수질을 보였다. 한편Table 1에서 강우시와 비강우시 측정된 수질의 평균값을 비교해 보면, 비강우시 BOD의 경우 평균3.2 mg/l에서 10.1 mg/l로 3.1배, 총질소는 3.668 mg/l에서 6.328 mg/l로 1.7배, 총인은 0.225 mg/l에서 0.904 mg/l 4.0배 높게 나타났다.

Table 1. Water Quality Monitoring Results (Unit: mg/l)

이상의 수질 모니터링 결과를 분석해 보면, 샛강 수질 오염의 주된 원인은 평상시 흐름정체와 강우시 발생되는 도시 비점오염 때문인 것임을 확인할 수 있다. 비점오염원은 샛강으로 유입되는 우수토실과 빗물펌프장 방류구를 통해 합류식 하수관거 월류수(CSOs ; Combined Sewer Overflows) 형태로 유입되는 것으로 판단되며, 특히 강우초기에 유입되는 고농도 오염원의 유입에 따른것으로 판단된다. 또한 평상시 수질은 강우시 유입된 고농도의 오염원이 강우 종료 후 흐름 정체로 퇴적되어 하상토 오염에 영향을 미치고, 오염 퇴적토에서의 오염물질 용출에 의해 수질 악화에 영향을 미치는 것으로 예상된다. 즉, 자생 부하량이 상당히 클것으로 예상되며, 수질 개선 사업시 이에 대한 고려가 필요할 것으로 보인다.

3.2 배수분구 분석

강우시 오염물질 유입 경로를 파악하기 위해 여의도 샛강으로 배출되는 토구 및 빗물펌프장 등의 유입경로를 분석하였다. 이를 위해 서울시 하수관망도로부터 GIS를 이용하여 하수관망분석을 수행하였다. 하수관망도로부터 도시 소유역을 분리하여 배수분구를 선정하고, 서울시 지적도로부터 각 배수분구의 토지이용 현황을 분석하였다. 여의도 샛강에 인접하여 직접적인 영향을 주는 배수분구는 앞의 Fig. 5와 같이 여의도, 노량1, 노량2, 신길, 영등포로 총5개로 분석되었으며, 여기에 포함된 우수토실은 총22개, 토구는 총32개로 분석되었다. 5개의 배수분구는 전부 합류식 관거로 우수 및 하수가 차집되어 서남물재생센터로 이송되며, 강우시 증가되는 유량에 대해서는 토구를 통해 배재되는 것으로 나타났다. Fig. 7은 5개 배수분구별 소배수분구를 세분화하고 각각의 소배수분구에서의 오염물질 배출 경로를 보여준다. Fig. 7을 살펴보면, 노량1 배수분구 중 노량 1_2와 1_3, 영등포 배수분구에서 영등포_4, 여의도 배수분구 중 여의도_5 소배수분구는 강우수 차집관거 월류수가 한강 본류 및 안양천으로 배출되어 샛강 수질에 직접적인 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었다. 또한 여의도 배수분구 중 여의도_1,2,3,4 소배수분구는 샛강 주변 도로 등으로 나타나 샛강에 미치는 영향은 매우 미미할 것으로 판단된다. 따라서 샛강에 인접된 유역을 5개의 배수분구와 17개의 소배수분구로 정리할 수 있으며, 이중 샛강에 직접적인 영향을 미치는 소배수분구는 총13개인 것으로 분석되었다.

Fig. 7. Pollutant Transfer Path in Drainages

샛강으로 유입되는 각 소배수분구별 오염부하량을 산정하여 오염우심지역을 선정하였다. 오염 부하량 산정을 위해 생활계, 축산계, 산업계, 토지계, 양식계, 매립계 등 6개 오염원을 고려하여 배출부하량 산정하였고, 오염부하량의 산정 방법은 National Institute of Environment Research(2014)에서 제시한 원단위 및 부하량 산정방법을 적용하였다. Fig. 8은 각 소배수분구별 배출부하량 비교를 보여준다. 소배수분구 중 샛강으로 배출되지 않는 노량1_2, 영등포_4, 여의도_5는 제외시켰다. Fig. 8을 살펴보면, 앞에서 예상했던 것과 같이 여의도내 소배수분구는 샛강 수질에 미치는 영향이 극히 작은 것으로 분석되었다. 또한 신길1 소배수분구에서의 부하량이 가장 높은 것으로 분석되었고, 노량 2_2, 노량 2_3 지역에서도 오염부하량이 높게 나타났다. 이는 앞의 Fig. 5와 Fig. 7에서 나타난 수질 모니터링 지점과 비교해 봤을 때, 배출부하량이 가장 높은 신길_1 지역은 모니터링 지점 6과 인접해 있고, 노량 2_2와 노량 2_3은 수질 모니터링 3번 지점과 인접해 있음을 볼 수 있다.

Fig. 8. Distribution of Pollutant Discharge Load in Sub-catchment

4. 결론

본 연구에서는 여의도 샛강의 흐름 정체와 수질 악화에 대한 원인 분석을 수행하였다. 이를 위해 2008년도 여의도 샛강사업 이후 하천단면을 측량하여 하상 퇴적의 영향과 샛강 유입부에서의 년도별 항공사진 분석, 한강 본류의 조위 영향 등을 수행하였다. 그 결과 샛강내 창포원과 폐쇄형 습지 부근에서 최대 0.8 m 퇴적된 것으로 조사되었으며, 일부 구간에서는 역구배 현상이 발생되어 평상시 하천 물이 흐르지 않고 정체되는 원인을 제공하는 것으로 분석되었다. 또한 항공사진 분석 결과 샛강 유입부 부근에서의 단면 확대로 인해 샛강 입구에 토사가 퇴적되어 입구가 폐색되는 것으로 분석되었다. 한편, 여의도 샛강의 수질 악화원인을 조사하기 위해 샛강 전구간에 대해 수질 모니터링과 배수관망 분석을 통해 샛강 수질에 직접적으로 영향을 미치는 구역을 선정하였다. 그 결과 강우시 수질이 일부 지점에서 VI등급을 크게 상회하는 것으로 나타났으며, 신길 및 영등포 소배수분구에서 오염원 배출이 큰 것이 주요한 원인인 것으로 분석되었다.

이상의 연구 결과를 통해 여의도 샛강은 한강수의 자연적인 유출입과 일정 규모 이상의 유속을 발생시키기에는 어려운 구조라는 것을 확인할 수 있다. 따라서 항시 물이 흐르는 하천의 모습을 위해서는 인공적인 물 공급 및 배출 장치가 도움될 것으로 보이며, 그 이전에 샛강 유입부와 한강 본류와의 각도 변경 및 유입부 부근에 수제를 통한 한강수 유입 유도 등 자연적인 물순환 유도를 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 특히 샛강에서의 일정 규모 이상의 유속을 확보하는 것은 강우시 도시비점으로 유입된 오염원이 가라앉지 않고 배출시킴으로서 샛강 수질에 기여하는 바가 클 것으로 보인다. 또한 습지 형태로의 복원을 위해서는 하수관거 월류수 처리를 포함하여 오염 부하가 큰 신길_1, 노량2_2,3 소유역에 대해 합류식 관거의 분류식화 사업을 우선적으로 시행할 필요가 있다. 또한 기 조성된 샛강내 습지의 성능 검토와 함께, 오염 퇴적토 제거 역시 고려되어야 할 것으로 보인다.

여의도 샛강은 여의도라는 지리적 상징성 외에 국내 최초의 생태공원이라는 역사적 상징성과 함께 도심지에 위치한 샛강으로서의 생태적 희소성 등 그 가치가 매우 높은 지역이다. 따라서 하천 환경을 개선하고 이를 통해 시민들의 이용활성화를 제고시키는 등의 환경·경제 선순환을 위해 현재 샛강에 대한 면밀한 검토가 필요하며, 본 연구가 이에 대한 도움이 될 것으로 기대한다.

감사의 글

본 논문은 한국환경정책·평가연구원 “샛강 관리 및 이용활성화 방안 연구” 보고서의 일부이며, 지원에 감사드립니다.