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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.49 No.6 pp.143-151
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2015.49.6.143

Analysis of Vegetation Base Materials for Stream Bank Stability and Rehabilitation

Jae-Kyung Yang1, Ji-Su Kim1, Jae-Hyeon Park2*
1Division of Environmental Forest Science, Gyeongsang National University, Institute of Agricultural Life Science, Jinju 52828, Korea
2Dept. of Forest Resources, College of Life Science & Natural Resources, Gyeongnam National University of Science and Technology, Jinju 52725, Korea·
Corresponding author: Jae-Hyeon Park Tel: +82-55-751-3248 pjh@gntech.ac.kr
May 20, 2015 December 16, 2015 December 16, 2015

Abstract

This study was analyzed revegetation effect of gabion systems with vegetation base materials revetment. After construction of the gabion systems with vegetation base materials revetment the seed germination was started in 20 days later. Also, in the spring and summer season, the surface coverage rate of gabion systems with vegetation base materials revetment was appeared about 20% and 65%, respectively. Among the investigated plants, sowed woody plant(Lespedeza cyrtobotrya Miq. and Indigofera pseudotinctoria Matsum.) was occurred about 100%. In addition, five species herb plant(Lotus corniculatus var. japonica Regel, Astragalus sinensis L., Centaurea cyanus, Coreopsis tinctoria Nutt. and Cosmos bipinnatus Cav) appeared.

At this time, the 15 invasive vegetation species were Erigeron annuus PERS., Arundinella hirta, Arenaria serpyllifolia L., Cirsium lineare(Thunb.) Sch. Bip, Phytolacca americana, Erigeron canadensis, Bidens frondosa L., Taraxacum platycarpum Dahlst., Robinia pseudoacacia L., Rosa multiflora var. multiflor Thunb., Artemisia selengensis Turcz. ex Besser, Kummerowia striata (THUNB.) SCHINDL., Albizia julibrissin Durazz., Digitaria sanguinalis (L.) Scop and Achyranthes japonica (Miq.) Nakai. In the fall season, the surface coverage rate of gabion systems with vegetation base materials revetment was appeared about 82%. And appeared species and invasive vegetation species were six and five species, respectively. Consequently, compared to the gabion systems with vegetation base materials revetment, Streanm stone revetment and vegetation bag revetment were results demonstrated revegetation effect only the gabion systems with vegetation base materials revetment.


계안비탈면에 시공한 식생기반재돌망태기슭막이의 녹화효과 분석

양 재경1, 김 지수1, 박 재현2*
1경상대학교 환경산림과학부(농업생명과학연구원)
2국립경남과학기술대학교 산림자원학과

초록

이 연구는 식생기반재돌망태기슭막이의 녹화효과를 분석하였다. 식생기반재돌망태기슭막이 시공 후 20일 경과 후 식생이 발아하기 시작하였으며, 봄의 피복율은 약 20%를 나타내었다. 여름에는 피복율이 약 65%로 나타났으며, 출현종은 파종한 목본인 낭아초, 참싸리 모두 출현 하였으며, 초본으로는 벌노랑이, 자운영, 수레국화, 기생초, 코스모스 등 5종이 출현하였다. 이때 침입식생은 개망초, 새, 벼룩자리, 버들잎엉겅퀴, 미국자리공, 망초, 미국가막사리, 민들 레, 아까시나무, 찔레, 물쑥, 매듭풀, 자귀나무, 바랭이, 쇠무릅 등 15종이었다. 가을에는 피 복율이 약 82%로 나타났으며, 출현종은 6종, 침임식생은 5종으로 나타났다. 또한 식생기반재 돌망태기슭막이와 전석기슭막이, 식생낭기슭막이를 비교한 결과, 식생기반재돌망태기슭막이만 녹화효과가 나타났다.


    Korea Forest Servicehttp://dx.doi.org/10.13039/501100003664

    서론

    우리나라에서는 임도 및 계안비탈면의 안정을 위 하여 돌망태를 활용하고 있는 실정이다. 이와 같은 돌망태 공작물은 제방보호 및 기슭막이와 같은 계천 보호공사에 많이 사용하며, 국도 및 고속도로의 경 우 비탈면의 붕괴 및 침식을 억지하기 위하여 또는 임도비탈면에는 비탈면에서 용수가 발생하거나 그로 인해 붕괴 및 낙석이 발생하는 지역에 설치하는 것 이 대부분이었다(Jeong et al., 2008). 그러나 풍화 암 및 마사토, 침식다발 구간을 가진 임도비탈면은 여름철 집중호우에 무방비 상태이며, 고가의 녹화공 법 등을 적용시키기엔 주변 환경과도 부조화 하는 문제점을 안고 있어(Kim et al., 2006) 침식이 발생 하거나 붕괴가 일어나는 지역에 대해서는 일반적으 로 돌망태를 활용하고 있는 실정이다(Yoon et al., 2000).

    돌망태를 이용한 계류 복원공법은 최초에 이탈 리아 마카페리사에서 시도하였으며(Gabbioni & Maccaferri, 1994), 강 둑에 설치된 돌망태가 현재 까지 남아 자연적 복구공법과 조화되어 존재하고 있 다. 일반적으로 돌망태의 수명은 8~10년을 생각하 고 있으나, 현재 이탈리아에 시공한 돌망태는 1884 년에 시공하여 100년이 지난 현재까지 일부 부식만 진행되었을 뿐 안정적으로 존재하고 있는 것으로 나 타났다. 이에 비해 국내에서의 돌망태 공법으로 시 공한 돌망태는 10년 내지 15년이 경과하면 부식되어 파괴되면서 돌망태 내부에 투입한 호박돌 및 잡석이 밖으로 나와 새로운 돌망태로 교체하는 실정에 있는 것으로 나타났다(Motyka & Welsby, 1986; Park et al., 2008).

    Maccaferri(1994)는 일찍이 연구・개발한 매트리스 형 돌망태 제품의 생산, 설계, 시공 등의 기술을 유 럽과 미국에 널리 보급하였고, 국내에서는 수변구역 에 매트리스형 돌망태를 적용한 해안방파제와 같은 구조물에 대한 연구가 수행된 바 있다(Bae et al., 2002).

    국내에서 사용되고 있는 돌망태는 주로 소규모 하 천의 제방과 새만금 등 간척사업의 물막이 공사에 이용되어 왔으며, 돌망태를 이용한 제방 비탈면 및 하상 보호공법, 돌망태 수리구조물의 수리학적 특성 및 설계기법, 산업부산물인 슬래그 등 다양한 채움 재를 활용한 돌망태 공법 개발 등이 연구된 바 있으 나(Kang et al., 2001; Bae et al., 2002), 돌망태 를 활용하여 야계 및 황폐계류를 포함한 산지계류에 서 적절하게 적용할 수 있도록 하는 자연친화적이고 도 다양한 기능을 수행할 수 있는 구조물의 기술 개 발 및 적용에 관한 연구 성과는 국내・외적으로 미흡 한 편이었다.

    또한 비탈면 등에 신속한 녹화를 위하여 식생기반 재를 사용하기도 하는데 주로 유기물인 피트모스와 무기물인 펄라이트가 혼합되어 사용되어지는 식생기 반재는 생태계 지속성 유지, 토양구조 및 통기성을 개선할 수 있고 식물생장에 필요한 영양분을 공급해 주는 역할을 한다(Bandaranayake et al., 2003; Kim et al., 2009; Kim, 2013). 이러한 식생기반재 를 돌망태에 적용하게 되면 돌망태의 녹화를 통한 주변 환경 부조화 개선 및 계안비탈면의 녹화에 영 향을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

    따라서 본 연구는 산지계류의 자연친화적 복원을 위해 산지 계류 특성에 적합한 안정성과 구조를 가 지면서 계안 보호 및 복원이 가능하도록 식생기반재 돌망태기슭막이 공법을 개발하여 시공하였으며, 이 연구에서는 개발된 산지계류복원을 위한 식생기반재 돌망태기슭막이의 녹화효과를 중심으로 개발 공법의 효능을 연구하였다.

    재료 및 방법

    1.조사대상지의 입지 현황

    식생기반재돌망태를 설치한 지역은 경상남도 진주 시 일반성면사무소에서 남쪽 방향으로 약 4.0km 떨 어진 거리에 위치하고 있는 황폐 계류로 유역면적은 약 5.2ha이고, 임황은 침활엽수 혼효림으로 구성되 어 있다. 조사예정지 상류 지역의 산지는 조경수 재 배단지이고 작업로가 개설되어 있어 집중호우시 토 사유출이 발생되고 있으며, 계류 주변의 비탈면은 접착력이 비교적 약한 사양토 지역으로 집중호우 시 계안의 붕괴 및 계류의 침식으로 계류의 폭이 확장 되고 있는 상황으로 하상이 높아짐에 따라 계류가 범람하여 주변의 인가 등에 피해가 발생되고 있는 실정이다. 또한 하류 지역에는 과거 집중호우 시 농 경지가 침수되는 등 피해가 발생하여 수해복구사업 을 시행한 지역이었고, 조사예정지는 집중호우 시 계류의 종․횡 침식이 가중되어 토석류의 피해 우려 가 있는 지역으로 판단된다. 아울러 조사대상지 계 류 하부에는 인가, 축사 등이 있는 주민들의 생활권 지역으로서 계류를 복원하고 향후 발생할 수 있는 태풍 및 집중호우 등 재해에 대비하기 위하여 사방 댐을 설치할 필요가 있는 지역으로 식생기반재 돌망 태를 이용하여 기슭막이를 설치함으로써 경관개선 및 식생녹화가 필요한 지역이다.

    이 지역에 시공되는 주요 공종 및 적용 공법, 기 능을 분석한 결과 이 지역은 집중호우 시 유출되는 토사석력과 유목을 차단하여 인가가 있는 하부 지역 의 피해를 방지함은 물론 주변의 경관보전 및 계류 의 환경을 개선하고 주민들이 필요로 하는 농업용수 등을 확보하기 위하여 자연친화적인 저사, 저수 목 적의 전석사방댐을 설치하고, 그 하부에 식생기반재 돌망태기슭막이를 설계하여 시공하였다.

    조사대상 유역의 형상은 산악지에 위치한 장방 형에 가까운 유역형상을 가지며, 지형은 유역면적 의 71.3%가 경사도 25°이상의 험준지 또는 절험 지로 경사가 매우 급하고 조경수재배단지 등이 있 으므로 강우 시 첨두 홍수량이 크고 지표수로 유 출되는 유량의 비율이 높은 지역이다. 또한 지질은 하양층군진동층, 하양층군함안층이며, 끊임없는 풍 화와 침식작용으로 강우시 토사석력이 하류로 유 출되어 계류변을 침식시키고, 하류 주민들의 생활 에 영향을 미치는 지역이다. 계류의 폭은 3/2-5m 이었으며, 종단 기울기는 15/5-25%이었다. 이 지 역 계류주변의 산지는 황폐지는 없으나 상류 지역 에는 조경수재배단지가 있고, 계안의 붕괴 및 침식 지가 많이 분포되어 있으며, 계상에는 상류에서 유 송된 다량의 토사가 일부 구간에 퇴적되어 있는 것으로 나타났다. 이 유역에서는 과거 산사태발생 은 없었으나 유역면적의 약 95% 정도가 산사태위 험도 2∼3등급으로 나타나고 있어 대부분의 유역 이 산사태발생 가능성이 있는 지역으로 사방댐 및 기슭막이 등 사방시설을 설치하여 향후 집중호우 시 하부 민가지역에 토석류 등의 피해를 방지해야 할 필요가 있는 지역이다. 또한 계류의 전반적인 상황을 검토해 볼 때 토사석력의 유출량이 많을 것으로 예상되며, 산지재해 발생 잠재성이 있는 지 역으로 판단된다.

    조사대상지역 토양에 대한 기초적인 특성은 Table 1에 나타내었다. 임황은 대부분 침활혼효림이 83.1% 를 차지하고 있고 수종으로는 소나무, 해송, 상수리 나무, 굴참나무, 감나무, 층층나무, 밤나무, 가시나 무, 느티나무, 떡갈나무, 조록싸리, 때죽나무, 국수 나무, 붉나무, 개옻나무, 진달래, 산벚나무, 찔레, 좀깨잎나무 등이 분포하고 있는 것으로 나타났다. 특히 밤나무림은 15.6%, 소나무림은 1.3%로 나타났 다. 초본류는 미국자리공, 여뀌, 도둑놈의갈구리, 왕 고들빼기, 사초, 쑥, 새, 주름조개풀, 고사리, 도깨 비바늘, 칡, 그늘사초 등이 분포하고 있는 것으로 나타났다. 전체적인 경급은 중경목이 가장 많은 면 적을 차지하고 있으며, 소밀도는 밀인 지역이 대부 분을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 조사대상유역 의 경급 분포도를 분석한 결과, 중경목이 약 83.1% 를 차지하였으며, 소경목이 약 16.9%를 차지하였다 (Fig. 1).

    2.식생기반재 조제

    식생기반재는 유기질재료와 무기질 재료를 혼합하 여 조제하였다. 유기질재료인 피트모스는 LA flaora 사의 라트비아산 피트모스를 구입하여 사용하였고, 무기질 재료인 펄라이트는 배수용펄라이트를 구입하 여 사용하였다. 또한 일부 수입에 의존하고 있는 유 기질재료를 대체하기 위해 국내산 목질부산물을 사 용하였고, 질소비료를 혼합하여 식생기반재를 조성 하였다. 식생기반재 조제에 사용된 원료 및 혼합비 율을 Table 2에 나타내었다.

    3.식생기반재돌망태기슭막이 시공

    식생기반재돌망태기슭막이는 현장의 지형(경사도, 방위 등) 상황 등에 따라 변형이 가능하도록 현장 맞춤형으로 설계하였다(Park et al., 2008). 식생기 반재돌망태기슭막이는 조사 등 접근성, 편리성, 계 안의 황폐상태, 설치 가능성 유무, 식생기반재돌망 태 설치를 위한 차량 등 장비 진입 가능성 유무 등 을 고려하여 2014년 4월 경상남도 진주시 일반성면 남산리 산111-1임 외 12에 시공하였다. 시공은 식생 낭기슭막이, 콘크리트기슭막이와 식생기반재돌망태 처리구(직선부 2개소)로 구분하여 시험구를 조성하 여 식생녹화효과를 비교 분석하였다.

    식생기반재돌망태기슭막이는 식생기반재돌망태를 활용하여 시공하였다. 식생기반재돌망태기슭막이는 조사대상계류의 양안에 2단으로 설치하였으며, 규격 은 하단부에 길이 100cm x 높이 100cm x 폭 100cm 정방형으로 3개를 설치하고, 상단에도 동일 하게 하되, 계안의 높이를 고려하여 길이 100cm x 높이 500cm x 폭 100cm 형태로 3개를 설치하였다. 이 식생기반재돌망태기슭막이는 계류의 양안에 설치 하였다. 아울러 식생기반재돌망태기슭막이를 고정하 기 위하여 3cm 두께(길이 1.5m)의 강철파이프를 식 생기반재돌망태기슭막이의 상단과 하단이 연결되도 록 1m 폭마다 2개소를 연결하여 식생기반재돌망태 기슭막이가 고정되도록 하였다. 아울러 식생기반재 돌망태기슭막이는 콘크리트기슭막이와 식생낭기슭막 이의 중간에 설치하여 양쪽 공작물과의 녹화효과를 비교 분석하기 위하여 설치하였다.

    식생기반재돌망태기슭막이 시공 순서는 시공대상 지 터파기, 식생기반재돌망태 짜기, 식생기반재돌망 태틀고정하기, 잡석과 현지토양 + 종자채우기, 말 뚝으로 고정하기, 완공의 순이다. 식생기반재돌망태 기슭막이에 적용한 종자는 현지토양과 잡석 등과 미리 섞어 식생기반재돌망태기슭막이에 굴삭기를 이용하여 한꺼번에 채워 넣었으며, 식생기반재돌망 태기슭막이틀의 배가 튀어나오지 않도록 인력으로 조정하면서 채워 넣었고, 최종적으로 식생기반재돌 망태기슭막이 틀은 반생으로 고정하여 식생기반재 돌망태기슭막이틀의 변형이나 파괴가 발생 않도록 고정하였다.

    4.식생 및 녹화평가

    식생기반재돌망태기슭막이는 계안에 설치하였으 며, 녹화효과를 분석하기 위하여 계절별로 피복도를 파악하기 위하여 목본인 경우에는 본수, 수고, 수관 폭을 조사하였고, 초본인 경우에는 출현초본수, 초 폭을 조사하였고, 출현종수, 고사율 등을 조사하였 다(Table 3).

    결과 및 고찰

    1.식생기반재돌망태기슭막이의 식생활착 및 성장특성

    식생기반재돌망태기슭막이 신공법 적용지에 투입 된 종자는 Table 4와 같다. 식생기반재돌망태기슭막 이에 적용한 종자는 재래목본으로 참싸리, 낭아초 등 2종을 사용하였고, 재래초본으로는 벌노랑이, 패 랭이꽃, 자운영, 수레국화, 끈끈이대나물, 기생초(춘 자국), 코스모스, 레드크로버 등 8종을 적용하였다. 특히 이러한 녹화초종 및 수종을 사용한 이유는 주 변 식생과 조화되고, 일부 귀화식물도 포함되어 있 기에 외래도입초 대신 경관적으로도 양호한 재래초 본과 이미 주변 환경에 적응한 귀화식물 위주로 하 였다(Park et al., 2008).

    식생기반재돌망태기슭막이를 시공한 후 20일이 경과된 후 식생활착상황을 조사한 결과, 발아가 시 작되고 있었으며, 발아된 식생은 어린 상태로 종의 구분이 파악되지 않았다. 이는 식생의 성장에 따라 잎과 줄기가 명확하게 나타남으로써 구분될 것으로 사료된다. 즉, 이때의 피복률은 약 20%/m2를 나타 내었다. 이와 같은 결과는 식생기반재돌망태기슭막 이에 발아된 식생이 떡잎 상태 등 발아 후 시간경과 가 짧은 영향으로 인하여 피복률이 낮은 결과로 나 타났다고 사료된다. 여름철(8월)에 조사한 결과, 피 복률은 약 65%로 나타났다. 출현종은 파종한 목본 인 낭아초, 참싸리 모두 출현하였으며, 초본으로는 벌노랑이, 자운영, 수레국화, 기생초, 코스모스 등 5 종이 출현하였으며, 파종한 패랭이꽃(Dianthus chinensis L.), 끈끈이대나물(Silene armeria L.), 레드크로버(Trifolium pratense L.)는 출현하지 않 았다. 아울러 이때 침입식생은 개망초, 새, 벼룩자 리, 버들잎엉겅퀴, 미국자리공, 망초, 미국가막사 리, 민들레, 아까시나무, 찔레, 물쑥, 매듭풀, 자귀 나무, 바랭이, 쇠무릅 등 15종이 출현하였으며, 이 들 중 목본은 아까시나무, 찔레, 자귀나무 등 3종이 출현하였고, 초본으로는 개망초, 새, 벼룩이자리, 버들잎엉겅퀴, 미국자리공, 망초, 미국가막사리, 민 들레, 물쑥, 매듭풀, 바랭이, 쇠무릅 등 12종으로 나타났다. 이렇게 침입한 식생은 현지토양을 종자와 배합하여 식생기반재돌망태기슭막이에 시공하였기 때문에 매토종자가 발아된 종자도 있었을 것으로 사료된다(Park, 2002). 즉, 파종한 종자와 더불어 침입식생이 어우러져 식생기반재돌망태기슭막이의 녹화효과는 상승하는 것으로 사료된다. 아울러 가을 (10월)에 조사한 결과 피복율은 약 82%로 나타났으며, 여름에 출현했던 낭아초(Indigofera pseudotinctoria Matsum.), 참싸리(Lespedeza cyrtobotrya Miq.) 2 종은 평균수고 1.2m로 자랐으며, 재래초본은 코스 모스(Cosmos bipinnatus Cav), 벌노랑이(Lotus corniculatus var. japonica Regel), 수레국화 (Centaurea cyanus Linn.), 기생초(Coreopsis tinctoria Nutt.) 등 4종이 출현하여 자운영(Astragalus sinensis L.)은 쇠퇴한 것으로 나타났다. 여름에 조사된 침입 식생은 미국가막사리(Bidens frondosa L.), 아까시나 무(Robinia pseudoacacia L.), 찔레(Rosa multiflora var. multiflora Thunb.), 자귀나무(Albizia julibrissin Durazz.), 쇠무릅(Achyranthes japonica NAKAI) 등 5종으로 이 가운데 목본은 아까시나무, 찔레, 자 귀나무가 여름에 이어 성장하고 있었고, 미국가막사 리, 쇠무릅이 출현하였으며, 여름에 출현하였던 개 망초(Erigeron annuus PERS.), 새(Arundinella hirta), 벼룩이자리(Arenaria serpyllifolia L.), 버 들잎엉겅퀴[Cirsium lineare (Thunb.) Sch. Bip], 미국자리공(Phytolacca americana), 망초(Erigeron canadensis), 민들레(Taraxacum platycarpum Dahlst.), 물쑥(Artemisia selengensis Turcz. ex Besser), 매듭풀[Kummerowia striata (THUNB.) SCHIND L.], 바랭이[Digitaria sanguinalis (L.) Scop] 등 10종은 쇠퇴한 것으로 조사되었다. Fig .2

    2.식생기반재돌망태기슭막이와 대조구의 식생활착 비교

    식생기반재돌망태기슭막이와 연결되어 있는 전석 기슭막이와 일반적인 기성품인 식생낭기슭막이의 시 공지를 비교한 결과, 여름철 강우 후에도 식생기반 재돌망태기슭막이 등 3개 공법 모두 안정적인 구조 및 형태를 유지하고 있었으나, 녹화적인 면에서는 식생기반재돌망태기슭막이 만이 녹화가 이루어지고 있는 것으로 나타났다. 즉, 전석기슭막이에는 틈에 침입식생이 침입하여 부분적으로 녹화하는데 시간이 오래 걸리는 것으로 이 실험지에서는 녹화가 전혀 이루어지지 않은 상태이었으며, 식생낭기슭막이에는 참싸리와 새류를 부착하여 시공하였는데, 새류가 녹 화율 약 1% 정도로 녹화되어 식생기반재돌망태기슭 막이에 비해 녹화는 매우 미약한 것으로 분석되었다. Fig .3

    Figure

    JALS-49-143_F1.gif

    Experimental site

    JALS-49-143_F2.gif

    Carrying of revetment of using gabion systems with vegetation base materials

    JALS-49-143_F3.gif

    Coverage of sack of revetment, revetment of using gabion systems with vegetation base materials and stone revetment

    Table

    Properties of the soil in the experiment area

    Mixture ratio of vegetation base materials

    Survey contents of study sites

    Coverage of revetment of using gabion systems with vegetation base materials

    Reference

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