환경과조경

중국도로 비탈면 녹화 설계 및 시공일본임목 폐기물의 파쇄칩을 식생기반재로 활용하여 목본 군락을 조성한 모습미국식생기반재 조성 시 토양의 단립화를 촉진하는 고분자재 처리 기술이 발달

1990년대 중반 이후 국민의 삶의 질과 국민 의식의 향상으로 환경에 대한 의식이 높아짐에 따라 양재천 사업과 오산천 하천환경정비사업 등 하천 생태계를 고려한 하천정비사업이 진행되기 시작하였다. 2000년대 이후에는 하천 서식처의 물리 기반을 복원하여 생물 서식처 기반을 조성하고 친수성을 제고하며 나아가 치수 능력도 유지․보전하기 위한 대안적 하천 정비 방법인 ‘자연형 하천’조성을 위한 다양한 시도들이 활발히 이루어지고 있다.하천 정비의 주요한 부분의 하나인 하천제방공사에서 1970년대 이전의 호안 공법은 대부분 돌붙임과 평떼 등을 사용하였으며, 1970년대에 들어와서는 시공성과 경제성, 재료 구득 등이 쉬운 돌붙임, 타원형 돌망태와 콘크리트 블록이 주로 이용되었다.2000년대에 들어서면서는 친환경적이며, 경제적이고, 수리적 안전성 등이 우수한 매트리스형 돌망태가 많이 사용되었다. 그러나 최근 돌망태용 석재가 부족해지고, 석재원 개발로 또 다른 환경문제가 제기되면서 식생매트 호안과 친환경적으로 개량한 콘크리트 블록을 적용 중에 있다.본 고에서는 하천공사 시 적용하는 호안의 설계 기준 및 일반적인 호안 공법의 종류와 4대강살리기 사업에 적용된 호안 공법 사례를 살펴보고 하천의 호안 공법에 대한 이해를 돕고자 한다.

황토고원은 세계 최대의 황토 침식 지역이다. 중국 중부 북쪽에 위치하고 있으며, 북위 34°～40°, 동경 103°～114° 지역에 넓게 분포하고 있다. 동서 길이가 약 1,000km 정도이며, 남북 길이는 약 700km에 달한다. 태항상(太行山)의 서쪽부터 청해성(靑海省)의 일월산(日月山) 동쪽까지 분포하고 있으며, 진령(秦?) 이북부터 만리장성 이남까지 이른다. 산서성, 섬서성, 감숙성, 청해성, 영하 회족자치구 및 하남성 등의 지역을 포함하고 있으며, 면적은 약 40만㎢에 달한다. 여러 성(省) 중에서도 섬서성에서 황토고원 토양 침식에 관한 연구가 가장 활발하게 진행되고 있다. 섬서성(?西省)은 중국의 서북 지역에 있는 성(省)으로, 황하(?河) 중류와 장강(長江) 상류에 위치하고 있으며, 지리적 위치는 동경 105° 29′～ 111° 15′，북위 31°42′～ 39°35′에 자리하고 있다. 2008년 현재, 면적은 205,800㎢이며, 인구는 약 3,762만 명이다. 동서 길이가 좁고, 남북 길이가 긴 것이 특징으로 동서 길이가 약 160～490km, 남북 길이가 약 880km에 달한다. 섬서성은 황하의 진흙과 모래의 주요 발원지 중 한 곳이며, 건조하고 강우량이 적어서 수자원이 부족하다. 매년 황하의 진흙과 모래는 6억 톤(과거 8톤)에 달하고 있고, 이는 황하 진흙과 모래의 40%에 달하는 수치이다. 황하 유역의 토양 침식은 연평균 1만 톤/㎢ 이상이며, 황보천(皇甫川)에서는 연평균 토양 침식이 59,700톤/㎢에 달했던 적도 있다. 황하 유역의 토양 침식뿐만 아니라 안변(安邊), 정변(靖邊), 횡산(橫山), 유양(愉陽), 신목(神木), 부곡(府谷), 오기(吳旗), 괘현(卦縣), 수덕(綏德), 미지(米脂), 청윤(淸潤), 자주(子洲)의 12개 현(縣) 및 구(區), 170개 향(鄕), 진(鎭) 등에서는 사막화의 영향을 받고 있다. 이들 지역의 총면적은 3,265,003.1ha이며, 그 중 사막화 토지는 2,984,999.6ha로, 총면적의 91.4%를 차지하고 있다. 이는 섬서성 총면적의 14.5%에 달하는 면적이다. 그 중 바람에 의한 침식 토지는 1,433,430.3ha로, 사막화 토지의 48.0%이며, 물에 의한 침식 토지는 1,465,981.8ha로, 사막화 토지의 49.1%이다. 알칼리성 토지는 85,587.5ha로 사막화 토지의 2.9%이다. 섬서성 사막화 토지 중 경지 면적은 718,262.9ha(24.0%), 임업용지 면적은 1,459,662.5ha(48.9%), 목축업 용지는 688,419.6ha(23.1%), 미(未)이용 토지는 118,654.6ha(4.0%)이다(그림 1). 섬서성의 대부분 지역은 국가급 빈곤 지역에 속하며, 17개 민족 330만 명의 빈곤층 인구가 살고 있다. 생존을 위해 주민들은 넓은 지역에 파종을 하고는 있지만, 수확량이 적을 뿐만 아니라 과도한 목축과 남벌(濫伐) 등의 약탈식 농업이 계속되고 있는 현실이다. 게다가 농업 구조와 토지 이용 구조가 단순하여 식량 생산에 한계가 있다. 지속적인 수토 유실과 사막화, 사화(沙化), 토양 비옥도 저하, 초원의 퇴화, 생태 환경의 악화, 농업 생산 능력의 감소로 인해 지역 경제가 어려움을 겪고 있으며 경제, 사회적으로 불균형한 발전을 하고 있다. 생태계 보호와 균형적인 발전을 위해 섬서성은 ‘녹생 섬서성, 생태 섬서성’을 모토로 생태 환경 개선, 지역 경제와 사회 협력 발전 촉진 및 생태 건설에 큰 힘을 기울이고 있다. 본문에서는 중국의 비탈면 녹화 공법과 황토고원의 토양 입지 유형별 적합 수종에 대해 소개하고자 한다.

비탈면 녹화에 사용되는 식물의 종류식물이 발아하고 생육함에 있어서는 지속성, 효율성, 경제성 측면에서 조성되도록 해야 한다. 종자에 의한 군락 조성은 식물 뿌리의 인장강도가 높고 식물이 자라는데 환경적 내성이 강하며 비탈면 녹화에 효과적인 식물종을 선정하여야 하고, 주변 자연환경과 조화되는 식생이 이루어지도록 자연 천이 과정을 중시하며 다양하고 풍부한 종을 사용하여 생태 건정성을 높이도록 해야 한다. 비탈면에 사용되는 식물은 크게 초본류, 목본류로 구분되며 초본류는 발아와 생육이 빠르고 비옥한 생육 기반에서 식물 종자는 비탈면의 경사지에서 1~2주 만에 정착시킬 수 있다. 목본류는 발아와 생육이 완만하고 최저 2~3개월 이상 소요되며 함께 파종한 초본의 초기 성장이 빨라 피압되어 잘 정착하지 못하는 경우가 많다. 그러나 일단 정착된 목본류는 뿌리의 신장으로 비탈면의 안정과 주위 자생 식물과의 생태적 식물 군락 형성에 크게 기여하게 된다. 뿌리 성장이 곤란한 점토질 토양이나 암석의 절리가 적어 뿌리 생육이 어려운 암반은 식물이 생육할 수 있는 식생기반재를 두껍게 뿜어붙이기를 하여 인공적인 토양을 조성하여야 한다. 비탈면은 또 비탈의 경사에 따라 사용하는 식물을 달리 선정하게 된다. 경사가 1:1(45°) 이하 지역으로 식물 뿌리의 뻗음이 용이한 비옥지 비탈면은 목본류를 도입할 수 있다. 이때 식생기반재를 두께 1~3㎝로 조성하고 혼합 종자를 파종하면 1~2개월간 침식되지 않고 비탈면을 녹화할 수 있다. 외래초종 도입 시에는 두께 1㎝ 이하의 기반층을 두어 1~2주간 침식되지 않고 조기에 녹화한다. 경사가 1:1 이상으로 비료분이 적은 비탈면은 사용 종자가 유실되지 않고 비료분이 풍부한 식생기반을 조성해주어야 한다. 비탈면에 뿌리 성장의 여지가 없는 점성토, 절리가 적은 경암 지역에는 뿌리의 신장 영역을 충분하게 조성하여야 한다.

시공 계획의 수립바람직한 비탈면 녹화를 위해서는 비탈면의 안정을 전제로 비탈 조형, 녹화 방법, 녹화 후 경관 변화 및 유지관리 방안을 검토하는 것이 필요하다. 녹화 계획 수립의 첫 번째 단계에서는 식생 복원 녹화의 목표를 수립하는데, 여기에서는 식생 천이가 용이하게 이루어져 생태계 회복에 유효하고 주변 식생과 조화되는 식물 군락의 조성 등을 중요하게 고려하여야 한다. 이때 주변의 토지 이용과 산림 구조, 비탈면의 토질, 경사, 방위 등을 고려하여 키 큰 수림형, 키 낮은 수림형, 초본 주도형 군락 중 하나를 목표로 하되, 해당 지역에 적합한 자생 식물을 적극 활용하는 계획을 수립한다. 복원 녹화 목표가 수립된 이후에는 식물 정착을 위한 비탈면 안정화 작업과 시공 시기별 적용 방법에 대한 검토가 수행된다. 비탈면은 구조적으로 매우 다양하기 때문에 비탈의 토질, 토양, 경사 등의 환경 조건이 복원 녹화의 목표로 설정된 식물 군락의 생육에 적합하지 못하면 식물의 생육 환경을 개선시키거나 생육 기반을 안정화하는 작업이 선행되어야 한다. 또한 비탈면 녹화는 식물체를 이용하는 것이므로 시공 시기가 매우 중요한데 일평균 기온이 10∼25℃일 때를 식생 공사를 위한 최적기로 보고 있다. 기온이 25℃ 이상일 때에는 고온 건조하여 해를 받기 쉬우므로 여름철 시공은 피하도록 한다. 그러나 공기의 형편에 따라 부득이 시공할 경우에는 건조의 해를 잘 받지 않는 방법을 선택하여야 한다. 기온이 10℃ 이하에서는 동상에 의한 건조의 위험과 붕락 등을 일으키기 쉬우므로 가급적 동절기의 시공은 피하여야 한다.

들어가는 말2009년도 국토해양부에서는 「도로비탈면 녹화공사의 설계 및 시공 지침」을 마련하여 비탈면 녹화공사의 품질을 향상시키는 특단의 조치를 시행하고 있다. 지금까지 녹화공사의 품질보다는 외래종 위주의 조기녹화와 경제서 위주의 투명하지 않는 공사수주의 관행이 고질적인 문제점으로 지적되어 왔다. 비탈면 녹화공사는 도로공사로 훼손된 비탈면을 주변 환경과 조화되는 식생복원을 하여 훼손된 경관을 회복시켜야 하지만 주변생태계의 특성을 무시하고 발아가 빠른 한지형외래도입초종위주의 단순녹화공사를 하여 주변 환경과 부합되지 못하거나 비탈면 토질을 고려하지 않는 녹화공사 진행으로 재황폐화가 이루어지는 사례가 빈번하였다. 이러한 비탈면 녹화공사의 고질적 병폐를 극복하기 위해 시험시공을 통한 녹화공법 선정이라는 극단적인 방법을 시행하게 되었으며, 긴급복구공사, 도로 유지 보수사업을 제외하고는 설계에 반영된 녹화 공법을 포함한 특허 및 신기술공법 2-3가지의 이상의 녹화공법들을 대상으로 현장에서 시험시공을 실시하고, 1년에 걸친 자연생태복원전문가의 모니터링 결과를 통해 녹화 공법을 최종 선정하도록 하고 있다. 이 지침은 지방국토관리청을 포함하여 도로공사, 지자체에서도 적용하고 있어, 앞으로 비탈면 공사는 시험시공 결과가 녹화공법의 결정에 매우 중요한 역할을 하게 되었다.

비탈면 유지 관리 점검 내용절토 사면에 시공된 비탈면 복원공의 유지 관리는 도로 사면의 경관과 미관의 향상, 주행자의 안전을 위해 반드시 필요하다. 고속도로 절토 사면의 경우 대규모로 조성되어 암반 상태, 토질 특성 등이 불규칙하게 조성되는 경우가 많으며, 대부분 절토 사면은 암반층으로 형성되고 성토 사면은 토양층으로 조성된다. 그러나 사면의 환경 특성 즉 경사도, 암의 종류, 절리 및 균열 특성에 따라서도 시공 효과의 차이가 다르게 나타나므로 장단기적인 유지 관리를 위해서 반드시 필요한 제반 사항이 충족되어야 할 것이다.두꺼운 층으로 시공되는 대부분의 보호 및 녹화공의 경우, 취부되는 재료의 양이 많고 철망 부착 후 그 위에 시공하므로 초기의 관수와 식생 관리는 필수적이다. 대상 사면의 특성, 사면 방향과 환경에 따라서 차이가 나지만 초기 1~2년 정도 재료의 유실 방지와 식생 관리에 주의를 한다면 두꺼운층 녹화공의 유지 관리에 큰 문제는 없을 것으로 생각된다. 취부 재료의 부분 유실과 배합 불량 등에 따른 시공은 현장에서 시공 전 재료와 시험 시공 후 시공함으로써 유지 관리에 필요한 최소한의 품질 조건을 확보해야 한다.일반적으로 녹화공의 경우, 종자뿜어붙이기류Seed-spray는 시공되는 취부 재료가 얇고 대면적으로 시공되는 특성을 갖고 있으므로 초기 침식과 재료 유실을 막는다면 단기적인 유지 관리는 큰 문제가 없을 것이다. 하지만 Coir net, 거적 덮기 등의 공법은 발아율이 저조하면 초기 우수에 그물망 사이로 빗물이 침투하여 토층에 수로가 형성되어 결국은 토층 유실 원인이 되므로 더욱 세심한 관찰이 필요하다.장기적인 관점에서 녹화공의 유지 관리는 기본적으로 외부로 나와 있는 식생 관리에 초점을 맞추는 것이 일반적이다. 시공 후에 초종의 특성에 따라 난∙한지형 잔디의 계절적 변화에 여름철 하고夏枯 현상 또는 고사 시에는 관수 등의 유지 관리를 해주어야 한다. 가장 일반적인 관리 작업인 관수는 식생의 발아와 생장에 필수적인 요소이므로 각 공법의 시공 시 항상 염두에 두어야 할 것이다.도로 사면의 경우 도로 이용자의 시야 확보를 위해서 식생 관리는 기본적으로 예초나 하예작업 등을 시행하여야 한다. 도로 사면 중 절토부 중․하부와 성토부 상단부의 경우는 시공 시 목본을 사용하지 않는 것이 좋으며 충분한 시야를 확보할 수 있는 경우에만 싸리 등 관목류 위주의 목본을 도입하는 것이 효과적이다.비탈면의 점검은 일상 점검, 정기 점검, 이상 시(임시) 이상 점검 등으로 시행하며 시공된 안정 공법, 식생기반, 식생 등이 지속적으로 유지되고 부합되도록 관리 계획을 수립하여 주기적으로 점검을 시행한다.일상 점검은 도로순찰차 등에서 육안으로 인식이 가능한 범위 내에서 점검하는 것으로 변상의 조기 발견을 목적으로 한다. 정기 점검은 일상 점검에서 파악되지 않은 재해의 징후 유무 등을 조사하기 때문에 도보로 법면․비탈면에 접근하여 가능한 한 세심하게 점검하는 것으로 연 2회 등 일정 간격으로 점검을 실시하는 것이다. 이상 시 점검은 풍수해, 지진 등이 발생된 후 필요에 따라 실시하며, 점검 빈도, 범위 등의 필요 사항은 사전에 도로 등의 사정에 따라 대처하는 것이 필요하다. 이상 시 점검은 일상 점검과 동일한 방법으로 육안 관찰을 중심으로 행하지만 특히 주의를 요하는 개소에서는 필요에 따라 정차, 하차하여 점검한다.

비탈면 토질과 암질에 따른 특성 및 녹화 방법 비탈면 녹화의 시공 방법은 토질과 암질에 따라 달라지는데, 크게 토사 비탈면과 암 비탈면으로 구분할 수 있다. 성토 또는 절토로 이루어진 토사 비탈면은 다양한 식물종의 사용으로 주변의 환경과 유사한 생태적 복원이 가능하지만 토사 유출과 세굴 등에 대한 방지 대책이 필요하며, 경도가 높고 토층이 거의 없은 암 비탈면은 식물의 활착과 지속적인 생장을 위한 식생기반재의 도입이 필수적이다. 토사 비탈면토사 비탈면은 크게 경사도 30도 미만( ~1:1.7)의 성토 비탈면과 경사도 30~45도(1:1.7~1.0)의 절토 비탈면으로 구분되는데, 이러한 토사 비탈면은 식물의 생육 여건이 좋아서 식재(잔디, 초화, 교관목)나 종자 파종과 같이 다양한 공법의 적용이 가능하여 계획적인 생태 복원에 적합하다.토사 비탈면에는 씨앗뿜어붙이기, 잔디떼붙이기, 식물 식재 등의 공법이 주로 사용되고 있는데, 안정적인 비탈면 녹화와 생태 회복을 위해서는 씨앗뿜어붙이기의 경우 종자 배합 시 공사비 절감을 위해 양잔디와 싸리류 중심으로 녹화하기 보다는 국토해양부의 ‘비탈면 녹화 설계 및 시공 지침’에서 제시한 다양한 종류의 종자 배합량이 적용되는 것이 바람직하며, 종자 배합시 적어도 1종 이상의 콩과 식물을 포함하는 것이 비탈면에 지속적인 질소원의 공급을 위해서 필요하며 종자의 조기 발아와 비탈면 토사 유출 방지를 위해 볏짚 거적이나 코아 네트 등의 비탈면 안정화를 병행하는 것이 바람직하다. 풍화토/풍화암 비탈면과 리핑암 비탈면 풍화도/풍화암 비탈면은 경사도가 45도(1:1.0) 전후로 비탈면의 붕괴나 토사 유출의 위험이 높아 이를 방지하기 위한 안정화 공정이 필요하며, 식물 생육 조건이 열악하여 일정 두께의 식생기반의 조성 필요하다. 관목과 초본 위주의 생태 복원이 가능하며 지역에 따라 아교목의 도입도 가능하다 리핑암 비탈면은 경사도가 45~60도(1:1.0~1:0.7)이며 흔히 불도저의 리퍼로 긁었을 때 자국이 나는 암으로 식물 생육 조건이 열악하여 식생기반 조성이 필요하고, 관목과 초본 위주의 생태 복원이 가능하다.일부에서는 이러한 풍화암과 리핑암 비탈면에도 씨앗뿜어붙이기와 볏짚거적덮기 등의 공법을 적용하는 경우도 있는데, 이러한 비탈면에는 식물의 활착과 생육에 필요한 식생기반층이 거의 없어서 식물의 활착과 지속적인 성장을 기대할 수 없으며 식물의 생육에 필요한 최소한의 식생기반층을 조성해 주는 게 꼭 필요하다. 연암, 경암 비탈면 연암과 경암(발파암)비탈면은 경사도가 60도 이상(1:0.7~ )의 급경사로 비탈면 안정을 위해 철망 시공 등의 안정화 공정이 필요하며, 경도가 매우 높고 토양층이 없어서 식물 생육에는 매우 불리한 조건으로, 비탈면 녹화를 위해서는 충분한 식생기반층의 조성이 필요하다. 식생기반의 두께는 건식 공법의 경우 10cm 이상, 습식 공법의 경우 5cm 이상으로 조성해야 식생 유지가 가능하다.암 비탈면의 생태적인 복원을 위해서는 비탈면을 최대한 완경사로 조성하는 것이 좋으며 요철이 있는 연암이나 다절리 발파암은 전면 녹화 이외에도 암의 요철이나 형태를 살려서 부분 녹화하는 것이 경제성과 경관 측면에서 유리하다. 현재 비탈면 경관 녹화가 필요한 골프장 등에는 암 비탈면 부분 녹화가 많이 적용되고 있다. 경사도 70도 이상의 절리나 굴곡이 없는 암 비탈면에는 덩굴 식물 식재의 검토도 필요하다.

도로 분야 비탈면 녹화에 대한 개념이 정립된 시기는 1990년대로서 이 시기에 비탈면 녹화에 대한 다양한 기술과 공법이 개발되었다. 특히 도로 비탈면 녹화에 많은 공법들이 시공되었고 활용되었다. 도로 비탈면 녹화에 활발한 녹화 사업으로 2000년대부터는 다양한 비탈면 녹화 지침이 만들어지기 시작했다. 한국도로공사에서 내부적으로 비탈면 녹화에 대한 기준을 만들었지만 전문적인 견해가 반영되기 보다는 비탈면 녹화의 관리 차원에서 만들어 졌다. 그러다가 2005년도에 국토해양부에서 도로 비탈면 녹화 잠정 지침을 만들어 도로 비탈면 녹화에 대한 기준을 제시했고, 이때에 한국도로공사에서도 고속도로 비탈면 녹화 세부지침(2005. 11)을 만들어 배포하여 비탈면 녹화 분야의 골격을 형성하였다.이후 (사)한국조경학회에서 조경설계기준(2007), 조경공사 표준시방서(2008)를 만들면서 비탈면 녹화 부분에 대한 기준과 시방서를 마련하였다.그 후 3∼4년간의 비탈면 녹화 잠정 지침의 검토 기간을 거쳐 2009년에 국토해양부에서 도로 비탈면 녹화 공사의 설계 및 시공 지침을 제정하여 전국의 도로 현장에 배포하여 비탈면 녹화 분야의 근간을 형성하였다.또한 2011년도에는 국토해양부에서 건설 공사 비탈면 설계 기준, 시방서를 개정하여 비탈면 녹화에 대한 기준 정립을 하고 있는 실정이다.

보수·보강의 개념자연사면에서 절취로 인해 비탈면이 형성되면 지반 내에 지질 구조와 같은 연약층이 존재하는 경우 붕괴가 발생되나 일반적인 비탈면에서는 자체적으로 안정한 상태에 있게 된다. 그러나 시간이 경과됨에 따라 풍화로 인한 지반물질의 강도 저하로 인해 점차적으로 안전율이 떨어져 불안정한 상태에 놓이게 되어 붕괴에 이르게 된다. 안전율이란 개념으로 붕괴가 발생되지 않는 비탈면은 장시간이 경과되어도 안전율이 1.0 이상을 유지하는 경우에 해당한다고 하겠다. 비탈면에 대한 보수·보강은 계획안전율 이상을 확보하기 위해 적절한 시기에 비탈면에 보수·보강 공법을 적용하여 안전율을 계획안전율 이상으로 유지하기 위해 실시한다. 비탈면 안정 대책 공법비탈면의 설계나 공용중에 비탈면의 안정성을 확보하기 위해 절토비탈면의 보호 및 보강 공법을 적용하게 된다. 비탈면 보강 공법비탈면 보강 공법은 쌓기 및 깎기에 의해 불안정해진 비탈면에 지반의 저항력을 증대시켜 변형을 최소화시키는 공법으로 강재의 인장력으로 지반의 변형을 억제하는 앵커, 이형철근 및 그에 상당하는 강봉, 파이프 등의 보강재를 지반에 삽입하여 전단강도를 증대시키는 네일, 뜬 돌이나 암반 절리의 변형을 억제하는 록볼트, 비탈면의 활동 토체를 관통하여 말뚝을 지반에 삽입시켜 지반 변형을 억제한 억지말뚝 등이 있다.