[토목&하천이야기] 하천의 특성
하천에서도 조위 영향이!!
우리가 살고있는 한반도는 북쪽을 제외한 삼면이 바다로 둘러쌓여 있다. 그 중에서 남해와 서해는 밀물과 썰물이 발생하는 조수 간만의 차이가 발생한다. 특히, 서해는 조수 간만의 차가 큰 편이다. 특히, 수심이 낮고 밀물과 썰물 사이에 수위 차이가 크게 발생하여 갯벌과 같은 환경이 만들어져있다. 그중에서 경기만, 아산만, 천수만 등은 수위 차이가 5~10m 내외로 나타나기 때문에 조력발전에 적합한 지역으로 손꼽히고 있다. 현재 경기도 안산 근방의 시화방조제에 조력발전소가 설치되어 매년 552Gwh의 전력을 생산하고 있다.
하천에서 갑자기 바다의 조위에 대한 내용이 나와서 ‘갑자기 왜?’라는 의문이 들수도 있지만, 하천은 결국 바다로 이어지기 때문에 연관성이 있다. 한반도를 두르고 있는 세 개의 바다 중 서해와 남해에서 나타나는 수위의 변화는 해당 바다에서 합류되는 하천들에도 영향을 미친다.
우선 기점수위에 영향을 미친다. 하천에서 수위를 결정하는 용인은 몇 가지가 있다. 유량, 하천의 단면적, 유속 등이 있는데, 그 중에서 하천의 가장 하류인 합류부의 수위가 상류까지 영향을 미치게 된다. 상류의 수위가 하류의 수위보다 낮아질 수 없기 때문이다. 그래서 하천 최하류의 수위를 기점수위라고 표현하며, 본류 하천 혹은 바다의 수위는 하천의 계획홍수위 결정에서 시작점이 된다.
그러면 다시 하천으로 돌아가서, 하구에서 밀려오는 밀물은 강의 하구에서 상류에서 흘러 내려오는 담수를 밀고 올라간다. 이때 염수와 담수가 섞이는 기수역이 하구에 형성된다. 이 지역은 염수와 담수의 영향을 동시에 받는다. 강물만 염분의 영향을 받아 염도가 상승하는 것이 아니라, 밀려온 염수가 침투된 토양 역시 소금기를 포함하게 된다. 그래서 기수역 일대는 망둥어나 갯게 등과 같은 염수와 담수 모두에서 생존할 수 있는 동식물들이 서식하는 특유의 환경이 만들어진다.
이러한 조위 영향은 하천의 하구 뿐 아니라 하천 본류에도 영향을 미친다. 밀물로 올라오는 바닷물이 앞서 설명했던 하천의 기점 수위를 올려버리기 때문이다. 하천의 수위는 유동적이다. 흘러내려오는 물의 양에 따라 수위가 변화하지만, 반대로 기점수위가 올라가게 되면 상류측 수위가 하류보다 낮아질 수 없기 때문에 덩달아 상승하게 된다. 이렇게 물이 밀려 올라가면 일정 구간에 걸쳐 하천 수위가 상승하게 된다.
그래서 수위가 오르내리는 조위 영향은 하천 수위에 영향을 미치게 된다. 서해에 있는 큰 하천들은 대부분 그 범위에 들어선다. 서해로 유입되는 한강의 경우 그 영향은 한강 하구에서부터 약 54km 지점인 잠실대교 부근까지 발생한다. 아래 그래프는 한강 청담대교에 위치한 수위표의 자료 1년치를 모아 그래프로 표현한 것이다.
2018년 청담수위표 수위자료해당 그래프를 확인하면 주기적으로 그래프가 상승하는 형태를 확인 할 수 있다. 해당 그래프에서 수위가 EL.4.2m 이상 발생한 구간은 강우나 상류 팔당댐의 방류에 의하여 수위가 상승하는 경우이다. 해당 지점의 만조시 수위는 약 EL4.16m이다. 그 외에 수위가 주기적으로 상승하는 이유가 바로 밀물에 의하여 기점이 올라가 덩달아 하천의 수위가 상승한 경우이다. 간조시 해당구간의 수위는 약 EL.2.63m이며 최대 1.5m의 수위 차이가 발생한다.
이렇게 하천으로 밀려 올라오는 물은 때때로 흐름에 영향을 주게 된다. 특히, 올라가는 물과 내려가는 물의 흐름이 강한 지점에서 와류를 발생하게 된다. 한강의 경우 농업용수의 취수와 안보의 목적으로 신곡수중보를 설치해 두었는데, 이 지점에서 밀물과 강의 흐름이 만나 강한 와류가 발생하게 된다. 그래서 어선, 군용 혹은 구조용 선박들이 이 와류에 휩쓸려 사고를 당하게 된다.
그리고 만조에서 간조로 바뀌면서 수위가 낮아질 때 발생하는 낙조류는 호안에 소류력을 발생한다. 하천을 설계하는 입장에서도 이런 와류로 인한 세굴과 예상치 못한 소류력은 하천 시설물에 안정 측면에서 좋지 못하기 때문에 유의하여 설계할 필요성이 있다.
