독일 킬 대학 수리+수자원학과의 대학생 예스코 뮐렌베렌트(Jesko Mühlenberend)의 리포트. 독일의 대학교에서 하천관리에 대해 어떻게 가르치는지 소개하기 위해 번역했다. 지도교수 니콜라 포러(Nicola Fohrer) 박사는 이 리포트에 대해 “내용이 전공적으로 완벽하고 학과의 교과 내용과 일치한다”고 평가했다. 보 건설과 준설작업이 강에 미치는 악영향(수질 저하와 홍수 위험)과 그 이유를 설명하고 있다. (역자: 이석정 + 번역연대)
생태환경으로서의 강
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4 생태환경의 위기
4.1 보/댐의 건설
강을 보 또는 댐으로 막아 인공호수 또는 저수지로 만드는 것에는 여러 이유가 있다. 한가지 예를 든다면, 물을 모아 강의 수심을 깊게 하여 배가 다닐 수 있도록 하기 위함이다. 또한 보 건설을 하면서 노리는 또하나의 부수효과 또는 목적으로는 장마가 지면 물을 댐 안에 가두어두고 가뭄이 나면 저장했던 물을 흘려보내는 기능을 들 수 있다. 이렇게 해서 보 아래쪽의 수량을 일정하게 유지하는 것이다. 반면에 보로 막은 영역에는 인공호수가 생긴다. 이러한 인공호수는 공원으로 조성되기도 하고 식수 또는 그 밖에 실용수를 제공하기도 한다(Wikipedia 2007). 또는 수력발전을 위해 사용되기도 한다.
강에 보를 설치하면 보의 상하류 구간에서 물이 흐르는 상태와 속도가 변할 수밖에 없다. 결과적으로 하천의 생태환경이 바뀐다. 보의 하류구간에서는 주기적 유량 변동이 사라지면서 범람원(범람하는 강물에 간헐적으로 침수되는 강 유역 ㅡ역자주) 초지는 항상 물에 잠기게 된다. 이곳에 사는 생명체들의 먹이 공급에 문제가 발생하거나 아예 서식조차 할 수 없게 된다. 보의 상류구간에서는 강의 실질 경사가 완만해져 물살의 속도가 느려진다. 흐름이 느리거나 정체된 물의 수면은 태양열에 더 많이 노출되어 수온이 올라간다. 따듯한 물은 찬 물보다 산소를 덜 저장하므로 결과적으로 물의 산소함유량은 낮아진다. 유속이 감소하면 난류도 덜 발생한다.소용돌이치지 못하는 물의 산소함유량은 낮아진다. 물이 정체되면 유해물질과 영양물질이 강물과 지하수로 더 쉽게 스며든다. 이 현상과 수온의 상승작용으로 녹조류가 증가하고 수질은 악화된다. 또한 물 속 프랑크톤이 죽어 부식하는 과정에서 산소가 사용되기 때문에 물의 산소함유량은 더욱 감소된다. 이러한 현상은 보 상류구간은 물론 보 하류구간에서 더욱 심각하게 나타난다.
강의 흐름을 보로 막으면 동물 생태계에 큰 영향을 미친다. 보가 높으면 물고기나 다른 물속 곤충이 넘을 수 없는 장애물이 된다. 강 상류에서 알을 낳는 산란기 물고기는 상류에 도달하지 못하고 곤충의 교접도 제대로 이루어질 수 없다. 물속 영양물질이 보에 막혀 제대로 흐르지 못하는 결과, 하나의 강임에도 불구하고 보로 나눠진 강 구간마다 서로 다른 생태 구간이 생긴다. 더구나 보는 하천 토사의 자연적인 흐름을 막는다. 보 벽에 토사가 쌓이면서 보 하류구간은 토사부족 현상을 겪게 되고, 이 때문에 대신 강바닥이 파여 침하된다. 또한 보의 건설로 인해 서서히 흐르는 하천은 겨울에 쉽게 얼고, 그러면 새들은 휴식 공간을 찾기 어렵다.
4.2 하천의 직선화
강을 직선화하는 가장 큰 이유는 배가 다니도록 하기 위해서다. 즉, 강의 경로를 직선화해서 구간을 단축하고 일정한 수심을 얻으려는 것이다. 그밖에 범람원을 농경지나 삼림으로 조성하고 홍수를 방지하려는 이유도 있다.
직선화 과정에서 생기는 폐해는 의도되기도 한다. 예를 들어 강바닥이 파이는 현상이 그것이다. 강이 직선으로 흐르면 마찰이 줄어들고 강의 길이가 짧아지면서 강바닥의 경사가 육지의 경사에 비해 급해져 물살이 빨라진다. 빠른 유속은 강바닥을 더욱 깊이 파이게 한다. 하천의 흐름에 비교적 큰 마찰이 없으니 홍수가 나면 강물이 더 빠른 속도로 빠져나간다. 그러나 (의도한 대로 상류에서 범람하지 않고 빨리 빠져나간 물이) 하류에서 문제를 일으킨다. 수위 높은 본류가 샛강들과 하나씩 차례로 만나며 서서히 합쳐지는 게 아니라 모든 샛강과 시간 지연 없이 한꺼번에 합류하게 된다.
강의 직선화는 물의 난류 및 산소량을 줄이고, 따라서 산소량에 상당히 좌우되는 물의 자정능력을 떨어뜨린다. 빠른 물살은 하상보강을 하지 않는 이상 강기슭과 바닥을 심하게 침식한다. 강바닥이 낮을수록 지하수의 위치도 낮아져 강변초지가 늘 건조해지고 범람원 생태계가 위협받는다.
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4.4 자갈, 모래 그리고 물의 채취
유속이 줄어들면 물의 토사운반력도 줄어든다. 그러면 강물에 있는 물질들이 크기별로 분류되어 쌓인다. 건설자재회사들은 이 자연현상을 이용하여 일정한 크기의 자갈과 모래를 채취하는 절호의 기회를 얻게 된다. 그러나 골재 채취로 강에 토사가 부족해지면 강물은 남아도는 토사운반력으로 강변과 바닥을 긁어내면서 앞서 설명한 결과를 초래한다. 뿐만 아니라 자갈과 모래로 된 섬들이 사라져 물고기가 산란장소를 빼앗긴다.
수력발전을 위해 강물을 취수(取水)하는 경우, 발전소로 물을 빼돌린 강 구간은 물이 조금밖에 남지 않아 메마를 위기에 처한다(Stein 2007). 그 구간은 황폐해지고 물고기는 이동할 수 없게 된다.
5 결론
강의 생태계는 파괴되기 쉬운 아주 예민한 유기체이다. 오늘날 강의 생태계는 과거에 있었던 여러 하천공사로 인해 심하게 손상되거나 아예 파괴되었다. 이제, 아직 완전히 파괴되지 않은 생태계를 더 이상 손상하지 않을 방도를 구하고 손상된 하천의 자연을 복구할 방법을 찾아야 할 시기가 되었다. 사람 뿐 아니라 동물종도 살아남으려면 온전한 생활터전이 필요하다. 많은 문제점이 밝혀진 이 시점에서도 아직도 강의 생태계 보호와 자연상태 복구를 망설이는 경우가 있는데 이는 이해할 수 없는 일이다. 폐해의 효율적인 방지를 위해서는 무엇보다 국경을 넘는 초국적 방안을 강구할 때이다.
####원문 전문 보기
http://www.hydrology.uni-kiel.de/lehre/seminar/ws06-07/ws06_muehlenberendt_fluss_als_lebensraum.pdf
Originaltext
###Der Fluß als Lebensraum (Jesko Mühlenberend 2007)
Fachabteilung für Hydrologie und Wasserwirtschaft Christian-Albrechts-Universität Kiel Seminar Wasserwirtschaft WS 2006⁄07 Referent: Mühlenberend, Jesko (stu75698@mail.uni-kiel.de) 01.03.2007
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4 Gefahren des Lebensraums
4.1 Aufstauung
Die Aufstauung eines Flusses zu einem Stausee, -becken oder -teich wird aus verschiedenen Gründen betrieben. Das mit dem Aufstauen verbundene Ansteigen des Wasserstandes kann z.B. zum Beschiffen eines Flusses genutzt werden. Hierzu wird der Wasserstand des Flusses oberhalb der Talsperre konstant gehalten. Als Neben- aber auch Haupteffekt werden Hochwasserspitzen in einem Stausee abgefangen und Niedrigwasser durch die Wasserreserve verhindert. Dies führt Flussabwärts zu einer Homogenisierung der Abflussmenge. Oberhalb der Staustufe entsteht ein Stausee, welcher oft als Freizeitgebiet und zur Trink- oder Brauchwassergewinnung genutzt werden kann (Wikipedia 2007). In Verbindung mit einem Wasserkraftwerk ist Energieerzeugung möglich.
Diese Aufstauungsmaßnahmen führen jedoch zu veränderten Bedingungen im Fluss (ober- sowie unterhalb der Staustufe) und somit ergeben sich auch veränderte Rahmenbedingungen für den Lebensraum Fluss. Durch das Wegfallen der periodischen Überflutungen und Niedrigwasser im Unterlauf können Auenwälder nicht mehr trocken fallen und Altwässer werden nicht mehr überspült. Dies führt dazu, dass der hier vorhandene Lebensraum nicht mehr mit Nährstoffen versorgt wird oder eine Besiedlung nicht mehr möglich ist. Oberhalb der Stauung kommt es zu einer geringeren Fließgeschwindigkeit, da das Gefälle praktisch verringert wird. Durch die geringere Fließgeschwindigkeit und das Anstauen des Wassers in einem Becken kommt es durch die solare Einstrahlung zu einer Erwärmung der Wassermassen. Daraus folgt eine Verringerung des Sauerstoffgehalts, da warmes Wasser weniger Sauerstoff speichern kann als Kaltes. Einher mit der Verringerung der Fließgeschwindigkeit geht die Verringerung der Turbulenz oberhalb der Staustufe. Es kommt zu geringeren Verwirbelungen und damit auch zu geringerem Sauerstoffeintrag in das Gewässer. Durch das Stehen des Gewässers können auch Schad- oder Nährstoffe besser in das Fluss- und auch Grundwasser gelangen. In Verbindung mit der höheren Temperatur kommt es nun zu einem stärkeren Algenwachstum, dies hat eine schlechtere Gewässergüte zur Folge, außerdem werden ober- vor allem aber unterhalb der Staustufe Sauerstoffmengen für das Zersetzen des abgestorbenen Planktons (meistens Stillwasserarten) verbraucht.
Ein weiterer Effekt der Aufstauung von Gewässern ist für die Tierwelt von Bedeutung. Durch die hohen Staumauern oder Stauwehre entstehen für Fische und Insekten oft unüberwindbare Hindernisse. Das Ergebnis ist, dass Fische nicht mehr zum Ablaichen in die Gewässeroberläufe gelangen können und Insekten ihren Kompensationsflug nicht ungestört betreiben können. Es kommt also zu vollkommen voneinander unterschiedlichen ökologischen Zonen innerhalb nur eines Fließgewässers, da auch der Nährstofftransport durch die Barrieren behindert wird. Durch die Unterbrechung der Geschiebeführung kommt es außerdem zu einer Sedimentation an der Staumauer und damit zu einem Geschiebedefizit im Unterlauf, welches durch eine Eintiefung des Gewässerbetts kompensiert wird. Als letztes sei der Effekt zu nennen, dass durch die geringere Fließgeschwindigkeit das Gewässer im Winter schneller zufriert und es daher für Vögel schwierig wird Rastplätze zu finden.
4.2 Begradigung
Die Gründe für das Begradigen eines Flusses sind vor allem die Schiffbarmachung, da es hierfür von Vorteil ist, wenn die zurückzulegende Strecke relativ gering und die Gewässertiefe ausreichend ist. Auch land- und forstwirtschaftliche Interessen, z.B. die Nutzung von Auenflächen und der Hochwasserschutz sind Interessen.
Die Probleme, die entstehen sind unter anderem gewollt, so z.B. die Gewässereintiefung. Durch das Begradigen kommt es zu einer höheren Fließgeschwindigkeit, da die Reibung verringert wird und durch das Verkürzen des Flusses bei gleich bleibendem Terraingefälle das Flussgefälle (Terraingefälle/Flusslänge) zunimmt. Dies führt wiederum zu einer weiteren Eintiefung des Gewässers. Hochwasser können durch den relativ widerstandsfreien Transport schneller abfließen, was zu Problemen in den Unterläufen führt. Hier treffen von allen zulaufenden Flüssen die Hochwässer schnell und ohne Verzögerung zusammen, anstatt nach und nach einzutreffen. Durch den geraden Flusslauf gibt es weniger Turbulenz im Gewässer und der Sauerstoffeintrag ist geringer, was wiederum zu einer geringeren Selbstreinigungskraft des Flusses führt, da diese maßgeblich vom vorhandenen Sauerstoff abhängt. Die stärkere Schleppkraft führt zu verstärkten Seiten- und Bodenerosionen, insoweit das Flussbett noch nicht befestigt wurde. Durch das Absinken des Gewässerbodens sinkt auch der Grundwasserpegel, wodurch in den Auenwäldern der Lebensraum nicht mehr genug Wasser bekommen kann, und hier wichtige Lebensräume trockenfallen.
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4.4 Kies, Sand, Wasserentnahme
Durch das lineare Abnehmen der Fließgeschwindigkeit eines Flusses nimmt auch die Schleppkraft linear ab. Dadurch wird das Material, welches sich im Fluss befindet der Größe nach sortiert. Dies stellt für die Baustoffindustrie eine perfekte Möglichkeit dar, Kies oder Sand einer ganz bestimmten Größe abzubaggern und zu verarbeiten. Durch das dann entstehende Geschiebedefizit kommt es jedoch zu einer erhöhten Schleppkraft, welche der Fluss kompensieren muss. Dies geschieht durch Seiten oder Bodenerosion, mit den schon bekannten Folgen. Außerdem fällt der gesamte Lebensraum der Kiesund Sandinseln weg und Fische werden ihrer Laichplätze beraubt.
Die Wasserentnahme dient vor allem der Energieerzeugung. Oft besteht jedoch das Problem, dass die Restwassermenge zwischen Wasserauslass und Wasserentnahmestelle zu gering ist und dem Fluss in diesem Bereich die Verödung droht (Stein 2007). Des Weiteren ist es Fischen nicht mehr möglich zu wandern.
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5 Fazit
Der Lebensraum Fluss stellt ein sehr zerbrechliches Gebilde dar. Durch verschiedene Maßnahmen wurde dieser Lebensraum in letzter Zeit stark geschädigt oder ganz zerstört. Daher ist an der Zeit bei noch nicht vollkommen zerstörten Lebensräumen Schadensbegrenzung zu Betreiben und Renaturierungsmaßnahmen voran zu treiben. Nicht nur der Mensch sondern auch eine große Anzahl verschiedenster Tierarten benötigen einen intakten Lebensraum zum Überleben. Gerade da die Probleme der Flussgebiete bekannt sind ist es umso unverständlicher, dass in manchen Gebieten noch sehr zögerlich gehandelt wird. Vor allem grenzübergreifende Regelungen müssen gefunden werden, damit effektiv Probleme bekämpft werden können.