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문제 정의
- 본 연구는 어류를 이용한 생물학적 수환경 평가기법 즉, ‘생물통합지수’라 불리는 다변수 모델기법을 적용하는 것이다. 본 연구를 위하여 2004년 8월~2005년 9월까지 갑천에서 5개 지점을 선정하여 조사하였다.
- 즉, 서로 다른 수체들을 비교 • 평가 할 수 있다. 본 연구는 현재 국내 하천들의 건강도를 생물을 주체로 하여 알아보고, 나아가서 최근에 주목받고 있는 생태하천복 원사업에도 현재의 하천 건강도와 복원 이후의 건강도를 비교 할 수 있어 향후 행하여지는 수환경 평가에 있어 건강도 측면을 대표할 수 있는 주목할 만한 기법으로 사 료되는 바이다.
- 본 연구의 목적은 첫째, 생물학적 건강도 지수를 활용 한 수질평가 기법인 IBI Score를 실제하천에 적용하여 수생태계의 건강성을 가늠해 보고, 둘째, 기존의 화학적 방법에 의거한 수질 항목과의 관계를 분석하며, 셋째 물 리적 서식지 평가지수 (Qualitative Habitat Evaluation Index, QHEI)를 활용하여 생물학적 건강도 지수와의 연 계성을 파악하는데 있다.
제안 방법
- , 1999), 소요시간은 60분으로 제시하였으며 채집도구는 배터리 나 발전기가 효율적인 것으로 제시하고 있다. 그러나 본 연구에서는 국내에서 배터리 사용이 내수면 어업법으로 금지되어 있고 상류의 규모가 작은 한국의 하천 상황을 고려하여 투망(망목: 8X8 mm 이하)을 이용하였고 소요 시간은 60분, 채집거리는 100 m로 단축하여 조사하였다 (안 등 2001a).
- 따라서 조사는 위의 교란요인을 고려하여 실시하였다.
- 본 연구를 위하여 2004년 8월~2005년 9월까지 갑천에서 5개 지점을 선정하여 조사하였다. 또한 생물학 적 자료와 함께 환경부에서 제공되는 장기간의 수질자료 와 물리적 서식지 평가 결과를 비교하였다. 어류 군집에 기반으로 한 하천의 생물학적 건강도 평가를 위하여 Karr (1981)가 제시한 12메트릭 모델을 국내 실정에 맞 게 10메트릭 모델로 변형하여 적용하였다.
- (1999)가 수정 • 변경한 QHEI (Qualitative Habitat Evaluation Index) 모델을 이용하였으며 현 장적용평가에 용이한 11메트릭 모델을 기본으로 하였고 현장평가는 2005년 9월에 실시하였다. 물리적 서식지 평 가지수는 각 메트릭 당 1 ~20까지 점수를 부여한 후 합 산하였으며 (Table 4), 등급 구분은 US EPA (1993)에 의 거하여 8~52까지 악화(Poor), 66~ 110까지 보통(Fair), 124~168까지 양호(Good), 182~220까지 최적 (Excellent) 상태의 4개 등급으로 분류하여 평가하였다.
- 본 연구는 어류를 활용하여 생물학적 건강도 지수를 산출하였다. 어류는 하천 생태계에서 최상위 계급을 점하고 있어 하천 생태계를 가장 적절히 반영하는 생물군으 로서 화학적 수질특성을 반영할 뿐만 아니라 생물 농축 과 과거의 오염특성, 서식지 파괴 등의 물리적 변화까지 반영한다.
- 생물학적 건강도 평가는 각 메트릭 당 1, 3, 5점의 점 수를 부여한 후 합산하며 이를 최악(Very Poor), 악화(Poor), 보통(Fair), 양호(Good), 최적 (Excellent) 상태의 5 개 등급으로 분류하여 생물학적 건강도 평가등급을 산출 하였다(Table 1). 생물학적 건강도 지수 산정은 2004년 8 월~2005년 9월까지 총 5회에 걸쳐 조사한 자료를 이용 하였다.
- 생물학적 건강도 평가모델 (IBI; Index of Biological integrity) 설정 법 은 Karr (1981) 에 의하여 개발된 모델을 기초로 하였으며, 최근 US EPA에서 개발된 Barbour et al. (1999)의 RBP (Rapid Bioassessment Protocol) 모델을 수정 • 적용하였다. 이러한 모델은 해당 수환경의 지형적, 국지적 생태특성을 반영해 야 하기 때문에 (Karr et al.
- 또한 생물학 적 자료와 함께 환경부에서 제공되는 장기간의 수질자료 와 물리적 서식지 평가 결과를 비교하였다. 어류 군집에 기반으로 한 하천의 생물학적 건강도 평가를 위하여 Karr (1981)가 제시한 12메트릭 모델을 국내 실정에 맞 게 10메트릭 모델로 변형하여 적용하였다. US EPA (1993)와 Karr(1981)의 기준에 따르면 갑천의 평균 생물 학적 건강도 지수는 24.
- Ohio EPA(1989)의 하천 조사법으로 Wading Method 를 국내 실정에 맞게 조정하여 사용하였다. 어류 채집의 정량화를 위하여 Catch Per Unit of Effort (CPUE)의 채 집거리는 200m이며 가능한 한 여울(riffle), 소(pool), 흐 르는 곳(run)을 포함하여 야 하고(Barbour et al., 1999), 소요시간은 60분으로 제시하였으며 채집도구는 배터리 나 발전기가 효율적인 것으로 제시하고 있다. 그러나 본 연구에서는 국내에서 배터리 사용이 내수면 어업법으로 금지되어 있고 상류의 규모가 작은 한국의 하천 상황을 고려하여 투망(망목: 8X8 mm 이하)을 이용하였고 소요 시간은 60분, 채집거리는 100 m로 단축하여 조사하였다 (안 등 2001a).
- 본 연구에서 화학적 수질자료는 생물학적 건강도 평가 지수 (IBI) 및 물리적 서식지 평가지수 (QHEI)와의 비교 • 평가에 이용되었다. 이용된 수질변수는 생물학적 산 소요구량 (BOD5), 화학적 산소요구량 (CODMn), 용존산소 량 (DO), 총질소(TN), 총인 (TP), 총부유물질 (TSS), 전기전 도도 (Conductivity), 수소이온농도 (pH) 의 8개 항목으로 서 2000 ~ 2004년의 환경부 수질측정 망 자료 (http:// water.nier.go.kr/weis)를 이용하여 지점별 특성을 분석하였다.
- S1~S3는 4차 하천이고 S4, S5는 5차 하천이다. 조사는 2004년 8월, 10월, 2005년 5월, 7월, 9월의 총 5회에 걸쳐 실시하였다. Karr(1981)는 1일 최대 대기온도 (Maximum daily temperature)가 19℃ 이하인 기간과 몬 순강우의 영향으로 수체가 불안정한 시기 등은 수체 내 어류군집에 교란 요인으로 작용한다고 보고한 바 있다
- 어종분류체제를 위해 비정상어종 감별, 서식지 점유 및 영양단계, 오염에 대한 민감도, 외래종 감별 등이 포함되었다. 채집된 어류는 현장에서 평가모델에 포함된 메트릭 특성을 분류하고(최 등, 1990; 김과 강, 1993; 최, 1994; 교 육부 1997; 김과 박, 2002) 개체 수 산정 후 풀어주었으 며, 분류감별이 모호한 종의 경우 10% 포르말린 용액에 고정한 후 실험실로 운반하여 분류하였다. 분류체계는 Nelson (1994)의 기준을 따랐으며, 현장에서 비정상어종 의 외형적 감별은 US EPA(1993)의 방법에 따라 기형 (Deformity), 부식 (Erosion), 조직병리 (Lesion), 종양 (Tumors)의 4부류로 대별하여 비정상특성을 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 어류를 이용한 생물학적 수환경 평가기법 즉, ‘생물통합지수’라 불리는 다변수 모델기법을 적용하는 것이다. 본 연구를 위하여 2004년 8월~2005년 9월까지 갑천에서 5개 지점을 선정하여 조사하였다. 또한 생물학 적 자료와 함께 환경부에서 제공되는 장기간의 수질자료 와 물리적 서식지 평가 결과를 비교하였다.
- 본 연구를 위해 금강 수계의 지류인 갑천에서 5개 지 점을 선정하였다(Fig. 1). S1, S2의 경우 점오염원은 미약 하며 수변구역은 산림으로 둘러싸여 있고, S3은 도심지 의 영향을 받는다.
- 본 연구에서 화학적 수질자료는 생물학적 건강도 평가 지수 (IBI) 및 물리적 서식지 평가지수 (QHEI)와의 비교 • 평가에 이용되었다. 이용된 수질변수는 생물학적 산 소요구량 (BOD5), 화학적 산소요구량 (CODMn), 용존산소 량 (DO), 총질소(TN), 총인 (TP), 총부유물질 (TSS), 전기전 도도 (Conductivity), 수소이온농도 (pH) 의 8개 항목으로 서 2000 ~ 2004년의 환경부 수질측정 망 자료 (http:// water.
- , 1986) 우리나라 수체특성을 고려하여 (안, 2000) 11메트릭 모델을 기반으로 하였다. 본 연구에서는 조사하천의 평균 수심이 0.2~0.6m (환경부 측정자료)로서 얕아 모델의 메트릭 중에서 중층 서식종수 (Number of water column species)의 메트릭을 제외한 10메트릭 모델을 적용하였다.
- 생물학적 건강도 평가는 각 메트릭 당 1, 3, 5점의 점 수를 부여한 후 합산하며 이를 최악(Very Poor), 악화(Poor), 보통(Fair), 양호(Good), 최적 (Excellent) 상태의 5 개 등급으로 분류하여 생물학적 건강도 평가등급을 산출 하였다(Table 1). 생물학적 건강도 지수 산정은 2004년 8 월~2005년 9월까지 총 5회에 걸쳐 조사한 자료를 이용 하였다.
- 9%를 나타내었음을 볼 때 다른 도심하천 연구결과(안과 김, 2005; 안 등 2005)와 같이 갑천이 각종 생활하수와 공장폐수, 하천 직선화, 하 안정리 등으로 인한 물리 • 화학적 환경변화에 전반적으 로 노출되어 있음을 시사한다. 실제로 조사구간에서는 6 X 105 m3 day-1 규모의 하수종말처리장, 대전 1 • 2 공단 등의 화학적 점오염원과 하천을 가로지르는 하수관 매립 공사, 하안정리 공사 등의 물리적 서식지 교란이 산재하여 도심하천의 특성을 나타내었다.
이론/모형
- Ohio EPA(1989)의 하천 조사법으로 Wading Method 를 국내 실정에 맞게 조정하여 사용하였다. 어류 채집의 정량화를 위하여 Catch Per Unit of Effort (CPUE)의 채 집거리는 200m이며 가능한 한 여울(riffle), 소(pool), 흐 르는 곳(run)을 포함하여 야 하고(Barbour et al.
- 갑천의 물리적 서식지 평가는 11메트릭 모델에 의하여 수행되었다. 물리적 서식지 평가지수는 도심에 가장 가까운 S3을 정점으로 할 때 양방향으로 거리가 멀어질수록 증가하는 양상을 보였다(Fig.
- 물리적 서식지 평가법은 Plafkin et al. (1989) 이 제 시하고 Barbour et al. (1999)가 수정 • 변경한 QHEI (Qualitative Habitat Evaluation Index) 모델을 이용하였으며 현 장적용평가에 용이한 11메트릭 모델을 기본으로 하였고 현장평가는 2005년 9월에 실시하였다. 물리적 서식지 평 가지수는 각 메트릭 당 1 ~20까지 점수를 부여한 후 합 산하였으며 (Table 4), 등급 구분은 US EPA (1993)에 의 거하여 8~52까지 악화(Poor), 66~ 110까지 보통(Fair), 124~168까지 양호(Good), 182~220까지 최적 (Excellent) 상태의 4개 등급으로 분류하여 평가하였다.
- 채집된 어류는 현장에서 평가모델에 포함된 메트릭 특성을 분류하고(최 등, 1990; 김과 강, 1993; 최, 1994; 교 육부 1997; 김과 박, 2002) 개체 수 산정 후 풀어주었으 며, 분류감별이 모호한 종의 경우 10% 포르말린 용액에 고정한 후 실험실로 운반하여 분류하였다. 분류체계는 Nelson (1994)의 기준을 따랐으며, 현장에서 비정상어종 의 외형적 감별은 US EPA(1993)의 방법에 따라 기형 (Deformity), 부식 (Erosion), 조직병리 (Lesion), 종양 (Tumors)의 4부류로 대별하여 비정상특성을 분석하였다. 서식지 길드 및 영양단계 길드 분석은 어류의 지리적 분 포특성이 반영되어야 하기 때문에 (Karr et al.
- 분류체계는 Nelson (1994)의 기준을 따랐으며, 현장에서 비정상어종 의 외형적 감별은 US EPA(1993)의 방법에 따라 기형 (Deformity), 부식 (Erosion), 조직병리 (Lesion), 종양 (Tumors)의 4부류로 대별하여 비정상특성을 분석하였다. 서식지 길드 및 영양단계 길드 분석은 어류의 지리적 분 포특성이 반영되어야 하기 때문에 (Karr et al., 1986) 김 과 강(1993), 최 (1994), 교육부(1997)에 의거하여 구분하 였고 어류의 종별 오염 민감도 특성은 최 (1994), 교육부 (1997), 안 등(2001b)에 의거하였으며 외래종 분류는 김 과 박 (2002)에 의거하였다.
성능/효과
- 2). S1~S5까지 총출현 종수는 각각 23종, 18종, 17종, 14종, 15종으로서 감소하는 경향을 보였으며 총채집개체수 역시 유사한 경향을 보였다 (Fig. 2). S4는 대전공단과 하수종말처리장의 영향을 직접 받는 지점으로 출현종수가 가장 적어 공단과 하 수종말처리장, 법동천 등의 점오염원 영향을 직접적으로 받는 것으로 나타났다 (Fig.
- 갑천의 생물학적 건강도 평가결과 상 • 하류간의 공간 적 특성과 몬순강우에 의한 계절적 특성에 따라 차이를 보였다(Fig. 3). 큰 영향을 미치는 점오염원이 없는 S1~ S3은 평균 24.
- 갑천의 물리적 서식지 평가는 11메트릭 모델에 의하여 수행되었다. 물리적 서식지 평가지수는 도심에 가장 가까운 S3을 정점으로 할 때 양방향으로 거리가 멀어질수록 증가하는 양상을 보였다(Fig. 4). 특히, 도심에서 멀어질 수록 제방과 연안대의 식생에 관련된 메트릭의 회복이 두드러졌다.
- 본 연구결과 어류를 이용한 생물학적 건강도 평가 모 델은 화학적인 수질과 물리적 서식지를 적절히 반영하는 것을 알 수 있었다(Fig. 6). 이는 생물학적 건강도 평가모델의 각 변수들 중 민감종수와 내성종의 개체수 등 화학 적 수질을 반영하는 변수와 여울성저서종수 등 물리적 서식지를 반영하는 변수들이 적절히 구성되어 있음을 나타낸다.
- 생물학적 건강도지수와 물리적 서식지 평가지수, 현행하천수 등급기준인 BOD 항목을 비교 평가해본 결과 갑 천의 생물학적 건강도는 이화학적 수질과 서식지 모두를 반영하는 것으로 사료되었다.
- 001, n=5)를 보였으며 생물학적 건강도 평가 지수 역시 24를 기록하여 상당히 낮은 수치를 보였다. 생물학적 산소요구량, 화 학적 산소요구량, 총인, 총질소의 네 항목은 상류에 비하여 하류에서 3 ~ 8배 가량 상승하였으며, 이는 생물학적 건강도 지수가 이 • 화학적 수질과 물리적 서식지를 모두 반영하는 결과라 사료되었다. 이와 같은 이유로 생물학적 건강도 평가기법은 하천생태계를 현재를 진단하는 것뿐 만이 아니라 나아가서 하천생태계와 수질을 회복하는데 핵심도구로 여겨진다.
- 어류의 내성도에 따라 분석한 결과, 총 2,944개체 중 민감종은 847개체로 28.8%, 중간종은 446개체로 15.1%, 내성종은 1,651개체로 56.1%를 차지했고, 섭식분류(Trophic guild)에 따라서 분석한 결과, 충식종은 717개체로 24.4%, 육식종은 406개체로 0.9%, 잡식종은 1,821개체로 61.9%를 나타내었다. Karr(1981)와 US EPA(1991)의 보 고에 따르면 내성종과 잡식종은 유기물 오염, 서식지 파 괴 등의 서식지의 물리 • 화학적 질적 하강에 따라 어종 의 풍부도가 증가하는 경향을 보인다.
- 한편, 본 연구에서 외래종인 큰 입 배스와 떡붕어가 출 현하였다. 이 중 큰 입 배스는 1994년과 2000년의 조사 (홍, 1994; 안 등 2001a)와 근래의 갑천 어류조사결과(이, 2001)에서도 확인되지 않았던 종으로 S3을 제외한 모든 지점에서 서식이 확인되었다(Table 2). 외래종은 환경의 질적 저하에 따라 증가하는 양상을 보이므로 (US EPA, 1991) 외래종에 의한 생태계의 교란현상이 존재함을 나타낸다.
- 우리나라는 몬순기후 특성상 장마피해를 줄이기 위하여 지속적인 하천 직선화사업이 활발히 이루어져 왔다. 이에 따라 물리적 서식지 평가결과 하천 만곡도(Channel sinuosity)가 5개 지점에서 평균 5점을 보여 서식지평가 메트릭 중 가장 취약한 부분으로 나타났다 (Table 4).
- 5 mg L-1를 나타냈다. 이와 같은 점오염원에 의한 수질 악화 현상은 COD, TN, TP, 전기전도도의 항목에서도 같은 양상을 나타내 pH를 제외한 모든 항목에서 수질이 악화되었음을 알 수 있었다.
- 상류지역인 S1, S2는 평균 118로 양호 (Good) ~보통 (Fair)상태이고 하류지역인 S4, S5는 이보다 높은 평균 147로서 양호(Good)상태를 나타냈다. 제방 특성 및 제방구조 측면이 각각 1로서 다른 지점에 비하여 낮은 점수를 기록한 S3은 물리적 서식지 평가지수가 75점을 기록해 물리적 서식지 교란이 매우 심각한 것으로 나타났다 (Table 4). Plafkin et aZ (1989)에 따르면 인 공물이나 보, 댐 등에 의하여 흐름이 차단되거나 인공제 방이 축조된 경우에는 생물의 서식지에 악영향을 미친 다.
- 2). 채집된 어류의 상대풍부도(Relative abundance)분석에 따르면, 전체 중 5% 이상을 차지하는 종은 피라미 (Zaccoplatypus, 40.2%), 납지리 (Acheilognathus rhombeus, 8.2%), 납자루(Acheilognathus lanceolatus, 6.7%), 붕어 (Carassius auratus, 6.2%), 참마자 (Hamibarbus longirostris, 5.8%), 줄몰개 (Gnathopogon strigatus, 5.7%), 돌마자 (Microphysogobio yaluensis, 5.4%), 누치 (Hamibarbus labeo, 5.4%) 순으로 나타났다.
- 총출현종수 및 총채집개체수는 상류에서 하류로 갈수 록 감소하는 양상을 보였다(Fig. 2). S1~S5까지 총출현 종수는 각각 23종, 18종, 17종, 14종, 15종으로서 감소하는 경향을 보였으며 총채집개체수 역시 유사한 경향을 보였다 (Fig.
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