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문제 정의
- 본 연구는 환경부의 “수중 생태계에서 어류개체 및 군집 수준의 생활학적, 화학적, 물리적 서식지 스트레서 평가모델 개발 및 최적 스트레서 분석”을 위한 예비 연구로서 수행되었음.
제안 방법
- kr, 물환경 정보시스템)에서 획득하였고, 현재 환경부에서 측정되고 있는 여러 일반 수질 항목 중 하천의 수질특성을 가장 잘 반영할 수 있는 6개 항목을 선정하였다. 6개 수질항목은 생물화학적 산소요구량 (Biochemical oxygen demand, BOD), 화학적 산소요구량 (Chemical oxygen demand, COD), 총질소 (Total nitrogen, TN), 총인 (Total phosphorus, TP), 총부유물 (Total suspended solids, TSS), 전기 전도도 (Electric conductivity at 25℃, EC)이며, 각각 수질값의 지점별 변화 양상을 분석하였다.
- 각 지점에서 채집된 어류는 현장에서 분류 및 동정이 가능한 종은 생태 트로픽 길드 및 특성, 그리고 외형손상 유무를 파악 후 바로 놓아 주었으며, 각 현장에서 동정 이불 확실한 종은 10% 포르말린 용액에 고정하여 실험실로 옮긴 후 문헌을 통한 정확한 동정 분석 (김과 강, 1993; 김, 1997; 김과 박, 2002)을 하였다. 종의 분류는 Nelson (1994)의 분류체계를 따랐다.
- 보완하여 적용하였다. 기존 200 m 구간 조사거리는 국내 하천규모를 감안하여 100 m 구간으로 새로이 설정 적용하였으며, 채집시간 60분에서 50분으로 감축하여 현장 조사를 실시하였다. 조사구역은 여울 (Riffle), 소 (Pool), 흐르는 곳 (Run)을 모두 포함하였으며, 가능한 한 각 구역별 조사빈도를 균등하게 배분하도록 하였다.
- (1999)에 의해 RBP모델로재정립된 12개 메트릭 모델을 국내 하천의 지역적 특성 . 및 생태학적 특성에 맞게 수정 . 보완한 안 등(2001a)의 11개 메트릭 모델 중 10개 평가 메트릭 모델(IBI 모델) 을 선정하여 확립하였다.
- 생태 건강성 평가를 위한 생물통합지수 모델은 국내 특성에 맞게 수정 . 보완된 10개 다변수 메 트릭 모델 (Multimetric model)을 이용하였고, 물리적 서식지 지수인 QHEI는 국내 하천 특성에 맞게 변형한 11개의 다변수 메트릭 모델을 적용하였다. 낙동강의 생물통합지수는 평균 20.
- 반영하여 수정 . 보완하여 적용하였다. 기존 200 m 구간 조사거리는 국내 하천규모를 감안하여 100 m 구간으로 새로이 설정 적용하였으며, 채집시간 60분에서 50분으로 감축하여 현장 조사를 실시하였다.
- 본 연구에서는 낙동강 수계의 본류에 해당하는 6개 지점을 선정하여 2004년 7월 (풍수기), 2005년 3월 (갈수기),2회에 걸쳐 생물학적 건강도 지수(Index of Biological Integrity, IBI), 정성적 서식지평가지수(Qualitative Habitat Evaluation Index, QHEI) 분석 및 이 화학적 수질분석을 통해 통합적 하천 생태 건강성 평가를 실시하였다. 생태 건강성 평가를 위한 생물통합지수 모델은 국내 특성에 맞게 수정 .
- 실시하였다. 생태 건강성 평가를 위한 생물통합지수 모델은 국내 특성에 맞게 수정 . 보완된 10개 다변수 메 트릭 모델 (Multimetric model)을 이용하였고, 물리적 서식지 지수인 QHEI는 국내 하천 특성에 맞게 변형한 11개의 다변수 메트릭 모델을 적용하였다.
- 보완한 안 등(2001a)의 11개 메트릭 모델 중 10개 평가 메트릭 모델(IBI 모델) 을 선정하여 확립하였다. 생태건강도 평가 모델값은 총 토종수 (Number of native species), 여울성 저서 종수 (Ri- ffle-benthic species), 민감성 지표종수(Number of sensitive species), 내성 지표종수 (Proportion of tolerant species), 잡식성종의 개체빈도 (Proportion as a number of omnivore species), 육식성종의 개체 빈도 (Proportion as a number of carnivore species), 충식 성종의 개 체 빈도 (Proportion as, a number of insectivore species), 총 개체수 (Total number of individual), 외 래종 빈도 (Proportion as a number of exotic species), 개체 비정상도 (Proportion as a number of abnormal individual) 의 10 개 메트릭에 대해 각각 “5”, “3”, “1”의 점수를 부여하였으며, 각 메트릭의 최 종값을 산정 하여 최적 상태 (Excellent, 50 ~46), 양호상태 (Good, 40~ 36), 보통상태 (Fair, 30~ 26), 악화상태 (Poor, 20~ 16), 최 악상태 (Very Poor, M10)의 5개 등급으로 대별하여 평가하였다.
- 기존 200 m 구간 조사거리는 국내 하천규모를 감안하여 100 m 구간으로 새로이 설정 적용하였으며, 채집시간 60분에서 50분으로 감축하여 현장 조사를 실시하였다. 조사구역은 여울 (Riffle), 소 (Pool), 흐르는 곳 (Run)을 모두 포함하였으며, 가능한 한 각 구역별 조사빈도를 균등하게 배분하도록 하였다. 채집도구로는 투망(망목 5x5 mm), 족대 (망목 4x4mm) 및 어류채집용 전기충격기 (12Volt, 24A)를 이용하였다.
- 조사구역은 여울 (Riffle), 소 (Pool), 흐르는 곳 (Run)을 모두 포함하였으며, 가능한 한 각 구역별 조사빈도를 균등하게 배분하도록 하였다. 채집도구로는 투망(망목 5x5 mm), 족대 (망목 4x4mm) 및 어류채집용 전기충격기 (12Volt, 24A)를 이용하였다.
- 상 . 하류 간 건강성을 비교 . 평가 하고자 한다.
- 현장 어류 조사방법은 미환경부(USEPA, 1993)의 Wading method에 의거하였으며, 국내 하천의 환경 특성을 반영하여 수정 . 보완하여 적용하였다.
대상 데이터
- 낙동강 수계의 화학적 수질상태 분석을 위하여 1995 년에서 2005년까지 측정된 환경부의 수질자료를 환경부홈페 이지 (www.me.go.kr, 물환경 정보시스템)에서 획득하였고, 현재 환경부에서 측정되고 있는 여러 일반 수질 항목 중 하천의 수질특성을 가장 잘 반영할 수 있는 6개 항목을 선정하였다. 6개 수질항목은 생물화학적 산소요구량 (Biochemical oxygen demand, BOD), 화학적 산소요구량 (Chemical oxygen demand, COD), 총질소 (Total nitrogen, TN), 총인 (Total phosphorus, TP), 총부유물 (Total suspended solids, TSS), 전기 전도도 (Electric conductivity at 25℃, EC)이며, 각각 수질값의 지점별 변화 양상을 분석하였다.
- 및 생태학적 특성에 맞게 수정 . 보완한 안 등(2001a)의 11개 메트릭 모델 중 10개 평가 메트릭 모델(IBI 모델) 을 선정하여 확립하였다. 생태건강도 평가 모델값은 총 토종수 (Number of native species), 여울성 저서 종수 (Ri- ffle-benthic species), 민감성 지표종수(Number of sensitive species), 내성 지표종수 (Proportion of tolerant species), 잡식성종의 개체빈도 (Proportion as a number of omnivore species), 육식성종의 개체 빈도 (Proportion as a number of carnivore species), 충식 성종의 개 체 빈도 (Proportion as, a number of insectivore species), 총 개체수 (Total number of individual), 외 래종 빈도 (Proportion as a number of exotic species), 개체 비정상도 (Proportion as a number of abnormal individual) 의 10 개 메트릭에 대해 각각 “5”, “3”, “1”의 점수를 부여하였으며, 각 메트릭의 최 종값을 산정 하여 최적 상태 (Excellent, 50 ~46), 양호상태 (Good, 40~ 36), 보통상태 (Fair, 30~ 26), 악화상태 (Poor, 20~ 16), 최 악상태 (Very Poor, M10)의 5개 등급으로 대별하여 평가하였다.
- 본 연구 대상 수계인 낙동강은 강원도 태백시 함백산(해발 1, 537 m)에서 발원하여 총 유로연장 513 km, 유역면적 23, 859로서 대구광역시와 부산광역시를 포함하여 경상도 중소도시의 주된 상수원 및 농 . 공업용수로 활용되고 있다(장 등, 2001; 박 등, 2002).
- 본 연구에서는 Karr(1981)에 의해 제안되고 미환경부 (US EPA) 및 Barbour et al. (1999)에 의해 RBP모델로재정립된 12개 메트릭 모델을 국내 하천의 지역적 특성 . 및 생태학적 특성에 맞게 수정 .
- 본 연구에서는 기존에 주로 수환경평가 시에 이용된 화학적 지표 뿐 아니라 어류의 다변수 모델을 이용한 건강도 평가, 트로픽길드 분석, 내성도 길드 분석을 통한 생물학적 지표평가, 서식지평가 모델 및 메트릭 분석을 통한 물리적 지표에 의거한 생태 건강도를 측정하여 대상 수계인 낙동강의 상 . 하류 간 건강성을 비교 .
- 본 연구에서는 낙동강 수계의 본류에 해당하는 6개 지점을 선정하여 2004년 7월 (풍수기), 2005년 3월 (갈수기) 에 어류조사를 실시하였다. 낙동강 본류의 하천차수는 Horton(1945)과 Strahler (1957)의 기준에 의거할 때, 전지점이 6차 하천으로 나타났다.
이론/모형
- 물리적 서식지 건강도 평가를 위한 메트릭 모델은 하상구조/서식처 피복도(M1:Sub-strate/instream cover), 하상매몰도 (M/ Embeddedness), 유속/수심 조합 (M3: Flow velocity/depth combination), 하상 유실 및 토사축적도 CM/ Bottom scouring & sediment deposition), 유량 상태 (M5: Channel flow status), 수로변경도(M&: Channel alteration), 여울 빈도 및 하천 굴곡도 (M7: Frequency of riffles or bends), 제방 안정도 (Me: Bank stability), 제방식생 보호도 (Mg: Bank vegetative protection), 천변 식생대의 폭(Me Riparian vegetative zone width) 및 소규모 댐의 존재유무(M11: Dam construc- tion impact)의 11개 메트릭으로 구성되어 있으며, M11은 국내 하천에 설치된 소규모 보의 빈도수를 감안하여 새로이 포함시킨 메트릭에 해당된다. 각 메트릭 변수값의 등급구분은 미환경부 (US EPA, 1993)의 기준에 따라 적용하였다.
- (1999)에 의해 메트릭 보정 이 이루어졌다.본 연구에 적용된 물리적 서식지 평가모델은 안과 김 (2005)에 의해 국내 서식환경에 맞게 새로이 개발된 메트릭 모델을 사용하였다. 물리적 서식지 건강도 평가를 위한 메트릭 모델은 하상구조/서식처 피복도(M1:Sub-strate/instream cover), 하상매몰도 (M/ Embeddedness), 유속/수심 조합 (M3: Flow velocity/depth combination), 하상 유실 및 토사축적도 CM/ Bottom scouring & sediment deposition), 유량 상태 (M5: Channel flow status), 수로변경도(M&: Channel alteration), 여울 빈도 및 하천 굴곡도 (M7: Frequency of riffles or bends), 제방 안정도 (Me: Bank stability), 제방식생 보호도 (Mg: Bank vegetative protection), 천변 식생대의 폭(Me Riparian vegetative zone width) 및 소규모 댐의 존재유무(M11: Dam construc- tion impact)의 11개 메트릭으로 구성되어 있으며, M11은 국내 하천에 설치된 소규모 보의 빈도수를 감안하여 새로이 포함시킨 메트릭에 해당된다.
- 1997; 김과 박, 2002)을 하였다. 종의 분류는 Nelson (1994)의 분류체계를 따랐다.
성능/효과
- 낙동강의 어류를 이용한 생물학적 건강도 지수(Index of Biological Integrity, IBI)는 1차 조사 결과 평균 19(n=(3)로 "악화상태"(Poor)를 보였고, 2차 조사 결과 평균 22.7 (n=6)로 "보통- 악화상태" (Fair ~Poor)를 나타냈다 (Fig. 4). 각 지점에서 생물학적 건강도 값이 전반적으로 낮은 이유는 물리적 서식지 교란과 이화학적 수질 악화에 의한 것으로 사료되었다.
- 4). 1차 조사 시 거의 모든 지점에서 내성종의 개체빈도가 높게 나타났고, 종수 면에서 도내 성종 우점현상을 보였다. 반면, 2차 조사의 경우 내성 종에 비해 중간종의 상대빈도가 높게 나타났다.
- 2mg LU로서 수질환경기준(2006년 12월 환경부 고시)의 하천생활환경기준에 따라 la 등급과 lb 등급으로 나타났다.3지점부터 6지점까지는 모두 평균 3.0mg L-1 이상을 보여 수질환경등급기준 Ⅲ 등급으로 나타났고 최대치는 18.2 mg IL1 까지 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 2). 특히 3지점의 생물화학적 산소요구량 (BOD)은 2지점보다 2배 정도 증가한 수치를 보였고, 이는 금호강의 유입과 인근에 위치한 분뇨처리시설의 직접적인 영향이 수치 증가의 원인으로 판단되었다.
- 특히 3지점의 생물화학적 산소요구량 (BOD)은 2지점보다 2배 정도 증가한 수치를 보였고, 이는 금호강의 유입과 인근에 위치한 분뇨처리시설의 직접적인 영향이 수치 증가의 원인으로 판단되었다.4지점부터 6지점까지는 3지점에 비하여 수치의 감소를 보이고 있으나, 0.5 mg L1 이하의 변동폭을 보여 3지점에 비하여 큰 수질의 개선 효과는 없는 것으로 나타났다. 이는 3지점과 같은 인근 오염원의 유입에 의한 수치의 상승보다는, 수계의 하류 역에 위치하여 나타나는 일반적인 생물화학적 산소요구량 값의 상승현상이라 판단되었다.
- 물리적 서식지 역시 보통 이하에 가까운 상태를 나타내어 서식지에 대한 복원이 이뤄져 야 할 것으로 사료되었다. 5, 6 지점의 경우 하남공단의 배출수와 분뇨처리시설에 의한 영향이 예상되었지만 희석효과 및 생물학적 자정작용에 의해 수질이 일부 개선되거나 일정농도를 유지하는 것으로 나타났다. 또한, 더 나아진 물리적 서식지 상태에 의해 하천의 건강도가 향상된 것으로 판단된다.
- 4). 각 지점에서 생물학적 건강도 값이 전반적으로 낮은 이유는 물리적 서식지 교란과 이화학적 수질 악화에 의한 것으로 사료되었다.
- 낙동강수계의 서식지 상태는 1, 5지점에서는 양호상태 (Good)를 보였으며, 나머지 4개 지점에서는 모두 보통상 태 (Fair)를 보였다(Fig. 3). 1지점의 물리적 서식지 상태는 양호상태를 보였으나, 어류에 가장 직접적으로 영향을 미치는 1차 요인인 Mi~M5에서 낮은 수치를 기록하였다.
- 이화학적 수질은 3지점에서 금호강의 유입과 인근에 위치한 분뇨처리시설의 직접적인 영향으로 인해 크게 악화되었다. 낙동강의 하류에 해당하는 4, 5, 6지점은 남강과 황강의 유입에 의한 희석효과 및 생물학적 자정작용에 의해 수질이 개선되거나 일정농도를 유지하는 것으로 나타났다.
- 4지점의 경우 내성종의 상대빈도가 95%에서 24%로 급감하였고 중간종인 끄리가 75%로 우점하였다. 또한, 상류에서 하류로 갈수록 내성종의 개체수가 증가하는 경향을 보여 낙동 강수 환경의 생태계 교란 존재를 시사하였다.
- 본 연구의 어류채집 결과에 따르면 1차 조사에서 22종, 2차 조사에서 20종이 채집되어 총 28종이 채집되었고 (Table 1), 채집된 어류 중 과(Class)별 종다양도는 잉어과 어류가 17종으로 가장 높았고 그 외에 미꾸리과 3종, 검정우럭과 2종 등의 순으로 나타났다. 낙동강에서 이루어진 기존의 연구에 따르면 1970년대 조사 시 18과 55종이 출현하였고(양, 1973), 전과 주(1977)에 의해 24과 91 종이 서식하는 것으로 보고되었다.
- 섭 식 특성 (Trophic guild) 분석 에 의 하면, 잡식성 (Omnivore) 어종은 676개체로 70%, 육식성 (Carnivore) 어종은 170개체로 18%, 충식성 (Insectivore) 어종은 106개체로 11%, 초식성 (Herbivore) 어종은 13개체로 1%를 차지하였다(Table 1). 지점별 상대빈도 분석에 따르면, 거의 모든 지점에서 잡식성 어종의 상대빈도가 높게 나타나 육식종 및 충식종에 비해 우점흐}는 것으로 나타났다(Fig.
- 5지점의 물리적 서식지 지수는 161로 전 지 점에서 가장 좋은 서식지 상태를 보였다. 수변식생대의 폭이 넓고, 하상 '기질이 자갈과 모래로 구성되어 있으며, 침전물과 유로 변경도가 낮아 물리적 서식지의 상태가 양호한 것으로 나타났다. 6지점의 경우, 제방 안정도가 낮고 제방식생이나 수변식생이 거의 분포하지 않아 제방 특성과 구조면에서 매우 악화된 상태를 나타냈다.
- 어류의 상대풍부도 (Relative abundance) 분석에 따르면, 피라미 (Zacco platypus) 59%, 끄리 (Opsariichthys uncirostris amurensis) 10%, 몰개 (Squalidus japonicus coreanus') 4.% 순으로 나타나 내성종이 우점하는 것으로 나타났다 (Table 1).
- 6지점의 경우, 제방 안정도가 낮고 제방식생이나 수변식생이 거의 분포하지 않아 제방 특성과 구조면에서 매우 악화된 상태를 나타냈다. 수계의 전반적인 하천 직선화로 인하여 M?의 서식지 평가지수는 전체 메트릭중에 가장 낮은 평균값을 기록하였으며, 수계의 지점별로 인공보를 비롯한 인공 조형물의 설치가 적고, 수로변경도가 낮은 것으로 나타나 M”수로 변경도) 은 가장 높은 수치를 보였다(Table 2)
- 특히, 하상 기질의 80% 이상이 모래로 이루어져 있고, 자갈, 모래, 점토 등 침전물의 비율이 높아 하상구조의 단 순화가 이루어져 있었다. 이에 반해 제방 특성과 구조는 매우 양호한 상태로 나타나 하천 주변부의 물리적 서식 지 상태는 잘 유지되고 있는 것으로 나타났다. 3, 4지점 의 물리적 서식지 상태는 보통 상태를 나타냈지만, 보통 ~악화(Fair~Pddt)에 가까운 상태를 보여 서식지의 교 란이 큰 것으로 판단되었다.
- 1). 지점별 상대빈도 분석에 따르면, 거의 모든 지점에서 잡식성 어종의 상대빈도가 높게 나타나 육식종 및 충식종에 비해 우점흐}는 것으로 나타났다(Fig. 4).
- 총부유물 (TSS)은 1지점 (10mg L-1)부터 4지점 (21 mg LT)까지 지속적으로 증가하였으나, 5지점부터 수치의 하 락이 나타나 6지점에서는 평균 17mg L-1로 3지점에 비하여 오히려 낮은 수치를 보였다(Fig. 2). 총부유물은 상 기 5개의 화학적 수치와 유의성이 없는 것으로 나타났으며, 6지점의 수치 하락은 밀양강 유입수에 의한 희석효과 때문으로 사료되었다.
- 총인(TP)의 지점별 변화양상은 총질소와 같은 양상을 나타내고 있고, 전체적으로 매우 악화된 상태를 보이고 있었으며, 전 지점에서 부영양화현상이 심각한 것으로 사 료되었다. 특히 3지점은 0.
- 3, 4지점 의 물리적 서식지 상태는 보통 상태를 나타냈지만, 보통 ~악화(Fair~Pddt)에 가까운 상태를 보여 서식지의 교 란이 큰 것으로 판단되었다. 투 지점 모두 골재채취로 인하여 하상 기질 특성이 변하고, 유기물 침적 이 심해져 어 류가 살기위한 서식지나 산란장의 기능은 상실된 것으로 사료되었다. 5지점의 물리적 서식지 지수는 161로 전 지 점에서 가장 좋은 서식지 상태를 보였다.
- 2). 특히 3지점의 생물화학적 산소요구량 (BOD)은 2지점보다 2배 정도 증가한 수치를 보였고, 이는 금호강의 유입과 인근에 위치한 분뇨처리시설의 직접적인 영향이 수치 증가의 원인으로 판단되었다.4지점부터 6지점까지는 3지점에 비하여 수치의 감소를 보이고 있으나, 0.
- 반면, 2차 조사의 경우 내성 종에 비해 중간종의 상대빈도가 높게 나타났다. 특히, 1 지점의 경우 내성종의 상대빈도가 85%였으나, 2차 조사 시 내성종의 상대빈도는 39%로 감소하였다. 4지점의 경우 내성종의 상대빈도가 95%에서 24%로 급감하였고 중간종인 끄리가 75%로 우점하였다.
- 3지점은 금호강 유입에 의한 이화학적 수질 악화와 물리적 서식지의 교란으로 인해 총체적인 하천 건강도가 상류에 비해 크게 악화되었다. 특히, 대구 지역의 흐]… 폐수를 함유한 금호강의 유입은 낙동강 중류부터 하류까지의 수질악화에 큰 영향을 미치는 것으로 판단되었고, 금호강의 유입에 따른 낙동강 수계의 수질악화를 방지하기 위해 고도정수처리시설의 도입이 절실할 것으로 사료되었다. 4지점의 경우 남강의 유입으로 인한 수질개선 효과를 기대하였으나, 본류 유량의 20~40%에 불과한 남강의 유량은 수질개선에 큰 영향을 미치지 못 하였다.
후속연구
- 지점별 분석에 따르면, 1, 5지점은 양호상태 (Good)를 보였고, 나머지 4개 지점에서는 모두 보통 상태 (Fair)를 보였다. 그러나 3, 4지점은 보통~ 악화(Fair ~Poor)에 가까운 상태를 보여 서식지의 교란이 큰 것으로 판단되었으며, 특히 Mi~M& MwMio에서 매우 악화된 상태를 보여 향후 메트릭에 대한 복원이 필요할 것으로 사료되었다. 이화학적 수질은 3지점에서 금호강의 유입과 인근에 위치한 분뇨처리시설의 직접적인 영향으로 인해 크게 악화되었다.
- 낙동강 본류를 대상으로 한 본 연구결과를 종합해보면 낙동강의 하천건강도는 이화학적 수질 악화, 하천의 물리적 서식지 교란 등으로 인해 좋지 못한 상태를 보이고 있어 장기적이고 지속적인 모니터링을 통해 하천의 건강성을 회복시켜 나가는 것이 시급하다고 사료된다.
- 27 mg L-1 이상을 보여 총질소 와 마찬가지로 인근 분뇨처리장과 금호강의 생활하수 유 입이 가장 큰 원인이라 판단되었다. 전체 지점에서의 높은 총인농도 수치로 인하여 향후 본 수계에서는 총인의 제어가 시급할 것으로 사료되었다.
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