[논문]댐 운영을 고려한 금강의 생태.수문학적 변화 평가 : II. 수리학적 어류서식처 조건 분석

박상영; 김정곤; 고익환

doi:10.3741/jkwra.2009.42.5.407

[국내논문] 댐 운영을 고려한 금강의 생태.수문학적 변화 평가 : II. 수리학적 어류서식처 조건 분석
Evaluation of Eco-Hydrological Changes in the Geum River Considering Dam Operations : II. Hydraulic Fish Habitat Condition Analysis 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.42 no.5, 2009년, pp.407 - 414

박상영 (한국수자원공사 K-water연구원) , 김정곤 (한국수자원공사 K-water연구원) , 고익환 (한국수자원공사 K-water연구원)

초록
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본 논문에서는 대청댐 하류 금강을 대상으로 댐건설에 따른 유황 변동이 어류서식처 환경에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 분석에는 RAP을 이용하였고, 대표어종으로는 쉬리, 참마자, 감돌고기를 선정하였다. 분석 결과에 따르면 유량이 감소하는 갈수기에 대청댐의 건설과 더불어 서식처 조건이 향상 하였으나, 용담댐 건설의 영향은 미미한 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 댐건설에 따른 갈수기의 방류량 증가가 본 연구에서 선정한 대표어종들이 선호하는 서식처 조건을 유지하는데 도움이 된 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A quantitative analysis was conducted to study the impacts of artificial flow alteration on fish habitate condition change in the Geum River downstream the Daechung Multi-purpose Dam (DMD). River Analysis Package (RAP) was employed for the analysis and three fish species of black shiner, long nose barbel and Korean shinner were selected as icon species. The results of the analysis showed enhaced fish habitat conditions during low flow seasons in spring and fall after DMD construction, while the impact of the Youngdam Multipurpose Dam located upstream the DMD was insignificant. This result could be attributed to the fact that the increased flow during dry seasons helped create preferable habitat conditions for the fish species tested in this study.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

RAP의 수리분석모듈(HA)을 사용하여 대상 하천구간의 유량에 따른 각 어종별 서식처조건(Table 1)의 상관관계를 분석하였으며(Fig. 4), 모델에 입력된 HEC-RAS의 지점별 유량사상은 최소 17.8 m³/sec부터 최대 686.8 m³/sec로 총 12개이다. 그림에서 X축은 유량이고 Y축은 대청댐 하류에서 공주까지의 전체 구간에서 서식처 조건(수심 및 유속)을 만족하는 평균 수표면 폭을 나타낸다.
도출된 어종별 유량-수표면폭 상관관계곡선(Fig. 4) 과 공주지점에서의 1984년부터 2006년까지 23년간의 일유량 자료를 기반으로 유황변화에 따른 어류 서식처 영향을 분석하였다. Fig.
본 논문에서는 금강수계의 어류 모니터링 자료와 하천 생태환경 평가 도구인 RAP 모형을 이용하여 쉬리, 참마자 및 감돌고기를 대상으로 유량변동이 어류서식처 환경에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였으며, 주요 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 RAP(River Analysis Package)의 수리분석모듈을 사용하여 댐건설 전·후 유량변동에 따른 하천구간별 어류서식처 환경의 변화를 정량적으로 분석하였다(Marsh, 2004).
본 연구에서는 기존에 수행된 연구결과들(최기철 등, 1977; 안광국 등, 1992; 건설교통부, 2006)을 조사 분석함과 동시에 어류 생태 모니터링을 실시하였다. 종별 서식특성 파악을 위한 어류조사는 2007년∼2008년 기간에 대청댐 하류구간인 현도, 공주 지점과 용담댐 하류의 앞섬, 수통, 옥천 지점을 선정하여 조사하였다(Fig.
이후 이 분야의 연구는 유량의 변화에 따라 서식처 수리조건(수심, 유속 등)이 먼저 한계에 달하는 여울(riffle)을 대상으로 서식조건을 만족시키는 수리 및 수질 조건 등을 포함한 물리서식처 모의(PHABSIM) 기법의 적용과 이를 이용한 최적유량을 산정하는 연구가 진행되어 왔다 (오국열 등, 2008; 임동균 등, 2007; 박봉진 등, 2005; 성영두 등, 2005; 강정훈 등, 2004; 김규호, 2000). 본 연구에서는 생태수문학적 하천 건강성평가를 전체적인 관점에서 접근하였으며, 선행 연구(고익환 등, 2009)에서 금강 유역에 대한 개념모델을 설정하고 댐 건설 및 운영으로 인한 유황변화를 분석하였으며, 두 번째 부분인 본 연구에서는 어류 모니터링 자료와 하천환경평가 프로그램인 RAP(River Analysis Package)를 이용하여 금강수계 대청댐 하류구간에 대하여 유황변동에 따른 수리학적 특성과 어류 서식처의 영향 정도를 정량적으로 분석하였다.
395km 구간에 대하여 구축된 HEC-RAS 모형의 입력 및 출력 자료를 사용하였다. 수리분석모듈에 선정된 대표어종의 서식처 규칙을 적용하고 유량의 지배를 받는 하천의 수리학적 지표(hydraulic metric)로써 유속, 수심, 수표 면적 등을 설정하여 분석함으로써 유량변동이 어류서식처 환경에 미친 영향을 정량적으로 분석하였다. 시계열 유량자료는 고익환 등(2009)이 KModSim모델을 이용하여 대청댐과 용담댐의 운영 전·후 가정조건하에서 산정한 1984년부터 2006년까지 23년간의 유량자료를 사용하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 감돌고기(P. nigra), 쉬리(C. splendidus) 및 참마자(H. longirostris)를 대표어종으로 선정하여 분석을 수행하였으며, 각 어종별 서식처 조건은 Table 1과 같다. 감돌고기는 주로 여울에 서식하면서 유량 변화에 민감하게 반응하는 어종이다.
분석에 사용된 대청댐 하류구간의 지형자료와 수리 매개변수는 현도교 부터 공주대교까지 45.395km 구간에 대하여 구축된 HEC-RAS 모형의 입력 및 출력 자료를 사용하였다. 수리분석모듈에 선정된 대표어종의 서식처 규칙을 적용하고 유량의 지배를 받는 하천의 수리학적 지표(hydraulic metric)로써 유속, 수심, 수표 면적 등을 설정하여 분석함으로써 유량변동이 어류서식처 환경에 미친 영향을 정량적으로 분석하였다.
시계열 유량자료는 고익환 등(2009)이 KModSim모델을 이용하여 대청댐과 용담댐의 운영 전·후 가정조건하에서 산정한 1984년부터 2006년까지 23년간의 유량자료를 사용하였다.
종별 서식특성 파악을 위한 어류조사는 2007년∼2008년 기간에 대청댐 하류구간인 현도, 공주 지점과 용담댐 하류의 앞섬, 수통, 옥천 지점을 선정하여 조사하였다(Fig. 1).
쉬리는 대청댐 하류인 현도지점에서는 채집되었으나, 공주지점에서는 확인되지 않고 있다. 피라미를 제외한 모든 지점에서 서식 확인이 된 참마자는 서식처 조건 중 하상재료에서 모래부터 호박돌로 광범위하게 나타나 본 연구에서 대표어종으로 선정하였다.
감돌고기는 주로 여울에 서식하면서 유량 변화에 민감하게 반응하는 어종이다. 현재 감돌고기는 대청댐 하류에서는 채집되고 있지 않으며, 멸종위기 보호종으로써 대표어종으로 선정하였다. 쉬리의 경우, 감돌고기와 서식처 조건은 유사하나 환경 내성력이 우수하고 유속과 수심 조건이 상대적으로 넓다.

이론/모형

여울, 소 등)간의 관계를 분석하고 관계식을 도출하는 단계에 사용되었다. 시계열분석(Time Series Analysis, TSA) 모듈은 설정된 시나리오에 대하여 일단위 시계열자료를 분석하고 통계학적인 분석과 시간에 따른 변화를 분석하는데 사용되었다. TSA 모듈은 유황의 변화에 따른 변화를 모의하고 통계분석을 통한 생태계의 영향들을 분석하는데 사용할 수 있다.

성능/효과

1) 대청댐 하류구간에 대하여 유량과 서식처 조건과의 상관성을 분석한 결과, 서식처 조건을 만족하는 수면폭은 유량이 증가함에 따라 증가하다가 최적 유량값을 초과하게 되면 유량이 증가함에 따라 오히려 감소하였다. 최대 수면폭, 그래프 형태 등 각 어종별 유량-서식처 상관관계는 각각의 서식처 조건에 따라 다소 상이하였다.
2) 댐건설에 따른 유황변화가 어류 서식처에 미친 영향을 분석한 결과, 댐 건설 전 쉬리의 서식처 조건을 만족하는 평균 수표면 폭의 중앙값은 76.0m 인 반면, 대청댐 건설 후에는 101.6m, 용담댐 건설 후에는 102.6m로 증가하는 경향을 보였다. 참마자와 감돌고기도 댐 건설 전 각각 69.
각 어종별 최적 유량은 쉬리의 서식처 조건을 만족하는 최적 유량을 분석한 결과 90.0 m³/sec의 유량이 흐를 때 최적 조건이며, 이때 평균 수표면 폭은 112.8m로 분석되었다(Fig. 4(a)).
중앙값뿐만 아니라 초과시간 0∼80%구간에서는 모두 비슷한 경향을 보이고 있다. 결과적으로 서식처 활용도는 대청댐의 건설과 더불어 증가하였으며, 용담댐 건설의 영향을 미미한 것으로 분석되었다.
다음으로, 초과시간 80∼100%구간에서는 어류서식처 조건이 급격히 감소되는 것으로 나타났으며, 이 구간은 홍수기에 해당하는 구간이므로 강우시 유입유량의 상승이 서식처 조건을 악화시키는 요인이 된다는 것을 알 수 있다.
우리나라 고유어종은 18종으로 전체 종수 중 55%를 차지하였다. 멸종위기 보호어종 중 감돌고기(Pseudopungtungia nigra)는 대청댐 상류인 3개 지점에서 출현하였으나, 하류에서는 출현하지 않는 것으로 나타났다.
5는 전체 분석 자료 중에서 2004년부터 2005년을 기간에 대하여 댐건설에 따른 유량변 화와 서식처 활용 특성을 분석한 결과를 보여주고 있다. 서식처 활용도는 계절적으로 변동은 있으나, 유량이 증가하는 하절기에는 서식처 활용도가 급격히 감소하는 것으로 분석되었다. 이와 같은 결과는 본 연구에서 선정한 대표어종의 서식처 조건이 저유량(low flow) 조건에 해당하기 때문인 것으로 판단된다.
이와 같은 결과는 본 연구에서 선정한 대표어종의 서식처 조건이 저유량(low flow) 조건에 해당하기 때문인 것으로 판단된다. 수표면 폭으로 환산된 서식처 활용도는 하절기에는 큰 차이를 보이지 않으나 갈수기에는 전반적으로 증가하는 것으로 나타났 는데, 이와 같은 결과는 갈수기시 댐에서의 증가 방류에 따른 유황개선 효과로 사료된다. Fig.
2%로 아우점종으로 나타났다. 우리나라 고유어종은 18종으로 전체 종수 중 55%를 차지하였다. 멸종위기 보호어종 중 감돌고기(Pseudopungtungia nigra)는 대청댐 상류인 3개 지점에서 출현하였으나, 하류에서는 출현하지 않는 것으로 나타났다.
우점종은 우리나라 대부분 중·하류 하천의 우점종인 피라미(Zacco platypus)가 26.8%의 상대풍부도(출현개체수/총개체수×100)를 보였으며, 모든 지점에서 출현빈도를 보인 쉬리 (Coreoleuciscus splendidus)가 5.2%로 아우점종으로 나타났다.
잉어과 분류군이 약 77.0%(33종)으로 가장 높은 출현율을 보였으며 다음으로 바다빙어과, 꺽지과 및 망둑어과가 약 5% 내외를 나타났으며, 그 외의 분류군은 낮은 출현율을 보였다. 우점종은 우리나라 대부분 중·하류 하천의 우점종인 피라미(Zacco platypus)가 26.
4(a)). 참마자의 서식처 조건을 최적으로 만족하는 유량은 90.0 m³/sec로 분석되었으며, 이때 평균 수표면 폭은 91.2m로 나타났다(Fig. 4(b)).
초과시간 0∼30% 구간은 상대적으로 댐 건설 전과 댐 건설 후 서식처 조건의 변화가 적었으며, 이는 댐 건설 전과 댐 건설 후의 유입 유량에큰 차이가 없다는 것을 나타낸다.
초과시간 30∼80%구 간에서는 댐 건설 전보다 댐 건설 후 어류서식처 조건이 급격히 증가되는 것으로 나타났으며, 이는 댐 건설 후에 댐에서 하류하천에 지속적으로 유량을 공급하면서 어류서식처 조건이 향상된 것으로 판단된다.
5m로 증가하였다. 특히, 갈수기에 댐에서의 증가 방류에 따라서 갈수기에 서식처 활용도가 증가하는 것으로 분석되었다. 서식처 활용성 증가는 대청댐의 건설의 영향은 큰 반변, 용담댐 건설의 영향은 미미한 것으로 분석되었다.

후속연구

3) 감돌고기와 같은 민감한 계류성 어종 개체군들이 대청댐 하류에서 잘 출현되지 않고 있는 것은 유 황변화에 따른 서식처 조건의 변화와 더불어 유황변화의 감소에 의한 여울-소 배열을 감소, 수질, 수온변화 등의 요인과 하류하천에 건설된 수공구조물의 영향이 밀접한 상관관계가 있을 것으로 판단되어, 향후 이에 대한 세밀한 분석이 필요할 것이다.
참마자는 대청댐 상하류에 걸쳐 분포하고 쉬리는 대청댐 직하류까지 발견되는 반면, 감돌고기는 대청댐 건설전에는 대청댐 하류에서 극소량이 출현하였으나, 현재는 거의 출현하지 않는 것으로 보고되고 있다. 댐 건설에 따른 유량 변화는 오히려 감돌고기와 같은 어종의 서식처 조건의 향상에도 기여한 본 연구의 결과를 감안할 때, 감돌고기와 같은 민감한 계류성 어종 개체 군들이 대청댐 하류에서 거의 출현되지 않고 있는 것은 유황변화에 따른 서식처 조건의 변화 보다는 댐 하류에 설치되어있는 각종 소규모 수공구조물에 의한 여울-소 배열의 감소, 도시화에 따른 수질악화, 수온변화 등의 요인과 더 밀접한 상관관계가 있을 것으로 예상 되어 향후 좀 더 세밀한 분석을 실시하여야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하천을 구성하는 가장 기초적인 요인은 무엇인가?	하천의 유량은 하천을 구성하는 가장 기초적인 요인이므로 하천 생태시스템의 근간을 이루고 있다. 동일한 하천인 경우에도 유량이 많은 기간과 적은 기간에 따라 각각의 생태시스템이 존재하게 된다.
	하천의 생태시스템에 대한 분석은 어떻게 이루어져야 하나?	하천의 생태시스템에 대한 분석은 하천을 중심으로 구성된 하도특성, 하천의 단면 및 하상 특성, 유량, 수질, 어류 및 식생 등의 동식물 특성 등 다양한 분야에 대한 분석이 이루어져야 한다. 그러나 이러한 모든 분야는 매우 복잡하며 각 분야들 간 상호 작용의 영향 때문에 이들을 동시에 정량적으로 고려하여 하천의 생태 시스템을 평가하는 것은 현실적으로 매우 어렵다.
	대청댐 하류 금강을 대상으로 댐건설에 따른 유황 변동이 어류서식처 환경에 미치는 영향을 정량적으로 분석한 결과는?	분석에는 RAP을 이용하였고, 대표어종으로는 쉬리, 참마자, 감돌고기를 선정하였다. 분석 결과에 따르면 유량이 감소하는 갈수기에 대청댐의 건설과 더불어 서식처 조건이 향상 하였으나, 용담댐 건설의 영향은 미미한 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 댐건설에 따른 갈수기의 방류량 증가가 본 연구에서 선정한 대표어종들이 선호하는 서식처 조건을 유지하는데 도움이 된 것으로 판단된다.

참고문헌 (13)

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성영두, 박봉진, 주기재, 정관수 (2005). '하천의 어류서식환경을 고려한 생태학적 추천유량 산정.' 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제38권, 제7호, pp. 545-554

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임동균, 정상화, 안홍규, 김규호 (2007). '피라미에 대한보 철거 구간에서의 물리서식처 모의(PHABSIM) 적용.' 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제40권, 제11호, pp. 909-920

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최기철, 이지영, 김태룡 (1977). '금강(錦江)에 건설중인 대청땜을 중심한 어류조사.' 한국육수학회지, 한국육수학회, 제10권, 제1호, pp. 25-32
한국수자원공사 (1995). 하천유지유량 결정 방법의 개발 및 적용. 한국수자원공사조사계획처 IPD-95-2 연구보고서, pp. 127-140, 196-214, 414-434
Marsh, N. (2004). River Analysis Package Users Guide. CRC for Catchment Hydrology, Australia

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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