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문제 정의
- 달성보 좌안과 우안에 설치된 어도는 보 설치로 인해 발생하는 하천단절을 극복하기 위한 목적으로 설치되었다. 달성보의 인공하도식 어도는 3개의 여울과 하도를 따라 계단식으로 설치되어 저서어류와 저서동물 등의 다양한 수중생물들과 어류들의 이동 및 서식이 가능하다.
- 본 연구에서는 2차원 물리서식처 모형을 이용한 수치해석을 통하여 달성보의 좌안에 설치된 유인수로의 개 폐에 따른 인공하도식 어도로의 어류 유입 효율을 분석하였다. 일반적으로 하천의 지형자료와 유속장을 기반으로 어류의 서식 적합도를 평가하는데 사용되는 River2D 모형을 이용하여 어류의 유지속도와 돌진속도를 기준으로 달성보 하류단에 유입이 잘될 수 있는 유속의 확보 여부를 평가하였으며, 특히 피라미의 이동이 활발한 봄철 산란시기의 어도로의 효율을 평가하였다.
가설 설정
- , 2012). 바닥면 전단 응력에 영향을 받는 x 방향의 마찰경사는 다음 식과 같이 수심 평균된 유속의 함수로 가정한다.
제안 방법
- 1) 모의 구간의 상류단과 하류단에 경계조건 부여를 위하여 유황분석을 실시하였다. 유황분석을 실시한 수위표는 고령교수위표이며, 실측 수위 자료와 수위-유량관계곡선식을 이용하여 산정하고 분석하였다.
- 2) 2차원 모형의 검보정을 위해 달성보의 상 하류 실측 수위를 활용하였으며 2012년 6월 17일부터 13일간을 보정기간으로 2012년 7월 1일부터 15일간을 검증기간으로 선정하여 실시하였다. 실측값과 모의값과 비교한 결과, 보정 시 R2는 0.
- 4) 인공하도식 어도의 유인 적합도 분석에서는 낙동강에 분포하는 어종 중 우점종인 피라미를 선정하였다. 대상어종인 피라미의 산란기인 저수기 때의 적합도 곡선과 유영속도와 유인수로의 개·폐에 따라 인공하도식 어도가 위치한 본류의 좌안의 유속을 비교한 결과, 유인수로를 개방했을 때와 폐쇄했을 때 모두 좌안에서의 유속은 유지속도와 돌진속도보다 낮음을 알 수 있었으며, 피라미가 이동하기에는 문제가 없을 것으로 판단된다.
- River2D 모형을 이용하여 달성보의 상 하류 경계조건을 입력조건으로 하여 수심과 유속에 대해 분석을 실시하였다. Table 2의 저수기 시의 상류 유량과 하류 수위로 모의를 수행하였다.
- 검보정을 한 2차원 수치모형을 이용하여 달성보 인공하도식 어도의 유입부를 유인수로의 개폐 여부에 따른 수리해석을 실시하였다. 달성보 인공하도식 어도 하류단의 거리별 위치를 나누어 분석하였으며, 유인수로를 개방하였을 때와 폐쇄하였을 때를 구분하여 모의를 수행하였다.
- 검보정을 한 2차원 수치모형을 이용하여 달성보 인공하도식 어도의 유입부를 유인수로의 개폐 여부에 따른 수리해석을 실시하였다. 달성보 인공하도식 어도 하류단의 거리별 위치를 나누어 분석하였으며, 유인수로를 개방하였을 때와 폐쇄하였을 때를 구분하여 모의를 수행하였다. 또한 달성보의 운영계획을 보면 평상시에는 가동보의 수문이 닫혀 있고 고정보로만 물이 월류하면서 관리수위를 유지하고, 우기에 가동보를 운영(MLTM, 2009a)하므로 본 연구에서는 저수기를 모의하므로 가동보는 닫고 모의를 수행하였다.
- 달성보가 위치한 유역의 유황특성은 달성보 상 하류에 인접한 고령교수위표와 현풍수위표의 WAMIS (Water Management Information System)에서 제공하는 실측 수위 자료와 수위-유량관계곡선식을 이용하여 유량을 산정하고 분석하였다(MLTM, 2010). 고령교수위표는 달성보로부터 3.
- 대상어종 선정을 위해 낙동강에서 기 수행된 어류 모니터링 결과를 분석하였다. Choi et al.
- 달성보 인공하도식 어도 하류단의 거리별 위치를 나누어 분석하였으며, 유인수로를 개방하였을 때와 폐쇄하였을 때를 구분하여 모의를 수행하였다. 또한 달성보의 운영계획을 보면 평상시에는 가동보의 수문이 닫혀 있고 고정보로만 물이 월류하면서 관리수위를 유지하고, 우기에 가동보를 운영(MLTM, 2009a)하므로 본 연구에서는 저수기를 모의하므로 가동보는 닫고 모의를 수행하였다.
- 본 연구에서는 ‘4대강 살리기 사업’으로 설치된 다기능보 중에서 달성보를 대상으로 2차원 물리서식처 모의 모형인 River2D를 이용하여 유인수로의 개폐에 따라 인공하도식 어도로의 수리학적 영향을 분석하였다.
- , 2013). 본 연구에서는 달성보에서 각각 50 m, 150 m, 300 m 떨어진 지점(Fig. 11 참조)과 어류의 3가지 유영속도 중 장애물이나 구조물이 설치된 경우 유지 가능한 속도인 유지속도와 급히 피하거나 빠른 반응을 나타내는 돌진속도를 비교하였다.
- 유황 분석을 통하여 풍수기, 평수기, 저수기의 수위일 때, 인공하도식 어도의 입구부 흐름을 분석하기 위하여 2차원 수리모형인 River2D 모형을 적용하였으며, 달성보 지점에서 측정되고 있는 상 하류 수위 측정값으로 모형을 검보정하였다. 수치해석모형을 적용하기 위해 대상구간을 모형화하기 위하여 달성보의 주변 지형도와 수치지도를 이용하여 절점과 요소로 구성된 지형파일을 구축하였고 River2D_Bed에서 구축된 지형파일을 바탕으로 유한요소망을 구축하였다. 절점은 총 6554개, 요소는 총 12314개로 구성되었으며, 구축된 유한요소망은 Fig.
- 36 m3/s 나타났다. 유황분석을 통해 저수기 유량을 산정하여 달성보에서 3.43 km 떨어진 고령교수위표를 상류경계조건으로 4.13 km 떨어진 현풍수위표를 하류 경계조건으로 설정하였다.
- 본 연구에서는 2차원 물리서식처 모형을 이용한 수치해석을 통하여 달성보의 좌안에 설치된 유인수로의 개 폐에 따른 인공하도식 어도로의 어류 유입 효율을 분석하였다. 일반적으로 하천의 지형자료와 유속장을 기반으로 어류의 서식 적합도를 평가하는데 사용되는 River2D 모형을 이용하여 어류의 유지속도와 돌진속도를 기준으로 달성보 하류단에 유입이 잘될 수 있는 유속의 확보 여부를 평가하였으며, 특히 피라미의 이동이 활발한 봄철 산란시기의 어도로의 효율을 평가하였다.
대상 데이터
- 2는 달성보의 위치와 조감도이다. 달성보의 보의 길이는 총 580 m이며 가동보(경간 길이 162 m, 높이 9.6 m, 3련)와 고정보(경간 길이 418 m, 높이 9.5 m) 및 수질오염방지를 위한 오염 저감시설이 설치되었고 소수력발전소, 인공하도식 어도(좌안) 및 인공형어도인 아이스하버식 어도(우안)가 설치되었다.
- 달성보의 유인수로 개폐 여부에 따른 본류의 유속장을 확인하기위해 Fig. 11과 같이 총 3개의 위치를 선정하였으며, 달성보 기점으로 각각 50 m, 150 m, 300 m 떨어진 지점을 선정하였다. Fig.
- , 2007). 본 연구 지점인 달성보는 조사한 금호강 합류부의 하류에 위치하고 있어 유인효율을 평가하기 위하여 대상어종을 피라미로 선정하였다.
- 본 연구에서 모형의 검보정은 2012년 6월 17일부터(저수기 기준) 13일간을 보정기간으로 하고 2012년 7월 1일부터 15일간을 검정기간으로 선정하여 실시하였다. Fig.
- Table 2의 저수기 시의 상류 유량과 하류 수위로 모의를 수행하였다. 인공하도식 어도 및 낙동강에 적용되는 조도계수는 낙동강 하천기본계획(MLTM, 2009b)에서 제시된 사질하상 및 콘크리트의 조도계수로서 각각 0.023, 0.013로 적용하였으며, 상 하류 경계조건 및 조도계수는 Table 3에 제시하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 달성보의 상류단과 하류단에서 측정되는 수위를 이용하여 River2D 모형의 검보정을 실시하였다. 모형의 정확성을 평가하기 위해 결정계수(R2), 절대평균오차(AME), 평균제곱근오차(RMSE) 등의 오차분석 지표를 사용하였다(Table 4 참조).
이론/모형
- 0 m/s를 기준으로 실시되었다. 그리고 피라미의 수심 적합도 지수는 Oh et al. (2008)이 피라미의 물리서식처를 분석한 바 있으며 하도지수 적합도 지수는 낙동강유역조사(K-water, 2004)시 작성된 결과를 이용하였다(Baek et al., 2013).
- 0의 경우에만 존재하다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 곱셈방법을 적용하여 복합 서식처 적합도 지수를 선정하였고, 곱셈방법의 수식은 다음 식 (8)과 같다.
- 본 연구에서는 달성보의 상류단과 하류단에서 측정되는 수위를 이용하여 River2D 모형의 검보정을 실시하였다. 모형의 정확성을 평가하기 위해 결정계수(R2), 절대평균오차(AME), 평균제곱근오차(RMSE) 등의 오차분석 지표를 사용하였다(Table 4 참조).
- 이에 실험과 선행연구를 통하여 적합도 지수를 나타내었다. 유속은 Park et al. (2006)이 실시한 증진유속방법을 이용한 피라미의 한계유영유속 측정 실험을 바탕으로 만들어졌다(Table 7 참조). 이 증진유속방법은 MLTM (2005)에서 제시한 어도 유속 허용 범위인 0.
- 유황 분석을 통하여 풍수기, 평수기, 저수기의 수위일 때, 인공하도식 어도의 입구부 흐름을 분석하기 위하여 2차원 수리모형인 River2D 모형을 적용하였으며, 달성보 지점에서 측정되고 있는 상 하류 수위 측정값으로 모형을 검보정하였다. 수치해석모형을 적용하기 위해 대상구간을 모형화하기 위하여 달성보의 주변 지형도와 수치지도를 이용하여 절점과 요소로 구성된 지형파일을 구축하였고 River2D_Bed에서 구축된 지형파일을 바탕으로 유한요소망을 구축하였다.
- 1) 모의 구간의 상류단과 하류단에 경계조건 부여를 위하여 유황분석을 실시하였다. 유황분석을 실시한 수위표는 고령교수위표이며, 실측 수위 자료와 수위-유량관계곡선식을 이용하여 산정하고 분석하였다. 분석결과, 풍수기, 평수기, 저수기, 갈수기는 각각 156.
- (2006)이 실시한 증진유속방법을 이용한 피라미의 한계유영유속 측정 실험을 바탕으로 만들어졌다(Table 7 참조). 이 증진유속방법은 MLTM (2005)에서 제시한 어도 유속 허용 범위인 0.5 ~ 1.0 m/s를 기준으로 실시되었다. 그리고 피라미의 수심 적합도 지수는 Oh et al.
성능/효과
- 3) 좌안에 위치한 인공하도식 어도로의 유인을 위한 수리학적 분석을 위해 2차원 모형을 적용한 결과 달성보 하류 지점별 평균유속은 유인수로 개방 시 각각 0.04 m/s, 0.03 m/s, 0.03 m/s로 나타났고, 폐쇄하였을 때 위치별 평균 유속은 각각 0.03 m/s, 0.03 m/s, 0.03 m/s로 유인수로를 개방하였을 때의 유속이 다소 높게 나타났지만, 큰 차이는 보이지 않았다.
- 대상어종인 피라미의 산란기인 저수기 때의 적합도 곡선과 유영속도와 유인수로의 개·폐에 따라 인공하도식 어도가 위치한 본류의 좌안의 유속을 비교한 결과, 유인수로를 개방했을 때와 폐쇄했을 때 모두 좌안에서의 유속은 유지속도와 돌진속도보다 낮음을 알 수 있었으며, 피라미가 이동하기에는 문제가 없을 것으로 판단된다.
- 495 m로 나타났다. 또한 실측값과 모의값의 통계지표 비교결과 보정에서 R2는 0.905, AME는 0.080, RMSE는 0.097이었으며, 검정에서는 R2는 0.946, AME는 0.099, RMSE는 0.011으로 높은 상관관계를 보였다(Table 5 참조).
- 9는 7월 중 15일간의 검정결과를 나타내었다. 모형의 보정 및 검정 결과는 실측치와 모의치 차이가 보정 시 최소 0.01 m에서 최대 0.225 m이며, 검증에서는 최소 0.017 m에서 최대 0.495 m로 나타났다. 또한 실측값과 모의값의 통계지표 비교결과 보정에서 R2는 0.
- , 2006). 본류에 좌안의 평균유속과 피라미의 유지속도와 돌진속도를 비교한 결과 유인수로를 개방했을 때와 폐쇄했을 때 모두 좌안에서의 유속은 유지속도와 돌진속도보다 낮음을 알 수 있었으며, 피라미가 이동하기에는 문제가 없을 것으로 사료된다.
- 유황분석을 실시한 수위표는 고령교수위표이며, 실측 수위 자료와 수위-유량관계곡선식을 이용하여 산정하고 분석하였다. 분석결과, 풍수기, 평수기, 저수기, 갈수기는 각각 156.84 m3/s, 79.02 m3/s, 33.22 m3/s, 30.36 m3/s 나타났다. 유황분석을 통해 저수기 유량을 산정하여 달성보에서 3.
- , 2013). 산정한 결과 유인수로를 개방할 때 인공하도식 어도 입구 가까운 쪽으로 WUA가 형성됨에 따라 폐쇄 시보다 어류가 어도로 유인될 가능성이 높다는 것을 알 수 있다. 물론 WUA가 크다고 모든 피라미가 어도로 가지 않는다.
- 2) 2차원 모형의 검보정을 위해 달성보의 상 하류 실측 수위를 활용하였으며 2012년 6월 17일부터 13일간을 보정기간으로 2012년 7월 1일부터 15일간을 검증기간으로 선정하여 실시하였다. 실측값과 모의값과 비교한 결과, 보정 시 R2는 0.905, AME는 0.080, RMSE는 0.097이고, 검증시 R2는 0.946, AME는 0.099, RMSE는 0.011으로 높은 상관관계를 보였다.
- (2007)은 낙동강 본류 6개 지점 중 금호강 합류부(S3)로 2004년 7월(풍수기)에 1차, 2005년 3월(갈수기)에 2차 어류 조사 및 채집을 수행하였으며, 1차 조사에서 22종, 2차 조사에서 20종이 채집되어 총 28종이 채집되었다. 채집된 어류 중 과별 종 다양도는 잉어과 어류가 17종으로 가장 높았고, 그 외에 미꾸리과 3 종, 검정우럭과 2종 등의 순으로 나타났다. 또한 어류의 상 태풍부도(Relative abundance) 분석에 따르면, 피라미(Z.
- 이 그림들에서 보듯이 위치별 유속장은 유인수로의 개폐에 따라 본류의 유속장이 상이한 양상을 보이고 있다. 특히 유인수로가 개방하였을 때 인공하도식 어도의 유입부에 유속이 유인수로가 닫혀 있을 때 보다 최대 0.22 m/s, 최소 0.098 m/s 정도의 차이를 보이며 빠른 것으로 나타났다. 유인수로와 관계없이 고정보의 유속이 빠른 것을 볼 수 있는데 이것은 바닥고의 낙차에 의해 발생된 것으로 사료된다.
후속연구
- 향후 ‘4대강 살리기 사업’으로 설치된 다기능보에 설치된 다양한 어도에 대하여 여러 가지 조건의 유인효율에 관한 연구가 필요하며, 현장 유속 및 지형 측정과 어류에 대한 모니터링 등의 자료 구축이 필요하다고 판단된다.
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