현재 우리나라에 설치된 어도의 90% 이상이 콘크리트 인공 어도로 되어있으나, 최근 자연적인 재료를 이용하여 소하천의 형태로 설치하는 자연형 어도가 많이 설치되고 있다. 이에 따라 국내 정부산하 공기업과 대학에서는 자연형 어도에 대한 설계 기준에 등록할 목적으로 '자연형 어도 표준모형 형식(안)'을 제안하였다. 본 연구에서는 기존에 제안된 형식안을 검토해보고 보완, 개선되어야 할 사항을 제시해보았다. 연구 결과, 지금까지 국내에서 어도 설계와 관련하여 진행되었던 연구가 매우 부족해 적절한 기준을 마련하는데 한계가 있었던 것으로 판단된다. 특히 우회수로형 자연형 어도에서의 구조 유지 방안이나 내부 돌 설치 방법, 또는 자연 재료에 대한 연구가 부족한 것으로 판단되었는데, 이는 해외에서 진행되었던 연구사례에 비춰볼 때 국내에서도 국내 상황에 맞는 설계 연구가 보다 적극적으로 진행되어야 할 것으로 보인다. 또한 경사도와 폭에 대한 설계기준 역시 주로 이미 설치되어 있는 국내의 자연형 어도들을 근거로 제시되고 있는데, 이는 어종 특성은 물론 어도에 대한 수리학적, 생물학적 연구를 바탕으로 각 지역 조건에 맞는 설계기준이 새롭게 마련되어야 할 것으로 판단된다.
현재 우리나라에 설치된 어도의 90% 이상이 콘크리트 인공 어도로 되어있으나, 최근 자연적인 재료를 이용하여 소하천의 형태로 설치하는 자연형 어도가 많이 설치되고 있다. 이에 따라 국내 정부산하 공기업과 대학에서는 자연형 어도에 대한 설계 기준에 등록할 목적으로 '자연형 어도 표준모형 형식(안)'을 제안하였다. 본 연구에서는 기존에 제안된 형식안을 검토해보고 보완, 개선되어야 할 사항을 제시해보았다. 연구 결과, 지금까지 국내에서 어도 설계와 관련하여 진행되었던 연구가 매우 부족해 적절한 기준을 마련하는데 한계가 있었던 것으로 판단된다. 특히 우회수로형 자연형 어도에서의 구조 유지 방안이나 내부 돌 설치 방법, 또는 자연 재료에 대한 연구가 부족한 것으로 판단되었는데, 이는 해외에서 진행되었던 연구사례에 비춰볼 때 국내에서도 국내 상황에 맞는 설계 연구가 보다 적극적으로 진행되어야 할 것으로 보인다. 또한 경사도와 폭에 대한 설계기준 역시 주로 이미 설치되어 있는 국내의 자연형 어도들을 근거로 제시되고 있는데, 이는 어종 특성은 물론 어도에 대한 수리학적, 생물학적 연구를 바탕으로 각 지역 조건에 맞는 설계기준이 새롭게 마련되어야 할 것으로 판단된다.
While over 90 percent of fishways are made up with concrete material, nature-like fishways are started to be established as a form of small stream using natural materials. Recently, the central government in collaboration with a university has proposed a 'Standard Model of Nature-like Fishway' with ...
While over 90 percent of fishways are made up with concrete material, nature-like fishways are started to be established as a form of small stream using natural materials. Recently, the central government in collaboration with a university has proposed a 'Standard Model of Nature-like Fishway' with a purpose to provide as a national design standard of nature-like fishway. This study aims to criticize the proposed design model of nature-like fishway and to propose improvements by examining other international cases. As a result, we found problems and limitations of the proposed design model due to the lack of research and experience about making nature-like fishway in Korea. Especially, for designing bypass nature-like fishway we found the lack of studies about structure management strategies, establishment of rocks or pebbles inside the stream, and natural materials. In this sense, more studies about nature-like fishway design adaptable to our environment need to be conducted. In addition, since the proposed design standard for nature-like fishway has been created based on the limited examination of existing domestic cases, it is desirable to improve the design standard on the basis of hydrological and biological research so that they could be adapted effectively to regional and local contexts.
While over 90 percent of fishways are made up with concrete material, nature-like fishways are started to be established as a form of small stream using natural materials. Recently, the central government in collaboration with a university has proposed a 'Standard Model of Nature-like Fishway' with a purpose to provide as a national design standard of nature-like fishway. This study aims to criticize the proposed design model of nature-like fishway and to propose improvements by examining other international cases. As a result, we found problems and limitations of the proposed design model due to the lack of research and experience about making nature-like fishway in Korea. Especially, for designing bypass nature-like fishway we found the lack of studies about structure management strategies, establishment of rocks or pebbles inside the stream, and natural materials. In this sense, more studies about nature-like fishway design adaptable to our environment need to be conducted. In addition, since the proposed design standard for nature-like fishway has been created based on the limited examination of existing domestic cases, it is desirable to improve the design standard on the basis of hydrological and biological research so that they could be adapted effectively to regional and local contexts.
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문제 정의
Department of Agriculture, USDA)에서 발간한 “Fish Passage and Screening Design”이다. 또한, 본 연구에서는 이 두 설계기준 이외에도 비표준형식으로 등록된 영국과 중국의 자연형 어도 설계기준을 추가로 검토하여 향후 국내 자연형 어도 설계기준 마련 시 어떤 내용이 보완 개선되고 추가적으로 연구되 어야 할지에 대해 제안하고자 한다.
본 연구에서는 국내에서 제안된 ‘자연형 어도 표준 모형 형식(안)’에 대한 연구결과와 해외에서 제안된 다양한 자연형 어도 설계기준을 비판적으로 비교 분석하여 국내 실정에 적합한 자연형 어도 설계 개선방안을 제안하고자 한다.
국내에서는 한국농어촌공사 (KRC)가 2012년 12월에 발간한 “자연형 어도(우회 수로형) 모형개발” 연구보고서에서 ‘자연형 어도 표 준모형 형식(안)’을 제시하였고, 이를 2013년도 “어 도설계기준 및 사후관리제도정비” 보고서에서 하천 설계기준으로의 편입 필요성을 제안하기도 했다. 본 연구에서는 기존 연구에서 제시된 자연형 어도 설계 모형의 구체적인 근거와 문제점 등을 검토하고, 이를 해외의 자연형 어도 설계 기준들과 비교, 분석하여 향후 개선 대안을 제시하고자 한다. 본 연구에서 비교할 해외 어도 기준은 2002년 유엔식량농업기구 (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)와 독일 수리경제ㆍ농사개량 연합회(Deutscher Verband fur Wasserwirtschaft und Kulturbau e.
본 연구에서는 기존에 제안된 ‘자연형 어도 표준 모형 형식(안)’의 문제점들을 해외 설계기준 사례들과 비교 검토를 통해 분석하였으며 이를 바탕으로 보완 개선되어야 할 사항이나 향후 추가로 진행되어야 할 연구 등을 제시하고자 하였다.
특히 한 국 농 어 촌 공 사 (Korea Rural Community Corporation, KRC)와 국립금오공과대학교(Kumoh National Institute of Technology, KIT)에서 2012 년 12월에 발간한 “자연형 어도(우회수로형) 모형개발” 연구보고서와 이를 통해 도출된 ‘자연형 어도 표준 모형 형식(안)’은 자연형 어도에 대한 새로운 설계 기준을 마련하고자 제안되었다.
가설 설정
6. 유속: 앞서 제시한대로, 유속의 기준은 어류의 돌진속도가 아닌 순항속도를 기준으로 고려되어야 한다. 어종에 따라 다르긴 하나, 일반적으로 체장을 BL이라 할 때 순항속도는 2~4BL/s이며 돌진속도는 10BL/s로 알려져 있다(Park et al.
제안 방법
2. 구조: 구조 설계 기준에서는 자연형 어도 특성 상 세굴에 취약할 수 있다는 점을 고려하여 내부 구 조 유지방안을 수립해야 하고 저서생물들이 어도 내부를 서식처로 이용할 수 있도록 내부 구조를 형성시켜 주어야 한다. 먼저, 구조 유지방안에서는 국내의 연구가 아직 미흡하므로 FAO & DVWK(2002)에서 제안한 생물공학적인 유지방안을 따를 필요가 있다.
4. 경사도: 경사도는 어도가 설치될 구간의 유량과 유속 등 강의 특성을 고려하여 어도의 적정 유속이 유지되도록 설계한다. 경사도에 대한 구체적인 수치를 제시하기에는 지금까지 진행되어온 국내 연구가 매우 부족한 실정이다.
또한 USDA(2007)는 설치할 돌의 직경을 결정하는 공식을 제시하였는데, 이는 돌이 어도 내에서 안정되기 위해서는 돌의 무게와 마찰저항을 합한 힘이 물이 돌을 밀어내는 힘 보다 커야만 한다는 것이다. 따라서 이를 고려한 최소 돌 직경 결정 공식을 제시 하고, 돌 직경에 따라 버틸 수 있는 한계 속도를 표로 나타내었다 (Table 2). 특히 USDA(2007)는 경험에 근거한 일반적 법칙도 제시하였는데, 이는 돌로 만들 어준 보 간의 높이차보다 돌의 직경이 커야 한다는 것과, 수로의 가장 하단에 위치한 소 부분은 피복층에 묻혀야 한다는 것이다.
이와 같이 설계 기준을 제시할 땐 일반적으로 각 설계 요소별로 구체적인 수치를 제시하고 세부적인 설명을 덧붙이는데, 주로 고려되는 설계 요소의 종류 로는 기본 설계 모델, 구조, 재료, 경사도, 폭, 수심, 유속, 입구, 출구 등을 들 수 있다. 본 연구에서는 이 중에서도 보완되어야 할 사항이 있다고 판단되는 기본 설계 모델, 구조, 재료, 경사도, 폭, 유속, 입구에 대한 내용을 중심으로 국내에서 제안된 기준과 해외에서 개발 적용 중인 기준을 각각 비교 분석하였다.
지금까지의 내용을 종합하여 보완되어야 할 사항으로 선정하였던 7가지 설계기준 항목(기본 설계 모델, 구조, 재료, 경사도, 폭, 유속, 입구)에 대해 각각 분석 내용을 정리하고 다음과 같이 설계 기준에 대해 개선 방안을 제시해보았다.
성능/효과
국내에서 제안된 우회수로형 자연형 어도의 경사 도에 대한 설계 기준은 1/200로, 이는 국내에 이미 조성되어 있는 자연형 어도들의 약 70%가 1/100~ /200 범위에 있다는 것을 근거로 제시되었다. 이에 반해 FAO & DVWK(2002)에서는 1/100~ 1/20 까 지 보다 큰 경사 범위를 제시하고 있으며 무엇보다 강의 특성에 부합하도록 설계할 것을 제안한다.
후속연구
1. 기본 설계 모델: 기본 설계 모델 항목에서 제시 하는 그림은 FAO & DVWK(2002)에서 제시한 Figure 2의 모델을 수용하거나 이와 유사한 자연적인 형태의 모델을 활용할 것을 제안한다.
이상의 내용을 종 합해 볼 때, 국내 자연형 어도의 설계 기준을 확립할 때 국내외 연구결과에 대한 폭넓고 면밀한 분석을 바탕으로 어도구조 유지 방안이나 내부 돌 설치 방법, 자연 재료 등에 대한 보다 실증적 연구와 자료 확보가 선행되어야 할 것으로 판단된다. 경사도와 폭에 대한 설계기준 역시 이미 설치되어 있는 국내의 자연형 어도들에 의존하기 보다는 수리학적, 생물학적 연구가 선행되고 이를 바탕으로 각 지역 조건에 맞는 설계 기준을 제안하는 것이 바람직하다. 자연형 어도는 콘크리트 형식의 어도에 비해 다양한 내부구조와 유속범위를 제공함으로써, 소형 어류부터 대형 어류까지 다양한 어종이 모두 이용 가능하다는 장점이 있다.
잠공과 각낙은 주로 기존 콘크리트 어도 형식에 설치하는 것으로 자연 수로식 어도 에는 격벽이 설치되지 않는 것이 일반적이므로 이러 한 방법을 자연형 어도에 적용시키기에는 다소 무리가 있다. 또한, 자연형 어도의 경우 수변부가 주로 자연재료로 조성되기 때문에 콘크리트로 지어진 어도에 비해 세굴에 약하므로 이에 대한 보완 방안이 필요하다. 따라서 FAO & DVWK(2002)에서는 바닥과 사면을 유지시키기 위해 생물공학적인 방법을 제시 하고 있는데 이는 먼저 바닥구조를 안정시키는 방안 으로 토목섬유의 지반 위에 굵은 자갈 또는 돌을 배치시키는 것이다.
재료 중 식생에 관해서는 해당 수변부의 생태적 특성을 우선적으로 고려해야 하는데, 수변부의 나 무나 덤불 설치는 어류를 포함한 다양한 생물들에게 그늘을 제공해주어 휴식 공간 및 피난처의 역할을 할 수 있다. 이 외에 각 재료별 특성에 따라 설치하는 구체적 방법에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이므로 향후 이에 대한 연구가 필요하다.
본 연구에서는 기존에 제안된 ‘자연형 어도 표준 모형 형식(안)’의 문제점들을 해외 설계기준 사례들과 비교 검토를 통해 분석하였으며 이를 바탕으로 보완 개선되어야 할 사항이나 향후 추가로 진행되어야 할 연구 등을 제시하고자 하였다. 이상의 내용을 종 합해 볼 때, 국내 자연형 어도의 설계 기준을 확립할 때 국내외 연구결과에 대한 폭넓고 면밀한 분석을 바탕으로 어도구조 유지 방안이나 내부 돌 설치 방법, 자연 재료 등에 대한 보다 실증적 연구와 자료 확보가 선행되어야 할 것으로 판단된다. 경사도와 폭에 대한 설계기준 역시 이미 설치되어 있는 국내의 자연형 어도들에 의존하기 보다는 수리학적, 생물학적 연구가 선행되고 이를 바탕으로 각 지역 조건에 맞는 설계 기준을 제안하는 것이 바람직하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
어도설계 기준이 인공하도식 어도에는 해당하지 않는 이유는 무엇인가?
다만 여기서 구체적인 기준은 표준모형으로 등록된 계단식, 아이스하버식, 버티컬슬롯식, 도벽식 어도에 한정되어 마련되어 있으며 자연형 어 도를 의미하는 ‘인공하도식 어도’는 표준형식에서 제외되어 설계 기준이 없는 실정이다. 자연형 어도가 표준형식에서 제외된 이유는 이를 조성할 때 하천변의 여유 공간이 필요하고 조성비용이 다른 형식들에 비해 높아 국내 조성에 어려움이 많은데 주로 기인하고 있다(KWRA & MLTMA 2009). 이러한 표준형식 및 설계기준의 부재에도 불구하고 국내에는 이미 12 개의 인공하도식 자연형 어도가 설치, 운영되고 있으며 그 수는 앞으로도 더욱 증가할 것으로 예상된다.
어도란 무엇인가?
이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 것이 ‘어도’(魚 道)로 댐이나 보 등을 물고기가 거슬러 올라갈 수 있도록 설치한 인공통로 구조물을 가리킨다. 일반적으로 하천 상류로 소상하는 물고기는 바다에서부터 소상하는 회유성 어류라고 알려져 있으나 실제로는 하 천에 서식하는 모든 어종이 산란시기뿐만 아니라 연중 소상하는 특성을 갖는다(KWRA & MLTMA 2009).
어도는 대부분 어떻게 만들어졌는가?
일반적으로 하천 상류로 소상하는 물고기는 바다에서부터 소상하는 회유성 어류라고 알려져 있으나 실제로는 하 천에 서식하는 모든 어종이 산란시기뿐만 아니라 연중 소상하는 특성을 갖는다(KWRA & MLTMA 2009). 1909년에 처음 등장한 데닐(Denil)식 어도를 시작으로 다양한 어도 형식들이 개발되었는데, 이들은 대부분 콘크리트, 금속 등의 재료를 사용하여 비교적 간단한 인공적인 구조로 만들어졌다(Katopodis 1992; Clay 1995). 이후 1970년대 말 유럽에서, 이러한 기존의 형식들과는 다른 “자연형 어도”가 개발되었다.
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