[논문]물리서식처 분석을 통한 생태 물길 복원이 다양한 군집종에 미치는 영향

최흥식; 최종근; 최병웅

doi:10.17820/eri.2019.6.1.001

물리서식처 분석을 통한 생태 물길 복원이 다양한 군집종에 미치는 영향
Impact on Fish Community by Restoration of Ecological Waterway using Physical Habitat Simulation 원문보기

Ecology and resilient infrastructure, v.6 no.1, 2019년, pp.1 - 11

최흥식 (상지대학교 토목공학과) , 최종근 (상지대학교 토목공학과) , 최병웅 (뉴캐슬대학교 공과대학)

초록
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본 연구는 생태 물길 복원 조성에 따른 어류 군집종에 미치는 영향을 파악하기 위하여 물리 서식처 분석을 수행하였다. 대상 어종은 피라미, 쉬리, 참갈겨니, 돌고기, 줄납자루, 밀어, 묵납자루, 꾸구리, 가는돌고기로 선정하였으며, 총 9개 어종으로 달천 내 서식하는 어류 중 95%를 차지한다. 흐름 분석은 2차원 모형인 River2D 모형을 사용하였으며, 서식처 분석은 서식처 적합도 곡선을 이용하는 서식처 적합도 모형을 사용하였다. 생태 물길 복원은 하도 내 위치한 돌보 철거 및 여울-소 구조 조성과 하상고 및 하폭의 변화를 통하여 조성하였다. 그 결과 생태 물길 복원 조성을 통하여 최적의 환경 생태 유량 조건 ($Q=7.0m^3/s$)에서 총 9종 군집종의 가중가용면적을 약 16% 향상시키는 것으로 나타났다. 이를 통하여 생태 물길 복원 조성이 하천 내 서식하는 다양한 군집종에 대하여 매우 유용한 방법임을 확인할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study performed the impact of ecological waterway on fish community in a reach of the Dal River, Korea. Fish monitoring revealed that 9 fish species are dominant, namely Zacco platypus, Coreoleuciscus splendidus, Zacco koreanus, Pungtungia herzi, Acheilognathus yamatsutae, Rhinogobius brunneus, Tanakia signifer, Gobiobotia macrocephala, and Pseudopungtungia tenuicorpus, and account for 95% of the total fish community. The River2D model was used for the computation of the flow and the HSI model for the habitat simulation. The restoration of the waterway performed through the small dam removal, the formation of the pool-riffle structure, and the change of the bed elevation and width. Simulation results indicated that the restoration of the ecological waterway effects significantly increased by about 16% for the WUA (Weighted Usable Area) of the total fish community in optimal ecological flow conditions ($Q=7.0m^3/s$). The restoration of the ecological waterway is more advantageous to fish community.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Study area.
그림 Fig. 2. Fish monitoring in study area.
그림 Fig. 3. Distribution of bed elevation.
그림 Fig. 4. Habitat Suitability Curves.
그림 Fig. 4. Habitat Suitability Curves. (Continued)
그림 Fig. 4. Habitat Suitability Curves. (Continued)
그림 Fig. 5. Restoration of ecological waterways for representative sections.
그림 Fig. 6. Results of the flow modelling (Q=7 m³/s).
그림 Fig. 7. Distributions of CSI for the target species.
그림 Fig. 7. Distributions of CSI for the target species. (Continued)
그림 Fig. 8. The change of WUA for the target species.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 생태 물길 복원 조성이 군집종에 미치는 영향에 대해 물리 서식처 분석을 수행하였다. 대상 어종은 피라미 (Zacco platypus), 참갈겨니 (Zaccokoreanus), 쉬리 (Coreoleuciscus splendidus), 돌고기 (Pungtungia herzi), 가는돌고기 (Pseudopungtungiatenuicorpus), 묵납자루 (Tanakia signifer), 꾸구리(Gobiobotia macrocephala), 줄납자루 (Acheilognathusyamatsutae), 밀어 (Rhinogobius brunneus)로 총 9종을 선정하였다.
본 연구는 생태 물길 복원 조성이 다양한 군집종에 미치는 영향에 대해 달천을 대상으로 물리 서식처 분석을 수행하였다. 대상 구간은 상류에 괴산댐이 위치한달천의 3.
현장모니터링 결과 우점종과 아우점종은 총 9종이며, 이는 대상구간 어종의 약 95%에 해당된다. 본 연구에서는 생태 물길 조성이 다양한 군집종에 미치는 영향에 대해 파악하기 위해서 해당 연구대상지역의 모든 어종을 대상으로 물리 서식처분석을 수행하였다.

제안 방법

생태 물길 복원 조성은 돌보 철거 및 하도내 여울-소 구조 조성, 하상고 및 하폭의 변화를 수행하였다. 그리고 서식처 분석을 통하여 생태 물길 복원 조성 전･후에 대한 복합 서식처 적합도 지수 분포와 가중가용면적의 변화를 비교･분석하였다.
생태 물길 조성은 달천에서의 강턱유량을 계산하고 본 대상지역에 대해 경계조건에 따른 흐름해석을 실시하였다. 달천의 강턱유량은 98.5m³/s (Lee and Choi 2017)로 산정되었으며, 이에 대한 결과를 바탕으로 저수로 구간을 파악하고 이에 대한 생태 물길을 조성하였다. Fig.
중류와 하류 지점은 상류에 비해 상대적으로 지형의 변화가 다양하게 나타났으며, 이에 따라 대상 어종이 선호하는 수심과 유속의 범위에 맞게 지형고와 하폭을 수정하였다. 또한, 상류와 중류 중간에 대해서는 여울과 소를 조성하여 다양한 흐름 양상을 주어 생태적으로 건강한 하천을 조성하도록 하였다. Fig.
2차원 흐름모형 중 하나인 River2D 모형을 이용하여 수리분석을 수행하고 서식처 적합도 모형을 이용하여 서식처 분석을 수행하였다. 생태 물길 복원 조성은 돌보 철거 및 하도내 여울-소 구조 조성, 하상고 및 하폭의 변화를 수행하였다. 그리고 서식처 분석을 통하여 생태 물길 복원 조성 전･후에 대한 복합 서식처 적합도 지수 분포와 가중가용면적의 변화를 비교･분석하였다.
5는 연구 대상 구간에 생태 물길을 조성한 결과이다. 생태 물길 조성은 달천에서의 강턱유량을 계산하고 본 대상지역에 대해 경계조건에 따른 흐름해석을 실시하였다. 달천의 강턱유량은 98.

대상 데이터

본 연구는 생태 물길 복원 조성이 다양한 군집종에 미치는 영향에 대해 달천을 대상으로 물리 서식처 분석을 수행하였다. 대상 구간은 상류에 괴산댐이 위치한달천의 3.35 km 구간이며, 어종은 피라미, 쉬리, 참갈겨니, 돌고기, 줄납자루, 밀어, 묵납자루, 꾸구리, 가는돌고기로 총 9종의 군집종을 대상으로 하였다. 수리분석과 서식처분석은 각각 River2D 모형과 서식처 적합도모형을 사용하였다.
따라서 본 연구는 생태 물길 복원 조성이 군집종에 미치는 영향에 대해 물리 서식처 분석을 수행하였다. 대상 어종은 피라미 (Zacco platypus), 참갈겨니 (Zaccokoreanus), 쉬리 (Coreoleuciscus splendidus), 돌고기 (Pungtungia herzi), 가는돌고기 (Pseudopungtungiatenuicorpus), 묵납자루 (Tanakia signifer), 꾸구리(Gobiobotia macrocephala), 줄납자루 (Acheilognathusyamatsutae), 밀어 (Rhinogobius brunneus)로 총 9종을 선정하였다. 2차원 흐름모형 중 하나인 River2D 모형을 이용하여 수리분석을 수행하고 서식처 적합도 모형을 이용하여 서식처 분석을 수행하였다.
모의구간은 괴산댐 직하류부터 대수보까지이며, 구간 내 수전교와 돌보가 위치해 있다. 돌보는 수전교로부터 상류 122 m에 위치해 있으며, 본 연구에서는 돌보를 고려하여 모의를 수행하였다. 달천은 남한간 수계의 최남부에 있는 지류로서 유로연장은 123 km, 평균 하상경사는 1/650, 그리고 유역면적은 1,606 km^₂ 이다.
만곡부를 지나고 난후에는 하상고가 다시 상승하였다가 하류쪽으로 갈수록 하상고가 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 본 연구의 대상구간은 여울과 소가 반복하여 나타나는 하도 형상을 보이고 있다.
연구대상지역에서는 2007년부터 2011년 이코리버사업의 일환으로 어류의 현장모니터링을 실시하였다. 그 결과 피라미, 참갈겨니, 쉬리, 돌고기, 가는돌고기,묵납자루, 꾸구리, 줄납자루, 밀어가 각각 27%, 15%,15%, 11%, 8%, 6%, 5%, 4%, 그리고 4%로 분포하였다 (Fig.
연구대상지역은 남한강의 제 1지류이며, 상류에 괴산댐이 위치한 달천의 3.35 km 구간이다 (Fig. 1). 모의구간은 괴산댐 직하류부터 대수보까지이며, 구간 내 수전교와 돌보가 위치해 있다.

이론/모형

대상 어종은 피라미 (Zacco platypus), 참갈겨니 (Zaccokoreanus), 쉬리 (Coreoleuciscus splendidus), 돌고기 (Pungtungia herzi), 가는돌고기 (Pseudopungtungiatenuicorpus), 묵납자루 (Tanakia signifer), 꾸구리(Gobiobotia macrocephala), 줄납자루 (Acheilognathusyamatsutae), 밀어 (Rhinogobius brunneus)로 총 9종을 선정하였다. 2차원 흐름모형 중 하나인 River2D 모형을 이용하여 수리분석을 수행하고 서식처 적합도 모형을 이용하여 서식처 분석을 수행하였다. 생태 물길 복원 조성은 돌보 철거 및 하도내 여울-소 구조 조성, 하상고 및 하폭의 변화를 수행하였다.
본 연구에서 서식처 분석을 수행하기 HSI (Habitat Suitability Index) 모형을 사용하였다. HSI 모형은 대상 어종의 서식처 인자별로 서식처 적합도 곡선을 구축한 후에 상호 인자들 간의 관계를 이용하여 적합도를 산정하는 방법이다.
이때의 적합도는 복합 서식처 적합도 지수라 하며 일반적으로 곱셈법을 이용하여 산정한다. 본 연구에서는 곱셈법을 이용하여 복합 서식처 적합도 지수 (Composite Suitability Index, CSI)를 산정하였으며, 이를 통하여 연구 대상 구간 내 대상어종이 차지하는 서식처의 면적을 정량적으로 나타내는 가중가용면적 (Weighted Usable Area, WUA)을 산정하는데 이용하였다. 본 연구에서 사용된 복합 서식처 적합도 지수와 가중가용면적을 사용된 식은 다음과 같다.
본 연구에서는 서식처 분석을 수행하기 위하여 Gosse(1982)의 방법을 이용하여 대상 어종별 서식처 적합도 곡선을 구축하였다. 이 방법은 어류 모니터링 자료들의 각각의 물리적 인자들 조건에 대한 범위에 따라 개체수를 정리하였을 때, 개체수 분포가 전체 개체수의 상위 50%, 75%, 90%, 그리고 95%의 구간에 해당하는 값에 각각 서식처 적합도 지수의 값을 1.
본 연구에서는 수리분석을 수행하기 위하여 2차원 수심평균된 유속분포를 모의할 수 있는 River2D 모형을 사용하였다 (Steffler and Blackburn 2002). 지배방정식은 연속방정식과 종방향 (x)과 횡방향 (y)의 운동량 방정식으로 이루어지며 각각 다음 Eqs.
수리분석과 서식처분석은 각각 River2D 모형과 서식처 적합도모형을 사용하였다. 서식처 적합도 모형에 사용된 서식처 적합도 곡선은 Gosse (1982)의 방법을 이용하여 구축하였으며, 수심, 유속, 기층을 모두 고려하여 물리 서식처 분석을 수행하였다.
35 km 구간이며, 어종은 피라미, 쉬리, 참갈겨니, 돌고기, 줄납자루, 밀어, 묵납자루, 꾸구리, 가는돌고기로 총 9종의 군집종을 대상으로 하였다. 수리분석과 서식처분석은 각각 River2D 모형과 서식처 적합도모형을 사용하였다. 서식처 적합도 모형에 사용된 서식처 적합도 곡선은 Gosse (1982)의 방법을 이용하여 구축하였으며, 수심, 유속, 기층을 모두 고려하여 물리 서식처 분석을 수행하였다.

성능/효과

연구대상지역에서는 2007년부터 2011년 이코리버사업의 일환으로 어류의 현장모니터링을 실시하였다. 그 결과 피라미, 참갈겨니, 쉬리, 돌고기, 가는돌고기,묵납자루, 꾸구리, 줄납자루, 밀어가 각각 27%, 15%,15%, 11%, 8%, 6%, 5%, 4%, 그리고 4%로 분포하였다 (Fig. 2). 현장모니터링 결과 우점종과 아우점종은 총 9종이며, 이는 대상구간 어종의 약 95%에 해당된다.
8은 대상 어종에 대한 생태 물길 복원 전･후에대한 가중가용면적의 변화를 나타낸 그림이다. 그 결과생태 물길 복원 조성이 군집종에 대한 서식처를 매우 향상시키는 것을 확인할 수 있다. 피라미, 쉬리, 참갈겨니,돌고기, 줄납자루, 밀어, 묵납자루, 가는돌고기의 경우 25.
그러나 꾸구리의 경우 수심이 낮고 유속이 상대적으로 매우 빠른 곳을 선호하는 어종이다. 따라서 돌보를 철거한 곳은 기존 하도보다 유속이 증가하였기 때문에 서식처가 향상되었지만, 이 부분을 제외하고는 서식처가 어느 정도 악화됨을 확인할 수 있었다.
특히 상류에 위치한 돌보를 철거하였을 때 서식처가 매우 향상되었으며, 만곡부 전･후로 여울과 소 구조뿐만 아니라 하상고의 변화를 주었기 때문에 서식처가 향상된 것으로 판단된다. 또한, 대수보가 위치한 하류 단에도 생태 물길 복원을 수행한 결과 전반적으로 서식처가 향상됨을 확인할 수 있었다. 이는 생태 물길 복원을 수행하면서 대상 어종이 선호하는 수심과 유속의 범위에 포함되었기 때문이다.
생태 물길 복원을 위하여 하도 내 위치한 돌보를 철거 및 여울-소 구조를 조성하였으며, 몇몇 지점은 하상고 및 하폭의 변화를 통하여 기존 하도보다 다양한 흐름 조건을 조성하도록 하였다. 생태 물길 복원을 조성한 결과, 다양한 군집종에 대하여 서식처가 매우 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 정량적으로 살펴보았을 때, 8종의 어종은 최소 약 3%에서 최대 33.
96 m/s의 범위에서 최적의 조건으로 나타났다. 수심은 유속보다 상대적으로 좁은 범위에서 분포하고 있음을 확인할 수 있으며, 유속 조건에 따라 서식처 적합도의 변화가 크게 나타날 것으로 예상된다. 기층의 경우 대상 어종이 선호하는 기층이 모래와 자갈로 나타났다.
생태 물길 복원을 조성한 결과, 다양한 군집종에 대하여 서식처가 매우 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 정량적으로 살펴보았을 때, 8종의 어종은 최소 약 3%에서 최대 33.52%까지 서식처가 향상되었다. 그러나 꾸구리의 경우, 기존 하도보다 생태 물길 복원을 조성하였을 때 서식처가 악화됨을 확인할 수 있었다.
각각의 대상 어종에 대한 최적의 수심과 유속의 조건을 살펴보면 대상 어종의 특성을 파악할 수 있다. 피라미, 쉬리, 밀어, 묵납자루, 가는돌고기의 경우 수심이 0.15 m- 0.43 m의 범위이며, 유속이 0.18 m/s - 0.66 m/s의 범위에서 최적의 조건을 보이는 것으로 나타났다. 참갈겨니, 돌고기, 줄납자루의 경우 수심이 0.
그 결과생태 물길 복원 조성이 군집종에 대한 서식처를 매우 향상시키는 것을 확인할 수 있다. 피라미, 쉬리, 참갈겨니,돌고기, 줄납자루, 밀어, 묵납자루, 가는돌고기의 경우 25.45%, 33.52%, 16.99%, 16.35%, 17.23%, 19.31%,3.04%, 그리고 20.28%의 서식처가 향상되었다. 그러나 꾸구리의 경우 12.
2). 현장모니터링 결과 우점종과 아우점종은 총 9종이며, 이는 대상구간 어종의 약 95%에 해당된다. 본 연구에서는 생태 물길 조성이 다양한 군집종에 미치는 영향에 대해 파악하기 위해서 해당 연구대상지역의 모든 어종을 대상으로 물리 서식처분석을 수행하였다.

후속연구

이는 어종 특성상 수심이 얕고 상대적으로 매우 빠른 유속을 선호하는데, 돌보를 철거하여 유속이 빨라지게 된 구간에서만 서식처가 향상되고, 다른 구간에서는 꾸구리가 선호하는 수심과 유속의 범위를 벗어나게 되어 서식처가 악화되었다. 따라서 본 연구는 다양한 어류 군집종의 서식환경이 다양할 수 있음을 보여주고 있으며, 우점종을 대상으로 하는 물리서식처 분석은 다양한 수생물의 서식환경을 고려하지 못할 수 있다는 한계점을 보여준다. 또한, 생태 물길 조성과 같은 복원 기법이 다른 어종에 대해서는 악영향을 미칠 수 있으므로, 복원 기법에 따른 어종의 서식처에 미치는 영향에 대한 연구와 꾸준한 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.
따라서 본 연구는 다양한 어류 군집종의 서식환경이 다양할 수 있음을 보여주고 있으며, 우점종을 대상으로 하는 물리서식처 분석은 다양한 수생물의 서식환경을 고려하지 못할 수 있다는 한계점을 보여준다. 또한, 생태 물길 조성과 같은 복원 기법이 다른 어종에 대해서는 악영향을 미칠 수 있으므로, 복원 기법에 따른 어종의 서식처에 미치는 영향에 대한 연구와 꾸준한 모니터링이 필요할 것으로 판단된다. 이를 통하여 하천 내 다양한 수생물의 통합적인 관리 측면에서 권장될 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	달천 내 서식하는 어류 중 95%를 차지하는 9개 어종은?	본 연구는 생태 물길 복원 조성에 따른 어류 군집종에 미치는 영향을 파악하기 위하여 물리 서식처 분석을 수행하였다. 대상 어종은 피라미, 쉬리, 참갈겨니, 돌고기, 줄납자루, 밀어, 묵납자루, 꾸구리, 가는돌고기로 선정하였으며, 총 9개 어종으로 달천 내 서식하는 어류 중 95%를 차지한다. 흐름 분석은 2차원 모형인 River2D 모형을 사용하였으며, 서식처 분석은 서식처 적합도 곡선을 이용하는 서식처 적합도 모형을 사용하였다.
	수생물의 서식 공간 특징은?	하천은 인간에게 심미적인 기능뿐만 아니라 수생물이 살아갈 수 있는 공간을 제공한다. 특히, 수생물의 서식 공간은 무엇보다 수심과 유속에 민감하게 반응하기 때문에 적절한 유량을 보장해 주어야 한다. 그러나 댐에 의해 유량이 조절되는 조절하천의 경우 댐에 의해 방류되는 유량은 정해져 있으므로 생태적으로 안정적인 유량을 공급하기에는 어려움이 있다.
	하천 복원을 수행하며 겪은 시행착오는?	하천 복원을 위해서 통나무, 돌 및 천연 또는 인조 직물과 같은 재료의 오남용이다. 일부 복원 사업에서 과도한 양의 초목, 통나무, 돌 및 콘크리트 블록 등이 자연하천화 한다는 것에 사용되었지만, 이는 의도치 않게 전혀 다른 유형의 인공화된 하천을 만들게 되었다 (Woo et al. 2005).

저자의 다른 논문 :

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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