[논문]필댐 하류사면 자생식물의 습생지수 결정

김현수; 류범희; 박승기

doi:10.5389/ksae.2019.61.1.131

필댐 하류사면 자생식물의 습생지수 결정
Determination of Hydrophyte Index of Native Plant on the Downstream Slope of Earth Fill Dam 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.61 no.1, 2019년, pp.131 - 144

김현수 (Department of Agricultural Engineering, Kongju National University) , 류범희 (Department of Agricultural Engineering, Kongju National University) , 박승기 (Department of Regional Construction Engineering, Kongju National University)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of study was to determine the hygrophyte index of each plant(HIP) considering the moisture environment condition (MEC) of the native plants on the downstream slope of the fill dam and evaluate its applicability which to develop a method to search for leaks and saturated zones of the fill dam for status evaluation of precision safety diagnosis. The HIP was weighted average and consisted of 19 ranks. The weighted average was calculated according to the following three procedures: First, the linear assumption was made according to the actual habitat environmental conditions, the second one was weighted to 10% of the optimal habitat condition, and finally the average value of the distribution range values. The Hygrophyte index of vegetation at each plot (HIV) was obtained from the Sinheung reservoir (Yesan-gun, Chungcheongnam-do) using the results of vegetation survey of the Sinheung reservoir with precision safety diagnosis and suggested the use of the hygrophyte index of the cultivated vegetation. The average HIP range of plant species that emerged in 50 survey sites on the downstream slope of the Sinheung reservoir is 2.99 to 3.56. The coefficient of variation showed a large difference depending on the appearance of the leakage indicator plant(LIP) species. The range of HIV is 2.80 to 4.26, the mean value is 3.37, standard deviation is 0.37 and the coefficient of variation is 9.7%. As a result, the value of the coefficient of variation showed a large difference depending on the appearance of the plant species.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1 Survey point of vegetation survey at the Sinheung reservoir
표 Table 1 Hygrophyte index to moisture environment conditions(MEC)
표 Table 2 Dominance degree of present species and percentage of individuals
그림 Fig. 2 Linear assumption of hygrophyte index
표 Table 3 HIP according to moisture conditions range(MEC)
표 Table 4 Hygrophyte index of each plant(HIP)
그림 Fig. 3 Photograph of representative leakage indicator plant(LIP)
그림 Fig. 4 Photograph of representative dry land indicator plant
표 Table 5 HIP of the Sinheung reservoir slope vegetation
표 Table 6 HIV of the Sinheung reservoir downstream slope
그림 Fig. 5 Distribution of leakage indicator plant(LIP) species at the Sinheung reservoir
그림 Fig. 6 Photograph of leakage area plant at the Sinheung reservoir
그림 Fig. 7 Equivalent lines map of hygrophyte index on the downstream slope of the Sinheung reservoir
그림 Fig. 8 Map of electrical resistivity survey on the downstream slope of the Sinheungreservoir

AI 본문요약
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문제 정의

농업용 저수지의 정밀안전진단은 농업용 저수지의 물리적 기능적 결함을 발견하고, 그에 대한 조치를 신속하고 적절하게 하기 위하여 시설의 구조적 안정성 및 결함의 원인 등을 조사, 측정 및 평가하여 보수, 보강 등의 방안을 제시하기 위하여 실시한다. 정밀안전진단에서 제체 누수현상은 외관조사, 전기 비저항 탐사의 결과로부터 누수 취약구간을 추정하여 시추조사 및 추적자시험 등으로 누수범위와 유동경로를 확인한다(KRC, 2011).
따라서 본 연구는 우리나라에서 자생하는 주요 식물종에 대하여 개별식물종의 수분환경조건을 고려한 개별 식물의 습생지수를 결정하고 적용성을 평가하였다. 정밀안전진단이 실시된 신흥 저수지의 식생조사 결과와 개별 식물의 습생지수를 사용하여 신흥 저수지 조사구 식생의 습생지수를 구하여 누수구역 판단에 적용하였으며 조사구 식생의 습생지수 활용 방안을 제시하였다.
본 연구는 농업용 저수지의 안전과 기능유지를 위하여 실시하는 정밀안전진단의 상태평가에서 필댐의 누수구역 또는 포화대를 검색하기 위한 방법으로 필댐 하류사면에 자생하는 식물들의 특성을 수분환경조건을 고려한 개별 식물의 습생지수를 결정하고 식생조사 결과를 적용하여 조사구 식생의 습생지수를 구하여 누수구역 판단하는 기법을 제시하였다. 이러한 누수구역 판단하는 기법의 적용에 고려하여야할 점을 정리하면 다음과 같다.
본 연구는 필댐으로 조성된 농업용 저수지의 안전과 기능유지를 위하여 실시하는 정밀안전진단의 상태평가에서 필댐 하류사면에 자생하는 식물들의 넓은 범위의 수분 스펙트럼위에서 다양한 폭의 내성을 가지고 생육하는 특성을 이용하여 누수 및 포화구역을 탐색하는 방법을 개발하기 위하여 수행되었다.
이상의 연구결과를 통하여 필댐 하류사면에 자생하는 식물들의 수분환경조건(MEC)을 고려한 개별 식물의 습생지수(HIP)를 제시하고 누수 및 포화구역을 탐색하기 위한 지표로 조사구의 평균 HIP와 조사구 식생의 습생지수(HIV)적용 및 활용 방안을 제시하였다.

제안 방법

중요치는 상대빈도(Relative frequency)와 상대밀도(Relative density) 두 가지 측도를 조합하여 산출하였다. 상대빈도는 한 종의 출현빈도를 모든 종의 총 출현빈도로 나누고 백분율 시켜 산출하며 상대밀도는 한종의 개체수를 모든 종의 총 개체수로 나누고 백분율 시켜 산출하였다. 상대밀도를 구하기 위해 피도계급을 환산기준을 적용하여 총 5,748개의 개체수를 산출하여 중요치를 산출한 결과 신흥저수지 구성종의 전체 중요치 비율은 쇠뜨기가 13.
연구대상 저수지인 신흥저수지 하류사면에서 Fig. 1과 같이 선정된 총 50개 조사구에서 식생조사방법에 따라 조사된 조사구별 출현식물을 대상으로 HIP를 정하고 식(1)을 이용하여 조사구 습생지수(HIV)를 구하며 기술통계 값의 특성을 분석하고 적용성을 검토한다.
따라서 본 연구는 우리나라에서 자생하는 주요 식물종에 대하여 개별식물종의 수분환경조건을 고려한 개별 식물의 습생지수를 결정하고 적용성을 평가하였다. 정밀안전진단이 실시된 신흥 저수지의 식생조사 결과와 개별 식물의 습생지수를 사용하여 신흥 저수지 조사구 식생의 습생지수를 구하여 누수구역 판단에 적용하였으며 조사구 식생의 습생지수 활용 방안을 제시하였다.
저수지 사면 내 분포하는 식물종의 영향력 또는 우세력에 대한 평가를 위하여 Curtis와 McIntosh(1951)에 의해 고안된 중요치 분석을 실시하였다. 중요치는 상대빈도(Relative frequency)와 상대밀도(Relative density) 두 가지 측도를 조합하여 산출하였다. 상대빈도는 한 종의 출현빈도를 모든 종의 총 출현빈도로 나누고 백분율 시켜 산출하며 상대밀도는 한종의 개체수를 모든 종의 총 개체수로 나누고 백분율 시켜 산출하였다.
한국식물생태보감(Kim, 2013, 2016)에서 제시한 590종 식물중 교목, 침수식물(Submerged plant), 부수식물(Floatingplant)을 제외한 485종의 식물에 대하여 개별 식물의 습생지수(HIP)를 산정하였으며 그 결과는 Table 3과 같다.

대상 데이터

Park et al.(2017)이 제시한 누수지표식물종인 골풀, 달뿌리풀, 매자기, 고마리, 처녀고사리가 출현한 조사구는 Fig. 5와같이 분포하고 총 24개 조사구이다.
연구 대상저수지인 신흥저수지의 조사구 식생의 습생지수(HIV)는 개별 조사구내 출현한 모든 식물종의 피도(Coverage)계급과 HIP를 이용하여 식(1)로 구하였다. 조사구내에 출현한 모든 식물종의 HIP는 Table 5를 사용하였고, 조사구내에 출현한 모든 식물종의 피도(Coverage)계급은 Table 2의 피도계급환산 기준을 사용하였으며 결과는 Table 6의 HIV와 같다.
연구대상 저수지인 신흥저수지 하류사면의 식물종과 모든 식물종의 피도는 정밀안전진단 상태평가 조사망을 따라 실시된 식생조사 결과를 이용하였으며 조사구는 총 50개소이고출현식물의 초본식물 종수는 54종, 총 출현횟수는 552회이다. 신흥저수지 하류사면 주요 식물들의 HIP는 쇠뜨기 3.
1과 같고 습생지수산정의 기준으로 사용하였다. 조사선은 정밀안전진단 상태평가 조사망의 경계선과 동일하게 20m 간격으로 6개이고(KRC, 2014), 조사측점의 조사구는 댐마루를 기준으로 저수지 하류사면을 따라 5m 간격으로 설정하였으며 총 50개소이다(Park et al., 2017).

데이터처리

개별 식물 습생지수 산정에서의 선형가정과 가중평균법 적용에 따른 식물종 분포의 적정성을 평가하기 위하여 기술통계분석을 실시하였다.

이론/모형

개별 식물의 습생지수(HIP)는 이와 같은 폭넓은 식물 서식처의 수분환경조건을 반영하기 위하여 Fig. 2와 같이 선형가정과 적합수분조건에 10%를 가중하고 분포하는 범위 값에 대한 평균값을 고려하는 가중평균법을 적용하여 산정하였다(Kim, 2017).
개별 식물의 습생지수(Hygrophyte index of each plant, HIP)는 Table 1과 같이 한국식물생태보감(Kim, 2013, 2016)에서 제시한 수분환경조건(MEC)을 기준으로 5개 등급을 부여하여 산정한다.
식생조사는 1m×1m 조사구(방형구) 내에 출현하는 모든 식물종과 현재 가장 널리 사용되고 있는 Braun-Blanquet(1964)의 피도와 군도의 판정방법을 이용하여 피도와 군도를 측정하였다. 식물동정은 원색 한국식물도감(Lee, 2007), 한국 식물생태보감(Kim, 2013, 2016), 국가 식물종 지식정보시스템(http://www.nature.go.kr/index.jsp)을 참고하였다.
식생조사는 1m×1m 조사구(방형구) 내에 출현하는 모든 식물종과 현재 가장 널리 사용되고 있는 Braun-Blanquet(1964)의 피도와 군도의 판정방법을 이용하여 피도와 군도를 측정하였다.
저수지 사면 내 분포하는 식물종의 영향력 또는 우세력에 대한 평가를 위하여 Curtis와 McIntosh(1951)에 의해 고안된 중요치 분석을 실시하였다. 중요치는 상대빈도(Relative frequency)와 상대밀도(Relative density) 두 가지 측도를 조합하여 산출하였다.
조사구 식생의 습생지수(Hygrophyte index of vegetation ateach plot, HIV)는 식물사회학적방법(Braun-Blanquet, 1964;Ellenberg, 1956)에 따라 조사구내에 출현한 모든 식물종의 피도(Coverage)계급과 HIP를 이용하여 식(1)과 같이 가중산술평균법으로 산정한다.

성능/효과

7이다. 19개 MEC중에서 12개 MEC에 속하는 식물종이 조사되었으며 HIP가 3.6인 SW-LW MEC에 15종, HIP가 3.0인 SW MEC에 12종, HIP가 3.8인 LW-SW MEC에 6종이 속한다.
nana (H.Lév. & Vaniot) Ohwi), 비수리(Lespedeza cuneata G.Don) 및 참새귀리(Bromusjaponicus Thunb.)가 출현하였으며 중요치는 가는잎그늘사초가 0.89%, 비수리가 0.09%, 참새귀리가 0.75%로 1.0%이하의 빈약한 상태를 보였다.
각 MEC별 식물종수는 0∼133종이며 평균 식물종 수는 25.5종, 표준편차는 37.4종, 왜도는 1.9, 첨도는 3.1이고 검정통계값이 0.335로 정규분포이다.
개별 식물의 습생지수(HIP)는 식물서식처의 수분환경조건(MEC)을 과습(OW), 약습(LW), 적습(SW), 약건(LD), 과건(OD)으로 구분하고 선형가정과 가중평균법을 적용하여 19개계급으로 구성하였으며 한국식물생태보감에서 제시한 485종에 대한 HIP 계급별 식물종수의 분포는 검정통계값이 0.335로 정규분포를 보였고 HIP 평균은 3.29 이다. 누수지표식물종으로 활용이 기대되는 식물종은 HIP가 4.
3%이다. 누수지표 식물종의 출현 여부에 따라 변동계수 값이 큰 차를 보이고 있는데 이러한 특성은 수분환경조건에 따라 출현식물종수, 우점종 및 총피도 등과 연관이 있을 것으로 판단되었다.
29 이다. 누수지표식물종으로 활용이 기대되는 식물종은 HIP가 4.2이상인 골풀, 달뿌리풀, 매자기, 고마리, 처녀고사리 등 44종으로 계급부여 식물종의 9.1% 이다.
누수지표식물종이 출현한 24개 조사구의 평균 HIP 범위는3.16∼3.56이고 평균값은 3.37이며 조사구별 출현 식물종 HIP의 표준편차 범위는 0.52∼0.91이고 표준편차의 평균값은0.57이다.
누수지표식물종이 출현한 24개 조사구의 평균 HIV는 3.54,표준편차는 0.37로 변동계수는 10.4%이고 나머지 26개 조사구의 평균 HIV는 3.20, 표준편차는 0.16으로 변동계수는 5.1%로 누수지표식물종 출현 조사구 HIV의 분산도가 넓은 것으로 판단되었다.
7%이다. 누수지표식물종이 출현한 24개 조사구의 평균HIV는 3.54, 표준편차는 0.37로 변동계수는 10.4%이며 누수지표식물종 출현 조사구 HIV의 분산도가 넓으며 명확성이 재고되었다.
상대빈도는 한 종의 출현빈도를 모든 종의 총 출현빈도로 나누고 백분율 시켜 산출하며 상대밀도는 한종의 개체수를 모든 종의 총 개체수로 나누고 백분율 시켜 산출하였다. 상대밀도를 구하기 위해 피도계급을 환산기준을 적용하여 총 5,748개의 개체수를 산출하여 중요치를 산출한 결과 신흥저수지 구성종의 전체 중요치 비율은 쇠뜨기가 13.79%로 가장 높았고, 다음으로는 칡(10.70%), 쑥(10.47%), 개망초(5.03%), 마(5.02%), 달뿌리풀(4.85%), 억새(4.29%) 등의 순으로 나타났다(Park et al., 2017).
식생조사 조사구별 출현 식물종수는 5∼17종이고 평균 식물종은 11.04종이고 조사구의 우점종은 칡, 땅비싸리, 쇠뜨기,쑥, 달뿌리풀, 개망초, 골풀, 매자기, 쉽싸리 등 9종이다.
신흥저수지 하류사면 전체 조사구의 평균 HIP 범위는 2.99∼3.56이고 평균값은 3.27로 수분환경조건은 약습에서 약건상태로 판단되며 개별 조사구별 HIP의 변동계수의 범위는 8.2%∼26.2% 이고 평균값은 17.3%이다.
6 이며 대표적인 식물종은 개비름, 왕고들빼기, 쑥, 양지꽃, 개망초 등 141종이 속한다. 약습(LW)지와 적습(SW)지 범위의 식물종이 270종으로 분석대상 식물종의 81.3%이다.
연구대상 저수지인 신흥저수지의 하류사면에 자생하는 식물 중 목본식물을 제외한 초본식물은 54종으로 조사되었다. 초본식물을 대상으로 Table 4의 HIP를 적용하여 결정된 신흥저수지 하류사면에서 출현한 개별 식물의 HIP는 Table 5와 같으며 HIP의 평균값은 3.
누수지표식물종의 출현 조사구는 수분환경 조건이 포화 또는 일시적인 범람과 침수를 경험한 조건으로 누수가 진행되고 있거나 진행될 구역으로 판단된다. 이들 누수지표식물종의 중요치는 골풀이 0.7%, 매자기가 2.61%, 달뿌리풀이 4.89%, 처녀고사리가 1.12%, 고마리가 0.17%로 전체 중요치는 9.49% 이다.
신흥저수지 하류사면에 출현한 누수지표식물종은 골풀, 달뿌리풀, 매자기, 고마리, 처녀고사리이며 이들 식물종이 출현한 조사수는 누수가 진행되고 있거나 진행될 구역으로 조사되었다. 저수위 상승으로 인한 누수현상을 보인 구역에서는골풀, 처녀고사리 등이 출현하였고 평균 총피도(TCD)가 98.9%로 빈약하였다.
1%이다. 적습(SW, HIP: 3.0)계급에 포함된 식물종은 133종으로 계급부여 식물종의 27.4%이고 과건-적습(OD-SW, HIP: 2.2)이상 약습(LW, HIP: 4.0)이하계급에 포함된 식물종은 426종으로 계급부여 식물종의 87.8%이다. 건생 지표식물로 활용이 기대되는 약건(LD, HIP: 2.
식생조사는 2014년 7월 16일∼25일, 2014년 11월 14일에 실시되었으며 출현식물의 초본식물종수는 54종이고 종의 총 출현횟수는 552회이며 댐마루는 칡과 땅비싸리와 같은 건생식물이 자생하고 있고 누수구역을 중심으로 대표적인 습생식물인 사초, 처녀고사리, 메자기, 골풀이 우점종으로 자생하였다. 주요 식물 종의 출현횟수는 쇠뜨기 48회, 쑥 46회, 마 37회, 개망초 35회, 칡 31회, 돌콩 24회, 억새 23회, 닭의장풀 20회, 달뿌리풀 17회이다. 누수지표종인 골풀, 처녀고사리, 눈갯버들의 출현 횟수는 각각 7회, 8회, 4회이며, 50개 조사구 중에서의 출현율은 각각 14%, 16%, 8%이다(Park et al.
총 HIP는 MEC별 HIP를 출현식물 종수로 곱하여 구하며 총 HIP는 1,597.2이고 평균 HIP는 3.29로 약습∼적습∼약건 범위에 해당되며 일반적인 식물들의 적정서식처 수분환경을 반영하는 것으로 평가되었다.
6)이고 출현 식물종은 10종이며 총피도(TCD)는 118이다. 최고 HIV값은 5-8조사구 값으로 5-8조사구의 우점종은 매자기(HIP : 4.8)이고 출현 식물종은 15종이며 총피도(TCD)는 105이고 누수지표식물종인 매자기와 처녀고사리가 출현하였다.
포복경이 발달된 달뿌리풀은 다른 식물종 서식지로 폭넓게 침입하는 특징이 있어 누수지표종에서 제외하여야 할 것으로 판단되며 달뿌리풀을 제외한 누수지표종 출현 조사구의 평균총피도(TCD)는 88.4%이다.

후속연구

KRC(2011), Park et al.(2017)의 선행연구 결과와 본 연구결과를 고려하여 HIP가 4.2이상인 과습(OW)지 출현 식물종을 누수지표종으로 활용할 수 있을 것으로 제안하며 실제 적용성에 대한 지속적인 검증 연구가 필요할 것이다.
첫째, Son et. al(2015)이 제시했던 산림습원 유역의 관속식물종의 수에 비하여 습원내의 관속식물종의 수가 현저하게 적은 결과와 유사하게 누수구역의 총피도(TCD)가 낮은 관계로 HIV가 현저하게 떨어지는 경향이 있기 때문에 누수지표식물종(HIP가 4.2이상)의 출현 여부를 정밀하게 탐색해야 할 것이다.
누수지표식물종의 출현 여부에 따라 변동계수 값이 큰 차를 보이고 있는데 이러한 특성은 수분환경조건에 따라 출현식물종수, 우점종 및 총피도(TCD) 등과 연관이 있을 것으로 예상되며 이에 대한 추가적인 분석이 요구된다.
둘째, 개별 식물 습생지수(HIP) 산정에서의 선형가정과 10% 가중평균법 적용의 적정성, 식물종이 없는 등급 등을 고려한 계급구간설정의 적정성, 적용한 485종 식물종의 우리나라 전체 자생식물 및 귀화식물에 대한 적정성의 검증이 필요할 것이다.
셋째, 조사구 식생의 습생지수(HIV)의 산정에서 조사구밀도(20m×5m)인 조사선의 간격과 조사구 위치에 대한 적정성,다른 식물종 서식지로 폭넓게 침입하는 특징이 있는 칡, 달뿌리풀 등과 같은 덩굴성식물의 적용성, 전기비저항 탐사 등과 비교에 적용될 수 있는 공간적 보정과정의 적정성에 대한 현장 실측 조사자료를 기반으로 하는 통계학적 분석 등이 필요할 것이다.
약건(LD)과 과건(OD)상태로 HIP가 2.4∼1.0에서 출현하는 식물종은 Fig. 4와 같이 솔새, 솜나물, 가는잎그늘사초, 비수리등 17종으로 누수지표종의 상대적인 건생 지표종으로 활용을 기대할 수 있을 것이다.
335로 정규분포이다. 표준편차가 큰값을 보이는 것은SW-OW(HIP: 4.2), SW-OD(HIP: 2.4), OD(HIP: 1.0) MEC와 같이 식물종이 없는 등급이 포함되었기 때문으로 판단되며 보다 폭넓은 식물종을 적용하고 적정계급구간을 적용하면 개선될 것으로 판단된다. 국립수목원 국가표준식물목록에 의하면 우리나라 자생식물과 귀화식물은 218과 1,094속 4,500종으로 제시하고 있으며 본 연구에서 적용한 식물종은 485종으로우리나라 자생식물의 10.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	필댐의 특성은 무엇인가?	0%이상이 필댐이다. 필댐은 지형, 재료 등 조건에 크게 구애를 받지 않고 축조할 수 있다는 장점을 가지고 있으나 누수와 파이핑, 월류, 침식 등에 의하여 파괴될수 있는 취약성을 지니고 있으며 ICOLD(1995)는 필댐에서 나타나는 파괴원인으로 누수 47%, 월류 44%, 기타 9%로 분류하고 있다. 우리나라 농업용 저수지의 준공연도는 50년 이상 된 저수지가 12,305개로 약 70%이상을 차지하고 있으며 장마,태풍, 국지성 호우 등의 자연재해에 매우 취약하다(MAFRA and KRC, 2017).
	저수지의 누수현상은 보통 어떠한가?	그러나 저수지의 누수는 저수위조건, 계절적 특성, 식생상태, 선행강우 조건, 제체재료의 특성, 시공방법 등에 따라 다양하게 나타날 수 있어 누수구역과 누수량을 정확하게 파악하기가 매우 어렵다(Kim, 2017). 저수지의 누수현상은 제체 전면에 걸쳐 일어나기 보다는 국부적으로 일어나는 경우가 대부분이고 제체의 파괴나 대규모 누수 등에 의한 재해에 직접적으로 영향을 미치는 침투수는 층상으로 존재하기보다는 수맥상으로 존재하는 경우가 많다(Park et al., 2005).
	습생지수의 이용성은 무엇이 있는가?	습생식물의 자생유무에 따라 농업용 저수지의 누수상태를 확인할 수 있을 것으로 판단되며 KRC(2011)는 누수지표종으로 갈대, 쇠뜨기, 머위, 이끼류 등의 습생식물 자생유무로 제체의 습윤 포화된 상태를 파악하는 방안을 제안하였고,KISTEC(1996, 2013)은 누수점검기술로 습기가 있거나 포화된 지역에서는 초목성장이 주변지역에 비하여 짙은 초록색을 띠고 왕성한 성장을 보이는 점을 지적하고 누수에 대하여 정밀한 조사 필요성을 제시하였다.

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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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