[논문]보 수문 운영에 따른 수생 서식처 변화 연구

최병웅; 이남주

doi:10.17820/eri.2020.7.4.300

보 수문 운영에 따른 수생 서식처 변화 연구
A Case Study of the Aquatic Habitat Changes due to Weir Gate Operation 원문보기

Ecology and resilient infrastructure, v.7 no.4, 2020년, pp.300 - 307

최병웅 (국립생태원 생태자연도연구팀) , 이남주 (경성대학교 토목공학과)

초록
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본 연구는 다기능 보의 수문 운영 여부에 따라 수생 서식처의 변화를 파악하기 위하여 물리서식처 분석을 수행하였다. 대상 구간은 금강이며, 대상 어종은 피라미를 대상으로 하였다. 흐름 분석은 2차원 모형인 River2D 모형을 사용하였으며, 서식처 분석은 서식처 적합도 곡선을 이용하여 서식처의 양과 질을 산정하는 서식처 적합도 모형을 사용하였다. 수문 개방 여부에 따라 서식처의 변화를 살펴보기 위하여 수문 미개방과 부분개방에 대하여 설정하였다. 그 결과 수문을 부분개방하였을 때 현상태 대비 가중가용면적이 약 13배 향상되는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to evaluate the impact of weir gate operation in aquatic fish habitats through a physical habitat simulation of Geum River, Korea. The target species was Zacco platypus, which is a dominant species in the study area. The River2D model was used to compute the flow, and the habitat suitability index model was used to estimate the quality and quantity of the habitat using a habitat suitability curve. An unopened case and a partially opened case were investigated to assess the impact of weir gate operation on the aquatic fish habitat. The simulation results showed that the aquatic habitats of the target species in the partially opened case improved significantly, compared to the case without a gate opening. Furthermore, the weighted usable area increased by a factor of approximately 13, owing to weir gate operation in the study area.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Study area.
그림 Fig. 2. Distribution of bed elevation.
그림 Fig. 3. Habitat suitability curves for Zacco platypus.
그림 Fig. 4. Mean Daily Discharge Records at Gauging Station (Geumnam Bridge).
그림 Fig. 5. Distributions of CSI for the target species.

AI 본문요약
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문제 정의

이는 다기능 보 수문을 부분적으로 개방하였을 때 그렇지 않은 경우보다 약 13 배의 수생 서식처 향상 효과를 보이는 것을 의미한다. 다기능 보의 목적 중에서 이수의 기능도 역시 중요하지만, 본 연구에서는 수생 서식처의 변화에 중점을 두고 살펴보았다. 다양한 대상 어종 특히 정수성 어종을 고려한다면, 다른 결과를 보일 수 있을 것으로도 판단된다.
따라서 본 연구는 하천 내 설치된 다기능 보 수문 개방에 따른 우점종의 서식처의 변화에 대해 살펴보기 위하여 물리서식처 분석을 수행하였다. 대상 구간은 금강 본류에 위치한 세종보 상･하류 3 km 구간을 대상으로 하였으며, 대상 어종은 피라미 (Zacco platypus)를 선정하였다.
본 연구는 다기능 보의 수문 개방이 수생 서식처에 미치는 영향에 대해 금강의 세종보를 대상으로 물리 서식처 분석을 수행하였다. 대상 구간은 금강 본류 내 금남교부터 금강대교까지 약 3 km 구간으로, 대상 어종은 우점종인 피라미를 목표로 하였다.

제안 방법

수문 개방에 따른 수생 서식처의 변화를 살펴보기 위해 수문 미개방과 수문 부분개방의 경우로 설정하여 적용하였다. 그리고 대상어종에 대한 서식처 적합도 곡선을 이용하여 서식처 분석을 수행하고, 각각의 경우에 대한 서식처의 질적 및 양적 변화를 현상태와 비교･분석하였다.
금강 본류 내 설치된 세종보에 대하여 수문 운영 유･ 무에 따라서 수생 서식처의 변화를 살펴보았다. 수문 운영의 효과를 살펴보기 위하여 하도의 지형은 동일하게 구축하였으며, 수문의 개방 여부에 대해서만 고려하여 적용하였다.
복합서식처 적합도지수의 경우 정성적으로 대상 어종의 선호하는 수생 서식처의 위치를 정성적으로 나타내는 것으로, 이를 이용하여 대상 어종이 차지하는 서식처의 면적을 정량적으로 나타내는 가중 가용면적 (Weighted Usable Area, WUA)을 산정할 수 있다. 본 연구에서는 곱셈법을 이용하여 복합서식처 적합도 지수를 산정하고 각각의 어종별로 서식처의 면적을 정량적으로 나타내었다. 복합서식처 적합도지수와 가중 가용면적 계산에 사용된 식은 다음과 같다.
구간 내 수심과 유속의 변화를 살펴보기 위하여 2차원 흐름모형 중 하나인 River2D 모형을 적용하였고, 서식처의 정성적 및 정량적인 변화를 분석하기 위해 서식처 적합도 모형을 사용하였다. 수문 개방에 따른 수생 서식처의 변화를 살펴보기 위해 수문 미개방과 수문 부분개방의 경우로 설정하여 적용하였다. 그리고 대상어종에 대한 서식처 적합도 곡선을 이용하여 서식처 분석을 수행하고, 각각의 경우에 대한 서식처의 질적 및 양적 변화를 현상태와 비교･분석하였다.
수문 운영의 효과를 살펴보기 위하여 하도의 지형은 동일하게 구축하였으며, 수문의 개방 여부에 대해서만 고려하여 적용하였다. 수문의 개방에 따른 수생 서식처의 영향에 대해 살펴보기 위해 물리서식처 분석을 수행한 결과 수문 운영에 따라 흐름의 연속성이 확보되어 수생 서식처가 향상되는 것을 확인하였다.
환경생태유량은 수생태계 건강성 유지를 위하여 필요한 최소한의 유량이라고 정의되며, 이를 본 연구에 적용하기 위해서 건강성 유지의 개념을 대상 어종의 수생 서식처가 최대가 되는 유량으로 설정하였다. 대상구간에서 대상 어종에 대해 유량을 점진적으로 증가시키면서 가중가용면적의 변화를 살펴본 결과, 피라미의 수생 서식처가 최대가 되는 유량은 6.

대상 데이터

8 m - 4 m의 높이를 갖고 있다. Fig. 1은 연구 대상지역 3 km 구간을 나타내고 있으며, 금강 본류에 위치해 있는 세종보를 기점으로 상류는 금남교, 하류는 금강교까지를 대상으로 설정하였다. 본 대상 구간은 다기능보 정비 사업이 시행된 구간으로 생태 서식환경이 좋지 않은 구간으로, 최근 탄력적인 보 운영에 따라 예전의 생태 환경을 회복하고 있는 중이다.
분석을 수행하였다. 대상 구간은 금강 본류 내 금남교부터 금강대교까지 약 3 km 구간으로, 대상 어종은 우점종인 피라미를 목표로 하였다. 수리분석과 서식처 분석은 각각 River2D 모형과 서식처 적합도 모형을 사용하였다.
물리서식처 분석을 수행하였다. 대상 구간은 금강 본류에 위치한 세종보 상･하류 3 km 구간을 대상으로 하였으며, 대상 어종은 피라미 (Zacco platypus)를 선정하였다. 구간 내 수심과 유속의 변화를 살펴보기 위하여 2차원 흐름모형 중 하나인 River2D 모형을 적용하였고, 서식처의 정성적 및 정량적인 변화를 분석하기 위해 서식처 적합도 모형을 사용하였다.
1은 연구 대상지역 3 km 구간을 나타내고 있으며, 금강 본류에 위치해 있는 세종보를 기점으로 상류는 금남교, 하류는 금강교까지를 대상으로 설정하였다. 본 대상 구간은 다기능보 정비 사업이 시행된 구간으로 생태 서식환경이 좋지 않은 구간으로, 최근 탄력적인 보 운영에 따라 예전의 생태 환경을 회복하고 있는 중이다. 금강 본류의 갈수량 (Q₃₅₅), 저수량 (Q₂₇₅), 평수량 (Q₁₈₅), 풍수량 (Q₉₅)은 각각 2.
본 연구에서의 서식처 분석에 사용된 어종은 우리나라 전역에서 우점종으로 서식하는 유수성 어종인 피라미를 대상으로 하였다. 하천의 다양한 흐름 특성 변화에 따른 서식처의 변화를 파악하기 위해서는 다양한 어종을 모두 고려해야 하지만, 본 연구는 다기능 보 수문의 부분 개방에 따른 영향을 파악하기 위한 기초 연구단계로 추후 다양한 어류 모니터링 자료를 확보하여 추후 연구를 진행할 예정이라는 것을 밝힌다.
2는 본 연구에서 구축된 지형고를 나타낸다. 본 연구의 목적은 다기능 보의 수문 운영에 따른 수생 서식처에 미치는 영향에 대해 파악하는 것이기 때문에 다기능 보 부분만 제외하고는 동일한 지형자료를 사용하였다. Case 1은 다기능 보의 수문 운영을 하지 않은 경우로 대상구간 중간에 다기능 보로 인해 큰 유량을 제외하고는 대부분 흐름이 막혀있는 상태이다.
또한, 나머지 2개의 보에 대해서도 순차적으로 다기능보 수문 운영에 대해서도 관리 계획을 수립하고 있는 실정이다. 세종보의 길이는 고정보 125 m와 가동보 223 m 등 총 348 m이다. 세종보는 수중보로 16개 다기능보 중에서 가장 낮은 2.
5 km의 강이다. 연구대상 지역인 금강에는 2009년에 4대강 살리기 사업의 일환으로 수행되었던 다기능보 3개 (세종보, 백제보, 부여보) 가 설치되어 있다. 금강 본류에 위치하고 있는 다기능 보 3개는 2017년 6월 1일부터 보의 효율적인 운영을 위하여 보 수문을 운영 중에 있다.

이론/모형

대상 구간은 금강 본류에 위치한 세종보 상･하류 3 km 구간을 대상으로 하였으며, 대상 어종은 피라미 (Zacco platypus)를 선정하였다. 구간 내 수심과 유속의 변화를 살펴보기 위하여 2차원 흐름모형 중 하나인 River2D 모형을 적용하였고, 서식처의 정성적 및 정량적인 변화를 분석하기 위해 서식처 적합도 모형을 사용하였다. 수문 개방에 따른 수생 서식처의 변화를 살펴보기 위해 수문 미개방과 수문 부분개방의 경우로 설정하여 적용하였다.
본 연구에서 사용된 River2D 모형에서는 서식처 적합도 모형을 사용하여 서식처 분석을 수행한다. 서식처 적합도 모형은 대상 어종에 대해 물리적 인자의 범위에 따른 어종의 서식 적합도 및 선호도를 지수로 나타낸 서식처 적합도 곡선을 이용하여 산정하는 방법이다.
본 연구에서는 River2D 모형을 이용하여 수리 및 서식처 분석을 수행하였다 (Steffler and Blackburn 2002). 수리분석에 사용된 2차원 수심평균 된 연속방정식과 운동량 방정식은 다음 Eqs.
본 연구에서는 금강 본류에서의 어류 모니터링 자료를 이용하여 물리적 인자별 서식처 적합도 곡선을 구축하였으며, 서식처 적합도 곡선 구축은 Gosse (1982)의 방법을 적용하였다. Gosse (1982)의 방법론을 이용하여 서식처 적합도 곡선을 구축하는 방법은 기존 연구 논문 (Choi et al.
수리분석과 서식처 분석은 각각 River2D 모형과 서식처 적합도 모형을 사용하였다. 서식처 적합도 모형에 사용된 서식처 적합도 곡선은 Gosse (1982)의 방법을 이용하여 구축하였으며, 수심, 유속, 기층을 모두 고려하여 물리 서식처 분석을 수행하였다.
대상 구간은 금강 본류 내 금남교부터 금강대교까지 약 3 km 구간으로, 대상 어종은 우점종인 피라미를 목표로 하였다. 수리분석과 서식처 분석은 각각 River2D 모형과 서식처 적합도 모형을 사용하였다. 서식처 적합도 모형에 사용된 서식처 적합도 곡선은 Gosse (1982)의 방법을 이용하여 구축하였으며, 수심, 유속, 기층을 모두 고려하여 물리 서식처 분석을 수행하였다.
4는 대상 구간 상류단에 위치한 금남교에서 측정된 2009년도의 일유량을 나타낸 것으로 본 연구에서는 상류단 경계 조건으로 적용하였다. 하류단 경계 조건은 대상 구간에서의 수위-유량 관계 곡선식을 이용하여 산정하고 이를 적용하였다. 그림에서 보면 홍수기 때를 제외하고는 저수량과 풍수량의 유량이 지배적인 것을 확인할 수 있다.

성능/효과

또한, 수환경의 변화를 초래하게 되는데 횡단구조물로 인하여 유수환경에서 정수환경으로의 변화가 발생하고, 횡단구조물 상류부분과 좌･우안 정체수역의 증가로 수질이 악화되는 이화학적 상태가 변화하게 된다. 결과적으로는 하천 내 서식하는 수생물의 서식환경은 감소하고, 수생물의 종 다양성에도 영향을 미치게 되었다. 그러나 최근 환경과 생태에 대한 관심이 증대되면서, 자연친화적인 하천 환경 조성 및 수생태계 건강성 확보를 위한 수문 운영 계획을 수립하고 있는 실정이다 (Tharme 2003, Tomsic et al.
그러나 case 1의 경우 다기능 보의 수문을 부분적으로 개방하였기 때문에 흐름의 연속성이 확보되었을 뿐만 아니라 이로 인해 수생 서식처가 극대화 되었음을 확인할 수 있다. 대상 구간 내 전반적으로 수심 및 유속의 변화가 발생되어 수심이 얕고 유속이 빠르게 발생되는 유수성 어종이 선호하는 조건을 만족한 것으로 확인할 수 있다.
서식처가 최대가 되는 유량으로 설정하였다. 대상구간에서 대상 어종에 대해 유량을 점진적으로 증가시키면서 가중가용면적의 변화를 살펴본 결과, 피라미의 수생 서식처가 최대가 되는 유량은 6.5 m³/s로 나타났다. Fig.
수문 운영의 효과를 살펴보기 위하여 하도의 지형은 동일하게 구축하였으며, 수문의 개방 여부에 대해서만 고려하여 적용하였다. 수문의 개방에 따른 수생 서식처의 영향에 대해 살펴보기 위해 물리서식처 분석을 수행한 결과 수문 운영에 따라 흐름의 연속성이 확보되어 수생 서식처가 향상되는 것을 확인하였다. 정량적으로 살펴보았을 때 부분적으로 수문을 개방하였음에도 불구하고 기존 대비 약 13배의 수생 서식처가 향상되는 것으로 나타났다.
앞선 복합서식처 적합도지수 분포도를 이용하여 정량적인 서식처 지표인 가중가용면적의 변화를 살펴보았을 때, case 0인 경우에는 1, 531 m², case 1인 경우에는 22, 539 m²으로 확인되었다. 이는 다기능 보 수문을 부분적으로 개방하였을 때 그렇지 않은 경우보다 약 13 배의 수생 서식처 향상 효과를 보이는 것을 의미한다.
수문의 개방에 따른 수생 서식처의 영향에 대해 살펴보기 위해 물리서식처 분석을 수행한 결과 수문 운영에 따라 흐름의 연속성이 확보되어 수생 서식처가 향상되는 것을 확인하였다. 정량적으로 살펴보았을 때 부분적으로 수문을 개방하였음에도 불구하고 기존 대비 약 13배의 수생 서식처가 향상되는 것으로 나타났다. 추후에 다양한 어종의 도입 및 수질 분석까지 고려하여 분석한다면, 수생태 관점에서의 다기능 보수문 운영에 대한 계획을 수립할 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

추후에 다양한 어종의 도입 및 수질 분석까지 고려하여 분석한다면, 수생태 관점에서의 다기능 보수문 운영에 대한 계획을 수립할 수 있을 것으로 판단된다. 나아가 하천 내 설치된 다기능 보의 운영 계획뿐만 아니라 다양한 정책 판단에 중요한 기초자료가 될 것으로 판단된다.
다기능 보의 목적 중에서 이수의 기능도 역시 중요하지만, 본 연구에서는 수생 서식처의 변화에 중점을 두고 살펴보았다. 다양한 대상 어종 특히 정수성 어종을 고려한다면, 다른 결과를 보일 수 있을 것으로도 판단된다. 이에 대해서는 수량 뿐만 아니라 수질까지도 고려하여 분석을 수행해야 할 것이며, 이에 대해서도 추후 계획하여 분석 할 예정에 있다.
Case 2의 경우는 다기능 보의 수문을 부분적으로 개방하여 어느 정도 흐름을 발생시킬 수 있는 상황이다. 따라서 다기능 보의 운영으로 인한 수생 서식처의 변화가 발생할 것으로 판단되며, 다기능 보의 운영으로 인한 수생 서식처의 변화 효과를 파악할 수 있을 것으로 기대된다.
이에 대해서는 수량 뿐만 아니라 수질까지도 고려하여 분석을 수행해야 할 것이며, 이에 대해서도 추후 계획하여 분석 할 예정에 있다. 본 연구를 통하여 수 생태 관점에서 하천 내 설치된 다기능 보의 수문 운영 계획에 대해 생태학적으로 제시할 수 있는 중요한 기초 연구가 될 것으로 판단된다.
다양한 대상 어종 특히 정수성 어종을 고려한다면, 다른 결과를 보일 수 있을 것으로도 판단된다. 이에 대해서는 수량 뿐만 아니라 수질까지도 고려하여 분석을 수행해야 할 것이며, 이에 대해서도 추후 계획하여 분석 할 예정에 있다. 본 연구를 통하여 수 생태 관점에서 하천 내 설치된 다기능 보의 수문 운영 계획에 대해 생태학적으로 제시할 수 있는 중요한 기초 연구가 될 것으로 판단된다.
정량적으로 살펴보았을 때 부분적으로 수문을 개방하였음에도 불구하고 기존 대비 약 13배의 수생 서식처가 향상되는 것으로 나타났다. 추후에 다양한 어종의 도입 및 수질 분석까지 고려하여 분석한다면, 수생태 관점에서의 다기능 보수문 운영에 대한 계획을 수립할 수 있을 것으로 판단된다. 나아가 하천 내 설치된 다기능 보의 운영 계획뿐만 아니라 다양한 정책 판단에 중요한 기초자료가 될 것으로 판단된다.
대상으로 하였다. 하천의 다양한 흐름 특성 변화에 따른 서식처의 변화를 파악하기 위해서는 다양한 어종을 모두 고려해야 하지만, 본 연구는 다기능 보 수문의 부분 개방에 따른 영향을 파악하기 위한 기초 연구단계로 추후 다양한 어류 모니터링 자료를 확보하여 추후 연구를 진행할 예정이라는 것을 밝힌다.

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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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