[논문]항공사진을 이용한 금강 세종보 수문개방에 따른 서식처 다양도 변화 분석

옥기영; 최미경; 김정철; 박형근; 한지현

doi:10.17820/eri.2020.7.4.366

항공사진을 이용한 금강 세종보 수문개방에 따른 서식처 다양도 변화 분석
Evaluation of Habitat Diversity Changes by Weir Operation of the Sejongbo Weir in Geum River using High-resolution Aerial Photographs 원문보기

Ecology and resilient infrastructure, v.7 no.4, 2020년, pp.366 - 373

옥기영 (국립생태원 생태평가연구실) , 최미경 (충남대학교 국제수자원연구소) , 김정철 (국립생태원 생태평가연구실) , 박형근 (국립생태원 생태평가연구실) , 한지현 (한국수자원공사 환경부4대강조사평가단)

초록
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세종보 수문개방을 통하여 하도내에 다양한 모래톱이 만들어지면서 모래톱의 생태계 가치와 기능에 대한 연구 필요성이 증가하고 있다. 본 연구는 세종보 수문개방 전·후의 하도 내 지형 변화를 생태지형학적으로 분석하여 서식처의 관점에서 보 개방 효과를 규명하고자 하였다. 이를 위해 고해상도 항공사진의 공간분석을 수행하여, 수역과 육역을 17개 서식처 유형으로 분류하여 서식처다양도 지도를 작성하고 서식처다양도 지수를 산정하였다. 연구결과, 보 상류는 개방 전 저수지였던 깊은 정수성 서식처에서, 개방 후에는 여울과 소, 평여울, 완여울 등 유수성 서식처가 증가하고 얕은 정수성 서식처가 나타나는 등 수중 서식처의 유형이 다양해지고 복잡해졌다. 보 하류에서도 모래톱이 확장되면서 식생이 정착되지 않은 나지형 사주가 나타나고, 유수성 서식처가 증가하였다. 이러한 변화들을 종합하면 보 개방후 서식처다양도 지수가 크게 향상되는 것을 실증적으로 규명하였다. 앞으로 이러한 연구를 기반으로 모래톱의 생태계 가치를 하천관리와 복원에 적용할 수 있는 응용생태 분야의 연구기술 개발이 더욱 요구된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated habitat diversity changes by conducting weir operations at the Sejongbo site in the Geum River basin. High-resolution aerial photographs taken before and after the weir-opening operation were used for habitat analyses. We classified water and bar areas into 17 types, such as lotic habitats, including riffles, runs, and glides, and lentic habitats, including reservoirs, pools, bar-head backwaters, and bar ponds. Then, we estimated each habitat area quantitatively, calculated a habitat diversity index, and established a habitat diversity map. Our results indicated that after the weir-opening operation, lotic habitats and new types of shallow lentic habitats increased in the water area. In addition, for the bar area, bare lands without cultivation increased distinctively. Finally, we observed that the habitat diversity index drastically increased after the weir-opening operation, which could provide a relatively simple channel of diverse habitats.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Classification of water and bar habitats using aerial photographs in a river channel.
그림 Fig. 2. River habitat diversity maps before and after weir opening operation in the Sejongbo weir reaches.
그림 Fig. 3. River habitat distribution changes before and after weir opening operation in the Sejongbo weir reaches.
그림 Fig. 4. River habitat changes before and after weir opening operation in the Sejongbo weir reaches: (a) water and bar area, (b)barland part, (c)water part, (d) lotic and lentic types.
그림 Fig. 5. Habitat diversity indices before and after weir opening operation in the Sejongbo weir reaches.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 보 수문개방이후 발생한 모래톱을 대상으로 서식처 환경 변화를 파악하기 위하여, 고해상도 항공사진을 이용하여 서식처 지형을 공간 분석하여 서식처 다양성 변화를 파악하고자 하였다. 이러한 실증 연구를 수행하기 위해서 보 구간을 대상으로 개방 전의 관리수위 시기, 개방 후 최저수위에 해당하는 고해상도 항공사진을 확보하고, 항공사진의 고유 특성에 기반하여 하도내의 수중과 육상에서 서식처 지형을 유형화하여 분류 기준을 설정하였다.
본 연구는 금강 세종보를 대상으로 수문개방에 따른 수위 저하와 모래톱 발생을 서식처 다양성의 관점에서 변화상을 파악하기 위하여 아래와 같이 단계적으로 연구를 수행하였다. 우선, 수중서식처의 세분류가 가능한 고해상도 항공사진을 확보하여, 수역과 육상역을 총 17 개의 서식처로 분류하고, 서식처다양도 지수를 산출하였다.
2002). 본 연구는 어류와 저서 무척추동물과 같은 수중동물이 생활할 수 있는 서식환경 (Hawkins et al. 1993, Montgomery and Buffington 1998)의 다양성을 파악하는 것이 목적으로, ‘구간’의 공간 규모에서 하상경사, 사행, 하상재료, 하폭/수심, 식생 등의 단위지형 요소들의 조합인 서식처 구조를 분류하였다 (Gurnell et al. 2016).
본 연구에서는 고해상도 항공사진을 이용하여 하천 사주가 발생한 보 구간에 적용할 수 있는 총 17개의 서식처를 제시하고 분류하였다 (Fig. 1). 사주 지형의 서식처를 분류하면, 하도의 주수로를 따라 유속이 빠르고 수심이 얕은 여울과 유속이 느리고 수심이 깊은 소와 이들의 전이대로서 평여울과 완여울을 구분하였다.

제안 방법

육상역의 하안사주와 하중도는 각각 나 지부, 초본부, 목본부, 웅덩이 총 8개로 분류하였다. 그리고 각 서식처의 면적비를 추출하여 보 개방 전후의 서식처 다양도 지수를 산정하여 비교하였다. 보 개방 이후 사주의 면적비는 증가하였으며, 이는 보 개방에 따라 사주 면적이 증가하면서 다양한 새로운 서식처가 만들어졌다는 것을 의미한다.
우선 물이 흐르는 주하도를 유속과 수심을 기준으로 소, 완여울, 여울로 구분하였다. 그리고 사주와 제방의 경계부는 유속이 느려지면서 횡적으로 흐름의 경계선이 나타나는 곳으로, 사주변 수역 (bar edge), 제방변 수역 (bank edge), 배수역 (backwater)으로 분류하였다. 미국 캘리포니아에 위치한 카스파강 (Caspar Creek)에서는 수중에서는 여울, 평여울, 소, 유목 (large wood debris), 거석 (boulder)으로 세분류하고, 수변에서는 사주와 고수부 등 7개의 단위 서식처로 구분하였다 (Yarnell et al.
사주 지형의 서식처를 분류하면, 하도의 주수로를 따라 유속이 빠르고 수심이 얕은 여울과 유속이 느리고 수심이 깊은 소와 이들의 전이대로서 평여울과 완여울을 구분하였다. 그리고 사주의 위치에 따라, 사주머리 주변에 물의 흐름이 약해지면서 정체되는 배수역 (barhead backwater)과, 사주 꼬리 주변에서는 물이 휘돌아들어가서 정체되는 배수역 (alcoves, 또는 bartail backwater)과 같은 정체수역, 그리고 사주의 가장자리를 따라서 발생하는 이차류로 인하여 물의 흐름이 약해지는 곳 (bar edge)을 구분하였다. 그리고 하중도 (island)에서는 물길을 분산시키면서 나타나는 부수로 (side channel)를 구분하였다.
이러한 실증 연구를 수행하기 위해서 보 구간을 대상으로 개방 전의 관리수위 시기, 개방 후 최저수위에 해당하는 고해상도 항공사진을 확보하고, 항공사진의 고유 특성에 기반하여 하도내의 수중과 육상에서 서식처 지형을 유형화하여 분류 기준을 설정하였다. 그리고 항공사진 공간분석를 통하여 하도내 서식처를 구분하고 해당 서식처의 면적을 산출하여, 하도내 서식처다양도 지수 (habitat diversity index)와 같은 서식처 지수를 적용하여 보 개방에 따른 하도 내 서식처 다양성 변화를 고찰하였다.
사주의 육상부는 식생의 정착유무와 종류에 따라서 나지와 초본, 목본으로 구분하였다. 또한 사주내부에 발생하는 웅덩이도 서식처로 구분하였다. 그러나, 수문개방 전에 보의 상류에 조성되는 정수역은 저수지로 구분하였다.
일본 시즈오카현에 위치한 텐류강 (Tenryu River)에서는 사주 지형이 만들어내는 형태적 특성을 중심으로 하천의 서식처를 구분하였다. 수역을 여울, 평여울, 소, 부수로, 사주머리 정수역 (barhead backwater), 사주꼬리 정수역 (bartail backwater)로 세분류하였다. 그리고 사주와 하중도는 나지, 초본역, 목본역, 웅덩이로 분류하였다 (Hyodo et al.
우선, 수중서식처의 세분류가 가능한 고해상도 항공사진을 확보하여, 수역과 육상역을 총 17 개의 서식처로 분류하고, 서식처다양도 지수를 산출하였다. 수역의 수중부는 여울, 평여울, 소, 완여울, 저수지로 구분하였으며, 수역의 사주변은 주머리정수역, 사주꼬리정수역, 사주변정수역, 부수로 등 총 9개 서식처로 분류하였다. 육상역의 하안사주와 하중도는 각각 나 지부, 초본부, 목본부, 웅덩이 총 8개로 분류하였다.
2005). 우선 물이 흐르는 주하도를 유속과 수심을 기준으로 소, 완여울, 여울로 구분하였다. 그리고 사주와 제방의 경계부는 유속이 느려지면서 횡적으로 흐름의 경계선이 나타나는 곳으로, 사주변 수역 (bar edge), 제방변 수역 (bank edge), 배수역 (backwater)으로 분류하였다.
수행하였다. 우선, 수중서식처의 세분류가 가능한 고해상도 항공사진을 확보하여, 수역과 육상역을 총 17 개의 서식처로 분류하고, 서식처다양도 지수를 산출하였다. 수역의 수중부는 여울, 평여울, 소, 완여울, 저수지로 구분하였으며, 수역의 사주변은 주머리정수역, 사주꼬리정수역, 사주변정수역, 부수로 등 총 9개 서식처로 분류하였다.
이러한 실증 연구를 수행하기 위해서 보 구간을 대상으로 개방 전의 관리수위 시기, 개방 후 최저수위에 해당하는 고해상도 항공사진을 확보하고, 항공사진의 고유 특성에 기반하여 하도내의 수중과 육상에서 서식처 지형을 유형화하여 분류 기준을 설정하였다. 그리고 항공사진 공간분석를 통하여 하도내 서식처를 구분하고 해당 서식처의 면적을 산출하여, 하도내 서식처다양도 지수 (habitat diversity index)와 같은 서식처 지수를 적용하여 보 개방에 따른 하도 내 서식처 다양성 변화를 고찰하였다.
이는 보 개방에 따른 하천 지형의 변화를 파악하기 위하여 고수부지와 제방부는 제외하였다. 이를 위하여, 보 개방 전 관리수위 영상에서 저수로 경계선을 추출하여 보 개방후 시기 영상에 적용하여 서식처를 추출하였다.
이상과 같이, 본 연구에서는 서식처의 유형에 따라 크게 ‘수역’과 ‘사주역’으로 대분류하였으며, 수역은 다시 주하도의 ‘수중부’에 포함된 여울과 평여울, 소, 완여울, 저수지 등 5개로 세분류하고, 사주의 가장자리의 얕은 수심의 ‘주변부’는 사주머리정수역, 사주꼬리정수역, 사주변정수역, 부수로 등 4개로 세분류하였다. 사주역은 하안사주와 하중도로 중분류하여, 각각 나지, 초본, 목본, 웅덩이로 세분류하는 등 8개로 분류하였다.
하천 지형 분류는 목적에 따라 대상을 효과적으로 파악하고자 공간규모의 크기에 따라 위계와 구조를 달리하여 분석하였다. 초기에는 공간크기에 따라 유역 (stream system) - 지역 (segment) - 구간 (reach) - 여울/ 소 (riffle-pool) - 미소서식처 (microhabitat)로 분류하였고 (Frissell et al.
항공영상을 이용하여 서식처 지형의 분류를 수행하기 위하여 해외사례 수집을 통하여 국외 연구동향을 분석하였으며, 이를 기반으로 하천지형의 평면구조를 기반으로 서식처 분류기준을 설정하고 공간분석을 실시하였다.

대상 데이터

본 연구의 공간적 범위는 세종보 상･하류 각 5 km 구간을 대상으로 하였다. 그리고 시간적 범위는 보 개방 전의 관리수위가 유지되는 시기 (B시기, EL.
9 m)로 설정하였다. 항공사진의 제원은 보 개방후의 최저수위에 해당하는 영상은 공간해상도가 0.5 × 0.5 m인 국토지리정보원 정사영상 (2018년 4월)을 우선 활용하였고, 보 개방전 관리수위에 해당하는 영상이 부재하여, 국립환경과학원에서 조류분포 모니터링을 위해 촬영한 1.0 × 1.0 m 공간해상도의 항공디지털 사진 (2017년 9월)을 제공받아 활용하였다. 하도의 분석경계 수위는 보 개방전 관리수위시의 저수로 선형을 기준으로 하였다.

이론/모형

하도내 서식처 다양성의 정도를 정량화하기 위하여 섀년의 서식처 다양도 지수 (Shannon’s Habitat diversity Index, H’)를 적용하였다 (Eq. 1).

성능/효과

보 개방 이후 보 상류에 다양한 크기의 여러가지 사주가 드러나고, 보 하류에도 하중도의 크기가 늘어나고 새로운 사주가 만들어짐에 따라, 수역의 비율이 감소하고 사주의 면적이 전체 서식처 면적의 28%로 증가하였다 (Fig. 4 (a)).
보 개방후 사주역의 변화를 살펴보면, 하중도의 규모가 커지면서 새롭게 나지형이 가장 크게 증가되었으며, 웅덩이도 발생하였다. 양안에 발생한 사주는 보 개방 이후 새롭게 나타난 사주로 모두 식생이 정착되지 않은 나지형이었다 (Fig.
이러한 효과는 서식처다양도 지수를 산출하여 정량화하였다. 서식처다양도 지수는 전체적으로 증가하였으며, 보 하류 구간에 비해서 보 상류 구간에서 크게 증가하였다. 이상과 같이, 본 연구에서는 세종보 수문개방 이후, 보 상하류 구간에서 하도내 모래톱이 발생하고 면적이 증가하면서 수중 및 육상 서식처의 다양성이 증가하고 있음을 규명하였다.
서식처다양도 지수는 전체적으로 증가하였으며, 보 하류 구간에 비해서 보 상류 구간에서 크게 증가하였다. 이상과 같이, 본 연구에서는 세종보 수문개방 이후, 보 상하류 구간에서 하도내 모래톱이 발생하고 면적이 증가하면서 수중 및 육상 서식처의 다양성이 증가하고 있음을 규명하였다. 그렇지만, 본 연구에서 제시한 결과는 보 상･하류의 제한된 구간에 대한 것으로, 유역규모의 효과에 적용하기 위해서는 대상 범위를 확대할 필요가 있다.
항공사진 분석을 통해 산출된 총 17개 종류의 서식처 면적을 추출하여 서식처다양도 지수를 산정한 결과는 전체구간에서 1.2에서 2.3으로 약 88% 증가하였다. 보상류 구간과 보 하류 구간 모두 상승하였으며, 보 상류에서 상승률이 더욱 높게 나타났다 (Fig.

후속연구

이상과 같이, 본 연구에서는 세종보 수문개방 이후, 보 상하류 구간에서 하도내 모래톱이 발생하고 면적이 증가하면서 수중 및 육상 서식처의 다양성이 증가하고 있음을 규명하였다. 그렇지만, 본 연구에서 제시한 결과는 보 상･하류의 제한된 구간에 대한 것으로, 유역규모의 효과에 적용하기 위해서는 대상 범위를 확대할 필요가 있다. 또한 본 연구를 기초로 하여 수치 모의로 예측하고, 서식처다양성이 생물다양성 개선과 특정 보호종의 보전방안 도출에 이르는 종합적인 하천 자연성 회복과정을 규명하는 연구에 활용될 수 있기를 기대한다.
그렇지만, 본 연구에서 제시한 결과는 보 상･하류의 제한된 구간에 대한 것으로, 유역규모의 효과에 적용하기 위해서는 대상 범위를 확대할 필요가 있다. 또한 본 연구를 기초로 하여 수치 모의로 예측하고, 서식처다양성이 생물다양성 개선과 특정 보호종의 보전방안 도출에 이르는 종합적인 하천 자연성 회복과정을 규명하는 연구에 활용될 수 있기를 기대한다.
미국 캘리포니아의 트리니티강에서는 한정된 하천 공간에서 최대한 다양한 서식환경을 조성하기 위하여 유사관리기술을 개발하여 댐 건설이후 사라졌던 사주 지형을 복원하고 있다. 앞으로 모래톱의 생태계 가치를 유지하고 하천관리와 복원에 적용할 수 있는 응용생태공학 분야의 연구와 기술개발이 더욱 필요한 때이다.

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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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