[논문]PHABSIM을 이용한 복하천 하류 구간의 피라미 생애주기별 물리적 서식처 평가

이혁진; 박진석; 장성주; 홍록기; 송인홍

doi:10.5389/ksae.2022.64.4.055

[국내논문] PHABSIM을 이용한 복하천 하류 구간의 피라미 생애주기별 물리적 서식처 평가
Physical Habitat Assessment of Bokha Downstream Reach Considering Life Cycle Stages of Zacco platypus Using PHABSIM 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.64 no.4, 2022년, pp.55 - 64

이혁진 (Department of Rural Systems Engineering, Seoul National University) , 박진석 (Department of Rural Systems Engineering, Global Smart Farm Convergence Major, Seoul National University) , 장성주 (Department of Rural Systems Engineering, Global Smart Farm Convergence Major, Seoul National University) , 홍록기 (Department of Rural Systems Engineering, Seoul National University) , 송인홍 (Department of Rural Systems Engineering, Research Institute of Agriculture and Life sciences, Global Smart Farm Convergence Major, Seoul National University)

Abstract ▼ AI-Helper

The objectives of this study were to assess physical habitat suitability of fish species for different life cycle stages and to suggest appropriate ecological stream flows in a Bokha downstream reach. A dominant species of Zacco platypus was selected as the study fish of which three stages of spawning, juvenile and adult in life cycle were considered into assessment. The stream hydraulic environment was calibrated with HEC-RAS before the PHABSIM simulation. The hydraulics of flow velocity and depth were used to estimate Weighted Usable Area (WUA) by multiplying respective habitat suitability indices with stream area. Overall the WUAs tend to be great in gentle slopes with relatively shallow water depth regions. Maximum WUAs, ie, candidate for ecological flow rates were 1 m3/s, 7 m3/s and 8 m3/s for the respective spawning, juvenile and adult stages of Zacco platypus. Since the ecological flow rates for juvenile and adult stages appeared to be is greater than the abundant flow rate (3.67 m3/s) for the study reach, additional water supply may be needed but should be cautious to avoid the spawning period of Apr through May from the stream water management perspective.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1 Study stream reach in the Bokha stream watershed
그림 Fig. 2 Zacco platypus's habitat suitability index (Kim, 1999; Kang 2012) for (a) water depth and (b) flow velocity
표 Table 1 Basic Zacco platypus characteristics by life cycle (k-water (1995), http://www.nifs.go.kr/. 2022.05.09. access)
그림 Fig. 3 Simulated PHABSIM result of (a) water surface level (WSL) and (b) flow velocity for cross section 3
표 Table 2 Comparison between the observed and simulated water levels at the Bokha bridge
그림 Fig. 4 Longitudinal distribution of the simulated water depth over the study stream reach
그림 Fig. 5 Longitudinal distribution of the simulated flow velocity and velocity over the study stream reach
그림 Fig. 6 (a) Longitudinal profile of water surface level and (b) WUA for different life cycle stages of Zacco platypus
그림 Fig. 7 WUA changes against stream flow increase for different life cycle stages for Zacco platypus (Drought, low, ordinary, and abundant flows are the flow duration analysis results from MOLTMA (2010))

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 PHABSIM 모형을 이용하여 복하천 하류 구간의 수리인자를 모의하고, 우점 어종인 피라미를 대상으로 생애 주기별 (산란기, 치어기, 성어기)로 가중가용면적 기반 물리적 서식처 적합도를 평가하여 최적 생태유량을 제시하는데 목적이 있다.

제안 방법

저유량과 고유량에서의 수위 관측치를 이용하여 HEC-RAS로 모의된 결과와 2012년부터 2021년까지의 관측된 복하천 수위자료를 통해 정확도를 높였다. 복하천의 우점종인 피라미를 대상으로 산란기, 치어기, 성어기에 대한 각각의 최적 생태유량을 산정하고, 모든 생애주기를 고려하여 최적 생태유량을 산정하였다.

대상 데이터

HEC-RAS 모의에 필요한 하천 단면 자료는 복하천 하천기본계획서 (2011)에서 제공하는 약 200 m 간격의 16개 하천단면 자료를 이용하였다. 복하천 하천기본계획서 (2011)에 따르면 대상 구간의 하상재료는 약 82.
HEC-RAS 모의에 필요한 하천 단면 자료는 복하천 하천기본계획서 (2011)에서 제공하는 약 200 m 간격의 16개 하천단면 자료를 이용하였다. 복하천 하천기본계획서 (2011)에 따르면 대상 구간의 하상재료는 약 82.9%가 모래인 사질하상으로 하천설계기준(2019)을 참조하여 수리모의 전 구간에 대해 조도계수를 0.03으로 적용하였다.
또한 PHABSIM의 수리해석 검증을 위해 실측한 수리 및 수문 자료를 통해 특정 유량 조건에 대응하는 수위의 재현성을 검토할 필요가 있다. 이를 위해 대상 구간 내에 위치한 복하교의 수위관측소에서 측정한 하천의 유량과 수심 자료를 활용하였다.

데이터처리

본 연구는 이천시에 위치한 남한강 하류 중 복하천에 대해 피라미에 대한 최적 생태유량 산정을 위하여 수리모형인 HEC-RAS와 서식처 모형인 PHABSIM을 이용했다. 저유량과 고유량에서의 수위 관측치를 이용하여 HEC-RAS로 모의된 결과와 2012년부터 2021년까지의 관측된 복하천 수위자료를 통해 정확도를 높였다. 복하천의 우점종인 피라미를 대상으로 산란기, 치어기, 성어기에 대한 각각의 최적 생태유량을 산정하고, 모든 생애주기를 고려하여 최적 생태유량을 산정하였다.

이론/모형

유속은 PHABSIM의 VELSIM (Velocity Simulation Model) 모형을 이용하여 분석을 하였다. VELSIM 모형은 Manning 방정식의 조도계수를 바탕으로 실측 자료의 유속 분포를 적용하여 유속 분포를 결정한다. 실측 자료가 있는 경우 관측기반의 유량과 유속분포 관계를 이용하여 모의할 수 있고, 실측 자료가 없는 경우 유속을 수심의 함수로 된 경험식을 이용하여 각 단면의 유속분포를 결정한다 (식 (4)).
본 연구는 이천시에 위치한 남한강 하류 중 복하천에 대해 피라미에 대한 최적 생태유량 산정을 위하여 수리모형인 HEC-RAS와 서식처 모형인 PHABSIM을 이용했다. 저유량과 고유량에서의 수위 관측치를 이용하여 HEC-RAS로 모의된 결과와 2012년부터 2021년까지의 관측된 복하천 수위자료를 통해 정확도를 높였다.
유속은 PHABSIM의 VELSIM (Velocity Simulation Model) 모형을 이용하여 분석을 하였다. VELSIM 모형은 Manning 방정식의 조도계수를 바탕으로 실측 자료의 유속 분포를 적용하여 유속 분포를 결정한다.

성능/효과

두 유량 조건에서 모의한 수심과 복하교 수위관측소에서 관측된 수위를 비교하여 Table 2에 정리하였다. 모의치와 관측치의 차이가 각 유량 조건에서 0.01 m, 0.02 m로 PHABSIM 모형이 하천의 수위를 잘 모의하는 것으로 나타났다.

후속연구

PHABSIM은 입력 자료로 대상 하천 구간 내에 일정 간격의 하천 단면과 하천 종단 경사가 필요하다. 또한 PHABSIM의 수리해석 검증을 위해 실측한 수리 및 수문 자료를 통해 특정 유량 조건에 대응하는 수위의 재현성을 검토할 필요가 있다. 이를 위해 대상 구간 내에 위치한 복하교의 수위관측소에서 측정한 하천의 유량과 수심 자료를 활용하였다.
하천의 생태적 역할이 중요해지면서 생태유량에 대한 필요성이 대두되며 다양한 하천의 어류에 대한 생태유량 산정이 중요해졌다. 본 연구에서는 생애주기에 대한 하천 최적 유량산정의 중요성과 수생태계의 발달을 목표로 하천 최적 생태유량 산정 방안을 고려하였고, 향후 복하천 생태유량산정 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 추후 현장조사를 통한 어류의 HSI 정확도를 높이고, 물리적 서식처 뿐만 아니라 어류의 수질 HSI도 함께 고려하여 최적 생태유량의 산정을 수행할 계획이다.
본 연구에서는 생애주기에 대한 하천 최적 유량산정의 중요성과 수생태계의 발달을 목표로 하천 최적 생태유량 산정 방안을 고려하였고, 향후 복하천 생태유량산정 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 추후 현장조사를 통한 어류의 HSI 정확도를 높이고, 물리적 서식처 뿐만 아니라 어류의 수질 HSI도 함께 고려하여 최적 생태유량의 산정을 수행할 계획이다.

참고문헌 (32)

Bovee, K. D., 1982. A guide to stream habitat analysis using the instream flow incremental methodology. No. 12, U.S. Instream Flow Information Paper, Fish and Wildlife Service Office of Biological Services, FWS/OBS 82/26, Fort Collins, Colorado, U.S.A.
Bovee, K. D., 1986. Development and evaluation of habitat suitability criteria for use in the instream flow incremental methodology. No. 21. National Ecology Center, Division of Wildlife and Contaminant Research, Fish and Wildlife Service, US Department of the Interior.
Choe, B. U., and H. S. Choe, 2021. Flood amount utilization plan of Wonjustream Dam, Water for future, 54(2): 40-45 (in Korean)
Hur, J. W., D. H. Kim, and H. S. Gang, 2014. Estimation of Optimal Ecological Flowrate of Fish in Chogang Stream, Ecology and Resilient Infrastructure, 1(1): 39-48. doi:10.17820/eri.2014.1.1.039. (in Korean).

원문보기 상세보기
Hur, J. W., and J. Kim, 2009. Assessment of riverine health condition and estimation of optimal ecological flowrate considering fish habitat in downstream of Yongdam Dam, Korea Water Resources Association, 42(6): 481-491. doi:10.3741/JKWRA.2009.42.6.481. (in Korean).

원문보기 상세보기
Jang, K. H., Y. K. Park, J. I. Kang, and M. H. Kim, 2018. Estimation of ecological flow rate for Zacco platypus based on habitat suitability index considering probability density function. Journal of Korea Water Resources Association, 51(3): 207-219 doi:10.3741/JKWRA.2018.51.3.207. (in Korean).

원문보기 상세보기
Jung, S. H., S. U. Choi, and K. H. Kim, 2012. Sensitivity of Habitat Suitability for Zacco Platypus in relation to Watersheds. Journal of Korea Water Resources Association, 2012(5): 189-193. (in Korean).
Jung, S., U. Ji, K. Kim, and E. Jang, 2019. Analysis of weighted usable area and estimation of optimum environmental flow based on growth stages of target species for improving fish habitat in regulated and non-regulated rivers. Journal of Korea Water Resources Association, 52(spc2): 811-822. doi:10.3741/JKWRA.2019.52.S-2.811. (in Korean).

원문보기 상세보기
Kang, H. S., 2012. Comparision of physical habitat suitability index for fishes in the rivers of han and geum river watersheds. KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research, 32(1B): 71-78. doi:10.12652/Ksce.2012.32.1B.071. (in Korean).

원문보기 상세보기
KICT, 2011. River Structure Design Techniques for Harmonizing Nature with the Human (in Korean).
Kim, K. H., 1999. Evaluation of habitat conditions and estimation of optimum flow for the freshwater fish. The Graduate School Yonsei University in Korea (in Korean).
Kim, K. O., Y. K. Park, J. I. Kang, and B. S. Lee, 2016. Estimation of ecological flow and habitat suitability index at Jeonju-cheon upstream. Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 38(2): 47-55. doi:10.4491/KSEE.2016.38.2.47. (in Korean).

원문보기 상세보기
Kim, S. G., H. S. Gang, and D. J. Jeon, 2020. Environmental ecological flow rate calculation technology for vulnerability assessment and natural sulfur recovery, Water for Future, 53(9): 21-30. (in Korean).
Kondolf, G. M., W. L. Eric, and G. W. John, 2000. Measuring and modeling the hydraulic environment for assessing instream flows. North American Journal of Fisheries Management, 20(4): 1016-1028.

상세보기
Korea Water Resources Association, 2019. River Design Criteria (in Korean)
K-water, 1995. Development of a Method for Determining the Instream Flow and Its Application (in Korean).
K-water, 2018. A research on estimation and securing of environmental flow (in Korean).
Lee, J. J., and J. W. Hur, 2022. Comparative analysis of environmental ecological flow based on habitat suitability index (HSI) in Miho stream of Geum river system. Ecology and Resilient Infrastructure, 9(1): 68-76. doi:10.17820/ERI.2022.9.1.068. (in Korean).

원문보기 상세보기
MOE (Ministry of Environment), 2018. Notification of instream flow status (in Korean).
MOE (Ministry of Environment), 2019. Guidelines on aquatic ecosystem status survey and health assessment method, etc. NIER. (in Korean).
MOLTMA (Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs), 2010. Bokha stream basic plan report. (in Korean)
National Institute of Fisheries Science, http://www.water.nier.go.kr/. Accessed 09. May 2022.
Oh, K. R., S. M. Jeong, J. H. Lee, G. W. Choi, and D. H. Kim, 2008. Estimation of optimum flow needed for fish habitat by application of one and two dimensional physical habitat simulation model: Focuse on Zacco Platypus, Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, 8(1): 117-123. (in Korean).
Park, J. S., S. J. Jang, and I. H. Song, 2020. Estimation of optimum ecological stream flow in the Banbyeon Stream using PHABSIM-Focused on Zacco platypus and Squalidus chankaensis tsuchigae-, KSAE Journal of Korean Society of Agricultural Engineers, 62(6): 51-62. doi:10.5389/KSAE.2020.62.6.051. (in Korean).

원문보기 상세보기
Roh, K. B., S. C. Park, Y. H. Lee, Y. H. Jin, and M. O. Park, 2011. Application of River2D for estimation of ecological instream flow. Journal of Korea Water Resources Association, 2011(5): 190-202. (in Korean).
Stalnaker, C. B., B. L. Lamb, J. Henriksen, K. D. Bovee, and J. Bartholow, 1995. The instream flow incremental methodology a primerfor IFIM. Biological report 29. U.S. Department of the Interior, Fort Collins CO, pp. 45.
Sung, Y. D., B. J. Park, G. J. Joo, and K. S. Jung, 2005. The estimation of ecological flow recommendations for Fish Habitat. Journal of Korea Water Resources Association, 38(7): 545-554. doi:10.3741/JKWRA.2005.38.7.545. (in Korean).

원문보기 상세보기
Waddle, Terry, 2001. PHABSIM for Windows user's manual and exercises. No. 2001-340.
Water Environment Information System, http://www.nifs.go.kr. Accessed 09. May 2022.
Yi, Y. J., Z, Y. Wang, and Z. F. Yang, 2010. Two-dimensional habitat modeling of Chinese sturgeon spawning sites. Ecological Modelling, 221: 864-875. doi:10.1016/j.ecolmodel.2009.11.018.

상세보기
Yu, L., J. Lin, D. Chen, X. Duan, Q. Peng, and S. Liu, 2018. Ecological flow assessment to improve the spawning habitat for the four major species of carp of the Yangtze River: A study on habitat suitability based on ultrasonic telemetry. Water, 10(5): 600. doi:10.3390/w10050600.

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Zhang, P., K. F. Li, Y. L. Wu, Q. Y. Liu, P. X. Zhao, and Y. Li, 2018. Analysis and restoration of an ecological flow regime during the Coreius guichenoti spawning period, Ecological Engineering, 123: 74-85. doi:10.1016/j.ecoleng.2018.08.009.

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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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