[논문]금강유역의 유황특성 변동 분석

강성규; 이동률; 문장원; 최시중

[국내논문] 금강유역의 유황특성 변동 분석
An Analysis on the Alteration of Flow Regime Characteristics : A Case of the Geum River Basin 원문보기

한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집, 2008 May 22, 2008년, pp.429 - 434

강성규 (한국건설기술연구원) , 이동률 (한국건설기술연구원) , 문장원 (한국건설기술연구원) , 최시중 (한국건설기술연구원)

초록
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최근 하천의 복원과 자연형 하천 조성 사업 등이 활발하게 진행되고 있으며, 하천의 정상적인 상태를 유지하기위한 최소유량의 개념인 하천유지유량의 산정도 정부차원의 사업으로 진행되고 있다. 우리나라 하천복원사업의 주목적은 변형된 수로의 복원, 오염하천의 정화, 생태서식처 조성, 자연 구조물 재료를 이용한 친수공간 확보 등이나, 해외 관련연구사례는 자연상태 혹은 자연상태와 가까운 상태로 하천을 복원, 유지하기 위해서는 과거의 유량 흐름 특성을 복원하는 것이 이에 못지않게 중요함을 시사하고 있다. 본 연구에서는 하천의 유황특성을 세분하여 이들 특성이 하천생태계에 줄 수 있는 영향을 외국의 사례를 통해 고찰하였으며, 금강유역의 유황변동에 가장 큰 영향을 주는 대청댐 및 용담댐의 건설 전 후의 유황특성 변동을 분석하였다. 또한, 과거 관측자료가 부족한 경우, 모형을 통해 산정된 자연유량자료의 활용 가능성을 평가하여 본 연구에 이용하였다. 본 연구의 유황특성 변동 분석은 향후, 하천유지유량의 산정, 자연형 하천 복원 및 하천관리 시 유황의 특성을 복원하기 위한 노력이 필요하다는 방향성을 제시한다.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Richter(1997)에 의해 제시된 유황의 특성인 유량(magnitude), 발생빈도(frequency), 지속기간(duration), 특정유량의 발생시기(timing), 유량의 변화율(rate of change) 등에 따라 금강유역의 유황특성을 “유량변동분석법(RVA, Range of Variability Approach)"을 활용하여 분석하고, 유황의 특성별 생태계와의 연관성을 해외의 사례를 통해 살펴보았다. 또한, 과거의 수문관측자료가 부족한 지점에서 모의된 자연유량 자료의 적용가능성을 평가하여 본 연구에 활용하였다.
본 연구에서는 댐 건설, 취수 등과 같은 인간의 활동이 하천 유황에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 금강유역을 대상으로 하여 본류의 경우는 용담댐과 대청댐의 영향을, 지류의 경우는 이들 댐의 광역도수 등 물공급과 물이동 경로의 변화에 따른 유량의 변동양상을 일반적인 유황특성과 유량변동분석법의 각 항목을 통해 분석하였다.
이전의 연구에서는 이수 및 치수측면에서 유황계수의 변동폭이 작으면, “긍정적 효과”혹은 “하천유황의 개선”이라는 표현이 등장하고 있으나, 인간의 물이용 효율화와 홍수피해 저감을 위한 노력이 환경 생태학적 측면에서 부정적인 영향을 주고 있음을 제시하고자 한다.
전술한 바와 같이 과거 유량자료의 확보가 어려운 지점에 대해서는 모의 자연유량의 활용 가능성을 평가하여 분석에 활용하고자 하였다. 모의 자연유량은 수자원장기종합계획보완(건설교통부, 2006)에서 사용된 토양수분 저류구조를 가진 탱크모형으로 계산된 유량자료(1967년^～2003년)를 2005년까지 업데이트한 자료이며, 이들 자료와 관측자료를 비교, 통계치를 분석하였다.

제안 방법

본 연구에서는 댐 건설, 취수 등과 같은 인간의 활동이 하천 유황에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 금강유역을 대상으로 하여 본류의 경우는 용담댐과 대청댐의 영향을, 지류의 경우는 이들 댐의 광역도수 등 물공급과 물이동 경로의 변화에 따른 유량의 변동양상을 일반적인 유황특성과 유량변동분석법의 각 항목을 통해 분석하였다. 이전의 연구에서는 이수 및 치수측면에서 유황계수의 변동폭이 작으면, “긍정적 효과”혹은 “하천유황의 개선”이라는 표현이 등장하고 있으나, 인간의 물이용 효율화와 홍수피해 저감을 위한 노력이 환경 생태학적 측면에서 부정적인 영향을 주고 있음을 제시하고자 한다.
전술한 바와 같이 과거 유량자료의 확보가 어려운 지점에 대해서는 모의 자연유량의 활용 가능성을 평가하여 분석에 활용하고자 하였다. 모의 자연유량은 수자원장기종합계획보완(건설교통부, 2006)에서 사용된 토양수분 저류구조를 가진 탱크모형으로 계산된 유량자료(1967년^～2003년)를 2005년까지 업데이트한 자료이며, 이들 자료와 관측자료를 비교, 통계치를 분석하였다.
본 연구에서는 Richter(1997)에 의해 제시된 유황의 특성인 유량(magnitude), 발생빈도(frequency), 지속기간(duration), 특정유량의 발생시기(timing), 유량의 변화율(rate of change) 등에 따라 금강유역의 유황특성을 “유량변동분석법(RVA, Range of Variability Approach)"을 활용하여 분석하고, 유황의 특성별 생태계와의 연관성을 해외의 사례를 통해 살펴보았다.
이들 분석자료를 토대로 용담댐(2002^～2006, 유입량/방류량), 대청댐(1983^～2006, 유입량/방류량), 호탄(1996^～2000, 2001^～2005, 관측유량), 공주(1956^～1980, 1981^～2005, 관측유량), 규암(1956^～1980, 1981^～2005, 관측유량), 회덕(1968^～1979, 모의유량, 1994^～2005, 관측유량), 석화(1968^～1979, 모의유량, 1994^～2005, 관측유량), 논산(1968^～1979, 모의유량, 1994^～2005, 관측유량)의 일유량자료를 비교 분석하였다. 유황은 일반적인 유황(풍수량, 평수량, 저수량, 갈수량 및 유황계수) 분석 및 유량변동분석(RVA)으로 구분하여 수행하였다.
이들 자료의 가용성을 평가하기 위한 지표로 평균유량(m³/s), 상관계수(coefficient of correlation), PBIAS(percent bias), NSE(Nash-Sutcliffe efficiency) 및 PME(persistence model efficiency) 등 의 통계특성을 분석하였다. Yapo등(1996)과 Gupta 등(1999)에 따르면, NSE와 PME의 최소 허용범위(minimally acceptable value)는 0보다 커야 한다.

대상 데이터

본 연구의 대상인 금강유역은 1980년 완공된 대청댐과, 2001년 완공된 용담댐의 유황조절에 큰 영향을 받고 있는 유역이다. 유황분석을 위한 지점은 금강 본류의 상류부터 용담댐, 호탄, 대청댐, 공주, 규암 지점과 주요 지류인 갑천의 회덕, 미호천의 석화 및 논산천의 논산지점이다.
본 연구의 대상인 금강유역은 1980년 완공된 대청댐과, 2001년 완공된 용담댐의 유황조절에 큰 영향을 받고 있는 유역이다. 유황분석을 위한 지점은 금강 본류의 상류부터 용담댐, 호탄, 대청댐, 공주, 규암 지점과 주요 지류인 갑천의 회덕, 미호천의 석화 및 논산천의 논산지점이다. 공주와 규암의 경우 과거부터 수위-유량관계식에 의한 자료의 축적이 비교적 풍부한 지점이며, 그 외의 지점 중 회덕, 석화와 논산은 과거의 자료가 신뢰성이 부족하거나, 풍부하지 못한 것으로 평가되었다.

데이터처리

2005, 관측유량)의 일유량자료를 비교 분석하였다. 유황은 일반적인 유황(풍수량, 평수량, 저수량, 갈수량 및 유황계수) 분석 및 유량변동분석(RVA)으로 구분하여 수행하였다. 분석기간 중 결측이 연중 10일 이상이면 갈수량 산정이 불가하므로, 일반 유황특성의 분석에는 사용하지 않았다.

이론/모형

유량변동 분석은 표 1에 소개한 33개의 항목의 변화정도를 분석하는 것으로, 미국의 ‘The Nature Conservancy’에서 개발된 ‘IHA’(Indicators of Hydrologic Alteration, Ritcher et al., 1997)라는 분석도구를 활용하였다.

성능/효과

911정도로 나타났으며, PBIAS는 용담댐과 규암지점의 경우 실제 유량보다 과소추정되는 경향을, 대청댐과 공주지점은 과대추정되는 경향을 보여준다. NSE와 PME는 각각 0.557^～0.829, 0.245^～0.755 정도로 나타나 아주 양호하진 않지만, 비교적 사용이 가능한 것으로 분석되었다.
금강유역의 일반 유황특성을 분석하여 표 3에 나타내었다. 논산의 경우를 제외하고는 모든 지점에서 유황의 변동이 매우 크게 분석되었으며, 논산도 유황계수를 근거로 판단할 경우, 유황의 변동이 있는 것으로 판단된다. 특히, 용담댐의 유입량과 방류량을 비교하였을 때, 갈수량의 경우 평균 600%에 가까운 변화를 보이고 있다.
월별 평균값의 변화로 알아보면, 공주는 7월부터 이듬해 1월까지, 규암은 11월부터 이듬해 2월까지의 월 평균값의 변동이 있었다. 다른 지점과 마찬가지로 각 년도의 지속기간별 최대값의 평균치보다는 최소값의 평균치에 변화가 더 큰 것으로 분석되었다. 갑천의 회덕지점은 3월과 9월을 제외하면 연중 모든 평균치의 변화가 있었다.
호탄 관측지점은 5월^～7월 평균유량의 특성변화가 있었으며, 지속기간 90일 최소값의 평균의 변화가 두드러졌다. 대청댐은 11월에서 다음해 1월까지 유황의 조절효과가 가장 큰 것으로 나타났으며, 매년 90일 최대값의 평균치를 제외하고는 각 지속기간별 최소, 최대 평균값은 유입량에 비해 방류량의 특성이 변화되었다.
통계 특성으로 살펴본 결과, 대상지점의 평균유량의 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 상관계수는 0.764^～0.911정도로 나타났으며, PBIAS는 용담댐과 규암지점의 경우 실제 유량보다 과소추정되는 경향을, 대청댐과 공주지점은 과대추정되는 경향을 보여준다. NSE와 PME는 각각 0.
통계 특성으로 살펴본 결과, 대상지점의 평균유량의 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 상관계수는 0.
표 4에 나타난 바와 같이, 용담댐의 유입량과 방류량의 유량 변동은 월별 평균의 경우, 7월, 10월, 11월 및 12월의 특성이 가장 크게 변동되었으며, 각 지속기간별 최대값보다는 최소값의 평균값 변동이 심화된 것으로 평가되었다. 호탄 관측지점은 5월^～7월 평균유량의 특성변화가 있었으며, 지속기간 90일 최소값의 평균의 변화가 두드러졌다.
표 4에 나타난 바와 같이, 용담댐의 유입량과 방류량의 유량 변동은 월별 평균의 경우, 7월, 10월, 11월 및 12월의 특성이 가장 크게 변동되었으며, 각 지속기간별 최대값보다는 최소값의 평균값 변동이 심화된 것으로 평가되었다. 호탄 관측지점은 5월^～7월 평균유량의 특성변화가 있었으며, 지속기간 90일 최소값의 평균의 변화가 두드러졌다. 대청댐은 11월에서 다음해 1월까지 유황의 조절효과가 가장 큰 것으로 나타났으며, 매년 90일 최대값의 평균치를 제외하고는 각 지속기간별 최소, 최대 평균값은 유입량에 비해 방류량의 특성이 변화되었다.

후속연구

결국 이는 하천 생태계 기능의 복원에서 생태계보전을 위한 갈수량 또는 특정 대상 어종을 위한 최소유량 개념의 하천유지유량 확보와 같은 협의의 하천수량 설정보다 하천유량의 전체적인 변동성을 고려해야함을 보여준다. 더불어, 인간의 물이용(이수 취수)과 환경 생태계의 필요수량 사이에 공유할 수 있는 수자원의 배분에 대한 새로운 하천수량 및 수자원관리의 방향을 모색해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하상계수는 무엇을 나타내는 지표인가?	유황은 일반적으로 유황곡선을 통해 그 특성을 확인 할 수 있으며, 연중 일정기간 이상 지속되는 유황은 풍수량, 갈수량, 저수량 및 갈수량으로 구분하여 그 규모의 평가가 가능하다. 하천유황의 변동정도를 표시하는 지표로 하상계수가 있으나, 갈수나 홍수에 따라 매우 민감하게 반응하며, 우리나라의 경우, 과거 개발되었던 수위-유량 관계곡선식의 신뢰도가 높지 않아 갈수시와 홍수시의 유량자료의 부정확함이 있어, 이진원 등(1993)이 제시한 유황계수를 산정하여 유황을 검토하기도 한다.
	인간의 활동이 하천 유황에 미치는 영향을 살펴본 결론은?	본 연구에서는 댐 건설, 취수 등과 같은 인간의 활동이 하천 유황에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 금강유역을 대상으로 하여 본류의 경우는 용담댐과 대청댐의 영향을, 지류의 경우는 이들 댐의 광역도수 등 물공급과 물이동 경로의 변화에 따른 유량의 변동양상을 일반적인 유황특성과 유량변동분석법의 각 항목을 통해 분석하였다. 이전의 연구에서는 이수 및 치수측면에서 유황계수의 변동폭이 작으면, “긍정적 효과”혹은 “하천유황의 개선”이라는 표현이 등장하고 있으나, 인간의 물이용 효율화와 홍수피해 저감을 위한 노력이 환경 생태학적 측면에서 부정적인 영향을 주고 있음을 제시하고자 한다. Poff 등(1997)에 의하면 하천에 흐르는 갈수량에서 홍수량 범위의 자연유황은 하도 및 홍수터에서 물과 유사를 이송을 통하여 하천의 자연적인 물리적 과정을 형성함으로써 하천생태계를 조직화하고 범위를 설정한다고 하였다. 결국 이는 하천 생태계 기능의 복원에서 생태계보전을 위한 갈수량 또는 특정 대상 어종을 위한 최소유량 개념의 하천유지유량 확보와 같은 협의의 하천수량 설정보다 하천유량의 전체적인 변동성을 고려해야함을 보여준다. 더불어, 인간의 물이용(이수 취수)과 환경 생태계의 필요수량 사이에 공유할 수 있는 수자원의 배분에 대한 새로운 하천수량 및 수자원관리의 방향을 모색해야 할 것이다.
	하천에 흐르는 자연유황은 무엇에 의해 변화되어 왔나?	하천 주변에 사람들이 정주하면서, 필요한 물공급을 위한 하천수의 취수, 지하수 개발, 댐의 저류와 방류, 광역도수 등은 하천에 흐르는 자연유황을 변화시켜왔다. 1990년대 이후 변형된 하천 및 생태계의 복원에 대한 연구와 사업이 국제적으로 활발히 진행되고 있으며, 우리나라에서도 하천 복원사업, 자연 친화적 하천관리기술 개발, 하천유지유량의 재 산정 등 관련 분야에 대한 관심과 사업이 늘어나고 있다.

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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