Journal of Korea Water Resources Association ISSN:2799-8746(Print) 2799-8754(Online) 한국수자원학회 논문집

최근 이상기후로 가뭄이 심화되며 수생태계에 환경적 위험이 증가하고 있다. 본 연구는 가뭄에 따른 수질 악화를 정량적으로 반영할 수 있는 환경가뭄(수질)지수를 개발하였다. BOD, DO, EC 등의 실시간 수질자료와 유량, 무강우일수, 누적강수량 등의 수문자료를 통합하여 가뭄의 환경학적 영향을 평가하며, 회귀기반 가중합 방식으로 산정되었다. 낙동강 수계 10개 주요 지류를 대상으로 분석한 결과, 가뭄 단계가 심화할수록 BOD 초과율이 증가하였고, 회천, 남강 등 불투수율이 높은 유역은 수질이 지속적으로 악화되었다. 반면, 밀양강과 영강 등 일부 유역은 극심한 가뭄에서만 급격한 수질 저하가 발생하였다. 조기 감지를 위해 유클리드 거리 기반 임계값을 활용하여 계절 및 등급별 주요 예측 인자를 도출하였으며, 대부분 유역에서 80~100%의 성능으로 예측되었다. 수문특성에 따른 가뭄 민감도 차이를 반영한 수질 기반 조기경보체계의 필요성을 제시하며, 환경가뭄(수질)는 맞춤형 대응 전략 마련의 기초자료로 활용될 것으로 판단된다.

본 연구는 국내 하천 생태계의 건강성을 평가하고 어류의 서식지를 기반으로 하는 생태학적 가뭄 모니터링 방법을 개발하였다. 연구 대상 하천으로는 감천과 지천을 선정하였으며, 하천 유지유량이 고시된 유역과 고시되지 않은 유역을 대상으로 어류의 서식지를 기준으로 평가되는 최적유량과 서식환경을 유지하기 위한 최소유량을 산정하였다. 최적유량은 HEC-EFM (Ecosystem Functions Model)을 통해 과거 관측자료와 대상어종의 서식환경을 고려한 환경유량(Environmental Flow)을 산정하였고, 최소유량은 IHA (Indicators of Hydrologic Alteration)를 활용하여 과거 관측자료 기반의 극치갈수량(Extreme Low Flow)을 기준으로 설정하였다. 생태학적 가뭄의 영향을 정량적으로 평가하기 위해 대상어종의 서식지 면적 기반의 생태학적 가뭄 영향 지수(Ecological Drought Impact Index, EDI)를 개발하였다. 연구 결과, 감천과 지천 모두에서 유량 증가에 따라 서식지 면적이 점진적으로 증가하여 생태학적 가뭄이 회복되는 경향을 보였으며, 특히 최적유량 대비 최소유량에서 서식지 면적이 15~20% 감소하는 것으로 나타났다. 이는 유량변화가 서식지 면적 및 생태계 건강성에 미치는 영향이 크며, 생태학적 가뭄 모니터링과 환경-생태 유량 관리의 중요성을 시사한다. 본 연구는 하천 유지유량이 고시되지 않은 지역에서도 적용 가능한 생태학적 가뭄 모니터링 프레임워크를 제시하였으며, 서식지 기반 가뭄 평가 기법을 활용하여 수생태계 보전 및 지속 가능한 하천 관리 방안 수립을 위한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 영주댐 건설이 수변 식생에 미치는 영향을 규명하기 위해 댐 건설 전(2005-2012년)과 후(2017-2024년)의 Landsat 기반 NDVI (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)자료를 분석하였다. 분석 결과, 9월을 제외한 모든 달에서 댐 건설 후 NDVI 평균값이 유의하게 증가하였으며, 특히 갈수기에 뚜렷한 향상이 나타났다. 베타 회귀 분석에서는 기온이 NDVI 변동에 가장 큰 영향을 주었고, 댐 요인이 두번째로 중요한 요인으로 확인되었으며, 강수량은 전반적으로 낮은 중요도를 보였으나 일부 픽셀에서는 주요하게 작용하였다. 변수 중요도 패턴은 상류와 하류에서 전반적으로 유사하였으나, 일부 상류 수변 지역에서는 댐 효과가 더 뚜렷하게 나타났다. 이러한 결과는 기후가 식생 생장을 지배하는 주요 요인임에도 불구하고, 댐 운영이 갈수기 수문 안정화 및 수변 식생 유지에 중요한 역할을 수행함을 시사한다.

본 연구는 하천 내 횡단구조물에 의해 단절된 서식지 연결성을 정량적으로 평가하고, 생태수리 모델링과 지수 기반 분석을 통합하여 생태계 연속성에 미치는 영향을 규명하기 위해 수행되었다. 연구 대상하천은 금강의 지류하천인 지천으로 총 40개의 보가 설치되어 있다. 유량 분석에는 2000 ~ 2024년 일유량 자료를 활용하여, 미호종개의 최적 유량을 산정하고 생태수리 모델링을 위한 기준유량으로 반영하였다. 수리·수문 모델링은 HEC-RAS, HEC-GeoRAS, HEC-GeoEFM을 이용하여 보 설치 전·후 조건별 서식지 면적(Habitat Area)을 산정하였고, 서식지 단절 정도를 정량화하기 위해 RFI (River Fragmentation Index) 및 CRFI (Change of River Fragmentation Index)를 산정하였다. 또한, 하천의 구조적·기능적 연결성을 통합적으로 평가하기 위해 DCI (Dendritic Connectivity Index), PCI (Population Connectivity Index), CAFI (Catchment Area-based Fragmentation Index), IIC (Integral Index of Connectivity) 등 네 가지 지수를 적용하였다. 본 연구는 지수 기반 평가와 생태수리 모델링 결과를 상호 비교함으로써, 두 접근법의 정합성과 보완 가능성을 검증하였다. 이를 통해 하천 구조물의 존재 및 철거에 따른 서식지 단절성을 다차원적으로 진단할 수 있는 통합적 평가 프레임워크를 제시하였으며, 향후 하천 복원사업의 우선순위 설정과 수생태계 건강성 관리 전략 수립에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 국내 담수어류 15종의 유영능력을 정량화하고, 이를 하천 관리 및 복원에 활용할 수 있는 방안을 검토하였다. 임계유영속도(U_crit)는 실내 실험 조건에서 측정되었으며, 상대유영능력은 전장대비유영속도(TL/s)로 표준화하였다. 그 결과, U_crit는 0.17 ± 0.05 m/s에서 1.49 ± 0.27 m/s까지 종 간 큰 차이를 보였고, 절대 유영속도보다 TL/s 지표가 종 간 유영능력 차이를 보다 명확하게 구분하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 특히 TL/s 기준으로 8 이상을 나타내는 5종은 고유영능력 종으로 분류되어, 종별 생태적 특성과 서식처 이용 능력의 차이를 반영하는 것으로 해석되었다. 대부분의 종에서 전장(TL)과 U_crit 간에는 양의 상관관계가 나타났으며, 고유영능력 종에서 더 높은 설명력(r² = 0.97)이 확인되었다(저유영능력 종: r² = 0.64). 국내 담수어류를 대상으로 유영능력 실증연구 결과는 하천 연속성, 서식처를 고려한 하천 관리 및 복원, 보호종과 같은 특정종의 보전 및 복원 계획에 활용될 수 있다.

본 연구에서는 보성강 유역의 병렬 다중저수지 시스템을 대상으로 방류기준 최적화-계층적 지연 헤징규칙(Release Threshold Optimization-Hierarchical Deferred Hedging Rule, RTO-HDHR) 기반 다목적 저수지 운영 최적화 모형을 적용하였다. 월별 운영변수를 포함하는 고차원 최적화 문제의 초기 탐색 안정성을 향상시키기 위해 선행 최적화 기반 초기 개체군 생성 전략을 도입하였다. 먼저 단순화된 기본 헤징규칙을 최적화하여 예비 Pareto해를 도출하고, 이를 최종 RTO-HDHR 최적화의 초기 개체군으로 확장하였다. 최종 최적화는 보성천 유역 내 3개 저수지 운영단위를 대상으로 비지배 정렬 유전 알고리즘II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II, NSGA-II)를 적용하여 수행하였으며, 하류 수요량과 환경생태유량 기준을 동시에 고려하였다. 도출된 운영규칙은 Standard Operationg Policy (SOP) 및 최적화된 Hedging Rule (HR)과 비교하여 수요 부족량, 환경생태유량 부족량, 신뢰도 및 평균 저수율 변화를 통해 평가하였다. 그 결과, 최대 환경생태유량 부족량 최소화 해를 적용한 RTO-HDHR은 모형 학습 기간과 모형 검증 기간 모두에서 수요 부족량을 제거하고 수요 신뢰도 1.0을 확보하였다. 또한 모형 학습 기간에서 최대 환경생태유량 부족량을 SOP 및 Optimized HR보다 감소시켰으며, 저유량 구간에서도 상대적으로 높은 평균 저수율을 유지하였다. 이러한 결과는 제안한 RTO-HDHR 운영규칙이 하류 용수공급 안정성과 저수지 운영 안정성을 확보하면서 환경생태유량 확보와의 상충관계를 조절할 수 있는 균형적 운영전략으로 활용될 수 있음을 보여준다.