1. 서 론

하천과 주변 생태계의 서식지 연결성은 생물 이동과 유전적 교류, 그리고 영양분·퇴적물의 흐름을 원활하게 하여 생태계의 기능적 순환과 안정성을 유지하는 데 필수적인 요소이다(Thieme et al., 2023; Böck et al., 2018; Grill et al., 2019). 그러나 산업화의 가속화와 더불어 댐, 보, 제방, 교량 등 각종 하천 시설물이 대규모로 건설되면서 하천의 자연스러운 흐름과 연속성은 점차 인위적으로 단절되었다. 그 결과, 전 세계적으로 길이 1,000 km 이상인 대 하천의 약 37%만이 자유롭게 흐르고 있으며, 나머지 대부분의 하천은 댐이나 저수지 등 인공 구조물에 의해 흐름이 차단되거나 인위적으로 조절되고 있는 것으로 보고되었다(Grill et al., 2019). 이러한 하천의 단절(stream fragmentation)은 단순히 어류의 회귀를 방해하는 데 그치지 않고, 영양물질의 불균형, 수질 악화, 홍수 및 가뭄 완화 기능 저하 등 일련의 부정적 영향을 유발하여, 결과적으로 하천 생태계의 구조와 기능을 전반적으로 약화시키는 원인이 되고 있다.

하천 단절의 생태학적 중요성이 지속적으로 제기되어 왔음에도 불구하고, 관리·평가 체계 차원에서는 아직 이에 상응하는 대응이 충분히 이루어지지 못하고 있다. 현행 하천 관리 및 평가 체계는 여전히 수질 중심의 지표에 과도하게 의존하고 있으며, 특히 환경유량과 하천 연결성을 반영한 지표는 최근에서야 일부 국가에서 제한적으로 도입되었거나, 여전히 공식 평가 항목에 포함되지 않는 경우가 많다(Thieme et al., 2023; Harwood et al., 2018).

이러한 한계를 보완하기 위해, 최근 하천 연결성 단절 문제에 대한 전 세계적 관심이 높아지고 있으며, 이를 물리적 모형 및 지수를 활용하는 방법으로 정량적으로 평가하고, 평가결과에 기반하여 복원 방안을 모색하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 예를 들어, Keeley et al. (2022)는 자연하천과 인위적으로 개조된 하천의 하구 연결성을 비교하여 물리적·생태적 복원의 방향성을 제안하였으며, Branco et al. (2013)은 수리학적 모델인 River2D 를 이용해 암석 설치에 따른 가중 가용 면적(weighted usable area, WUA) 변화를 분석함으로써 서식지 연결성의 개선 효과를 정량적으로 평가하였다. Wegscheider, et al. (2024)은 Reach Connectivity Index (RCI)와 Catchment Connectivity Index (CCI)를 활용해 종 분포 예측과 네트워크 연결성 모델을 결합하여, 하천 장벽 제거에 따른 서식지 연결성 복원 우선순위를 제시하였다. Fuller et al. (2015)은 Dendritic Connectivity Index (DCI)를 활용하여 하천망의 구조적 단절을 정량화하고, 이를 바탕으로 미래 연구 방향으로 경관유전학, 유역 단위 평가, 동적 모델 개발 등을 제안하며, 하천 단절의 생태학적 영향을 장기적·정량적으로 규명하기 위한 통합적 접근의 필요성을 강조하였다.

이러한 다양한 연구에도 불구하고 보의 유무가 하천에 서식하는 어류의 서식환경에 미치는 영향을 정량적으로 분석한 연구는 많지 않으며, 특히, 보가 많이 설치되어 있는 중소하천에서의 횡단구조물을 대상으로 어류 서식지의 연결성 확보를 위한 연구는 매우 제한적이다.

본 연구에서는 하천의 횡단 구조물로 인한 서식지 연결성 단절 문제를 정량적으로 평가하기 위해, 수리학적, 수문학적, 생태적 물리모형을 이용한 평가와 국내외 다수의 연구에서 제안된 연결성지수를 적용한 평가를 비교·분석하였다. 이를 통해 두 접근법이 제공하는 정보의 차이와 상호 보완적 활용을 규명하고, 향후 하천 서식지 연결성 평가 및 복원 계획 수립에 적용 가능한 통합적 평가 프레임워크를 제시하고자 한다.

2. 연구대상하천 선정 및 기초자료 구축

본 연구에서 대상 하천을 선정하기 위해 최소 10년 이상의 수위 및 유량 자료를 보유하고 있는 중소하천 중, 하천기본계획이 수립되어 있으며 하천 측량 단면자료가 확보된 지류를 선정하였다. 선정된 하천을 대상으로 하천의 연결성 평가를 위해 물리적 모델 기반과 지수 기반으로 분석하였다. 이를 위해 구 대상 하천의 수문 자료, 하천 및 보 제원을 수집하였으며, 서식지 평가를 위한 대상 어종을 선정하였다.

2.1 하천개요 및 수문지형자료

대상 하천은 천연기념물과 멸종위기종이 서식하고 있어 생태계 복원을 위해 많은 관심이 집중되고 있는 금강의 지류하천인 지천으로 선정하였다. 지천의 하도 길이는 총 47.24 km로서 하천의 구간별 비교를 위해 상류, 중류, 하류, 3개 구간으로 구분하였다. 지천에는 총 40개의 보가 설치되어 있으며, 상류에 34개, 중류에 3개, 하류에 3개가 설치되어 있어 상류에 보가 밀집된 것으로 확인되었다(Fig. 1). 하도 횡단면, 하천 지형 정보, 하천에 설치된 보의 제원은 “지천 하천기본계획(MOLIT, 2011)”에서 발췌하였으며, 유량자료는 금강홍수통제소(http://www.geumriver.go.kr/)에서 수집하였다.

Fig. 1.

Study reach of Jicheon Stream and spatial distribution of weirs

지수기반 연결성 평가를 위해서는 하천의 위상적 구조와 구간별 수문·지형 특성을 정확하게 반영한 하천 네트워크 구축이 필수적이다. 이를 위해 본 연구에서는 국제 수문지형 데이터베이스인 HydroSHEDS (EarthEnv/Hydro)에서 제공되는 고해상도 하천망 정보를 활용하여 지천 유역의 하천 중심선과 유역 경계를 재구성하였다(Lehner et al., 2006).

2.2 지표종 선정 및 서식특성

어류 서식지 연속성 분석을 위해서는 대상 어종 선정이 필요하다. 본 연구에서는 금강 수계에 제한적으로 서식하고 있는 고유종이자 저서성 소형어류인 미호종개(Cobitis choii)를 대상으로하였다. 국립생물자원관에서 운영하고 있는 한반도의 생물다양성(https://species.nibr.go.kr)에서 제공하고 있는 정보에 따르면, 미호종개는 유속이 느리고 모래가 깔린 완만한 여울 구간에 주로 서식한다. 그러나 하천 공사, 수질 오염, 골재 채취 등으로 인한 서식지 파괴로 개체수가 급감하였으며, 현재는 백곡천, 갑천, 지천 등 금강의 일부 지류에서만 제한적으로 분포하고 있다. 2005년 천연기념물 제454호로 지정되었으며, 1997년 멸종위기종, 2005년에는 멸종위기야생동식물 I급으로 지정·보호되고 있다. 이러한 생태적 특성과 보전 필요성은 미호종개가 하천 서식환경 변화와 연결성 변화를 평가하는 데 적합한 지표종임을 시사한다.

미호종개의 서식지 연결성을 정량적으로 평가하기 위해 서식지 적합성 지수(Habitat Suitability Index, HSI)를 적용하였다. HSI는 미소서식지부터 전체 하천 구간에 이르기까지 다양한 공간적 규모에서 서식지 조건을 정량화하는 지표로, 수심, 유속, 수온과 같은 다양한 환경 요인을 고려하여 대상 종이 해당 서식지에서 생존할 가능성을 0에서 1까지의 값으로 제공한다(Padoan et al., 2025). 여기서, 값이 1에 가까울수록 해당 종의 생존 및 번식에 적합한 최적 서식지를 의미하며, 0에 가까울수록 서식이 어려운 환경임을 나타낸다. 미호종개의 경우, 수심 0.2 ~ 0.4 m 구간에서 HSI 값이 1의 최적 값을 보였고, 유속 0.1 ~ 0.3 m/s 범위에서 가장 높은 적합도를 나타낸다(Fig. 2).

Fig. 2.

Habitat Suitability Index (HSI) of Cobitis choii as a function of water depth and velocity

2.3 대상하천의 수문특성

본 연구에서는 연구대상 하천인 지천의 유량 특성을 분석하고 향후 서식지 연결성 분석에서 활용할 기준 유량을 마련하기 위해, 지천 하류에 위치한 부여군 지천교 수위-유량 관측소의 장기 수문 관측자료를 조사하였다. 하천 내 생태유량 및 서식지 연결성을 평가하기 위해서는 장기간의 연속적인 유량 자료가 필요하므로, 2000년부터 2024년까지 25년간의 일유량 자료를 수집·분석하였다.

관측수문자료를 활용한 유황분석 결과, 전체 지속기간(365일)을 기준으로 한 초과확률별 유량은 갈수량(Q355) 0.08 m³/s, 저수량(Q275) 0.90 m³/s, 평수량(Q185) 1.46 m³/s, 풍수량(Q95) 2.95 m³/s로 나타났다. 본 연구에서는 이와 같은 유황 특성을 향후 서식지 연결성 분석에서 서식지 면적을 비교 및 검토하기 위한 기준 유량으로 활용하였다(Fig. 3).

Fig. 3.

Flow duration curves (FDC) of Jicheon Bridge gauging station. Q95, Q185, Q275, and Q355 of the FDC represent the criteria for averaged-wet flow, normal flow, low flow, and drought flow, respectively

3. 연구방법론

본 연구에서는 하천에 설치된 보와 같은 횡단구조물이 생태계 연결성에 미치는 영향을 평가하기 위해 Fig. 4와 같은 연구 절차를 수립하였다. 이를 위해 수문, 하천지형 및 생태 자료를 수집하여 하천의 물리적 환경과 생태적 특성을 반영하였으며, 수리·수문 모델링 기반 접근법(A)과 연결성 지수기반 방법론(B)을 병행하여 서식지 연결성을 종합적으로 평가하였다(Fig. 4).

Fig. 4.

Integrated workflow for habitat connectivity assessment using Ecohydraulic modeling and connectivity index-based analysis

3.1 생태수리 모형을 이용한 서식지 연결성 평가

본 연구는 Kim et al. (2025)의 연구 방법을 참고하여 수리·수문 모형을 이용하여 하천의 서식지 연결성을 분석하였다. 수리·수문 모델링을 위해서는 분석에 필요한 기준유량 설정이 필요하다. 이를 위해 미국 육군공병단(U.S. Army Corps of Engineers)에서 개발한 HEC-EFM (Ecosystem Functions Model)을 활용하여 대상 어종의 생태유량을 산정하였다. HEC-EFM은 유량 변동에 따른 수생태계의 생태학적 반응 및 서식처 연결성 변화를 정량적으로 평가하는 데 활용되는 대표적인 생태·수문·수리 통합 모형이다.

생태유량 산정을 위해 2000년부터 2024년까지의 일유량 자료를 사용하였으며, 초과확률 10%의 7일 최소유량(7Q10) 방법을 적용하였다. 7Q10은 연속 7일 평균유량 중 최소값을 기준으로 산정한 10년 빈도 저유량으로, 수문학적 특성과 하천의 자정능력 등 수질 요인을 함께 고려하는 생태유량 산정 방법으로 널리 활용된다(Xu et al., 2019). 7Q10은 하천 생태계에서 가장 큰 스트레스가 작용하는 저수기 조건을 대표할 수 있어, 본 연구에서는 7Q10을 선호수심과 선호유속을 고려한 미호종개의 서식지 면적산정을 위한 생태학적 기준 유량으로 채택하였다.

지천의 7Q10은, 갈수량 0.08 m³/s와 저수량 0.90 m³/s 사이 값인 0.27 m³/s로 산정되었으며, 이를 대상 어종의 생태유량으로 설정하였다.

이후, HEC-RAS 모형에 기준유량을 적용하여 대상 하천의 수문지형학적 특성을 고려한 부등류 해석을 수행하였다. 부등류 해석 시 상류단 경계조건은 기준유량으로 설정하였으며, 하류단 경계조건은 수위-유량 관계식을 역산하여 도출한 기준유량 대응 수위를 적용하였다. 다음으로, 보에 의한 서식지의 연결성 분석을 위해서 HEC-RAS의 Mapper를 활용하여 두 가지 수리 모형을 구축하였다. 첫 번째 모형은 “지천 하천기본계획(MOLIT, 2011)”을 참고하여 총 40개의 보와 46개의 교량 등 주요 수리구조물을 포함한 지형모형을 구성하였다. 동일한 지형 조건을 유지한 상태에서 모든 보를 제거한 가상의 두 번째 모형을 추가로 구축함으로써 보의 유무에 따른 서식지 연결성 변화를 비교·분석하였다.

다음 단계로, HEC-GeoRAS와 HEC-GeoEFM을 활용하여 부등류 해석 결과를 2차원 공간정보로 변환하고, 유량 조건별 미호종개의 서식 가능 구역을 도출하였다. 또한, 하천의 지형적 특성을 반영하기 위해 전체 하도를 상류·중류·하류 3개 구간으로 구분한 뒤, 각 구간을 5개의 세부 구간으로 세분화하여 약 3 km 간격의 총 15개 구간 으로 공간 분석을 수행하였다.

마지막으로,기준유량을 적용한 분석 결과에서 산출된 서식지 면적을 기반으로, 생태수리 모형을 통해 산정된 서식지 크기와 서식지 개수 등을 고려하여 하천 서식지의 파편화 정도를 정량화하기 위해 RFI (River Fragmentation Index)를 산정하였다(Eq. (1)).

보 유무에 따른 RFI의 변화를 비교하여 연결성의 유지 또는 감소 정도를 나타내는 CRFI (Change of River Fragmentation Index)를 산정하였다. CRFI는 보가 존재하는 경우의 RFIpre와 보를 제거한 경우의 RFIpost를 이용해 계산된다. 양(+)의 값은 보 존치 시 서식지 연결성이 향상됨을, 음(-)의 값은 보 철거 시 연결성이 향상됨을 의미한다(Eq. (2)). 이러한 CRFI 값의 변동은 단순한 지수의 증감을 넘어, 보의 존재 유무에 따라 발생하는 수심 및 유속 분포의 변화, 흐름의 연속성 또는 단절 여부, 그리고 이에 따른 서식지 면적의 공간적 연속성 변화를 종합적으로 반영한다. 즉, CRFI는 보로 인한 수리·수문학적 조건 변화가 서식지 연결성에 미치는 물리적 영향을 정량적으로 나타내는 지표로 활용하였으며, 이를 통해 보 설치 전·후의 서식지 단절 및 연결성 변화를 체계적으로 평가하였다.

3.2 연결성 지수(Index) 기반 서식지 연결성 평가

하천의 구조적 및 기능적 연결성을 반영하여 서식지 연결성을 정량적으로 분석하기 위해, 본 연구에서는 지수 기반 연결성 평가가 가능한 네 가지 지수인 DCI, PCI, CAFI 및 IIC를 적용하였다. 먼저, 하천의 수계 네트워크와 횡단구조물과 담수어종인 미호종개를 고려하여 하천 전체에서의 보간 간격과 하천길이를 고려한 구조적 연결성을 정량화한 지수인 DCIP (Dendritic Connectivity Index: Potadromous application)를 사용하였다. Eq. (3)과 같이 계산되며, n은 횡단구조물의 개수, L은 전체 하천 길이, li는 i번째 하천 구간의 길이, lj는 j번째 하천 구간의 길이다. cij는 Eq. (4)와 같이 계산되며, 두 구간 i와 j 사이에 총 M개의 장벽이 존재한다고 할 때, 각 장벽 m의 상류 방향 통과확률 pmu 과 하류 방향 통과확률 pmd률 을 모두 고려한 통과확률로 정의된다(Cote et al., 2009). 본 연구에서는 구조물의 통과 확률을 상류 0.1, 하류 0.8로 적용하여 구조물이 하천 연속성에 미치는 저항 정도를 반영하였다.

다음으로 DCI에 어종의 횡단구조물 통과확률, 보에 의해서 구분된 구간 간 거리, 및 종별 생태적 특성을 추가로 반영하여 개체군 간 실질적 서식지의 연결 가능성을 평가하는 기능적 지수인 PCI (Population Connectivity Index)를 산정하였다. PCI는 Eq. (5)와 같이 계산되며, n, L, li, lj의 정의는 DCI와 동일하다. PCI에서의 주요 차이는 cij​이며, 이는 Eq. (6)과 같이 장벽의 통과확률 Bij와 대상어종이 일정 거리를 이동할 확률 PD, 그리고 두 개체군 i와 j 사이의 최소 하천거리 dij를 기반으로 산정된다(Rodeles et al., 2021). 본 연구에서는 능동 이동 개체(active disperser)의 분산 매개변수(param)를 0.8로 설정하였으며, 수동 이동 개체의 경우 상류 이동이 불가능하다는 가정 하에 paramu​=0, 하류 방향 이동 한계를 paramd​=3으로 적용하여 PD에 반영하였다.

횡단구조물에 의해 단절된 상류 유역 면적의 합을 전체 유역 면적으로 나누어 단절 비율을 산정하는 CAFI (Catchment Area-based Fragmentation Index)는 Eq. (7)와 같이 계산된다. 여기서, n은 횡단구조물의 개수, a_i는 i번째 횡단구조물의 유역면적, c_i는 횡단구조물의 통과 불가능성 점수, A는 유역면적을 의미한다(Jumani et al., 2022).

마지막으로 서식지 구간 간의 연결 여부를 0과 1로 판단하고, 서식지 면적과 네트워크 구조를 바탕으로 연결성을 정량화한 지수인 IIC (Integral Index of Connectivity)를 적용하였으며, Eq. (8)과 같이 계산된다. 여기서, a_i는 i구간의 서식지 면적, a_j는 j구간의 서식지 면적, nl_ij는 a_i와 a_j간 최단 경로 내 링크 수, A_L은 전체 분석 지역내 총 면적, n은 전체 서식지 면적의 수 이다(Pascual-Hortal and Saura, 2006).

아울러, 하천의 경사와 흐름 방향 분석을 위한 Digital Elevation Model (DEM) 자료를 함께 고려하여 공간적 특성을 반영하였다. 이러한 공간 정보와 네 가지 연결성 지수(DCI, PCI, CAFI, IIC)는 riverconn 패키지(Baldan et al., 2022)를 이용하여 산정하였다. 이를 통해 횡단구조물 배치와 하천 네트워크 구조가 서식지 연결성에 미치는 영향을 평가하였다.

4. 연구 결과

4.1 CRFI 기반 서식지 연결성 변화 특성

생태수리 모형을 활용하여 미호종개의 생태유량 조건에서의 보 설치 유무가 서식지 연결성에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 하천 구간을 약 3 km 구간 내에서 등간격으로 15개 구간으로 구분하고, 각 구간별로 서식지 연결성 지수 CRFI를 산정하였다(Fig. 5).

Fig. 5.

Segmentation of the Jicheon Stream into upper, middle, and lower reaches and 15 subsections for hydrologic–hydraulic assessment

CRFI 산정된 결과는 상류, 중류, 하류로 구분하여 구간별 서식지 연결성 변화를 정량적으로 평가하였으며, 또한 각 구간의 보 규모 및 물리적 특성(폭, 너비, 높이, 부피)을 함께 고려하여, 보 설치 유무에 따른 연결성 변화를 통합적으로 분석하였다(Table 1).

상류 구간(1~5번)은 중·하류 구간에 비해 보 개수가 많고 대부분 양(+)의 CRFI 값으로 분석되었으며, 보 존치 시 하천 내 유속과 수심이 안정적으로 유지되어 서식지 연결성이 향상되는 것으로 분석되었다. 이는 상류 지역의 보가 유량 조절과 하상 안정화에 기여하여 서식처 연결성에 긍정적인 영향을 미친 결과로 판단된다.

중류 구간에서는 보가 설치된 6구간이 양(+)의 CRFI 값을 보인 반면, 보가 존재하는 8구간은 음(-)의 값으로 나타나 상반된 분석 결과를 보였다. 이러한 차이는 직전 구간의 보 존재 여부와 존치된 보의 규모 차이에 따른 영향으로 판단된다. 특히 8구간은 보 높이 1.5 m 이상, 부피 150 m³ 이상의 대형 보가 위치한 구간으로, 이러한 구조물이 하천의 흐름 단절과 정체를 유발하여 서식지 연결성을 저해한 주요 요인으로 분석된다 또한 7, 9, 10구간은 보가 설치되지 않은 구간으로, 다른 구간에 비해 CRFI 변화 폭이 작게 나타나, 보가 없는 구간에서는 서식지 연결성의 변동성이 낮은 경향을 보였다.

하류의 12, 13구간에서는 음(-)의 CRFI 값으로 분석되었으며, 특히 보의 규모가 가장 큰 13구간에서 가장 낮은 CRFI 값으로 분석되었다. 다음으로 낮게 분석된 12구간은 보가 설치되어 있지 않지만, 13구간의 대형 보로 인한 수리적 영향이 인접 구간까지 확산되면서 음(-)의 CRFI 값이 산정된 것으로 판단된다.

11구간은 하류 구간 중 가장 많은 수의 보가 분포하고 있으나, CRFI 값이 양(+)으로 분석되었다. 이는 소형 보의 존재가 국지적으로 수심을 유지하고 유량의 안정성을 확보함으로써, 서식 공간 유지에 긍정적으로 작용한 결과로 판단된다. 보가 설치되지 않은 14구간과 15구간은 중류 구간과 마찬가지로 CRFI 변화가 거의 나타나지 않아, 다른 구간에 비해 서식지 연결성의 변동 폭이 매우 작게 분석되었다.

4.2 연결성 지수를 통한 서식지 연결성 평가

본 연구에서는 하천에 설치된 횡단구조물이 서식지 연결성에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해 학술적으로 검토된 4개의 연결성 지수인 DCI, PCI, IIC, CAFI를 적용하였다. 이를 위해 총 40개의 횡단구조물을 분석대상으로 구축하였으며, 이 중 구조물 간 거리가 매우 가까워 사실상 단일 구조물로 기능하는 경우와 상류 말단부에 위치하여 하천 네트워크의 연결 구조에 실질적으로 기여하지 않는 구조물은 분석에서 제외하거나 병합하였다. 최종적으로 23개의 횡단구조물이 지수 기반 연결성 평가에 활용되었다(Fig. 6).

Fig. 6.

Locations and IDs (1–23) of hydraulic structures used for the index-based connectivity analysis

연결성 지수를 활용한 분석 결과, 횡단구조물의 연결성 지수는 DCI가 0.18 ~ 35.76, IIC가 0.17 ~ 39.41, PCI가 0.18 ~ 31.43, CAFI가 0.10 ~ 38.85 범위로 나타나 구조물 간 영향의 차이가 매우 크가 나타났다(Table 2).

이 중 16번, 17번, 18번, 19번 구조물은 네 지수 모두에서 consistently 높은 값을 보여 하천 연결성을 가장 크게 저해하는 주요 구조물로 확인되었다. 특히 17번 구조물은 DCI 35.76, IIC 39.41, PCI 31.43, CAFI 38.85로 네 지수 중 가장 높은 값을 기록하며 전체 네트워크 단절의 핵심 요인으로 나타났다.

19번과 18번 구조물도 모든 지수에서 상위 값을 나타내어 높은 단절 효과를 보였으며, Fig. 7의 공간 분포에서도 이러한 영향이 뚜렷하게 확인된다. 이는 네 지수가 서로 다른 산정 방식과 개념적 기반을 갖고 있음에도 불구하고, 영향이 큰 횡단구조물을 일관되게 식별한다는 점을 보여준다.

Fig. 7.

Spatial distribution of river connectivity Indices ((a) DCI, (b) PCI, (c) IIC, (d) CAFI)

4.3 우선순위 구간 보철거 시나리오에 따른 서식지 연결성 개선 효과

지수 기반 분석 결과를 바탕으로 보 철거 우선순위가 높게 평가된 두 개 구간을 선정하였으며, 해당 지역을 대상으로 생태수리 모델링을 적용하여 동일 지점의 보 철거 시나리오를 모의하였다. 보 철거 전후의 흐름 특성과 서식지 연결성 변화를 정량적으로 평가하기 위해, 지수기반 방법과 생태수리 모델링을 통해 산정된 보 철거 시 우선순위가 높은 8번 구간과 13번 구간의 보를 제거하여 CRFI 지수의 변동 양상을 분석하였다.

8번 구간과 13번 구간을 약 1 km 간격으로 세분화하여 구축하고, 이들 구간을 대상으로 생태수리 모형을 적용하여 보 철거 전후의 흐름 특성 변화와 서식지 연결성 개선 효과를 정량적으로 분석하였다(Fig. 8).

Fig. 8.

Identification of priority reaches for weir removal using hydrologic–hydraulic modeling and index-based habitat connectivity assessment (detailed views for Sections 8 and 13)

분석 결과, 보 철거 시나리오별 CRFI 분석 결과, 철거 구간 및 인접 구간에서의 서식지 연결성 변화 양상은 구간별로 상이하게 분석되었다(Table 3).

S. 8-2 구간의 보를 철거한 경우, 상류 구간인 S. 8-1에서 CRFI가 -75%로 감소하여 보 철거 시 서식지 연결성이 현저히 향상되는 것으로 분석되었다. 반면, 철거 구간인 S. 8-2에서는 -6%로 비교적 적은 변화가 분석되었으며, 하류 구간인 S. 8-3에서는 CRFI의 변화가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 보 철거로 인한 수리적 영향이 하류보다 상류 방향으로 우세하게 전달되어, 상류부에서 서식지 연결성이 개선된 결과로 분석된다.

S. 8-3 구간의 보를 단독으로 철거한 경우에도 유사한 경향으로 분석되었다. 직전 구간인 S. 8-2에서 CRFI가 -19%로 감소하여 상류 구간의 서식지 연결성이 개선되었으며, 철거 구간인 S. 8-3에서는 +5% 정도 증가하였으며, 비교적 적은 변동성으로 분석되었다.

S.8-2와 S.8-3 두 구간의 보를 동시에 철거한 경우, 상류 구간인 S.8-1에서 CRFI가 -75%, 철거 구간인 S.8-2에서 -28%로 각각 감소하여, 두 구간 모두에서 보 철거에 따른 서식지 연결성의 뚜렷한 개선 효과가 확인되었다. 반면 하류 구간인 S.8-3에서는 +2%로 미세한 증가가 나타나, 보 철거의 직접적인 영향은 주로 상류 방향으로 확산되는 경향을 보였다. 이러한 결과는 보의 철거가 하류보다는 상류 구간의 수리·수문학적 특성에 더 큰 영향을 미치며, 복수 보의 동시 철거 시 상류 전반의 흐름과 서식지 연속성이 유의미하게 개선됨을 시사한다.

하류 구간의 S. 13-3 보 철거 시에는 CRFI 변화 폭이 가장 크게 분석되었다. 철거 구간인 S.13-3에서 -74%, 상류 인접 구간인 S.13-2에서 -61%로 감소하여, 하류부 대형 보 철거 시 수리적 영향 범위가 상류 방향으로 광범위하게 확산되며, 서식지의 종적 연결성이 현저히 개선되는 경향이 확인되었다.

해당 구간의 보 규모는 폭 1.5 m, 길이 173.2 m, 높이 1.5 m, 부피 397.4 m³로 세 구간 중 가장 큰 보의 규모를 가지며, 보 규모가 클수록 서식지 연결성 개선 효과가 뚜렷하게 나타나는 경향을 보였다.

분석결과를 종합할 때, 보 철거에 따른 서식지 연결성 개선 효과는 철거 구간 자체보다 상류 인접 구간에서 더욱 뚜렷하게 나타났으며, 보의 규모가 클수록 수리·수문학적 영향 범위가 확대되는 양상을 보였다.

5. 결 론

본 연구에서는 하천에 설치된 각종 횡단구조물이 서식지 연결성에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해 수리-수문 모델링 기반 접근과 지수 기반 연결성 분석을 통합적으로 수행하였다. 금강 지류인 지천을 대상으로 실제 보 제원, 지형자료, 장기 유량자료, HSI 기반 서식환경 정보를 활용하여 연결성 단절 정도를 다각적으로 분석하였으며, 두 방법론의 결과를 비교·검토한 후 보 철거 시나리오를 적용하여 개선 효과를 검증하였다.

첫째, 수리-수문 모델링 결과에서는, 보의 설치 여부는 구간별로 유속과 수심에 서로 다른 영향을 주는 것으로 나타났다. 상류에서는 규모가 작은 보가 서식지에 필요한 유량을 안정적으로 유지함으로써 서식지 연결성이 오히려 향상되었지만, 중·하류의 대형 보가 있는 구간에서는 흐름이 단절되면서 CRFI가 -30% 이상 감소하는 등 서식지가 뚜렷하게 단절되는 현상이 확인되었다. 또한 보를 제거하는 시나리오를 적용해본 결과에서는, 보 철거의 효과는 철거 지점보다 보의 상류 구간에서 더 크게 나타났으며, 보의 규모가 클수록 상류 방향으로 전달되는 개선 효과가 더 크고 넓게 확산되는 경향을 보였다.

둘째, 연결성지수 기반 분석에서도 수리-수문 모델링과 동일한 위치에서 서직지의 연결성이 낮은 것으로 분석되었다. DCI, PCI, IIC, CAFI 모두 구조물 간 값의 편차가 크게 나타났으며, 이는 보의 규모와 위치에 따라 단절 영향이 크게 달라짐을 의미한다. 그중 16번, 17번, 18번, 19번 구조물은 네 지수에서 일관되게 높은 단절 효과를 보여, 규모가 크거나 하천이 유입되는 구간에 위치한 보가 전체 연결성을 저해하는 주요 요인임을 확인하였다.

셋째, 두 가지의 접근법 모두에서 동일하게 연결성이 크게 저하된 것으로 나타난 8번 구간과 13번 구간을 대상으로 보 제거 효과를 분석하였다. 모델링 결과, 두 구간에서 보를 제거하면 철거 지점보다 보의 상류 구간에서 서식지 연결성이 크게 개선되는 결과가 공통적으로 나타났다. 특히 8번 구간에서는 상류 구간의 연결성이 크게 증가했고, 13번 구간에서는 보의 제원이 큰, 대형 보를 제거할 때 상류 전반에 걸쳐 개선 효과가 가장 크게 확산되었다. 이로부터 두 방법 모두가 지적한 문제 구간을 실제로 철거했을 때, 상류 방향의 흐름 회복과 서식지 연결성의 개선 효과가 뚜렷하게 나타난다는 점을 확인할 수 있었다.

종합적으로 볼 때, 두 가지의 연결성 평가 방법은 서로 다른 접근법을 사용하고 있음에도 높은 일관성과 상호 신뢰성을 확보하고 있으며, 서식지 연결성 평가에서 두 방법의 병행 적용이 효과적임을 확인하였다. 생태수리 모델링과 연결성 지수 기반 분석은 유사하게도 서식지의 공간적 단절 패턴을 보였으며, 서로의 장점을 보완하여 하천 단절 구간을 정량적으로 진단하고 복원 효과를 예측하는 데 활용 가치가 높은 접근법으로 판단된다. 본 연구는 이를 바탕으로 보 철거 우선순위를 제시하였으며, 향후 하천 복원사업의 계획 수립 및 통합적 생태건강성 관리 전략 마련에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.