Research Article

Journal of Korea Water Resources Association. March 2021. 191-201
https://doi.org/10.3741/JKWRA.2021.54.3.191

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 연구방법

  •   2.1 연구대상 유역 및 분석자료

  •   2.2 분석방법

  • 3. 하천생태계에 필요한 환경유량 및 서식처 분석결과

  •   3.1 댐 건설에 의한 서식처 조건별 환경유량 변화 분석

  •   3.2 댐 건설에 따른 하도 서식처 변화 분석

  • 4. 결 론

1. 서 론

우리나라는 1970년대 이후 급속한 경제발전에 따른 도시화로 인해 많은 하천이 자연하천의 모습은 사라지고 이수와 치수 기능 위주의 인공적인 하천의 모습으로 변형되었다(Sung et al., 2005). 도시하천으로 개발되고 치수기능의 확보를 위해 개수된 하천의 경우에는 하천구역에 많은 인공구조물의 건설 및 친수시설의 설치로 인해 본래 자연상태의 하천으로 완벽하게 회복될 수 없다는 한계점을 갖고 있으므로 지금이라도 자연과 인간이 함께 어우르고 유기적으로 공존하며 서로에게 도움을 주는 방향으로 발전해야 한다. 결국, 공학적 기능을 가능한 유지 하면서 하천에 서식하는 생물 서식처의 자연적 기능이 되살아나게 해야 하는 복합적 목적을 갖춰야 한다(Kim et al., 2007).

댐 건설로 하류의 유량이 감소함에 따라 어류의 다양성과 개체수가 감소하게 되면서, 어류 생태서식처를 보전하기 위한 최소한의 유량인 환경유량을 평가하게 되었으며(Woo et al., 2018), 환경유량에 대한 관심이 높아짐에 따라 이를 산정하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다.

환경유량을 산정하는 다양한 방법 중 하나인 서식처 분석방법은 유지유량증분법(Instream Flow Incremental Methodology, IFIM) 개념을 도입한 어류의 물리서식처를 모의하는 방법으로, 대표적으로 물리서식처모의시스템(Physical Habitat Simulation Model, PHABSIM)을 활용한 어류서식처 분석방법이 있다. 물리서식처 모형이 갖는 단점을 극복하기 위해 2차원 수리동역학적 모델을 구축하여 하천의 구조물, 지류하천의 유입 등에 따른 보다 섬세한 어류 서식처 모의 등 하천생태계를 평가하기 위한 연구도 진행되고 있다(Scruton et al., 2002; Lee et al., 2006; Yi et al., 2010; Lee et al., 2010; Park et al., 2020). 위와 같은 방법의 경우 현장조사가 필요하며 어류만을 대상으로 하므로 하천생태계에 필요한 환경 유량을 평가하는데 물리적 한계점을 갖고 있다.

어류뿐만 아니라 하천생태계의 다양한 수생생물을 고려하기 위한 연구도 진행되고 있다. Kang et al. (2010)은 하천의 도입 가능한 식생 영역을 분석하기 위해 식생의 Life Cycle을 분석하여 HEC-EFM (Ecosystem Functions Model)에 적용하여 환경유량을 산정하였으며, Julian et al. (2016)은 Connecticut 강 본류와 지류 하천인 Farmington 강의 수문환경 변화 및 경향을 HEC-EFM을 활용하여 분석하여 저수지 운영곡선을 기반으로 저류 및 방류와 관련된 합리적인 의사결정 방법에 대해 설명하였다.

하천생태계는 수생생물과 밀접하게 상호 영향을 주고받으며 자연과 인간에게 제공하는 서비스가 다르기 때문에 하천에 서식하는 수생생물의 생존과 번식을 위한 특징을 정확하게 분석되어야 하나, 우리나라의 하천복원을 위한 환경유량 평가와 관련된 대부분 연구는 어종 만을 대상으로 이루어지기 때문에 하천생태계를 구성하는 다양한 수생생물을 고려한 연구는 부족한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 하천의 다양한 수생생물을 고려하여 하천생태계에 필요한 환경유량을 종합적으로 평가하고자 하였다. 이를 위해 HEC-EFM 프로그램을 활용하여 하천에 서식하는 어류와 하천 주변에 서식하는 식생의 활착을 위한 서식조건과 유량조건을 적용하여 분석하였다. 특히, 유역에 댐이 건설된 경우를 선정하여 댐 건설 전후 환경유량의 변화를 추정하였으며, 생태계 기능 모의를 통해 평가된 환경유량과 GIS (Geographical Information System) 기반 공간분석을 통해 댐 건설 전후 하천 수생생물의 서식처 변화를 분석하였다.

2. 연구방법

2.1 연구대상 유역 및 분석자료

본 연구는 댐 건설에 따른 하천생태계의 서식처 변화를 살펴보기 위해, 낙동강의 제1지류 하천인 감천을 연구대상 유역으로 선정하였다. 전체 하도 구간 중 경상북도 김천시 조마면, 구성면 경계로부터 낙동강 합류 전까지의 국가하천 구간을 분석대상 구간으로 결정하였다(Fig. 1). 생태계 기능 모의를 위한 수문기상자료 구축은 낙동강홍수통제소에서 제공하는 수위-유량 연보를 통해 감천 하류에 위치한 선산관측소(선주교)의 2007년부터 2019년까지 수위 및 유량자료를 수집하였다. Cho et al. (2019)에 따르면 감천유역의 경우 2007년부터 2018년까지 표준강수지수(Standard Precipitation Index, SPI) 산정하여 비교한 결과, 댐 건설 전후 기상변화가 뚜렷하지 않아, 본 연구에서도 선행연구를 참조하여 기간 분리하였으며, 김천부항댐이 준공된 2013년 12월을 기점으로 댐 건설 전(2007 ~ 2013년)을 자연유출량(Natural Flow) 조건으로 댐 건설 후(2014 ~ 2019년)는 댐의 방류량에 의해 하천유량이 조절되는 조절유량(Gaged Flow)으로 구분하였다.

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Fig. 1.

Location of hydro-meteorological station and Gimcheonbuhang dam

2.2 분석방법

김천부항댐 건설에 따른 하천생태계에 필요한 환경유량 변화분석은 미육군공병단(United States Army Corps of Engineers, USACE)에서 개발한 HEC-EFM을 활용하였으며, 분석 과정은 Fig. 2와 같이 통계분석, 수리해석, 지형공간분석의 순서로 진행된다. 본 연구에서는 HEC-EFM의 입력변수로 선산관측소(선주교)의 수위, 유량자료와 수생생물의 서식조건을 적용하여 환경유량을 평가하였으며, HEC-GeoRAS와 HEC-GeoEFM과 연계하여 하천구역 내에서의 공간분석을 통해 서식처 평가를 수행하였다(Fig. 2).

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Fig. 2.

Detailed inputs variables and analysis sequence for the modeling process using EFM

2.2.1 생태계 기능 모델(Ecosystem Functions Model, EFM)

생태계 기능 모델은 하천생태계의 유황 변화와 수생생물의 서식조건을 고려하여 건강한 생태계 유지를 위해서 필요한 환경유량을 정량적으로 평가하는 모델로서, 수생생물의 서식환경에 따른 입력변수는 크게 통계해석변수(Statistical queries), 지리정보변수(Geographical queries), 생태관련변수(Ecological queries) 등 3가지로 구분되며 수생생물의 종류에 따라 모의에 필요한 입력자료를 적용해야 한다(Hickey et al., 2015; USACE, 2017).

통계해석변수로서 수문환경(유량)과 생태계의 관계를 정의하기 위해서는 모의기간(Season), 지속기간(Duration), 변화율(Rate of change), 초과확률(Percent exceedance)을 사용하여 해당 기준을 충족하는 흐름과 수위를 계산하기 위한 정보를 필요로 한다. 통계해석변수의 분석방법은 다음과 같다. 모의기간은 가장 직관적인 매개변수로서 어류의 산란 또는 식생 발아 등 시작일과 종료일을 지정하여 분석한다. 모의기간이 설정되면, 지속기간을 통해 분석 간격을 설정하며 1차 유량계열 조건을 설정하여 계산하고, 계산된 값 중 2차 유량계열 조건을 통해 단일 값을 도출한다. 변화율은 수위수문곡선의 감수곡선과 관련된 생태학적 변화를 분석하며, 모의기간의 종료일부터 지정된 임계값을 기준으로 비교 계산하며, 전체 분석기간에 대하여 반복과정을 통해 사용자가 원하는 기준의 환경유량을 도출한다.

생태계입력변수는 수생생물의 성공적인 서식을 위한 가설조건을 입력하여 여러 가지 가설조건에 따른 하천생태계의 변화를 분석할 수 있다.

2.2.2 하천생태계 기능모의를 위한 대상종과 입력변수

감천에 서식하는 하천생태계 기능 모의를 위한 대상으로 어류 및 하천 주변 식생(Riparian tree)을 분석대상으로 하였으며, 어류의 경우 MOLIT (2010)을 참조하여 감천의 우점종인 피라미(Zacco Platypus)와 보호종인 긴몰개(Squalidus gracilis majimae)를 선정하였다.

본 연구에서 어류의 경우 산란기를 모의 기간으로 적용하였으며, 하천 주변 식생의 경우 식생 이입 분석(Riparian tree Recruitment)과 식생 침수 분석(Riparian tree Inundation)을 수행하였다. 하천생태계 기능 모의를 위한 각 수생생물의 서식조건(모의기간, 지속기간, 초과확률, 변화율, 가설조건)은 Table 1과 같이 적용하였다.

Table 1.

Gam River ecosystem’s input data for EFM simulation (Season, Duration, Exceedance, Rate of change, Hypythesis Tracking)

Relationships Season Duration Exceedance Rate of change Hypothesis Tracking
Zacco Platypus Spawning Habitat 6 ~ 8 (Month) 8 Days 3Year/(33%) - 3 m3/s
Squalidus gracilis majime Spawning Habitat 5 ~ 6 (Month) 2 Days 3Years/(33%) - 11 m3/s
Riparian tree Recruitment 3 ~ 11 (Month) - 5Years/(20%) 0.3 m/7Days (Falling) Increased Flow
Riparian tree Inundation 7 ~ 9 (Month) 21 Days 2Years/(50%) - Decreased Flow

파라미의 모의기간은 산란기 6 ~ 8월로 지정하였으며(Byeon, 2011), 지속기간은 알에서 부화한 후 난황을 흡수하는데 소요되는 기간인 8일로 하였다. 또한 피라미가 적어도 평균수명인 3년 동안 한번 산란할 확률인 33%를 초과확률로 분석하였으며, 가설조건은 선행연구를 참조하여 감천에 서식하는 피라미의 최적유량인 3 m3/s을 적용하였다(Park et al., 2020).

긴몰개의 모의기간은 산란기 5 ~ 6월로 지정하였으며(Park et al., 2005), 지속기간은 알에서 부화한 후 난황을 흡수하는데 소요되는 기간인 2일로 하였다. 초과확률은 피라미와 동일하게 적용하였으며, 가설조건은 선행연구를 참조하여 감천에 서식하는 긴몰개의 최적유량인 11 m3/s을 적용하였다(Park et al., 2020).

하천 주변에 서식하는 식생 이입(Riparian tree Recruitment)의 모의기간은 유출량이 매우 적은 겨울을 제외한 3 ~ 11월로 적용하였으며, 식생 이입이 자연적으로 유지되려면 적어도 5년에 한 번 고수위가 발생하는 조건을 설정하였다. 변화율은 발아 후 수위가 주당(7일) 0.3 m 이상 떨어지면 생존 가능성이 낮아지질 수 있다는 EFM 매뉴얼에 제시된 조건을 바탕으로 설정하였으며, 변화율의 조건으로 식생의 발아는 유량 증가가 가져오는 순효과를 가설조건으로 설정하였다.

식생침수는 홍수가 발생할 확률이 높은 홍수기인 7 ~ 9월로 설정하였으며, 종에 따라서 다소의 차이는 있지만, 식생이 적어도 21일 동안 침수되면 생존 가능성이 낮아질 수 있다는 연구결과를 바탕으로 분석대상 지속기간을 21일로 설정하였다. 또한, 홍수기에는 유량이 감소할수록 식생이 침수될 가능성이 적어지므로 유량 감소가 가져오는 순효과를 가설조건으로 설정하였다.

3. 하천생태계에 필요한 환경유량 및 서식처 분석결과

3.1 댐 건설에 의한 서식처 조건별 환경유량 변화 분석

댐 건설은 하천의 생태계뿐만 아니라 수질 및 유황과 같은 수문환경과 하천지형의 변화에도 엄청난 영향을 미친다. Cho et al. (2019)는 김천부항댐 건설에 따른 감천에서의 수질변화, 하상변화, 생태적 건강성 변화 등을 분석하여 제시하였다. 댐의 건설은 궁극적으로 하천의 자연유황에 큰 변화를 가져오며, 이러한 유황의 변화는 하천생태계의 서식조건, 생태기능유지를 위해서 필요한 환경유량의 변화를 발생시킨다.

하도내 서식하는 수생생물의 서식조건을 고려하여 댐 건설 전후에 따라 환경유량의 변화를 살펴보았다(Table 2). 김천부항댐 건설 이후 댐에 의한 홍수조절 및 유지유량 방류로 인해 식생 이입을 제외한 나머지 수생생물의 서식조건별 환경유량은 감소한 것으로 나타났다. 어류의 경우 환경유량의 변화를 보면, 피라미의 경우 유량이 댐 건설 전 11 m3/s에서 댐 건설 후 6 m3/s으로 5 m3/s가 감소하였으나, 생태계변수로 설정된 가설조건인 피라미 최적유량인 3 m3/s에 근접하여 댐 건설에 따른 긍정적인(Positive) 변화로 나타났다. 긴몰개의 경우 유량이 댐 건설 전 5 m3/s에서 댐 건설 후 4 m3/s으로 1 m3/s가 감소하여, 생태계변수로 설정된 가설조건인 긴몰개 최적유량인 11 m3/s와 더욱 차이가 발생해 댐 건설에 따른 부정적인(Negative) 변화로 분석되었다. 즉, 어종에 따라서 댐 건설이 주는 변화는 긍정적일수도 있고 부정적일수도 있음을 파악할 수 있다. 식생 이입의 경우, 댐 건설 이후 계산된 환경유량이 댐 건설 전에 비해 26 m3/s 증가하여 식생 이입 입력변수는 긍정적인 변화가 나타났다.

식생 침수는 주로 홍수기에 발생하며, 유량이 감소할수록 식생이 침수될 가능성이 적어서 생존가능성을 높인다. 댐 건설 이후 식생 침수 조건의 유량이 댐 건설 전에 비해 3 m3/s 감소하여 식생 침수와 관련된 유량변화는 댐 건설로 인한 홍수조절에 따라서 긍정적인 변화가 나타났다.

Table 2.

Statistical results of environmental flow assessment for different river ecosystem

Relationships Pre-dam Post-dam Change
Stage (m) Flow (m3/s) Stage (m) Flow (m3/s)
Zacco Platypus Spawning Habitat 32.7 11 32.4 6 Positive
Squalidus gracilis majime Spawning Habitat 32.1 5 32.3 4 Negative
Riparian tree Recruitment 33.4 27 32.8 53 Positive
Riparian tree Inundation 33.5 15 32.1 12

3.2 댐 건설에 따른 하도 서식처 변화 분석

3.2.1 수생생물의 서식처 변화

감천에 서식하는 수생생물의 서식처 분석을 위해 Fig. 3과 같이 하천에서의 유량, 유속, 수심 등을 계산하기 위한 수리모형과 함께 수생생물의 서식지를 수치적으로 구현하기 위한 GIS 모형을 구축하였다.

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Fig. 3.

Flow chart of analysis on Hydrobios habitat change

수생생물 조건에 따라 HEC-EFM에서 계산된 환경유량에 해당되는 하천수위를 산정하기 위해 HEC-RAS를 활용해 분석하였다. HEC-RAS에서 모의한 결과를 바탕으로 HEC-GeoRAS에 적용하여 수생생물의 하도구간내 서식처를 수치적으로 구현하였다. HEC-RAS의 모델 구축은 MOLIT (2010)을 바탕으로 진행하였으며, 부등류해석을 위한 조도계수는 국가하천 기점부터 감천대교까지 0.033, 감천대교부터 농소-어모 교량까지는 0.31, 농소-어모교량부터 감포교까지는 0.028, 감포교부터 낙동강합류전까지는 0.024 값을 적용하였다. 상류단 경계조건은 HEC-EFM에서 계산된 환경유량을 적용하였고 지류하천이 합류하는 지점의 경계조건은 MOLIT (2010)의 합류 구간별 빈도별 홍수량 및 갈수량 비율을 계산하여 비유량의 개념으로 적용하였으며, 하류단 경계조건은 HEC-EFM에서 산정된 환경유량별 계산된 수위 값을 적용하였다.

Fig. 4는 수생생물의 서식조건별 환경유량을 HEC-RAS에 적용하여 분석된 결과 값을 HEC-GeoRAS에 적용하여 하도 구간의 가용서식처를 도시한 결과이며, HEC-GeoEFM과 연계하여 수생생물의 하도내 가용서식처 면적을 계산하였다(Table 3). 모든 분석은 댐 건설 전과 후로 분리하여 평가함으로써 댐 건설에 따른 하도내 서식처의 변화를 추정하고자 했다. 피라미와 긴몰개의 산란기 서식처는 댐 건설 후 23.6%, 7.9% 감소한 것으로 나타났으며, 반대로 식생 이입은 23.5% 증가하였고 홍수기에 식생이 침수되는 면적은 14.6% 감소한 것으로 나타났다.

즉, 피라미와 긴몰개의 경우 산란기 서식처 모의기간인 5 ~ 8월은 홍수기를 포함하지만, 김천부항댐 건설 이후에는 홍수조절효과로 인해 하도내의 서식처가 감소하는 것으로 나타났다. 반면 식생 관련 입력변수는 긍정적인 변화가 나타났다. 식생 이입의 모의기간은 겨울을 제외한 3 ~ 11월로 댐 방류량 조절로 인한 규칙적인 흐름이 생성되었으며, 식생 침수 변수는 홍수기에 댐에 의한 고유량 조절로 식생이 침수되는 면적이 감소하는 것으로 나타났다.

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Fig. 4.

EFM-RAS-GeoRAS combined modelling results of unsteady flow for each flowrate (before & after dam)

Table 3.

Calculation results of habitat area using HEC-GeoEFM

Relationships Pre-dam
(km2)
Post-dam
(km2)
Change of Habitat area
(km2)
Change of Habitat area
(%)
Zacco Platypus Spawning Habitat 2.43 1.85 -0.85 -23.6
Squalidus gracilis majime Spawning Habitat 1.73 1.59 -0.14 -7.9
Riparian tree Recruitment 3.67 4.53 0.86 23.5
Riparian tree Inundation 2.85 2.43 -0.42 -14.6

3.2.2 어류의 최적 선호수심을 고려한 서식처 모의

HEC-EFM에서 산정된 환경유량은 하천의 지리정보변수를 반영하지 않고 통계해석변수만을 고려하여 산정된 값으로서, 지리정보변수를 표현하기 위해서는 GIS와 연계한 공간분석이 필요하다. 감천 국가하천 구간에 대한 Tin 파일의 고도정보를 기반으로 피라미와 긴몰개가 산란기에 선호하는 수심을 적용하여 선호하는 서식처에 대한 모의를 수행하였다.

피라미가 부화하는 곳은 물살이 느리고 바닥에 모래나 자갈이 깔린 곳으로 물의 깊이가 5 ~ 10 cm 되는 곳이며(Byeon, 2011), 긴몰개는 얕은 물 속의 수초에 난을 붙이는 종으로 밝혀진 바 있어(Park et al., 2005), 피라미와 긴몰개가 산란기에 선호하는 수심인 0.05 ~ 0.10 m를 추가로 적용하여 전체 하도구간에 대한 선호서식처 면적의 변화를 분석하였다(Fig. 5).

산란기에 선호하는 수심을 적용한 긴몰개의 산란기 서식처는 댐 건설 이후에 각각 7.61%, 10.88% 감소한 것으로 나타났으며, Table 2에서와 같이 산정된 환경유량의 감소로 인해 선호수심을 고려한 산란기 서식처 면적도 감소한 것으로 판단된다(Table 4).

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Fig. 5.

Spawning habitat area and location considering the preferred depth of each target fish

Table 4.

Calculation of Fish's Spawning habitat area considering each species' suitable criteria

Relationships Pre-dam
(km2)
Post-dam
(km2)
Change of Habitat area
(km2)
Change of Suitable Habitat area
(%)
Zacco Platypus Spawning Habitat 0.2944 0.2720 -0.0224 -7.61
Squalidus gracilis majime Spawning Habitat 0.2464 0.2196 -0.0268 -10.88

3.2.3 어류의 서식처 연결성 분석

유역의 개발, 하천개수, 치수계획의 수립 등으로 인해 하도내 인공 수리구조물 건설이 불가피한 상황이 되었다. 하지만 이러한 하도의 인공수로화 과정으로 인해 하도내에 서식하는 생태계의 서식처 연결성 감소는 많은 수생생물의 생존에 큰 위협으로 나타나고 있는 현실이다. 과거의 서식처 분석은 어종별 물리적 서식공간의 면적을 평가하는 수준에서 진행되었지만, 서식처의 면적(Area)과 함께 서식공간의 질(Quality)을 평가하는 것이 매우 중요한 요소로 이와 연계되어 하천복원의 우선순위와 방향을 정할 때 서식처 연결성의 중요성에 대해 점점 더 많이 인식되고 있다(Merenlender and Matella, 2013; Roy and Le Pichon, 2017).

서식처 연결성의 개념은 Levins (1969) 이후, 1970년대 공간적 구조가 개체군의 역동성에 영향을 끼친다는 이론에 근거하여 발전해왔으며(Turner, 2005; Angold et al., 2006; Song et al., 2013), 더 나아가 패치(Patch)에 대한 개념이 도입되었다. 서식처 연결성의 기본 요소인 각각의 패치는 경계를 통해 물질과 에너지가 이동되며, 인접한 패치는 동일한 특성을 갖고 있다. 서식처 연결성이 높으면, 패치 사이에 서식하던 개체군의 이동이 활발해지며, 생존가능성이 높아진다. 반면, 서식처 연결성이 낮아 패치가 서로 단절되면, 패치 사이에 서식하는 수생생물의 이동이 제한됨에 따라 잦은 절멸현상이 일어나 생존가능성이 낮아진다.

본 연구에서는 HEC-GeoEFM을 활용하여, 감천유역의 국가하천 구간을 Fig. 6과 같이 상류, 중류, 하류로 나누어 구간 별 서식처 연결성을 분석하였다. 본 연구의 대상인 감천 국가하천 구간을 3개의 구간으로 나눈 후에 서식처 연결성 분석결과를 구체적으로 도시하기 위하여 구간별 대표지점(A, B, C)을 선정하였다.

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Fig. 6.

Stream segment and location for habitat connectivity analysis of Gam River

서식처 연결성은 패치 크기(Patch size)와 패치 수(Patch rank)로 평가되어 나타내며, 꼭 비례관계가 성립하진 않는다. 피라미와 긴몰개의 선호수심을 고려한 산란기 서식처 연결성 분석결과는 패치 크기가 100 m2 이상을 대상으로 하였으며, Fig. 7과 같이 도시하였다. 댐 건설 이후 감천의 두 어종 모두 산란기의 서식처가 전반적으로 감소한 것을 확인할 수 있었다.

피라미의 산란기 서식처 연결성의 경우에는 댐 건설 후 구간별로 패치 수는 감소하였으며, 중류구간에서 가장 큰 패치 크기가 9,550 m2에서 7,150 m2으로 감소하는 것으로 나타났으며, 상·중류 구간에서는 댐 건설 전의 패치 크기가 일부를 제외하고 더 큰 것으로 분석되었다. 하류구간에서는 가장 큰 패치 크기가 4,475 m2에서 5,250 m2까지 증가 하였으며, 전반적으로 패치 크기가 1,000 m2보다 클 경우에는 댐 건설 후의 패치 크기가 더 큰 것으로 나타났다.

긴몰개의 산란기 서식처 연결성은, 댐 건설 후 구간별로 패치 수는 감소하였으며, 중류 구간을 제외하고는 패치 크기도 감소하였다. 중류 구간에서 댐 건설 이후 가장 큰 패치의 크기가 약 6,050 m2에서 7,550 m2까지 증가하였으나, 하류구간에서는 패치 크기가 댐 건설 후에 크게 감소 한 것으로 분석되었다. 즉, 댐 건설로 인해 서식처 연결성은 어종별, 구간별로 다르게 평가되었지만 전반적으로 댐 건설 전에 비해 나빠진 것으로 평가되었다.

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Fig. 7.

Change of patch size and habitat connectivity of Zacco platypus & Squalidus gracilis majimae

4. 결 론

본 연구에서는 김천부항댐 건설에 따른 감천에 서식하는 수생생물의 서식처 복원을 위한 생태수문학적 연구를 수행하였다. 분석대상으로는 우점종인 피라미와 보호종인 긴몰개를 선택하였으며, 식생에 관한 분석도 같이 진행하였고 다음과 같은 결과를 도출하였다.

1) 김천부항댐 건설 전·후의 하천생태계에 대한 환경유량을 검토한 결과, 댐 건설 이후 식생 이입을 제외한 어류 및 식생침수의 환경유량은 모두 감소하였으며, 이는 댐에 의한 홍수 및 댐하류 하천유량 조절로 인한 결과로 판단된다. 댐 건설 이후 피라미 산란기 서식 조건의 환경유량은 6 m3/s으로 긍정적인 변화가 나타났으며, 긴몰개 산란기 서식 조건의 환경유량은 4 m3/s으로 부정적인 변화가 나타났다. 댐 건설 이후 식생 이입은 환경유량이 증가하여 군집 형성에 긍정적인 변화가 나타났으며, 식생 침수는 환경유량이 감소하여 식생이 침수될 가능성이 적어지므로 긍정적인 변화가 나타났다.

2) 댐 건설 전후 서식처 분석 결과, 댐 건설 이후에는 방류량 조절로 인해 식생 이입의 서식처가 증가하였으며, 홍수기 또한 댐 방류량 조절로 인하여 식생이 침수되는 면적은 감소하였다. 따라서, 댐 건설 이후 생존가능한 식생의 서식처는 증가할 것으로 판단되며, 식생 활착에 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 하지만 식생과 관련된 변수를 제외한 나머지 변수들은 유량 감소로 인해 서식처가 전반적으로 감소한 것으로 나타났다.

3) 어종별 선호하는 서식조건에 대한 서식처 분석결과, 댐 건설 이후에는 어류생태계가 필요로 하는 환경유량의 감소는 서식처의 감소로 나타났으며, 어류의 하도내 이동성을 저하시키는 부정적 영향을 미칠 것으로 예상된다. 댐 건설 이후 피라미와 긴몰개의 산란기 서식처는 하도 전체구간에 걸쳐서 서식처가 감소하였으나, 패치 연결성은 모든 구간에 대해서 감소하지 않았다. 하류구간에 피라미의 산란기 서식처 연결성과 중류 구간에서 긴몰개의 산란기 서식처 연결성은 패치 수는 감소하였지만 패치 크기 증가로 인하여 서식처 연결성이 개선되는 것으로 나타났다.

현재 국내의 환경유량산정은 하천의 고시예정지점에 대한 물리서식처 모의 결과를 활용하여 최소한의 필요유량 개념으로 산정한다. 그러나 하천생태계에 적합한 환경유량을 산정하기 위해서는 하천 수생생물의 서식조건을 고려하여 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 HEC-EFM을 사용하여 감천유역에 서식하는 어종뿐만 아니라 하천에 서식가능한 식생을 대상으로 분석하여 환경유량의 변화를 분석하였다. 특히, 본 연구의 서식처 연결성 분석을 통해 하천의 복원구간, 친수구간, 보전구간을 설정하는 데 도움이 될 것이며, 수생생물의 서식조건을 고려한 최적의 환경유량을 산정하여 하천생태계 복원을 위한 댐 운영의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 다만, 연구결과의 실증적 검증을 위해서는 댐 건설 전후의 하천생태계의 변화를 지속적으로 모니터링하는 사업이 동시에 추진되어야 할 것으로 판단된다.

Acknowledgements

이 성과는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No.2021R1A2C1013190).

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