Ecology and Resilient Infrastructure ISSN:2288-8527(Online) 응용생태공학회 논문집

도시지역의 여름철 밤 시간대 열환경을 알아보기 위해, 토지피복 대분류에 따라 10개의 도시기후지역 지점에서 미기후 자료를 측정하여 인간 열환경지수를 분석하여 보았다. 미기후 요소 비교 분석 결과, 그린인프라 지역이 그레이인프라 지역보다 기온에서는 평균 1.6°C 최대 2.4°C 낮은 결과를 보였으며, 상대습도에서는 반대로 그린인프라 지역이 평균 9.0% 최대 15.0% 높은 결과를 보였다. 풍속에서는 그린인프라 지역과 그레이인프라 지역에서 차이가 거의 없는 것으로 나타났으며, 수목의 영향으로 가장 낮은 풍속을 보인 산림지점을 제외하고는 모든 지점에서 유의성이 없는 것으로 나타나, 건물이나 수목의 높이에 의해 결정되는 표면거칠기 뿐만 아니라 지역풍의 영향이 풍속을 결정하는 주 요인인 것으로 보인다. 평균복사온도에서는 수목의 영향으로 산림지역이 가장 높은 값을 보였으며, 산림지역을 제외하면 그린인프라 지역이 그레이인프라 지역에 비해 평균 5.5°C의 저감 효과를 보였다. 평균복사온도를 결정하는 주 요인으로는 하늘시계지수라고 할 수 있다. 인간 열환경지수 분석에서는 그린인프라 지역은 거의 덥지도 춥지도 않는 ‘중립’의 열지각 단계를 나타내었으며, 그레이인프라 지역은 그것보다 한 단계 높은 ‘약간 따뜻함’의 단계를 나타내었다. 가장 높게 나온 산림지역을 제외하면, 그린인프라 지역이 그레이인프라 지역에 비해 3.2°C 저감 효과를 보여 1/2 단계의 인간 열환경 개선 효과가 있는 것으로 나타났다.

본 연구의 목적은 최근 급격하게 증가하고 있는 하천내 식생의 발생원인을 분석하는 것이다. 이를 위해 1984년에서 2018년까지 35년 동안 19개 지점의 월강우량 변화를 분석하였고, 섬강, 청미천, 내성천 식생 발생 단면에서의 수위변화를 분석하였다. 그 결과 2012년 이후 4월 강우량은 30% 증가하였고, 5월에서 9월까지의 강우량은 최대 49% 감소한 것으로 나타났다. 강우량이 감소한 2012년에서 2018년 사이에 섬강, 청미천, 내성천에서 하천 전단면이 침수되는 시간이 급격하게 줄어들었는데 섬강은 2012년, 청미천은 2013년 이후 고수부지가 한 번도 물에 잠기지 않았다. 내성천에서도 2013년 이후 저수로 전체가 침수되는 시간이 급격하게 줄어들었고 2015년에는 한 번도 잠기지 않은 것으로 나타났다. 이와 같은 영향으로 침수가 되지 않은 부분에서 식생이 급격하게 발생하였고 시간 경과에 따라 정착한 것으로 판단된다. 하천 식생의 확대와 정착은 하천 통수능의 감소 뿐만아니라 육역화로 인한 수상 생태계 상실로 이어질 수 있기 때문에 이에 대한 대책의 수립이 필요하다.

본 연구에서는 국내 음식물쓰레기 (food waste, FW) 분야에 대한 재활용 현황을 분석하고 green house gases (GHG) 배출 관리방안에 대해 고찰하였다. 연구 결과, FW의 자원 활용성을 향상시키고 GHG 배출을 부가적으로 저감시키기 위해서는 적절한 선순환체계가 필요하다는 결론을 얻었다. 효과적인 퇴비화를 위해서 우선 GW의 활용이 고려되었다. 특히 3세대 바이오매스로써의 GW (phytoplankton, periphyton, macrophyte etc.)는 퇴비화 공정에서 FW의 단점을 보완하고 질적 능력을 향상시킬 수 있는 좋은 기능성 첨가제로 판단된다. 또 하나의 접근법은 최종산물 (예: 토양개량제)을 오염물질 완충이 가능한 bio-filter로 가공하여 그린인프라에 적용하는 방안이다. 이러한 생태공학적 접근과 시도는 안정화된 재활용 산물의 기존 활용 이외에도 FW 자원화에 대한 새로운 적용처를 제시할 수 있으므로 향후 효과적인 탄소 넷제로 (Net-Zero) 시스템 구축에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

국내의 도로비점오염저감시설은 오염원을 저감시키는 성능에 근거해서 침투형, 식생형, 저류형, 인공습지 등과 같이 분류된다. 이 분류기법은 기법을 이해하기는 용이하나 도로교통과 관련된 요소가 고려되지 않아 실제 도로기술자가 계획이나 설계에 적용할 때 애로가 많았다. 본 연구에서는 도로비점오염저감시설을 설계에 적용할 때 시설의 종류를 결정할 수 있는 분류방법론을 개발하였다. 도로의 특성 (위치, 차선, 교통량), 시설여유, 도로의 구조물 등을 주요 결정인자로 도로비점저감 대책의 의사결정과정을 만들어 유형별로 시설을 선정할 수 있는 기법을 개발하였다. 각 유형별로 사이트의 조건과 적용이 가능한 시설 및 대책을 정리하여 현장에 적용할 수 있도록 하였다. 개발한 기법은 경기도 도로구역에 적용하여 보완하였고, 비점저감 계획에 사용할 수 있도록 하였다.

본 연구에서 사용한 바이오폴리머 (biopolymer)는 친환경 제방 건설 소재로 연구 되고 있다. 이러한 바이오폴리머를 토양에 혼합할 경우 이온결합 및 수소결합을 통해 토양의 강도 증진 효과가 잘 알려져 있지만 바이오폴리머와 혼합된 토양이 식물에 미치는 영향은 자세히 알려져 있지 않다. 본 연구는 Zn 과잉 스트레스 조건에서 바이오폴리머의 토양 혼합이 Camelina sativa L. (Camelina)에 미치는 영향을 분석 하였다. Camelina의 생장실험을 기반으로, Zn 과잉 스트레스에 대한 최적의 바이오폴리머 혼합 비율은 0.5%로 결정하여 연구를 진행하였다. Zn 과잉 스트레스 하에서, BG 또는 XG 혼합구의 Camelina는 바이오폴리머 비혼합구에 비해 높은 생장을 보였으며, Zn 과잉 스트레스 피해 지표인 Malondialdehyde (MDA) 함량과 전해질유출도의 감소를 나타냈다. 바이오폴리머의 Zn 결합능을 DTZ (1,5-diphenylthiocarbazone)을 이용하여 분석한 결과, BG 또는 XG 모두 명확한 Zn 흡착 반응을 보였다. DTZ 염색 및 ICP-OES 분석에서, Zn 과잉 스트레스에 의한 Camelina의 Zn 흡수량이 BG 또는 XG 혼합에 의해 현저히 감소함을 확인하였다. 그리고, BG 또는 XG의 혼합은 Camelina의 중금속 수송체 Heavy metal ATPase (HMA)의 발현을 유도하지 않았으며, 야생형 (wildtype, WT)보다 CsHMA3가 과발현 된 Camelina에서 BG 또는 XG 혼합구와 유사한 수준의 Zn 과잉 스트레스 저감 효과를 확인하였다. 결론적으로, 바이오폴리머의 토양 혼합은 바이오폴리머와 Zn 사이의 결합에 의해 Camelina에 과도한 Zn 이온이 흡수되는 것을 방지하여 Zn 독성 피해를 감소시키는 것으로 확인되었다. 더 나아가 바이오폴리머의 토양혼합은 제방강화뿐만 아니라 중금속으로 오염된 토양에서 식물 생존에 긍정적으로 작용할 것이라 판단된다.

도로포장 절단 작업에서 미세먼지를 많이 발생시키고 있어, 이 작업에서 미세먼지 발생량을 줄이는 것이 전체 미세먼지 관리에 매우 중요하다. 이러한 점에 착안하여, 본 연구에서는 도로절단 현장에서 발생하는 비산먼지를 회수하는 장치의 개념설계를 제안하고, 이의 도입에 대한 경제적 타당성을 분석하였다. 제안된 개념모델의 경제성을 분석한 결과, 편익비율이 2.96으로 1을 크게 상회하였다. 그리고 수익률은 62.78%로 도로포장 절단 실무자 면담을 통해 설정한 최소기대수익률 10%를 크게 상회하였으며, 손익분기점은 약 21.6개월로 분석되었다. 따라서 제안된 저소음･분진회수형 도로절단 장비의 경제적 타당성은 충분할 것으로 예상된다.

본 연구는 2013년 7월 부터 2015년 7월 까지 서울시 노원구 불암산 도시자연공원의 잔존림으로 남아있는 식생보전지와 교란 후 복원된 생태복원지에서 수목의 흉고직경을 측정하여 탄소 저장량 및 흡수량을 산정하여 비교, 분석하였다. 상수리나무군락을 중심으로 한 생태보전지의 수목의 밀도는 약 30 개체/225 m²로 쪽동백나무, 갈참나무, 노린재나무, 물푸레나무, 진달래 등 약 20여종의 수종이 분포하고 있는 것으로 나타났다. 그 외 생태복원지는 대표적으로 신갈나무군락, 졸참나무군락, 물푸레나무군락 등으로 조성되었고, 식재밀도는 각각 8.3, 7.7, 14.3 개체/25 m²로, 신나무, 팥배나무, 생강나무, 진달래 등 약 10여 종의 식생이 분포하는 것으로 조사되었다. 식생보전지와 생태복원지에서 식생에 의해 저장되는 전체 탄소량은 각각 250.77, 19.3 ton C ha^-1로, 연간 전체 탄소흡수량은 각각 10.28, 2.33 ton C ha^-1 yr^-1로 분석되었다. 이는 도시내 녹지의 탄소흡수능 및 탄소수지 모니터링의 중요한 기초 자료를 제공할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 팔당 상수원 보호구역내 적정 도로비점오염 저감시설의 계획을 위해 대상 도로구간의 현장조사를 통해서 보호구역내 도로의 특성을 파악하고 이에 적용가능한 도로를 선정하고 시설을 시범적용하여 그 유효성을 검증하였다. 팔당 상수원 보호구역은 도로주변 토양의 배수등급이 높아 침투시설을 지양하고 도로사면을 통한 자연적인 오염원 저감방법을 적용하는 것이 적정하다. 앞으로 도로비점저감시설의 계획 및 설계에서 대상도로의 특성에 대한 분석 후 저감계획을 세우는 것이 적정하며 이는 관련 규정 및 설계 기준에도 반영되어야 할 것이다.

본 연구는 다기능 보의 수문 운영 여부에 따라 수생 서식처의 변화를 파악하기 위하여 물리서식처 분석을 수행하였다. 대상 구간은 금강이며, 대상 어종은 피라미를 대상으로 하였다. 흐름 분석은 2차원 모형인 River2D 모형을 사용하였으며, 서식처 분석은 서식처 적합도 곡선을 이용하여 서식처의 양과 질을 산정하는 서식처 적합도 모형을 사용하였다. 수문 개방 여부에 따라 서식처의 변화를 살펴보기 위하여 수문 미개방과 부분개방에 대하여 설정하였다. 그 결과 수문을 부분개방하였을 때 현상태 대비 가중가용면적이 약 13배 향상되는 것으로 나타났다.

본 논문은 경북 영천시 서문보에 최근 건설된 다기능 어도의 현장 적용성을 검토하기 위해 해석 변수를 R/C Slab (S1), R/C+S/C Slab (S2) 및 지하이동통로 규격 (가로 × 세로)을 1.4 × 0.2 m, 1.4 × 0.3 m, 1.4 × 0.6 m와 유속 0.8 m/s, 1.2 m/s, 1.6 m/s 으로 구분하여 해석한 결과 서문보 설계식 안전성을 평가하였다. 서문보의 설계식 보다 R/C+S/C Slab타입이 지하이동통로 출구부는 휨모멘트와 최대응력은 각각 16 - 33%, 24 - 32%, 측벽은 각각 17 - 33%, 20 - 36%, 상부슬래브인 경우도 19 - 33%, 9 - 28% 적게 나타났다. 따라서 최대응력과 휨모멘트가 R/C+S/C Slab 타입이 구조 안전성이 확보되는 것으로 나타났다. 따라서 지하통로는 휨모멘트와 최대 응력이 각각 14%, 18%, 측벽은 17%, 15% 상부슬래브는 16%, 11%의 보완이 요구되는 것으로 판단된다. 이러한 결과는 지하이동통로 규격이 서문보 규격과 동일한 1.4 × 0.3 m 일 때가 1.4 × 0.2 m, 1.4 × 0.6 m보다 안전성이 가장 유리한 것으로 확인되었다. 또한 해석 및 분석 결과를 근거로 서문보 규모의 다기능 어도 적용 시 기본 자료로 활용이 기대된다.

본 연구는 횡단구조물에서의 어류의 이동 특성에 따른 종적 연결성을 평가하였다. 대상 구간은 원주천이며, 대상 어종은 피라미와 잡고기를 대상으로 하였다. 흐름 분석은 HEC-RAS 모형을 사용하였으며, 종적 연결성 분석은 ICE 방법을 적용하였다. 종적 연결성을 분석하기 위하여 수리분석 결과물 중 횡단구조물 상･하류 수위차, 유속, 하류단 웅덩이 깊이에 따른 대상 어종의 유영 속도를 적용하였다. 그 결과 피라미의 경우 종적 연결성이 약 76점, 잡고기의 경우 종적 연결성이 약 23점으로 나타났다.

본 연구에서는 홍수해석 등 수치모형을 이용한 기존의 홍수위험지역 선정 시 필요한 시간과 노력을 절감하고자 유출메커니즘 기반의 지형 분석을 통해 홍수취약지역을 제시하고자 한다. 유출메커니즘 기반의 홍수취약지역은 강우-유출수의 지표면 흐름 누적 특성에 유리한 지역으로 일반적으로 저지대, 완경사, 하천 등이 해당된다. 분석을 위해 대상지역인 서울시의 수치지형도를 이용하여 표고, 경사도, 수직 및 수평 사면 곡률, 지표습윤계수 (Topographic Wetness Index, TWI), 유수력 지수 (Stream Power Index, SPI), 하천 및 맨홀과의 거리 등 8개의 지형학적 인자를 고려하였다. 지형학적 인자들과 실제 침수흔적자료와의 ROC (Receiver Operation Characteristic) 분석 결과, 표고, 경사도, 지표습윤계수, 맨홀과의 거리 등 4개의 지형학적 인자가 침수지역을 잘 설명하는 것으로 나타났다. 홍수취약지역 선정 시 본 연구에서 제안하는 다양한 인자에 대한 우선순위 산정 방안은 홍수에 기여하는 지형학적 분석 요소를 간소화 시킬 수 있을 것으로 판단된다.

홍수 시 하천횡단구조물 주변에 유송잡물들이 집적되어 수재해로 인한 피해 가능성이 증가하기 때문에 이에 대한 예측기술 및 검토가 필요하다. 본 연구에서는 3차원 흐름과 유목 거동을 해석할 수 수치모형을 활용하여 교각 주변에서 유목의 집적 및 거동 특성을 검토하였다. MPS기반 유목 해석 모형은 구체의 개수에 민감한 것으로 나타났다. 수치모의결과 유목의 길이비와 접근유속은 유목 집적 특성에 주요한 인자인것으로 나타났지만 유목의 밀도의 영향은 미미한 것으로 확인되었다. 이 연구를 바탕으로 하천횡단구조물 주변의 유목의 집적에 의한 위험성 평가 지표를 수립하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

최근 하천범람에 따른 피해를 최소화하기 위해서는 대피를 위한 선행시간을 확보하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 현재 하천에서 측정되고 있는 수위 관측 자료를 이용하여 이상호우 발생시 하류의 수위를 예측하였다. 수위 예측을 위해 다중회귀모형 및 인공신경망 모형을 섬강시험유역에 적용하였다. 다중회귀모형 및 인공신경망 모형의 학습에는 섬강시험유역의 2002년부터 2010년까지의 수위 관측 자료를 이용하였으며, 학습된 모형을 이용하여 발생 가능한 수위를 예측하였다. 모의 결과 인공신경망 수위예측모형의 결정계수는 0.991 - 0.999로 나타났으며, 다중회귀수위예측 모형의 결정계수는 0.945 - 0.990로 나타나 인공신경망을 이용한 수위예측모형이 다중회귀모형보다 좀 더 나은 예측 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구결과는 향후 하천에서 선행시간을 확보한 홍수 예보 구축에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 낙동강을 대상으로 HEC-RAS를 이용하여 보 개방에 따른 하상변동 특성을 분석하였다. 연구 대상 지역은 낙동강 구담교 하류부터 하구둑까지 292.37 km 구간이다. 하상변동 모의를 위하여 1차원 수치해석모델인 HEC-RAS 프로그램을 사용하였으며 2017년도부터 2019년도까지 2가지의 시나리오로 모의를 수행하였다. 시나리오 1은 수문 전면 개방의 조건으로 구축하였으며 시나리오 2는 수문이 설치된 조건으로 모의를 수행하였다. 모의결과, 시나리오 1의 조건에서 합천창녕보 - 창녕함안보 대부분의 구간 (약 40 km)에서 퇴적이 발생한 것을 확인하였다. 또한 낙동강 본류 내의 유사를 포함한 흐름이 보 구조물로 인해 단절되지 않고 연속적으로 하상을 변동시키는 것으로 예측되었다.

세종보 수문개방을 통하여 하도내에 다양한 모래톱이 만들어지면서 모래톱의 생태계 가치와 기능에 대한 연구 필요성이 증가하고 있다. 본 연구는 세종보 수문개방 전･후의 하도 내 지형 변화를 생태지형학적으로 분석하여 서식처의 관점에서 보 개방 효과를 규명하고자 하였다. 이를 위해 고해상도 항공사진의 공간분석을 수행하여, 수역과 육역을 17개 서식처 유형으로 분류하여 서식처다양도 지도를 작성하고 서식처다양도 지수를 산정하였다. 연구결과, 보 상류는 개방 전 저수지였던 깊은 정수성 서식처에서, 개방 후에는 여울과 소, 평여울, 완여울 등 유수성 서식처가 증가하고 얕은 정수성 서식처가 나타나는 등 수중 서식처의 유형이 다양해지고 복잡해졌다. 보 하류에서도 모래톱이 확장되면서 식생이 정착되지 않은 나지형 사주가 나타나고, 유수성 서식처가 증가하였다. 이러한 변화들을 종합하면 보 개방후 서식처다양도 지수가 크게 향상되는 것을 실증적으로 규명하였다. 앞으로 이러한 연구를 기반으로 모래톱의 생태계 가치를 하천관리와 복원에 적용할 수 있는 응용생태 분야의 연구기술 개발이 더욱 요구된다.

본 연구는 습지보호지역에 분포하는 귀화식물의 현황을 파악하여 습지보호지역의 관리방안과 생태계 변화 경향성을 모니터링하기 위한 기초자료를 제공하고자 수행하였다. 조사결과, 내륙습지 습지보호지역 21개소에서 생태계교란생물 10분류군을 포함하여 총 129분류군의 귀화식물이 출현하였다. 섬진강 침실습지에서 가장 많은 71분류군의 귀화식물이 출현하였고 무제치늪과 숨은물뱅듸오름에서는 귀화식물이 관찰되지 않았다. 귀화식물의 원산지는 북아메라카가 42분류군 (32.6%)으로 가장 많았고 1･2년생 초본식물이 68.2% (88분류군)를 차지하였다. 개망초, 토끼풀 등 건생이차초원에서 생육하는 귀화식물의 출현빈도가 높았으며 연결체를 만들어 번식하는 분지식물이 19.4% (25분류군)를 차지하였다. 귀화율과 도시화지수는 습지, 농업지역, 시가화지역 등의 입지적 요인과 양의 상관관계를 보였고 고도와 산림지역과는 음의 상관관계가 있는 것으로 분석되었다. 귀화식물의 출현빈도와 생육특성, 습지보호지역의 입지적 특성을 종합적으로 고려한 관리방안이 요구된다.

외래생물은 경제 목적으로 수입되었으나, 최근에는 애완용으로 수입되는 사례가 증가하고 있다. 애완동물로 선호도가 높아진 리버쿠터와 중국줄무늬목거북은 2014년부터 사육개체수가 서서히 증가하다가 2017년에 180개체, 2019년에는 281개체를 기록하여 최대로 증가하였다. 그러나 수명이 긴 거북의 특성과 사육여건의 변화로 자연으로 버려진 개체가 발견되었다. 방출된 개체의 생태계위해성 평가를 통해 생물다양성법에 의해 생태계교란 생물로 지정되었다. 따라서 해당 거북 사육자가 계속 사육을 원할 경우 ‘생태계교란 생물 사육유예 허가 신청서’를 제출하여야 한다. 본 연구는 2020년 3월부터 9월까지 6개월간 접수된 신청서의 정보 (사육 시설의 적합성, 거북 개체수, 사육기간, 획득 방법, 사육자 지역 분포 현황 등)를 분석하고, 사육상태를 검토 결과를 제시하였다. 신청서는 총 614건이 접수되었으며, 사육자의 58%만이 적합한 사육상태를 조성한 것으로 평가되었기 때문에 사육자를 대상으로 동물복지 실현을 위해 적절한 사육 정보 제공과 생태계교란 예방을 위한 유기방지 교육이 필요한 것으로 사료된다. 또한, 신청서 내의 누락된 항목이 다수 발견된 점과 단발적인 신청에 따른 허가 방식으로 인한 문제 발생에 대비하여 대응방안을 만들고 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단된다.