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

하천 수생태계에는 다양한 생물군이 서식하고 있고, 부유사의 영향을 받는다. 부유사가 어류에 미치는 영향을 평가한 연구 사례와 방법 및 기준은 일부 존재하나, 저서성 무척추동물을 평가할 수 있는 기준은 부재하다. 이 연구에서는 저서성 무척추동물에 대한 부유사 영향을 정량적으로 분석하기 위해 하천에 서식하는 조각깔따구와와 줄날도래를 대상으로 부유사 농도와 노출 시간에 따른 생존 실험을 실시하였다. 실험 결과를 바탕으로 다중 회귀분석을 실시한 결과, 높은 결정계수를 보였다. 또한, 회귀식을 이용하여 부유사 농도와 노출시간이 저서성 무척추동물에 미치는 영향을 평가하기 위한 기준을 제시하였다. 이 연구의 결과는 하천 관리와 하천에 서식하는 다양한 생물군에 대한 부유사 영향을 평가하는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 인공지능 기법을 활용하여 가뭄 위험도를 예측하는 방법론을 개발하였다. 기존의 가뭄 예측 연구들은 다양한 지수를 활용했지만, 실제 피해 사례를 반영한 연구는 부족하여 본 연구는 비상급수 자료를 활용하여 가뭄 피해의 위험도를 정량적으로 평가하고 예측하는 기법을 개발하였다. 전라도 지역(여수, 완도, 임실, 정읍, 장수, 장흥, 고흥)을 대상으로 기상 데이터(풍속, 기온, 습도, 일조량), 수문 데이터(댐 수위 및 방류량), 표준강수지수, 비상급수 발생 데이터를 수집하였다. 가뭄 예측 모델로는 RandomForest, XGBoost, LightGBM을 적용하였으며, 3가지 사례(Case 1, Case 2, Case 3)로 성능 평가를 진행하였다. Case 1에서는 모든 지역의 데이터를 통합하여 학습 및 평가를 수행한 결과, 세 모델 모두 높은 정확도를 보였다. Case 2에서는 지역별로 데이터를 나누어 예측을 수행한 결과, 완도 지역을 제외한 대부분의 지역에서 성능이 저조하였다. Case 3에서는 완도 지역을 대상으로 최적화한 모델을 적용한 결과, 높은 예측 정확도를 확인하였다. 완도 지역에서의 예측 성능이 가장 우수하였으며, 이는 해당 지역의 데이터가 충분히 확보되었기 때문으로 판단된다. 본 연구는 기존 연구들과 달리 실제 피해 데이터를 활용하여 보다 실질적인 가뭄 위험 예측이 가능하다는 것을 확인하였다.

우리나라 하천에서 유사이송은 주로 장마철 홍수기에 발생하며, 하천지형학적 변화와 생태계에 영향을 미친다. 따라서 기후변화 시대에 유사량의 정확한 예측은 하천관리에 매우 필수적이다. 본 연구는 우리나라 한강의 여주 지점에서 측정된 유사량 자료를 이용하여 유사량의 수리 특성을 분석하기 위하여 수행하였다. 먼저, 하상토 분포의 경년 변화와 홍수가 하상토 분포에 미치는 영향을 살펴보았다. 그리고 측정자료를 이용하여 유량과 총유사량과의 관계를 구축하였다. 특정한 해에 상관없이 총유사량은 유량의 2.189승에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 마지막으로 기존에 널리 사용되는 5개의 총유사량 공식을 적용하여 측정자료와 비교하였다. 이 연구는 향후 우리나라 하천에서 총유사량을 예측하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

재해영향성평가 협의 시 제주도의 경우 수문지질학적 특성을 반영하기위하여 홍수량 산정시 고도반영이 가능한 등우선을 작도하여 확률강우량을 산정하도록 권고하고 있다. 하지만, 제주도의 경우 기상관측소의 설치 밀도가 높고, 대부분의 사업지구가 해발 200 m 이내에서 진행되는 50,000 m² 미만의 소규모인 점을 고려하면 홍수량 산정 시 우량관측소의 확률강우량을 적용하거나 Thiessen 방법을 이용하는 일반적인 방법을 적용하더라도 무리가 없을 것으로 판단된다. 이미 제주도내 사전재해영향성 평가제도의 적용에 있어 일반적인 우량관측소의 확률강우량과 등우선에의한 지점확률강우량을 비교·분석한 연구(조, 2024)가 선행된 바 있으며, 선행연구에 의한 홍수량 산정등의 추가 연구가 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 우량관측소 및 등우선에 의한 확률강우량을 적용한 홍수량을 비교분석하여 그 영향성을 검토하였다.

재해영향평가제도의 주된 목적은 홍수유출량 및 개발중 토사유출량에 의한 재해 유발요인 차단에 있으며, 그 중 홍수유출량에 따른 저감시설 설치는 개발로 인한 대규모 침수피해를 예방하는데 의의를 두고 있다. 홍수량 산정을 위하여 필수적으로 수문학적 토양군 분석·적용이 선행되어야 하며, 이는 적정 규모의 저감시설 설치로 인한 침수피해 등을 예방하는데 매우 중요하다. 하지만, 홍수량 산정을 위해 수문학적 토양군 적용시 기초자료로 활용되는 정밀토양도와 실제 사업지구의 토양의 종류별 특성 및 분포상태가 상이하여 적정 홍수량 산정이 불가능한 사례가 발생된다. 따라서, 본 연구에서는 국립농업과학원에서 제공되는 정밀토양도와 사업지구의 실제 토양의 종류별 특성등을 반영한 수문학적 토양군 적용에 따른 홍수유출량을 각각 산정하여 개발 전·후의 홍수유출 저감량을 비교·분석하였다. 연구결과 수문학적 토양군이 A형인 정밀토양도의 조건으로 산정된 홍수량이 D형으로 산정된 홍수량 대비 30년 빈도일 때 개발전 56.0%, 개발후 55.2%, 50년 빈도일 때 개발전 53.6%, 개발후 53.1% 감소되는 것으로 분석되었다. 수문학적 토양군에 따라 산정되는 홍수량의 차이는 매우 크게 나타남을 확인할수 있으며, 제주도내에서 산정되는 홍수량을 정확히 산정하기 위하여 수문학적 토양군 자료의 재점립에 관한 연구가 지속되어야 할것으로 판단된다.

전세계적인 이상기후의 영향으로 집중호우 및 강우강도 증가됨에 따라 행정안전부에서는 자연재해대책법을 개정(2013)하여 지방자치단체장이 지역특성을 고려한 우수유출저감대책을 수립하도록 고시한바 있다. 현재, 제주특별자치도는 개정된 자연재해대책법을 근거로 지자체 우수유출저감대책을 수립하여, 도심지 침수피해 등을 사전에 예방하는 조치를 취하고 있다. 하지만, 우수유출저감대책 수립에 따른 홍수량 산정 시 행정안전부에서 제시하는 지침을 이용하고 있어 제주도에 적용하기 적절한 홍수량 산정 방법에 대한 고찰이 필요할 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 홍수량 산정 시 우수유출저감대책 수립 지침과 재해영향평가 실무지침상의 홍수량 산정방법을 비교 분석하여 홍수 저감 목표량의 적정성에 관한 검토를 진행하였다.

하천 내 횡단 구조물은 하천의 물 흐름을 막아 물리적 수환경의 변화를 야기하고 변화된 수환경으로 인하여 어류의 서식환경을 변화시킨다. 또한, 어류나 기타 수서생물의 이동도 막고 있어 하천생태계의 종적 연속성을 단절시키고 있다. 이에 본 연구에서는 하천의 종적 연속성 지수를 산출할 수 있는 RCI 방법을 적용하여 하천 내 횡단 구조물에 의한 종적 연속성에 변화를 분석하고 구조물의 개선, 철거에 따른 종적 연속성 향상 효과를 분석하였다. 또한, 보 밀도 지수(IWD)를 산출하여 RCI와 IWD와의 연관성을 분석하였다. 연구 대상지는 원주천 유역의 주요 하천인 원주천, 화천, 흥양천을 대상으로 하였으며, 각 하천별 2000년대부터 현재까지의 RCI와 구조물의 개선, 철거시의 RCI의 변화를 분석하였다. 연구결과, 원주천과 화천은 동일한 형태로 나타났는데, RCI는 2010년대에 감소했다가 현재는 증가하였으며, IWD는 2010년대 증가하였다 현재는 감소하였다. 흥양천의 RCI는 점차 증가하였으며, IWD는 감소하였다. 또한, 모든 하천에서 기능이 떨어진 횡단 구조물을 개선, 철거하였을 경우 RCI는 증가하였고 IWD는 감소하였다. 모든 하천에서 RCI가 높으면 IWD는 낮은 값을 나타내었다. 연구결과, 하천의 수생태계 종적 연속성을 높이기 위해서는 보 밀도를 낮추고 기능을 하지 못하고 용도가 사라진 횡단 구조물에 대해서는 개선, 철거가 필요하다.

국내는 물론 국제적으로 화이트리버의 그린리버화 현상, 즉 하천의 수림화 현상은 주지의 사실이다. 중요한 것은 이러한 현상이 주는 하천관리 측면의 긍정적, 부정적 영향이다. 본 연구는 이러한 현상이 하천 홍수위험관리에 주는 영향을 정량적으로 평가하여 주기적으로 수목을 제거하는 하천관리 관행의 과학적 타당성을 확인하기 위한 것이다. 이 연구는 관련 자매연구(Ⅰ)의 연속으로서 낙동강 중상류 병산서원 앞 하천구간을 대상으로 한다. 이 구간은 1991년 이후 1994년까지 식생이 이입, 활착 되어 천이를 거쳐 버드나무류 중심의 수림화가 진행되었으나, 2024년에 하천 홍수관리 차원에서 조사구간의 버드나무 군락은 모두 제거되었다. 본 연구결과 하천 사주에 수목군락이 있는 경우 수목군은 흐름에 지장을 주어 하천 통수능을 제한한다. 본 조사구간에서 100년 빈도 설계홍수량에서 수목군의 존재는 흐름을 하도에 집중시켜 최대 3.8 m/s 유속을 발생시킨다. 이 값은 수목군이 없는 경우에 비해 약 15% 큰 값이다. 이와 같은 유속 증가는 수목군 대안의 강턱침식 및 하상세굴 위험을 높인다. 동시에 하도 소류력이 증가하여 수목이 없는 경우에 비해 유사이송이 활발한 반면에 수목 홍수터에서는 식생으로 인해 유사 이송보다는 퇴적이 활발하게 된다. 조사구간의 수목을 제거하여 초본류만 남게 한 경우 당초 원 하천 상태(화이트리버)와 비교하여 흐름 차이는 크게 없는 것으로 나타났다. 마지막으로 조사구간의 수목제거는 100년 빈도 설계홍수시 최대 0.65 m 정도의 홍수위 저하 효과가 있는 것으로 나타났다.