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

표면영상유속측정법은 일반적으로 상호상관법을 이용하여 수표면을 촬영한 연속된 두 영상에서 입자군의 명암값 분포를 계산하여 입자군의 변위를 계산하고 이를 두 영상 사이의 시간 간격으로 나누어 입자군의 이동 속도를 산정하는 방법이다. 따라서 표면영상유속측정법으로 산정한 유속의 정확도를 높이기 위해서는 영상 내 두 입자군의 변위를 정확하게 계산하는 것이 무엇보다 중요하다. 즉, 분석하고자 하는 영상에서 입자군이 이동한 물리거리를 정확하게 계산할 수 있어야 한다. 하지만 카메라를 이용하여 실제 하천을 촬영한 영상은 카메라 렌즈에 의한 왜곡이 필연적으로 발생하게 되고 이는 영상 내의 변위 산정 시에도 영향을 미친다. 이에 본 연구에서는 간격이 일정한 격자보드를 이용해, 카메라 렌즈 왜곡이 변위 산정 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 연구 결과 카메라 렌즈 왜곡은 영상 중심에서 방사방향으로 점점 크게 나타났으며 변위 산정 오차는 영상 외곽에서 최대 8.10%, 영상 중심 부근에서 5% 이내로 나타났다. 따라서 표면영상유속측정법을 이용하여 하천의 유속 측정 시 카메라 렌즈 왜곡 보정을 실시하여 표면유속 측정 결과의 정확도를 개선하면 하천의 표면유속을 보다 정확하게 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 금강수계 미호천의 어류 서식지적합도지수 산정을 위해 12개 조사지점에서 어류 및 유량조사를 실시하였고, 미호천을 대표할 수 있는 2개 지점을 선정하여 어종별 수심 및 유속 등 물리적서식지 정보를 구축하여 서식지적합도지수를 산정하였다. 2019년 9월부터 2020년 5월까지 총 4회 실시한 현장조사 결과에 따르면 총 8과 37종 5,754개체가 출현하였고, 어류군집의 유영특성은 정수성 어종이 22종, 중간종 7종, 유수성종 8종으로 유속이 느린 수역을 선호하는 정수성종의 출현 종수가 가장 많은 것으로 확인되었다. 서식지적합도지수는 수심과 유속 구간별 채집된 개체수와 유량조사 결과를 이용하여 WDFW 방법에 따라 산정하였다. 우점종인 피라미와 유영성 어종을 대상으로 상류의 가산교 지점과 중류의 팔결교 지점에서 각각 산정하여 결과를 비교하였다. 단일종은 수심 0.1 - 0.5 m, 유속 0.2 - 0.5 m/s의 범위에서 상류와 하류간 큰 차이를 보이지 않았고, 유영성종의 경우 수심 0.2 - 0.5 m, 유속 0.2 - 0.5 m/s의 범위로 단일종과 유사하게 산정되었다. 우점종인 피라미의 물리적 서식범위가 광범위하였고, 유영성종 간의 서식지적합도지수는 유사하게 산정된 결과를 보였다. 이와 같은 결과는 미호천의 환경생태유량 산정 및 하천복원 계획을 위한 기초자료로 활용성이 높을 것으로 판단된다.

Surface image velocimetry (SIV) is a noncontact velocimetry technique based on images. Recently, studies have been conducted on surface velocity measurements using drones to measure a wide range of velocities and discharges. However, when measuring the surface velocity using a drone, reference points must be included in the image for image correction and the calculation of the ground sample distance, which limits the flight altitude and shooting area of ​​the drone. A technique for calculating the surface velocity that does not require reference points must be developed to maximize spatial freedom, which is the advantage of velocity measurements using drone images. In this study, a technique for calculating the surface velocity that uses only the drone position and the specifications of the drone-mounted camera, without reference points, was developed. To verify the developed surface velocity calculation technique, surface velocities were calculated at the Andong River Experiment Center and then measured with a FlowTracker. The surface velocities measured by conventional SIV using reference points and those calculated by the developed SIV method without reference points were compared. The results confirmed an average difference of approximately 4.70% from the velocity obtained by the conventional SIV and approximately 4.60% from the velocity measured by FlowTracker. The proposed technique can accurately measure the surface velocity using a drone regardless of the flight altitude, shooting area, and analysis area.

삼림 생태계에서 토양 CO₂ 유출량의 연속적인 모니터링을 위한 다중채널 자동챔버시스템 (MCACs)을 개발하였다. MCACs는 자동개폐 덮개가 있는 8개의 토양챔버, 8개의 다중채널 가스샘플러를 장착한 적외선 CO₂ 농도 분석기, 시간 릴레이 회로를 갖춘 전자 컨트롤러, 프로그래밍이 가능한 로직용 자료수집장치로 구성되었다. 사계절 장기간에 걸쳐 야외 현장에서 MCACs의 안전성과 신뢰도를 조사하고, 높은 시간분해능으로 현장 테스트에서 얻은 온도와 토양수분 함량이 토양 CO₂ 유출에 미치는 효과들을 파악하기 위해, 2010년 1월부터 12월 사이의 기간 동안 남산의 신갈나무림 실험지소에서 MCACs를 사용하여 토양 CO₂ 유출속도와 미기상 요인들을 지속적으로 측정하였다. 토양 CO₂ 유출속도의 일변화 및 계절적인 변화는 현저하게 온도 요인의 경향을 따랐다. 전체 실험 기간 동안에 토양 CO₂ 유출속도는 5 cm 깊이의 토양온도와 밀접한 상관관계 (r² = 0.92)를 보였으나 토양수분 함량과는 약한 상관관계 (r² = 0.27)를 나타냈다. 남산 신갈나무림에서 온도에 대한 토양 CO₂ 유출량의 연간 민감도 (Q₁₀ 수치)는 2.23~3.0의 범위에 달했고, 다양한 온대지역의 낙엽활엽수림에 대한 다른 연구들과 일치하였다. MCACs에 의해 측정된 연평균 토양 CO₂ 유출량은 약 11.1 g CO₂ m^-2 day^-1이었다. 이 결과들은 MCACs가 야외 현장에서 토양 CO₂ 유출량의 연속적인 장기측정과 동시에 미기상 요인들의 영향을 결정하는데 유용한 시스템임을 나타낸다.

급격한 도시화로 인하여 도심지의 불투수 면적의 증가와 기후변화로 인한 국지성 집중호우로 인하여 기존 배수시설로 구성된 도시지역의 홍수 방어능력이 취약하게 되었다. 이와 같이 도심지의 우수 유출량이 증대되고 유출 양상이 변화되고 있는 다양한 도시지역에서의 원활한 내수배제를 위해서는 우수관거의 용량 증대 및 단순 지하 저류조의 설치가 아닌 기존 배수시설과 연계가 가능하면서도 배수가 용이한 형태의 간선저류지의 설치가 필요하다. 본 연구에서는 기존의 우수관거를 연계한 저류시설인 간선저류지 개념을 적용하고 유역 형상이 변화된 가상유역을 선정하여 간선저류지의 특성인자들과 설계를 위한 매개변수들의 관계를 분석하고 저류지의 설치위치 및 용량에 따른 우수유출저감효과를 검토하였다. 또한 여수 도원지구를 대상으로 간선저류지 설치위치 및 용량에 따른 관계를 검증하고 기존의 우수유출 저감시설과 간선저류지 설치에 따른 내수침수 저감효과를 비교 및 분석하였다. 간선저류지 적용에 따른 내수침수 저감효과를 분석한 결과, 간선저류지 설치에 따라서 침수면적이 약 66.5% 정도 감소하는 것으로 나타났으므로 본 연구에서 제시한 간선저류지는 도시지역의 내수침수를 저감시키는 데에 효과가 있는 것으로 판단된다.

본 연구는 강원도 원주시에 3개의 사방댐이 연속적으로 설치된 지역을 대상으로 장마 전 ‧ 후의 자료를 비교 ‧ 분석하여 사방댐에 의한 저서성 대형무척추동물의 군집 변화를 파악하고자 하였다. 조사시기는 2019년 3월부터 9월까지 총 4회 조사를 실시하였으며, 조사지점은 불투과형이 연속적으로 설치된 지역과 투과형이 연속적으로 설치된 지역을 선정하였다. 불투과형, 투과형 사방댐 각각 상 ‧ 하류로부터 총 8개의 지점을 선정하였다. 유속은 장마 이후 불투과형, 투과형 모두 대부분의 지점에서 증가하였으나, 불투과형은 투과형보다 상대적으로 유속의 변화가 큰 것으로 확인되었다. 저서성 대형무척추동물의 종수 및 개체수는 장마 이후 대부분의 지점에서 감소하는 것으로 나타났으며, 불투과형 상류지점이 상대적으로 종수 및 개체수가 높은 것으로 나타났다. 하루살이목-강도래목-날도래목 (EPT) 그룹 분석은 상대적으로 불투과형에서 하루살이목이 감소하였으며, 투과형에서 날도래목이 감소하였다. 유사도 분석 결과, 불투과형, 투과형 모두 장마 전 ‧ 후가 구분되었으며, 투과형이 상대적으로 장마 전 ‧ 후의 변화가 적은 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 금강에서 횡단구조물의 건설과 운영이 하천 서식처의 경관 특성에 미치는 영향을 규명하기 위하여, 대청댐 하류에서 보 건설과 운영의 영향을 받지 않는 대조구간인 부용리 구간과 세종보, 공주보의 상하류 구간의 총 3개 하천구간을 선정하여 대청댐 건설 전후, 보 건설 전후, 보 개방 전후로 시기를 구분하여 항공사진을 이용해 서식처를 분류하고 경관의 공간 유형을 분석하였다. 금강에서 대청댐 건설 후 나지의 면적은 크게 감소하고 초지와 임지의 면적은 증가하였다. 또한 하천 경관에서 조각의 수는 증가하고 크기는 감소하였으며 경관형태지수와 서식처 다양성지수는 증가하였다. 따라서 댐 건설이후에 하류에서 나지 서식처가 식생 서식처로 변하였고 서식처가 파편화되고 다양화되었다. 4대강사업에 따른 보 축조의 영향으로 세종보와 공주보 구간에서 개방 수면이 각각 18%, 90%가 증가하였고, 개방수역의 경관형태지수가 각각 32%, 35%가 감소하였으며 서식처 다양도지수가 25%, 24%로 감소하였다. 따라서 보 건설에 따라서 개방수면이 확대되며, 서식처의 형태가 단순화되고 다양성이 감소하였다. 보 개방 후에는 보 건설 후 사라졌던 나지가 다시 나타나고, 육역 서식처와 개방 수면의 경관형태지수와 서식처 다양도지수가 증가하였다. 따라서 보 개방에 의하여 서식처의 경관 특성이 보 건설 이전으로 회복되는 것으로 나타났다. 다만, 보 개방의 효과가 보 하류에서는 보 상류보다 지연되었다. 하천에서 횡단구조물의 건설에 의하여 하천 서식처에서 경관 구조의 특성이 변화하였으나, 이들 구조물의 운영에 의하여 서식처 환경을 회복할 수 있으므로 구조물의 생태적 운영에 대한 체계적인 기술 개발이 필요하다고 생각된다.