1. 서 론
2. 연구 방법
2.1. 조사 대상
2.2. 수계 연결성 지수(Dendritic Connectivity Index, DCI)
2.3. 어류이동률 분석
2.4. 하천 연결성 지수(River Connectivity Index, RCI)
2.5. 보 밀도 지수(Index of Weir’s Density, IWD)
2.6. 하천 내 횡구조물의 변화 분석을 통한 하천 연결성 지수(RCI)와 보 밀도 지수(IWD) 변화 분석
2.7. 하천 연결성 지수(RCI)와 보 밀도 지수(IWD)와의 경향 분석
3. 연구 결과
3.1. 원주천유역 내 수계 연결성 지수(DCI) 변화 분석
3.2. 어류이동률 분석 결과
3.3. 원주천유역 내 하천 연결성 지수(RCI) 변화 분석
3.4. 원주천유역 내 하천의 보밀도지수(IWD) 변화 분석
3.5. 원주천유역 내 하천 연결성 지수(RCI)와 보 밀도 지수(IWD)와의 경향 분석
4. 결 론
1. 서 론
하천의 종적 연속성이란 수계 내 장애물이 없이 상류에서 하류까지 물이 자유롭게 흐르는 것을 말하며, 하천생물의 이동도 자유로운 것을 말한다(Lee et al. 2010). 그러나 댐이나 보와 같은 횡구조물에 의해 종적 연속성이 단절되고 있으며 물의 흐름도 일시적으로 끊겨 어류나 기타 수서생물의 이동도 막고 있어 하천생태계의 단절을 초래하고 있다.
국내에서는 농업용 보가 강과 하천에 약 33,000여개 이상 건설되어 농업용수를 공급하고 있으나 상당 부분은 그 기능을 잃거나 불필요한 구조물로 분류되어 있으며 이러한 구조물로 인하여 하천의 상 · 하류 간의 물리적 서식지 종적 단절을 야기하고 있다(Kim et al. 2020).
하천 내의 횡구조물은 하천의 흐름의 막아 물리적 수환경의 변화를 야기하고 변화된 수환경으로 인하여 어류의 종조성을 변화시킨다. 어류는 지속적으로 이동하고 움직이는 생물이다. 그러나 하천 내 횡구조물은 어류의 상 · 하류간의 이동을 단절시켜 어류의 생존을 저해시키는 주요 요인으로 작용하고 있다(Kim et al. 2020). 따라서 하천 내 종적 연속성을 확보하는 것은 하천 내 생물다양성을 확보하고 어류의 서식환경을 개선, 보전하는 것이다.
종적 연속성 평가 방법에는 구조물과 어류의 이동성을 통한 평가, 현장 탐사 평가, 하천지형학적 평가 등 크게 3가지로 구분할 수 있다(Choi 2020). 구조물과 어류의 이동성을 통한 평가 방법에는 ICE (Information sur la Continuite Ecologique, Baudoin et al. 2015), ICF (Index de Connectivitat Fluvial, Sola et al. 2011), FMBAP (Fish Migration Barrier Assessment Protocol, Hansen et al. 2011) 등이 있다. 이 방법은 정량적 평가법이나 다양한 인자에 대한 고려와 전문가의 경험과 판단에 의해 분석, 평가되어 많은 시간과 인력이 소요된다. 현장 탐사 평가 방법에는 ROE (Referentiel national des Obstacles a l’Ecoulement, Gurnell et al. 2014)와 RBD+DRN (River Barrier Dataset+Detailed River Network, Gurnell et al. 2014) 등이 있다. 이 방법은 고가의 장비가 필요한 한계점이 있다. 하천지형학적 평가 방법으로 DCI (Dendritic Connectivity Index, Cote et al. 2009), RCI (River Connectivity Index, Grill et al. 2014) 등이 있다. DCI는 구조물 수, 구조물 위치, 하천길이에 의하여 단절된 구간길이만을 가지고 평가하는 반면, RCI는 DCI를 기반으로 각 단절구간에 가중치를 부여하여 평가하는 방법이다. RCI에서 가중치는 고려항목에 따라 유연하게 사용할 수 있으며, 사용자에 따라 수정할 수 있다. 이 방법은 시나리오별 횡단 구조물의 개선, 철거에 따른 효과를 비교 검토할 수 있는 장점이 있다. 국내에서는 하천 수생태계 연속성 조사 · 평가 실무매뉴얼을 제작하여 구조물 및 하천 단위로 어류 이동성을 평가함으로써 수생태계연속성을 평가하고 있다(NIER 2024).
본 연구에서는 구조물의 개선, 철거에 따른 효과를 비교할 수 있는 RCI 평가 방법을 도입하였으며, 어류이동률을 각 단절구간에 가중치로 부여하였다. 한강수계 원주천 유역 하천인 원주천, 화천, 흥양천을 연구 대상지로 하였으며, 횡단 구조물에 의한 종적 연속성 변화를 분석하고, 구조물의 개선, 철거에 따른 종적 연속성 향상 효과를 분석해보고자 한다. 또한, 보 밀도 지수를 산출하여 종적 연속성 지수와 보 밀도 지수와의 연관성을 분석하였다.
2. 연구 방법
2.1. 조사 대상
조사 대상 하천은 Fig. 1과 같다.
원주천은 섬강의 제1지류로서 유역면적 152.80 km2, 유로연장 29.08 km로 섬강 유역면적의 약 10.26%를 점하고 있으며, 강원도 횡성군 둔내면과 평창군 봉평면의 경계에 있는 치악산 남태봉(EL.1,180 m)에서 발원하여 원주시를 지나 섬강 좌안측으로 유입되는 하천이다. 화천은 섬강의 지류인 원주천의 제1지류로서 유역면적 24.44 km2, 유로연장 7.91 km로 섬강 유역면적의 약 1.64%를 점하고 있으며, 강원도 원주시 치악산 곧은치 기슭(EL.959 m)에서 발원하여 치악산 관음사, 서쪽으로 원주시 행구동, 반곡동을 통과하여 원주천에 유입된다. 흥양천은 섬강의 지류인 원주천의 제1지류로서 유역면적 22.10 km2, 유로연장 11.57 km로 섬강 유역면적의 약 1.48%를 점하고 있으며, 강원도 원주시 소초면 흥양리 상활골(EL.1,100 m)에서 발원하여 원주시를 관류해 원주천 우안측으로 유입되는 하천이다(MOLIT 2017).
2.2. 수계 연결성 지수(Dendritic Connectivity Index, DCI)
회유하지 않는 어류는 하천 내에서 이동하며, 주로 하천 내에서 물고기가 이동가능 한지 여부에 초점이 맞춰져 있다(Harden Jones 1984, Dodson 1997). 따라서 하천 내 종적 연속성은 상류와 하류 양방뱡에서 모두 이동가능할 경우에만 연결되었다라고 할 수 있다. 연속성 분석을 위하여 하천 내 어류가 상류와 하류로 이동할 가능성이 같다라고 가정하고 특정 어류를 관찰할 수 있는 확률은 구간의 길이에 따라 달라지며, 이는 총 길이(L)의 일부이다(Cote et al. 2009).
여기서, li : 구조물에 의해 단절된 구간 길이,
n : 구조물수,
L : 하천 연장
2.3. 어류이동률 분석
수계 연속성 지수(DCI)와 보 밀도 지수(IWD)는 하천연장대비 보의 개소수, 위치만으로 산정되는 것이기때문에 구조물의 높이나 단차에 의해서 수생태계건강성에 영향을 미치는 생물의 이동성을 판단할 수는 없다. 따라서 해당하천의 구조물 및 어류에 대한 2024년 4 - 5월, 9 - 10월 현장조사를 통하여 어류이동률을 분석하여 이를 하천 연속성 지수의 가중치로 활용하였다.
어류이동률은 인공 구조물 하류 100 m 구간에 존재하는 총 어종수 대비 인공 구조물 통과 가능 종수로 산출하였다. 어종별 통과 가능여부를 분석하기 위하여 인공 구조물별 하단수심, 낙차, 유속, 상단수심과 조사된 어종의 최소준비수심, 최대도약높이, 최대유영속도, 최소유영수심을 비교하였다(NIER 2024).
2.4. 하천 연결성 지수(River Connectivity Index, RCI)
하천 연결성 지수(RCI)는 하천 수계 내의 종적 연속성 평가를 목적으로 횡단구조물의 개소수와 위치, 어류의 이동률을 누적하여 정량화한 방법으로써, 구조물 단위 평가가 아닌 하천 단위 평가 방법이다. 본 연구에서는 어류 이동률 산정값을 가중치로 하여 평가하는 방법을 적용하였다(NIER 2021).
여기서, li : 구조물에 의해 단절된 구간 길이,
n : 구조물수,
L : 하천 연장,
Ci : 구조물의 어류 이동비(1+통과 가능 종수/총 어종수)
2.5. 보 밀도 지수(Index of Weir’s Density, IWD)
보 밀도 증가에 따라 어류의 출현 종수는 지수함수적 감소 경향을 보였으며, 하천 내 보 밀도가 증가하면 어류의 출현 종수는 감소하는 것으로 나타났다(Moon et al. 2022a, 2022b). 하천 내 보의 증가는 어류 출현 종수 감소, 생물이동 단절과 더불어 서식지면적과 다양성을 축소시키게 되며, 이는 생물다양성 감소로 인한 수생태계건강성 등급의 저하로 이어지게 된다. 특히, 하천전체에서 일부부간에 밀집되어 있는 보의 집중은 수생태계건강성에 큰 영향을 미치게 된다.
하천별 보 밀도 지수는 하천연장 대비 보 개수로 산정하였다. 하천 km당 보개수를 의미한다(Moon et al. 2022a, 2022b).
2.6. 하천 내 횡구조물의 변화 분석을 통한 하천 연결성 지수(RCI)와 보 밀도 지수(IWD) 변화 분석
원주천 유역 내 원주천, 화천, 흥양천에 대하여 종적 연속성 지수와 보 밀도 지수를 분석하였다. 과거의 하천 내 횡단구조물 변화 분석을 위하여 위성영상을 활용하여 2000년대(Fig. 2 (a)), 2010년대(Fig. 2 (b)) 위치를 파악하였으며, 현재의 횡단구조물(Fig. 2 (c))은 2024년 현장조사를 실시하여 위치 및 재원 등을 파악하였다.
현장조사시 어류조사도 병행하여 구조물별 어류이동률도 파악하였다. 과거에도 있었던 횡단구조물의 경우에는 현재의 어류이동률을 활용하여 어류이동비를 산출하였으며, 과거에는 위치했으나 현재는 철거된 횡단구조물의 경우에는 어류이동이 단절된걸로 가정하여 어류이동률을 0으로 설정하였다.
횡단구조물의 제거, 철거에 따른 종적 연속성 지수와 보 밀도 지수 변화 분석을 위하여 2024년 기준으로 위치하고 있는 구조물에 대하여 현장에서 실시한 기능평가 결과를 활용하였다. 기능평가는 기능 및 용도성, 안전성, 생태성, 환경성에 대하여 실시하였으며, 평가결과를 점수화하여 횡단구조물별로 존치, 개선 및 개량, 철거로 구분하였다. 개선 및 개량, 철거로 평가된 구조물에 대하여 연속성이 확보된 것으로 가정하고 구조물에서 제외(Fig. 2 (d)), 종적 연속성 지수를 산출하였다.
2.7. 하천 연결성 지수(RCI)와 보 밀도 지수(IWD)와의 경향 분석
종적 연속성 지수(DCI)와 보 밀도 지수(IWD)의 하천별로 연도 변화에 따른 경향 분석을 실시하였다. 경향 분석을 위하여 산출된 지수값을 엑셀(Excel) 프로그램을 활용하여 그래프 및 추세선을 도출하였다.
3. 연구 결과
3.1. 원주천유역 내 수계 연결성 지수(DCI) 변화 분석
수계 연결성 지수(DCI) 산출 결과는 Fig. 3, Table 1과 같다.
Table 1.
DCI by river in Wonju-cheon Basin
원주천의 DCI는 2000년대에는 8.902, 2010년대에는 6.015, 2024년에는 6.795, 구조물 개선 및 개량, 철거시 13.105로 산출되었다. 2010년대까지는 수계 연속성 지수가 감소하다 2024년에는 증가하였다. 2010년대에는 2000년대보다 구조물수가 증가하였고, 2024년에는 2010년대에 있었던 구조물 3개소가 없어지고 신규 구조물 3개소가 추가된 것이 확인되었다(2000년대 20개, 2010년대 28개, 2024년 28개, 개선 및 개량, 철거시 14개). 2010년대와 2024년의 구조물수는 동일하나 구조물 위치가 상이하여 구조물사이 거리가 변화하면서 DCI가 변화한 것으로 분석되었다.
화천의 DCI는 2000년대에는 19.114, 2010년대에는 18.910, 2024년에는 19.756, 구조물 개선 및 개량, 철거시 20.281로 산출되었다. 2010년대까지는 수계 연속성 지수가 감소하다 2024년에는 증가하였다. 2010년대까지는 구조물수가 증가하다 2024년에는 구조물수가 감소하였다(2000년대 12개, 2010년대 13개, 2024년 11개, 개선 및 개량, 철거시 8개). 이에 DCI가 변화한 것으로 분석되었다.
흥양천의 DCI는 2000년대에는 24.659, 2010년대에는 26.526, 2024년에는 27.985, 구조물 개선 및 개량, 철거시 100.000로 산출되었다. 점차 구조물수가 감소하였다(2000년대 8개, 2010년대 7개, 2024년 6개, 개선 및 개량, 철거시 0개). 이에 DCI는 증가하였다.
3.2. 어류이동률 분석 결과
하천별 어류이동률 분석 결과는 Table 2와 같다.
Table 2.
Fish movement rate by weir in Wonju-cheon Basin (2024 survey results)
원주천의 어류이동률은 28개 구조물 중 4개 구조물에서는 모든 어종이 통과할 수 있는 것으로 분석되었으며, 3개 구조물에서 1 미만 - 0.5 이상, 4개 구조물에서 0.5 미만 - 0 초과, 17개 구조물에서 모든 종이 구조물을 통과할 수 없는 것으로 분석되었다. 원주천 내에서는 28종의 어류가 확인되었다.
화천의 어류이동률은 모든 구조물에서 0으로 산출되었다. 화천 내에서 총 14종의 어류가 확인되었는데 모든 종이 구조물을 통과할 수 없는 것으로 분석되었다.
흥양천의 어류이동률은 모든 구조물에서 0으로 산출되었다. 흥양천 내에서 총 12종의 어류가 확인되었는데 모든 종이 구조물을 통과할 수 없는 것으로 분석되었다.
3.3. 원주천유역 내 하천 연결성 지수(RCI) 변화 분석
하천 연결성 지수(RCI) 산출 결과는 Fig. 4, Table 3과 같다. RCI는 DCI에 어류이동률을 가중치로 하여 산출한 값이다.
Table 3.
RCI by river in Wonju-cheon Basin
원주천의 RCI는 2000년대에는 10.868, 2010년대에는 7.804, 2024년에는 8.915, 구조물 개선 및 개량, 철거시 16.111로 산출되었다. 2010년대까지는 하천 연결성 지수가 감소하다 2024년과 구조물 개선 및 개량, 철거시에는 증가하였다.
화천의 RCI는 2000년대에는 34.969, 2010년대에는 34.765, 2024년에는 35.611, 구조물 개선 및 개량, 철거시 36.136로 산출되었다. 2010년대까지는 하천 연결성 지수가 감소하다 2024년과 구조물 개선 및 개량, 철거시에는 증가하였다.
흥양천의 RCI는 2000년대에는 44.298, 2010년대에는 46.165, 2024년에는 48.034, 구조물 개선 및 개량, 철거시 200.000로 산출되었다. 점차 구조물수가 감소하면서 RCI는 증가하였다.
본 연구 결과에서 제시한 바와 같이 구조물을 철거 및 개선, 개량함에 따라 RCI가 증가하여 수생태계연속성이 회복되는 양상을 나타내었다.
모든 하천에서 DCI 산출 결과와 동일한 양상의 변화를 보였다.
3.4. 원주천유역 내 하천의 보밀도지수(IWD) 변화 분석
하천별 보밀도지수(IWD) 산출 결과는 Fig. 5, Table 4와 같다.
Table 4.
IWD by river in Wonju-cheon Basin
원주천 내 횡구조물 수는 2000년대에는 20개, 2010년대에는 29개, 2024년에는 28개, 구조물 개선 및 개량, 철거시 14개로 파악되었으며, 하천 연장은 20.95 km이다. 원주천의 IWD는 2000년대에는 0.955, 2010년대에는 1.384, 2024년에는 1.337, 구조물 개선 및 개량, 철거시 0.668로 산출되었다. 2010년대까지는 보밀도지수가 증가하다 2024년에는 감소하였다.
화천 내 횡구조물 수는 2000년대에는 12개, 2010년대에는 13개, 2024년에는 11개, 구조물 개선 및 개량, 철거시 8개로 파악되었으며, 하천 연장은 5.5 km이다. 화천의 IWD는 2000년대에는 2.182, 2010년대에는 2.364, 2024년에는 2.000, 구조물 개선 및 개량, 철거시 1.455로 산출되었다. 2010년대까지는 보밀도지수가 증가하다 2024년에는 감소하였다.
흥양천 내 횡구조물 수는 2000년대에는 8개, 2010년대에는 7개, 2024년에는 6개, 구조물 개선 및 개량, 철거시 0개로 파악되었으며, 하천 연장은 8.71 km이다. 흥양천의 IWD는 2000년대에는 0.918, 2010년대에는 0.804, 2024년에는 0.689, 구조물 개선 및 개량, 철거시 0.000로 산출되었다. 점차 보밀도지수가 감소하였다.
3.5. 원주천유역 내 하천 연결성 지수(RCI)와 보 밀도 지수(IWD)와의 경향 분석
하천별 어류이동률을 반영한 하천 연걸성 지수(RCI)와 보 밀도 지수(IWD)와의 경향 분석 결과는 Figs. 6, 7, 8과 같다.
모든 하천에서 종적 연속성 지수가 높으면 보 밀도 지수는 낮은 값을 나타내었다. 이는 하천 내 보 밀도를 낮추면 하천의 종적 연속성은 향상되는 경향을 확인하였다.
또한, 모든 하천에서 횡단 구조믈을 개선 및 개량, 철거를 할 경우에는 하천의 종적 연속성 지수는 향상되고 보 밀도는 낮아지게 되어 하천의 연속성이 향상되는 경향을 확인하였다.
4. 결 론
하천 내 횡단 구조물은 어류의 상 · 하류간의 이동을 단절시켜 어류의 생존을 저해시키는 주요 요인으로 작용하고 있고 하천의 흐름의 막아 물리적 수환경의 변화를 야기, 변화된 수환경으로 인하여 어류의 종조성을 변화시킨다.
이에 본 연구에서는 한강수계 원주천 유역 하천인 원주천, 화천, 흥양천을 대상으로 하천 연결성 평가 방법인 RCI 방법을 적용하여 횡단 구조물에 의한 종적 연속성 변화를 분석하고, 구조물의 개선, 철거에 따른 종적 연속성 향상 효과를 분석하였다. 또한, 보 밀도 지수를 산출하여 종적 연속성 지수와 보 밀도 지수와의 연관성을 분석하였다.
하천 내 횡단 구조물 수가 감소하면 종적 연속성 지수는 증가하였고, 하천 내 횡단 구조물을 철거하거나 개선 및 개량하여도 종적 연속성이 향상되는 것을 알 수 있었다. 또한, 하천 내 횡단 구조물의 밀도를 낮추게 되면 하천의 종적 연속성이 좋아지는 것을 확인할 수 있었다.
따라서 하천 수생태계의 종적 연속성을 높이기 위해서는 하천 내 기능을 하지 못하고 용도가 폐기된 보나 낙차공과 같은 횡단 구조물에 대한 철거가 필요하며 기능 및 용도를 가지고 있는 횡단 구조물에 대해서는 어류가 상 · 하류간 이동을 원활히 할 수 있도록 구조물을 개선, 개량할 필요가 있다. 구조물 개선, 개량 방법에는 구조물 기능을 보완하거나 일부 철거하여 어류의 이동을 원활히 하는 방법, 구조물 구조를 변경하여 어류의 이동이 가능하도록 하는 방법, 구조물을 어류 이동이 가능한 형태로 새로이 조성하는 방법 등이 있다.
추후 다른 유역, 하천 등에도 RCI 평가 평가방법을 확대, 적용하고 다른 종적 연결성 평가 방법을 적용, 비교분석해 봄으로써 국내에 가장 적합한 종적 연결성 평가방법이 도출 될 수 있을 것으로 판단된다.
