Physical Habitat Assessment of Bokha Downstream Reach Considering Life Cycle Stages of Zacco platypus Using PHABSIM

PHABSIM을 이용한 복하천 하류 구간의 피라미 생애주기별 물리적 서식처 평가

Abstract

The objectives of this study were to assess physical habitat suitability of fish species for different life cycle stages and to suggest appropriate ecological stream flows in a Bokha downstream reach. A dominant species of Zacco platypus was selected as the study fish of which three stages of spawning, juvenile and adult in life cycle were considered into assessment. The stream hydraulic environment was calibrated with HEC-RAS before the PHABSIM simulation. The hydraulics of flow velocity and depth were used to estimate Weighted Usable Area (WUA) by multiplying respective habitat suitability indices with stream area. Overall the WUAs tend to be great in gentle slopes with relatively shallow water depth regions. Maximum WUAs, ie, candidate for ecological flow rates were 1 m³/s, 7 m³/s and 8 m³/s for the respective spawning, juvenile and adult stages of Zacco platypus. Since the ecological flow rates for juvenile and adult stages appeared to be is greater than the abundant flow rate (3.67 m³/s) for the study reach, additional water supply may be needed but should be cautious to avoid the spawning period of Apr through May from the stream water management perspective.

Ⅰ. 서론

하천은 많은 생물들이 서식하는 공간으로 이수와 치수 목적 외에도 환경생태 유량을 고려한 하천 생태계를 복원 또는 보전하는 노력이 주목 받고 있다. 우리나라는 2006년에 수자원장기종합계획을 수립하면서 하천의 환경기능을 강화하고, 하천의 생태구조, 다양성, 서식처 등에 대한 평가지표를 제시하고 있다. 환경부는 2018년에 “수질 및 수생태계 보전에 관한 법률”을 “물환경보전법”으로 개정하였는데 환경생태 유량을 수생태계 건강성 유지를 위해 필요한 최소한의 유량으로 정의하고, 하천유지유량을 정할 때 환경생태 유량도 함께 고려하도록 하였다 (MOE, 2018).

환경생태 유량에 관한 연구는 1960년대 미국에서 연어과(Salmonidae) 어류의 개체수가 감소하자 이에 대한 대책으로 시작되었고, USGS (United States Geological Survey)에서 유량과 가중가용면적 (Weighted Usable Area, WUA)과의 관계를 바탕으로 개발한 물리적 서식처 모의 모형 (Pysical HABitat SIMulation, PHABSIM)이 어류의 물리적 서식처 적합성을 평가하는데 널리 이용되고 있다 (Stalnker et al., 1995; Hur and Kim, 2009). US FWS (United States Fish and Wildlife Service)에서 1960년대부터 하천유량 증분법 (Instream Flow Incremental Methodology, IFIM)을 이용하여 어류 종이나 성장단계별로 하천 유량과 서식처 적합성을 평가하는 연구를 진행한 바 있다 (Stalnaker et al., 1995). 국내에서는 1995년에 K-water에서 처음으로 하천유지유량에 하천 생태계 개념을 도입하였고 담수 어류의 서식처 제공 및 이동에 필요한 유량을 산정하는 등 생태계를 도입한 생태유량산정 연구들이 수행되고 있다 (K-water, 2018; MOE, 2019).

하천의 유량변화는 어류 생태계에 큰 영향을 주는 인자이다. 갈수기는 하천유량이 줄어 어류 서식처의 연속성이 제한될 수 있고, 홍수기는 유출량의 증가와 함께 유입된 유사나 잔재물에 의해 서식처에 직접 피해를 주거나 산란 공간을 침식시킬 수 있다 (Kim et al., 2020). 고유량기는 유영능력이 충분히 발달한 성어에는 상대적으로 영향이 적지만 치어기나 산란기의 물고기는 불어난 유량에 의해 하류로 휩쓸리는 등 유량에 따른 피해가 발생하기 때문에 생애주기에 따른 생태 유량을 고려할 필요가 있다.

Oh et al. (2008)은 한강 지류 5개 지점에서 피라미의 성어기와 산란기에 대해 PHABSIM을 이용하여 WUA를 산정하고 최적 생태유량을 제시하였다. Hur et al. (2014)는 초강천에서 참갈겨니, 쉬리, 감돌고기의 성어기에 대해 서식처 적합도 지수(Habitat Suitable Index, HSI)를 산정하여 최적 유량을 제시한 바 있고, Kim (2016)은 전주천 상류부에서 River2D 모형을 이용하여 성어기의 피라미와 쉬리에 대해 생태유량을 산정하였다. Li et al. (2010)은 철갑상어의 개체수 감소함에 따라 수리, 수질 등 10개의 인자에 대해 HSI를 구축하고 산란기에 대한 최적 생태유량을 산정하였고, Yu (2018)은 중국의 4종의 잉어 4가지 종에 대해 서식처 적합도 지수를 구축하고 산란기의 최적 생태유량을 산정한 바 있다. Choe et al. (2021)은 원주천 댐의 홍수량을 이용하여 하천 유황에 대해 성어기의 참갈겨니에 대한 환경 생태유량을 산정하였다. Lee et al. (2022)는 미호천에서 피라미와 유영성군집에 대해 최적 생태유량과 최적 생태유량의 25%의 최소 생태유량을 산정하였다. 생태유량에 산정에 대한 다양한 연구들은 대부분 성어기나 산란기 등 특정 시기를 대상으로 한 경우가 많고, 생애주기를 종합적으로 고려한 생태유량 산정 연구는 부족한 실정이다.

성어기와 비교하여 산란기와 치어기는 유량 변화에 민감한 특징이 있다. Roh et al. (2011)이 섬진강 유역의 송정구간에서 피라미 산란기와 성어기의 최적 생태유량으로 각각 7 m³/s, 10 m³/s로 제시하였고, Jung (2019)는 용담댐에서 감돌고기의 치어기, 산란기, 성어기의 최적 생태유량을 각각 4.9 m³/s, 5.8m³/s, 8.9 m³/s로 제시하였다. Park (2020)의 연구에서 피라미 치어기의 최적 유량은 15 m³/s, 성어기는 25 m³/s로 산정된 바 있다. 선행연구에서 생애주기별 최적 생태유량에 큰 차이를 보여, 생애주기를 고려한 최적 생태유량 산정이 필수적이다.

본 연구는 PHABSIM 모형을 이용하여 복하천 하류 구간의 수리인자를 모의하고, 우점 어종인 피라미를 대상으로 생애 주기별 (산란기, 치어기, 성어기)로 가중가용면적 기반 물리적 서식처 적합도를 평가하여 최적 생태유량을 제시하는데 목적이 있다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 대상 지역 선정

본 연구의 대상 지역은 국가 하천인 남한강 상류 복하천으로 이천시, 여주시, 용인시, 광주시에 걸쳐 있고, 유역면적은 약 309.5 km², 유로연장은 약 39.84 km이다 (MOLTMA, 2010). 물리적 서식처 모의 구간은 유산 2교 상류 200 m 지점부터 중리천 합류부 이전의 3 km 구간으로 설정하였다 (Fig. 1). 물환경정보시스템의 유산 2교에서 어류에 대해 수행된 건강성평가등급 결과 2011년부터 2019년까지 총 14회의 조사결과중 2013년 1회차와 2회차, 2014년 1회차 B등급 받은 것을 제외하면 C, D등급만을 받은 구간으로 생태유량 연구가 필요한 지역이다 (http://www.water.nier.go.kr/, 2022.0509. access). Fig. 1과 같이 하천기본계획에서 16개 지점의 하천 단면 자료를 추출하여 본 연구에 활용하였다. 복하천 하천기본계획(2011)에 따르면 모의 구간은 평균 하폭이 200 m이고, 평균 하상 경사는 1/860이며, 하류로 갈수록 하상 경사는 완만해지고 하폭은 넓어지는 것으로 나타났다.

Fig. 1 Study stream reach in the Bokha stream watershed

2. PHABSIM 모형 구축

가. PHABSIM 모형의 원리

미국은 어류의 개체수와 서식처를 보전하기 위해 환경생태 유량에 대한 연구를 최초로 수행하기 시작했다. 2001년에 미국지질조사국 (United States Geological Survey, USGS)에서 1차원 물리적 서식처 모의 모형인 PHABSIM을 개발해 하천내의 생물 서식처 평가를 실시했다. 이때, 유량과 WUA간의 상관관계를 활용하여 물리적 서식평가의 의사결정 수단으로 활용된다 (Bovee, 1982, Bovee 1986).

물리적 서식처 평가는 IFIM 방법에 기초하여 유량을 점진적으로 증가시키며 각 유량 조건에서 어류의 서식 적합성을 WUA으로 산정하는 방법이다. 이때, 유량에 따라 변화하는 수심과 유속으로 대표되는 수리적 환경 변화에 어류가 즉각적으로 반응한다는 것을 가정한다 (Jang et al., 2018). 즉, 최적 생태유량은 모의된 유랑 조건 중 WUA가 가장 높게 산정되었을 때의 유량으로 제시한다.

WUA는 수리모형으로 계산된 물의 점유면적(A)과 해당 어류의 적합 지수 (SI, Suitability index)를 곱하여 산정한다 (식 (1)). SI는 각 단면에서의 HSI를 곱하여 산정한다 (식 (2)). 산정된 WUA가 커질수록 높을수록 해당 유량조건에서 대상 어류가 서식하기 적합한 공간이 커지는, 즉, 서식처 적합성이 높아진다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 PHABSIM(Version 1.5.2)를 이용하여 서식처 평가를 하였고, 유량을 1m³/s씩 점증적으로 증가시키며 WUA를 산정하였다.

WUA = ΣA × SI       (1)

여기서 WUA는 가중가용면적, A는 하천단면에서 물의 점유 면적 (m²), SI는 각 물리적 서식처 인자가 종합적으로 고려된 서식처 적합 지수이다.

SI = HSI_vi × HSI_di ×⋯       (2)

여기서 SI는 각 물리적 서식처 인자가 종합적으로 고려된 적합 지수이고, HSI_vi는 단면 i에서의 유속에 대한 서식처 적합지수, HSI_di는 단면 i에서의 수심에 대한 서식처 적합 지수이다.

나. 수리⋅수문 자료의 구축

PHABSIM은 입력 자료로 대상 하천 구간 내에 일정 간격의 하천 단면과 하천 종단 경사가 필요하다. 또한 PHABSIM의 수리해석 검증을 위해 실측한 수리 및 수문 자료를 통해 특정 유량 조건에 대응하는 수위의 재현성을 검토할 필요가 있다. 이를 위해 대상 구간 내에 위치한 복하교의 수위관측소에서 측정한 하천의 유량과 수심 자료를 활용하였다.

PHABSIM은 HEC-RAS의 수리해석 모듈을 기반으로 WUA를 산정하는 기능을 추가하는 방식으로 개발되었다. 하지만 PHABSIM은 수리해석 모듈을 보정하는 기능을 내부에 가지고 있지 않기 때문에, 외부에서 검증된 유량-수위 관계를 수리모의를 위한 입력자료로 요구한다. 이를 위해 동일한 수리해석모듈을 공유하는 HEC-RAS (Version 6.1, US Army Corps of Engineers, USA) 모형을 복하교에서 측정한 유량 및 수위자료를 이용해 검⋅보정 후 유량-수위 자료를 PHABSIM의 입력자료로 활용하였다. 복하교 수위관측소에서 2007년과 2008년에 측정한 일단위 수위, 유량 자료를 활용하여 HEC-RAS 모형의 보정에 활용하고, 모형의 검정은 2012년∼2021년 기간의 동일지점의 측정 수위와 유량 관측치를 이용하였다. 수위와 유량의 검⋅보정에 이용한 하천 유량조건은 대상 하천의 관측 유량 범위를 고려하였다. HEC-RAS의 검보정은 하천 수위의 재현성을 확인하는 절차로 주로 Manning의 조도계수를 변수로 활용한다. 본 연구에서는 하천의 유량범위를 포괄하여 수위의 재현성을 확인하기 위해 저유량 (3.67m³/s) 과 고유량 (40.76 m³/s)을 선택하였고, 중간 유량인 10m³/s의 유량으로 검정하였다.

HEC-RAS 모의에 필요한 하천 단면 자료는 복하천 하천기본계획서 (2011)에서 제공하는 약 200 m 간격의 16개 하천단면 자료를 이용하였다. 복하천 하천기본계획서 (2011)에 따르면 대상 구간의 하상재료는 약 82.9%가 모래인 사질하상으로 하천설계기준(2019)을 참조하여 수리모의 전 구간에 대해 조도계수를 0.03으로 적용하였다.

다. PHABSIM 수위 유속 모의 방법

PHABSIM의 수위 모의 방법은 수위-유량관계를 이용한 STGQ (Stage-discharge Relationship)방법, Manning 방정식을 이용한 MANSQ (Manning’s Equation)방법, 표준축차법을 이용한 WSP (Water Surface Profile)방법이 있다 (Waddle, 2001). STGQ는 HEC-RAS로부터 계산된 각 횡단별 수위-유량관계를 log-log 회귀분석을 통해 모의하는 모든 유량에 대한 수위를 계산하는 방법이다 (KICT, 2011, K-water, 2018). 본 연구에서는 HEC-RAS로부터 도출된 수위-유량곡선을 이용하여 STGQ 방법으로 수위를 모의하였다 (식 (3)).

(WSL - SZF) = aQ^b       (3)

여기서 WSL (Water surface level)은 수위 (m)를 의미하고, SZF (Stage of zero flow)는 흐름이 없을 때의 수위 (m), a, b는 수위-유량관계곡선 상수이다.

유속은 PHABSIM의 VELSIM (Velocity Simulation Model) 모형을 이용하여 분석을 하였다. VELSIM 모형은 Manning 방정식의 조도계수를 바탕으로 실측 자료의 유속 분포를 적용하여 유속 분포를 결정한다. 실측 자료가 있는 경우 관측기반의 유량과 유속분포 관계를 이용하여 모의할 수 있고, 실측 자료가 없는 경우 유속을 수심의 함수로 된 경험식을 이용하여 각 단면의 유속분포를 결정한다 (식 (4)).

\(n_{i}=\frac{1.486 \times S_{e}^{\frac{1}{2}} \times d_{i}^{\frac{2}{3}}}{v_{i}}\)       (4)

여기서 n_i는 단면 i에서의 Manning 계수이고, S_e는 에너지 경사, d_i는 단면 i에서의 수심, v_i (m)는 단면 i에서의 유속(m/s)이다.

3. 대표 어종 및 적합도 지수(HSI) 선정

대표 어종은 2012년에서 2019년 사이 유산 2교의 생물측정망에서 측정한 어류조사 자료를 바탕으로 선정하였다. 생물측정망 자료에 따르면 모의 구간에서 피라미가 우점하는 것을 확인하였고, 한국고유종과 멸종위기종은 발견되지 않았으며 아우점종은 매년 바뀌는 경향이 있었다. (http://www.water.nier.go.kr/, 2022.05.09. access). 대표어종을 선정하는 명확한 기준은 존재하지 않아 우점종인 피라미의 상대적 개체수를 서식처 평가 지표로 사용하였다. 따라서 본 연구에서는 대상 하천의 우점종인 피라미를 대상 어종으로 선정하였고 Table 1에서는 피라미의 생애주기별 (산란기, 치어기, 성어기) 특성을 제시하였다. 피라미는 알에서 부화하는데 약 60 시간 정도 걸리고 태어난 순간의 크기는 약 0.4 cm이며 2년에 걸쳐 성어로 성장하고 수온이 10℃이하로 내려가면 활동성이 낮아지고 6℃ 이하의 겨울철에는 동면하는 것으로 조사되었다 (http://www.nifs.go.kr/, 2022.05.09. access).

Table 1 Basic Zacco platypus characteristics by life cycle (k-water (1995), http://www.nifs.go.kr/. 2022.05.09. access)

서식처 적합도 지수는 서식처별 어류의 서식처에 대한 기호를 지수화한 것으로 단변량법과 다변량법의 두 가지 표현방법이 있다. 단변량법은 충분한 현장 조사를 통해 각각의 수문학적 변수에 대한 어종의 개체수를 측정하여 가장 많은 개체수가 나오는 구간부터 1로 설정하고 개체수가 적은 구간으로 순차적으로 지수를 줄이며 연장하는 방식이다 (Jang 2018). 다변량법은 두 개 이상의 물리적 변수를 동시에 고려하여 서식처 적합도를 산정하는 방법으로 단변량법에 비해 복합적인 서식처 적합도 산정이 가능하지만 충분한 자료조사와 전문가의 판단을 요구한다.

동일 하천에서 수행된 피라미의 HSI 자료는 존재하지 않았고, 한강 유역에서 수행된 피라미의 생애주기별 HSI 자료도 제한적이었다. 이에 선행연구를 통해 산란기와 치어기의 HSI는 한강 달천유역에서 수행된 Kim (1999)의 연구 자료를 이용하였고, 성어기는 비교적 최근 한강 유역에서 수행된 Kang (2012)의 자료를 이용하였다 (Fig. 2).

Fig. 2 Zacco platypus’s habitat suitability index (Kim, 1999; Kang 2012) for (a) water depth and (b) flow velocity

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. PHABSIM의 수리모의 결과

가. 수리모형의 검⋅보정

PHABSIM 모형의 보정은 동일한 수리해석 모듈을 공유하는 HEC-RAS를 이용하여 수행하였고 (Kondolf et al., 2000), 그 결과를 PHABSIM 수리 모형의 경계조건으로 입력하였다. 모형의 보정은 저유량 3.67 m³/s과 고유량 40.76 m³/s 두 조건에서 하천의 수리해석을 수행하였다.

두 유량 조건에서 모의한 수심과 복하교 수위관측소에서 관측된 수위를 비교하여 Table 2에 정리하였다. 모의치와 관측치의 차이가 각 유량 조건에서 0.01 m, 0.02 m로 PHABSIM 모형이 하천의 수위를 잘 모의하는 것으로 나타났다.

Table 2 Comparison between the observed and simulated water levels at the Bokha bridge

PHABSIM과 HEC-RAS 수리모의 결과를 비교하기 위해 STGQ 방법과 VELSIM 방법으로 대상 구간 내의 유산 2교가 위치한 단면을 대상으로 수위와 유속을 모의하였다. 기존의 2개 유량에 그 중간 유량인 10 m³/s에서 수위와 유속을 모의하고 그 결과를 Fig. 3에 도시하였다. 10 m³/s에서 HEC-RAS와 PHABSIM으로 모의한 수위는 각각 0.31 m, 0.33 m로 모의되어 94% 일치하는 것으로 나타났다. 이 모의 결과를 유량 10m³/s에 대한 수위-유량곡선을 통해 수위와도 유사한 것으로 나타나 PHABSIM의 수리해석이 적절히 수행되었다고 판단하였다.

Fig. 3 Simulated PHABSIM result of (a) water surface level (WSL) and (b) flow velocity for cross section 3

유속 모의 결과 유량이 증가함에 따라 평균 유속은 0.27m/s, 0.52 m/s, 0.86 m/s로 증가하였다. 최고 유속은 10.00 m³/s에서 가장 높은 유속이 모의되었고, 40.76 m³/s에서 가장 낮은 유속이 모의 되었다. 일반적으로 유량이 증가하면 유속도 함께 증가하지만 유산 2교가 위치한 단면에서 저유량 (3.67m³/s)과 고유량 (40.76 m³/s)일 때 물이 존재하는 하폭의 길이는 각각 6 m, 83.5 m이고, 넓이는 13배 이상의 차이를 보였다. 다른 단면들의 경우 물이 존재하는 넓이은 4∼5배 가량 증가하지만 유산 2교가 위치한 단면의 경우 상대적으로 급격히 넓어져 최대 유속이 감소한 것으로 판단된다.

나. 종단 수위 및 수심 분포

Fig. 4과 5는 저유량과 고유량 조건에서 모의한 하천의 수심과 유속을 각각 보여주고 있다. 저유량인 3.67 m³/s에서 대상 하천 구간의 평균 수심는 0.40 m, 평균 유속은 0.49 m/s로 모의되었다. 대상 구간의 상류부는 하천폭이 144.9 m로 211.8m인 하류에 비해 폭이 좁아 유속이 크게 나타났다. 고유량인 40.76 m³/s 조건에서는 평균 수심이 1.04 m, 평균 유속은 0.87m/s로 모의되었고, 하천 폭이 좁은 구간 상류에서 유속이 빠르게 모의되었다. 또한 모의한 두 유량에서 하천 곡선부의 외각에서 유속이 빠른 것을 확인하였다.

Fig. 4 Longitudinal distribution of the simulated water depth over the study stream reach​​​​​​​

Fig. 5 Longitudinal distribution of the simulated flow velocity and velocity over the study stream reach​​​​​​​

2. WUA 산정 및 최적 생태유량 산정

가. 구간별 WUA 산정

HEC-RAS로 모의한 수리 자료와 피라미의 생애주기별 수위와 유속에 대한 HSI를 PHABSIM에 입력하고 유량을 점증시키며 하천 수리해석을 수행하였다. Fig. 6은 복하천의 대상구간에 대한 평수량 (1.63 m³/s) 조건에서 종단 방향의 하천 형상과 수위와 함께 피라미의 생애주기별 WUA를 도시하였다. 구간별로 산란기의 경우 상류로부터 1.5 km 지점에서 비교적 수심이 얕고 경사가 완만한 구간 (Circle in Fig. 6)에서 HSI가 1을 만족하여 WUA가 크게 나타났고, 전반적으로 수심이 얕은 구간에서 WUA값이 큰 경향을 보였다. 원으로 표시한 지점의 평균 수심은 0.13 m, 평균 유속은 0.14 m/s로 계산되었고, 일반적으로 피라미는 0.05 m에서 0.2 m의 수심에서 산란을 하는데 산란기의 WUA가 높게 산정된 단면은 이 조건과 유사한 경향을 나타냈고, 복하천의 평수량은 산란기에 적합하다고 판단하였다. 치어기도 하상경사가 완만한 곳(Circle in Fig. 6)에서 WUA가 크게 산정되는 것을 확인하였다. 반면 원으로 표시한 지점은 상대적으로 성어기의 선호 수심과 유속에 비해 낮아 WUA가 낮게 산정되었다.

Fig. 6 (a) Longitudinal profile of water surface level and (b) WUA for different life cycle stages of Zacco platypus​​​​​​​

비교적 하상 경사가 가파른 상류 1 km 부근에서 모든 생애 주기에 대한 WUA는 상류 특성상 하폭이 좁아 유속이 빠르게 모의되어 생애주기에 대한 유속 HSI 범위를 초과하여 WUA가 낮게 산정되었다. 상류 구간의 평균 유속은 0.59 m/s로 비교적 높은 유속을 좋아하는 성어기의 유속 HSI 0.27 m/s∼0.45 m/s보다 크기 때문에 모든 생애주기에서 WUA가 낮게 산정되었다.

나. 생애주기를 고려한 최적 생태유량 산정

복하천 피라미의 최적 생태유량은 WUA가 가장 높게 산정된 유량으로 선정하였고, 산정된 WUA 결과와 복하천 하천기본계획서 (2011)의 유황분석 결과를 Fig. 7에 함께 도시하였다. 산란기의 최적 생태유량은 1 m³/s로 산정되었다. 서식처 적합도의 영향으로 산란기의 최적 생태유량은 다른 생애주기와 비교하여 작게 산정되었고, 그 때의 WUA는 복하천의 저수량 (1.35 m³/s)과 평수량 (1.63 m³/s)에서 WUA와 유사한 정도로 산정되어 복하천에서 산란기의 서식이 적합한 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 7 WUA changes against stream flow increase for different life cycle stages for Zacco platypus (Drought, low, ordinary, and abundant flows are the flow duration analysis results from MOLTMA (2010))​​​​​​​

치어기의 최적 생태유량은 7 m³/s, 성어기는 8 m³/s로 풍수량 (3.67 m³/s)보다 높은 유량을 선호하는 것을 확인할 수 있었다. 유량 8 m³/s (Circle in Fig. 7a) 이하에서 치어기의 WUA가 성어기의 WUA보다 높은 것을 확인할 수 있었다. 이는 표시한 원 (Circle in Fig. 7a)에서 치어기와 성어기 모두 유속 HSI 1을 만족하지만 치어기의 수심 HSI 범위가 0.1 m∼0.45 m로 성어기의 수심 HSI 범위인 0.27 m∼0.45 m보다 크고 치어기의 수심 범위만 해당하는 수심 0.1 m∼0.27 m를 만족하는 단면의 개수가 6.8개 더 많았기 때문에 치어기의 WUA가 성어기의 WUA보다 크게 산정되었다.

복하천의 풍수량 (3.67 m³/s)보다 치어기와 성어기의 최적 생태유량이 더 크므로 수량 확보가 가능하다면 이 시기에 대해서는 추가적인 생태유량 확보가 필요해 보인다. 하지만 대상 어종의 서식을 위해선 적절한 산란 조건을 제공하는 것이 좋기 때문에 (Zhang et al. 2018) 물리적 서식처만을 고려하였을 때 피라미의 산란기인 4∼5 월이 경과한 후 치어기와 성어기의 최적 생태유량인 7∼8 m³/s을 고려하여 하천 유량을 증가하는 것이 필요할 수 있다. 또한, 동일 하천에서 수행된 HSI가 아니기 때문에 추후 복하천에서 추가적인 어류조사를 통해 피라미의 생애주기별 HSI에 대한 검토가 필요할 것이라 판단된다.

Ⅳ. 요약 및 결론

본 연구는 이천시에 위치한 남한강 하류 중 복하천에 대해 피라미에 대한 최적 생태유량 산정을 위하여 수리모형인 HEC-RAS와 서식처 모형인 PHABSIM을 이용했다. 저유량과 고유량에서의 수위 관측치를 이용하여 HEC-RAS로 모의된 결과와 2012년부터 2021년까지의 관측된 복하천 수위자료를 통해 정확도를 높였다. 복하천의 우점종인 피라미를 대상으로 산란기, 치어기, 성어기에 대한 각각의 최적 생태유량을 산정하고, 모든 생애주기를 고려하여 최적 생태유량을 산정하였다.

전체 단면에서 평수량의 WUA는 하상 경사가 완만한 곳에서 산란기와 치어기가 높게 산정되었고, 성어기는 수위와 유속이 작아 낮게 산정되었다. 상류 1 km지점은 하상이 좁고 유속이 높게 산정되어 상대적으로 하류 지점에서 서식에 유리할 것으로 판단된다.

PHABSIM으로 모의한 산란기의 최적 생태유량은 1 m³/s로 산정으로 유황 곡선의 저수량이나 평수량과 유사한 조건으로 피라미가 산란조건인 수심 0.05 m에서 0.20 m을 반영하는 것으로 보인다. 치어기의 최적 생태유량은 7 m³/s, 성어기는 8 m³/s로 산정되었는다. 복하천의 물리적 서식처에 대해서 치어기와 성어기의 최적 생태유량이 풍수량 (3.67 m³/s)보다 크므로 방류량 증가가 요구지만 산란기의 적절한 산란 조건 제공을 위해 4∼5 월 이후 7∼8 m³/s까지 방류량 증가가 필요하다.

하천의 생태적 역할이 중요해지면서 생태유량에 대한 필요성이 대두되며 다양한 하천의 어류에 대한 생태유량 산정이 중요해졌다. 본 연구에서는 생애주기에 대한 하천 최적 유량산정의 중요성과 수생태계의 발달을 목표로 하천 최적 생태유량 산정 방안을 고려하였고, 향후 복하천 생태유량산정 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 추후 현장조사를 통한 어류의 HSI 정확도를 높이고, 물리적 서식처 뿐만 아니라 어류의 수질 HSI도 함께 고려하여 최적 생태유량의 산정을 수행할 계획이다.

감사의 글

본 결과물은 환경부의 재원으로 한국환경산업기술원의 수생태계 건강성 확보 기술개발사업의 지원을 받아 연구되었습니다(2020003050001).