• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.146-146
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• 2023

우리나라의 하천은 도시의 급격한 산업화와 공업화로 인해 이수, 치수 목적을 중심으로 관리되어왔다. 그러나 최근 기후변화의 가속화와 댐과 같은 인공 구조물로 인해 하천의 수질 및 흐름이 위협받으면서 하천 환경개선에 대한 문제가 사회적으로 대두되고 있다. 하천의 생태기능은 하천에서 살아가는 각종 생물의 서식 조건을 유지함으로써 하천이 환경적으로 건강한 상태를 유지하도록 하는데 중요한 역할을 한다. 따라서 하천 환경개선을 위해서는 하천 생태기능 유지를 위한 최적 유량을 확보해야 한다. 일반적으로 하천의 생태기능을 보존하는데 필요한 최적 유량에 대한 평가에는 USGS(United States Geological Survey)에서 개발한 어류에 대한 유량과 서식지 가용성사이의 관계를 바탕으로 하는 물리적 서식처 모형 (Pysical HABitat SIMulation, PHABSIM)이 널리 사용되고 있다. PHABSIM은 가중가용면적(Weighted Useable Area, WUA)과 유량의 관계곡선을 산출하여 생태유량을 산정할 수 있게 한다. 본 연구에서는 최근 10년 동안 어류 건강성 평가에서 낮은 등급을 받은 탄천 대왕교 지점을 대상으로 PHABSIM을 이용한 어류의 계절별 최적 생태유량을 산정했다. 연구에 사용된 유량자료는 2012부터 2021년까지의 데이터가 사용되었다. 탄천의 대표 어종으로는 각 하천에서 우점종으로 선정된 Zacco platypus가 사용되었다. 각 연도별 그리고 계절별 하천 유량의 변화에 따른 환경생태유량 분석을 통해 제시된 각 하천의 최적 환경유지유량에 대한 결과는 한강권역 환경생태유량 산정 및 하천 관리를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.212-216
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• 2011

현재 하천 건천화에 따른 수생태계 교란 및 수질악화 등의 근본적인 문제가 발생하고 있으며, 최근 정부의 저탄소 녹색성장기조에 따라 조성되고 있는 신도시, 소규모 및 대규모 택지개발사업의 경우는 환경 친화적인 단지조성 요구에 부응하기 위해 기존 도심하천의 복원 및 인공하천의 녹색성장을 고려한 친환경적 생태하천으로 조성하고자 하는 다양한 노력이 시도되고 있으나 안정적인 생태복원의 수원확보 방안을 마련하지 못해 실제 설계가 반영되지 못하고 있다. 또한, 조성하고자 하는 소하천 혹은 실개울 등의 수질보전 및 생태계 보호 등 하천이 본래의 기능을 유지할 수 있도록 생태하천유량을 확보하는 다양한 기술들이 개발되어 있지만, 공사 유형과 주변 환경에 적합한 생태하천유량 확보 방안을 선정할 수 있는 비구조적 대책마련이 부족한 실정이다. 이러한 실정과 문제점을 고려해 볼 때, 조성하고자 하는 도시 내 자연하천 및 인공하천 조성 등 수변환경을 고려한 단지조성에 맞는 생태하천유량 확보 방안 및 평가에 대한 연구가 단계적으로 이루어져야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 생태하천유량 확보와 하천수질 개선이 필요한 특정 지역 또는 다양한 유형의 공사 지구 내 하천이 정상적인 기능을 수행할 수 있도록 적용 가능한 생태하천유량 확보 방안들과 수리해석 모델인 HEC-RAS(River Analysis System), 생태하천유량 산정 모델인 PHABSIM(Physical HABitat SIMulation)을 연계한 물리서식처 평가 모듈을 개발하고, 이를 기초로 가중치부여매트릭스 평가(국토해양부, 2006) 기법을 적용한 최적의 생태하천유량 확보 방안과 수질개선 방안을 제시해 줄 수 있는 의사결정지원 시스템을 구축 하고자 한다. 본 연구에서 개발된 최적의 생태하천유량 확보 방안 도출을 위한 의사결정지원 시스템의 활용으로 필요유량은 물론, 기준을 만족하는 수질의 확보가 절실히 요구되는 중 소규모 하천에 실질적으로 적정수질의 생태하천유량을 확보함으로서 하천으로서의 역할을 위한 본 기능의 회복과 동시에 소하천, 도심하천 및 인공하천 등 중 소규모 수계의 수문순환을 정상화하여 하천의 지속 가능한 개발과 관리가 효율적으로 이루어지도록 하는데 이용될 수 있을 것으로 예상되어진다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.247-247
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• 2020

생태유량은 하천에 서식하는 동·식물 등의 서식처 조건을 고려하여 갈수시에도 최소한의 하천생태계가 유지될 수 있도록 하는 유량이다. 이는 하천의 적정유량으로 적용할 수 있는 생태적 기준의 하나이며 수생생물의 물리적 서식처 적합도를 이용하여 산정할 수 있다. 특히 하천 생태계의 먹이 사슬 상층부에 속하는 어류는 서식처의 물리적 조건에 민감하므로 적절한 유량을 보장해 주는 것이 중요하며, 이러한 이유로 생태유량 산정에 어류의 서식처 조건이 주로 이용된다. 본 연구에서는 다목적댐의 건설과 준설 및 매립 등으로 유황 변동과 하류 염해 피해 등에 의한 하구 생태계 변화 등을 겪고 있는 섬진강 수계를 대상으로 송정, 겸백, 화개 세 지점에 대해 생태유량을 산정하였다. 이 생태유량은 섬진강 수계에서는 직접 측정에 한계가 있어 금강에서 측정된 피라미의 서식처 적합도 지수를 이용하였고, 지점의 하상재료 및 환경 조건을 반영하여 PHABSIM을 이용하여 산정되었다. 그 결과 송정의 최적 생태유량은 8.5㎥/s, 겸백은 2.26㎥/s, 그리고 화개 지점은 36㎥/s로 산정되었다. PHABSIM을 이용한 생태유량 산정 값은 지점에 따라 다소 과대 추정되는 경향이 있기도 하지만, 섬진강 수계의 해수 침투 등에 의한 염해 피해 대책 마련 등을 위해서는 산정된 유지유량을 확보하기 위한 해결 방안이 제시되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.104-104
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• 2015

국내 외에서 생태 수리해석 및 생태 서식 조건을 충족시키기 위한 최적 생태유량 (생태 유지유량) 산정에 대한 연구는 다양하게 진행되어 왔다. 그러나 상대적으로 생태 유지유량을 확보하기 위한 연구는 기존의 방법에서 크게 변화하지 못하고 있는 실정이다. 하천 유지유량을 확보하는 방안은 신규 댐/저수지 개발, 하수처리장 방류수 활용 등과 같은 직접 확보 방안과 댐/저수지 운영 효율 개선, 하천 유수점용허가 관리 등과 같은 간접 확보 방안으로 구분할 수 있다. 그러나 도시 하천에서 유지유량을 확보하기 위해 기존의 방법을 적용하는 것은 현실적으로 한계가 있다. 본 연구는 2차원 물리서식처 모형인 River2D를 이용하여, 물리서식처가 생태유량에 미치는 영향을 분석하였다. 대상구간은 한강의 제1지류인 홍제천으로 선정하였으며, 대상 구간은 하수처리장 방류수를 통해 유지유량이 확보되고 있으며, 추가적인 유지유량을 확보하기 현실적으로 어려운 구간이다. 물리서식처가 생태유량에 미치는 영향을 파악하기 위하여 현재 상태와 추가적인 물리서식처를 고려한 2차원 물리서식처 모의를 진행하였다. 이를 통해 물리서식처를 추가적으로 적용할 경우 현재 상태대비 물리 서식환경이 증가되어 생태유량이 일정부분 확보되는 것으로 나타났다. 본 연구는 도시하천에 물리 서식처를 도입하여 생태 서식공간이 증가함으로써 생태유량을 확보할 수 있는 방안에 대한 방법론을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.180-180
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• 2011

하천의 정상적인 기능 및 상태를 유지하기 위하여 필요한 최소유량을 의미하는 하천유지유량은 하천수질보전, 하천생태계보호, 하천경관보전, 염수침입 방지, 하구막힘 방지, 하천시설물 및 취수원보호, 지하수위 유지 등을 감안하여 산정하게 된다. 하천유량 변화는 하천내 동 식물에 영향을 미치며, 특히 고등 생물인 어류의 서식처, 산란장소 및 산란조건 등은 유량 및 수위변화에 민감하게 반응하므로 하천구간별 어류의 서식처 유지에 적절한 수심, 유속 등 수리 조건을 제공할 수 있는 유량을 산정하게 된다. 국내에서는 90년대 후반부터 생태계를 고려한 하천유지유량 개념이 도입되었으며, 어류의 적절한 수생 서식환경 평가를 위해 주로 유량 점증 방법론(IFIM, Instream Flow Incremental Methodology) 개념에 입각한 물리서식처 모형을 이용한 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 낙동강수계 13개 지점을 선정하여 어류상 조사를 실시하여 어류의 물리서식처 모형과 수심-유속-유량 관계곡선을 이용한 간단법을 이용하여 생태계 보전을 위한 필요유량을 산정하였다. 어류 물리서식처 모형으로는 어류서식환경 평가에 가장 광범위하게 이용되고, 생태적 특성을 반영할 수 있는 유량점증방법론의 PHABSIM(Physical HABitat SIMulation) 모형을 선택하였다. 현장 모니터링 및 문헌조사를 통해 각 지점별 대표어종을 선정하고, 유량, 수심, 저수로 하천단면, 하상재료와 같은 수리특성을 조사하고, 선정된 한계단면에 대한 유량측정을 실시하였으며, 수심-유속-유량 관계곡선을 통하여 각 지점의 대표어종이 서식할 수 있는 최소유량을 산정하였다. 또한 지점별로 서식처 적합도 지수(HSI, Habitat Suitability Index)와 가중가용면적(WUA, Weighted Usable Area)를 산정하였으며, 이는 PHABSIM 모형의 적용에 이용되었다. 물리서식처 모형과 간단법 적용결과를 비교해본 결과, 모든 지점에서 물리서식처 모형 적용결과가 간단법에 비해 크게 산정되었는데, 이는 간단법이 성어기 서식에 필요한 최소 수리조건을 선택하였지만, PHABSIM의 경우 성어기 어류서식의 최적 수심 및 유속을 이용하여 가중가용면적을 산정하기 때문인 것으로 판단된다. 어류서식과 관련된 많은 관련 데이터가 축적된다면 어류서식처에 맞는 최적의 생태유량을 보다 정확하게 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제42권6호
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• pp.481-491
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• 2009

금강수계중 용담댐하류 앞섬 지점에서 생태유량을 산정하기 위한 생태 모니터링을 실시하여 어류종별 서식환경 특성조사를 포괄적으로 실시하였다. 이를 바탕으로 어류상, 상대풍부도 및 생물다양도 분석 등을 포함한 하천의 건강성 평가를 실시하고, 쉬리, 피라미 및 감돌고기 등에 대하여 작성한 서식처적합도 지수(HSI)와 물리적 서식처 모의시스템(PHABSIM)을 이용한 최적 생태유량을 산정하였다. 본 지점에서 채집된 종수는 20종이였으며, 우점종은 쉬리(22.4%), 아우점종은 피라미(22.0%)였다. 생태적 건강성은 50점 만점의 평가점수에서 $34{\sim}42$점으로 양호에서 좋은 상태로 나타났다. 3종의 대표어종에 대한 수심, 유속 및 하상재료에 대한 서식지적합도 지수를 물리적서식처 모의시스템에 적용한 결과 계절별로 유량의 차이를 보였으며, 3종에 대한 최적 생태유량은 9.0 cms로 추정하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.547-547
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• 2015

본 연구에서는 달천구간 (괴산댐~송동보)에서 어류 군집 (Fish Community)을 고려한 생태학적 최적유량 (Ecological Optimum Discharge)을 산정하였다. 이를 위해 유량증진방법론(IFIM: Instream Flow Incremental Methodology)을 기반으로 한 2차원 모형인 River-2D를 적용하여 수리해석 및 대상어종 (Target Fishes)에 대한 가중가용면적 (WUA: Weighted Usable Area)을 산정하였다. 모형 검증을 위해 김원 등 (2007)에 의해 수행된 과업구간 내 수위 및 유량 모니터링 자료를 활용하였으며, 하류경계조건은 김지성 등 (2007)에 의한 수위-유량 관계곡선식을 활용하였다. 또한 평저류량 조건에서의 조도높이 (Roughness Height) 산정을 위해 유량 및 하상재료의 영향을 고려할 수 있는 멱함수 및 반대수함수 형태의 조도계수 공식을 적용하였다. 모형검증 결과 River-2D에 의해 계산된 수위값이 모니터링값과 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다. 대상유역에 대한 어류 모니터링 (에코리버21사업단, 2007~2010) 결과를 바탕으로, 과업지역내 우점종 (피라미), 아우점종 (쉬리 등 3개 어종), 멸종위기어종 (묵납자루)을 대상어종으로 선정하였으며, 대상어종에 대한 서식도적합도지수 (HSI, Habitat Suitability Index) 산정을 위해 IFASG (Instream Flow and Aquatic Systems Group) 방법 및 WDWF (Washington Department of Fish and Wildlife) 방법을 적용하였다. 수심, 유속, 하상재료 및 하상형상에 대한 서식도적합도지수가 5가지 대상어종에 대해 각각 산정되었으며, 복합적합도지수 (CSI : Combined Suitability Index)를 고려한 과업대상 위치별 어류의 발생확률이 모의되었다. 어류 군집에 대한 가중가용면적 (WUA)이 최대로 되는 생태학적 최적유량 산정 결과, Type I~III의 경우 모두 $10m^3/s$ 이하의 유량조건에 대해서 WUA가 최대값을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 납자루속의 어류 (Type III)의 WUA가 000 및 000속 (Type II)의 어류에 비해서 작은 유량에서 더 큰 값을 갖으며, $10m^3/$s 초과 유량에 대해서는 반대의 경향이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.477-477
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• 2022

환경문제가 사회적으로 크게 대두되면서, 환경 보전 및 복원에 대한 국민들의 관심이 높아졌다. 특히 하천의 경우, 시민들의 레저 활동 및 휴식을 위한 공간으로도 활용되고 있어 청정한 환경 유지를 위한 노력이 필요하다. 하천의 생태기능은 하천에서 살아가는 각종 생물의 서식 조건을 유지함으로써 하천이 환경적으로 건강한 상태를 유지하도록 하는데 매우 중요한 역할을 한다. 우리나라는 70년대 이후부터 오염물질로부터의 수량 보장 등의 목적으로 하천 유지유량을 설정하여 관리하고 있다. 최근에는 이러한 단순 수질 환경 및 물수요의 충족을 위한 취수량 확보 목적을 넘어 수생태계 보호를 위한 유량인 환경생태 유량의 확보가 중요한 문제로 대두되고 있다. 일반적으로 생태계 기능을 보존하는데 필요한 최적 또는 최소 유량에 대한 평가는 다양한 종의 어류에 대한 하천의 유량과 서식지 가용성 사이의 관계를 정의하는 서식지 기반 모델에 의해 수행되어왔으며, 이를 위해서 우선적으로 하천 단면에 대한 수위, 유량, 지반고 등의 하천 고유 특성에 대한 정보를 필요로한다. 이에 본 연구는 생태유량 산정에 앞서 HEC-RAS(하천 분석 시스템)를 이용하여 한강권역내 생태유량 산정을 위한 취약지역 3지점에 대한 하천 단면 정보에 대한 분석을 진행하였다. 본 연구 결과는 한강권역 환경생태유량 산정 및 하천 관리를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제1권1호
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• pp.39-48
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• 2014

하천복원과 환경유량을 위한 기초자료를 확립하고자 금강수계의 초강천에서 생물학적 건강성 및 최적 생태유량에 대하여 조사하였다. 출현한 어종은 총 9과 36종 4,669개체였으며, 잉어과가 66.7%(24종)로 가장 높았다. 참갈겨니가 1,588개체로 34.0%로 우점종이었으며, 아우점종은 피라미로 22.6%, 우세종은 쉬리 13.3%로 나타났다. IBI와 QHEI는 상류로부터 하류로 내려갈수록 값이 감소하는 것으로 나타났으며, IBI 값은 27.9~38.6으로 평균 32.2로 양호상태를 나타냈다. 참갈겨니, 쉬리 및 감돌고기에 대하여 서식도적합도지수(HSI) 및 최적 생태유량을 산정하였다. 참갈겨니의 경우, 유속과 수심의 HSI 값은 각각 0.1~0.4 m/s와 0.2~0.4 m 였다. 감돌고기는 유속이 0.2~0.5 m/s, 수심이 0.4~0.6 m 및 하상재료가 가는자갈~호박돌로 나타났다. 이를 기초로 하여 각 지점의 최적 생태유량은 하류로 내려갈수록 값이 증가하는 것으로 나타났으며, 이에 따라서 WUA 값도 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.156-156
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• 2023

본 연구는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)과 PHABSIM(Physical Habitat Simulation System)을 활용하여 남강댐유역(2,983.0 km²)을 대상으로 유역환경변화에 따른 환경생태유량 확보량을 산정하였다. 유역환경변화를 고려하기 위해 유역환경변화 요인(토지이용, 지하수 이용, 산림생장, 도로개발, 토양깊이)를 1980s(1976~1985), 2010s(2006~2019)로 구분하여 보정된 SWAT에 적용하였다. 유역환경변화 분석결과 토지이용은 1980s 대비 2010s에서 도시와 농업지역은 증가하였으나, 산림과 수역은 감소하였다. 지하수 이용은 1980s 대비 2010s에서 +18.9 백만 m³/년 증가한 평균 31.5 백만 m³/년으로 분석되었고, 산림높이는 1980s 대비 2010s에서 +0.6 m 증가한 평균 12.4 m의 수고를 가지는 것으로 분석되었다. 토양깊이와 도로망의 경우 각각 1980s 대비 2010s에서 -0.2 cm, +29.2 km 증가한 61.3 cm, 51.5 km로 나타났다. 유역환경변화 요인을 SWAT에 적용한 결과, 남강댐유역의 평균 유량은 1980s 대비 2010s에서 -9.5 m³/sec 감소한 77.3 m³/sec로 분석되었다. 남강댐유역의 환경생태유량을 산정하기 위해 하류에 위치한 정암교가 위치한 하천에 대해 PHABSIM을 구축하였고, 대표어종인 피라미에 대한 서식처적합도지수를 적용하여 환경생태유량을 산정하였다. 최적 환경생태유량은 21.0 m³/sec로 나타났고, 가중가용면적-유량 관계를 활용하여 가중가용면적 비율별(100%~25%) 환경생태유량을 산정하였다. 2010s에서 환경생태유량을 만족하지 못하는 73일(Q293~Q365)에 대하여 각 유황과 환경생태유량과의 차이를 일별로 계산한 후 10일 간격의 차이의 총합을 확보량으로 정의하여 산정하였다. 100% 환경생태유량 기준일 때 평균 확보량과 확보기간은 각각 5.36 m³/sec, 73일로 나타났고, 80% 기준일 때 평균 확보량과 확보기간은 각각 2.75 m³/sec, 20일로 나타났다.