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ISSN : 2288-1115(Print)
ISSN : 2288-1123(Online)
Korean Journal of Ecology and Environment Vol.51 No.4 pp.311-321
DOI : https://doi.org/10.11614/KSL.2018.51.4.311

Effect of Stream Channel Naturalness on Aquatic Ecological Health in the Han River, South Korea

Hyunji Kim, SeongYu Noh, Hyun-Gi Jeong, Jeongsuk Moon, Yuna Shin, Kyung-Lak Lee, Su-Woong Lee*, Jae-Kwan Lee1
Water Ecology Research Team, National Institute of Environmental Research, Incheon 22689, Republic of Korea
1Water Environment Research Department, National Institute of Environmental Research, Incheon 22689, Republic of Korea
Corresponding author: Tel: +82-32-560-7450, Fax: +82-32-568-2051, E-mail: hoffman@korea.kr
23/10/2018 05/12/2018 08/12/2018

Abstract


The purpose of this study is to investigate effect of stream channel naturalness on ecological health by using environmental factors and Fish Assessment Index (FAI) in the Han River of South Korea. These samples and data have been released from the research project titled Stream/River Ecosystem Survey and Health Assessment, which was conducted in 444 sites in the Han river watershed from 2008 to 2016. All samples were classified into five groups according to a degree of morphological changes of stream. Water chemistry analyses indicated a decline in water quality by decreasing stream channel naturalness, it is assumed that channelized stream was vulnerable to aquatic pollution compared to the natural meandering stream. In the result of frequency of dominant species, sensitive species and insectivore such as Zacco koreanus, Rhynchocypris kumgangensis and Pungtungia herzi were frequently dominated in the natural meandering stream while tolerant species and omnivores such as Carassius auratus and Cyprinus carpio were more dominated in the channelized streams. The FAI in the channelized stream shows decline to average of 46±25 compared with that of the natural meandering stream (80±20). The decrease in FAI was highly influenced by changes in matrixes of fish assemblage structure such as number of sensitive species (M3), portion of omnivores (M5) and insectivores (M6). Moreover, annual average FAIs from 2008 to 2016 were significantly correlated with water chemistry, especially TN, TP and BOD (r2=0.59, p<0.0001). Taken together, all the results suggest that the stream channelization could negatively impact on the water quality and fish assemblage structure, leading to degradation in aquatic ecosystem health.



한강권역 내 하 도 자연성이 어 류 건강성에 미치는 영향

김 현지, 노 성유, 정 현기, 문 정숙, 신 유나, 이 경락, 이 수웅*, 이 재관1
국립환경과학원 유역생태연구팀
1국립환경과학원 물환경연구부

초록


    Ministry of Environment
    2016-04-02-006

    서 론

    하천 인근의 도시화가 가속화됨에 따라 홍수범람을 예 방하기 위한 인공제방의 축조 및 치수 관점의 하도 직강화 등 하천정비사업이 광범위적으로 이루어져왔다 (Gore and Shields, 1995). 자연적으로 사행하던 하천의 직강화로 인 해 하도형태가 직선 또는 사다리꼴 등 균일한 형태로 변형 되어 왔고 (Brookes, 1988), 과거 자연사행하천에서 형성되 었던 홍수터, 배후습지, 우각호 및 구하도 등 하천변의 다 양한 환경을 소실하였다. 자연사행하천은 다양한 유속과 수심이 반복되고, 여울과 소가 활발히 발생하는 역동적인 형태를 보이며, 하천변에 수변식생 및 홍수터가 잘 발달하 여 하천 내 수생생물에 산란 및 은신처 등의 필수적인 서 식환경을 제공한다 (Gorman and Karr, 1978;Angermeier and Karr, 1983;Poff and Allan, 1995;Rowe et al., 2009). 반면 하도 직강화는 하천 생태계의 생물 서식지 손실 및 서식지 기능저하의 원인 중 하나로 인식되고 있으며 (Allan and Flecker, 1993;Rosenberg et al., 2000;Nakamura et al., 2002;Nakamura and Yamada, 2005), 이러한 서식지 훼손 은 어류, 저서성 대형무척추동물 등 하천과 생활사를 함께 하는 수생생물의 서식과 번식에 영향을 미치는 것으로 보 고 되고 있다 (Maddock, 1999;Negishi et al., 2002;Nakano and Nakamura, 2008;Nagayama and Nakamura, 2018).

    하도 직강화에 의한 수질 및 하천 수생태계의 변화는 변 형된 하도의 자연성을 회복하는 사행사천으로의 복원사 업으로 이어졌다 (Dahm et al., 1995;Friberg et al., 1998;Holubova and Lisicky, 2001;Kondolf, 2006;Pedersen et al., 2007;Lorenz et al., 2009). 사행하는 하천형태로의 복 원사업은 생물다양성 회복을 촉진하는 패러다임에 기반 을 두고 있으며 (Palmer et al., 2010), 실제로 일부 회복된 하천에서 서식지 다양성이 증가됨에 따라 (Moerke et al., 2004;Pedersen et al., 2007;Nakano and Nakamura, 2008) 어류와 같은 수생생물의 종 다양성과 개체 풍부도가 향상 되었음이 확인되고 있다 (Lorenz et al., 2009;Nakamura et al., 2014). 오늘날 다양한 하천 생태계를 대상으로 서식처 의 기능 및 구조가 수생생물의 분포에 미치는 영향에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나 (Inoue and Nakano 1999;Beechie et al., 2005;Schwartz and Herricks, 2008;Zeug and Winemiller, 2008;Nagayama et al., 2012;Wolter et al., 2016;Nagayama and Nakamura, 2018), 많은 연구들이 특 정 하천을 대상으로 한 모니터링 연구나 개별 하천의 비교 연구로 하도 형태를 포괄적으로 다루고 있는 연구는 아직 부족한 실정이다. 그렇기 때문에 하천복원을 통해 성공적 으로 하천의 건강성을 회복하기 위해서는 자연사행하천과 하도 직강화된 하천의 서식지 특성에 대한 연구가 필수적 으로 동반되어야 할 것으로 판단된다.

    하천에 서식하는 수생생물의 분포 특성은 일반적으로 수질오염 및 서식처 교란 등 물리·화학적 수환경 변화와 복합적인 상호관계를 가진다 (Dauwalter et al., 2003). 그 중, 수생태계 내 상위 영양단계를 차지하고 있는 담수어류 는 서식처특성과 환경변수 등의 영향을 받기때문에 인위 적 교란의 정도를 나타내는 척도로써 하천 건강성 평가지 표로 널리 이용되어 왔다 (Davis, 1995;Karr, 1999;Karr et al., 2008). 국내의 경우 Karr (1981)에 의해 개발된 생물보 전지수 (Index of Biotic Integrity)를 기반으로 하여 국내 하 천환경에 맞는 표준화된 어류평가지수 (Fish Assessment Index, FAI)를 도입하였다. 국내 FAI는 종 다양성 및 생 태적 특성에 따른 어류군집구조 등을 종합적으로 고려한 평가로써 서식지의 교란과 수환경 변화에 민감하게 반응 하는 특성에 따라 2007년 이후 매년 국내 하천을 대상으 로 하천의 건강성을 평가해오고 있다 (An et al., 2001;Bae and An, 2006;MOE/NIER, 2008).

    하천 생태계에서 어류의 분포를 통한 하천 건강성 변화 양상은 서식환경의 물리화학적 교란에 따라 높은 상호관 계를 가짐에 따라 (Poff et al., 1997; Tayler et al., 2006), 하 천의 생태학적 특성과의 상관관계를 규명하는 것은 수생 태계의 회복과 보전·관리에 필수적이라고 할 수 있다. 그 러므로 본 연구는 도시화에 따라 변화된 하도의 자연성을 중심으로 국내 하천 건강성 평가지표를 활용하여 하도 및 저수로의 직강화를 기준으로 어류 건강성을 분석하였다. 또한 이화학적 환경요인과 FAI와의 상관관계 분석을 통해 서식환경의 변화에 따른 수생태계 건강성의 변화양상을 파악하고자 한다.

    재료 및 방 법

    1. 조사대상

    조사대상지역은 한강권역수계로 한강본류수계 109개 지 점, 북한강수계 91개 지점, 남한강수계 188개 지점, 안성천 19개 지점, 기타 40개 지점으로 총 444개 지점에서 조사를 실시하였다 (Fig. 1). 이화학적 요인 조사와 어류 조사는 년 2 회, 1차 (5~6월), 2차 (9~10월) 조사를 수행하였으며, 서식 및 수변환경 조사는 2008, 2009, 2012년, 1차 (4~6월), 2차 (9~10월) 조사를 제외하고 연 1회 (4~6월) 조사를 실시하였 다.

    2. 조사 및 분석 방법

    대상지역의 수온, pH, 용존산소, 전기전도도 등 기초수질 항목은 각각 pH meter (Horiba), DO meter (YSI, USA), Conductivity meter (Hach)를 이용하여 현장에서 측정하 였고, BOD, NH3, NO3-, TN, TP, PO43-, Chl-a는 시료 (2 L) 를 채취 후 수질오염공정시험법에 따라 실험실에서 분석 하였다.

    하도 정비 및 하도 특성의 자연성은 생물측정망 조사 및 평가지침 (NIER, 2017)에 따라 서식 및 수변환경을 평가 하는 항목 중 하나로, 하도의 자연성과 하천 형태의 인 위적인 변경 정도를 조사한다. 조사범위는 조사정점에서 상·하류 방향 각 1 km의 구간에 대해 조사하며, 현장조 사 시 하도 및 저수로의 직강화 정도를 전문가 판단에 따 라 5단계로 구분하여 현지조사표에 기록한다. 하도 자연 성 정도에 따른 5단계 평가기준은 1) 정비하지 않은 자연 사행하천 (natural meandering, NM), 2) 정비되었으나 하 도 및 저수로 사행유지 (modified channel 1, MC1), 3) 하 도가 직강화되었으나 저수로 사행유지 (modified channel 2, MC2), 4) 하도 및 저수로 모두 직강화되어 저수로 폭이 유동적 (straighten channel 1, SC1)이거나 5) 일정한 상태 (straighten channel 2, SC2)인지에 따라 5단계로 구분한다.

    어류 현장 조사와 어종 및 군집분석은 생물측정망 조 사 및 평가지침 (NIER)에 따라 상·하류 간 총 200 m 구간 에 가능한 여울 (riffle), 소 (pool), 유수구간 (run)을 모두 포 함하는 구간을 채집장소로 선정하여 투망 (망목 7×7 mm), 족대 (망목 5×5 mm)를 이용하여 지점별 조사를 실시하였 다. 종 동정은 현장에서 즉시 수행하거나, 포르말린 용액으 로 고정하여 실험실로 운반 후 동정하였다.

    3. 어류평가지수 (fish assessment index, FAI) 산정

    어류 분석은 FAI를 통해 건강성을 평가하였고 이중 내 성도 분석은 수질 저하 및 오염에 대해 상대풍부도가 감소 하거나 증가하는 종을 민감성 어종 (Sensitive species), 내 성 어종 (Tolerant species)으로 구분, 섭식특성은 수중 무 척추동물을 섭식하는 충식성 어종 (Insectivores)과 동식물 을 구분하지 않고 섭식하는 잡식성 어종 (Omnivores), 어 류를 섭식하는 육식성 어종 (Carnivores), 식물을 섭식하는 초식성 어종 (Herbivores)을 분석하였다. 각 어종별 내성도 및 섭식특성 구분은 생물측정망 조사 및 평가지침 (NIER, 2017)의 분류기준에 의거하여 분석하였다.

    어류의 메트릭 모델은 U.S. EPA (1993) 기준을 국내 지 리적, 생태적 특성에 따라 재정립하여 총 8개의 메트릭 값 (총 국내종수 (M1), 여울성 저서종수 (M2), 민감종수 (M3), 내성종의 개체수 비율 (M4), 잡식성 어종의 개체수 비율 (M5), 국내종의 충식종 개체수 비율 (M6), 국내종의 총 개 체수 (M7), 비정상종의 개체수 비율 (M8))을 이용하여 산출 하였고 수생태계 건강성평가는 5단계로 평가한다 (MOE/ NIER).

    4. 데이터 분석 방법

    본 연구에서는 한강권역에 서식하고 있는 담수어류 의 분포특성 및 건강성평가지수의 변화를 분석하기 위 하여 2008~2016년 조사된 이화학적요인 (수온, DO, pH, EC, 탁도, BOD, NO3-, TN, PO43-, TP, Chl-a)을 하도정비 및 하도 특성의 자연성 정도에 따라 상관분석 (Spearman correlation)과 회귀분석 (linear regression)을 실시하였다. 또한 하도자연성에 따른 지점간 이화학적요인과 어류분 포는 분산분석 (ANOVA)을 실시한 후 사후검증 (Gameshowell post hoc test)을 실시하였다 (SPSS Statistics 17.0).

    결과 및 고 찰

    1. 하도 자연성에 따른 이화학적 수질특성

    한강권역 내 278개 하천 444개 조사지점 (총 3,214개 자 료)의 하도 자연성 조사결과, 정비하지 않은 자연사행하천 NM지점이 15% (474개 자료) 수준이었고, 하도 정비가 이 루어졌으나 저수로의 사행이 유지되고 있는 MC1지점과 MC2지점이 각각 48% (1,527개 자료)와 20% (634개 자료), 하도 및 저수로가 직강화된 SC1지점이 9.5% (305개 자료), 직강화로 인해 저수로 폭이 고정되어 하도 자연성이 가 장 불량한 SC2지점이 7.6% (245개 자료)으로 나타났다 (기 타 0.90%). 자연사행하천을 제외한 나머지 약 85%의 조사 지점이 하도 정비가 이루어진 지점으로, 하도 및 저수로의 직강화 정도에 따라 하도 자연성을 구분하여 조사지점 간 이화학적 수질 및 어류 건강성을 비교분석하였다.

    하도 자연성에 따른 이화학적 수질 분석 결과, 하도 및 저수로의 직강화로 인해 하도 자연성이 낮아질수록 수질 저하 양상이 뚜렷하게 나타났다 (Table 1). 하도 자연성 감 소에 따라 수질의 오염정도를 나타내는 BOD는 NM지점 에서 평균 1.3±1.3를 보였으나 하도 자연성이 가장 불량 한 SC2지점에서는 3.0±2.9 mg L-1로 상대적으로 높은 농 도를 보였고, 수체 내 부영양화를 일으키는 TN, TP는 각 각 평균 2.5±1.2에서 4.3±2.5 mg L-1, 0.058±0.12에서 0.27±0.39 mg L-1로 증가하는 양상을 보였다. Chl-a 농도 는 NM지점에서 평균 1.8±2.8 mg m-3를 보였으나 SC2 지점에서 4.4±7.6 mg m-3로 증가하였고, 탁도는 8.3±13 NTU에서 20±41 NTU를 보였다. 전기전도도는 주로 흐르 는 지역의 지질로부터 용해질의 농도가 영향을 받으며, 외 부 영향으로 물이 오염될수록 증가하기 때문에 담수의 오 염 지표로 사용되는데 (Thompson et al., 2012), 본 연구에 서도 평균 140±120에서 335±254 μS cm-1로 하도 자연성 이 감소할수록 증가하는 경향성을 확인하였다. 하도 자연 성에 따른 지점 간 이화학적 수질의 통계분석 결과, 하도 및 저수로가 직강화된 지점 (SC1, SC2)들은 저수로폭의 유 동성을 기준으로 구분하지만 통계분석결과 SC1과 SC2지 점 간의 수질차이는 없었으며 (Table 2), 저수로가 사행하는 하천인 NM, MC1지점과는 유의한 차이를 보였다 (Table 2, Games-Howell ANOVA, p<0.0001). 사후검증 결과를 살 펴보면, 수질의 오염정도는 NM<MC1<MC2<SC1, SC2 의 순으로 4개의 부집단을 이루며 차이를 보였고, 영양염 은 NM<MC1<MC2, SC1, SC2의 순으로 3개의 부집단 을 이루며 유의한 차이를 보였다 (Table 2). 종합적으로 사 행하천인 NM, MC1 지점에 비해 하도 및 저수로의 직강 화된 지점들에서 상대적으로 수질오염정도가 높은 경향을 보였다 (df=4, p<0.0001, ANOVA).

    하도직강화는 주로 하천 인근의 도시화에 따라 집중적 으로 이루어지기 때문에, 하천변을 주자장 및 공원 또는 주거지나 경작지로 토지를 이용하고 있는 경우가 많다. 특 히 자연사행하천의 수변공간이 하천정비로 인해 규모적으 로 축소되거나 불투수성의 토지로 이용될 경우, 하천 인근 오염물질이 하천으로 유입되는 과정에서 이를 저감하는 수변공간의 수질정화 기능이 저하된다. 따라서 자연사행하 천과 비교 시 하도 직강화 하천이 수질오염에 취약한 특성 을 보이는 것으로 판단되며 특히 강우와 같은 환경변화에 따른 비점오염원의 발생에 영향을 미칠 것으로 예상된다.

    2. 하도 자연성에 따른 어류 군집변화

    한강권역에서 채집된 어종은 13목 28과 119종이 확인되 었고 각 수계의 지리적, 생태적 특성에 따라 우점종의 차 이를 보였으나 전체 3,214개 자료 중의 약 43% 자료에서 피라미 (Zacco platypus)가 우점종으로 조사되었고, 약 24% 의 자료에서 참갈겨니 (Zacco koreanus)가 우점하는 양상 을 보였다. 피라미와 참갈겨니는 국내 하천 중·상류에 걸 쳐 흔히 서식하는 종으로 알려져 있으며 (Yoon et al., 2012; Chae et al., 2014, 2015; Lee et al., 2017), 특히 피라미의 경 우 비교적 수질오염에 대해 내성이 강하기 때문에 (Lee et al., 2012) 본 연구결과에서 국내 참갈겨니에 비해 약 2배 가량 높은 빈도로 우점한 것으로 판단된다.

    하도 자연성에 따라 분류된 각 자료의 우점종을 이용 하여 하도 자연성별 우점종의 출현빈도를 분석해보면, 하 도 자연성이 감소할수록 참갈겨니 (Z. koreanus), 금강모치 (Rhynchocypris kumgangensis), 돌고기 (Pungtungia herzi) 와 같은 우점종의 출현빈도는 감소하고, 붕어 (Carassius auratus) 등 서식처 교란 및 수질오염의 내성범위가 넓은 종이 우점종으로 출현하는 빈도는 증가하는 양상을 보였 다 (Table 3). 피라미 (Z. platypus)의 경우 NM지점 (25%) 을 제외하고 나머지 지점들에서 높은 출현빈도를 보였 는데 (39~58%), 이는 서식할 수 있는 수심범위가 비교 적 넓고 수질이 청정하거나 오염된 하천에서도 서식 가능 한 중간종이기 때문으로 판단된다. 그 외 다양한 우점종 이 약 10% 이하의 빈도로 관찰되었고, 대체로 내성 어종 인 잉어 (Cyprinus carpio), 참붕어 (Pseudorasbora parva) 등은 하도 및 저수로가 직강화 된 지점 (SC1+SC2)에서 우점종으로 출현하는 경향을 보였다 (Table 3). 참갈겨니 (Z. koreanus)와 금강모치 (R. kumgangensis) 등은 수생태 계 건강성 등급의 ‘매우 좋음’ 단계의 지표종이며, 붕어 (C. auratus) 및 잉어 (C. carpio), 참붕어 (P. parva) 등은 ‘매우 나쁨’ 단계의 지표생물군으로 분류된다 (생물측정망 조사 및 평가지침, NIER, 2017). 즉, 하도 자연성 분류에 따른 지 점 간 우점종의 차이는 수생태계의 건강성이 하락하였음 을 간접적으로 시사하고 있으며, 어류의 서식환경이 하도 직강화로 인해 교란되었기 때문으로 사료된다.

    다만, 민감성 어종이며 충식성으로 분류가 되는 (생물 측정망 조사 및 평가지침, 2017), 버들치 (Rhynchocypris oxycephalus)의 경우 대체로 수질이 불량한 하도 및 저수 로 직강화 지점에서도 우점빈도가 비교적 높게 나타났다 (Table 3). 버들치 (R. oxycephalus)는 주로 하천 상류, 산간 계류 등 1급수의 청정한 하천에서 서식하는 종으로 알려 져 있으나, 하도 자연성이 낮은 지점에서도 나타난 것으로 보아 환경변화에 대한 어느 정도의 내성이 있는 것으로 보 여진다 (Song et al., 2004;Lee et al., 2018). 본 연구에서도 버들치 (R. oxycephalus)가 서식하는 하천은 주로 1~3차 하천으로 확인되었고, 상류의 하도자연성 및 수질이 불량 한 지점을 포함한 다양한 환경에서 관찰되었다.

    3. 하도 자연성에 따른 수생태계 건강성 변화

    하도 자연성에 따라 각 FAI의 변화를 분석한 결과에 따 르면, NM지점은 평균 80±20점으로 ‘매우좋음 (FAI: 80 이 상 100 미만)’ 등급으로 평가되었으나 하도 자연성이 감소 할수록 평균 75±22점 (MC1), 63±25점 (MC2), 53±46점 (SC1), 46±25점 (SC2)으로 감소하여 하도 및 저수로가 직 강화된 하천 (SC1, SC2)에서 ‘보통 (FAI: 40 이상 60 미만)’ 등급으로 하락하였다. 본 연구결과에서는 하도 자연성이 가장 불량한 SC2지점의 평균 FAI는 NM지점에 비해 약 1.8배 낮은 수준으로 나타나 (Fig. 2), 앞서 우점종의 출현 빈도결과에서 언급한 바와 같이 하도 및 저수로의 직강화 는 수생태계 건강성을 저하시키는 것으로 판단된다.

    하도 자연성 분류 별 FAI 점수 차이는 각 메트릭 항목 별 점수의 합산으로 산출된 결과로, FAI 점수 하락폭은 민 감종수 (M3), 잡식종의 개체수 비율 (M5), 국내종의 충식 종 개체수 비율 (M6)이 FAI의 하락에 약 20%, 17%, 17% 로 상대적으로 많은 부분을 차지하였다 (M3>M5, M6>> M2>M4>M8>M1>M7). 즉 하도 및 저수로의 직강 화는 단순히 총 종수 및 개체수의 변화보다 생태적 특성 인 내성도 및 섭식특성에 따른 어류군집구조에 높은 영향 을 주고 있는 것으로 판단된다. 일반적으로 환경변화에 내 성이 없는 민감성 어종은 과거 매우 풍부했지만 현재 환 경 악화로 인해 개체수가 감소하는 경향을 나타낸다 (Karr, 1981;Karr and Fausch, 1986; US EPA, 1991; Lyons et al., 2000). 민감성 어종은 부유물질 증가, 수온 상승, 용존산소 부족 등 여러 유형의 환경 스트레스에 민감하게 반응하며 환경서식처의 교란에 따라 감소하는 경향을 보인다. 선행 연구에 따르면, 사행하천인 홍천강과 무주남대천의 경우 하상 저질상태가 복잡하고 여울 (riffle) 등이 발달하여 민감 성 어종의 분포가 높은 반면, 하도 직강화로 하상 저질상 태가 단편화되어 수질이 저하된 양화천과 갑천의 경우 민 감성 어종이 거의 출현하지 않았다 (Yoon et al., 2014). 또 한 유기물 및 독성물질 유입으로 하천의 오염상태가 심할 수록 잡식성 어종이 우점하는 경향을 보이는데 이는 환경 이 불량한 조건에 높은 내성을 보이기 때문이다 (Barbour et al., 1999). Park et al. (2017)의 연구결과에 따르면 원주 천 상류에서 하류로 갈수록 BOD, TN, TP 등 유기오염물질 의 농도가 증가하는 경향과 함께 충식성 어종은 감소하는 반면 잡식성 어종은 증가하였다 (Park et al., 2017). 본 연구 에서도 하도 자연성이 낮은 지점의 경우, NM지점에 비해 수질오염정도가 높게 나타났으며 (Table 1) 잡식성 및 내성 이 강한 어종이 분포하는 등의 양상을 보여 어류의 생태적 군집구조의 차이가 있음을 확인하였다.

    하도 자연성에 따른 연도별 평균 FAI와 각 수질환경인 자의 상관성분석 결과, FAI는 환경인자들과 유의한 상관 관계를 보였다 (Fig. 3). 특히 부영양화 및 수질변화를 설명 하는 대표적인 환경인자인 BOD, TN, TP의 농도 증가는 FAI 점수 감소와 높은 상관관계를 나타내었다 (r2=0.59, p<0.0001). 또한 하도 자연성에 따라 분류된 각 지점별 FAI 분포에서도 수질환경인자와 유의한 상관관계를 나타 내었다 (Table 4). 이는 자연사행하천 또는 물리적 교란상 태가 비슷한 하도구조에서도 수질환경의 변화는 어류생태 계에 주요하게 작용하는 것을 의미한다. 따라서 직강화로 인한 수질하락이 뚜렷한 하천과 함께 자연사행하천 등 하 도 자연성이 높은 하천에서도 수질변화는 하천 건강성에 영향요인으로 판단된다. 하도 및 저수로 직강화 하천의 경 우 인근 오염원으로부터 직·간접적으로 쉽게 노출되는 구 조이기 때문에 수질오염이 빈번히 발생할 수 있으며, 하천 어류 건강성을 변화시키는 다양한 요인 중 한가지 원인으 로 작용하는 것으로 생각된다. 직강화 하천은 흐름의 다양 성이 사라지고 과거의 하상구조를 변화시키며 또한 수변 공간의 변형 등 생물 서식처 전반에 교란을 가져온다. 이 러한 물리적 교란과 함께 화학적 변화가 어류건강성에 복 합적으로 작용할 것으로 판단된다. 향후 수질변화가 어류 생태계에 미치는 영향에 대해서는 추가적인 연구가 필요 할 것으로 보이며 또한 하천 수생태계 건강성 개선을 위해 오염 유입원의 지속적인 관리가 필요할 것으로 판단된다.

    결 론

    본 연구를 통해 하도 및 저수로 직강화 정도를 기준으로 하도 자연성의 훼손정도를 5단계로 구분하였고, 이러한 물 리적 교란에 따른 이화학적 수질과 서식하는 어류군집변 화 및 FAI의 명확한 차이를 확인하였다. 하도 자연성이 감 소할수록 수질오염 정도를 직·간접적 나타내는 환경인자 인 탁도, 전기전도도, BOD, 영양염류 (TP, TN 등), Chl-a의 농도가 증가하는 것으로 보아 하도 및 저수로가 직강화된 하천은 수질오염에 취약한 것으로 판단된다. 또한 우점종 의 분포를 살펴보면 대표적으로 민감성 어종이면서 충식 성 어종인 참갈겨니 (Z. koreanus), 금강모치 (Rhynchocypris kumgangensis), 돌고기 (Pungtungia herzi)는 자연사행하천 에서는 우점하는 빈도가 높았으나, 하도 및 저수로가 직강 화된 하천에서는 내성 어종이면서 잡식성 어종인 붕어 (C. auratus)가 우점종으로 출현하는 빈도는 높게 나타났다. 자연사행하천에서의 FAI는 평균 80±20점으로 ‘매우좋음 (FAI: 80이상 100미만)’ 등급으로 평가되었으나 하도 및 저 수로가 직강화되어 하도 자연성이 가장 불량한 지점 (SC2) 에서는 46±25점까지 하락하여 ‘보통 (FAI: 40 이상 60 미 만)’등급을 나타내었고, FAI 점수 하락에는 생태적 특성 인 내성도 및 섭식특성에 따른 어류군집구조 영향이 중요 하게 작용하였다. 특히 하도 자연성에 따른 FAI의 감소는 BOD, 영양염류, 탁도, 전기전도도와 높은 설명력을 보여, 하도형태의 물리적 변화는 수질환경과 어류 군집구조에 영향을 줄 가능성이 있으며, 결과적으로 하천 건강성의 변 화로 이어질 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 하도형태에 인위적 교란을 가하지 않을 경우 하천수질이 양호하며 수 환경의 자연성이 높고 생물 서식처의 다양성이 보존될 수 있는 반면, 인위적 교란이 발생할수록 수생태계 건강성이 저하될 수 있음을 확인하였다.

    자연사행하천은 산란, 번식을 위한 어류의 서식환경을 제공함으로써 자연 생태계의 건강성 회복에 생태학적으 로 중요한 가치를 가지며, 하천을 구성하는 자연적 조건들 은 하천 건강성의 개선에 주요한 영향요인으로 작용한다. 자연사행하천은 하천 구조적으로 만곡부 바깥쪽으로 빠른 유속과 함께 하안침식이 일어나고, 안쪽으로는 상대적으 로 느린 유속과 종횡사주 및 하중도의 생성이 활발하게 나 타난다 (Huggett, 2003;Nakano and Nakamura, 2008). 이에 따라 중·소규모의 다양한 서식공간 (여울, 소, 흐름)이 형성 되며 이러한 특성들은 유수성, 저서성 어종의 출현 및 번 식을 위한 중요한 서식환경을 제공하게 된다 (Nagayama and Nakamura, 2018). 또한 사행하천에서 수변이나 홍수터 에 형성되는 수변식생 군락 (riparian forests)은 수변공간을 서식처로 활용하는 치어의 성장 및 성어의 산란처와 은신 처로서 어류 군집에 매우 유리한 환경을 제공한다 (Dewey and Jennings, 1992;Andrews et al., 2014). 뿐만 아니라 하 천변의 안정된 수변공간은 강우로 인한 범람으로부터 완 충작용을 하며 유역 내 점·비점오염원으로부터 발생하는 오염물질의 생태적 자정작용을 함으로써 수생태계를 유지 하는데 중요한 역할을 한다. 국제수문개발계획 (2010)에서 수행된 낙동강유역 수변토지이용에 따른 부유물질, 영양 염류 (TN, TP) 저감 모의 실험 결과에 따르면, 수변구역을 습지 및 목초지로 조성할 경우, 과거 토지이용과 비교하여 비점오염의 저감효과가 높게 나타나는 것으로 보고된 바 있다 (Kim and Han, 2010). 따라서 하천정비의 목적으로 사 행하던 곡류하천을 직강화 할 경우, 하천변의 생태적 기능 을 상실하게 됨에 따라 하천수질의 저하와 서식처의 다양 성 감소를 초래하며, 이는 수생태계 건강성의 하락으로 이 어질 것으로 보인다. 본 연구에서는 하천변의 생태적 기능 에 따른 수생태계의 건강성 변화를 규명한 것은 아니나, 하도 및 저수로의 직강화에 따른 변화가 하천변의 공간적 인 감소와 수변식생과의 생태적 연결성을 단절시키는 양 상을 자연사행하천과 직강화하천과의 비교를 통해 간접적 으로 확인할 수 있었다. 수생태계의 건강성을 회복하고 개 선시키기 위해서는 자연사행하천의 생태적 기능을 고려한 정책적 복원 및 관리방향 제시가 중요할 것으로 판단된다.

    적 요

    본 연구는 하천 내 하도 자연성이 어류 건강성에 미치 는 영향을 알아보기 위하여, 2008~2016년 간 한강권역의 자연사행하천과 하도정비로 직강화된 하천의 수질환경요 인과 FAI를 비교 분석하였다. 하도 자연성에 따른 우점종 의 출현빈도를 분석한 결과, 자연사행하천에서 민감성 및 충식성 어종이 우세한 반면, 하도 직강화 하천에서는 내 성 및 잡식성 어종이 우점하는 빈도가 높은 양상을 보였 다. 하도 및 저수로의 직강화로 인해 하도 자연성이 감소 함에 따라 FAI가 감소하는 경향을 보였으며, 특히 생태적 어류군집구조 특성이 반영된 메트릭인 민감종수 (M3) 및 충식종의 개체수 비율 (M6)의 감소와 잡식종의 개체수 비 율 (M5)의 증가가 FAI 변화에 주요요인으로 나타났다. 하 도 자연성 감소에 따른 연도별 FAI 하락은 BOD, TN, TP, 전기전도도, 탁도의 증가와 높은 상관관계를 보여, 하도 및 저수로의 직강화로 인한 수질변화는 물리적 서식환경의 교란과 함께 어류 건강성에 주요 영향요인으로 판단된다.

    사 사

    본 논문은 환경부의 재원으로 국립환경과학원의 지원을 받아 수행하였습니다 (NIER-2016-04-02-006).

    Figure

    KSL-51-311_F1.gif

    A map showing the 444 study sites with 3,214 samples in the Han river, South Korea. NM naturally meandering; MC1 partially modified but stream channel and levee meandering; MC2 levee but channel meandering; SC1 levee and channel straightened but diverse channel width; SC2 levee and channel straightened and identical width of channel and levee.

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    Fish assessment index (FAI) by the stream channel naturalness characteristics during 2008~2016. NM naturally meandering; MC1 partially modified but stream channel and levee meandering; MC2 levee but channel meandering; SC1 levee and channel straightened but diverse channel width; SC2 levee and channel straightened and identical width of channel and levee.

    KSL-51-311_F3.gif

    Correlations between annual averages of fish assessment index (FAI) and environmental factors according to the stream channel naturalness characteristics. NM naturally meandering; MC1 partially modified but stream channel and levee meandering; MC2 levee but channel meandering; SC1 levee and channel straightened but diverse channel width; SC2 levee and channel straightened and identical width of channel and levee.

    Table

    Average (±standard deviation) of water temperature (Temp), dissolved oxygen (DO), conductivity (Cond), turbidity (Turb), biochemical oxygen demand (BOD), ammonia (NH3), nitrate (NO3-), total nitrogen (TN), phosphate (PO43-), total phosphorus (TP) and chlorophyll-a (Chl-a), and range of pH according to the stream channel naturalness characteristics in the Han river during 2008~2016.

    Games-howell post-hoc comparisons for the stream channel naturalness characteristics.

    Frequency of dominant species according to the stream channel naturalness characteristics in the Han river during 2008~2016.

    Spearman correlation between FAI and water temperature (Temp), dissolved oxygen concentration (DO), pH, conductivity (Cond), turbidity (Turb), concentration of biochemical oxygen demand (BOD), ammonia (NH3), nitrate (NO3-), total nitrogen (TN), phosphate (PO43-) total phosphorus (TP), and chlorophyll a (Chl-a).

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