1. 서 론
하천 생태계는 유량, 수온, 하상, 수질 등 물리적･화학적 요인의 상호작용에 의해 복합적으로 유지되며, 어류와 같은 수생생물의 이동성과 생존을 위해서는 하천의 종적연결성(longitudinal connectivity)이 핵심적으로 요구된다[1]. 그러나 보와 같은 인공 구조물은 물리적인 차단을 유발하여 유속의 감소, 퇴적물의 축적, 수온 변화 등을 유발하여 하류부의 침식 및 하상 재료의 변화를 가속화시키고, 결과적으로 하천 서식지의 구조적 이질성을 저하시킨다. 생물학적인 측면에서는, 어류를 포함한 다양한 수생 생물의 이동 경로가 단절되어, 개체군의 분포, 군집 구성 및 생태적 기능이 변화되며, 결과적으로 하천 생태계의 건강성과 생물 다양성이 저하될 수 있다[2,3,4,5,6,7] 특히 중소하천에서 설치되어 있는 보는 대형 댐에 비해 규모는 작으나 밀집도가 높아 연속적 단절 효과가 누적되며 그 구조적 단순성에도 불구하고 유속과 수심의 급격한 변화, 수질 정체 현상, 퇴적물 축적 등의 문제를 야기하며, 이러한 물리적 변형은 어류의 유영 및 회유를 제한하는 주요한 요인으로 작용한다[8,9]. 더욱이, 구조물 통과 여부는 어류의 유영력, 점프력, 종 특이적 서식처 선호도 등에 따라 달라지며, 단순히 구조물 유무만으로 연결성을 판단하는 것에는 한계가 있다[10,11,12]. 따라서, 단순한 구조물 현황 조사에 그치지 않고, 어종 특성, 수리학적 조건 등을 통합적으로 고려한 정량적 연속성 평가와 분석이 병행되어야 한다.
국외 연구사례로는 하천에서 어류가 한 구간에서 다른 구간으로 이동할 수 있는 확률을 계산하여 정량화하는 Dendritic Connectivity Index (DCI) 등 다양한 연속성 평가모델이 어류 이동성과 수리학적 특성을 통합하여 제안되어 왔으며[13], 이러한 정량적 지표는 하천 복원 및 우선순위 결정에 효과적으로 활용되고 있다[14,15]. 그러나 국내에서는 여전히 구조물 단위의 정성적 조사 또는 현장 중심의 사례 연구에 국한되는 경우가 많아, 통합적이고 정량화된 연속성 평가 프레임워크의 도입이 필요한 실정이다[16]. 또한, 보와 같은 구조물은 단지 생물 이동의 물리적 차단뿐 아니라, 유속 저하에 따른 산소 부족, 수온 증가, 오염물질 체류 등의 문제를 유발하여 수질 저하 및 수생태계 건강성 악화로 이어질 수 있다[17,18]. 이러한 연속성과 수생태 건강도의 상호작용은 복합적이며 비선형적인 양상을 보이므로, 어류 군집 자료와 수질, 서식지 구조 등을 통합한 다변량 분석이 요구된다[19].
국내의 경우 ‘수생태계 연속성 조사 및 평가 지침[20]을 바탕으로 어류를 이용한 수생태 기반의 종적연결성 평가가 정착되고 있으나, 어류 군집 자료를 구조물과의 연계성 측면에서 분석하는 연구는 제한적이며, 계절별 변화나 수리학적 맥락까지 포괄한 접근은 미흡한 편이다.
이에 본 연구는 대전광역시를 흐르는 도시하천인 대전천을 대상으로, 보 및 어도의 설치 현황과 구조물별 수리･수문학적 특성, 수질 자료, 어류 군집 자료를 통합적으로 분석하고자 한다. 구체적으로는 현장조사와 구조물 유형 분류를 통해 보의 높이와 낙차, 경사, 수심 등 수리학적 특성을 정량화하고, 이러한 물리적 요인이 어류 이동 가능성에 미치는 영향을 검토한다. 일반적으로 보의 높이와 낙차가 증가할수록 어류의 유영 한계를 초과하는 물리적 장벽이 형성되며, 이에 따라 구조물 상･하류 간 어류 이동은 점진적으로 제한될 것으로 예상된다.
또한 종적연결성이 저하된 구간에서는 이동성이 높은 종의 출현 빈도가 감소하고, 특정 생태 길드에 편중된 군집 구조가 형성되면서 어류 군집의 단순화와 수생태 건강도의 저하가 동반될 가능성이 크다. 본 연구는 이러한 구조적 단절이 어류 군집 구성과 다중 메트릭 기반 수생태 건강성 지표에 어떻게 반영되는지를 분석함으로써, 종적연결성과 생물학적 반응 간의 연계성을 해석하고자 한다. 나아가 보 및 어도의 수리･수문학적 특성, 수질 환경, 어류 군집 정보를 통합한 다변수 메트릭평가를 통해, 하천 단위에서 종적연결성 회복 효과가 상대적으로 클 것으로 기대되는 구조물을 도출하고, 우선순위를 제시하고자 한다.
2. 재료 및 방법
2.1. 조사 지점
본 연구 대상 지점은 대전 3대 하천 중 하나인 대전천으로 최상류 지점부터 최하류 지점까지 총 27개 보 지점(W1~W27)을 선정하였으며 이･화학적 수질 특성 분석을 위해, 물환경정보시스템을 통해 확보한 2024년 1월부터 2024년 12월까지의 월별 수질 자료를 활용하였다. 해당 자료는 대전천 내 4개 지점에서 수집된 것으로, 생물학적 산소요구량(BOD), 총인(TP), 총유기탄소(TOC), 부유물질(SS), 화학적 산소요구량(COD) 등 12개의 수질 항목이 포함되었다(Fig. 1). 지점 선정 전, 국가어도정보시스템을 기반으로 대전천에 설치되어 있는 모든 보 구조물을 기록하였으며, 총 44개의 구조물이 등록되어있는 것으로 나타났다. 이후 현장조사를 통해 실제 보가 존재하는지 확인하였으며, 32개의 보가 돌을 쌓은 구조이거나 혹은 돌다리 등 보의 형태가 아닌 것으로 나타났다. 또한 총 15개의 미등록보가 관찰되어 확인된 보의 개수는 27개로 나타났다.
2.2. 보 구조물 상류의 퇴적도 분석
보 구조물로 인한 상류의 퇴적도 분석을 위해 상류부의 퇴적 특성과 하상기질의 구성을 봄과 가을에 각 1회씩 실시하였으며, 각 지점에서 보 상류부의 수심, 보 높이, 낙차(보 높이 – 보 상류부 수심)를 측정하였다. 수심은 보 상류 2m 지점에서 측정하였으며, 보 높이의 경우 현장 계측 및 국가어도정보시스템의 데이터를 이용하였다. 퇴적물 축적도는 보 상류부 2m이내에서 하상 표면을 기준으로 침적된 퇴적물의 비율(%)로 산정하였으며, 가장 많은 비율이 높은 기질 순으로 3순위까지 나타내었다.
2.3. 어류 채집 및 종적연결성 평가
어류 채집 및 종적연결성 평가는 수생태계 연속성 조사 및 평가 지침을 기반으로 수행하였으며 봄철과 가을철 각각 1회씩 실시하였다[20]. 먼저, 어류 채집은 각 보의 하류부를 기준으로 약 100m 구간에서 투망(망목 7×7mm)을 이용하여 10회 및 족대(망목 5×5mm)를 이용하여 30분 동안 조사를 진행하였다. 현장에서 채집 어류의 동정 및 계수를 실시한 후 방류하였으며 어류의 동정은 Kim and Park (2002)을 기반으로 하였다. 이와 동시에 종적연결성 평가를 위해, 구조물의 수리학적 특성 조사를 병행하여, 각 보의 높이, 경사, 폭, 유속, 하단 및 상단 수심, 낙차 등의 항목을 현장에서 직접 측정하였다. 유속은 Flowatch 유속계를 이용하여 측정하였으며, 수심과 낙차는 눈금자가 부착된 측정봉을 사용하였다. 각 보의 수리학적 특성을 바탕으로 경사(α), 유속(U), 하단수심(Hd), 상단수심(Hu), 낙차(DH)를 측정하였으며, 구조물의 유형은 경사형(α ≤ 56°), 수직형(α > 56°), 복합형(두 구조가 혼합된 형태)으로 분류하였다. 어류의 종별 이동 가능성을 판단하기 위해, 수생태계 연속성 조사 및 평가 지침에 제시된 각 어종의 최대 유영속도(fUmax), 최대 도약 높이(fHmax), 최소 유영수심(fHumin), 최소 준비 수심(fHdmin) 등의 유영능력 특성을 구조물의 수리학적 조건에 적용하였으며, 어류 이동률은 구조물 하류에서 채집된 어류 중 해당 구조물을 통과할 수 있는 어종의 비율로 산출하였다. 이를 기반으로 구조물 단위 연속성 평가를 실시하였으며, 구조물 단위 평가는 어류 이동률에 따라 출현종 대비 이동 가능한 어종의 비율을 산정하여, 연속(≥ 50%), 훼손(0% < 어류 이동률 < 50%), 단절(= 0%)의 3등급으로 분류하였다.
또한, 구조물 단위 평가를 종합하여 하천 단위 종적연결성 평가를 수행하였다. 하천 단위 평가의 경우, 구조물 단위 평가를 기반으로 하천의 종점(하류)부터 상류 방향으로 어류가 도달 가능한 거리(km)를 계산하고, 이를 전체 하천 연장 대비 연속성 확보 비율(%)로 산정하였다. 그 결과에 따라 하천 단위 평가는 연속(≥ 50%), 훼손(10%~50%), 단절(≤ 10%)로 최종 분류하였다.
2.4. 하천 수생태계 건강성 평가
수생태계 건강성 평가는 Karr(1981)[21]이 제안한 어류를 이용한 생물통합지수(IBI, Index of Biological Integrity)개념을 기반으로, 국내 실정에 맞게 하천 생태계의 건강성을 정량적으로 평가할 수 있도록 개발된 지표인 수생태 건강도(Fish Assessment Index, FAI)를 평가하였다. FAI는 어류의 종 조성, 섭식 특성, 내성 특성 등을 반영한 8개의 다변수 지표(M1-M8)로 구성되어 있다. 각 메트릭은 “12.5”, “6.25”, “0”의 세 등급으로 점수를 부여하였으며, 8개 항목의 합산에 따른 최대 총점은 100점(12.5×8)으로 설정하였다
2.5. 화학적 수질 및 어류 길드 특성 분석
화학적 수질 분석은, 상류에서 하류까지 4개 지점(WQ1~ WQ4)의 수질 측정망을 대상으로 시공간적 수질 특성 변동성을 분석하였다. 어류의 생태길드 분석을 위해 환경부의 수생태계 현황 조사 및 건강성 평가 방법 등에 관한 지침을 기반으로 채집된 어종을 내성도와 섭식특성에 따라 분류하였다. 내성도의 경우 민감종, 중간종, 내성종으로 분류하였으며, 섭식특성의 경우 충식종, 잡식종, 육식종으로 분류하였다. 어류의 생태길드에 기반한 지점별 유사성 분석은 NMDS (Non-metric multidimensional scaling, NMDS)를 이용하였으며, DS분석은 R program (ver 4.3.1)의 vegan package의 metaMDS 함수를 이용[23], Bray-Curtis 방식에 따라 지점별 유사도를 산출하였으며, 그래프 시각화를 위해 ggplot2 package[24]를 이용하였다.
2.6. 보 개선 우선순위 선정 다변수 메트릭 모델
대전천에 설치된 소규모 보(weir) 구조물에 대한 관리 및 철거･개선 우선순위를 도출하기 위하여 다변수 메트릭 모델(Multimetric model)을 구축하였다. 본 모델은 물리적, 생물학적, 기능적 요소를 모두 반영하여 하천 구조물이 수생태계에 미치는 영향을 통합적으로 평가할 수 있도록 설계하였다.
평가 항목은 크게 물리적 요소(보의 구조적 안정성), 생물학적 요소(어류종 단절 여부 및 수생태 건강성), 기능적 요소(용수 이용 여부)로 구분되었다. 각 항목은 상대적 중요도에 따라 가중치를 부여하였으며, 이를 합산하여 보별 총점을 산출하였다. 최종적으로 산출된 점수는 등급화되어(A-D 등급), 각 보의 철거･개선･존치 우선순위를 결정하는 근거로 활용하였다. 이를 통해 하천 종적연결성 회복과 수생태 건강성 개선을 고려한 관리 방향을 제시 하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1. 화학적 수질특성
수질 자료 분석 결과, WQ4 지점에서 뚜렷한 수질 악화가 확인되었다. 본 지점은 대동천이 본류와 합류하는 하류부에 위치하고 있으며, 총인(TP) 농도가 약 100µg/L로 상류 지점(WQ1~WQ3)에 비해 현저히 증가하였다. 이러한 증가는 지류를 통한 외부 영양염류 유입이 활발히 이루어지고 있음을 나타낸다. 또한 평균 BOD와 COD가 각각 2.5mg/L, 4.5mg/L로 상승하여, 본 구간에서 유기물 부하 증가 및 이에 따른 용존산소 소모량 상승이 동반되고 있는것으로 나타났다. 암모니아성 질소(NH4-N) 농도 또한 WQ4에서 급격히 증가하였으며, 이는 생활하수 및 축산계 배출원이 대동천을 통해 지속적으로 유입되고 있음을 나타낸다(Fig. 2). 더불어, 클로로필 농도가 16µg/L로 네 지점 중 가장 높은 수치를 기록하여, 영양염 농도 증가에 따른 조류 성장 또한 활발하게 일어나고 있음을 나타내었다. 전기전도도의 상승 또한 WQ4에서 확인되었으며, 이는 용존 이온성 물질의 농축이 진행되고 있음을 보여주었다.
이러한 결과는 대동천이 본류 수질에 미치는 부정적 기여를 정량적으로 제시하며, 특히 본류 하류 수계의 수생태계 건강성 유지에 있어 지류 유입 오염원 관리의 중요성을 강조한다. 따라서 향후 연구 및 관리에서는 합류부 구간을 중심으로 한 지속적인 수질 및 생물학적 모니터링과 더불어, 오염원 저감을 위한 체계적 관리 전략 수립이 필요할 것으로 사료된다.
3.2. 보의 퇴적도 분석
전체 평균 퇴적물 축적도는 73%로 확인되었으며, 특히 1.0 m 이상의 구조물에서는 평균 퇴적률이 87% 이상으로 증가하여, 보의 물리적 차단 효과가 상류부 퇴적을 가속화하는 것으로 분석되었다. 하상구조 분석 결과, 대부분의 보 상류는 자갈 및 큰자갈을 기반으로 하며, 일부 하류 보 지점(W23~W27)에서는 모래 및 진흙의 비율이 높아지는 경향을 보였다(Table 1). 특히 W26 및 W27에서는 진흙(silt)이 혼재된 하상이 관찰되었는데, 이는 대전천의 최하류 보로서, 유기물의 축적과 함께 유속이 급격히 줄어들며 세립질 침적이 활발히 일어난 결과로 판단된다.
3.3. 출현 어류상
조사기간 동안 채집된 어류는 총 5과 21종, 2,269개체로 나타났다. 도약종은 참갈겨니(Zacco koreanus)와 피라미(Zacco platypus) 두 종이 출현하였으며, 외래종 및 법정보호종은 출현하지 않았다(Table 2). 어류 내성도 길드 및 섭식 길드 비교 결과, 전체 출현 어종중 민감종은 1,350개체(60%), 중간종은 887개체(39%), 내성종은 32개체(1%)로 내성종의 비율이 매우 적은 것으로 나타났으며, 충식종 1,611개체(71.0%), 잡식종 566개체(24.94%), 육식종 92개체(4.05%)로 나타나 충식종이 우점하는 것으로 나타났다. 이는 민감종이면서 충식종인 참갈겨니와 버들치(Rhynchocypris oxycephalus)가 전체 출현어종의 55.6%으로 나타났기 때문인 것으로 사료된다. 또한 W27에서 다음 지점 사이의 구간이 길어 하천의 하류 보다는 중~상류 지역이 주로 조사지점으로 선정되었기 때문에 참갈겨니, 버들치, 동사리(Obontobutis platycephala) 등의 민감종이 주로 채집된 것으로 판단된다[25].
3.4. NMDS 분석을 통한 어류군집 구조의 공간적 분포
NMDS분석 결과, 스트레스 값은 0.021로 나타나 분석 결과의 적합도가 매우 높게 평가되었으며, 조사 지점별 어류 군집은 NMDS1과 NMDS2 축을 기준으로 뚜렷한 공간적 분포 양상을 보였다. 각 지점의 FAI 값은 색상으로 표현되었으며, FAI 값이 높을수록 어류 군집의 건강성이 양호함을 나타낸다. W1은 NMDS2 축의 음(-) 방향으로 현저히 분리되어 있으며, FAI 값 또한 낮은 수준으로 나타났다(Fig. 3). W1의 경우 본 조사 대상 수계의 최상류에 위치한 지점으로, 봄철과 가을철 모두 1종의 어류만 출현하여 군집 구조가 매우 단순하였는데, 이는 상류 특유의 환경적 제약(좁은 수폭, 낮은 유속 및 수심, 구조적 다양성 부족 등)으로 인해 다양한 어류가 서식하기 어려운 환경인 것으로 사료된다[26]. 반면 W3~W20에 분포하는 다수의 지점들은 NMDS 공간상 밀집된 군집을 형성하고 있으며, 대부분 ‘좋음’ 이상의 FAI 값을 유지하였다. 이들 지점은 민감종(SS), 충식종(Ins)과의 높은 연관성을 보이며, 상대적으로 안정된 서식처 구조와 어류 다양성을 유지하고 있는 것으로 판단되었다. W21 지점부터는 충식종 및 민감종과의 상대적인 거리가 멀어진 것을 볼 수 있는데, Table 1의 결과에 따르면 W20 구간 부터 잔자갈 대신 모래(S) 비율이 증가하는 등 하상이 세립질 중심으로 전환되는 특징을 보였다. 이러한 세립질 기반의 하상 구조는 수서곤충의 서식 공간을 감소시키고, 복잡한 미소서식처를 필요로 하는 충식종 및 민감종의 서식 적합성을 저하시킨다. 그 결과, W21 이후의 어류 군집은 내성종 및 잡식종 위주의 조성으로 이동하는 패턴을 보였다. 이러한 변화는 하류로 갈수록 누적되는 보의 수리･지형적 영향, 유속 저하에 따른 정체수 형성, 미세퇴적물 축적, 서식처 단순화 등 복합적인 교란이 작용한 결과로 판단된다[19].
3.5. 인공구조물 수리학 특성 및 종적연결성 평가
인공구조물의 유형과 수리학적 특성을 분석한 결과, 수직형은 6개소, 경사형(S)은 6개소, 복합형(C)은 15개소로 나타났다(Table 1). 구조적으로는 복합형이 가장 높은 비율을 차지하였으며, 보의 높이는 최대 5.5m, 길이는 69m의 범위로 조사되었다. 상단수심(Hu)과 하단수심(Hd)은 봄과 가을 모두 보 별로 큰 차이를 보였으며, 낙차(DH)는 봄철 기준으로 최대 130cm, 가을철 기준으로는 최대 98cm까지 확인되었다. 특히 낙차가 100cm 이상인 보가 3개소 이상 관측되었으며, 이는 종적연결성의 단절에 미치는 영향이 클 것으로 판단된다(Fig. 4). 보의 종적연결성은 구조적 및 수리학적 지표를 바탕으로 평가되었으며, 전체 보 중 20개소가 단절(Disconnection), 5개소는 연속(Connection), 2개소는 훼손(Partial connection) 상태로 분류되었다. 단절로 평가된 보들은 대부분 높이와 낙차가 크고 어도가 설치되어 있지 않아 본 조사에서 출현한 도약가능종(참갈겨니, 피라미) 또한 통과하지 못하는 것으로 분석되었으며, 이는 생물 이동에 물리적 장벽으로 작용할 가능성이 높은 것으로 나타났다(Table 3).
3.6. 보 구조물 개선 우선순위 설정을 위한 평가 메트릭 개발
하천 횡구조물에 대한 체계적인 관리 및 철거･개선 판단을 위해, 본 연구에서는 물리적, 생물적, 기능적 요소를 종합적으로 반영한 다변수 메트릭 기반 평가 모델을 개발하였다. 본 보 구조물 개선 모델은 본 연구진이 개발한 「대전광역시 도심하천(대전천)의 인공 횡구조물 평가 기반 하천 상･하류 간 연속성 확보 및 복원･개선방안 확립」[27] 연구보고서에서 제시된 구조물 평가 모델을 기반으로 지표 체계를 정량화 하였다.
구체적으로는 보의 구조적 특성과 종적연결성에 직접적으로 영향을 미치는 물리적 요소(M1), 어류 이동 및 생태계 반응을 반영하는 생물적 요소(M2-M6), 그리고 구조물의 존치 필요성과 관리 현실성을 고려한 기능적 요소(M7)를 포함하여, 총 7개 메트릭(M1–M7)을 선정하였다(Table 4). 각 메트릭은 하천 종적연결성 단절을 유발하는 구조적 원인과 이에 따른 생태학적 반응, 그리고 실제 구조물 관리･개선 의사결정 과정에서 반복적으로 고려되어 온 핵심 판단 요소를 반영하여 구성하였다. 가중치는 각 메트릭이 종적연결성 회복에 미치는 직접성과 영향 범위를 기준으로 차등 적용하였다.
어류의 상･하류 이동 가능성을 직접적으로 결정하는 지표인 어류 기반 구조물 단위 종적연결성 평가(M2)와 어도 설치 여부(M3)는 보의 존재가 어류 이동을 허용하는지 여부를 판단하는 핵심 지표로, 종적연결성 회복과 가장 직접적으로 연계된다. 또한 어류 기반 생태건강도 평가 모델값(M6)은 구조물에 의한 단절 효과가 어류 군집과 서식 환경에 누적되어 반영된 결과 지표로서, 연결성 회복의 생태적 성과를 종합적으로 평가할 수 있는 항목이다. 이러한 메트릭들은 최대 점수가 20점으로 설정되어 있으며, 종적연결성 회복에 대한 기여도가 가장 크다고 판단하여 4배의 가중치를 적용하였다.
반면, 보 구조물 안정성 지표(M1)와 보의 용수 이용 지표(M7)는 구조물의 존치 가능성과 관리 현실성을 판단하는 기능･관리적 요소로, 종적연결성 회복 여부를 직접적으로 결정하기보다는 철거 또는 개선 가능성을 조정하는 역할을 수행한다. 이에 따라 이들 메트릭은 최대 점수가 상대적으로 낮게 설정되었으며, 관리적 중요성은 반영하되 종적연결성 핵심 지표에 비해 과도한 영향이 부여되지 않도록 2배의 가중치를 적용하였다.
또한 회유성 어종 출현(M4)과 법정보호종 출현(M5)은 종적 단절에 대한 생물학적 민감도를 반영하는 지표로, 구조물 영향의 생태적 중요성을 보완적으로 평가하기 위해 포함되었다. 이들 메트릭은 특정 종 또는 보호 대상 생물의 존재 여부에 따라 점수가 부여되는 특성상 공간적･시간적 변동성이 상대적으로 크므로, 핵심 연결성 지표를 보완하는 역할에 한정하여 1배 가중치를 적용하였다.
M1: 보의 훼손/파손 여부 지표
본 메트릭은 보 또는 댐의 구조적 훼손 정도를 평가하여, 어류 이동성과 하천 종적연결성(longitudinal connectivity)에 미치는 영향을 반영한다. 구조물이 완전 파손된 경우, 하천의 흐름이 자연 상태에 가깝게 회복되며 어류의 상･하류 이동 가능성이 크게 향상되는 것으로 보고되고 있다[28,29]. 이러한 조건에서는 서식지 단절이 해소되고 생태계 회복 효과가 극대화될 수 있으므로 가장 높은 점수(10점)를 부여하였다.
부분 파손 상태의 경우 일부 연결성 회복 효과는 나타나지만, 잔존 구조물에 의해 여전히 이동 제한이 발생할 수 있어 중간 점수(6점)를 부여하였다. 반면, 파손이 전혀 없는 구조물은 하천 종적연결성을 지속적으로 저해하며 어류 이동을 제한하는 주요 물리적 장벽으로 작용하므로 최저 점수(2점)를 부여하였다.
M2: 어류 기반 구조물 단위 평가 결과 지표
본 메트릭은 보 구조물이 어류 이동에 미치는 종적연결성 상태를 연속, 훼손, 단절의 세 단계로 구분하여 평가한다. 보의 연속성이 확보된 경우 어류의 상･하류 이동이 가능하며, 이는 하천 생태계의 물질 순환과 생물군집 유지에 중요한 역할을 한다[14]. 이러한 경우 가장 높은 점수(20점)를 부여하였다.
반대로 구조적 요인으로 인해 어류 이동이 단절된 경우에는 생태적 흐름이 현저히 저해되고, 어류 군집의 공간적 파편화가 심화되는 것으로 보고되고 있어[13] 낮은 점수(4점)를 부여하였다. 이는 보 구조물이 하천 생태계의 종적연결성 유지에 있어 핵심적인 관리 대상임을 반영한다.
M3: 어도 유무 지표
어도의 설치 여부는 횡구조물에 의한 이동 제한을 완화할 수 있는 대표적인 관리 수단으로 평가된다. 어도가 설치된 경우 어류의 종적 이동 가능성이 상대적으로 향상되므로 높은 점수(20점)를 부여하였다. 어도가 적절한 설계와 수리 조건을 갖출 경우, 보와 같은 횡구조물로 인해 단절된 어류의 종적 이동을 효과적으로 회복시키는 것으로 보고되었다[30,31]. 이에 따라, 어도 설치 여부는 어류 통과 가능성을 결정하는 가장 기본적인 구조적 요인 중 하나로 평가되며, 미설치 시에는 구조적 단절 상태가 지속될 가능성이 크다. 따라서 본 연구에서는 어도가 설치되지 않은 구조물에 대해 낮은 점수(4점)를 부여하였다.
M4: 회유성 어종 특성 지표
본 메트릭은 보 하류 구간에서 회유성 어종의 출현 여부를 평가한다. 회유성 어종은 산란과 생활사 완성을 위해 하천의 종적 이동이 필수적인 생물군으로, 종적연결성 단절에 매우 민감하게 반응하는 지표종으로 활용되어 왔다[32].
회유성 어종이 출현하는 경우, 해당 구조물이 어류 이동을 심각하게 제한하고 있음을 시사하므로 낮은 점수(1점)를 부여하였으며, 출현하지 않는 경우 상대적으로 영향이 적다고 판단하여 높은 점수(5점)를 부여하였다. 이는 보 설치가 회유성 어종 보전에 직접적인 영향을 미친다는 점을 반영한다.
M5: 법정보호종(멸종위기종) 지표
본 메트릭은 조사 구간에서 멸종위기종 또는 법정보호종의 출현 여부를 평가한다. 법정보호종은 서식지 변화와 연결성 단절에 취약한 생물군으로, 횡구조물에 의한 영향이 일반 종보다 더 크게 나타날 수 있다. 따라서 법정보호종이 출현한 구간에서는 보에 의한 생태적 영향의 심각성이 크다고 판단하여 낮은 점수(1점)를 부여하였으며, 출현하지 않은 경우에는 상대적으로 관리 우선순위가 낮다고 판단하여 높은 점수(5점)를 부여하였다.
M6: 어류 기반 생태건강도 지표
본 메트릭은 어류를 기반으로 산정된 수생태 건강성 지수(Fish Assessment Index, FAI)를 활용하여 구조물 설치로 인한 생태적 영향의 누적 효과를 평가한다. 다변수 어류지수는 어류 군집의 종 조성 및 기능적 특성과 함께 수질과 물리적 서식지 조건을 통합적으로 반영할 수 있어, 하천 생태계의 전반적인 건강 상태를 평가하는 대표적인 생태건강성 지표로 널리 활용되고 있다[21,33]. 본 연구에서는 FAI 값에 따라 평가 점수를 차등 부여하였으며, 생태건강도가 높은 구간(61–100점)은 어류 다양성과 서식환경이 양호한 상태로 판단하여 높은 점수(20점)를 부여하였다. 반면, 생태건강도가 저하될수록 점수를 단계적으로 감소시켜, FAI가 0–40점에 해당하는 구간에는 낮은 점수(4점)를 부여하였다.
M7: 보의 용수 이용 지표
본 메트릭은 보의 설치 목적 중 용수 이용 여부를 고려하여 기능적 중요성을 평가한다. 보의 용수 이용 기능은 농업용수, 경관 유지 등 사회･경제적 서비스를 제공하는 요소로, 구조물 철거 또는 개선 시 중요한 제약 조건으로 작용한다[18]. 따라서 용수 이용 목적이 있는 보는 기능적 가치가 크다고 판단하여 높은 점수(10점)를 부여하였으며, 이용 목적이 없는 경우에는 상대적으로 철거･개선 가능성이 높다고 판단하여 낮은 점수(2점)를 부여하였다. 이는 보 관리 의사결정 과정에서 생태적 가치와 기능적 필요성을 함께 고려해야 함을 반영한다.
각 메트릭 항목(M1-M7)은 가중치에 따라 최대 90점으로 구성되었으며, 점수에 따라 A~D등급으로 기능·경제성 우선순위를 제시하였다. 하천 내 소규모 보 구조물의 기능성과 생태적 연결성 확보 필요성을 평가하기 위하여, 물리적(M1), 생물학적(M2~M6), 기능적(M7) 요소를 통합한 다변수 메트릭 평가 모델을 27개 보 지점에 적용하였다. 본 모델의 총점은 90점 만점이며, 평가 결과에 따라 A부터 D까지 4등급으로 분류하였다. 그 결과 A등급(69점 이상)으로 평가된 구조물은 존재하지 않았으며, 전체지점 중 16개소(59.3%)가 C등급(23점 이상)으로 평가되어, 어도 설치 또는 부분적인 구조 개선이 필요한 2순위 개선 대상에 해당하였다. 반면, B등급(46점 이상)은 11개소(40.7%)로 나타났으며 D등급(18점 이상)으로 평가된 구조물은 없었다(Table 4).
어류의 상류 회유 특성을 고려할 때, 하류에 위치한 보 구조물부터 개선이 이루어져야 연속성 확보 효과가 극대화될 수 있으며[34,35,36], 이에 따라 C등급에 해당하는 구조물 중 하류구간에 위치하는 W20, W21, W23 및 W24 4개 보 지점을 대상으로 생태적 연결성 측면에서 우선 개선 대상으로 고려하였다. 또한 도심지역에 위치한 W25, W26, W27 세개의 보 지점 중, W25는 유량 유지, 용수 활용, 경관 조성, 보도 기능 등 어떤 기능도 수행하지 않는 것으로 확인되었으며, 인근 상류에 위치한 돌다리로 인해 최소한의 유량 유지가 가능한 조건이므로 철거가 가능한 구조물로 평가되었다. 마지막으로 W18 보 지점의 경우, 종적연결성 평가결과 단절로 나타난 보 중에서 상대적으로 하류에 위치해 있으며, 낙차가 매우 높아 어도 설치가 시급한 보로 나타났다. 최종적으로 W18, W20, W21, W23, W24, W25 총 6개 보 구조물을 개선 대상으로 선정하여 보의 개선 혹은 철거를 실시할 경우, 기존의 최하류로부터 9.7km(전체 하천 연장 23.2km 대비 41.8%)이 확보되어 하천단위 연속성 평가결과 ‘훼손’으로 평가되었으나, 개선 후 종적연결성 확보 구간은 13.1km (56.5%)으로 하천단위 연속성 평가결과 ‘연속’으로 개선될 것으로 예상된다(Fig. 5).
4. 결 론
본 연구는 도심하천에 연속적으로 설치된 보 구조물이 하천의 물리적 환경과 어류 군집 구조, 그리고 종적연결성에 미치는 복합적인 영향을 정량적으로 평가하였다.
분석 결과, 보 상류에서는 유속 저하와 체류 시간 증가로 인해 세립질 퇴적물과 유기물이 축적되었으며, 이러한 물리적 변화는 정체수역 형성과 서식처 단순화로 이어졌다.
특히 낙차가 크고 구조적 차단 효과가 강한 보에서 퇴적률이 높게 나타난 점은, 보의 수리학적 특성이 하상 구조와 물질 수송 과정을 매개하여 생태계 변화를 유도하는 핵심 요인임을 나타낸다[17,18]. 어류 군집 분석 결과에서도 이러한 물리적 메커니즘이 반영되었다. NMDS 분석에서 하류부 W21 이후 구간은 충식종･민감종 중심의 군집에서 점차 이탈하여 내성종･잡식종 위주의 조성으로 전환되는 경향을 보였는데, 이는 해당 구간에서 하상이 자갈 중심에서 모래･실트 등 세립질 기반으로 변화하고 퇴적률이 증가한 결과로 해석된다. 즉, 보에 의한 유속 감소와 퇴적 환경의 변화가 수서곤충 서식처 감소를 초래하고, 이를 통해 어류 군집의 기능적 구조까지 간접적으로 영향을 미친 것으로 판단된다[37,38]. 다변수 메트릭 모델을 적용한 결과, 조사 대상 27개 보 중 다수는 C등급 이하로 분류되어 종적연결성 회복을 위한 개선이 필요한 것으로 나타났다. 특히 하류에 위치한 W20, W21, W23, W24와 도심부의 W25는 구조적 기능성이 낮고 어류 이동 차단 효과가 뚜렷하여, 군집 구조 변화와 종적연결성 저해가 동시에 확인된 지점이었다. 이는 물리적･생물적･기능적 요소를 통합한 평가 지표가 어류 군집 기반 분석 결과와 정합성을 보이며, 하천 관리 의사결정에 실질적으로 활용될 수 있음을 의미한다.
이를 기반으로, 상기 보(W18, W20, W21, W23, W24, W25)를 단계적으로 개선할 경우, 하천 단위 종적연결성 확보 비율이 41.8%에서 56.5%로 향상될 것으로 예측하였으며, 본 연구에서 제시한 우선 개선 보에 대해서는 어도 설치, 보 높이 저감 또는 부분 철거, 자연형 경사로 구조로의 전환 등 다양한 개선 방안을 적용할 수 있을 것이다. 특히 하류 구조물부터 단계적으로 개선하는 전략은 하천 단위 종적연결성 회복 효과를 효율적으로 극대화할 수 있을 것으로 판단된다.
종합하면, 본 연구는 도심하천에서 보 구조물에 의한 인위적 단절이 어류 군집 구조와 종적연결성 저하로 이어지는 메커니즘을 제시하였으며, 통합 다변수 메트릭 모델을 이용하여 실질적인 도심하천 복원 우선순위를 도출하였다. 본 연구결과는 도심하천에서 수생태계 건강성 회복과 종적연결성 기반 관리 전략 수을 위한 과학적 근거로 활용될 수 있을 것으로 판단되며, 향후 연구에서는 장기 모니터링과 함께 보 개선 또는 철거에 따른 생태적 반응을 보다 정밀하게 평가할 필요가 있을 것으로 사료된다.
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