기후변화에 따른 낙동강 수계 어류 서식처 영향 분석

강형식,박민영,장재호,Kang, Hyeongsik,Park, Min-Young,Jang, Jae-Ho 한국수자원학회 2013 한국수자원학회논문집 Vol.46 No.1

본 연구에서는 기후변화에 따른 수온상승이 낙동강 유역 어류 서식지에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 낙동강유역에 서식하는 어종 중 22개 어종에 대한 최대내성한계온도를 산출하였으며, 이를 토대로 수온 상승에 따른 어류 서식지 및 서식지 지점별 어종 영향 정도를 분석하였다. 산정된 최대내성한계온도의 범위는 $27.7\sim33.1^{\circ}C$의 범위를 나타났다. 또한 기존에 예측된 기온 상승 데이터를 이용하여, 낙동강 78개 지점에서의 2100년도까지의 수온 상승을 예측하였으며, 수온 상승 예측을 위하여 낙동강 유역 78개 각 지점에서의 기온-수온의 회귀식을 산정하였다. 그 결과 S1 기간(2011~2040년)에 평균 $0.69^{\circ}C$, S2기간(2041~2070년)에는 평균 $1.76^{\circ}C$, S3기간(2071~2100년)에는 평균 $2.32^{\circ}C$의 수온이 상승되는 것으로 나타났다. 이상의 수온상승에 따라 낙동강 22개 어종에 대해 S1-S3 각 기간별로 평균 21.9%, 36.3%, 51.4%의 서식처가 영향을 받는 것으로 나타났다. In this study, the potential effects of increased water temperature on fish habitat were analysed in the streams of Nakdong River watershed. The changes in suitable habitats for each fish species and in species number at a habitat site were predicted, based on the maximum thermal tolerances of 22 fish species. The estimated maximum thermal tolerance ranged between $27.7^{\circ}C$ and $33.1^{\circ}C$. Then, the increase of water temperature in 78-sites of Nakdong River watershed by 2100 was predicted by using the estimated air temperature data by 2100 in the literature and the regression analysis between air-temperature and water-temperature at each sites. The water temperature was estimated to have increased by $0.69^{\circ}C$, $1.76^{\circ}C$, and $2.32^{\circ}C$ in 2011~2040 (period S1), 2041~2070 (S2), and 2071~2100 (S3), respectively. With such increases in water temperature, the averaged suitable habitats for all 22 fish species would be influenced by 21.9%, 36.3%, and 51.4% in periods S1, S2, and S3, respectively.

하천사업에 대한 일반인 및 공무원 인식차이 조사에 관한 연구

강형식,김민선,조성철,Kang, Hyeongsik,Kim, Minseon,Cho, Sungchul 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.4

This study aims to analyze civil society consciousness to river projects, examine the current state of resident participation, and suggest development directions for river policy. For this, this study conducted a survey of 1,200 local residents and 100 public officials living and working in the river project areas. The result demonstrates the necessity of formulating river policy in a way that recognizes voices of various policy stakeholders, strengthens partnership among resident groups, and promotes a trend shift in river restoration to reflect residents' consciousness. 본 연구에서는 하천사업에 대한 인식과 하천사업에서의 주민참여 현황을 파악하고 하천사업의 발전방향을 제시하고자 한다. 이를 위해 고향의 강 사업과 생태하천 복원사업 대상지 중 12개 하천을 선정하여 일반인과 공무원 집단을 대상으로 면접설문을 실시하였다. 설문결과 하천정책의 지향점, 하천관리 주체, 주민참여 활성화 방안에 대한 두 집단 간의 인식차이를 확인 할 수 있었고 이와 관련하여 다양한 주체의 의견을 반영하는 하천정책이 필요한 것으로 도출되었다. 지금까지의 하천사업이 하천의 생태적 측면과 친수환경 조성을 중요시 했다면 앞으로는 하천의 역사, 문화, 공동체성에 대한 요구를 수용하고 다양한 주민참여의 기회를 마련하여 민 관 거버넌스 형태의 하천사업이 이루어 질 수 있는 하천정책의 패러다임이 구축되어야 할 것이다.

교행식생 영역을 갖는 개수로 흐름에서의 3차원 수치모의

강형식,김규호,임동균,Kang, Hyeongsik,Kim, Kyu-Ho,Im, Dongkyun 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 B Vol.29 No.3B

본 연구에서는 흐름방향으로 식생 영역이 교차적으로 식재된 교행식생 수로에서의 3차원 수치모의를 수행하였다. 지배방정식에서의 난류 폐합을 위해 ${\kappa}-{\varepsilon}$ 모형을 적용하였으며, 수치모형은 Olsen(2004)이 개발한 3차원 모형을 이용하였다. 먼저, 3차원 수치모형을 이용하여 하상의 일부가 식재된 부분 식생 수로를 수치모의 하고, 계산된 적분유속 및 레이놀즈응력을 기존의 실험 결과와 비교하였다. 그 결과 본 모형이 식생 수로에서의 평균 유속 분포를 매우 잘 예측하는 것으로 나타났다. 그러나 ${\kappa}-{\varepsilon}$ 모형이 등방성 모형이므로 식생과 비식생 영역의 경계면 부근에서 발생되는 운동량 교환 효과를 정확히 예측할 수 없는 것으로 나타났다. 한편, 주흐름방향으로 식생 영역이 교차적으로 존재하는 교행식생 수로를 수치모의 하고, 계산된 유속 분포를 기존의 실험 결과와 비교한 결과, 계산 유속과 실험 결과가 매우 잘 일치하는 것으로 나타났다. 또한 다양한 밀도에 따른 유속 벡터도를 계산한 결과, 식생밀도가 증가함에 따라 식생이 흐름 방향을 변화 시켜 점차 만곡수로와 유사한 형태의 유속 벡터도를 갖는 것으로 나타났으며, 식생 밀도 ${\alpha}$가 9.97%인 경우에는 식생 반대 측벽 영역에서 재순환 흐름이 형성되는 것으로 나타났다. 한편, 식생 밀도에 따른 단면 유속 분포도 및 편수위 변화를 살펴보았다. In the present paper, turbulent open-channel flows with alternate vegetated zones are numerically simulated using threedimensional model. The Reynolds-averaged Navier-Stokes Equations are solved with the ${\kappa}-{\varepsilon}$ model. The CFD code developed by Olsen(2004) is used for the present study. For model validation, the partly vegetated channel flows are simulated, and the computed depth-averaged mean velocity and Reynolds stress are compared with measured data in the literature. Comparisons reveal that the present model successfully predicts the mean flow and turbulent structures in vegetated open-channel. However, it is found that the ${\kappa}-{\varepsilon}$ model cannot accurately predict the momentum transfer at the interface between the vegetated zone and the non-vegetated zone. It is because the ${\kappa}-{\varepsilon}$ model is the isotropic turbulence model. Next, the open channel flows with alternate vegetated zones are simulated. The computed mean velocities are compared well with the previously reported measured data. Good agreement between the simulated results and the experimental data was found. Also, the turbulent flows are computed for different densities of vegetation. It is found that the vegetation curves the flow and the meandering flow pattern becomes more obvious with increasing vegetation density. When the vegetation density is 9.97%, the recirculation flows occur at the locations opposite to the vegetation zones. The impacts of vegetation on the flow velocity and the water surface elevation are also investigated.

기후변화를 고려한 생태하천 복원 및 관리방향에 관한 연구

강형식,Kang, Hyeongsik 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.1

In this study, using a complex of physical, chemical, and biological evaluation factors, the ecological vulnerability to climate change were evaluated at each river in the Nakdong river basin. First, runoff, sediment rate, and low flow discharge changes according to AIB climate change scenario using the SWAT model were simulated. Also, for the assessment of chemical and biological factors, 48 points that water quality monitoring sites and ecological health measurement points are matched with each other was selected. The water quality data of BOD and T-P and the biological data of IBI and KSI in each point were reflected in the assessment. Also, the future rise in water temperature of the rivers in Nakdong river basin was predicted, and the impact of water temperature rise on the fish habitat was evaluated. The top 10 most vulnerable points was presented through a summary of each evaluation factor. This study has a contribution to river restoration or management plan according to the characteristics of each river. 본 연구에서는 낙동강 유역을 대상으로 물리, 화학, 생물학적의 복합적인 평가요소를 이용하여 수생태 관련 기후변화 취약구간을 선정하였다. 먼저 SWAT 모형을 이용하여 A1B 기후변화 시나리오에 따라 각 소유역별로 유출량, 유사량, 갈수량 변화를 모의하였다. 또한 환경부의 수질 측정망과 수생태 건강성 측정 지점이 서로 일치하는 48개 지점을 대상으로, BOD 및 TP 등의 수질 데이터와 IBI, KSI의 수생물 데이터를 평가에 반영하였다. 한편, 미래 기온 상승에 따른 낙동강 유역 하천에서의 수온 상승 폭을 예측하였고, 이로 인한 수생물 서식처 영향을 분석하여 평가에 반영하였다. 각 평가요소를 종합하여 가장 취약한 상위 10개 지점을 제시하였다. 본 연구는 하천 생태복원을 위한 취약구간 평가 및 종합적인 평가 결과를 토대로 각 하천 특성에 맞는 하천 관리 계획을 수립하는데 있어 효과적일 것으로 사료된다.

수치모의를 이용한 전단면 식생 수로에서의 와도 생성 분석

강형식(Kang Hyeongsik) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 B Vol.30 No.2B

본 연구에서는 수치모의를 통하여 전단면 식생 수로에서 와도의 생성을 분석하였다. 지배방정식에서 난류 폐합을 위해 레이놀즈응력모형을 이용하였다. 거친 하상-매끄러운 측벽 및 매끄러운 하상-거친 측벽을 갖는 개수로 흐름을 수치모의하여 서로 다른 형태의 이차흐름 구조가 형성되는 것을 확인하였다. 즉, 거친 하상 조건에서는 지유수면 이차흐름의 규모가 감소되고, 거친 측벽 조건에서는 자유수면 이차흐름의 구조가 더 커지는 것으로 나타났다. 또한 전단면 식생 수로를 수치모의하여 수심 크기의 바닥 이차흐름이 형성되고, 식생 밀도가 증가함에 따라 자유수면 이차흐름이 점차 사라지는 것을 확인하였다. 또한 이차흐름 생성에 중요한 역할을 하는 난류의 비등방성 및 레이놀즈응력 분포를 식생밀도에 따라 살펴보았다. 한편, 와도 방정식을 분석한 결과, 비식생 수로의 경우 벽 및 수면 경계 근처에서는 난류 비등방성에 의한 생성항이, 경계와 떨어진 곳에서는 레이놀즈응력에 의한 생성항이 와도 생성에 중요한 역할을 히는 것으로 나타났다. 그러나 식생 수로에서는 이러한 특성이 사라지는 것으로 확인되었다. 또한 비식생 수로에서는 바닥과 수면에서의 와도 생성이 강하게 발생되지만, 식생 수로에서는 바닥과 식생 높이에서 와도 생성이 크게 발생되는 것으로 나타났다. This paper presents a numerical investigation of vorticity generation in fully vegetated open-channel flows. The Reynolds stress model is used for the turbulence closure. Open-channel flows with rough bed-smooth sidewalls and smooth bed-rough sidewalls are simulated. The computed vectors show that in channel flows with rough bed and rough sidewalls, the free-surface secondary currents become relatively smaller and larger, respectively, compared with that of plain channel flows. Also, open-channel flows over vegetation are simulated. The computed bottom vortex occupies the entire water depth, while the free-surface vortex is reduced. The contours of turbulent anisotropy and Reynolds stress are presented with different density of vegetation. The budget analysis of vorticity equation is carried out to investigate the generation mechanism of secondary currents. The results of the budget analysis show that in plain open-channel flow, the production by anisotropy is important in the vicinity of the wall and free-surface boundaries, and the production by Reynolds stress is important in the region away from the boundaries. However, this rule is not effective in vegetated channel flows. Also, in plain channel flows, the vorticity is generated mainly in the vicinity of the free-surface and the bottom, while in vegetated channel flows, the regions of the bottom and vegetation height are important to generate the vorticity.

개수로 흐름에서 레이놀즈응력 모형의 비교

강형식(Kang Hyeongsik),최성욱(Choi Sung-Uk) 대한토목학회 2002 대한토목학회논문집 B Vol.22 No.1B

수변벨트 조성에 따른 하천 단절성 개선 효과 분석

강형식(Kang, Hyeongsik),박민영(Park, Min Young) 대한토목학회 2012 대한토목학회논문집 B Vol.32 No.6B

본 연구에서는 홍천강 11 ㎞를 대상으로 수변생태벨트를 조성할 경우 벨트 폭에 따른 하천 단절성 개선 효과를 분석하였다. 홍천강 대상구간은 기존의 연구에서 하천 단절성이 심화되었다고 보고된 구간으로, 대상지의 생태적 연결성을 증진시키기 위해 필요한 수변생태벨트의 적정 폭을 선정하고자 하였다. 이를 위해 하천을 1 ㎞의 구간으로 구분하여 A-K의 총 11개 구간에 대한 도상조사 및 현장조사를 수행하였다. 또한 단절지수를 적용하여 도로, 제방 및 주변 토지이용 등에 의한 연결성 단절과 생태적 기능성 단절 항목을 평가하였다. 그 결과, Ⅰ 구간에서 연결성과 생태 기능성 단절이 가장 큰 것으로 분석되었으며, 수변벨트를 조성하지 않은 현 상태에서는 구간별 평균값이 단절 2등급을 보이는 것으로 나타났다. 또한, 폭 10-50m의 수변벨트를 조성하였을 경우, 연결성 단절에 대한 개선 효과는 미비하였으나 생태적 기능성 단절에 대해서는 12.4-25.1%의 개선효과가 있는 것으로 예측되었다. 한편, 10 m와 30 m를 조성하였을 경우 단절성 저감효과가 크게 나타났으며, 특히 30 m 조성시 단절등급이 2등급에서 3등급으로 완화되는 효과를 보이는 것으로 나타났다. In this study, an ecological fragmentation improvement effect from different riverine ecobelt width was analyzed. The target river for this study is the Hongcheon river in Kangwondo. This section of 11 ㎞ among the Hongchenon river was reported to be seriously fragmented in the previous literatures. The Hongcheon river of 11 ㎞ was divided longitudinally into subsections of 1 ㎞. The analysis through map and aerial photograph as well as field surveys were performed in 11 subsections(A-K). Using the fragmentation index, the connectivity fragmentation such as river bank, road, and land use and the ecological functional fragmentation were evaluated. The results showed that l-section has the highest fragmentation rate. The Hongcheon river in the present status without ecobelt was analyzed to has the fragmentation of 2nd rate from the mean fragmentation value of 11-subsections, Also, when the riverine ecobelt of 10 m-50 m was restored, the improvement effect of connectivity fragmentation was relatively small, while for the ecological fragmentation, the improvement effect of 12.4-25.1% was predicted. Also, the ecobelts of 10 m and 30 m were evaluated to have a relatively great improvement effect. Especially, for the ecobelt of 30 m width, the fragmentation rate was mitigated form 2nd rate to 3rd rate.

수변생태벨트 구축을 위한 하천 단절구간 평가 방법에 관한 연구

강형식(Kang Hyeongsik),이영숙(Lee Young Sook),전승훈(Jeon Seung Hoon) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 B Vol.31 No.4B

본 연구에서는 수변생태벨트 조성 사업에 있어서 우선구간을 선정하기 위한 단절구간 평가 방법을 제시하였다. 대상 하천은 홍천강으로 하였으며, 홍천강 약 96 ㎞를 2 ㎞의 구간으로 구분하여, A1-P3의 48개 구간에 대한 도상조사 및 현장조시를 실시하였다. 단절 항목은 크게 연결성 및 생태적 기능성 단절로 구분하였으며, 연결성 단절에서는 토지이용 등의 면적 단절과 도로 및 제방 등의 선적 단절로 구분하였다. 또한 생태벨트의 기능성 단절은 기존 연구결과의 일부 항목을 도입하여 크게 하천 수로 및 하상구조, 수림대 및 식생, 하천구조물로 구분하여 평가하였다. 현장조사를 통하여 각각의 세부 항목별단절 점수를 부여하였으며, 각 단절 항목별 평균하여 이를 등급화 하였다. 그 결과, F1-G2 구간에서 2등급 이상의 연결성 및 기능성 단절 등급을 보이는 것으로 나타났으며, 다른 구간에서는 연결성 단절이 2등급으로 높지만, 기능성 단절이 3-4등급으로 낮아 복원이 시급한 구간이 아닌 것으로 평가되었다. 본 연구 결과는 향후 수변생태벨트 조성 등의 하천복원 사업에 있어 대상 하천내 우선 사업구간 선정에 기여할 수 있을 것으로 보인다. In this study, an evaluation method was proposed to determine the restoration section in the riverine ecobelt project. The target river for this study is the Hongcheon river in Kangwon-do. The Hongcheon river of 96 ㎞ was divided longitudinally into subsections of 2 ㎞. The analysis through map and aerial photograph as well as field surveys were performed in 48-sub-sections. The fragmentation items were classified into connectivity and ecological functionality. The connectivity fragmentation was also divided into two items: the area discontinuity of the land use and the line discontinuity of river bank and road. Also, the ecological functional fragmentation was evaluated by using the items of river channel, river bed, vegetation, and the obstruction of river flow. These items was modified from those in the previous literature. From map analyses and field surveys, the fragmentation score was kept with each items in 48 sub-sections of Hongcheon river. The fragmentation rate was made from the total score in each section. The results showed that sections from F1 to G2 was evaluated to have high rates of all connectivity and functionality fragmentation of 1st or 2nd rate. Other sections have high connectivity fragmentation of 2nd rate, but low functional fragmentation. Thus, these sections are evaluated to be excludible in restoration site. This study seems to make a contribution to evaluate the fragmented sections for the riverine ecobelt project.

수자원 개발사업과 생물다양성 손실 방지 노력

강형식(Hyeongsik Kang) 대한토목학회 2016 대한토목학회지 Vol.64 No.9

금강수계 하천에서의 어류 서식처적합도지수 산정

강형식(Kang Hyeongsik),임동균(Im Dongkyun),허준욱(Hur Jun Wook),김규호(Kim Kyu-Ho) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 B Vol.31 No.2B

최근 하천 환경 및 생태학적 관심도가 증가함에 따라 다양한 하천 복원 및 서식 환경 조성 사업이 수행되고 있다. 서식처 복원 사업에 있어 중요한 것은 서식처에 필요한 유량을 산정하는 것이고, 이를 위해 미국 및 유럽의 많은 국가에서 유지유량증분법을 이용하여 서식처 필요유량을 산정하고 있다. 유지유량증분법은 하천 흐름과 관련되어 있는 생물의 서식처 평가와 적정 유량을 설정할 수 있는 개념으로서, 대상하천에서 유지유량증분법을 적용하기 위해서는 생물에 대한 서식처적합도지수가 반드시 필요하다. 그러나 국내의 경우 과거 현장 모니터링을 통해 피라미와 참갈겨니에 대한 적합도지수만이 존재하기 때문에 다양한 어종에 대한 서식처 유량을 산정하기 어려운 실정이다. 본 연구에서는 금강수계의 현장 모니터링을 통해 수심 및 유속과 같은 물리자료, 산성도 및 용존산소량과 같은 화학자료, 그리고 어종 및 개체수와 같은 생물자료를 구축하였다. 확보된 2,736개의 자료를 바탕으로 피라미, 침갈겨니, 돌마자, 쉬리, 돌고기, 모래무지 등 6가지 어종에 대한 서식처적합도지수를 산정하였으며, 기존에 제시된 서식처적합도지수와의 비교를 통해 새로운 서식처적합도지수를 제안하였다. 또한 각 어종별 프루드수, 산성도, 용존산소의 범위를 제시하였다. 본 연구에서 제안한 서식처적합도지수는 하천사업의 평가를 수행하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. With the recent growth of environmental and ecological interests, various river restoration and habitat environment creation projects are being carried out. For this, the estimation of the habitat flow discharge is important. In U.S. and Europe nations, The instream flow incremental methodology (IFIM) has been used to estimate the habitat discharge. IFIM is the method that can be applied to evaluate the flow discharge for the suitable habitat. To use the IFIM in river, a habitat suitability index(HSI) for the target organism is needed. However, HSIs for only two species of Zacco platypus and Zacco temminckii were proposed from the field monitoring. Thus, for the estimation of the ecological flow rate for a group of fish, the development of the HSIs for various fish are necessary. In this study, physical data such as water level and flow rate, chemical data such as acidity and dissolved oxygen, and life data such as fish types and population are collected in Keum river watershed. Based on the 2,736 field data, HSIs for the following 6 fish are developed: Zacco platypus, Zacco temminckii, Microphysogobio yaluensis, Coreoleuciscus splendidus, Pungtungia herzi, Pseudogobio esocinus. Through the comparison with HSIs in the literature, the developed HSIs are modified. Also, the limits of Froude number, pH, and DO for 6 fish are proposed. The HSIs developed in this study can be utilized as a essential data for performing river project evaluations.