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1 March 2015 ISSN Online Ecology and Resilient Infrastructure Vol. 2, No. 1

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3 Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): i-vi Online ISSN: Ecology and Resilient Infrastructure by the Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering Volume 2, Number 1, March 31, 2015 Aims and Scope Aims: As an official journal of the Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering, the journal of Ecology and Resilient Infrastructure aims to promote and disseminate emergent disciplines and technologies between ecology and infrastructural engineering. The journal aims to act as a forum for ecologists, engineers, and landscape architects to jointly discuss the studies of natural ecosystems under the influence of human activities, focusing mainly on the implementation of environmentally sound and sustainable urban and infrastructural developments. The journal also aims to provide a forum for promoting green infra as a resilient infrastructure of a network of high-quality green and blue spaces and other environmental features, which is designed and managed to deliver a wide range of ecosystem services and protect biodiversity in both rural and urban settings. Scope: This journal encompasses broadly the areas of 1) eco-technology, 2) bioengineering, 3) ecosystem restoration including streams, wetlands, coastal areas, and contaminated lands, 4) pollution control and enhancement of amenity of infrastructures by ecosystems, and 5) network design of urban green infrastructure. History of the journal: biannually launched on March 5, 2014 and changed to quarterly from 2015 Frequency and release date of publication: quarterly, on the last day of March, June, September and December Publication type: original articles, review articles and short communications Language: in Korean with English abstracts or in English Abbreviation of journal title: Ecol. Resil. Infrastruct. Online ISSN: DOI Prefix: /eri. Manuscript review policy: peer-reviewed by two referees Availability of the full-text on the web: Subscription fee: free Bibliographical indexes and databases where the journal is listed: KoreaScience Contact information on inquiry Managing editor Kang-Hyun Cho Department of Biological Sciences, Inha University, Incheon , South Korea khcho@inha.ac.kr, Tel: , Fax: Editorial office of the Ecology and Resilient Infrastructure Room 601, #22, Teheran-ro 7-gil, Gangnam-gu, Seoul , Korea kseie2013@gmail.com, Tel: , Fax: Publisher Published by Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering (President Hyoseop Woo) Room 601, #22, Teheran-ro 7-gil, Gangnam-gu, Seoul , Korea kseie2013@gmail.com, Tel: , Fax: Printer Printed by CIR Co. #43, Pildong-ro 8-gil, Jung-gu, Seoul , Korea cir02@chol.com, Tel: (ext. 306), Fax: i

4 ii Ecology and Resilient Infrastructure Editorial Board >> Editor-in-chief Sung-Uk Choi Yonsei University >> Editorial board Dong-Gil Cho Nexus Design Co. Hye-Jin Cho Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology Yongju Choi Seoul National University Weixin Ding Chinese Academy of Sciences, China Chang-Lae Jang Korea National University of Transportation Jinho Jung Korea University Hojeong Kang Yonsei University Haegyun Lee Dankook University Sang-Woo Lee Konkuk University Kyoungphile Nam Seoul National University Jonathan Nelson U.S. Geological Survey, USA Joongcheol Paik Gangneung-Wonju National University Jeryang Park Hongik University Keunyea Song University of Nebraska, USA Uhram Song Jeju National University Yuji Toda Nagoya University, Japan Hoonbok Yi Seoul Women's University >> Managing editor Kang-Hyun Cho Inha University >> Manuscript editor Hyung-Jin Cho (manuscript in Korean) ECOnGEO Co. Simon Vincent (manuscript in English) OCI Company Ltd. Editorial Policy Originality Only papers that report novel and significant scientific and technical findings in the multidisciplinary field of ecology and infrastructure engineering will be considered and accepted for publication in the Ecology and Resilient Infrastructure. Thus, any manuscript submitted to the Ecology and Resilient Infrastructure must report original research. The Ecology and Resilient Infrastructure accepts a submitted manuscript on the condition that the presented work has not been published and is not under consideration for publication elsewhere. Authorship All authors must agree to be so listed and must have seen and approved the manuscript, its content, and its submission to the Ecology and Resilient Infrastructure. All authors of a manuscript are responsible for the entire paper and must have agreed that the corresponding author has the authority to act on their behalf in all matters pertaining to publication of the manuscript. To avoid any possible dispute during the processing, changes to authorship during revision must be agreed upon by all of the authors and brought to the editor's attention in the cover letter submitted with the revised version. Ethics For the policies on research and publication ethics that are not stated in these instructions, the Guidelines on Good Publication Practice can be applied (available from: org/static/1999/1999pdf13.pdf). Please include at the end of the acknowledgements a declaration that the experiments have complied with the current laws of the country in which the experiments were performed. The Editor-in-Chief reserves the right to reject manuscripts that do not comply with the above-mentioned requirements. The author will be held responsible for false statements or failure to fulfill the abovementioned requirements. CrossCheck (Plagiarism- prevention service provided by ithenticate) can be used to check and prevent plagiarism ( login).

5 Ecology and Resilient Infrastructure iii Copyright The acceptance regulations of a manuscript for publication automatically include the consent of the author(s) to transfer the copyright or license to the Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering. Authors will complete a Copyright Transfer Form (CTF) (available from at the time of proofreading. The corresponding author can sign on behalf of co-authors. Acceptance of this agreement will ensure full copyright protection and help to disseminate the article to the widest possible readership in print and electronic formats. Authors are responsible for obtaining permission to reproduce copyrighted material from other sources. All articles of the Ecology and Resilient Infrastructure are Open Access articles distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted noncommercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Disclaimer The publisher, editors, and reviewers do not assume any legal responsibility for errors, omissions or claims, nor do they provide any warranty, expressed or implied, with respect to information published in the Ecology and Resilient Infrastructure. Submission Submission Authors must submit the manuscript file to the Editorial Office of the Ecology and Resilient Infrastructure. Submission of a manuscript implies that: 1) the work described has not been published; 2) it is not under consideration for publication elsewhere; 3) its publication has been approved by all co-authors; and 4) research described in the manuscript was conducted in accordance with the laws of the country in which it was conducted. Checklist for final submission 1) All authors have read and approved the final version submitted. 2) Manuscript is written in Korean or English using the wordprocessor program MS-WORD. 3) Manuscript has been spell-checked and grammar-checked. 4) Title, author(s)'s name(s) and affiliation(s) of manuscript in Korean are written in both English and Korean. 5) Correspondent footnote (mailing address, , phone and fax) is included. 6) Abstract is 250 words or less and in English. 7) Key words are provided. 8) The International System of Units (SI) is employed and negative exponents (g m -2 ) are used when unit(s) appears in a denominator. 9) All references mentioned in the Reference list are cited in the text, and vice versa. 10) References are all in English and formatted according to the style required by the Ecology and Resilient Infrastructure. 11) Captions of tables, figures are written in English. 12) Line and page numbers are included on each page. Author fee Publication charge: 150,000 Korean Won per manuscript Over-page charge above 10 pages of the final PDF: 30,000 Korean Won per page Proofreading charge: 50,000 Korean Won per manuscript in Korean Editorial Process Review When a manuscript is submitted to the Ecology and Resilient Infrastructure, the Editorial Office checks if the manuscript was prepared according to the guidelines, gives it a manuscript number (e.g., ERI15-01) and assigns it to one of the members of the editorial board for review. The manuscript number should be referred to in any subsequent communications between the corresponding author and the Editor or the Editorial Office. All manuscripts are reviewed confidentially by members of the editorial board or qualified reviewers. The reviewers operate under the Guidelines for Reviewers and are expected to complete their reviews as soon as possible. Decision The corresponding author is generally notified of the Editor's decision to accept, reject, or require modification or revision by the Editor or the Editorial Office within 2 weeks of submission. Manuscripts that have been rejected may be resubmitted once the major criticisms have been properly addressed. When a manuscript is returned to the corresponding author for modification or revision, it should be returned to the editor within 3 months, or it may be considered withdrawn. The authors should supply the Response to the reviewers along with the modified or revised manuscript. When an editor has decided that a manuscript is acceptable for publication, the corresponding author and the Editorial Office will be notified. If necessary, the corresponding author will be asked to re-edit the manuscript to improve the English. Appeals of decisions Authors who wish to appeal a decision should contact the Editor- in-chief, explaining in detail their reasons for the appeal. All appeals will be discussed with at least one other editor. If those editors do not agree, the appeal will be discussed at a full editorial meeting. Proofs The Editorial Office will deliver electronic page proofs and a page charge form to the corresponding author. Page proofs should be corrected, signed by the corresponding author and sent back to the Editorial Office by within 3 days of receipt of the proofs. With the exception of typographical errors, incorrect data or updated information regarding references, no extensive changes will be made in the manuscript at the proof stage. Page proofs are considered to be the final version of the manuscript. Guide for Authors This Guide is a key reference for any current or prospective author of articles and other content to be published in the journal,

6 iv Ecology and Resilient Infrastructure Ecology and Resilient Infrastructure. Types of journal content Contributions to the journal are classified into either: Original Article, Review Article or Short Communications. Original Articles are full-length manuscripts of value and interest to our readers. They should report results of thought-provoking and original studies. A Review Article is a thought-provoking opinion piece or essay founded in fact, sometimes containing speculation, on topics of general interest and relevance to the readership of the journal. Short Communications describe a method, application or case study that illustrates a new or existing principle or presents an innovative way to solve a problem. Original Articles, and Short Communications can be submitted any time. Review Articles are invited by the Editorial Board or need approvals of the Board before the submission. Manuscripts are submitted to the Editorial office by (kseie2013@gmail.com). Authors At least 50 % of the authors should be full members of the Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering. Length of manuscript In principle, the Original Article and Review Article should not exceed 10 printed pages (about 10,000 words). The Short Communications are limited to 5 pages (about 5,000 words). For manuscripts exceeding the allowed length, the approval of the Editorial Board is needed and the authors should bear the type-setting costs for the additional pages. Manuscript formatting The manuscript should be written in English or Korean. The preferred software is MS Word. If you have prepared your paper using other systems, you are requested to convert to PDF format and send the PDF only at submission. Structure of manuscript Article sections should appear in the following order: 1) Title 2) Authors (affiliation) 3) Abstract 4) Main text sections (Introduction, theory, conclusion, etc.) 5) Acknowledgments (optional) 6) References 7) Notation list (optional) 8) Appendix (optional) Title Authors should take care to ensure that the title is specific and accurately reflects the final, post peer reviewed version of the paper. Each word should start capital letters except articles, prepositions and conjunctions. e.g.) Fatigue Behavior and Probabilistic Fatigue Analysis of Concrete Offshore Structures Name(s) of author(s) The affiliation(s) including zip code(s) should be provided. The corresponding author s address should be provided. e.g.) Joon Heo 1 and Gil Dong Hong 2* 1 Department of Civil Engineering, Seoul National University, Seoul , Korea 2 Department of Civil Engineering, Hankuk University, Seoul , Korea * Corresponding author: kjournal@ksce.or.kr Symbols and terms It is recommended that symbols and terms be used in conventional ways with conventional meanings. Symbols should be defined when they appear first. Units Use of SI unit system is required. The negative exponent is preferred to the slash / in the units. It is recommended to put a space between the numeric and the unit except %,, and. e.g.) 10 m, 10 m -1, 10 m s -1, 10 g m -2 s -1, 10%, 10, 10 Abstract and keywords The abstract should be written in words or less in one complete paragraph, including brief outlines and major conclusions on the contents of the article. It should not include any quotes on tables, numerical formulae, or references. Please provide 4~6 keywords which can be used for indexing purposes. Keywords are alphabetized and separated by commas. e.g.) KEYWORDS: Civil engineering, Ecology, Infrastructure, Korea Structure of main text The main text consists of introduction, methods (or materials and methods, etc.), results, discussion (or results and discussion), conclusions, (acknowledgement), references, (appendix) and so on. In introduction, it is expected that authors include the background and motivations of their work, the current status of related works, the scope of their work, and so on. In the body section (methods, materials, etc.), authors can detail basic theories, assumptions. The theoretical and experimental analysis can appear along with reviews and comparisons of previous work. At the end of the manuscript, authors are expected to include a set of conclusions, or summary and conclusion, in which the significant implications of the information presented in the body of the text are reviewed. Authors are encouraged to explicitly state in the conclusions how their work contributes to the overall body of knowledge for the profession. Each section can have sub-titles with sub- numbers. e.g.) 1. Introduction

7 Ecology and Resilient Infrastructure v 2. Methods 2.1 Study sites 2.2 Field investigation 3. Results 3.1 Characteristics of river bed Soil types 4. Discussion 4.1 Relationships between vegetation and river bed characteristics 5. Conclusions Figures and tables Authors should write numbers and titles under figures. Figures and pictures should appear in separate pages. Since the width of a figure would be less than 7 cm in a printed paper, authors should take care that the characters, symbols and lines are clearly discernable. Tables should appear in separate pages. Table numbers and titles should be written in the upper portion of the tables. Titles of figures and tables The format of titles of figures and tables follows the following examples. If two or more figures are listed under the same title, sub-titles with (a), (b), etc. can be assigned to each figure. All displayed figures and titles should be numbered sequentially throughout the entire manuscript, including Appendixes. e.g.) Fig. 1. Schematic flow diagram. Fig. 1. Schematic flow diagram. (a) water, (b) soil. Table 1. Summary of resilient modulus test results The in-text reference to figures and tables is made as follows. e.g.) Fig. 2, Fig. 3 (a), Table 5, Figs. 3 and 4, Tables 3 (a) and 3 (b), Eq. (2), Eqs. (1) and (2) Equations Equations are not written along with the sentences. All the symbols used in equations should be indicated in a separate line, and in italics. Even symbols used in the text should also be in italics. All displayed equations should be numbered at the right end, sequentially throughout the entire manuscript, including Appendixes. Equations should be in the body of a manuscript. e.g.) f = ma (1) In-text citations The journal uses the author-date method for in-text references, whereby the source reads as the last names of the authors, then the year. e.g.) The results of Zoch (1934) is used in many hydrological models (McCarthy 1938, Clark and Nash 1945, Wood et al. 1959a). Researches by Kim and Cho (2011) and Park et al. (2014) are in progress. Acknowledgements Authors may include an Acknowledgments section to recognize any advisory or financial help received. This section should appear after the Conclusions and before the references. References References cited in text that are not found in the reference list will be deleted or queried by the Editorial office. Likewise, all references included in the References section must be cited in the text. All references should be written in English. A References section must be included that lists all references alphabetically by last name of the first author. For references with the same last name of the first author, the last name of the next author is used in the alphabetical order and, then, the published year or the title is used. The name of journals should be written in full name, not abbreviation. For references written in languages other than English, the listing should be finished with the language used in parentheses, e.g., (in Korean), (in Japanese), (in German), (in French). e.g.) Papers Rahuel, J.L Modeling of river bed evolution for bedload sediment mixtures. Ecological Engineering 11: Rahuel, J.L. and Holly, F.M Modeling of river bed evolution for bedload sediment mixtures. Ecological Engineering 11(2): Rahuel, J.L., Holly, F.M., and Chollet, J.P Modeling of river bed evolution for bedload sediment mixtures. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 115: Books Kim, C.G. and Aoe, A Ecological Engineering. McGraw-Hill Book Co., Seoul, Korea. (in Korean) Cho, S.K Community structure and function of Korean streams, In, Kim, A.B. (ed.), The Streams in Korea. Hanyang Press, Incheon, Korea. pp (in Korean) Blong, R.J Gully sidewall development in New South Wales Australia. In, El-Swanify, Moldenhauer, S.A., and Lo, A. (eds.), Soil Erosion and Conservation, Soil Conservation Society, Ankeny, lowa, USA. pp Webster, W.C. and Trudell, R.W Statistics of local motions on a ship. In, Proceeding of Conference on Directional Spectral Applications. Prentice-Hall, Eaglewood Cliffs, N.J., USA. pp Websites Frisch, M A low-entropy constraint from influencing the past. Accessed 26 June 2009.

8 vi Ecology and Resilient Infrastructure Ecology and Resilient Infrastructure by Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering Copyright Transfer Form Title of the article: The authors hereby transfer all copyrights in and to the manuscript named above in all forms and media, now or hereafter known, to the Korean Society of Ecology and Infrastructure engineering effective if and when the paper is accepted for publication in the Ecology and Resilient Infrastructure. The authors reserve all proprietary right other than copyright, such as patent rights. Everyone who is listed as an author in this article should have made a substantial, direct, intellectual contribution to the work and should take public responsibility for it. This paper contains works that have not previously published or not under consideration for publication in other journals. Corresponding author: Name Signature Date ( sign again here if on behalf of co-authors ) Authors: (This form must be signed by all authors in order as appeared in the article, and should be returned to the editorial office. The corresponding author can also sign on behalf of co-authors.)

9 Contents Vol. 2, No. 1 >> Special feature: University Education of Applied Ecological Engineering (Guest edited by Jeong-Gyu Kim) Review Article 01 Task and Curriculum Contents of Applied Ecological Engineering Education Jeong-Gyu Kim and Woo-Kyun Lee Orginal Article 12 The Current Status and the Improvement of Ecological Engineering Education in South Korean Universities Jeryang Park, Jinho Jung, Kyoungphile Nam, Ai-Ran Lee and Kang-Hyun Cho >> General article Orginal Article 22 Fish Community Structure of the Former Channel Isolated by Channelization in the Mangyeong River, Korea: Implications for Connectivity Restoration Seog Hyun Kim, Hyoung Tae Cheon and Kang-Hyun Cho 33 A Correlation Analysis between Physical Disturbance and Fish Habitat Suitability before and after Channel Structure Rehabilitation Heung Sik Choi and Woong Hee Lee 42 Changes in Channel Geomorphology and Hydraulics by Submerged Spur Dikes at a Channelized Stream Kiheung Kim, Hyeongrae Lee and Heareyn Jung 54 Flora and Vegetation Structure in a 15-Year-Old Artificial Wetland Deokjoo Son, Hyohyemi Lee, Eun Ju Lee, Kang-Hyun Cho and Dongmin Kwon 64 Development of Ecologically Suitable Habitat Model for the Sustainable Sea Cucumber Aquafarm Yoon Wha Oh, Min-Seon Kang, Jin Hee Wi and In Tae Lee 80 Disturbance of University Campus Ecosystems by Alien Plants Seeun Kim, Hyohyemi Lee and Hyeon-Cheol Cha 93 Effect of Pyrite and Indigenous Bacteria on Electricity Generation Using Mine Tailings Won Jung Ju, Eun Hea Jho and Kyoungphile Nam Short Communications 99 The Stockpiling and Spreading of Topsoil for the Ecological Restoration of Floodplains and the Levee Slope of a Stream Seung-Wan Han, Hyoung-Joon Kim, Byoung-Koo Chae and Jeong-Goo Kim

10 목 차 Vol. 2, No. 1 >> 특별 주제 : 대학에서 응용생태공학 교육 (초청 편집인 : 김정규) 총 설 01 응용생태공학 교육의 임무와 교과내용 김정규ㆍ이우균 연구논문 12 우리나라 대학에서 응용생태공학 교육의 현황과 개선 박제량ㆍ정진호ㆍ남경필ㆍ이애란ㆍ조강현 >> 일반 논문 연구논문 22 만경강에서 하천정비에 의하여 격리된 구하도의 어류 군집 구조: 연결성 복원을 위한 제안 김석현ㆍ전형태ㆍ조강현 33 하천구조 개선에 따른 어류 서식적합도와 물리적 교란의 상관분석 최흥식ㆍ이웅희 42 정비된 하천에서 저수 수제에 의한 하도 지형과 수리 특성 변화 김기흥ㆍ이형래ㆍ정혜련 54 조성 후 15년이 경과한 인공습지의 식물상과 식생구조 손덕주ㆍ이효혜미ㆍ이은주ㆍ조강현ㆍ권동민 64 지속가능한 해삼 양식장 조성을 위한 생태적합 서식처 모형 개발 오윤화ㆍ강민선ㆍ위진희ㆍ이인태 80 외래식물에 의한 대학 교정 생태계의 교란 김세은ㆍ이효혜미ㆍ차현철 93 황철석과 토착미생물이 광미를 활용한 전기 생산에 미치는 영향 주원정ㆍ조은혜ㆍ남경필 단 보 99 하천 고수부와 제방 비탈면의 생태적 복원을 위한 표토의 집토와 부설 한승완ㆍ김형준ㆍ채병구ㆍ김정구

11 Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Online ISSN: REVIEW ARTICLE 응용생태공학 교육의 임무와 교과내용 Task and Curriculum Contents of Applied Ecological Engineering Education 김정규*ㆍ이우균 고려대학교 환경생태공학부 교수 Jeong-Gyu Kim* and Woo-Kyun Lee Division of Environmental Science & Ecological Engineering, Korea University, Seoul , Korea Received 3 March 2015, revised 12 March 2015, accepted 20 March 2015, published online 31 March 2015 ABSTRACT: The needs for ecological engineering, which can design ecosystems that integrate human society and their natural environment for the benefit of both, has increased. The Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering (KSEIE) was established for this purpose and has contributed to the research and development of theories and technologies in related fields. However, the current state of educational services and contents of ecological engineering is still needed to be standardized and systematized. In this paper, we outlined the trends of ecological engineering education at international and domestic levels and proposed a sample services and curriculum, brought from the discussions and suggestions made during the forum, Founding the Education for Ecological Engineering, held by the KSEIE. Education of ecological engineering can nurture people who can design and manage ecosystems for the benefits of human and natural society and can restore ecosystems disturbed artificially. The services and curriculum have to meet and cover the challenges facing the future of ecological engineering; a. the ethical interpretation of the balance between human and nature, b. developing and strengthening its relationship with other scientific disciplines and societies business, policy, education, and practitioners, c. identify and fuse the key ecological engineering principles into other discipline. We proposed a three layers curriculum system, basic (mathematics, physics, chemistry, biology, etc.), core (ecology, hydrology, engineering, etc.), and advanced subjects. The first two can belong to an undergraduate program and the last two can be put into graduate program. The selection of subjects is according to the purpose and needs of the major. KEYWORDS: Curriculum, Ecological engineering, Human resource, Multidisciplinary education, University education 요 약: 자연생태계와 인간사회의 공통적인 이익을 위한 생태공학 기술의 필요성이 대두되고 있다. 응용생태공학회가 설립되어 생태공학 분야의 연구와 기술개발에 기여하고 있는데, 생태공학분야 인력 양성에 필수적인 교육의 목표나 내용은 체계가 잡혀있지 못하다. 2015년 응용생태공학 포럼- 생태공학 교육의 터잡기 에서 생태공학 교육의 국제적 동향과 국내 실정에 대해 발제하고 토의한 내용을 중심으로 정리하였다. 생태공학 교육은 인간에 의해 교란된 생태계를 지속가능하도록 복원시킴과 아울러 인간과 생태계의 공동이익을 추구하는 새로운 지속가능한 생태계를 설계 운영할 수 있는 인력을 양성할 수 있어야 한다. 생태공학이 직면하게 될 세 가지의 도전에 대응할 수 있는 교육이 되어야 한다. 인간과 생태계의 공동 이익이라는 목표에서 인간사회와 자연 사이의 균형을 어떻게 정의할 것인가 하는 윤리적 도전, 유관학문 분야는 물론 산업, 정책, 교육, 훈련의 융화를 꾀하는 관계적 도전, 마지막으로 생태학과 공학뿐 아니라 사회과학과 인문과학이 소통하여 융합하는 지적 도전을 극복할 수 있는 교과과정이 어야 한다. 이를 위해 생태학과 생태공학을 중심으로 하는 핵심교과목의 하위에 자연과학과 공학 기초과목을 두어 학부과정에 편성하고, 상위에 전공학문 별로 심화된 핵심교과목을 두어 대학원과정으로 편성하는 것이 필요하다. 핵심어: 교육과정, 생태공학, 인력양성, 융합교육, 대학교육 *Corresponding author: lemonkim@korea.ac.kr c Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering. All rights reserved. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 1

12 2 J.G. Kim and W.K. Lee / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 서 론 응용생태공학회에서 2015년 응용생태공학포럼 응 용생태공학교육의 터잡기 의 일환으로 응용생태공학 교 육의 임무와 내용이라는 주제로 발제를 맡게 되었다. 저 자는 응용생태공학회의 2014년 가을 학술대회에서 우 리나라 환경생태교육의 현황 이란 주제를 발표한 바 있 었는데, 이것이 계기가 되어 포럼에 참여하게 되었고, 토 론회 이후 이 내용을 정리하는데 의견을 모으게 되었다. 생태공학은 인간 사회와 자연 환경의 상호 공통적 인 이익을 추구 (Mitsch and Jørgensen 2003)하면서 지속가능성을 확보하는 데에 목적을 두고 있어서, 현 실에서 구현되는 실질적 성과가 반드시 따라야 하는 분야로 생태학이 순수이론이라면, 생태공학은 응용 학문이라 할 수 있다. 생태학과 건설기술의 융합적 인 학술기반을 토대로 실용적인 생태공학연구를 추 구하며, 생태학적 원리와 지식을 응용한 저환경영향 과 저에너지소비 기술을 개발, 보급하여 온실가스 저 감 및 지구온난화의 적응관리라는 시대적, 범지구적 노력에 기여하고, 각종 개발 현장은 물론 일반 국토 관리에서 생태계 피해의 회피, 저감, 복원 및 창출을 위한 융합기술을 개발 보급함을 목적 (KSEIE 2013) 으로 하고 있는 응용생태공학은 생태공학에서 건설 기술 분야로 더 확장된 외연을 가진다. 응용생태공학 교육의 임무와 내용에 대해 고찰하 기 위해서, 먼저 현재까지의 문명사적인 환경변화의 양태를 간단히 정리하고, 생태공학 개념의 등장과 발 전과정에 대해 요약하였다. 우리나라에서의 생태공 학교육의 현황과 특징을 살피고 교육의 목적과 요소 에 걸 맞는 생태공학교육이 어떻게 전개되어야 하는 지를 이상적인 교과과정의 제안으로 서술하였다. 이 미 설명한 바와 같이 응용생태공학은 생태공학과는 다른 면을 가지는 것이므로 제안한 이상적 생태공학 교과과정은 교육기관의 목적과 특성에 따라 변화를 주어 특성화시켜 발전시켜야 할 것으로 생각한다. 2. 문명과 환경의 변화 2.1 환경문제 Diamond (2005)는 문명의 붕괴 에서 환경 파괴, 기후변화, 공격적인 이웃, 친화적인 교역상대, 환경 문제에 대한 어떤 사회의 반응을 문명의 유지에 관여 하는 다섯 가지 주요 요인으로 밝힌 바 있다. 다섯 가지 주요 요인 중에서 환경파괴를 가장 첫 번째 요 인으로 두고, 그에 대한 어떤 사회의 반응을 다시 다 섯 번째 요인으로 설정한 것은, 그 만큼 환경문제에 대한 접근 방식이 한 사회의 지속성을 유지하는 데에 있어서 중요함을 강조한 것이라 할 수 있다. 그는 또 한 삼림과 서식지의 파괴, 토양 열화 (침식, 염해 (salting), 비옥도 저하), 수질과 수량의 저하, 동물이 나 어류의 남획, 외래종에 의한 교란, 인구의 폭발적 성장, 오염물질 등과 같은 인공적 영향이라는 과거의 환경파괴 유형에 더하여, 현재는 인간에 의한 기후의 변화, 유해화학물질의 대량 생산과 사용에 따른 문제, 부족한 에너지, 광합성의 최대량까지 사용하고자 하 는 인간의 욕심이 더해져서 역사상 인류가 경험해보 지 못한 새로운 국면으로 접어들고 있다고 진단하고 있다. Thoreau (1854)가 월든 (Walden)을 통해 자연적 삶을 찬양한 것이 초기 환경주의의 기본적 방향이 되 었다면, 이후로 Carson (1962)의 Silent Spring 에서 인공적으로 생산된 유기화학물질의 독성에 대한 경 종으로 이어지고, Meadows et al. (1972)이 성장의 한계 에서 유한한 자원과 인류의 성장에 대해 언급하 면서 산업시대의 환경문제의 특징이 드러나게 되었 다. 이후 Colborn (1996)이 Our Stolen Future 를 통 해 내분비장애물질이라는 신종 오염물질에 대해 경 고하면서 지역적 환경의 열화나 생물 피해를 근간으 로 하는 환경오염이 20세기까지의 주된 이슈로 정리 되었다 할 것이다. 지구생태계를 유지하는 두 가지의 큰 흐름이 있다. 태양에너지가 지구에 도달하여 광합성생물을 통해 섭식자를 거쳐 분해자에 이르는 것이고, 또 하나는 탄소와 같은 물질의 생태계 내에서의 순환이다 (Fig. 1). 대기권, 수권, 암석권, 생물권과 같은 생태계 구성 요소 중의 어느 한 곳으로 들어오는 물질의 속도가 탈출하는 속도를 넘어서면 그 구성 요소에 물질이 축 적된다. 화석연료를 사용하는 속도가 증가하면서 대 기 중으로 이산화탄소가 들어가는 속도가 광합성 등 에 의해 대기로부터 사라지는 속도보다 빨라지면 대 기 중의 이산화탄소는 증가한다. 대기 중에 이산화탄

13 J.G. Kim and W.K. Lee / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Ambient CO 2 Fixation Degradation Respiration Carbon Cycle in Ecosystem Fig. 1. Diagram for the ecosystem carbon cycle. 소 농도가 증가한 것만으로 환경오염이 발생했다고 할 수 없고, 이산화탄소 농도의 증가에 의해 인간 사 회나 자연환경이 나쁜 영향을 받아야 환경오염이나 환경문제가 발생하였다 할 수 있다. 즉, 환경의 문제 는 자원을 적극적이고 효율적으로 개발 이용하면서 상품이나 서비스를 만들어내는 과정에서 지역적으로 특정한 물질이 쌓이게 되면서 우리의 건강이나 삶에 나쁜 작용을 나타내는 현상으로 정의될 수 있었고, 인류의 성장은 유한한 자원에 속박될 것이라는 결론 에 이르게 되었다. 물론 현재에는 성장의 한계 에서 저자들이 지적한 바와 같은 자원의 고갈 (Meadows et al. 1972)은 시간이 지나면서 다소 과장되었다 (Lomborg 2012)고 이해되고 있지만, 우리의 미래에 지속적으로 자원을 공급할 수 있는지에 대해서는 낙 관적이지만은 않다. 한편, Diamond (2005)나 Millennium Ecosystem Assessment (2005)가 제기한 지구 전체 규모에서의 환경변화와 그에 대한 대응의 필요성이 20세기가 깊 어지면서 국경을 넘는 산성우의 영향, 오존층 파괴, 기후변화 등의 현상과 함께 세계적인 관심사가 되었 다. 이중에서 산성우의 문제는 초기의 문제제기 당시 보다는 그 위험이 높지 않은 것으로 판명되고 있지만 (Greaver et al. 2012), 기후변화는 세계적인 이슈가 되어 있다. 이처럼 산업화와 함께 지역적인 위협으로 작동하던 환경오염이 전 지구 규모로 확대된 변화의 문제로 다가서고 있으며, 그에 대한 대응의 필요성이 대두되고 있다. Odum (1996)은 Environmental Accounting을 통 해서 환경관리와 정책결정에 시스템생태학적 접근의 필요성을 설파하였고, Holling (1973)이 복잡적응계 인 생태계의 변화 과정의 해석에 resilience 개념을 도입하여, 생태계의 물질순환과 적응 사이클 (adaptive cycle)을 새로운 문제해결 방식을 도출하기 위한 생 태계 이해의 원리의 하나로 제시하면서 어떤 한 오염 물질의 종류나 생물종에 국한 된 것이 아니라 연결된 망으로서 전체 생태계를 바라보는 해결방식이 필요 함을 드러내었다. 2.2 우리나라의 환경 우리나라는 매우 높은 인구밀도를 가지고 있다. 주 로 저지대와 계곡에 위치한 산업과 도시 및 인공환경 의 증가와 함께 급격한 자연환경의 감소를 경험하고 있다. 도시에는 고밀도에 따른 환경문제가 있고, 농 촌에는 공동화에 따른 환경문제를 발생시켜서 지역 간에 문화 및 경제에 있어서 심각한 불균형을 나타내 고 있다. 1960, 70년대 경제개발계획과 함께 경공업에서 중 화학공업으로 국가 산업의 중심축을 옮기면서 비약 적으로 증가하기 시작한 원료의 이용과 환경부하의 증가는 국가의 중요 정책의 하나로 환경문제에 대한 대응을 포함시키게 되었다. 국가 환경기술의 발전 패 러다임도 그에 따라 순차적으로 바뀌어 왔다. 1970

14 4 J.G. Kim and W.K. Lee / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 년대 후반 국립환경연구소가 출범하고 1980년 환경 청이 발족하면서 환경오염물질의 사후처리를 중점으 로 하는 제1세대 환경기술 시대가 시작되었다. 이후 지구온난화 대응기술, 사전오염예방기술, 사후처리 기술개발 등의 사전오염예방을 중점으로 하는 제2세 대 환경기술이 1990년에 적용되기 시작하였고, 21세 기에 들어서면서 생태환경의 보전과 복원, 환경위해 성 평가, 국제환경협약 대응, 사전오염예방, 사후처 리기술 등으로 망라되는 환경보전/복원을 중점으로 하는 제3세대 환경기술의 시대로 접어들어 오늘에 이르고 있다 (Ministry of Environment 2005). 3. 생태공학 3.1 생태공학의 정의와 전개 생태공학은 인간사회와 자연환경 상호의 이익을 위해 두 사회와 환경을 통합하여 지속가능한 생태계 를 설계 라고 정의된다 (Mitsch 1998). 또한 Mitsch 와 Jørgensen (2003)은 생태공학의 역사적 발전 단계 를 설계원칙의 제안 > 학술지의 창간 > 학회 창립 > 교육과정 성립의 단계를 제시하였다. Odum (1962) 은 생태공학 (ecological engineering)이란 용어를 처 음으로 만들었다. 그는 인간이 공급한 에너지가 자 연에너지에 비해 적지만, 사람에 의한 에너지의 형태 와 과정에 큰 영향을 미친다면, 주된 에너지는 자연 이 제공하는 것으로 시스템이 조절되지만, 인간이 적 은 양의 보조적 에너지를 사용해 환경을 조작하는 것 이 생태공학 이라고 정의하였다 (Odum 1962). Odum 은 이러한 정의를 발전시켜서 그의 저서 Environment, Power, and Society 에서 새로운 생태계를 설계하는 공학은 주로 자기조직화 과정을 이용하는 시스템을 이용하는 분야라고 정의하였다 (Mitsch and Jørgensen 2003). 이 정의는 이 절의 서두에 언급한 Mitsch의 정의로 발전하여 오늘에 이르고 있다. 한편 중국에서는 Ma에 의하여 농업생태공학 분야 가 발전하였다. Ma Shijun은 중국에서의 생태공학의 아버지로 불리는 사람으로, 물질을 다단계로 사용할 수 있도록 시스템생태공학 기술을 적용하고 새로운 기술과 훌륭한 전통적인 생산 방법을 도입 접목시켜 서 생태계에 존재하는 생물종의 공생과 물질 순환 및 재생에 대한 원리를 적용해 생산시스템을 특별히 설 계하는 것 을 생태공학이라고 정의하였다 (Ma et al. 1985). 실제로 500여 곳에서 이러한 기술이 적용되 었다 (Mitsch and Jørgensen 2003). Ma (1985)가 언 급한 생태공학 시스템 혹은 기술은 일본이나 우리나 라에서 접근하고 있는 전통기술로부터 발전시키는 생태공학 기술의 의미와 아주 유사하다. 3.2 우리나라에서의 생태공학 전개 대학교육에서의 생태공학 우리나라에서의 학부교육에서 생태공학이란 용어 가 채택되기 시작한 것은 20세기 말에서 21세기 초 엽이었다. 국가적인 대학교육과정의 개편 작업과 맞 물려 새롭게 나타나기 시작한 학부제 아래서 생태공 학, 생물공학 등이 환경공학, 시스템공학 등의 용어 와 연계하면서 그 동안 우리나라 대학에서 찾아볼 수 없었던 새로운 학과, 학부 명칭이 등장하였다. 명지대학교 환경생명공학과 (1999년), 고려대학교 환경생태공학부 (2000년), 경희대 생태시스템공학전 공 (2001년), 부경대학교 생태공학전공 (2003년), 동 국대학교 환경생태공학과 (2008년)가 생태공학 또는 생명공학이란 용어를 표방한 것이다. 이들 학(부)과 중 일부는 시간이 지나면서 대학원 과정만으로 남게 되거 나 변하기 전의 학과로 돌아가기도 하였다. 현재는 생 태공학의 교육에 중점을 둔 학부과정으로는 고려대 환 경생태공학부와 부경대학교 생태공학전공이 있다. 고려대학교 환경생태공학부는 생물자원 및 생태 학, 수질 및 토양환경, 생물재료공학, 환경계획 및 조 경학의 4개 분야의 전공이 융합되어 있으며, 학생들 은 자신들의 요구에 따라 자유롭게 과목을 선택하여 이수할 수 있도록 운영되고 있다. 부경대학교 생태공 학전공은 환경시스템공학부 내의 전공으로 운영되고 있으며 에너지, 환경, 경제 분야를 중점으로 하천 및 해양생태공학, 도시 및 산업생태공학, 시스템생태학, 생태공원공학, 생태계모델링을 주요 커리큘럼으로 운영하고 있다 생태공학 관련 학회 학부교육과는 달리 학회는 다방면에서 생태공학과 인접 학문분야가 융합되면서 운영되고 있다. 1987년

15 J.G. Kim and W.K. Lee / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 에 설립된 응용생태연구회는 1996년에 환경생태학회 로, 1999년 한국환경생태학회로 개명하였다. 학회는 생태계 관리 및 보전, 환경교육, 생태계복원 분야의 연구와 그 결과를 보급, 응용하여 국토 및 지구환경개 선에 기여함으로써 인류의 지속가능한 발전을 도모하 는 것을 목적으로 하고 있다. 한국복원녹화기술학회 는 1998년 설립되었고, 2008년에 한국환경복원기술 학회로 개명되었다. 자연환경 복원, 창출, 보호관리 및 사회공익에 기여함 을 목적으로 훼손된 자연환경 을 복원 창출하고 환경지속성에 더하여 지속가능발전 에서 추구하는 사회적, 경제적, 문화적 지속성의 달성 에 기여하는 것을 추구하고 있다. 조경학 분야의 연구 자들이 주축이 되어 1998년 설립된 한국인간식물환 경학회는 생활공간에서 인간과 자연의 공생 환경을 개선하고 유지하는 데에 역할을 담당할 것 을 목표로 하여 생태공학적 접근과 맥을 같이 한다. 한국생태공 학회와 한국산업생태학회는 2009년에 설립되었다. 복원생태학회는 2010년 설립되었으며 복원생태분야 의 연구개발 및 그 성과 보급을 목적으로 하고 있다. 응용생태공학회는 2013년 창립되었으며 생태학과 건설기술의 융합적인 학술기반을 토대로 실용적인 생태공학연구를 추구하며, 생태학적 원리와 지식을 응용한 저환경영향과 저에너지소비 기술을 개발, 보 급하여 온실가스 저감 및 지구온난화의 적응관리라 는 시대적, 범지구적 노력에 기여하고, 각종 개발 현 장은 물론 일반 국토관리에서 생태계 피해의 회피, 저감, 복원 및 창출을 위한 용합기술을 개발 보급함 을 목적으로 하고 있다. 본 학회는 1995년~2011년에 걸쳐 시행된 토목, 생태, 조경, 환경분야의 다학제간 대형 연구사업의 수행이 그 설립의 밑바탕이 되었으 며 2003년부터는 한일생태공학 공동세미나를 개최 해 오고 있다 (KSEIE 2005). 한편, 독립적인 학회는 아니지만 학회 내부에 생태 공학 관련 위원회를 운영하고 있는 학회도 있다. 한국 물환경학회의 생태분과위원회 (1999년)와 한국토목학 회의 생태공학분과위원회 (2003년)가 그 사례이다. 4. 응용생태공학에 대한 이해 응용생태공학에 대한 정의나 교육의 내용은 바로 앞 절에서 교육과 학회에 대하여 살펴본 바와 같이 너무나 광범위하고 다양하기 때문에 한 가지로 매끄 럽게 정의하기 곤란한 점이 있다. 따라서 기존의 생 태공학이나 응용생태공학에 대하여 기술하고 있는 학부 또는 대학원 수준의 교과서의 내용을 살펴보는 것으로 응용생태공학에 대한 이해의 단초를 찾고자 한다. 애석하게도 아직까지 국내의 저자에 의하여 집 필된 생태공학 관련 교과서가 마땅하지 못하고, 우리 말로 된 대부분이 외국 저작물의 번역서이다. 몇 가 지 특징적인 번역서를 대상으로 삼았다. 4.1 생태공학 관련 교과서 생태공학 생태학과 건설공학의 가교 Van Bohemen의 원저를 Woo and Nam (2008)이 대표역자로 참여하여 펴낸 책으로 학부 고학년 또는 대학원 과정의 교재로 사용할 수 있도록 집필되었다. 목차는 1. 저술배경, 2. 이 책의 목표, 3. 서론, 4. 생 태적 지속가능성을 위한 다른 형태의 모형, 5. 생태공 학, 6. 자연에 대한 개념과 생물다양성의 중요성, 7. 자연계가 제공하는 재화와 용역, 8. 건설재료, 정책 및 실무, 9. 도로건설 및 수공학에서의 생태공학, 10. (에코)시스템 사고와 생태계로서의 도로, 11. 도로의 생태적 영향, 12. 도로 교통에 의한 생태계 단절과 대 책, 13. 생태와 경제, 14. 기반시설의 경관: 이론과 실 제, 15. 토목공학 범주 내 활용을 위한 생태공학의 원 칙 으로 구성되어 있다. 인간과 자연 모두에게 유용 한 방법으로 자연과 공학을 이성적으로 통합한다는 생태공학의 의미를 담고 있다. 다만 주로 환경친화적, 인간친화적인 도로와 도로 주변 건설에 초점을 두고 있으며, 다른 응용분야의 소개가 제한적이라는 점이 있다 생태공학 Mun et al. (2004)이 Kameyama Akira의 원저를 옮겼다. 앞의 책보다는 생물과 생태계에 무게를 두어 집필된 책으로 인간과 자연의 건전한 관계를 생물과 의 공존을 지향하면서 추구하는 생태공학의 입문서 라 할 수 있다. 생태학의 지식과 방법을 이용하여 도 시건설, 하천정비 등의 공사와 생물 사이의 지속적이 고 건전한 관계를 구축하는 방법에 대해 설명하고 있다.

16 6 J.G. Kim and W.K. Lee / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 생태공학과 생태계 복원 Mitsch와 Jørgensen의 원저 Ecological Engineering and Ecosystem Restoration 을 Kang et al. (2012)이 옮긴 책이다. Odum의 이론을 근저로 하여 생태계를 설계 관리 조정하는 데에 사용할 수 있는 생태계 모 델과 사례를 호소, 강, 습지, 연안, 습지, 생물이용 복 원, 광산과 교란토지 복원, 중국의 생태공학, 생태계 복원 모델링 등에 대하여 서술하고 있다. 4.2 비교 평가 생태공학 관련 교육에 이용되는 교과서는 학부 고 학년이나 대학원생을 위한 책이 대부분이고, 일부 전 문기술자를 위한 책들이 출간되어 있다. 이들 책들은 저자들의 목적에 맞게 특정한 분야에 중점을 두고 서 술된 것들이 많고, 생태공학이 다루는 분야가 광범위 한 탓으로 모두를 아우르는 이론과 사례를 담은 책은 찾기가 쉽지 않다. 깊이나 폭의 정도에서 차이가 있기는 하지만, 생태계 내에서의 생물과 물질 및 에너지의 관계를 기본적으로 다루며, 생태공학에서 추구하는 인간사회와 자연환경 의 상호 공통의 이익의 추구와 지속가능성을 중요하게 보는 시각은 공통된다고 생각된다. 따라서, 응용생태공 학 교육에서 사용될 생태학적 기본 원리에서 출발하여 생태공학이 추구하는 인간사회와 자연환경의 공통 이 익의 추구를 자기조직화 (self-organizing)와 자기지지 (self-supporting)의 정도를 높이려는 기술을 접합시키 는 자연의 설계에 맞추어야 할 것으로 생각한다. 5. 교육의 특징 Rho and Hong (2011)이 교육의 지향점을 설명한 바를 대학에서의 고등교육에 적용하여 일부를 수정 한다면 교육 내용과 방법, 학생의 선발과 육성, 교수 자원의 육성의 세 가지로 표현할 수 있을 것이다. 첫 째, 교육의 내용과 방법에서 교육의 핵심이 무엇인가 가 중요하다. 즉 교육의 내용은 후대에 전달할 가치 가 있는 축적된 지식, 기술, 가치, 행위규범, 물질적 산물이 포함되어야 하며, 이는 바로 교육을 받는 학 생에게 의미 있고 바람직하면서 사회에도 도움이 되 어야 한다. 둘째 미래를 향해 적극적이고 주체적으로 성장하며 능동적인 배움 의지를 가진 학생을 선발하 고 그렇게 되도록 육성해야 한다. 셋째 해당분야는 물론이고 교육방법에 전문지식을 익히고 건전하며 바 람직한 가치관을 가진 교수자원의 육성이 필요하다. 응용생태공학의 교육을 위해서는 이 논문의 주제 인 교육의 임무와 내용이 첫째에 해당한다면, 학생을 선발하고 육성하는 일과 교수자원을 육성하는 것이 뒤따라야 할 것이다. 앞서 절에서 살펴본 바와 같이 우리나라 생 태공학 관련 분야의 학부 교육은 다음의 특징으로 요 약할 수 있다. 신생 학부(과) 및 전공으로 기존 전공 의 단순한 통합이나 재편성된 형태이다. 두 경우 모 두 책임시간제도와 교수의 정원 등과 같은 국내 대학 교육의 특징적 한계 및 학부제로의 전환과 재차 이루 어진 학과제로의 환원 등으로 기존 전공영역을 유지 하면서 교수 중심의 교과목으로 편성되는 결과를 가 져왔다. 이런 과정에서 다양한 학문분야를 아울러야 하는 생태공학의 교육내용이 모두 포함되기는 어려 웠기 때문에 타 영역 간의 연계교육도 미흡한 실정이 며, 생태공학 산업도 태동기에 있는 상태라 산업체와 의 연계성도 미흡하다. 이러한 현실에도 불구하고, 생태공학 또는 응용생 태공학에서 필요로 하는 모든 학문과 기술 분야를 한 학부(과)에서 다 가르치는 것 또한 합리적이라 말하 기 어렵다. 따라서 대학별 혹은 학부(과) 별로 특화된 연구 및 교육이 필요하다고 생각된다. 동시에 학제간 의 융합된 연구 및 교육의 최소한의 준거를 마련하기 위해서는 공동학점인증제 등의 도입도 생각할 수 있 을 것이고, 응용생태공학회 등의 논의를 통해서 산학 협의체를 구성하고 산업체와 연계된 현장실습교육을 위한 교수요목과 교과과정을 개발할 필요가 있다. 이 를 위해서는 다음 절에서 논하는 생태공학의 기본과 목에 대한 고찰이 필요하다. 6. 생태공학 기본과목과 우리의 사례 6.1 생태공학 기본과목 생태공학의 교육과 인접학문과의 융합에 관한 논 의들 (Allen et al. 2003, Bo et al. 2001, Gosselin

17 J.G. Kim and W.K. Lee / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 학의 범주라면, 자원관리, 영향평가, 환경모니터링, 생태독성학, 위해성평가 등은 응용생태학의 범주이 다. 여기에 사회학적 생태경제학이 포함되어야 비로 소 생태공학의 기반이 되는 학문 분야가 되며, 이를 통해서 생태계의 설계, 복원, 창조로 갈 수 있다. 6.2 국내 대학 교과과정 Fig. 2. The five principles of ecological engineering. 2008, Hobbs and Cramer 2008, Stouffer et al. 2008) 이 있었는데, 무엇보다 생태공학의 특성과 기술이 지 녀야 하는 조건으로부터 교육해야 할 교과목을 도출 하는 것이 자연스럽다고 생각된다. 생태공학은 인간 에 의해 교란된 생태계를 지속가능하도록 복원시킴 과 아울러 인간과 생태계의 공통가치를 가지는 새로 운 지속가능한 생태계를 개발하는 것이 목적이라 할 수 있다. 이를 위해서 생태공학은 (1) 생태계의 자기 설계 능력에 기반을 두고, (2) 생태학 이론의 시험법 이 될 수 있어야 하며, (3) 시스템적 접근에 의하여, (4) 재생불가능한 에너지원을 보전하고, (5) 생태계 보전을 뒷받침할 수 있어야 한다 (Mitsch and Jørgensen 2003). 현장에 적용되는 생태공학기술은 Fig. 2에 나타낸 바와 같은 5가지 요소를 만족시킬 수 있어야 한다. 생태계가 가지는 기능의 복원이나 이용을 통해 목적 을 달성하는 기술의 특성에 맞추어 생태계의 기본 원 리에 부합되는 기술이어야 하며, 그렇기 때문에 지역 마다의 독특한 환경에 어울리는 기술이어야 하고, 단 순한 오염물질의 저감이나 정화가 아니라 생태계의 구성요소들이 가지는 기능의 회복이 이루어져야 한 다. 생태공학적 기술이 가지는 자기조직화나 자기지 지성을 확보하기 위해서는 대상이 되는 생태계 내에 서의 에너지와 정보가 효율적으로 확산될 수 있어야 한다. 마지막으로 생태계의 가치와 사회의 수요를 만 들어 낼 수 있어야 한다. 생태공학의 목적을 달성하기 위한 기술적 특성을 확보하기 위해서는 이론생태학과 응용생태학 뿐 아 니라 생태경제학의 범주가 포함되어야 한다. 진화론, 군집사회학, 생태계생태학, 경관생태학이 이론생태 생태공학 관련한 국내 학부(과)의 교과과정을 분 석해보면 학교 별로 매우 큰 차이를 느낄 수 있다. 이는 앞에서 이미 서술한 바와 같이 각 학교별로 설 립과정의 차이 때문에 나타난 것이며, 나름대로 특성 화할 수 있는 가능성이 이미 존재하는 것으로 해석할 수도 있다. A 대학의 교과목은 각 분야 별로 생물(15) 생태 (12) 화학(19) 설계(7) 정책 및 경제(5) 정보(4) 계획 (3) 재료(3) 기타(5)의 과목으로 구성되어 있고, 과목 의 주요 키워드는 식물, 수질, 토양, 곤충, 목재, 산림, 조경, 미생물이다. B 대학은 생태(8) 생물(6) 계획(4) 정책 및 경제(4) 정보(3) 설계(2) 화학(1) 기타(7) 과 목이며 과목의 주요 키워드는 산림, 토양, 기상, 야외 휴양이다. C 대학은 화학(6) 생태(5) 정책 및 경제(5) 토목공학(3) 계획(2) 정보(2) 설계(1) 기타(5) 과목이 며 주요 키워드는 생태, 공학, 토목, 정보, 분석이다. 대학에서의 생태공학 관련 교과목은 이처럼 교과과 정에 생태공학에 필요한 과목들을 배치시키고는 있지 만 대학별로 공통점이 크지는 않다. 생태공학의 기본 에 충실하면서도 각 대학이 견지하는 지향점을 위한 특성화를 생각한다면 공통적인 교과목의 틀을 기준 으로 변화를 모색하는 것이 합리적이라고 생각된다. 7. 응용생태공학 교과과정 제안 Matlock et al. (2001)은 Odum이 제시한 생태공학 의 내용에 충실하게 따라가기 위해서 필요한 표준화 된 교과과정을 제안한 바 있다. 생태공학이 복잡하고 불확실성을 내재한 생태계 내에서의 과정들을 정량 화하고 공학적인 설계를 적용하여 지속가능한 시스 템을 구축하는데 사용되기 위해서는 공학인증에 필 요한 학부 수준에서의 기초과목과 대학원 과정에서 의 정량생태학, 시스템생태학, 복원생태학, 생태공학,

18 8 J.G. Kim and W.K. Lee / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Table 1. Core subjects in ecological engineering and recommended ranges of credits (modified from Mitsch and Jørgensen (2003)). Core subjects in ecological engineering Credits * Ecosystem science 3~6 Mathematics of ecological systems 3~6 Ecological modeling 3~6 Dynamics governing ecosystem development and morphology 3~6 Energy, materials, information transfer within ecosystems 3~6 Principles of analysis and synthesis 3~6 Valuation of natural systems 3~6 Philosophy and ethics * Credits means hours per week. ** Credits in basic subjects in major. Basic in major ** Table 2. General subjects and major related general subjects for the major of ecological engineering and recommended ranges of credits (proposed). General subjects Credits * Mathematics 6 Major related general subject Credits * Physics 3 Fluid dynamics, Hydrology 3, 3 Chemistry 6 Biology, Ecology Earth Science 3, 3 Analytical, Physical, Organic, Bio / chemistry System, Landscape / ecology 6~9 3, 3 6 Meteorology, Soil Science 3, 3 Statistics 3 Modeling 3 Environmental economics/ Others ethics 3~6 Ecological engineering 6 * Credits means hours per week. 생태모델링, 생태공학적 경제학 등의 생태학 이론을 포함하는 교과과정이 표준적으로 요구된다고 정리하 였다. Diemont et al. (2010)은 Odum이 생태공학 기술 자들은 생태계와 생태학에 대한 확장된 지식을 습득 할 필요가 있으며, 사회과학과 인문과학적 소양을 넓 힐 것을 권했다는 점을 상기하면서, 생태공학기술분 야 종사자에 대하여 현재의 생태공학 교육에 대한 설 문조사를 실시하였는데, 세계적으로 대학원 과정에 머무르고 있는 생태공학 교육의 학부로의 확장 필요 성에 공감하고 있다는 결과를 얻었다. 생태공학을 공부하기 위해 필요하다고 Mitsch와 Jørgensen이 제시한 내용을 살피면 Table 1과 같다. 이 표는 학부 고학년 또는 대학원 과정에 어울리는 교과목을 제시한 것이다. 이를 생태공학 핵심교과목 이라고 한다면 30에서 42학점의 교과목을 배정할 수 있다. 생태계생태학, 생태수학, 생태모델링, 물질순환 동역학, 생태계 내 에너지/물질/정보 전달, 분석 및 창생론, 자연생태계 가치평가, 철학 및 윤리학이 기 본 과목으로 제시되어 있다. 우리 대학교육에서의 교과과정 편제를 기준으로 한다면 저학년에서 이수하게 되는 계열교양과 전공 기초과목을 위에서 제시된 핵심교과목에 선행해서 이수하게 하여야 한다. 그를 위해서는 Table 2와 같 이, 수학, 물리학, 화학, 생물학, 생태학, 지구과학, 통 계학을 계열교양으로 유체역학, 수리수문학, 분석화 학, 물리화학, 유기화학, 생화학 중 2~3개 과목, 시스 템생태학, 경관생태학, 기상학, 토양학, 모형학, 환경 경제학 또는 환경윤리학, 생태공학으로 전공기초로 삼아, 국제적인 설문조사에서 학부과정에서 필요한 교과목 우선순위를 정리한 Table 3 (Diemont et al. 2010)에서 제시하는 교과목 이수학점의 비율을 학교 의 특성에 따라 가감하면서 교과과정을 운영할 수 있 을 것으로 생각한다. 지금 제시하는 교과과정(안)은 온전하게 생태공학 만을 교육하기 위한 것이라 현재의 각 대학의 실정에 부합하지 못하는 면이 있음을 부인할 수 없다. 국제 적으로 생태공학 교육, 컨설팅에 참여하고 있는 사람 들을 대상으로 한 Diemont et al. (2010)의 조사연구 는 우리나라에서의 교과과정 조정에 참고가 될 부분 이 있다. Matlock et al. (2001)이 제안한 생태공학에 더해서 분야별 보완할 과목이나 강화해야 할 과목의 선택에 이들의 결과를 참고할 수 있을 것이기 때문이 다. 학부의 생태공학 교과과정에 포함되어야 할 과목 과 우선순위는 Table 3에 인용한 바와 같은데, 공학 설계와 공학기초과목에서는 생태공학, 생태계복원, 환경공학, 폐수처리를 위한 생태계, 수학 및 컴퓨터 분야에서는 GIS 통계학, 자연과학 분야에서는 생태 학, 생물학, 수리학, 토양학, 습지생태학, 사회과학 및 인문과학 분야에서는 작문, 경제학 등이 우선순위가 높았던 과목들이었다.

19 J.G. Kim and W.K. Lee / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Table 3. Required courses for ecological engineering undergraduate education (modified from Diemont et al. 2010). Type of course Rank Course Type of course Rank Course 1 Ecological engineering 2 Ecology 3 Ecosystem restoration 5 Biology 4 Environmental engineering 6 Hydrology 10 Ecosystems for waste treatment 7 Soil science 12 Water pollution engineering 8 Chemistry 15 Waste management engineering 11 Wetland ecology Engineering design and 21 Soil mechanics 13 Stream ecology engineering 26 Air pollution engineering 16 Limnology preparatory Natural and 28 Statics/Dynamics physical 17 Forest ecology 29 Fluid mechanics sciences 18 Botany 31 Geotechnical engineering 19 Agroecology 32 Thermodynamics 22 Microbiology 38 Structures 24 Physics 39 Mechanics of materials 25 Geology 23 Writing 30 Zoology 27 Economics 34 Mycology 36 Sociology 37 Meteorology Social science 40 Foreign language 9 Statistics and liberal arts 41 Political science 14 Geographic information systems 42 Anthropology Mathematics and computers 20 Calculus 43 Literature 33 Differential equations 44 Psychology 35 Computer programming top 10% preferred course, top 33% preferred course, and top 50% preferred course 8. 결 론 Odum (1962)이 1960년대에 생태공학이라는 새로 운 개념을 제시한 후, 유럽과 중국 등 각기 다른 지역 에서 그 지역의 특성에 부합하는 개념, 이론, 실용기 술이 발전되어 왔다. 생태학을 이론적 기반으로 하는 생태공학은 초기에 강과 호소에 적용되는 기술 위주 로 발전하였으며, 토양 (Matlock and Morgan 2011, Saad et al. 2011), 유역 (Wu et al. 2013), 바다 (Borsje et al. 2011)를 아우르는 생태계 전반을 대상으로 영 역을 확장시키고, 유관 학문들과 융합 (Gosselin 2008, Stouffer et al. 2008)하면서 전개되었다. 적용되는 생 태계와 목적에 따라 매우 다양한 생태공학 이론과 기 술들이 구축되었다. 생태공학의 미래 (Jones 2012)는 윤리적, 관계적, 지적의 세 가지 도전에 직면하고 있다. 윤리적 도전 은 생태계와 인간사회의 상호공통의 이익 을 어떻게 정의하고 관리할 것인가의 문제이다. 관계적인 도전 은 생태공학 기술의 실현을 위해서는 필수적으로 관 련 학문분야와의 관계와 산업, 정책, 교육, 훈련의 하 모니를 이루어내는 것이다. 마지막으로 지적 도전은 생태학과 공학뿐 아니라 사회과학과 인문과학 등의 인접학문과의 융합이 필수적인데 각 학문 사이의 소 통과 융화가 그것이다. 응용생태공학의 교육의 임무는 생태공학의 발전 과정을 따르면서 기반시설과 관련된 공학분야의 특 징이 잘 스며들어 학회가 지향하는 교육내용을 갖추 는 것이라 생각된다. 핵심교과목과 그를 받치는 기초 과목을 학부교육과정에 편성하고 대학원 과정은 각 대학이나 전공에 특성화해서 핵심교과목을 심화시킨 교과과정으로 편성하는 것이 바람직해 보인다.

20 10 J.G. Kim and W.K. Lee / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 감사의 글 본 연구는 2015 응용생태공학회 포럼 응용생태 공학 교육의 터잡기 에서 토론된 내용을 중심으로 정 리되었으며, 포럼 개최와 논문작성에 도움을 주신 응 용생태공학회와 토론자 및 의견을 주신 회원께 감사 드린다. References Allen, T.F.H., Giampietro, M., and Little, A.M Distinguishing ecological engineering from environmental engineering. Ecological Engineering 20: Bo, L.I., Sheng, H.P., and Kuan, C.J Ministry of Education Key Laboratory for Biodiversity Science and Ecological Engineering. Perspectives on General Trends of Plant Invasions with Special Reference to Alien Weed Flora of Shanghai, 4. Institute of Biodiversity Science, Fudan University, Shanghai, China. Borsje, B.W., van Wesenbeeck, B.K., Dekker, F., Paalvast, P., Bouma, T.J., van Katwijk, M.M., and de Vries, M.B How ecological engineering can serve in coastal protection. Ecological Engineering 37: Carson, R Silent Spring. Houghton Mifflin, Boston, USA. Colborn, T Our Stolen Future. Dutton, New York, USA. Diamond, J. M Collapse: How Societies Choose to Fail or Survive. Viking Press, New York, USA. Diemont, S.A.W, Lawrence, T.J., and Endreny, T.A Envisioning ecological engineering education: an international survey of the educational and professional community. Ecological Engineering 36: Gosselin, F Redefining ecological engineering to promote its integration with sustainable development and tighten its links with the whole of ecology. Ecological Engineering 32: Greaver, T.L., Sullivan, T.J., Herrick, J.D., Barber, M.C., Baron, J.S., Cosby, B. J., Deerhake, M.E., Dennis, R.L., Dubois, J.-J.B., Goodale, C.L., Herlihy, A.T., Lawrence, G.B., Liu, L., Lynch, J.A., and Novak, K.J Ecological effects of nitrogen and sulfur air pollution in the US: what do we know? Frontiers in Ecology and the Environment 10: Hobbs, R.J. and Cramer, V.A Restoration ecology: interventionist approaches for restoring and maintaining ecosystem function in the face of rapid environmental change. Annual Review of Environmental Resources 33: Holling, C.S Resilience and stability of ecological systems. Annual Review of Ecology and Systematics 4: Jones, C.G Grand challenges for the future of ecological engineering. Ecological Engineering 45: Kang, D.S., Kim, D.M., Sung, K.J., and Lee, S.M Ecological engineering and ecosystem restoration. Hanti Media. (in Korean) KSEIE The Purport on the Establishment of Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering. Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering, Seoul. Korea. (in Korean) Lomberg, B Environmental alarmism, then and now: the Club of Rome s problem and ours. Foreign Affairs 91: Ma, S Ecological engineering: Application of ecosystem principles, Environmental Conservation 12: Matlock, M.D. and Morgan, R.A Ecological Engineering Design: Restoring and Conserving Ecosystem Services. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, USA. Matlock, M.D., Osborn, G.S., Hession, W.C., Kenimer, A.L., and Storm, D.E Ecological engineering: a rationale for standardized curriculum and professional certification in the United States. Ecological Engineering 17: Meadows, D.H., Meadows, D.L., Randers, J., and Behrens III, W.W The Limit to Growth. Universe Books, New York, USA. Millennium Ecosystem Assessment Ecosystems and Human Well-Being Synthesis. Island Press. World Health Organization, Geneva, Switzerland. Ministry of Environment Environmental White Book. Ministry of Environment, Korea. pp Mitsch, W.J Ecological engineering the 7-year itch. Ecological Engineering 10: Mitsch, W.J. and Jørgensen, S.E Ecological engineering: a field whose time has come. Ecological Engineering 20: Mun, S.K. et al Ecological Engineering. (translated from Kameyama Akira), Bomundang, Seoul. Korea. (in Korean) Odum, H.T Man in the ecosystem. In, Proceedings of the Lockwood Conference on the Suburban Forest and Ecology: Bulletin 652, Connecticut Agricultural Station, Storrs, CT, USA. pp Odum, H.T Environmental Accounting: Emergy and Environmental Decision Making. John Wiley, New York, USA. Rho, Y.H. and Hong, H.J Knowledge Sources on International Organizations for Education. Korean Studies

21 J.G. Kim and W.K. Lee / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Information, Korea. (in Korean) Saad, R., Margni, M., Koellner, T., Wittstock, B., and Deschênes, L Assessment of land use impacts on soil ecological functions: development of spatially differentiated characterization factors within a Canadian context. The International Journal of Life Cycle Assessment 16: Stouffer, D.B, Ng, C.A., and Amaral, L.A.N Ecological engineering and sustainability: a new opportunity for chemical engineering. American Institute of Chemical Engineering Journal 54: Thoreau, H.D Walden; or, Life in the Woods. Ticknor and Fields, Boston, USA. Woo, H.S. and Nam, K.P Ecological Engineering: Bridging between Ecology and Civil Engineering. (translated from Hein van Bohemen (2005), Æneas, Technical Publishers), Cheongmoongak Publishing Company, Seoul, Korea. (in Korean) Wu, M., Tang, X., Li, Q., Yang, W., Jin, F., Tang, M., and Scholz, M Review of ecological engineering solutions for rural non-point source water pollution control in Hubei Province, China. Water, Air, and Soil Pollution 224: 1-18.

22 Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Online ISSN: 우리나라 대학에서 응용생태공학 교육의 현황과 개선 The Current Status and the Improvement of Ecological Engineering Education in South Korean Universities 박제량 1 *ㆍ정진호 2 ㆍ남경필 3 ㆍ이애란 4 ㆍ조강현 5 ORIGINAL ARTICLE 1 홍익대학교 건설도시공학부, 2 고려대학교 환경생태공학부, 3 서울대학교 건설환경공학부, 4 청주대학교 환경조경학과, 5 인하대학교 자연과학대학 생명과학과 Jeryang Park 1 *, Jinho Jung 2, Kyoungphile Nam 3, Ai-Ran Lee 4 and Kang-Hyun Cho 5 1 School of Urban and Civil Engineering, Hongik University, Seoul , Korea 2 Division of Environmental Science and Ecological Engineering, Korea University, Seoul , Korea 3 Department of Civil and Environmental Engineering, Seoul National University, Seoul , Korea 4 Department of Environmental Landscape Architecture, Cheongju University, Cheongju , Korea 5 Department of Biological Sciences, Inha University, Incheon , Korea Received 1 March 2015, revised 11 March 2015, accepted 20 March 2015, published online 31 March 2015 ABSTRACT: Social demand for ecological engineering and technology has increased in tandem with national economic growth in order to improve the environmental capacity of civil infrastructures. To meet this demand, the Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering (KSEIE) was established in January 2013 and has contributed to the development of ecological engineering technologies. However, the establishment of an educational system for human resources training in ecological engineering is still at an early stage, and it is imperative to develop a curriculum for producing the human resources that can understand and apply ecological principles and functions and that is equipped with the abilities required for ecological conservation, restoration, and creation. As part effort, the KSEIE held a forum, entitled Founding the Education for Ecological Engineering, to discuss the establishment of the education system for ecological engineering in Korea. In this paper, based on the discussions and suggestions made during the forum, we analyzed the current status of ecological engineering education in various disciplines civil and construction engineering, biology and environment, and landscape planning in domestic universities, and attempted to seek possible solutions based on the cases of foreign universities. Generally, ecology and other application curricula are taught as fragmented subjects and fields in domestic universities. The development of new education strategies and systematic curricula for multidisciplinary education, ecological response to climate change, and the expansion of research fields is required. KEYWORDS: Curriculum, Ecological engineering education, human resource training, multidisciplinary education, University education 요 약: 국가 경제력이 성장함에 따라서 사회기반시설에 대한 국토의 환경역량을 제고하려는 요구가 크게 증가하였고 이에 부응하여 생태공학 기술의 수요가 증가하고 있다. 우리나라에서는 이러한 사회적 요구에 부응하기 위하여 2013년에 응용생태공학회가 창립되어 생태공학 분야의 기술 발전에 기여하고 있다. 하지만 이러한 사회적 수요에도 불구하고 생태공학 분야 인력양성 체계가 아직 정착되지 못하고 있는 실정이며, 생태학적 원리와 기능을 충족시킴과 동시에 생태계 서비스를 확보할 수 있는 생태계 보전, 복원, 창조 기술을 갖춘 유능한 인력을 배출할 수 있는 교육 프로그램이 시급히 요구되고 있다고 판단된다. 이러한 노력의 일환으로서 응용생태공학회에서는 2015 응용생태공학 포럼 생태교육의 터잡기 를 개최하여 대학에서 생태공학 교육체계를 정립하기 *Corresponding author: jeryang@hongik.ac.kr c Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering. All rights reserved. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 12

23 J. Park et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 위한 논의를 하였다. 본 고에서는 포럼에서 토론되고 제안된 내용을 중심으로, 우리나라 대학에서 토목과 건설, 생물과 환경 및 조경과 계획의 다양한 분야에서 생태공학 관련 교육의 실태를 파악하고, 국외의 우수한 교육 사례를 바탕으로 국내 대학에서 생태공학 교육을 개선하여 정립할 수 있는 방안을 모색하고자 하였다. 전반적으로 아직까지는 생태 및 각 응용분야 교과목들이 단편적인 교과목과 영역별 교육으로 한정되어 있어 향후 융합교육, 기후변화의 생태적 대응, 연구대상의 확대에 초점을 맞춘 새로운 교육전략과 체계적인 생태융합적 커리큘럼의 개발이 요구된다. 핵심어: 교육과정, 생태공학교육, 인력양성, 융합교육, 대학교육 1. 서 론 우리나라는 1960년대 이후 인구증가와 더불어 급 속한 산업화에 의하여 세계에서 유례가 없는 높은 경 제성장을 이루었으나, 이 과정에서 자연 및 조성 환 경이 심각하게 훼손되어 왔다. 우리나라의 개인당 국 민총생산 (GDP)은 1960년에 80달러에서 2013년에 33,790달러로 약 420배 이상 증가하였고 (IMF 2014), 인구는 1960년에 약 25,000,000명에서 2013년에 약 50,000,000명으로 약 2배 증가하였다 (UN 2014). 이 처럼 우리나라에서는 최근 인구증가와 산업화에 따 른 환경 스트레스가 크게 증가하였는데, 특히 환경 분야 중에서는 대기질, 농업, 생물다양성과 서식지가, 기후와 에너지 분야에서는 환경 정책의 성과가 매우 취약한 것으로 평가되고 있다 (Hsu et al. 2014). 우 리나라가 환경 스트레스 및 이에 대한 취약성이 세계 에서 가장 높은 국가 중에 하나로 평가되고 있지만, 반면 환경변화에 대한 적응력이 높은 것으로 평가되 어 올바른 환경정책이 수립된다면 환경 스트레스를 극복할 수 있는 가능성이 큰 것으로 평가된다 (Morgan Stanley Research 2007) (Fig. 1). 그러므로 생태적인 Fig. 1. Country exposure to climate related damage (Morgan Stanley Research, 2007). 국토 환경 관리를 통하여 생물다양성과 생물 서식지 를 보전, 복원하여 환경 스트레스와 취약성을 저감하 는 환경정책의 수립이 시급하다. 국가 경제력의 증가에 따라서 사회 기반시설에 대 한 국토의 환경역량을 제고하려는 요구가 크게 증가 하였고 이에 부응하여 생태공학 기술의 수요가 증가 하고 있다 (Shijun 1985, Guterstam and Todd 1990). 생태공학 (Ecological Engineering)은 인간 사회와 자연 환경이 공존할 수 있는 설계와 건설을 위하여 기초과학인 생태학과 응용 과학이 접목된 공학으로 서 주로 훼손된 생태환경 복원 기술과 새로운 생태환 경 창조 기술을 다루고 있다 (Mitsch and Jorgensen 1989). 한편 일본에서 사용되는 용어인 응용생태공 학 (applied ecological engineering)은 생태학적 지 식을 토목, 건축 공학 등의 분야에 응용하기 위한 공 학적 방법론으로서 개발에 따른 자연환경 훼손의 완 화, 회피, 감소, 대치 등을 포함한다 (ECES 2015). 우리나라의 응용생태공학회에서는 응용생태공학을 건설 사업의 계획, 설계, 시공, 유지관리 등 전 단계에 걸쳐 자연환경의 훼손 및 오염의 회피, 완화, 복원, 창조 등의 방법을 동원하여 생태계의 건전성을 유지 함과 동시에 인간에게는 그로 인한 어메니티를 향상 시키는데 있어 가장 최적 대안을 마련하여 제공하는 기술이라고 정의하고 있다 (KSEIE 2015). 생태공학 기술에 대한 사회적 수요에 부응하기 위 해서는 이 분야에 대한 교육체계의 수립이 매우 중 요하다. 이에 따라서 이미 미국에서는 생태공학을 위 한 학위과정이 제공되고 있으며 표준화된 교육과정 (curriculum)도 제안되었다 (Matlock et al. 2001). 이 러한 교육과정의 핵심과목으로는 정량생태학, 체계 생태학, 생태모델링, 복원생태학, 생태공학, 생태공학 경제학 등의 과목이 포함된다 (Matlock et al. 2001). 더불어 학생들의 구체적인 취업 목적에 부응하기 위

24 14 J. Park et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 하여 육수학 (limnology), 환경식물생리학, 생태경제 학, 생태계계획 등의 심화과목을 개설하여야 한다고 제안되었다 (Matlock et al. 2001). 우리나라에서는 생태공학에 대한 사회적 요구에 부응하기 위하여 2013년에 응용생태공학회가 창립 되어 이 분야의 기술 발전에 기여하고 있다. 그러나 생태공학 분야 인력양성 체계가 아직 정착되지 못하 고 있는 실정이다. 따라서 네트워크 구조, 다양성 및 항상성의 생태학적 원리와 기능을 충족시킴과 동시 에 생태계 서비스 (ecosystem service)를 확보할 수 있는 생태계 보전, 복원, 창조 기술을 갖춘 유능한 인 력을 배출할 수 있는 교육 프로그램이 시급히 요구되 고 있다고 판단된다. 이러한 노력의 일환으로서 응용 생태공학회에서는 2015 응용생태공학 포럼 생태 교육의 터잡기 를 개최하여 대학에서의 생태공학 교 육체계를 정립하기 위한 논의를 하였다. 본 논문에서 는 2015 응용생태공학 포럼에서 토론되고 제안된 내 용을 중심으로, 우리나라 대학에서 토목과 건설, 생 물과 환경 및 조경과 계획의 다양한 분야에서 생태공 학 관련 교육의 실태를 파악하고, 국외의 우수한 교 육 사례를 바탕으로 대학에서 생태공학 교육을 개선 하여 정립할 수 있는 방안을 모색하고자 하였다. 2. 연구 방법 2.1 국내 교육 현황 조사 국내 생태공학과 관련된 토목, 건설, 생물, 환경, 조 경 및 계획 분야 전공학과를 대상으로 생태학 및 생태 공학 관련 교과과정과 교과목을 각 대학교 인터넷 사 이트에서 조사하였다. 특히 생물 및 환경분야에서는 학문간 융합을 통하여 응용생태공학을 특성화하고 있 는 부경대학교 생태공학과와 고려대학교 환경생태공 학부에 대하여 그 교육과정을 세밀하게 분석하였다. 한편 조경, 계획 분야에서는 생태공학 분야 교육의 실태와 전망을 알아보기 위하여 설문조사를 추가적 으로 실시하였다. 전국 40여개 조경학과 중에서 각 시도 별로 2~3개를 고르게 선정하여 총 20개 종합대 학교의 조경학과를 설문대상으로 하였다. 설문조사 방법은 첫째, 각 학교의 홈페이지를 통해 학과커리큘 럼 내에 공개된 생태공학 및 생태환경 관련 교과목을 조사하였으며, 둘째, 생태관련수업을 담당하고 있는 교수를 대상으로 설문조사를 실시하였다. 이를 통해 전체 교과 중 생태학분야의 비중과 주요상세과목의 유형 그리고 학과의 교육주안점과 이를 통한 생태공 학 분야의 미래핵심전략에 대한 견해를 조사하였다. 시간적 범위는 2014년 12월 21일~30일이며, 설문대 상인 20개 학교에 설문지를 전송하고 12개를 회수하 여 60%의 회수율을 보였다. 설문 문항은 교육의 주 안점에 대한 리커트 척도 문항과 서술형 문항으로 구 성하였다. 2.2 미국 교육 사례 조사 생태학과 환경공학은 이미 전통학문으로서 자리를 잡을 만큼 대부분의 대학에서 교육과정이 마련되어 있다. 하지만, 본 논문에서 논하고자 하는 생태공학이 개별 과목만이 아닌 통합적 교육 프로그램으로서 마 련되어 있는 대학은 해외에서도 드물며 현재 성장단 계에 있는 것으로 판단된다. 생태공학으로 분류될 수 있는 교육 프로그램이 있는 미국 내 대학은 웹에서 ecological engineering 이라는 키워드로 검색하여 선별하였으며, 이 중 대표적으로 퍼듀 대학교, 오하이 오 주립대학교, 오레곤 주립대학교, 뉴욕 주립대학교, 세인트프랜치스 대학교, 미네소타 대학교, 루이지애 나 주립대학교 등 7개 대학으로 조사되었다 (Table 1). 하지만, 이는 단지 웹에서의 단순 검색에 의한 결 과이므로 완전한 목록이라 할 수는 없으며 각 프로그 램의 명칭 및 교육 커리큘럼의 상세 분석을 통한 조사 가 다시 이루어져야 할 것으로 판단된다. 조사된 학교 중 퍼듀 대학교의 경우, 생태공학 프로그램이 융합 교 육 프로그램의 일환으로 설립되었으며, 그 상세 교육 목표 및 내용이 타 대학들과 비교하여 상당히 혁신적 인 방향으로 설정되어 본 논문에서는 퍼듀 대학교의 생태공학 교육 현황에 대하여 상세 조사를 하였다. 3. 결 과 3.1 국내 교육 현황과 전망: 토목, 건설 분야 미국에서의 생태공학은 인간사회와 자연환경의 공존을 위한 설계기술이라고 정의될 수 있으며, 여기

25 J. Park et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Table 1. List of U.S. universities in which ecological engineering education program exists. Universities Programs Website Purdue University Ohio State University Environmental and Ecological Engineering (undergraduate) Ecological Science and Engineering (graduate) Ecological Engineering Oregon State University Biological & Ecological Engineering State University of Ecological Engineering New York Saint Francis University Ecological Engineering University of Minnesota Louisiana State University Environmental and Ecological Engineering Coastal & Ecological Engineering al-and-biological-engineering/ecological-engineering raduate-program nvironmental-and-ecological-engineering 에는 훼손된 생태환경의 복원과 새로운 생태환경의 창조를 포함하고 있다 (Mitsch and Jorgensen 2004). 현재 우리나라에서 논의되고 있는 생태공학은 생태 학적 지식을 토목 및 건설분야와 접목할 수 있는 매 개체로서의 역할에 주안점을 두고 있다. 즉, 건설사 업의 계획, 설계, 시공, 유지관리 등 전 단계에서 자연 환경을 훼손할 수 있는 요인을 회피, 완화하거나 훼 손된 자연환경을 복원하고 창조하는 설계기술을 의 미하며, 이는 생태계의 건전성을 유지함과 동시에 인 간에게는 그로 인한 어메니티 또는 생태계서비스를 향상시키는 최적 대안을 마련하여 제공하는 기술이 다 (Woo 2005). 따라서, 우리나라 토목, 건설분야에 서의 응용생태공학교육은 생태학적 원리와 기능 (즉, 망상구조, 다양성, 항상성 등)을 충족시킴과 동시에 생태계서비스를 확보할 수 있는 생태계 보전, 복원, 창조기술을 제공할 수 있는 프로그램을 제공해야 한 다고 생각된다. 유럽, 주로 네덜란드의 생태도로 기 술에서 이와 같은 사례들을 찾을 수 있다 (Woo and Nam 2005). 국내 주요대학에서 생태학 또는 생태공학 교과목 은 주로 환경학 또는 환경공학과를 중심으로 개설되 어 있으나 이들은 주로 생태학적 시각에서 접근하고 있어, 본 논문에서 논의하고 있는 응용생태공학의 목 표를 달성하기에는 생태학적 원리를 구현할 수 있는 공학적 툴이 부족한 것으로 판단된다. 토목, 건설분 야에서 생태학적 지식을 다루고 있는 교과과정은 대 부분 수공학 분야이며, 생태하천과 관련된 교과목으 로 생태학이 다루어지고 있다. 이러한 예로서, 연세 대에는 수생태복원, 하천생태환경 등의 교과목이 개 설되어 있고, 인하대, 홍익대에 각각 생태수리학, 생 태수문학 강좌가 있다. 이와 유사한 맥락에서, 고려 대, 한양대, 중앙대, 충북대, 영남대, 제주대, 창원대, 공주대 등의 도시공학과와 건축공학과에서 생태도 시, 생태건축 등의 명칭으로 생태관련 교과목이 개설 되어 운영되고 있다. 이렇게 볼 때, 토목, 건설분야에 서 필요로 하는 본 논문에서 논의되고 있는 응용생태 공학 개념에 부합하는 교과목이 개설되어 있는 학교 는 거의 없는 실정이다. 다만, 경남과학기술대의 토 목생태공학, 홍익대의 건설생태공학 등이 가장 유사 한 성격을 가진 교과목으로 생각된다. 국제생태공학회 (International Ecological Engineering Society, IEES)에서 제시하고 있는 현재 생태공학적 기술이 적용되고 있는 구체적인 분야를 보면 (IEES 2015), 인공습지, 폐수의 생태학적 재활용, 재생에너 지 등이 있는데 이들은 현재 환경공학분야에서도 비 교적 활발히 교육과 연구가 이루어지고 있고, 현장에 서 활용되고 있는 분야라 할 수 있다 (Table 2). 토목, 건설분야에서 주로 필요로 하고 있는 응용생태공학 분야는 사회기반시설, 건축, 교통, 도시 및 단지개발 등에 활용될 수 있는 현실적 설계기술이며, 따라서 이들 분야에 대한 교과과정 개설이 필요하다. 미국의 토목 및 환경 공학과의 경우, 구조, 지반, 수공, 건설

26 16 J. Park et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Table 2. Current status of ecological engineering education in Korean universities according to the application fields of ecological engineering techniques proposed by the IEES (International Ecological Engineering Society). Application fields Constructed wetlands and aquaculture Wastewater reuse and recycling/ Ecological sanitation Integrated water resources management Renewable energy/solids recycling systems Restoration ecology and habitat reconstruction Green architecture and integrated building techniques Transportation and infrastructure Urban and regional planning/ Landscape architecture Industrial ecology Current status in Korean universities Related courses opened in colleges Active research activities and national funding available Increasing field application Inactive college courses and national research funding Field applications available only for rivers and roads 관리, 환경 등과 같은 전통적인 전공분류에서 벗어나 주요 이슈 별로 전공 프로그램을 재분류하여 운영하 는 추세이다. 예를 들면, MIT의 경우 수공과 환경을 하나의 프로그램으로 운영하여 기후변화, 물 부족 및 환경오염 문제 등에 유연하고 종합적으로 대처할 수 있도록 하고 있다. 3.2 국내 교육 현황과 전망: 환경, 생물 분야 생물 분야 학과에서는 생물이 아닌 생명현상에 대 한 교육이 주를 이루고 있어 총체적인 접근의 생물학 교육이 부족한 실정이다. 응용생태공학 관련 교과목 으로 생태학, 환경생물학, 복원생태학, 생물다양성 등이 개설되어 있으며, 기타 관련 교과목으로 계통분 류학, 생물통계학, 진화생물학, 분류생태학, 생물지리 학, 생물정보학 등이 마련되어 있다. 응용생태공학 교육을 위한 개선 방향으로 우선, 생태학 (생물과 환 경 간의 상호작용 교육)과 보전생물학 (생물 보존 및 다양성 교육)을 필수적으로 개설할 필요가 있으며, 생태공학에 대한 이해를 높일 수 있는 교과목으로 시 스템생태학 (총체적인 생태계 분석 교육)과 생태공학 (생물공학의 한계를 보완할 수 있는 교육)을 도입할 필요가 있다. 환경 분야 학과에서는 환경 및 토목기술에 기반한 매체 중심의 공학 교육이 주를 이루고 있으며, 생태 학에 기반한 생태공학 교육이 부족한 실정이다. 응용 생태공학 관련 교과목으로 생태공학, 시스템생태학, 생태복원공학, 환경복원학, 생태모형학 등이 개설되 어 있으며, 기타 관련 교과목으로 환경생태학, 보전 생물학, 경관생태학, 생태계생태학, 자원순환공학, 생 태지리정보시스템, 생태위해성평가 및 관리 등이 마 련되어 있다. 특히, 고려대 환경생태공학부와 부경대 생태공학과는 응용생태공학으로 특성화한 학과로서 다양한 생태학 및 생태공학 교과목을 개설하고 있다 (Table 3). 고려대 환경생태공학부는 2000년에 설립 되어 현재 14명의 교수가 생태학, 환경과학 및 생태 공학 중심의 교육을 실시하고 있다. 이 학부는 미생 물, 동물, 식물에 대한 생태학과 이들의 서식처인 물 과 토양 관련 환경학 등 자연과학 중심의 교과과정을 운영하고 있다. 이런 점에서 공학적인 생태공학 교육 과 함께 생태계디자인과 생태계서비스 등의 응용 교 육을 강화할 필요가 있다. 그리고, 부경대 생태공학 과는 2003년에 설립되어 현재 6명의 교수가 환경공 학, 해양학, 생태공학 중심의 교육을 실시하고 있다. 이 학과는 하천, 도시, 해양, 습지, 산업 등을 대상으 로 한 생태공학과 시스템생태학 및 생태계모델링 등 공학 중심의 교과과정을 운영하고 있다. 이런 점에서 생태계생태학과 보전생물학 등의 생태학 기초 교육 을 강화할 필요가 있다. 3.3 국내 교육 현황과 전망: 조경, 계획 분야 조경, 계획 분야의 학과는 과학과 예술을 접목하여 실현하는 실용학문으로서 크게 예술미학, 환경심리 학 등의 인문사회와 예술 및 공학 관련 과목을 교육 하도록 교육과정이 구성되어 있었다. 생태 분야가 하 나의 학문으로서 조경 분야에 깊숙이 들어오게 된 직 접적 계기는 1998년 조경학계를 중심으로 (사)한국 환경복원기술학회 (구 한국환경복원녹화기술학회)의 창립과 2003년부터 기술인력 자격제도인 한국산업 공단의 생태복원기사와 자연환경기술사를 배출하는 것에 기인한다. 이로 인하여 생물학 중에서 개별 기 술 습득 과목인 수목학, 화훼학, 환경학개론 등에서 벗어나, 생태학 분야의 시스템적이며 현장 활용성을

27 J. Park et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Table 3. An outline and core curricula of Korean universities specialized in ecological engineering. University Division of Environmental Science and Ecological Engineering, Korea University Department of Ecological Engineering, Pukyong National University Establishment year Faculty number Specialized area Major courses Ecology, Environmental science, Ecological engineering Environmental engineering, Oceanography, Ecological engineering Ecology, Environmental ecology, Plant ecology, Animal ecology, Aquatic ecology, Microbial ecology, Conservation biology, Ecosystem ecology, Landscape ecology, Systems ecology, Ecological engineering, Ecological restoration engineering, Ecological modeling practice, Resource recycling technology, Renewable energy, Natural environmental disaster management Ecological engineering, Systems ecology, River ecological engineering, Urban ecological engineering, Marine ecological engineering, Wetland ecological engineering, Industrial ecological engineering, Ecological modelling, Ecological engineering design, Ecology information system, Ecology survey, Recycling and reuse of wastes and practices, Ecological economics Table 4. Subjects related to ecology or ecological engineering in the curricula of twelve country-wide departments of landscape architecture and planning in Korea. Subjects Opened in more than 50% of universities Opened in less than 50% of universities Environmental ecology, Ecological (environmental) restoration engineering, Environmental ecological planning, Landscape ecology Environmental (ecological) conservation management, Urban environment/biotope design, Ecological landscape (restoration) planning, Ecological tourism (recreation) Required subjects related to ecology Landscape dendrology, Landscape plant (flowering plant) materials, Landscape (ecological) planting, Environmental open space planning 고려한 체계적 수업내용으로 개편하였다. 이러한 관 련 사업의 요구와 산업인력 배출에 의하여 현재는 전 국 모든 조경학과에서 생태학 관련 교육이 진행되고 있다. 조경, 계획 분야는 계획, 설계 및 시공이 연결된 학 문이라는 특성으로 인하여 특화분야에 따라 다양한 단과대학에 속해 있다. 또한 학과명에 있어서도 환경 이나 생태와 관련된 용어를 전후에 붙여 학문 영역을 확대하고 있다. 예로, 농업생명과학대학 조경지역시 스템공학부, 예술디자인대학 환경조경디자인학과, 산업대학 환경조경학과, 바이오융합대학 조경학과, 도시과학대학 조경학과, 이공대학 환경조경학과, 생 명 (자연)과학대학 환경생태공학부 조경학과, 건축대 학 생태조경학과 등으로 학과명과 소속이 다양하다. 이러한 조경, 계획학과의 영역 확대에도 불구하고 생태학의 중요성은 전 학교에서 공통적으로 나타나 고 있다 (Table 4). 우선 생태학 관련 주요 교과목 (생 태, 환경생태 용어로 검색)의 비중을 살펴보면, 2과목 인 학교 6개교, 3과목인 학교 10개교, 4과목인 학교 1개교, 5교과 이상인 학교 3개교이었고, 모든 학교에 서 전체 교과 중 기본적으로 10% 이상 생태학 분야 의 수업을 실시하고 있었다. 수목, 식재, 생태계획 분 야 교과를 포함하면 생태 관련 교과목을 전체 교과목 의 20%~30% 이상으로 개설하고 있다. 전 대학교 중 에서 절반 이상이 가르치는 분야는 환경생태학 이론 으로서 20개 학교 중 14개 학교에서 개설하고 있다. 또한 생태 시공의 주요 조경학 교과인 생태복원공학 분야에서는 환경부, 국토교통부 등의 건설분야와 연 계하여 경관생태학과 환경생태계획이 생태계획과 설 계 분야와 관련하여 60% 이상의 대학에서 교육하고 있다. 또한 생태보존관리의 중요성이 커짐에 따라 보 존관리학에 대한 교과도 증가하는 추세이다. 또한 전

28 18 J. Park et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Table 5. The number of universities along the degree of strengthening on focus fields in the twelve country-wide departments of landscape architecture and planning in Korea. Focus fields Very low Degree of strengthening Low Mode rate High Very high Segmentation of major Construction technique Employment education Internationalization Convergence education Self-improvement 분야간 근본적 차이를 상호 이해하고 활용적 교류가 이루어져야 하며, 이러한 학제간 활용은 적극적인 소 통과 융합을 통해서만 이루어질 수 있다고 답하였다. 또한 기존의 조경계획 분야의 수평적 연구에서 벗어 나 생태공학적 측면을 고려한 입체적 경관 구조와 기 능에 대한 연구와 교육이 필요하다고 강조하였다. 더 나아가 도시, 인문 및 환경 생태의 지속가능한 연계 라는 차별화 이슈 등의 새로운 융합적 영역 창출을 제안하였다. 교육과정에 있어서는 이론에서 실무 분 야인 시공, 모니터링까지 이어지는 체계적인 융합 커 리큘럼의 필요성을 제시하였다. 공필수 교과목 중에서 생태교육과 연계된 과목을 살 펴보면, 수목 식물학, 식재계획 등으로 생태적 이론 과 적용을 연계하는 이론과 실습의 교육과정을 통해 수행하고 있음을 알 수 있었다. 현재 학과 교육 주안점의 비중에 대한 설문조사에 서 기초적인 전공 학문에 대한 교육과 기술력 강화가 모든 학교에서 중요 핵심사항으로 파악되었다 (Table 5). 최근 취업 교육과 연계한 실무능력 강화 교육이 증가하고 있는데, 예를 들면 이론과 실습을 겸하는 현장실무 실습, 캡스톤 과정, 인문역사와 관련 프로 그램, 공학능력 강화 수업 등이 있다. 특히, 융합교육 을 강조하는 대학이 늘어나고 있는 것으로 보아, 계 획설계와 시공을 동시에 다루는 학과의 특성을 잘 반 영하고 있었다. 이러한 결과 자기계발을 심화하는 전 공분야의 선택영역을 넓이는 계기를 마련할 수 있는 효과를 가져오는 것으로 판단되었다. 한편 국제화에 대해서는 학과의 전공교육에서 중점을 두고 있지는 않으나 앞으로 융합학문의 국제적 학문교류 확대에 대비하여 그 비중이 증가할 분야로 나타났다. 미래의 포커스로서 생태학 관련 학문분야의 미래 핵심은 무엇이라 생각하십니까? 라는 서술형 설문 에 대한 답변을 크게 분류하면, 연계 분야간 융합전 략, 기후환경변화에 대응한 생태공학 및 생태계획적 대처방안 모색, 연구대상의 확대, 분야별 생태학 활 용방안에 대한 구체적 모형개발로 구분할 수 있었다. 또한 생태학 관련 타학문과의 차별화 전략에 대한 서 술형 답변은 크게 상호이해와 활용, 새로운 영역창출, 생태학적 원리에 기초한 융합, 이론과 실무의 업무와 교육 체계화의 네 가지로 나눌 수 있었다. 이는 학문 3.4 국외 교육 현황과 시사점 미국에서 생태공학 교육과정이 모범적으로 제공되 고 있는 퍼듀 대학교에는 학부와 대학원 프로그램으로 서 각각 Environmental and Ecological Engineering (EEE)과 Ecological Sciences and Engineering (ESE) 이 운영되고 있다. 우선 대학원 프로그램인 ESE의 경우, 퍼듀 대학교의 융합대학원 프로그램 중 하나로 서 설립되었으며, 매년 약 20여명의 석 박사 입학생 이 들어오고 있다. 본 프로그램 내에서 진행되는 연 구 주제는 다양하지만 모두 인간의 활동과 생태계 사 이의 상호작용 및 동역학을 이해하는 데에 초점이 맞 추어져 있으며 이러한 현상들을 발견하고 이해하기 위해서는 학문 분야를 초월하는 연구 협력 네트워크 가 필수라는 판단 하에 본 프로그램이 설립되고 운영 되고 있다고 하겠다. 따라서 ESE에서 추구하고자 하 는 목표는 생태학적 접근법을 이용한 주요 환경문제 해결을 위한 공학과 과학의 융합, 그리고 더 나아가 서는 생태학과 인간/문화 차원의 융합이다. 또한, ESE 프로그램이 동일 대학 내 교수진끼리의 다학제 융합 연구를 촉진하는 촉매로서의 역할 역시 담당하 고 있다. 타 대학 내에서 운영되는 생태공학 프로그램과 비 교하여 ESE와 EEE의 가장 두드러진 특징은 프로그 램을 구성하는 교수진의 원 소속 학과의 분포에서 드 러난다. Fig. 2에서 보는 바와 같이 생태학, 생물학 등 생태공학의 핵심 교과목들이 당초 농학대학 중심으 로 교육되어왔기 때문에 농학 관련 학과 (Agronomy, Agricultural & Biological Engineering, Forestry & Natural Resources 등) 교수들이 약 60%를 차지하고

29 J. Park et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Fig. 2. The ratio of faculties by departments in Ecological Sciences and Engineering (ESE) (A) and Environmental and Ecological Engineering (EEE) (B) of Purdue University. 있으며, 환경공학 관련 교과목들이 운영되는 토목공 학과 역시 14%를 차지하고 있다. 또한, 거시적 지구 환경 문제를 다룰 수 있도록 지구대기우주과학과도 주요 구성 학과로서 위치하고 있다. 특이 사항은 기 타 분류에 기계공학과, 전기컴퓨터공학과, 정치학과, 농경제학과 등 타 대학의 생태공학 프로그램에서는 찾아볼 수 없는 학과 교수들이 포함되어 있다는 것이 다. 학부 프로그램인 EEE의 경우에도 우주항공공학 과, 재료공학과, 산업공학과, 원자핵공학과 등의 교 수가 포함되어 있어 일반적인 관점에서 바라보는 생 태공학 교육과는 큰 차이점을 보인다. 이러한 다양한 학과의 교수진들이 포진될 수 있는 근본적인 이유는 융합 프로그램 특성 상 새로운 이론 및 접근법이 필요한 경우, 이러한 연구 및 교육을 할 수 있는 전문가를 동일 대학 내의 타 학과에서 발굴 하여 ESE 및 EEE 학생들에게 교육을 할 수 있도록 하기 때문이다. 또한, 이러한 운영이 가능한 이유는 프로그램의 커리큘럼 자체를 유연성 있게 운영하여 필요한 교과목들을 상대적으로 용이하게 추가 및 변 경할 수 있도록 하기 때문이다. 예를 들어, 최근 들어 인간-생태계와 같은 복잡계 연구와 관련하여 각광 받 고 있는 방법론 중에 복잡계 네트워크 이론이나 agentbased modelling 등이 있는데, 우주항공공학과 내에 서 대상분야가 다르다 하더라도 동일한 방법론에 관 한 연구와 교육을 하고 있는 교수가 있다면 해당 교 과목을 ESE나 EEE 프로그램 내의 교과목으로 편입 하거나 학생이 해당 수업을 이수할 경우 전공 과목 학점으로 인정을 하고 있다. 이와 같이 비록 대상체 는 다르지만 동일한 이론과 방법론이 생태공학 연구 및 교육에 적용될 수 있기 때문에 이러한 교수진을 필요에 따라 ESE와 EEE 프로그램에 소속시켜 학생 들로 하여금 필요한 이론을 손쉽게 교육받을 수 있도 록 하고 있다. 4. 결론 및 제언 우리나라 토목, 건설분야에서 응용생태공학교육이 활성화되고 그 현장 적용성을 높이기 위해서는, 일차 적으로는 생태학적 원리가 현실적으로 접목되고 있 는 하천공학, 환경, 도로 분야의 교과목을 개발하여 교육을 강화하고 현장적용사례를 증대시킨 후, 도시 및 건축 분야와 그 이외의 토목, 건설 분야 (구조, 지 반, 건설관리 등)로 교육과 연구의 범위를 확대시켜 나가는 것이 현실적인 방안으로 판단된다. 국내 생물 분야 학과는 총체적인 생물학 교육을 위 하여 생태학, 보전생물학, 시스템생태학 및 생태공학 교과목을 우선적으로 운영할 필요가 있다. 그리고, 국내 환경 분야 학과는 생태학에 기반한 생태공학 교 육을 강화하기 위하여 생태학, 보전생물학, 시스템생 태학, 생태계생태학, 생태위해성평가, 생태복원공학, 생태계서비스 교과목을 적극적으로 도입할 필요가 있다. 더 나아가 환경 분야의 일부 학과들은 응용생 태공학을 특성화할 수 있는 학과로 발전할 수 있기를 기대한다. 조경, 계획 분야 학과는 과학과 예술, 인문학의 접

30 20 J. Park et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 목으로 실현되는 학과의 특성과 본 학문이 다루는 대 상 공간이 자연환경을 포함하고 있다는 측면에서 생 태학 분야의 적극적 융합이 절실한 분야이다. 아직까 지는 생태 분야가 단편적인 교과목과 영역별 교육으 로 한정하고 있으나, 미래의 포커스인 조경-생태의 융합교육, 기후변화의 생태적 대응, 조경 연구대상의 확대를 위해서 새로운 교육전략이 요구된다. 따라서 미래에 필요로 하는 지속가능한 생태적 조경계획 분 야의 차별화 전략 강구, 학문 분야간 소통과 융합을 통한 새로운 지식 기반의 모델 제시, 이를 위한 이론 연구에서 시공, 관리, 모니터링에 이르기까지 체계적 인 생태융합적 커리큘럼의 개발이 요구된다. 국내에서 응용생태공학이라는 학문 분야는 신생 분야이기 때문에 향후 국내 대학에서 어떤 방법으로 어떤 교과목들을 가르칠 것인지 초석을 다질 필요가 있다. 본 고에서 분석한 퍼듀 대학교의 ESE와 EEE 프로그램의 경우, 해외의 타 대학과 비교하여 상대적 으로 혁신적인 형태로 운영되고 있어 향후 국내 생태 공학 교육의 방향을 잡는데에 좋은 사례로서 이용이 될 수 있을 것으로 판단된다. 하지만, 이러한 프로그 램 운영 방식이 항상 장점만 있는 것은 아니다. 예를 들면, 유연한 커리큘럼의 운영은 새로운 이론 및 접 근법의 신속한 교육이 가능하게 하지만, 현재 국내의 응용생태공학이라는 분야의 범위가 어디까지인가에 관한 논의가 되고 있는 바와 같이 생태공학 프로그램 내에서 어디까지를 교육 범위로 설정하여야 하는지 에 관한 고민 또한 하게 될 것으로 판단된다. 국내 생태공학 교육의 터잡기를 위해 향후 미국은 물론 유 럽, 일본 등 선진국의 프로그램 운영 사례를 자세히 조사하고 한국형 인재양성에 맞는 교육 커리큘럼의 개발이 필요하다. 물론 국내 대학에서의 체계적인 생태공학교육을 위해 앞으로도 많은 논의가 있어야 하겠으나, 국내 외 현황 분석을 통해 몇 가지 가능한 대안을 제시하 자면 다음과 같다. 우선, 전통적인 학과 내 세부전공 분류의 틀을 벗어나 사회적 요구에 부합하고 새로운 수요를 창출할 수 있는 세부전공 간 융합 및 창조를 통한 재분류가 필요하다. 예를 들어, 토목공학 전공 의 경우 국내 대부분의 대학은 그 세부분야가 구조, 지반, 수공, 환경공학 등으로 구분되어 있다. 토목공 학과에서 생태공학교육을 포함시키고자 한다면 수공 및 환경분야의 융합 등을 통하여 더욱 효과적인 생태 공학 교육이 일부 가능할 것이다. 앞의 현황분석에서 살펴본 바와 같이 이러한 노력은 일부 대학에서 이미 하고 있다. 하지만, 분야간의 융합 노력이 전공 수준 은 물론 단과대학 혹은 종합대학 수준에서도 가능하 다면 더욱 효과적인 생태공학 교육이 가능하리라 생 각된다. 특히, 해외 사례에서와 같이 유연한 교과목 운영관리가 가능하다면 생태공학에서 다루고자 하는 이슈 (예, 기후변화 등) 별 융합교육이 가능할 것이 다. 또 하나의 대안으로는 부전공 및 복수전공의 적 극적 유도 및 특정 복수 혹은 부전공 이수 시 응용생 태공학 관련 학위과정의 이수를 인정하는 방안도 생 각해 볼 수 있다. 물론 단순히 복수 및 부전공을 함으 로써 응용생태공학 교육에서 추구하는 시너지 효과 를 크게 기대할 수는 없지만, 국내 대학의 구조적 경 직성과 전공 간 인력 및 교과과정의 교류가 쉽지 않 은 점을 감안할 때, 생태공학 교육을 위한 시작점으 로서 충분히 의미가 있을 것으로 판단된다. 포럼 중 추가 제시된 의견 중에서는 이러한 응용학 문의 교육은 아무래도 학부보다는 대학원에서 효과적 일 것이므로 대학원 중심의 교육 커리큘럼 개발을 위 해 논의하자는 의견이 개진되었다. 학부 과정의 경우 기초 전공 지식의 교육이 중심이 되기 때문에 응용학 문의 교육은 대학원에서 더 효과적일 수도 있으나, 미 국의 경우 일부 주에서는 이미 생태공학분야의 학위 과정이 신설되어 운영 중에 있고, 또한 국내의 경우에 도 문제해결을 위한 설계학점 등이 공학인증교육과정 을 통해 점차 강조되고 있는 점을 감안할 때, 대학원 중심 과정으로서만 한정할 필요는 없다고 판단된다. 국내 대학들이 처한 상황이 모두 다르기 때문에 이 러한 결정 역시 각 대학별로 달리 결론이 날 수 있겠 으나, 무엇보다도 중요한 것은 아무래도 해당 전공을 이수한 학생들에 대한 사회적 수요의 창출과 이에 따 른 안정적인 취업이 될 것이라는 의견 또한 교육 커 리큘럼을 어떻게 개발할 것인가라는 논의를 하기 이 전에 심각하게 논의되어 할 부분이다. 감사의 글 본 연구는 2015 응용생태공학회 포럼 - 응용생태

31 J. Park et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 공학 교육의 터잡기 에서 토론된 내용을 중심으로 공 동작업으로 수행하였으며, 포럼 개최와 논문작성에 도움을 주신 응용생태공학회에 감사드린다. References ECES english.html. The Ecology and Civil Engineering Society, Japan. Assessed 9 February Guterstam, B. and Todd, J Ecological engineering for and its application in New England and Sweden. Ambio 19: Hsu, A., Emerson, J., Levy, M., de Sherbinin, A., Johnson, L., Malik, O., Schwartz, J., and Jaiteh, M Environmental Performance Index. Yale Center for Environmental Law & Policy, New Haven, CT., USA. IEES International Ecological Engineering Society. Assessed 9 February IMF World Economic Outlook Database. International Monetary Fund. Washington, D.C., USA. KSEIE Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering, Korea. Assessed 9 February (in Korean) Matlock, M.D., Osborn, G.S., Hession, W.C., Kenimer, A.L., and Storm, D.E Ecological engineering: a rationale for standardized curriculum and professional certification in the United States. Ecological Engineering 17: Mitsch, W.J. and Jorgensen, S.E Introduction to ecological engineering. In, Mitsch, W.J. and Jorgensen, S.E. (eds.), Ecological Engineering: An Introduction to Ecotechnology. John Wiley & Sons, New York, USA. pp Mitsch, W.J. and Jorgensen, S.E Ecological Engineering and Ecosystem Restoration. John Wiley & Sons, New York, USA. Morgan Stanley Research The Economics of Climate Change a Primer. Morgan Stanley Research Europe. Shijun, M Ecological engineering: application of ecosystem principles. Environmental Conservation 12: UN World Population Prospects: The 2010 Revision. United Nations, New York, USA. Woo, H Development of Ecological Construction Techniques for Human and Nature Coexistence. Report on Planning and Policy Study of Korea Institute of Construction Technology, Ilsan, Korea. (in Korean) Woo, H. and Nam, K Ecological Engineering: Bridging between Ecology and Civil Engineering. Cheongmungak, Seoul, Korea. (in Korean)

32 Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Online ISSN: ORIGINAL ARTICLE 만경강에서 하천정비에 의하여 격리된 구하도의 어류 군집 구조: 연결성 복원을 위한 제안 Fish Community Structure of the Former Channel Isolated by Channelization in the Mangyeong River, Korea: Implications for Connectivity Restoration 김석현ㆍ전형태ㆍ조강현* 인하대학교 자연과학대학 생명과학과 Seog Hyun Kim, Hyoung Tae Cheon and Kang-Hyun Cho* Department of Biological Sciences, Inha University, Incheon , Korea Received 5 January 2015, revised 2 March 2015, accepted 20 March 2015, published online 31 March 2015 ABSTRACT: This study investigated the difference in fish community structures in a main channel and an isolated former channel, considering the environmental factors in the Mangyeong River, Korea. Principal component analysis (PCA) with environmental factors showed that former channels were composed of a fine substrate covered by in-stream vegetation, whereas the main channel was covered by a wide range of substrates with a higher dissolved oxygen and conductivity. The result of the hierarchical cluster analysis with species abundance delineated to the four main groups; three abandoned channel groups and one main channel group. Non-metric multidimensional scaling (NMDS) showed that fish community structures of each study site differed from environmental factors: former channel fish communities were positively related to in-stream vegetation cover, whereas main channel fish communities were positively associated with dissolved oxygen and conductivity. The results indicated that channelization, where there was a separation between the former channel and the main channel, had detrimental effects on fish community structures of both the main channel and the abandoned channel in the Mangyeong River. In conclusion, this study suggested that the connectivity between the main channel and abandoned channel were required to enhance both habitat structural diversity and species diversity of the Mangyeong River. KEYWORDS: Fish community, Floodplain, Former channel, Lateral connectivity 요 약: 본 연구는 하천에서 격리된 구하도와 본류에서 어류 군집 구조의 차이를 비교하기 위하여, 만경강에서 2곳의 본류와 단절된 구하도를 선정하여 환경 요인과 어류 군집 구조를 조사하였다. 측정된 환경 자료를 이용하여 주요인분석을 실시한 결과, 구하도는 하상이 주로 진흙과 모래로 이루어졌고 식생 피도가 높은 반면 본류는 수로 폭이 넓고 하상이 왕자갈, 잔돌, 호박돌 등 다양한 하상구조를 보였고 용존산소 및 전기전도도가 높게 나타났다. 어류 자료를 사용하여 군집분석 결과, 구하도 군집과 본류 군집으로 뚜렷이 구분되었다. 구하도는 호소 및 소하천에 서식하는 어류 군집 구조가 나타났고, 본류는 강과 같은 대형하천에 서식하는 어류 군집 구조를 나타냈다. 비모수다차원척도법 결과에 의하면 구하도에 분포하는 어류는 식생 피도와 높은 양의 상관관계를 가진 반면 본류에 분포한 어류는 용존산소, 전기전도도와 높은 상관관계를 보였다. 본 연구 결과, 구하도는 본류와의 연결성이 단절되면서 본류와 비교할 때 어류 서식 환경이 완전히 달라짐으로써 어류 군집 구조가 큰 차이를 보이고 어류의 산란처 및 은신처 기능도 상실한 것으로 판단되었다. 따라서 하천의 어류 생물다양성 증진을 위하여 구하도의 횡적 연결성을 복원하기 위한 노력이 필요하다. 핵심어: 어류 군집, 홍수터, 구하도, 횡적 연결성 *Corresponding author: khcho@inha.ac.kr c Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering. All rights reserved. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 22

33 S.H. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 서 론 하천 경관의 공간적 규모에서 3 차원을 따라서 종 적, 횡적 및 수직적 연결성이 생성되고 변형된다 (Ward 1989). 하천 생태계에서 연속성이란 수문적 경관을 가로질러 물이 매개하는 에너지, 물질 및 생물의 이 동을 의미한다 (Pringle 2003). 특히 하천의 횡적 연 결성 (lateral connectivity)은 하천 하도와 이와 연결 된 홍수터 (floodplain) 사이의 관계를 개념화한 것이 다. 즉 하도-홍수터 공간은 역동적인 공간 모자이크 로서 횡적 물 흐름이 다양한 경관 조각 (patch) 사이 의 연결에 중요하다 (Thoms 2003). 하도와 홍수터에서 범람 파동 개념 (flood pulse concept)은 횡적 연결성의 생태적 중요성을 강조한 다 (Sparks 1995). 이 개념에 따르면 하천 생물의 생 활사는 하도와 홍수터에서 주기적인 수위 변동과 연 관되어 있으며 (Kwak 1988, Miranda 2005), 특히 특 정한 어류의 생활사는 본류와 홍수터의 연결성에 의 하여 큰 영향을 받는다 (Kingsford 2000). 이들 어류 는 하도의 수위가 높아짐에 따라서 범람된 홍수터로 이동하고 이곳에서 산란, 치어 성장 및 피난 은신하 고 다시 수위가 낮아지면 본류로 돌아가서 생활사를 잇는다 (Rose and Baker 1983, Turner et al. 1994). 또한 하도와 연결성이 확보된 홍수터는 생산성과 생 물다양성이 가장 높은 생태계 중의 하나이다. 이곳은 영양소, 퇴적물 및 유기물의 재분배와 순환, 수질 유 지, 다양한 생물종에게 서식지와 먹이 공급 등의 중 요한 생태계 기능을 제공하다 (Junk et al. 1989). 우리나라의 대부분 하천에서는 홍수터의 토지이 용과 홍수 방재를 위한 하천정비에 의하여 인공제방 을 축조하였다. 이러한 결과 제내지의 홍수터 대부분 이 농경지, 주택지 등으로 이용되고 있으며, 잔존하 는 홍수터와 구하도 (former floodplain)마저 하도로 부터 격리되어 하천의 연결성이 단절되었다. 홍수터 와 구하도가 본류 하도와 단절되면 하천 환경의 구조 적 변화를 유발하여 홍수터뿐만 아니라 본류의 생물 서식처 다양성을 감소시키고 어류의 종 다양성까지 감소시킨다 (Schiemer 2000, Miyazono et al. 2010). 특히 홍수터가 하도로부터 단절되면 수질 악화 및 토 사 퇴적이 발생하여 생물 서식지에 악영향을 미친다 (Miranda et al. 2001). 또한 오랫동안 격리된 홍수터 와 구하도는 본류와 전혀 다른 환경으로 변하고 이에 따라 이곳의 어류 군집은 본류와는 크게 다른 특성을 보이게 된다 (Erskine et al. 2005, Andrews et al. 2014). 홍수터 또는 구하도가 본류 하도와 단절된 정비 하 천에서는 하천 생태계의 건강성을 유지하고 개선하 기 위하여 횡적 연결성을 확보하는 것이 매우 중요하 다 (Tockner et al. 1999, Aarts et al. 2004). 하천의 횡적 연결성을 유지, 복원하기 위하여 하도-홍수터의 생태적 연결성을 조사하고 평가하는 것이 필요하다. 특히 하도와 홍수터에서 어류 군집의 특성을 파악함 으로써 두 서식지의 연결성을 효과적으로 평가할 수 있다 (Miranda 2005, Zeug et al. 2005). 또한 본류 하도와 구하도의 연결성이 어류에 미치는 영향에 대하 여 연구가 진행되고 있는데, 홍수터의 어류 산란장으 로서의 역할과 본류와 홍수터의 어류 군집 차이에 대 한 연구가 활발히 이루어지고 있다 (Rose and Baker 1983, Schiemer 2000, Zeug et al. 2005, Miyazono et al. 2010, Andrews et al. 2014). 만경강은 전라북도 완주군에서 발원하여 호남평 야의 중심부를 지나 서해로 흘러드는 유역면적 1,527 km 2, 유로 연장 약 77 km인 하천이다 (K-water 2007). 중하류의 평야지역을 지나는 이 하천은 과거에 사행 이 심하였으나 정비사업으로 직강화되었다. 직강화 로 인하여 사행하도 구간이 절단 (cutoff)되어 제내지 에 약 7개의 구하도 구간이 형성되어 있다 (Hong et al. 2012). 이러한 구하도는 본류 하도와 단절되었으 며 농경지, 주거지, 공사 등의 영향으로 어류 서식지 가 교란 또는 파괴된 실정이다. 만경강에서 어류에 대한 연구는 주로 하천의 본류를 중심으로 전반적인 어류상 조사가 이루어 졌다 (Kim and Lee 1998, Lee et al. 2008). 그러나 만경강에 있는 구하도에서 어류 군집에 대한 정밀 조사는 이루어지지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 만경강에서 직강화 및 제방 에 의하여 본류 하도와 단절된 대표적인 두 개의 구하 도를 선정하여 1) 본류 하도와 구하도에서 어류 군집 구조의 특성을 비교하고, 2) 물리적 및 이화학적 환경 요인을 조사하여 본류 하도와 구하도에서 환경 차이를 분석하고, 구하도 서식 환경이 어류 군집 구조에 미치 는 영향을 파악하여, 3) 이 결과를 바탕으로 구하도의 하천 환경을 개선할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

34 24 S.H. Kim et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 연구방법 2.1 조사지 개황 제내지 구하도와 본류 하도에서 어류 군집 구조의 차이를 비교하기 위하여 어류 채집과 환경요인 조사 를 전라북도 익산시 만경강에서 2013년 9월에 실시 하였다 (Fig. 1). 조사지점은 만경강에서 익산시 석탄 동 S1 (35 54 N, E)과 춘포면 용연리 S2 (35 53 N, E)에 위치한 제내지의 격리된 구 하도를 조사지로 선정하였다. 선정된 두 구하도에서 어류 서식 환경이 다를 것으로 예상되는 곳을 S1에 서는 3개의 조사지점인 S1-F1 ( N, E), S1-F2 ( N, E), S1-F3 ( N, E)을 S2에서는 2 개의 조사지점 S2-F1 ( N, E) 과 S2-F2 ( N, E)을 선정 하였다. 또한 두 구하도의 대조지로서 인근에 위치한 제외지 하도를 본류 조사지점 S1-M ( N, E)과 S2-M ( N, E)으로 선정하였다. 익산시 석탄동 (S1)에 위치한 구하도는 길이가 약 900 m이며 개방수면이 잘 발달 되어서 양호한 어류서식처를 가진 구하도였다. 춘포 면 용연리 (S2)에 위치한 구하도는 길이가 약 1.4 km 이었고 일부 구간은 식생에 의해 개방수면이 줄어든 상태였다. 특히 본 조사지점은 매립공사가 진행되어 서 구하도 내에서 일부 하도가 단절된 상황이었다. 두 조사지점 모두 주변은 주거지 및 농경지가 위치하 였다. 본류 조사지점은 만경강의 본류로써 수로 폭이 넓고 하안에 식생이 발달하지 않았다. 물가에서 제방 까지 주로 농경지가 발달한 상황이었다. 2.2 어류 채집 선정된 조사지점에서 어류를 정량 채집하기 위하 여 조사 시 투망 (망목 7 7 mm)을 15회 투척, 족대 (망목 4 4 mm) 30분 사용하여 채집하였다. 채집된 어류는 현장에서 동정하고 계수한 후에 방류하였다. 어류의 동정은 Kim and Park (2002)과 Kim et al. (2005)을 사용하였고 분류체계는 Nelson (2006)을 참조하였다. 2.3 환경 조사 하천 환경 조사는 미국 환경청의 하천 표준 조사법 (Lazorchak et al. 1998, Barbour et al. 1999)을 참조 하여 총 9개의 환경 요인을 측정하였다. 하천의 물리 환경은 각 조사지점에서 임의로 20개를 선정하여 유 속, 수심, 하상구조, 하도 횡단 폭 및 식생 피도를 측 정하였다. 유속은 유속계 (Flowatch, JDC, Electronic SA, Switzerland)로 수심의 60% 지점에서 측정하였 고, 수심은 접자를 사용하여 측정하였다. 측정된 유속 과 수심은 평균으로 나타내었다. 하상구조는 Cummins (1962)의 방법을 참조하여 진흙 (mud, < 0.1 mm), 모래 (sand, mm), 잔자갈 (gravel, 2-16 mm), 왕자갈 (pebble, mm), 잔돌 (cobble, mm), 호박돌 (boulder, > 256 mm)로 구분하였고 cm 방형구를 설치해서 방형구 내에서 가장 우 세한 하상 입자를 기록하였다. 조사지점의 하상구조 는 기록된 하상 입자의 상대빈도로 표시하였다. 각 지점에서 하도의 횡단 폭은 거리측정기를 사용하여 측정하여 평균을 구하였다. 조사지점 저수로의 식생 피도는 식생형을 구분하지 않고 육안으로 측정한 후 평균을 구하였다. 하천수의 이화학적 특성은 휴대용 수질측정기 (YSI 556 MPS, YSI Inc., USA)를 사용 하여 수온, ph, 용존산소, 전기전도도를 측정하였다. Fig. 1. Map showing the study area in the Mangyeong River, Korea. The opened circles indicate study sites. Dotted lines indicate river levee. 2.4 자료 분석 하천 환경에 따른 조사지점 사이의 관계를 분석하

35 S.H. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 기 위하여 R 환경 (R Development Core Team 2013) 에서 Vegan package (Oksanen 2013)의 rda 함수를 사용하여 주요인분석 (principal component analysis, PCA)을 실시하였다. 입력 자료는 조사지점별 9개의 환경요인으로 구성하였다. 어류 군집 구조에 따른 조사지점 사이의 관계를 분 석하기 위하여 R 환경의 Vegan package (Oksanen 2013)에서 hclust 함수를 사용하여 계층적 군집분석 (hierarchical cluster analysis)을 실시하였다. 채집된 어종별 총 개체수(S)를 log(s+1)로 전환하여 입력 자 료로 사용하였으며, 거리의 산출은 Bray-Curtis (Bray and Curtis 1957)의 방식을 적용하였다. 군집분석에서 산출된 높이 수준 (height level)을 기준으로 각 조사 지점간 유사거리를 비가중산술결합 (unweighted pair group method using arithmetic algorithm, UPGMA) 방식 (Sneath and Sokal 1973)으로 분류하였다. 어류 군집 구조와 조사지점별 관계를 서열법 (ordination)으로 분석하기 위하여 R 환경의 Vegan package (Oksanen 2013)에서 metamds 함수를 사용하여 비모수다차원척도법 (non-metric multidimensional scaling, NMDS) (Kruscal 1964)을 적용하였다. 분석 용 입력 자료는 종별 개체수를 log(s+1)로 전환하여 사용하였다. 조사지점 사이 거리는 Bray-Curits (Bray and Curtis 1957) 방식으로 산출하였다. 조사지 환경 요인과 2차원으로 도식화 된 NMDS결과의 상관관계 를 분석하기 위하여 함수 Vegan package (Oksanen 2013)의 함수 envfit 를 사용하여 상관계수와 유의 수준을 산출하였다. 3. 결 과 3.1 환경 특성 만경강 구하도와 본류 하도의 모든 조사지점에서 측정된 수온과 ph는 유사하였다 (Table 1). 조사지점 S1-F3은 구하도의 작은 수로로서 수로 폭이 평균 3 m로 좁고 수심이 평균 23 cm로 얕았다. 하상은 진흙 Table 1. The environmental conditions at the study site in the Mangyeong River in September 2013 (mean±sd). Environmental factor Abbrevia Study site -tion S1-F1 S1-F2 S1-F3 S1-M S2-F1 S2-F2 S2-M Water parameter Water temperature ( )* WT Dissolved oxygen (mg L -1 )* DO ph* PH Electrical conductivity (μs cm -1 )* EC Water velocity (m s -1 ) (n=20) WV ±0.09 Stream morphology Channel width (m) (n=5) CW 42±8 33±7 3±1 82±9 53±10 25±1 88±3 Water depth (cm) (n=20) WD 130±50 119±37 23±9 86±54 81±35 74±30 38±15 Substratum** (n=20) Mud (<0.1 mm) (%) MD Sand (0.1-2 mm) (%) SD Gravel (2-16 mm) (%) GV Pebble (16-64 mm) (%) PB Cobble ( mm) (%) CB Boulder (>256 mm) (%) BD In-stream cover by vegetation (%) (n=20) VG 51±47 49±46 15±21 0.5±2 75.5±24 42±45 0 * Water chemical variables were measured at a single point during the fish survey at the each study site. ** Proportion of substratum was calculated by 20 measured points at each study site. Mud, < 0.1 mm; Sand, mm; Gravel, 2-16 mm; Pebble, mm; Cobble, mm; Boulder, 256 mm < (by Cummins (1962)).

36 26 S.H. Kim et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): (mud)과 왕자갈 (pebble)로 구성된 곳이었다. 조사지 점 S1-F1와 S1-F2는 수로 폭이 평균 m로 S1-F3에 넓었고 수심 또한 평균 m로 깊었 다. 하상재료는 대부분 진흙과 모래 (sand)로 구성되 어있었다. 조사지점 S2-F1은 조사 당시 매립이 진행 되고 있어서 교란 정도가 심했으며 수질이 조사지점 중 가장 좋지 않았는데, 특히 용존산소가 6.92 mg L -1 로 가장 낮게 나타났다. 이곳에서 식생 피도가 평균 75.5 %로 가장 높았고 개방수면이 드물었다. 반면 조 사지점 S2-F2는 S2-F1에 비해 수질이 양호하였으며 수심 평균 74 cm로 얕았고 식생 피도 평균 42%로 낮게 나타났다. 만경강 본류 조사지점은 구하도 조사 지점에 비해 수로 폭이 평균 m로 넓었으며 식생의 피도가 낮게 나타났다. 이화학적 요인 중 전 기전도도가 구하도 조사지점에 비해 높게 나타났다. 조사지점 S1-M은 수심이 평균 82 cm로 깊었고 물 흐름이 정체된 수역이었다. 하상은 주로 진흙과 모래 이었다. 또 다른 본류 조사지점인 S2-M은 다리 주변 으로 수심이 평균 38 cm로 얕았고 유수구간이 형성 되어 있어서 유속이 평균 0.04 m s -1 로 나타났다. 하 상재료는 인공적인 거석이 있어서 잔돌 (cobble)과 호박돌 (boulder)의 비율이 높았다. 3.2 환경과 조사지점의 관계 만경강의 조사지점별 환경요인 자료를 이용한 주 요인분석 (PCA)에서 1축과 2축의 고유값은 각각 7.11 과 3.29으로서 두 축이 전체 변이의 74.4%를 설명하 였다 (Fig. 2). 환경 요인에 따른 조사지점의 배열을 살펴보면, 조사지점 S1-F1, S1-F2, S2-F1, S2-F2가 제 1축에서 왼쪽에 배열되었고, 조사지점 S1-F3는 제 2축에서 아래쪽에 배열되었다. 조사지점 S2-M이 제 1축에서 가장 오른쪽에 배열되었으며 조사지점 S1-M은 오른쪽 위에 배열되었다. 주요인분석 결과에서 환경 요인의 배열을 살펴보 면, 식생 피도 (VG)가 왼쪽 가운데에 위치하였고, 수 심 (WD)과 진흙 (MD)이 왼쪽 위에 배열되었다. 잔 자갈 (gravel) (GV)은 왼쪽 아래에 배열되었다. 용존 산소 (DO), ph (PH), 유속 (WV), 잔돌 (CB)은 오른 쪽 중앙에 배열되었고, 수온 (WT), 하도 폭 (CW), 전기전도도 (EC)는 오른쪽 위에 위치하였다. 왕자갈 (PB)와 호박돌 (BD)은 오른쪽 아래에 배열되었다. Fig. 2. Ordination biplot derived from the first two axes of principal component analysis (PCA) of the environmental factors at each study site in the Mangyeong River. Eigen values of both axes are 7.11 and 3.29, explained 74.7% of total variation. Abbreviations of environmental factors are provided in Table 1 and site codes are in Fig. 1. 조사지점과 환경요인의 관계를 살펴보면, 구하도 조사지점 중 S1-F1, S1-F2 및 S2-F1은 식생 피도가 높고 수심이 깊으며 바닥이 진흙이 깔린 곳이었으며, 또 다른 구하도 조사지점 S2-F2와 S1-F3는 식생 피 도가 높지만 하상이 잔자갈과 왕자갈로 구성되고 수 심이 얕은 곳이었다. 반면에 본류 조사지점은 식생이 드물고 용존산소, ph, 전기전도도가 높고 하상이 잔 돌로 이루어진 곳이었다. 특히 본류인 조사지점 S1-M 은 하도 폭이 넓고 수온이 높았다. 3.3 어류상 만경강 전체 조사지점에서 채집된 어류는 총 258 개체이며 10과 18종이었다 (Table 2). 과별로는 잉어 과 Cyprinidae가 8종 (44%)으로 가장 많았으며, 그 다음은 망둥어과 Gobiidae가 2종 (11%)을 차지하였 다. 만경강에서 우점종은 대륙송사리 Oryzias sinensis (26%) 였으나 주로 조사지점 S1-F3에 집중적으로 서 식하고 있었다. 떡붕어 Carassius cuvieri (24%)는 아 우점종이었으며 주로 구하도에 넓게 분포하였다. 다음 으로는 붕어 C. auratus, 끄리 Opsariichthys uncirostris amurensis, 밀어 Rhinogobius brunneus, 좀구굴치 Micropercops swinhonis 순이었다.

37 S.H. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Table 2. Individual number of fish species collected at each study site in the Mangyeong River in September Family / Species Abbreviation S1-F1 S1-F2 S1-F3 S1-M S2-F1 S2-F2 S2-M (%)* Study site R. A. Total Cyprinidae Carassius auratus Ca Carassius cuvieri Cc Cyprinus carpio Cr Pseudorasbora parva Pp Aphyocypris chinensis Ac Pseudogobio esocinus Pe Zacco platypus Zp Opsariichthys uncirostris amurensis Ou Cobitidae Misgurnus anguillicaudatus Ma Siluridae Silurus asotus Sa Adrianichthyidae Oryzias sinensis Os Centropomidae Siniperca scherzeri Ss Centrachidae Micropterus salmoides Ms Odontobutidae Odontobutis interrupta Oi Micropercops swinhonis Mw Gobiidae Rhinogobius giurinus Rg Rhinogobius brunneus Rb Belontiidae Macropodus ocellatus Mo Total number of species Total number of individuals * R. A.: Relative abundance. 구하도 조사지점인 S1-F1, S1-F2, S2-F2에서는 6 종이 출현하였고 떡붕어가 우점종이었다. 이들 조사 지점은 구하도의 중심 구간으로 물이 정체되고 수심 이 깊고 하안에 식생이 잘 발달하였다. 특히 조사지 점 S2-F2는 좀구굴치가 집중적으로 분포하고 있었 다. 조사지점 S2-F1은 구하도 중에서 서식 환경이 가 장 좋지 못한 곳으로 3종이 출현하였으며 특히 버들 붕어Macropodus ocellatus는 본 조사지점에서만 출 현하였다. 구하도의 작은 연결수로인 조사지점 S1-F3 에서는 8종이 출현하였다. 대륙송사리가 우점하였으 며 왜몰개 Aphyocypris chinensis, 얼록동사리 Odontobutis interrupta는 본 조사지점에서만 출현하였다. 만경강 본류 조사지점인 S1-M은 5종이 출현하였는데, 끄리가 우점하였으며 밀어와 모래무지 Pseudogobio esocinus가 우세하였다. 조사지점 St2-M은 5종이 출 현하였으며, 끄리가 우점하는 것으로 나타났다. 피라 미 Zacco platypus와 쏘가리 Siniperca scherzeri는 본 조사지점에서만 출현하였다.

38 28 S.H. Kim et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Fig. 3. Dendrogram for the hierarchical cluster analysis based on the fish communities collected at the study sites of the Mangyeong River. The dotted rectangle indicates four groups differentiated by a height level of 어류 군집 구조 Fig. 4. Ordination biplot of fish species (a) and study sites (b) by non-metric multidimensional scaling (NMDS) based on the fish communities collected at the study sites of the Mangyeong River. The stress value of NMDS explains the goodness of fit. (a) The angles and lengths of the radiating arrows indicate the direction and strength of the relationships between the environmental factors. Fish abbreviations are provided in Table 2 and environmental factor abbreviations are in Table 1. (b) Different symbols of study sites indicate four groups of study sites and a solid line indicates the cluster dendrogram resulted from hierarchical cluster analysis in Fig. 3. 만경강에서 어류 종별 수도 자료를 사용한 계층적 군집분석에서 높이 수준 (height level) 0.58을 기준 으로 집단 A (S1-M, S2-M), 집단 B (S2-F1), 집단 C (S1-F3), 집단 D (S1-F1, S1-F2, S2-F2)의 4개 집 단으로 구분되었다 (Fig. 3). 집단 B, C 및 D는 구하 도 조사지점으로서 서로 가까이 묶였으며 집단 A는 본류 조사지점으로 다른 집단과 멀리 구분되었다. 조사지점별 어류 종별 수도 자료를 비모수다차원 척도법 (NMDS)에 의하여 2차원으로 분석하면 스트 레스 (stress) 함수 값이 0.024로서 분석 결과의 설명 력이 높았다 (Kruskal 1964) (Fig. 4). 비모수다차원 척도법 결과에 계층적 군집 분석 결과를 투영하면, 구하도 조사지점 중 집단 D는 중앙 아래에 배열되었 으며 집단 C는 중앙 위에, 집단 B는 왼쪽에 배열되었 다. 만경강 본류 조사지점인 집단 A는 오른쪽에 배열 되었다. NMDS 결과에서 종의 배열을 보면 버들붕 어 (Mo)와 미꾸리 (Ma)는 수질이 좋지 못한 조사지 점 S2-F1에 가까이 배열되었고, 왜몰개 (Ac), 대륙송 사리 (Os), 얼록동사리 (Oi)는 조사지점 S1-F3 주변 에 배열되었다. 구하도에 주로 서식하는 붕어 (Ca), 떡붕어 (Cc), 참붕어 Pseudorasbora parva (Pp), 잉 어 Cyprinus carpio (Cr)는 조사지점 S1-F1, S1-F2 및 S2-F2에 주변으로 배열되었다. 또한 배스 Micropterus salmoides (Ms)는 유일하게 조사지점 S1-F1 에 가까이 위치하였다. 좀구굴치 (Mw)는 조사지점 S2-F2에 가까이 배열되었다. 밀어 (Rb), 끄리 (Ou), 메기 (Sa)는 본류인 조사지점 S1-M, S2-M 주변에 위치하였으며 피라미 (Zp)와 쏘가리 (Ss)는 조사지점 S2-M에 가까이 배열되었다. 모래무지 (Pe)와 갈문망 둑 Rhinogobius giurinus (Rg)은 조사지점 S1-M 주 변으로 배열되었다. 3.5 어류 군집 구조와 환경과의 관계 만경강에서 비모수다차원척도법의 결과와 유의한

39 S.H. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Table 3. The direction of biplot-fitted vectors of habitat factors in non-metric multidimensional scaling (NMDS), squared correlation coefficients (r²) and significant levels (P) by permutation tests. Environmental factor (abbreviation) Vectors Axis 1 Axis 2 r² P Water temperature (WT) Dissolved oxygen (DO) ** ph (PH) Electrical conductivity (EC) * Water velocity (WV) Channel width (CW) Water depth (WD) Mud (MD) Sand (SD) Gravel (GV) Pebble (PB) Cobble (CB) ** Boulder (BD) * In-stream cover by vegetation (VG) * *P < 0.05, **P < 0.01 상관관계를 가지는 환경 요인은 용존산소 (DO) (r² = 0.97, P = 0.001, 5,000번 치환에 기초), 전기전도도 (COND) (r² = 0.82, P = 0.035), 잔돌 (CB) (r² = 0.91, P = 0.007), 호박돌 (BD) (r² = 0.84, P = 0.023). 식생 피도 (VG) (r² = 0.88, P = 0.014) 이었다 (Table 3). 이중에 잔돌과 호박돌은 NMDS 결과에서 위쪽으 로 양의 상관관계를 보이고 있었고 집단 C와 가까이 배열된 왜몰개 (Ac), 얼록동사리 (Oi)가 위쪽 끝에 위 치하였다 (Fig. 4a). 전기전도도와 용존산소는 집단 A 주변에 배열된 모래무지 (Pe), 피라미 (Zp), 끄리 (Ou), 메기 (Sa), 쏘가리 (Ss), 갈문망둑 (Rg), 밀어 (Rb)가 위치한 방향으로 갈수록 그 값이 높았다. 식 생 피도는 구하도 조사지점이 배열된 왼쪽으로 갈수 록 그 값이 높았고 그 끝 방향으로 붕어 (Ca), 떡붕어 (Cc), 잉어 (Cr), 참붕어 (Pp), 미꾸리 (Ma), 배스 (Ms), 좀구굴치 (Mw), 버들붕어 (Mo)가 위치하였다. 4. 고 찰 만경강에서 직강화에 의하여 단절된 두 개의 구하 도와 본류에서 어류 군집 구조를 비교하였는데, 구하 도와 본류 하도의 환경이 큰 차이를 보이고, 이에 따 라서 두 곳의 어류의 생물상과 군집 구조가 큰 차이 가 있음을 확인하였다. 구하도의 조사지점 S1-F1, S1-F2, S2-F2는 물이 정체되어 있고 물가에 식생이 발달하였으며 하상 재질이 진흙과 모래로 구성되어 있었다 (Table 1). 이들 조사지점은 다른 구하도 조사 지점에 비해 정수성 어류가 서식하기에 양호한 환경 이었다. 이곳에서는 주로 붕어, 떡붕어, 잉어, 참붕어 등이 서식하였다. 또 다른 구하도 조사지점인 S2-F2 는 앞서 설명한 조사지점 S1-F1 및 S1-F2와 비슷한 환경이었으나 수심이 더 얕고 다양한 하상 재질이 나 타났다. 이곳에서는 좀구굴치와 대륙송사리가 서식 하였는데, 이 두 종은 대체로 수심이 얕고 식생이 잘 발달한 농수로나 소류지에 서식하는 어류이다 (Kim and Kim 1997, Kim and Park 2002). 또 하나의 구 하도 조사지점인 S1-F3은 구하도와 연결된 배수 갑 문 사이의 수로로서 수심이 얕고 수로 폭이 가장 좁 아서 농수로와 비슷한 환경이었다. 본 조사지점은 조 사지점 중 가장 다양한 어류가 출현하였고, 대륙송사 리가 가장 우세하게 출현하였고 농수로에 주로 서식 하는 왜몰개, 좀구굴치가 출현하였다. 반면 조사지점 S2-F1은 매립공사가 진행되었고 식생으로 인하여 개

40 30 S.H. Kim et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 방수면이 줄어들었기 때문에 교란이 가장 심각하여 가장 낮은 어류 종다양성을 보였고 수질에 대한 내성 이 강한 버들붕어가 본 조사지점에서만 출현하였다. 만경강에서 수행된 습지형 구하도의 기능 평가에서 도 이곳이 가장 낮은 평가를 받았다 (Hong et al. 2012). 만경강 본류 조사지점인 S1-M과 S2-M은 구하도 조사지점과는 환경이 다르고 어류 군집 구조에서도 차이가 있었다. 본류에서는 수로 폭이 넓고 식생이 적게 분포하는 반면 용존산소와 전기전도도가 높고 하상재질이 다양하였다. 이곳에서는 구하도와 달리 끄리와 밀어가 우세하였다. 또한 모래의 비율이 높은 조사지점 S1-M에서는 모래무지가 분포하였으며 유 수 구간이 발달한 조사지점 S2-M에서는 피라미, 쏘 가리 등이 출현하였다. 하천에서 홍수터가 본류 하도와 단절되어 홍수터 의 정상적인 생태적 기능이 상실될 경우 본류와 홍수 터에 서식하는 어류는 악영향을 받게 된다 (Schiemer and Spindler 1989). 이러한 영향은 산란을 위하여 본류에서 홍수터로 이동하는 특이한 생활사를 가지 는 어류뿐만 아니라 하천 본류에서만 서식하는 일반 어류 또한 영향을 받는다 (Andrews et al. 2014). 대 부분의 어류 종은 물 흐름이 느린 정수 구간에서 산 란하기 때문에 홍수터는 이들 치어 생산성에 중요한 기능을 한다 (Turner et al. 1994). 이러한 이유는 홍 수터가 본류와 달리 물이 정체되고 식생이 발달하여 치어의 피난처와 섭식장소를 제공하기 때문이다 (Dewey and Jennings 1992). 만경강에서 직강화 사 업은 홍수터를 본류로부터 격리시켰을 뿐만 아니라 기존에 있던 하도를 절단함으로써 제내지에 구하도 를 형성시켰다. 이러한 결과로 격리된 홍수터와 구하 도를 포함하여 전체 하천 환경에 큰 변화가 일어난다 (Toth et al. 1995). 실제로 만경강에서는 제내지 구 하도에서는 퇴적으로 하도 수심이 얕아지고 정체수 역이 형성됨에 따라서 식생이 번무하여 개방수면이 좁아지고 수질이 악화되는 환경변화가 나타났다. 또 한 본류에서는 복단면으로 정비된 저수로 하상이 점 차 저하하여 제내지 구하도의 하상보다 크게 낮아지 는 것으로 나타났다. 본류 하상 저하는 구하도와 단 차를 더욱 크게하여 구하도와 본류의 수리적 연결성 을 더욱 악화시킬 것으로 예상된다. 이러한 환경 변 화는 서식지 단순화를 초래하여 구하도뿐만 아니라 본류의 어류 종 다양성을 감소시키는 결과를 가져온 다 (Schiemer 2000, Miyazono et al. 2010). 또한 장 기적으로 격리된 만경강의 홍수터와 구하도는 본류 와 상이한 환경을 가지게 되어서 어류 군집의 특성이 크게 차이가 나는 것으로 생각된다 (Erskine et al. 2005, Andrews et al. 2014). 만경강의 단절된 제내 지 구하도에서는 현재 본류에서 서식하는 유수성 어 류의 치어가 나타나고 있지 않기 때문에 수리적 연결 성이 단절되어 이곳이 본류 어류의 산란처 및 은신처 의 기능을 수행하지 못하는 것으로 판단된다. 5. 결 론 본 연구에서 만경강에서 구하도와 본류는 뚜렷한 환경 차이에 따라 어류 군집 구조의 특성이 달랐으며 구하도 내에서도 환경 차이에 의해 어류 군집 또한 차이가 있음을 알 수 있었다. 수심이 깊고 하상이 진 흙으로 이루어 졌으며 식생 피도가 높은 구하도에서 는 호소에 서식하는 어류가 출현하였고 수심이 얕고 환경과 하상이 왕자갈로 이루어진 구하도에서는 농 수로에 서식하는 어류가 주로 출현하였다. 반면 수심 이 깊고 식생 피도가 낮으며 다양한 하상구조로 이루 어진 본류는 주로 대형 하천에서 서식하는 어류가 출 현하였다. 이러한 결과는 다른 연구에서도 나타나는 어류 군집의 교란으로서 하천에서 횡적 연결성을 확 보하는 필요성을 보여주고 있다 (Andrews et al. 2014). 또한 본류와 격리된 구하도의 지속적인 관리 가 유지되지 않을 경우 수질악화, 토사퇴적 및 식생 침입 등에 의해 어류 서식처와 어류 군집에 악영향을 줄 것으로 예상된다 (Miranda et al. 2001, Miyazono et al. 2010). 따라서 구하도의 지속적인 관리뿐만 아 니라 본류와의 연결성 확보가 요구된다. 특히 본류와 구하도의 연결성이 확보될 경우 홍수와 같은 본류에 서의 수리적 역동성 (hydraulic dynamics)이 구하도 에 영향을 주게 되며 (Tockner et al. 1999), 이에 따 라 서식지의 구조적 다양성, 물질 순환, 어류의 치어 생산성 등이 증가할 것으로 예상된다 (Rose and Baker 1983, Kwak 1988, Kingsford 2000, Miyazono et al. 2010).

41 S.H. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 따라서 본 연구 결과를 바탕으로 만경강에서 구하 도의 환경을 개선하기 위한 방안을 다음과 같이 제안 하고자 한다. 만경강에서 홍수터와 단절된 구하도와 본류의 수리적 연결성을 확보할 필요가 있다. 구하도 의 횡적 연결성을 확보하기 위하여 제방을 후퇴하여 구하도를 제외지 공간으로 연결하는 것이 최선의 방 법으로 생각된다. 제방을 후퇴하기 어렵다면 적절한 수문의 설치와 운영을 통하여 수리적 연결성이 가능 하도록 개선할 수 있을 것이다. 현재는 배수 갑문과 배수 펌프가 설치되어 있어서 본류의 물이 구하도로 유입되지 못하고, 평수위에서는 배수문에서 구하도 와 본류 하도의 단차가 너무 켜서 어류의 이동이 불 가능하고 홍수위에서는 배수 펌프에 의하여 구하도 의 물이 일방적으로 본류로 배제되고 있는 상황이었 다. 그러므로 어류 이동이 가능하도록 제방에 수문을 설치하고 운영하는 것이 필요하다고 생각된다. 감사의 글 본 연구는 국토해양부 건설기술혁신사업의 연구 비지원 (12기술혁신C02)에 의해 수행되었습니다. References Aarts, B.G.W., Van Den Brink, F.W.B., and Nienhuis, P.H Habitat loss as the main cause of the slow recovery of fish faunas of regulated large rivers in Europe: the transversal floodplain gradient. River Research and Application 20: Andrews, C.S., Miranda, L.E., Goetz, D.B., and Kröger, R Spatial patterns of lacustrine fish assemblages in a catchment of the Mississippi Alluvial Valley. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems 24: Barbour, M.T., Gerritsen, J., Snyder, B.D., and Stribling, J.B Rapid Bioassessment Protocols for Use in Streams and Rivers: Periphyton, Benthic Macroinvertebrates and Fish. EPA 841-B , Washington, D.C., USA. Bray, J.R. and Curtis, J.T An ordination of the upland forest communities of southern Wisconsin. Ecological Monographs 27: Cummins, K.W An evolution of some techniques for the collection and analysis of benthic samples with special emphasis on lotic waters. American Midland Naturalist 67: Dewey, M.R. and Jennings, C.A Habitat use by larval fishes in a backwater lake of the Upper Mississippi River. Journal of Freshwater Ecology 7: Erskine, W.D., Saynor, M.J., Erskine, L., Evans, K.G., and Moliere, D.R Preliminary typology of Australian tropical rivers and implications for fish community ecology. Marine and Freshwater Research 56: Hong, I., Kang, J.G., Kang, S.J., and Yeo H.K Functional assessment for preservation and restoration of wetland-type old river channel: Mangyoung River. Journal of Korea Society of Civil Engineering 32: (in Korean) Junk, W.J., Bayley, P.B., and Sparks, R.E The flood pulse concept in river-floodplain systems. Canadian Special Publication of Fisheries and Aquatic Sciences 106: Kim, B.M. and Lee, C.L A study on the fish community from the Mangyong River system. Korean Journal of Limnology 31: (in Korean) Kim, I.S. and Kim, B.J Population ecology of the Gody, Micropercops swinhonis in the Puan-gun, Chollabuk-do, Korea. Korean Journal of Limnology 30: (in Korean) Kim, I.S. and Park, J.Y Freshwater Fishes of Korea. Kyo-Hak Publishing Co., Ltd., Seoul, Korea. (in Korean) Kim, I.S., Choi, Y., Lee, C.L., Lee, Y.J., Kim, B.J., and Kim, J.H Illustrated Book of Korean Fishes. Kyo-Hak Publishing Co., Ltd., Seoul, Korea. (in Korean) Kingsford, R.T Ecological impacts of dams, water diversions and river management on floodplain wetlands in Australia. Austral Ecology 25: Kruskal, J.B Non-metric multidimensional scaling: a numerical method. Psychometria 29: Kwak, T.J Lateral movement and use of floodplain habitat by fishes of the Kankakee River, Illinois. American Midland Naturalist 120: K-water A Guide Book of Rivers in South Korea. K-water, Daejeon, Korea. (in Korean) Lazorchak, J.M., Klemm, D.J., and Peck, D.V Environmental Monitoring and Assessment Program - Surface Waters: Field Operations and Methods for Measuring the Ecological Condition of Wadeable Streams. EPA 620-R , Washington, D.C., USA. Lee, W.O., Kim, K.H., Kim, J.H., and Hong, K.E Study of freshwater fish fauna and distribution of introduced species of Mankyeong River, Korea. Korean Journal of Ichthyology 20: (in Korean) Miranda, L.E Fish assemblages in oxbow lakes

42 32 S.H. Kim et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): relative to connectivity with the Mississippi River. Transactions of the American Fisheries Society 134: Miranda, L.E., Hargreaves, J.A., and Raborn, S.W Predicting and management risk of unsuitable dissolved oxygen in a eutrophic lake. Hydrobiologia 457: Miyazono, S., Aycock, J.N., Miranda, L.E., and Tietjen, T.E Assemblage patterns of fish functional groups relative to habitat connectivity and conditions in floodplain lakes. Ecology of Freshwater Fish 19: Nelson, J.S Fishes of the World. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, USA. Oksanen, J Multivariate Analysis of Ecological Communities in R: Vegan Tutorial. ~jarioksa/opetus/metodi/ vegantutor.pdf. Assessed 15 July Pringle, C The need for a more predictive understanding of hydrologic connectivity. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems 13: R Development Core Team R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. Ross, S.T. and Baker J.A The response of fishes to periodic spring floods in a Southeastern Stream. American Midland Naturalist 109: Schiemer, F Fish as indicators for the assessment of the ecological integrity of large rivers. Hydrobiologia 422 / 423: Schiemer, F. and Spindler, T Endangered fish species of the Danube River in Austria. Regulated Rivers: Research and Management 4: Sneath, P.H.A. and Sokal, R.R Numerical Taxonomy the Principles and Practice of Numerical Classification. W.H. Freeman and Co., San Francisco, USA. Sparks, R.E Need for ecosystem management of large rivers and their floodplains. BioScience 45: Thoms, M.C Floodplain river ecosystems: lateral connections and the implications of human interference. Geomorphology 56: Tockner, K., Schiemer, F., Baumgartner, C., Kum, G., Weigand, E., Zweimueller, I., and Ward, J.V The Danube Restoration Project: species diversity patterns across connectivity gradients in the floodplain system. Regulated Rivers: Research and Management 15: 1-3. Toth, L.A., Arrington, D.A., Brady, M.A., and Muszick, D.A Conceptual evaluation of factors potentially affecting restoration of habitat structure within the channelized Kissimmee River ecosystem. Restoration Ecology 3: Turner, T.F., Trexler, J.C., Miller, G.L., and Toyer, K.E Temporal and spatial dynamics of larval and juvenile fish abundance in a temperate floodplain river. Copeia 1: Ward, J.V The four-dimensional nature of lotic ecosystems. Journal of the North American Benthological Society 8: 2-8. Zeug, S.C., Winemiller, K.O., and Tarim, S Response of Brazos river oxbow fish assemblages to patterns of hydrologic connectivity and environmental variability. Transactions of the American Fisheries Society 134:

43 Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Online ISSN: ORIGINAL ARTICLE 하천구조 개선에 따른 어류 서식적합도와 물리적 교란의 상관분석 A Correlation Analysis between Physical Disturbance and Fish Habitat Suitability before and after Channel Structure Rehabilitation 최흥식*ㆍ이웅희 상지대학교 건설시스템공학과 Heung Sik Choi* and Woong Hee Lee Department of Civil Engineering, Sangji University, Wonju , Korea Received 4 March 2015, revised 7 March 2015, accepted 20 March 2015, published online 31 March 2015 ABSTRACT: In this study, an optimal improvement method of stream channel structure is presented for the enhancement of fish habitat suitability by genetic algorithm. The correlation between fish habitat suitability and physical disturbance in stream is analyzed according to the changes of hydraulic characteristics by channel structure rehabilitation. Zacco koreanus which is an indicator fish of the soundness of aquatic ecosystem was selected as a restoration target species by investigating the community characteristics of fish fauna and river environments in Wonju stream. The habitat suitability is investigated by PHABSIM with the habitat suitability index of Zacco koreanus. Hydraulic analysis by HEC-RAS and physical disturbance evaluation in stream are carried out. The optimal channel width modified for the enhancement of fish habitat suitability is provided. The correlation analysis between habitat suitability and physical disturbance with the change of hydraulic characteristics by channel modification showed that the proper channel modification enhanced fish habitat suitability and mitigated physical disturbance in the stream. The improvement of physical disturbance score by the channel structure rehabilitation for the enhancement of fish habitat suitability was confirmed in this study. KEYWORDS: Channel structure rehabilitation, Fish habitat suitability, Genetic algorithm, Physical disturbance evaluation 요 약: 본 연구는 어류서식적합도 향상을 위해 유전자알고리즘을 이용한 하천의 구조개선 방안을 제시하였다. 하천구조 개선에 의한 수리특성의 변화에 따른 어류 서식적합도와 물리적 교란양상과의 상관특성을 분석하였다. 원주천의 하천 환경조사와 어류의 군집특성을 이용하여 수중 생태계를 대표할 수 있는 복원 목표어종으로 참갈겨니를 선택하였다. 참갈겨니의 서식적합지수를 사용한 서식적합도 분석은 PHABSIM 모형을 이용하였다. HEC-RAS를 이용한 수리특성 분석과 하천교란 평가방법을 이용하여 물리적 교란평가를 수행하였다. 서식적합도 향상을 위한 최적의 저수로 폭의 개선방안을 제시하였다. 하천구조의 개선에 의한 수리특성의 변화에 따른 서식적합도와 물리적 교란의 상관성을 분석하여 어류 서식적합도와 물리적 교란 평가점수의 향상이 있음을 확인하였다. 서식적합도 향상을 위한 하천의 구조 개선은 물리적 교란의 평가점수의 향상을 가져옴을 확인하였다. 핵심어: 하천구조 개선, 어류서식적합도, 유전자알고리즘, 물리적 교란 평가 *Corresponding author: hsikchoi@sangji.ac.kr c Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering. All rights reserved. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 33

44 34 H.S. Choi and W.H. Lee / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 서 론 하천의 정비와 직강화는 수생태계의 다양한 변화 를 초래하여 하천의 생물종은 감소하고 건전한 서식 처가 사라지는 현상이 발생한다. 이수 치수를 위한 하천의 정비 및 구조물의 설치는 하천의 수리적 지형 학적 특성을 변화시키며, 장 단기적인 하천의 변화를 가져와 하천의 물리적 교란을 발생시킨다. 하천의 물 리적 교란은 하도의 변형과 하중도, 여울, 소 등의 생 성과 소멸을 가져오며 수리적 특성의 변화와 함께 하 상변화와 하천 생태계의 변화를 가져온다. 최근에는 자연친화적인 하천환경을 만들고 하천 생태계의 건 전성 확보를 위해 다양한 하천복원 사업의 실시와 자 연과 인간이 어우러진 환경을 조성하기 위한 연구가 진행되고 있다. 환경부 (MOE 2011)는 양재천 일부 구간에 다양 한 자연재료를 이용한 자연형 하천공법을 시험 적용 하여 복원사업의 효과를 확인하였다. 서울시 (Seoul City 2006)는 청계천 일부 구간의 하폭, 저수로 폭, 고수부지 폭, 고수 저수호안의 높이 등을 복원하였으 며, 친수 생태환경 조성을 위해 유지용수를 공급하여 자연성이 있는 하천으로 복원하였다. 또한 국토해양 부 (MLTM 2011)는 인간과 자연이 어우르는 하천 조성을 목표로 하천의 구조적 안정성을 보장하고 자 연성과 환경성을 보전 복원시켜 생태적이며 경제적 으로 지속가능한 국가 통합 하천 복원매뉴얼을 제시 하였다. 그러나 지금까지의 복원사업은 하천 생태계 에 직 간접적인 영향을 주는 하천의 물리적 구조 개 선에 따른 수리특성의 변화와 어류의 서식적합도 (HS, habitat suitability) 변화 및 하천교란의 양상에 대한 연구는 미흡한 실정이다. Tompkins and Herricks (2003)는 같은 유량 조건 에서 수리 지리적으로 변화된 특징에 따라 어류 서식 처 평가가 달라짐을 확인하였다. Kim et al. (2004)은 하천 유량에 따른 서식처 평가로 성장 단계별 생태학 적 서식처 선호도를 모의하였으며, 개별 어종에 대한 최적 유량을 산정하였다. Moir et al. (2005)은 하천의 흐름방향을 9개 구간으로 나누어 결정적인 서식적합 도 지수 (HSI, habitat suitability index)와 PHABSIM 을 통한 대상하천에서의 어류 서식적합도를 분석하 였다. Jung et al. (2006)은 PHABSIM과 River2D를 이용하여 대상 어종의 성장 단계별 (성어기 산란기) 가중가용면적 (WUA, Weighted Usable Area)을 비 교 검토하였으며, 어류 서식조건을 고려한 최적 유량 값은 두 가지 모델에서 큰 차이를 보이지 않는 것을 확인하였다. Hur and Kim (2009)은 생물 모니터링을 통해 작성된 서식적합도 지수를 기반으로 PHABSIM 을 이용하여 최적 생태유량을 산정하였다. Casper et al. (2010)은 PHABSIM과 SWAT모형을 이용하여 유역정보와 강우특성을 통해 서식처를 평가하였다. Kim et al. (2014)은 하천 환경과 서식처 교란이 어류 군집구조에 미치는 영향 분석을 위해 생물평가법과 어류 군집조사를 실시하였으며, 하상 특성에 따라 군 집구조가 변형됨을 확인하였다. Kim and Choi (2014) 는 준정류 모형과 PHABSIM을 이용하여 댐에 의한 유황의 변화에 따른 어류의 물리서식처 영향을 분석 하였으며, 10년 후 하상변동에 따른 대상어종의 서식 적합도를 분석하였다. Hur et al. (2014)은 현장조사 를 통해 어류의 출연 종에 따른 HIS의 산정과 지점별 WUA의 분석을 통해 최적 생태유량을 산정하였다. Stein et al. (2002)은 하천복원 사업에 따른 인위 적 변화에 대하여 DEM자료를 이용하여 하천교란을 분석하였다. Tiegs et al. (2005)은 항공사진을 이용 하여 시간변화에 따른 하천교란을 확인하였으며, 교 란지역의 생물상 조사를 실시하여 교란영향에 따른 생물종의 분석을 실시하였다. Hesselink et al. (2006) 은 사례를 중심으로 하천의 제방축조와 같은 인위적 인 교란에 대하여 하천의 지형변화를 체계적으로 분 석하고, 하천관리 기법을 정립하였다. Jo (1997)는 하천의 물리적 구조에 초점을 두고 하천생태계 변위 축인 종적, 횡적, 수직적인 공간축을 중심으로 6개 부 분 24개 평가항목에 대한 하천자연도 평가법을 제안 하였다. Kim (2008, 2009)은 댐 하류의 하천교란 평 가기법을 제시하였으며, 시범하천을 대상으로 교란 평가기법의 적용성을 확인하였다. Choi and Lee (2014)는 하천 구조물 설치에 따른 하상변동 양상과 물리적 교란평가를 분석하여 구조물 설치에 따른 하 상변동 영향범위는 하천교란 영향범위와 같음을 확 인하였다. Choi and Choi (2009)는 어류군집 건전화를 위한 하천구조 개선방안을 연구하였으며, 생태계의 건전 성을 유지할 수 있는 수질의 변화, 유량의 증대와 하

45 H.S. Choi and W.H. Lee / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 상구조 변경의 필요성을 제시하였다. Choi and Kim (2013)은 어류 서식적합도 향상을 위해 PHABSIM 과 유전자알고리즘 (GA, genetic algorithm)을 이용 하여 원주천의 서식적합도 향상을 위한 최적 저수로 폭을 제시하였다. 지금까지의 연구에서 하천 물리적 구조의 변화에 따른 생태계의 직ㆍ간접적 영향에 대한 연구가 미흡 한 실정이며, 하천정비에 따른 교란된 하천의 회복 방안의 제시가 필요하다. 또한 물리적 교란과 함께 발생 가능한 생태 교란에 대한 연구가 미미하다. 따 라서 본 연구는 어류의 서식적합도 향상을 위한 저수 로 폭의 최적화와 그에 따른 물리적 교란 영향을 분 석하였다. 저수로 폭의 개선 후 시간경과에 따른 하 상변동 영향은 배제하였으며, 저수로 폭의 개선에 따 른 수리특성의 변화만을 고려하였다. 서식적합도 향 상을 위한 하천구조 개선은 수리특성의 변화를 가져 오며, 이의 변화와 물리적 교란과 서식적합도의 관계 를 규명하여 서식적합도의 향상을 위한 하천구조 개 선과 하천의 물리적 교란과의 상관을 규명하였다. 천 생태계의 건전성은 떨어져 개선 방안이 필요한 실 정이다. 본 연구는 원주천 중 상류지역인 관설 취수 보에서 흥양천 합류점까지의 약 10 km를 서식적합 도 및 물리적 하천 분석을 위한 대상구간으로 선정하 였다. 대상구간의 하상경사는 1/320이며, 조도계수는 0.030이다. 원주천의 유황은 Table 1과 같으며, 서식 적합도와 물리적 하천교란 평가를 위한 유량 조건으 로는 m 3 s -1 로 평수량을 사용하였다. 본 연구의 복원 목표 어종은 원주천의 군집특성 분 석 (Choi et al. 2000)결과에 따라 원주천 중류에 우 점종으로 서식하고 있는 참갈겨니를 선택하였다. 복 원 목표종을 우점종으로 선택함은 개체수가 많은 어 종의 서식적합도 분석 결과가 신뢰성을 높일 수 있기 때문이다 (Bovee et al. 1998). 서식적합도 분석은 산 란기, 치어기, 성어기 각각의 성장 단계별 분석이 필 요하지만 서식처 수리조건이 산란기의 경우 대부분 4~5월로 편중되어 있고 치어기의 경우 여름~가을로 그 기간이 짧으며, 성어기는 봄에서 가을로 동절기를 제외한 대부분의 연중이라 할 수 있으므로 성어의 수 2. 대상하천 및 복원 목표 어종의 선정 원주천은 한강 제1지류인 섬강에 합류하는 유로연 장 km, 유역면적 km 2 인 도시하천으로 원주시를 남북으로 관류하고 있다 (Fig. 1). 원주천은 지속적인 생태하천 조성사업이 이루어져 왔으나, 하 Table 1. Flow regime of Wonju River at the Wonju Observation Station. Basin area (km 2 ) Drought flow (Q 365) Flow regime (m 3 s -1 ) Low flow (Q 275) Ordinary flow (Q 185) Abundant flow (Q 95) Fig. 1. Map showing Wonju River basin and the investigated reach.

46 36 H.S. Choi and W.H. Lee / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Fig. 2. Habitat suitability index of Zacco koreanus. 리조건을 기준으로 서식적합도를 분석하였다. 성어 기 참갈겨니의 수리조건에 따른 서식적합도 지수는 Fig. 2와 같으며, 수심 0.15~1.2 m와 유속 0~1.5 m s -1 의 범위에서 서식적합도가 산정된다. 3. 서식적합도 향상을 위한 하천구조 개선 어류의 서식적합도 향상을 위한 단면별 저수로 폭 의 최적화를 위해 GA를 이용하였다. GA는 변수들 의 진화과정을 통해 최적해를 얻는 기법으로 경계조 건 안에서 자유롭게 변환되며, 교차 (cross-over), 변 이 (mutation) 과정을 거쳐 가장 우수한 유전자, 즉 최적해를 도출하는 기법이다. 저수로 폭과 하폭 비 W/B 0.2를 기준으로 하였 으며, 저수로 폭의 변경은 10~30%이내의 축소 범위 만을 대상으로 하였다. 저수로 폭의 증가는 하천 제 내지의 토지이용 및 제방의 안정성에 영향을 고려하 여 반영하지 않았다. GA를 이용한 최적해의 추정은 Table 2의 목적함수와 제약조건을 이용하였다. 여기 서 W i는 각 단면의 수면 폭, L i는 각 단면 사이의 거 리, V i는 각 셀에서의 유속에 대응하는 서식적합도 지 수, D i는 각 셀에서의 수심에 대응하는 서식적합도 지수이다. 참갈겨니의 서식적합 지수를 이용하여 원주천 대 상구간에 대한 가중가용면적과 서식적합도를 모의하 였다. 구간별로 구조 개선을 통한 최적 저수로 폭의 축소 전과 후의 서식적합도를 비교하였다 (Fig. 3). 구조개선 전의 서식적합도는 10.3%에서 33.0%로 나 타났으며, 평균은 22.8%이다. GA를 이용하여 최적 저수로 폭에 의한 구조개선 후의 서식적합도는 10.5% Table 2. Objective function and constraints (Choi and Kim 2013). Object function Constraints 에서 37.5%로 나타났으며, 평균은 26.9%이다. 구조 물 주변에서의 서식적합도 증가율은 미미하였으나, 구간별 증가율은 -0.1%에서 3.3%로 나타났으며, 평 균 4.1%의 서식적합도가 증가하였다. 이는 현재의 서식적합도가 22.8%임을 고려하였을 때 17.7%의 서 식처적합도 향상으로 서식적합도가 상당폭 증가한 것을 의미한다. 현재복원 목표어종의 서식적합 지수 를 이용한 하천 구조의 최적화는 서식적합도의 향상 을 가져왔다. 서식적합도 향상을 위한 저수로 폭의 조정 결과 대 상구간의 총 97개 단면에 대하여 11.5%에서 24.7% 까지로 평균 18.3%로 전체 구간 평균 약 6.7 m의 저 수로 폭을 축소하였다 (Fig. 4). 4. 하천구조 개선에 따른 수리특성과 서식적합도의 변화 Fig. 5는 하천구조 개선에 따른 수리특성과 서식적 합도 변화의 상관성을 분석한 결과이다. 자세한 수리 특성 변화의 분석을 위해 대상구간 10 km를 957개 구간으로 분할하였다. 하천구조 개선에 따른 유속에 대한 최대 서식적합 지수는 변경 전 301개 지점에서 변경 후 349개로 증가하였다. 수심에 대한 최대 서식

47 H.S. Choi and W.H. Lee / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Fig. 3. Comparisons of habitat suitability at the initial and optimized states. Fig. 4. Changes of channel width at the initial and optimized states and their reduction ratio along the distance from the downstream. (a) Velocity of initial channel (b) Velocity of optimized channel (c) Depth of initial channel Fig. 5. Comparisons of hydraulic characteristics at initial and optimized channels. (d) Depth of optimized channel

48 38 H.S. Choi and W.H. Lee / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 적합 지수는 변경 전 120개에서 변경 후 119개 지점 으로 1개 지점이 감소하여 현저한 변화가 없는 것으 로 나타났다 (Table 3). 이는 하천구조 개선에 따른 저수로 폭의 축소로 유 속과 수심이 증가한 결과로 판단된다. 유속의 증가는 계류성 어종인 참갈겨니의 서식을 위한 이점으로 작 용한다. 그러나 수심의 경우 총 구간 전체에 걸쳐 평 균 m가 증가하는 것으로 나타났으며, 대상구 간 내 최상류지점을 제외하고 거의 변화가 없는 것으 로 확인되었다. 그에 따라 대상구간에서의 저수로 폭 축소는 유속에 대한 서식적합도 지수를 만족시켜 서 식적합도가 증가한 것으로 판단된다. 원주천은 하류로부터 5,000 m 지점을 중심으로 도시하천과 자연형 하천으로 구분된다. 도시하천의 특성을 나타내는 하류구간은 원주시 중심부에 위치 하여 고수부지의 개발과 하도의 정비율이 높으며, 수 면폭은 넓고 수심은 얕다. 상류구간은 정비율은 높으 나 주수로 및 홍수터의 형성이 자연형 하천과 유사하 다. 상류구간은 하폭이 좁고 비교적 큰 수심을 유지 하며, 유속이 빠르다. Fig. 5 (a), (b)에서와 같이 흐름 양상은 상류에서 빠른 유속과 하류에서의 느린 유속의 특성을 나타낸 다. 상 하류의 구분에 따른 유속에 대한 최대 서식적 Table 3. Number of stations with high range of HSI of 1.0 at the initial and optimized channels. Location Initial channel Velocity Optimized channel Initial channel Depth Optimized channel Upstream Downstream Total 합도 지수가 나타나는 구간은 하천구조 개선 전 상류 의 123개 지점과 하류의 178개 지점이고, 개선 후에 는 상류의 70개 지점과 하류의 279개 지점으로 나타 났다. 이는 빠른 유속을 가진 상류에서는 저수로 폭 의 축소로 유속을 보다 더 증가시키고, 낮은 유속을 가진 하류에서는 저수로 폭의 축소로 유속을 증가시 켜 높은 서식적합 지수를 가져온 것으로 판단된다. Fig. 5 (c), (d) 및 Table 3에서와 같이 저수로 폭의 축소에도 수심은 거의 동일한 지점수로 나타났다. 이 는 하폭의 축소는 유속의 변화는 있으나 수심의 변화 가 미미한 것으로 판단된다. 5. 하천구조 개선에 따른 물리적 하천 교란과 서식 적합도 물리적 교란 평가는 Lee et al. (2014)이 제시한 개 선된 교란평가 방법으로 HEC-RAS 수치모의 결과를 이용하였다. Table 4의 10개 항목에 대하여 각 항목 별 20점의 총점 200점으로 평가된다. 물리적 교란의 시간적 변화에 따른 예측 평가가 아닌 현재 상황과 구조 개선에 의한 저수로 폭의 변경에 따른 수리특성 의 평가로 하상재료, 유사퇴적, 하도변형, 하안 안정 성의 5가지 항목은 변화가 없는 것으로 평가하였다. Fig. 6은 하천구조 개선 전 후의 구간별 물리적 교 란평가 결과이다. 구조개선 전의 교란평가는 105점 에서 127점으로 평균 111.5점으로 보통의 평가결과 이다. 개선 후의 물리적 교란 평가결과는 104점에서 133점으로 평균 114.6점으로 보통의 평가결과이다. 구조개선 전 후의 평가결과는 -4점에서 17점이 변하 였으며, 평균 3.1점의 교란 평가점수가 증가하여 구 조개선 전 후로 크게 차이가 나지 않는 것을 확인하 였다. 이는 본 연구의 목적상 하상변동 모의 예측에 Table 4. Physical disturbance evaluation method of the stream. Evaluation items Score Evaluation Epifaunal (bottom) substrate / available cover Channel alteration 200~160 Excellent Embeddedness Frequency riffles (or bands) 160~120 Good Velocity / depth regime Bank stability 20 points 120~80 for each Fair Sediment deposition Vegetative protection Channel flow status Riparian zone 80~0 Poor

49 H.S. Choi and W.H. Lee / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Fig. 6. Comparisons of physical disturbance evaluations before and after channel structure modification (* PDE: physical disturbance evaluation). Table 5. Number of stations with riffle appearance and different velocity/depth regime at the initial and optimized channels. Riffle appearance Velocity / depth regime* Location Initial Optimized Initial channel Optimized channel channel channel S-D S-Sh F-D F-Sh S-D S-Sh F-D F-Sh Upstream Downstream Total * S: Slow, F: Fast, D: deep, Sh: Shallow 따른 교란 평가가 아닌 저수로 폭의 수정에 의한 수 리특성의 변화를 고려한 교란 평가를 실시하여 미미 한 차이를 나타낸 것으로 판단된다. 상류부는 기존의 교란 평가 점수보다 높은 점수로 평가되었으며, 하류부에서도 교란 점수는 크게 낮아 지지 않고 현 상태를 유지하거나 약간 높아지는 것 을 확인하였다. 따라서 하천구조 개선을 위한 저수 로 폭의 개선은 현재의 물리적 교란 정도와 비슷한 결과 또는 교란 평가점수의 증가를 가져 올 것으로 판단된다. Table 5는 유속/수심 양상의 구분에 따른 여울과 흐름의 다양성이 발생되는 구간을 분석한 결과이며, 현재의 상태를 안정하상으로 가정하여, 저수로 폭의 개선에 따른 하상변동양상이 발생되지 않는 가정에 서의 수리특성 변화를 고려하였다. 하천구조 개선 전의 여울 발생 지점은 상류에서 71 개, 하류에서 9개 지점이다. 구조개선 후 상류에서 100개, 하류에서 13개 지점으로 구조개선 전보다 여 울 발생 지점이 증가하였다. 여울은 구조개선 전 후 모두 88% 비율로 상류에서 발생하였다. 아울러 물리 적 교란 평가점수가 증가한 상류에서 여울의 발생 비 율이 증가한다는 것은 유속이 크고 용존산소가 풍부 한 장소에 서식하는 계류성 어종인 갈겨니의 서식적 합도를 증가시킴을 의미한다. 물리적 교란 평가에 있어 유속/수심 양상은 느림- 깊음, 느림-얕음, 빠름-깊음, 빠름-얕음의 네 가 지 영역이 다양하게 나타남에 따라 교란 평가점수가 높아진다. 구조개선 전의 유속/수심 상황의 분석 결 과 느림-얕음이 상류에서 261개, 하류에서 433개, 총 694개로 가장 많이 나타났으며, 상류의 경우 느림 -깊음, 빠름-깊음, 빠름-얕음의 세 가지 상황이 고르게 분포되었다. 하류에서는 빠름-깊음과 빠름 -얕음 상황은 발생이 미미하였으며, 대부분 유속이 느리게 나타났다. 저수로 개선 후의 유속/수심 양상 도 개선 전과 비슷한 양상으로 나타났으나, 개선 전 에 비해 빠름-깊음, 빠름-얕음 상황이 상류 55개구 간에서 증가하였다. 아울러 구조개선 전보다 구조개 선 후의 유속/수심 양상의 비율이 고르게 분포되어 있는 것을 확인하여 이는 교란 평가점수의 향상으로 나타났다. 따라서 하천구조 개선을 통한 저수로 폭의 변경을 통해 여울의 출현 빈도를 증가시킬 수 있었으며, 다

50 40 H.S. Choi and W.H. Lee / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 양한 유속/수심 양상이 나타나는 것을 확인하였다. 이는 물리적 교란 평가의 수리특성 항목의 평가점수 가 높아 질 수 있으며, 물리적 교란이 좋아 질 수 있 음을 의미한다. 6. 결 론 본 연구는 어류 서식적합도 향상을 위해 하천구조 개선을 실시하였으며, GA를 이용하여 복원 목표 어 종으로 선정한 참갈겨니의 서식적합 지수를 이용하 여 서식적합도 향상을 위한 최적 저수로 폭을 도출하 였다. 아울러 개선된 저수로 폭에 따른 수리특성의 변화와 물리적 교란과 서식적합도의 상관을 분석하 였으며, 하상변동에 따른 양상은 배제하였다. 복원 목표종으로 선정한 참갈겨니에 대한 서식적합도를 분석하고 물리적 교란과 상관성을 분석하였다. 1) 어류 서식적합도 향상을 위하여 GA를 이용한 하 천구조의 개선으로 저수로 폭을 최적화하였다. 저 수로 폭의 축소는 평균 18.3%로 구간 평균 약 6.74 m의 수정 방안을 제시하였다. 2) 하천구조 개선에 따른 어류 서식적합도 평가를 실 시하였다. 구조개선 전의 서식적합도는 평균 22.8%이고 개선에 후는 26.9%로 약 4.1% 증가하 였다. 이는 현재의 서식적합도가 22.8%임을 고려 하였을 때 17.7%의 서식적합도 향상으로 서식적 합도가 상당폭 증가한 것을 의미한다. 복원 목표 어종의 서식적합 지수를 이용한 하천구조의 개선 은 어류의 서식적합도 향상을 가져올 수 있음을 확인하였다. 3) 하천구조 개선에 따른 수리특성의 변화와 서식적 합 지수의 상관성을 분석하였다. 저수로 폭의 수 정에 따른 수리특성의 변화는 복원 목표 어종의 서식적합 지수 변화를 가져오며, 서식적합 지수 최대값에 포함되는 구간의 개수가 증가함을 확인 하였다. 4) 물리적 교란 평가 결과 구조개선 전은 평균 점, 개선 후는 114.6점으로 미약하게 증가하였다. 상류 구간에서 교란 평가 점수가 크게 증가하는 것을 확인하였다. 하천구조 개선을 위한 저수로 폭의 축소는 유속의 증가를 가져와 물리적 교란 평가점수의 증가를 가져올 수 있음을 확인하였다. 5) 구조 개선에 따른 물리적 교란 평가와 수리특성과 의 상관 분석 결과 구조개선 전보다 33개 구간에 서 여울의 발생 빈도가 증가하였으며, 상류구간에 서의 전체의 88% 비율로 여울이 발생하였다. 물 리적 교란 평가가 크게 증가한 상류에서 여울의 빈도가 증가함은 계류성 어종인 참갈겨니의 서식 적합도의 증가를 가져 올 수 있음을 의미한다. 아 울러 유속/수심 양상의 분석결과 구조개선 후 유 속/수심의 다양한 양상이 고르게 나타나 물리적 교란 평가점수의 향상을 가져 올 수 있음을 확인하 였다. 6) 대상 어종의 서식적합 지수를 이용한 하천구조의 개선에 따른 저수로 폭의 최적화는 복원 목표 어 종의 서식적합도 향상과 물리적 교란 평가점수의 향상을 가져오며, 그에 따라 생태적 서식적합도 향상은 물리적 교란에 이롭게 작용하는 것을 확인 하였다. 감사의 글 본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구비 지원 (12기술혁신C02)에 의해 수행되었습니다. References Bovee, K.D., Lam, B.L., Bartholow, J.M., Stalnaker, C.B., Taklor, J., and Henriksen, J Stream Habitat Analysis Using the Instream Flow Incremental Methodology. Biological Resources Division Information and Technology Report. USGS, Fort Collins, Colorado, USA. Casper, A.F., Dixon, B., Earls, J., and Gore, J.A Linking a spatially explicit watershed model (SWAT) with an instream fish habitat model (PHABSIM): A case study of setting minimum flows and levels in a low gradient, sub-tropical river. River Research and Applications 27: Choi, J.K., Byeon, H.K., and Seok, H.K Studies on the dynamics of fish community in Wonju Stream. Korean Journal of Limnology 33: (in Korean) Choi, H.S. and Choi, J.G Analysis of channel

51 H.S. Choi and W.H. Lee / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): habitat characteristics for soundness of fish community at Wonju-stream. Journal of the Korean Society of Civil Engineers, KSCE 29: (in Korean) Choi, H.S. and Kim, S.M Optimization of channel structure for fish Habitat Suitability Enhancement. Journal of Korea Water Resources Association 46: (in Korean) Choi, H.S. and Lee, W.H Analysis of riverbed changes and physical disturbance evaluation by weir installation in a reach. Journal of the Korean Society of Civil Engineering, KSCE 34: (in Korean) Hesselink A.W., Kleinhans M.G., and Boreel G.L Historical discharge measurements in three Rhine branches. Journal of Hydraulic Engineering 132: Hur, J.W. and Kim, J.G Assessment of riverine health condition and estimation of optimal ecological flowrate considering fish habitat in downstream of Yongdam Dam. Journal of Korea Water Resources Association 42: (in Korean) Hur, J.W., Kim, D.H., and Kang, H.S Estimation of optimal ecological flowrate of fish in Chogang stream. Ecology and Resilient Infrastructure 1: Jo, Y.H Development of an Evaluation Method of Stream Naturalness for Ecological Restoration of Stream Corridors. Ph.D. Dissertation, Seoul National University, Seoul, Korea. (in Korean) Jung, S.M., Lee, J.H., and Kim, D.H One and two dimensional hydraulic models application for simulation of fish habitat. Korea Water Resource Association 1: (in Korean) Kim, K.H Assessment of physical river disturbances in the Namgang-Dam downstream. Journal of the Korean Environmental Restoration and Revegetation Technology 1: (in Korean) Kim, K.H Assessment of physical stream disturbances by river improvement-case studies of Nam River and Youngcheon River. Journal of the Korean Environmental Restoration and Revegetation Technology 12: (in Korean) Kim, S.K. and Choi, S.W Change of fish habitat in a downstream reach of a stream due to dam construction. Ecology and Resilient Infrastructure 2: (in Korean) Kim, S.G., Kim, C., Lee, S.W., and Kwon, E.H Evaluation of fish habitat in close-to-nature stream using PHABSIM model. Korea Water Resource Association 1: (in Korean) Kim, S.H., Lee, W.O., and Cho, K.H Effects of habitat disturbance on fish community structure in a gravel-bed stream, Korea. Ecology and Resilient Infrastructure 2: (in Korean) Lee, W.H., Shim, K.R., and Choi, H.S An improvement of river physical disturbance evaluation technique. In, Proceeding of 40th Korea Society Civil Engineering Convention, KSCE., Daegu, Korea, pp (in Korean) MLTM Development of River Restoration Techniques for Coexistence with Nature. Ecoriver 21 Final Report. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, Korea. (in Korean) MOE Ecological Stream Restoration Technical Specification. Ministry of Environment, Korea. (in Korean) Moir, H.J., Gibbins, C.N., Soulsby, C., and Youngson, A.F PHABSIM modeling of Atlantic salmon spawning habitat in an upland stream: testing the influence of habitat suitability indices on model output. River Research and Applications 21: Seoul City Restoration Undertaking on the Cheonggye Creek Report. Seoul, Korea. (in Korean) Stein, J.L., Stein, J.A., and Nix, H.A Spatial analysis of anthropogenic river disturbance at regional and continental scales: identifying the wild rivers of Australia. Landscape and Urban Planning 60: Tiegs, S.D., O leary, J.F., Pohl, M.M., and Munill, C.L Flood disturbance and riparian species diversity on the Colorado River Delta. Biodiversity and Conservation 14: Tompkins, H.R. and Herricks, E PHABSIM Analysis of a Straight Trapezoidal Reach and a Highly Sinuous Reach in a Low-order Agricultural Stream in the Midwest. International IFIM User s Workshop, Fort Collins, Colorado, USA.

52 Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Online ISSN: ORIGINAL ARTICLE 정비된 하천에서 저수 수제에 의한 하도 지형과 수리 특성 변화 Changes in Channel Geomorphology and Hydraulics by Submerged Spur Dikes at a Channelized Stream 김기흥*ㆍ이형래ㆍ정혜련 경남과학기술대학교 건설환경공과대학 토목공학과 Kiheung Kim*, Hyeongrae Lee and Heareyn Jung Department of Civil Engineering, Gyeongnam National University of Science and Technology, Jinju , Korea Received 18 March 2015, revised 24 March 2015, accepted 25 March 2015, published online 31 March 2015 ABSTRACT: In order to assess the hydraulic effects of flow pattern changes and geomorphological evolution around spur dikes, this study carried out monitoring and numerical simulation on the changes of morphologic characteristics around spur dikes that settled in the bend of the Yeongcheon River. The study site spanned 190 m, and spur dikes were installed in March Monitoring of the site started in May 2008 and was completed in April When the water level was higher than the height of the spur dikes, the spur dikes extrude flow from the bank. Therefore, the spur dikes that were built to stabilize the channel have been effectively performing hydraulic functions. With the passing of time, the channel was stabilized and pools formed around the spur dike toes by local scouring. It was confirmed that spur dikes created various physical characteristics in the aspect of channel topography, with sediments deposits occurring between the spur dikes, while riffles and pools formed in the channel. KEYWORDS: Bank, Geomorphology, Numerical simulation, Sediment, Stream channel 요 약: 수제군 주변의 유동장 및 지형학적 변화에 대한 수리학적 효과를 분석하기 위하여, 본 연구는 영천강 만곡부에 설치된 저수 수제군 주변의 하도지형 특성의 변화에 대하여 모니터링과 수치모의를 수행하였다. 연구 대상지는 연장 190m로서 2008년 3월에 저수 수제군이 설치되었다. 현장 모니터링을 2008년 5월부터 2014년 4월까지 수행하였다. 설계된 수제 높이 보다 홍수시 수위가 더 높아져도 수제는 하안으로부터 흐름을 하도의 중심으로 밀어낸다. 따라서, 만곡부의 하도 안정을 위하여 설치된 수제군은 어느 정도 효과적으로 수리적 기능을 수행하고 있다. 시간의 경과에 따라 주수로가 하도의 중심으로 이동하면서 안정되었으며, 국소세굴에 의하여 수제 선단부 주변에 소가 형성되었다. 또한, 수제 사이에는 유사가 퇴적되었고, 하도에는 여울-소가 형성됨으로써 부수적으로 수제가 하도의 지형적 측면에서 다양한 물리적 특성을 창출함을 확인하였다. 핵심어: 제방, 지형, 수치모의, 유사, 하도 1. 서 론 1980~2002년 사이에 발생된 하천 제방 파괴 원인 의 약 40%는 만곡부 등에서 세굴에 의하여 초래되었 다. 일반적으로 제방을 보호하기 위해서는 호안과 밑 다짐을 설치하여 왔으나 보다 적극적인 공법으로써 수제 (groin, spur dike, stream control works)를 설 치하는 것을 검토할 필요가 있다. 수제는 흐름방향과 *Corresponding author: khkim@gntech.ac.kr c Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering. All rights reserved. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 42

53 K. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 유속을 제어하여 하안 또는 제방을 유수에 의한 침식 작용으로부터 보호하기 위해 호안 또는 하안 전면부 에 설치되는 구조물이다. 이것은 물의 흐름에 거의 직각 (상향 또는 하향)으로 설치되며, 그 접합점은 기 존의 하안내에 고정되고 선단은 새로이 계획하는 흐 름의 법선에 도달시킨다. 수제는 하도단면 일부의 유 속을 약화시키는 기능을 하고, 그 때문에 물은 좁아 진 하천단면에 집중하여 흐른다. 그리고 동시에 수류 를 하안으로부터 멀어지게 하는 효과가 있기 때문에 침식의 위험에 노출된 하안보호에 유효하게 이용할 수 있다. 일본, 스위스, 미국 등에서는 치수목적상으로는 일 반적으로 호안과 일체로 하여 제방을 홍수로부터 보 호하는 고수수제와 호안 전면부의 하상세굴을 방지 하기 위한 저수수제가 이용되고 있다. 국내의 수제설 계 기술은 하천설계기준에 수제의 설계와 시공에 관 한 기준이 마련되어 있으나 주로 일본과 유럽에서 제 안된 경험적 공식이나 이론을 부분적으로 인용한 것 이기 때문에 설계 및 시공단계에서 이를 실무적으로 이용하기는 어려운 실정이다. 수제를 설치하면 수제의 규모에 따라 하도의 유효 통수단면적이 감소하고 횡단 형상이 달라져서 유속, 수위 및 홍수시 흐름구조 등 유동 특성이 변화하기 때 문에 수리모형 실험이나 수치모형을 적용하여 유동장 을 재현하기 위한 연구 (Bathurst et al. 1979, Marelius et al. 1998, Sukhodolov et al. 2004, Wu et al. 2004) 가 시도되어 왔다. 또한, 수제를 설치하면 유동 특성 의 변화에 따라 하상의 국소 세굴 퇴적이 발생하기 때문에 하상변동 예측에 대한 연구 (Acharya 2002, Kuhnle et al. 2002, Zhang et al. 2005, Zhang and Nakagawa 2008, Teraguchi et al. 2008)도 활발하게 이루어지고 있다. 수제는 수제 높이와 수심의 비에 따라 흐름에 미치 는 영향이 다르므로 즉, 상대적으로 수제 높이에 비 해 수심이 작을 경우에는 구조물로써 흐름에 영향을 미치지만 수심이 클 경우에는 조도 요소로써 작용하 기 때문에 수심의 변화에 따른 하도 만곡부에서의 흐 름 구조의 변화에 대한 연구도 시도되고 있다 (Jorge et al. 2008). 국내의 수제에 관한 연구는 주로 수제 주변의 흐름특성, 세굴 및 퇴적경향 분석을 수행한 바가 있으며, 최근 수제의 평면배치 및 적정간격 산 정에 관한 실험 연구 (Kang et al. 2008, 2009, Park 2011a, 2011b, 2011c, Kim et al. 2014)가 시도되고 있으나 현장 적용 및 모니터링 등에 대한 연구는 아 직 미흡한 실정이다. 최근에는 현장에 설치된 저수수 제군 주변의 국소세굴 및 퇴적에 따른 여울 소의 형 성 등 하상변동은 하도의 다양한 흐름 조건을 형성함 으로써 생태계 기반에 다양성을 제공한다는 측면에 서 연구 (USGS 2009, Kim et al. 2014)가 진행되고 있다. 본 연구에서는 우리나라와 같이 유량 변동이 큰 하 천에는 비교적 높이가 낮고, 길이도 짧은 저수수제가 수리적 안정성 측면에서 유리한 것으로 판단하고, 홍 수시 하안의 세굴에 의한 호안 및 제방기초의 파괴가 빈발하는 하도의 만곡부에서 유향 제어와 토사의 퇴 적을 유도할 수 있는 하도안정 공법으로서 수제의 선 단 높이가 평수위 정도인 저수수제공법 (submerged spur dike works)을 선정하였다. 또한, 국내에서 수리 실험이나 수치해석에 의한 연구가 시도되고 있으나 현장 적용에 대한 연구가 미흡하기 때문에 실증적 연 구로써 현장 적용 및 모니터링을 통하여 저수수제군 이 홍수시 하도흐름에 미치는 영향과 그에 따른 흐름 특성 및 하상변동 경향 등 수제의 수리학적 효과와 수제 설치 구간에 대한 하도지형 변화를 분석하였다. 2. 연구방법 2.1 연구대상지 연구대상지는 Fig. 1에 나타낸 바와 남강의 합류점 으로부터 약 19 km 상류의 중심각 약 74 의 단일 만 곡부로서 경남 고성군 영현면 연화리의 연화천 합류 부 상류에 위치하고 있다. 대상지는 연장 190 m, 평 균하폭 m이며, 하상재료는 자갈이다. Fig. 2와 Fig. 3은 수제 설치 전 후의 현장조사 사 진으로서 수제 설치 후의 수제구간에 대한 현황을 나 타낸 것이다. Fig. 4는 수제의 구조 및 제원을 나타낸 것으로써 연화천 합류부 직상류 하도 만곡부에 연장 190 m 구간에 길이 15 m, 높이 1.5 m, 하부폭 7 m, 상부 폭 2.0 m, 종단경사 1/15인 사다리꼴 단면의 저 수수제 3기를 40 m 간격으로 설치하였다.

54 44 K. Kim et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Fig. 1. Map showing the study area. (a) December 2006 (b) July 2009 (c) August 2010 (d) July 2011 (e) November 2012 (f) November 2013 Fig. 2. Photographs according to channel changes before and after construction of spur dikes.

55 K. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): (a) May 2008 (b) July 2013 Fig. 3. Photographs showing geomorphological changes around spur dikes. (a) Plane view (b) Longitudinal section (A-A) (c) Cross section (B-B) Fig. 4. Structure and dimensions of spur dikes. 2.2 현장조사 본 연구의 대상지는 하천정비공사의 일환으로 제방 보강 및 저수수제를 설치공사 후 하상을 평탄하게 정 비하였기 때문에 저수수제군이 홍수시 유향 및 유속을 변화시켜 수제 선단부에는 국소세굴이 발생하고 및 수 제 사이에는 퇴적이 유도되는 등 하상변동이 발생한 다. 따라서, 본 연구는 저수수제군 설치 전 후의 하도지 형 및 흐름특성의 변화를 비교, 분석하여 만곡부에 설 치된 저수수제군이 하상변동 및 유향제어 등에 미치는 수리적 효과를 제시하고자 하였다. 따라서, 저수수제 군 설치 전 후의 항공사진 분석을 통하여 저수로 이동 등 하도의 평면적 변화를 분석하였고, 하도지형 변화 를 조사하기 위하여 2008년, 2009년, 2010년, 2011년 및 2014년 2월에 지형측량을 시행하여 대상구간에 대 한 하도의 종단 및 횡단 변화를 검토하였다 차원 수치모형의 적용 하도의 흐름과 하상변동에 대하여 적용되는 수치 모형은 하천흐름 및 유사이송을 지배하는 연속방정 식, 운동방정식, 흐름저항방정식, 유사연속방정식, 유 사량 예측 방정식을 이용하여 수학적으로 해석하는 것으로써 1차원 모형에서부터 3차원 모형에 이르기 까지 많은 연구가 진행되고 있다. 1980년대부터 본격 적으로 연구개발이 시작되었다. 국내외에서 적용되는 주요 수치모형들은 SMS (SED2D), RAMS (RAM6), CCHE2D, RIC-Nays 등이 있다. CCHE2D 모형은 개수로의 부정류와 유사이동에 대한 모의를 위해 개 발된 수치모형으로써 흐름 조건은 상류, 사류 및 천 이영역까지 적용이 가능하며, 하상변동 조건은 하상 경사 및 만곡부의 2차류 영향으로 인한 모의가 가능 한 것으로 평가된다 (Yafei and Wang 2001). 본 연구에서는 하상토 입도분포를 입력자료로 이 용이 가능하며, 소류사와 부유사, 총유사 이송형태 모의가 가능한 수심적분 2차원 모형인 CCHE2D 모 형을 이용하여 저수수제군의 설치에 따른 수리 및 하 상변동 경향을 모의하고 고찰하였다. 2차원 흐름 및 하상변동 모의를 위한 지형자료는 영천강 연화제 구간 공사구간에 대하여 2009년 수제 설치 후에 수행한 현장 지형측량 성과를 적용하였다. 2차원 해석을 위한 격자의 구성은 종단 방향 190 m,

56 46 K. Kim et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Fig. 5. Changes of water levels at the Doomoon Station (year-month-day). Fig. 6. Photographs showing bed materials. (a) 2006 (b) 2012 Table 1. Sensitivity analysis of parameters. Parameters Lower limits Standards Upper limits Collections Rank Grain shape factor Specific gravity Depth to consider dry (m) Wall slipness coefficient von Karman constant Kinematic viscosity (m 2 s -1 ) Roughness coefficient 하폭 m에 대하여 종단 방향 70개, 횡단 방향 50개의 격자로 요소망을 구성하였다. 대상구간은 미 계측 유역으로서 유량측정 자료가 전무하므로 대상 지점으로부터 약 4.5 km 하류의 두문교에 설치된 수 위표 (국토교통부)의 수위 관측자료 (Fig. 5)를 이용 하여 수제설치 이후에 발생했던 유출수문곡선으로부 터 첨두홍수 지속시간을 추정하였다. 또한, 수제 설치 구간에 대한 흐름 양상 및 하상 변동을 파악하기 위하여 CCHE2D를 활용한 수치모 의를 하였다. CCHE2D의 수치모의에 앞서 수제설치 이후에 발생했던 홍수 흔적수위로부터 HEC-RAS로 써 정상등류 조건으로 역산하여 유량 및 하류수위를 구한 계산결과를 CCHE2D 수치모의를 위한 초기조 건 및 경계조건에 반영하였다. Fig. 6은 수제 설치 전 (Fig. 6 (a)) 후 (Fig. 6 (b)) 의 하상재료의 분포현황으로써 입경분포는 0.1 mm (모래) mm (큰 호박돌) 범위의 10개 그룹으로 D 50은 약 50 mm 정도이며, 지배적인 하상재료는 굵 은 자갈이다. Table 1은 CCHE2D모형에 적용된 매개변수의 민

57 K. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): (a) 2002 (b) 2006 (c) 2009 (d) 2010 (e) 2011 (f) 2013 Fig. 7. Aerial photographs before and after construction of spur dikes at the site (from NGII (2014)). (a) July, 2010 (b) July, 2011 (c) September, 2012 Fig. 8. Photographs showing flow patterns according to floods after construction of spur dikes. 감도 분석한 결과를 보여주고 있으며, 나머지 매개변 수를 제시된 기준치로 고정시키고 해당 매개변수를 적용범위 내에서 변화시키면서 모형의 계산을 수행 하였다. 계산된 민감도 값이 0.1보다 작은 경우에는 해당 매개변수의 민감도는 작은 것으로 고려하여 제 거하였다. 왜냐하면 민감도가 낮은 매개변수를 고려 할 경우 모의 값이 뚜렷한 개선 없이 수렴시간만 길 어지거나 수렴조건의 횟수가 제안될 경우 매개변수 들이 비현실적인 값으로 산정될 가능성이 크기 때문 이다. 3. 결과 및 고찰 3.1 하도특성 조사 대상구간의 하도는 저수수제군 설치 및 하상정리 로 인하여 하상은 평탄하고 단순한 지형구조를 가짐 에 따라 흐름의 양상도 단순해졌다. 따라서, 수제 설 치 및 하상정리 등 하천공사 후 하도의 물리적 특성 변화를 파악하기 위하여 Fig. 7에 나타낸 바와 같이 2002년부터 2013년까지 11년 사이의 6개년에 걸쳐 촬영된 항공사진을 분석하였다. Fig. 7 (b)에 나타낸 바와 같이 2006년에는 하도 만곡부의 지형특성인 좌안측에 고정사주가 형성되 고, 우안측에 세굴에 의한 좁고 긴 여울이 발생하면 서 호안기초부가 세굴되어 제방이 붕괴되었다. Fig. 7 (b) (2006년)의 항공사진(점선)에 나타낸 바와 같 이 태풍 에위니아 시 홍수로 인하여 영금교 상류 우 안측 호안이 유실됨에 따라 2007년 가을에 하도정비 를 착공하여 2008년 4월에 준공하였다. Fig. 7 (c) (2009년)의 항공사진에는 유심 (thalweg) 이 뚜렷하지 않으나 Fig. 7 (d) - Fig. 7 (f)의 2010년 및 2011년의 항공사진에서는 점차 뚜렷해지다가 2013년에는 저수로가 안정화된 것을 확인할 수 있다. Fig. 8은 대상구간에 저수수제군을 설치한 후에 발생 한 소규모 홍수 상황을 나타낸 것으로서 수제에 의하 여 만곡구간의 유향이 하심으로 굴절되고 있음을 알 수 있다. 높이가 낮은 저수수제는 상대적으로 강도 는 약하나 빈도가 많은 소규모 홍수시에 유향과 유심 을 제어하는 수리학적 효과를 발휘할 수 있음을 시사 한다. 저수수제군 설치에 따른 평면, 종단 및 횡단 등의 하상변동 양상을 파악하기 위하여 하천공사 이전인 2008년부터 2014년까지 5회에 걸쳐 하도 지형측량 을 실시하였으며, Fig. 9는 그 결과를 정리한 것이다.

58 48 K. Kim et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): (a) Planimetric map (b) Longitudinal changes of thalweg (c) Cross section in No.1 (d) Cross section in No.3 (e) Cross section in No.5 Fig. 9. Longitudinal and cross sectional changes. Fig. 9 (b)는 저수수제군 설치 전 후의 최심하상고를 나타낸 것으로써 2008년 하천공사 이전에는 하류지 점을 제외하면 현재와 같은 하상경사를 유지하고 있 었으며, 2009년에는 하천공사에 따른 하상정리로 인 하여 하상경사가 완만해졌고, 2010년, 2011년 및 2014년에는 수제구간의 국소세굴로 인하여 하상이 저하되면서 여울-소가 발생함을 나타내고 있다. 이러 한 하상경사와 변화는 2008부터 2009년 사이에 큰 홍수가 발생하지 않아 하상변동이 발생하지 않았으 나, 2010년 7월, 2011년 7월 및 2012년 9월에 중규 모의 홍수가 발생함에 따른 것으로 판단된다. Fig. 9 (c) (e)는 저수수제군 설치 전 후의 횡단면 의 변화를 나타낸 것으로써 2008년 이전에는 현재와 유사한 횡단형상을 유지하였으나 하천공사로 인하여 수제설치 지점인 No. 1 - No. 5 사이의 전구간 하상 이 평탄하게 정리되었음을 알 수 있다. 그 후인 2010 년 7월, 2011년 7월 및 2012년 9월에 중규모의 홍수 가 발생함에 따라 수제 선단부에 국소세굴이 발생하 여 저수로가 형성되면서 2011년 및 2014년의 횡단형 상이 안정단계에 도달했음을 나타내고 있다. 조사결과를 요약하면 연구 대상구간에서는 하상 및 수리현상 등 물리적 특성이 안정되는 조건은 홍수 규모에 따른 유속 및 유사량에 지배되는 것으로 보인 다. 또한, 홍수량 증가에 따른 소류력의 크기 및 홍수 발생 빈도에 따라 다르게 나타날 수 있지만 연구 대 상지의 경우 하도의 물리적 특성이 안정되는데 소요 되는 기간은 대략 3년 정도가 걸리는 것으로 보인다. 저수수제군을 설치한 후 5년 동안 계획홍수량에 가까운 큰 홍수는 없었지만, 중 소규모의홍수시 수제 가 구조물로써 작용하여 유심이 수제 선단과 평행하 게 유도됨에 따라 수제 선단부에서는 부분적인 단면 축소로 인하여 국소세굴이 발생하여 소가 형성되면 서 저수로가 하도의 중앙으로 이동하였으며, 단면이 확대되는 수제 사이에서는 유속의 감소로 퇴적이 유 도되어 식생이 정착하는 것을 확인한 바 있다 (Kim et al. 2013). 3.2 수리특성 및 하상변동 예측을 위한 2차원 모형의 적용 수제 설치 전의 유동장 및 하도지형의 모의 수제 설치 이전의 하상을 추정하기 위하여 사용할 수 있는 수리학적 정보가 없기 때문에 2009년의 현 장 지형측량 성과를 조건으로 유량을 증가시키면서 CCHE2D로써 유동장 및 하상변동을 모의하였다. Fig. 10은 유량증가에 따른 유속분포의 변화를 나

59 K. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): (a) 200 m 3 s -1 (4 hrs) (b) 265 m 3 s -1 (4 hrs) (c) 350 m 3 s -1 (5 hrs) (d) 450 m 3 s -1 (5 hrs) (e) 550 m 3 s -1 (5 hrs) Fig. 10. Velocity distributions according to discharges before construction of spur dikes. (a) 200 m 3 s -1 (4 hrs) (b) 265 m 3 s -1 (4 hrs) (c) 350 m 3 s -1 (5 hrs) (d) 450 m 3 s -1 (5 hrs) (e) 550 m 3 s -1 (5 hrs) Fig. 11. Bed elevations according to discharges before construction of spur dikes. 타낸 것으로서 만곡부에서의 흐름특성은 원심력에 의하여 지배되기 때문에 유량의 증가에 따라 외안측 으로 유속이 집중됨을 나타내고 있다. 상류단에서 직 선상의 유속이 큰 지점은 높이 0.5 m의 콘크리트 보 가 설치되어 있기 때문이며, 상류단의 모의 구간이 짧아 흐름조건이 안정적으로 수렴되지 못한 것에 기 인하는 것으로 판단된다. Fig. 11은 유량증가에 따른 하상의 변동을 나타낸 것으로써 외안측으로 유속이 집중되면서 우안 제방기초를 따라 세굴이 발생함을 알 수 있다 (Fig. 11 (d), (e)의 점선 내). 이상의 CCHE2D에 의한 저수수제군 설치 이전의 연구 대상구간은 만곡구간으로서 홍수시 수리학적으 로 외안측에 세굴이 발생하고 앞에서 제시된 Fig. 2 (a)와 같이 호안기초가 파괴되면서 제방이 붕괴될 수 밖에 없음을 알 수 있다. 따라서, 홍수시 외안측의 호 안기초 세굴에 의한 제방붕괴를 방지하기 위해서 저 수수제군을 설치하여 유향을 하도의 중심으로 밀어 내는 것이 치수적 안전성 확보 대책이 될 수 있음을 나타내고 있다 수제 설치 후의 유동장 및 하도지형의 모의 수제는 하안으로 향하는 흐름을 하심 방향으로 돌 려보내고, 유속을 지체시켜 유로의 고정, 제방, 호안 근방의 세굴방지, 토사 퇴적의 유도 등 다각적인 기 능을 가지는 하천구조물이다. 특히, 급류하천에서는 유수의 집중이나 토사이동에 따른 하안의 침식 등을 방지한다는 의미에서 수제의 활용이 필요하다. 따라 서, 본 연구에서는 3개소의 저수수제 설치 직후의 하 도 지형조건을 기준으로 유량별 유속분포 및 하상변 동을 평가하기 위하여 CCHE2D로써 유동장 및 하상 변동을 수치모의하였다. Fig. 12는 유량증가에 따른 유속분포의 변화를 나 타낸 것으로서 만곡부에서의 흐름특성은 원심력에

60 50 K. Kim et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): (a) 100 m 3 s -1 (4 hrs) (b) 200 m 3 s -1 (4 hrs) (c) 265 m 3 s -1 (4 hrs) (d) 350 m 3 s -1 (5 hrs) (e) 450 m 3 s -1 (5 hrs) (f) 550 m 3 s -1 (5 hrs) Fig. 12. Velocity distributions according to discharges after construction of spur dikes. (a) 100 m 3 s -1 (4 hrs) (b) 200 m 3 s -1 (4 hrs) (c) 265 m 3 s -1 (4 hrs) (d) 350 m 3 s -1 (5 hrs) (e) 450 m 3 s -1 (5 hrs) (f) 550 m 3 s -1 (5 hrs) Fig. 13. Bed elevation according to discharges after construction of spur dikes. 의하여 지배되기 때문에 유량의 증가에 따라 유속이 증가하며 외안측으로 유속이 집중되지만, 유향이 No.1 지점에서부터 하심으로 이동됨을 나타내고 있 다. 이러한 현상은 Fig. 12 (a) - (c)와 같이 유량이 작은 경우 즉, 수심에 비하여 수제 높이가 상대적으 로 큰 경우에는 수제가 구조물로써 작용하여 유향을 변화시킴으로써 수제 선단부 주변에서 국소적인 유 속이 증가함을 나타내고 있으며, 수제 사이에서는 유속이 느린 정체 수역이 뚜렷하게 발생함을 알 수 있다. 반면에 Fig. 12 (d) - (f)와 같이 유량이 큰 경우 즉, 수심에 비하여 수제 높이가 상대적으로 작은 경 우에는 수제가 조도요소로써 작용하여 유향을 변화 시킴으로써 수제 선단부 주변에서도 유속이 전반적 으로 분포됨을 나타내고 있으며, 수제 사이에서는 유 속이 느린 정체 수역이 부분적으로 감소함을 알 수 있다. Fig. 13은 유량증가에 따른 하상의 변동을 나타낸 것이며, 외안측으로 유속이 집중됨으로써 우안 제방기 초를 따라 세굴이 발생함을 알 수 있다. Fig. 13 (a) - (c)와 같이 유량이 작은 경우 즉, 수심에 비하여 수제 높이가 상대적으로 큰 경우에는 수제가 구조물로써 작용하여 유속이 집중되는 수제 선단부 주변에서 국 소세굴이 발생하는 데 유량의 증가에 따라 그 영역이 종단방향으로 확대되며, 수제 사이의 정체 수역에서 는 퇴적이 발생되었다. 반면에 Fig. 13 (d) - (f)와 같이 유량이 큰 경우 즉, 수심에 비하여 수제 높이가 상대적으로 작은 경 우에는 수제가 조도요소로써 작용하기 때문에 유량 의 증가에 따라 수제 선단부 주변에서 국소세굴 영역 이 감소함을 나타내고 있으며, 수제 사이의 정체수역 은 퇴적이 뚜렷하게 증가하였다. Fig. 14는 유량증가에 따른 각 수제 주변의 단면 유속분포 변화를 나타낸 것이다. 만곡부에 수제를 설 치할 경우 유심을 중앙으로 밀어내기 때문에 수제 선 단부에서 최대유속이 발생함을 알 수 있으며, 이러한 현상은 유량이 증가할수록 뚜렷한 차이를 나타내는 데 대안측에서도 유속이 증가하며 그 경향은 상류에

61 K. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): (a) No.1 (a) No.1 (b) No.3 (b) No.3 (c) No.5 Fig. 14. Velocity distribution around spur dikes. 서 하류로 갈수록 완화됨을 나타내고 있다. Fig. 15는 수제 주변의 유량증가에 따른 하상변동 을 나타낸 것이다. 유량의 증가에 따라 하상이 저하 하는 것으로 나타났고, 수제 선단부에서 국소세굴이 발생함을 잘 재현하였으며, 이는 Fig. 9의 현장조사 결과와 비교적 유사한 결과를 나타내고 있다. 3.3 저수수제군 설치에 따른 수리특성 변화 및 하상변동 본 연구는 하도 만곡부에 저수 수제군을 설치한 후 의 수리 및 하도 특성변화를 파악하기 위하여 항공사 (c) No.5 Fig. 15. Bed changes around spur dikes. 진 분석, 현장 지형측량 조사 및 CCHE2D를 적용한 수치모의를 통하여 검토하였으며, 수제설치 구간의 수리특성 및 하상 변동을 토대로 분석한 효과는 다음 과 같다. 최심하상고의 변화를 분석한 결과, 구간 전체의 하 상경사는 시간의 경과에 따라 다소 완만해지는 경향 을 보였으며, 하류단 부근에 점차적으로 세굴이 발생 하면서 소가 형성되고 중간 지점에 여울이 형성되는 것으로 나타났다. 또한, 수제 부근의 횡단 변화를 분 석한 결과, 상류의 첫 번째 수제 선단부에서 국소 세 굴에 의하여 저수로와 분리된 깊은 소가 나타났으며, 두 번째 수제 선단부에서도 유사한 하상변동이 발생

62 52 K. Kim et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 하였지만 세 번째 수제 부근에서는 저수로가 수제에 서 멀어지면서 하심측으로 이동되어 안정하도를 형 성하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 항공사진에 의한 평면적인 하도 변화의 결과와 일치한다. 수제 설치에 따른 수리학적 효과를 분석하기 위하 여 수제 설치 전의 조건으로 모의한 결과에 의하면 유량이 작은 중 소규모 홍수에서는 수충부측에 유속 이 집중되는 경향을 보였으며, 계획홍수량이 유하하 는 조건에서는 유속이 다소 수충부측으로 집중되지 만 전체적으로 퍼져나감을 알 수 있었다. 또한, 하상 변동의 양상은 유속 분포범위와 유사하게 발생하였 으며, 계획홍수량 유하시에 제방을 따라서 세굴이 발 생하기 때문에 호안기초의 유실에 초래하였음을 알 수 있었다. 이러한 현상은 하상변동이 대규모 홍수뿐 만 아니라 강도는 약하나 빈도가 잦은 지배유량 정도 의 중 소규모 홍수량에서 하상변동이 발생할 수 있음 을 시사한다. 수제 설치 후의 경우에는 수제 설치 전에 비하여 유속분포가 다양하게 나타났으며, 유심이 하도의 중 앙측으로 이동함을 알 수 있었다. 하상변동은 유속 변화의 양상과 같이 저수로가 중앙측으로 이동하였 으며, 수제 선단부에서 국소세굴에 의한 소가 발생하 기 때문에 수제 설계시에는 기초 깊이의 결정에 신중 해야 함을 시사하고 있다. 결론적으로 하도 만곡부에서는 원심력에 의하여 수충부측에 유속이 집중되고 그에 따라 국소세굴이 발생하여 제방의 안전을 저해하기 때문에 이러한 문 제를 해결하기 위한 대책으로써 수제공법이 타당함을 확인하였다. 또한, 수제 설치 구간에서 국소세굴에 의 하여 소가 형성되고 수제 사이에 유사 퇴적이 유도되 어 식생이 이입되므로써 생태적으로 다양한 기반이 형성될 수 있다는 부수적인 효과도 확인하였다. 따라 서, 하천사업 시행시에 계획 설계 단계에서 수리 및 하도특성을 고려하여 수제공법을 활용하면 치수적 안 전성과 생태계의 다양성을 얻을 수 있을 것이다. 4. 결 론 하도 만곡부 제방의 치수적 안전성 확보를 목표로 저수수제를 설치하고, 그 효과를 평가하기 위해 항공 사진 분석, 현장 지형측량 및 CCHE2D를 적용한 평 면 2차원 수치모의를 통하여 검토한 결과를 요약하 면 다음과 같다. 1) 홍수로 호안 및 제방이 여러 차례 유실된 하도 만 곡부에 저수 수제군을 설치하고 경년적으로 하도 의 지형변화 및 흐름상황을 모니터링한 결과, 저 수수제군이 홍수시에 유심을 하심측으로 밀어내 어 치수적으로 호안기초의 세굴 및 하안침식 방지 등의 하천 방재에 필요한 수리적 기능을 발휘하고 있음을 확인하였다. 2) 저수 수제군의 유향 제어 및 선단부 세굴을 검토 한 결과, 상류측 수제 선단부에 유수력이 집중되 어 좁고 깊은 소와 여울이 같이 발생함으로써 하 상변화가 가장 크게 나타났으며, 하류로 갈수록 저수로 폭이 넓어지면서 하도가 안정화됨을 확인 하였다. 이는 수제공은 단일 수제보다는 수제군으 로 설치하는 것이 효과적임을 시사하는 것이다. 3) 유량의 변화에 대한 저수 수제군 주변의 유속 및 세굴을 평면 2차원 수치모의를 통하여 검토한 결 과, 유량이 작아 수심이 얕은 경우에는 수제가 유 동장에 대하여 구조물로써 작용하기 때문에 유속 분포가 다양하게 나타나지만, 유량이 많은 경우에 는 수제 높이에 비하여 수심이 크기 때문에 조도 로써 작용하여 유속변화가 비교적 단순하게 나타 났다. 이는 수심과 구조물의 높이 비에 따라 수제 는 수리학적으로 다른 기능을 발휘하는 것으로 판 단된다. 4) 저수 수제군 설치 전 후에 대한 평면 2차원 수치모 의 결과를 통하여 유속분포와 하상변동을 분석한 결과, 설치 전의 경우에는 만곡부에서 원심력에 의하여 유속이 외안 수충부측으로 집중됨으로써 호안 기초부에 세굴이 발생하였으나 설치 후에는 수제가 하심측으로 유향을 제어함으로써 세굴이 발생하지 않았다. 따라서, 하천지형측량 성과 및 평면 2차원 수치모의 결과를 종합하면 향후에 하 도 만곡부에서 저수 수제군 공법을 적용하는 것이 타당함을 입증하였다. 앞으로 치수사업이나 하천복원사업에서 목적에 따라 다양한 수제공법을 적용할 필요가 있으며, 동시에 모

63 K. Kim et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 니터링을 병행하여 수제공법의 활용도를 높일 수 있 는 추가 연구가 필요할 것이라 판단된다. 감사의 글 본 연구는 국토해양부 건설기술혁신사업의 연구 비지원 (12기술혁신C02)에 의해 수행되었습니다. References Acharya, A Experimental Study and Numerical Simulation of Flow and Sediment Transport around a Series of Spur Dikes. Ph.D. Dissertation, University of Arizona, USA. Bathurst, J.C., Thorne, C.R., and Hey, R.D Secondary flow and shear stress at river bends. Journal of Hydraulics Division, ASCE 105: Jorge, D.A., Rhoads B.L., Güneralp İ., and García, M.H Flow structure at different stages in a meanderbend with bendway weirs. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 134: Kang, J.G., Kim S.J., and Yeo, H.K Experimental study on flow characteristic of L-type groyne. Journal of Korea Water Resources Association 41: (in Korean) Kang, J.G., Kim, S.J., and Yeo, H.K An experimental study on flow characteristic around inclined crest groyne. Journal of Korea Water Resources Association 42: (in Korean) Kim, S.J., Kang, J.G., and Yey, H.K An experimental study on flow characteristics for optimal spacing suggestion of 45 upward groynes. Journal of Korea Water Resources Association 47: (in Korean) Kim, K.H., Lee, H.R., and Jung, H.R Effects of submerged spur dikes on the ecosystem and bed deformation in Yeongcheon river bend. Journal of the Korea Society of Environmental Restoration Technology 16: (in Korean) Kuhnle, R.A., Alonso, C.V., and Shields, F.D Local scour associated with angle spur dikes. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 128: Marelius, F. and Sinha, S Experimental investigation of flow past submerged vanes. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 124: Park J.K Analysis on characteristics of flow around facilities in a river. Journal of Korea Society of Environmental Administration 17: (in Korean) Park, J.K Analysis on effect of sedimentation around spur dike zone in stream. Journal of Korea Society of Environmental Administration 17: (in Korean) Park, J.K Analysis on velocity characteristics around spur dike zone in stream. Journal of Korea Society of Environmental Administration 15: (in Korean) NGII National Geographic Information Institute. Assessed 15 August Sukhodolov, A.N., Engelhardt, C., Kruger, A., and Bungartz, H Case study: Turbulent flow and sediment distributions in a groyne field. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 130: 1-9. Teraguchi H., Nakagawa, H., Muto, Y., Baba, Y., and Zhang, H Effects of groins on the flow and bed deformation in non-submerged conditions. Annuals of Disaster Prevention Institute, Kyoto University 51(B): USGS Hydrodynamic Simulations of Physical Aquatic Habitat Availability for Pallid Sturgeon in the Lower Missouri River, at Yankton, South Dakota, Kenslers Bend, Nebraska, Little Sioux, Iowa, and Miami, Missouri, Scientific Investigation Report , United States Geological Survey, USA. Wu, W., Pingy, W., and Nobuyuki, C Comparison of five depth-averaged 2-D turbulence models for river flows. Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics 51: Yafei J. and Wang, S.Y Two-Dimensional Hydrodynamic and Sediment Transport Model for Unsteady Open Channel Flow over Loose Bed. Technical Report No. NCCHE-TR , School of Engineering, University of Mississippi University, USA. Zhang, H. and Nakagawa, H Scour around spur dyke: Recent advanced and future researches. Annuals of Disaster Prevention Institute, Kyoto University 51(B): Zhang, H., Nakagawa, H., Ishigaki, T., Muto, Y., and Baba, Y Three-dimensional mathematical modeling of local scour. Journal of Applied Mechanics 8:

64 Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Online ISSN: ORIGINAL ARTICLE 조성 후 15년이 경과한 인공습지의 식물상과 식생구조 Flora and Vegetation Structure in a 15-Year-Old Artificial Wetland 손덕주 1 ㆍ이효혜미 2 ㆍ이은주 1 ㆍ조강현 3 ㆍ권동민 4 * 1 서울대학교 생명과학부, 2 국립생태원 위해생물연구부, 3 인하대학교 생명과학과, 4 아썸 Deokjoo Son 1, Hyohyemi Lee 2, Eun Ju Lee 1, Kang-Hyun Cho 3 and Dongmin Kwon 4 * 1 School of Biological Sciences, Seoul National University, Seoul , Korea 2 Department of Eco-safety Research, National Institute of Ecology, Seocheon , Korea 3 Department of Biological Sciences, Inha University, Incheon , Korea 4 Assum Ecological System Inc., Chusaro 128, Gwacheon , Korea Received 4 March 2015, revised 11 March 2015, accepted 20 March 2015, published online 31 March 2015 ABSTRACT: This study was conducted to investigate the flora and vegetation structure at a 15-year-old artificial wetland for the water purification in Jincheon, Korea. The percentage of species number of obligate wetland plants and facultative wetland plants totaled 40%, whereas that of obligate upland plants and facultative upland plants was 57%. This result showed that the artificial wetland in the study experienced terrestrialization. The number of annual and biennial plants that are pioneer vegetation in a successional stage was lower than that of perennial herbs as a result of the long-term stabilization of vegetation. From the results of DCA (detrended correspondence analysis), water depth played an important role on the classification of vegetation structure in an old artificial wetland. Species diversity was higher in the terrestrialized plant communities such as Iris pseudacorus and Aster koraiensis than in any other wetland communities. Plant communities could be classified according to the wetland indices; obligate upland for A. koraiensis community, facultative wetlands for Carex dispalata var. dispalata and I. pseudacorus community, and obligate wetlands for Nymphoides peltata, Nymphaea tetragona, Phragmites communis, Potamogeton maackianus, and Typha angustifolia community. In conclusion, this result suggests that wetland vegetation should be maintained against terrestrialization through the proper management of sedimentation and hydrological regime in an artificial wetland. KEYWORDS: Artificial wetland, Terrestrialization, Vegetation, Wetland index 요 약: 본 연구에서는 충북 진천에 위치한 총 면적 3,000 m 2 인 수질정화용 인공습지에서 조성 15년 후의 식물상과 식생구조를 파악하였다. 이곳 인공습지에서는 총 93종의 식물종이 출현하였고, 절대습지식물과 임의습지식물의 비율이 40%, 절대육상식물과 임의육상식물의 비율은 57%로 나타나 천이에 의하여 인공습지가 점차 육상화되었음을 확인할 수 있었다. 천이가 진행됨에 따라 천이 선구자 종인 1, 2년생 식물보다 다년생 식물의 종수 비율이 높아졌다. DCA (detrended correspondence analysis) 결과, 습지 군집 구조를 결정하는 중요한 환경요인은 수심이었다. 군집별 종다양성은 노랑꽃창포 군집, 벌개미취 군집 등의 육상화된 군집에서 높았다. 식물 군집별 습지지수는 벌개미취 군집은 육상, 삿갓사초 및 노랑꽃창포 군집은 임의습지, 노랑어리연꽃, 수련, 갈대, 새우가래 및 애기부들 군집은 절대습지로 나타났다. 결론적으로 인공습지에서는 천이에 의하여 식물 군집의 육상화가 진행되므로 퇴적과 수문 체계를 지속적으로 관리하여 습지식생을 유지할 필요가 있을 것으로 판단되었다. 핵심어: 인공습지, 육상화, 식생, 습지지수 *Corresponding author: derealmadrid@naver.com c Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering. All rights reserved. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 54

65 D. Son et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 서 론 습지는 육상생태계와 수생태계의 전이지역으로 영 구적 또는 계절적으로 습윤한 상태를 유지하며 늪, 소택지, 습한 목초지, 범람원 등을 포함한다 (Tiner 1991, Song and Park 2013). 습지는 사회문화 및 경 제적 가치를 제공할 뿐 아니라, 영양물질 운반, 물질 순환, 수질정화, 동식물 서식처 제공, 퇴적물 침적 및 저장, 홍수 방지 등 다양한 생태적 서비스를 제공한 다 (Woodward and Wui 2001, Hoeltje and Cole 2007). 특히 인공습지는 습지 식물이 서식하지 않았 던 장소에 인위적으로 식물을 식재하고 수문학적 조 건을 갖추어 수질 정화 기능을 수행할 수 있게 조성 한 곳이다 (Kim et al. 2011). 인공습지에서 수질정화 는 수생식물과 미생물 그리고 토양 침적물의 상호작 용 및 생지화학적 작용에 의해 이루어진다 (Gersberg et al. 1986). 습지 식물은 식물의 생장 기간 중 적어도 한 시기 는 식물 전체나 일부가 물속에서 생장하는 식물이며 (Cronk and Fennessy 2001), 주기적으로 토양 내 산 소가 부족한 혐기성 환경을 접한다 (Tiner 1991). 습 지 식물은 습지의 수질정화와 물질순환 기작에 영향 을 미치며 광합성을 통해 유기물을 생산하는 1차 생 산자 역할을 하여 습지 생태계에 유기물을 공급하기 도 한다 (Lee and Sung 2013). 인공습지에서의 대형 수생식물은 줄기에서 뿌리로 산소를 이동시켜 습지 토양의 혐기성 환경을 호기성 환경으로 바꾸어 미생 물의 물질 분해 활동이 활발하게 이루어질 수 있게 돕는다 (Gersberg et al. 1986). 수문 체계는 시공간적으로 습지 식물의 다양성을 결정하는 중요 인자이며 식물 군집의 종조성, 수도 및 분포에 영향을 끼친다 (Raulings et al. 2010). 습 지의 수계를 구성하는 요소는 수심, 강우 기간, 강우 빈도, 건기와 우기 변동 주기 등이 있다 (Casanova and Brock 2000). 특히, 습지의 수심은 습지 식물의 종조성과 식물 군집 형성에 영향을 주는 중요 요인이 다 (Valk et al. 1994). 습지에서는 천이가 진행됨에 따라서 유기물과 토 양 침전물의 퇴적, 지하수위 감소 등으로 습지 식물 대신 육상 식물이 점차 정착하고 번식하는 것으로 알 려져 있다 (Cronk and Fennessy 2001). Weller (1994) 에 의하면, 습지의 개방 수면에서 식물 플랑크톤이 주요 생산자 역할을 하다가 침수식물이 정착하게 되 고, 후에 정수식물이 우점한다. 습지 토양의 혐기성 환경에서 이탄과 유기물이 점차 쌓이게 되어 수위가 감소하면 육상식물이 정착하여 천이를 겪게 된다. 이 러한 습지 식물의 종류나 종수의 변화는 습지가 교란 을 거친 후에 점차 안정된 생태계, 즉 극상으로 천이 하는 것을 나타낸다 (Cronk and Fennessy 2001). 습지 식물의 종 구성이나 분포가 수리적 조건에 영 향을 받기 때문에 (Raulings et al. 2010) 습지 조성에 도입된 식물종, 초기 정착종과 외래종에 대한 변화 및 생활사를 연구하는 것은 인공습지의 구조와 기능 의 변화를 파악하기 위해 중요한 일이다 (Kim and Myung 2008). 또한 국내 연구에서 인공습지 조성 단 시간 (3 4년) 경과 후의 식물상 연구는 수행되었으나 (Kim and Myung 2008, Kim et al. 2011) 장시간 (10 년 이상) 경과 후의 식물상 모니터링은 거의 수행되 지 않았다. 인공습지 조성 직후는 인위적인 수생식물 도입과 공사에 의한 교란이 발생했기 때문에 초기 식 재된 습지 식물의 정착 양상과 변화를 모니터링 할 필요가 있다. 본 연구에서는 수질정화의 목적으로 1998년에 조 성한 충청북도 진천읍에 위치한 인공습지에서 15년 후에 식물상, 식물 군집 구조 및 식생분포를 파악하 여, 인공습지에서 장기간의 천이에 따른 식생의 변화 를 추적하고 인공습지의 지속가능한 관리를 위한 방 안을 제언하고자 하였다. 2. 연구방법 2.1 연구 대상지 충청북도 진천군 진천읍 송두리 432번지에 위치한 아썸 진천 공장 내 Research Eco Park 인공습지 (36 52'33.02"N, '9.48"E)는 1998년도에 조성 되었다. 조사 대상 습지는 가로 약 40 m, 세로 약 70 m로 전체 면적은 약 3,000 m 2 이며 콩팥형 습지, 생 태수로, 생태호수 등 다양한 소규모 습지로 구성되어 있다 (Fig. 1). 이 습지는 습지식물을 이용한 수질정 화 기술의 현장 적용을 위한 시험지 (test bed)로 조 성되어 운영되어 왔다.

66 56 D. Son et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Fig. 1. Map and aerial photograph showing the study site. 2.2 연구 방법 식물상 조사는 2013년 5월에 현지에서 직접 답사 하며 출현하는 식물종을 동정하여 식물종 목록을 작 성하였으며 현장에서 동정이 어려운 종은 식물을 채 집하여 실험실에서 재동정하였다. 식물종의 동정, 명 명 및 분류는 원색 대한식물도감 (Lee 2003), 국가 표준식물목록 (KFS 2014), 세밀화와 사진으로 보는 한국의 귀화식물 (Park 2009)을 참조하였다. 출현 식 물종의 생활형 및 습생도는 Choung et al. (2012)을 따라 정리하였다. 본 연구대상 습지의 식생분포는 조사 대상지역내에 우점종을 중심으로 항공 영상 지도 ( net/)에 작성하였다. 항공사진에 식생의 경계를 표시 하고 현장에서 식생을 직접 관찰하여 식생의 경계와 종류를 구분하였다. 식생도에 표시하는 군집의 최소 면적은 5 m 2 이상을 기본으로 하되 필요하다고 판단 되면 이보다 작은 군집도 표시하였다. 인공습지의 식물 군집 구조를 파악하고 수심과의 관계를 조사하기 위해 방형구 조사를 실시하였다. 갈 대 군집, 노랑어리연꽃 군집 등 각 식물 군집에서 방 형구를 설치하여 식물 피도를 조사하였으며, 방형구 크기는 0.5 m x 0.5 m이었다. 수심은 수면을 0 cm로 기준으로 하여 접자를 이용하여 측정하였으며 물이 있는 곳은 + 수심으로, 물이 없는 곳은 - 수심으로 계 산하였다. 식생구조와 수심과의 관계분석은 R (3.0.1) (R Development Core Team 2013)을 이용하여 detrended correspondence analysis (DCA)를 수행하였 다 (Hill and Gauch 1980). 종다양도 (species diversity)는 종수를 나타내는 종풍부도 (species richness)와 각 종에 속하는 개체 수가 얼마나 고르게 분포하는가를 나타내는 균등도 (species evenness)를 동시에 나타내는 척도이다. 본 연구에서는 종다양도지수로서 Shannon diversity index (H )와 종균등도지수로서 Pielou s evenness index (E)를 산출하였다 (Bulla 1994). H = ln ( : 종 i의 상대적 중요도)(1) ln E = ln ln ( : 군집에서 총 출현종수) (2) 또한 습지가 본래의 기능을 제대로 수행하는지 각 식물 군집에서 습지지수 (community type wetland index, CTWI)를 구하였다 (Coles Ritchie et al, 2007). CTWI = (3) (WIV i : 식물종 i의 습지지표값 (wetland indicator value)) 습지지표값은 절대육상지역의 값이 1, 임의육상지

67 D. Son et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Table 1. Number of plant species according to their life history, wetland indicator status, and origin at a 15-year-old artificial wetland. Criterion Category No. of species Percentage (%) Life history Annual Biennial Perennial Total Wetland indicator Obligate wetland plant 1920 Facultative wetland plant 1920 Facultative plant 3 3 Facultative upland plant 5 6 Obligate upland plant Total Origin Native plant Exotic plant Total 역이 25, 양생지역이 50, 임의습지가 75, 절대습지가 100을 나타내며 각 군집의 식생종의 중요도와 습지 지표값을 곱한 후에 총 합을 구하여 습지지수를 구하 였다. 군집의 습지지수 (CTWI)가 100에 가까운 값일 수록 습지로 유지되고 있으며, 1에 가까울수록 육상 화가 이루어졌음을 의미한다. 3. 결과 및 고찰 3.1 식물상 변화 인공습지 조성 15년 후인 2013년에 조사된 식물상 은 39과 77속 93종이었다. 출현한 식물은 쇠무릎, 창 포, 박주가리, 꽃마리 등이며, 출현종 중 벼과가 16종 (18%)으로 가장 높은 비율을 차지하였고 국화과 13 종 (14%), 사초과 9종 (10%) 순이었다. 출현종 93종 중에 초본은 85종이며 목본은 8종으로 나타났다. 1998년도 조성 당시에 식재한 식물은 갈대, 애기부 들, 노랑꽃창포, 꽃창포, 달뿌리풀, 줄, 세모고랭이, 큰고랭이가 있으며 (Kwon 1999), 이중에서 꽃창포 와 세모고랭이는 2013년도 조사에서는 기록되지 않 았다. 출현종을 생활사별로 분류해보면 1년생이 17종 (18%), 2년생이 18종 (19%), 다년생이 58종 (63%) 로 다년생이 1, 2년생 초본의 비율보다 높게 나타났 다 (Table 1). 습지 천이의 초기에는 선구종들인 1, 2년생 식물이 우점하다가, 질소영양분 축적 등의 환 경 변화로 인해 점차 안정된 다년생 습지식생 유형으 로 천이가 진행됨을 알 수 있다 (Kim et al. 2011). 출현종 93종 중에 외래식물은 가죽나무, 개자리, 달맞이꽃, 들묵새, 망초, 미국쑥부쟁이, 서양민들레 등 총 15종 (16%)이 발견되었다 (Table 1). 이 중에 서 미국쑥부쟁이는 환경부가 지정한 생태계교란 야 생식물이며 미국가막사리, 유럽점나도나물, 큰김의 털은 귀화도가 4등급 이상이면서 빠르게 전국으로 확산될 우려가 높은 외래식물로 지속적인 관리와 모 니터링이 필요하다 (Lee et al. 2011). 외래식물 분포 및 확산의 경로는 다양한데 아썸 인공습지에는 도로, 경작지, 차량 통행, 유동 인구 등에 의해 외래식물이 정착하였을 것으로 사료된다. 외래식물의 정착 및 확 산이 인공습지의 자생식물과 주변식생에 영향을 미 칠 수 있으므로 외래식물의 잠재적인 확산을 방지해 야 한다. 외래식물의 감소를 위해서는 안정한 습지식 생의 유지가 중요하며 (Kim and Myung 2008), 수생 및 습지식물의 다양성을 향상시킬 수 있도록 적절한 수위와 토양수분을 유지시켜주는 것이 중요하다. Choung et al. (2012)에 따라 습지출현빈도에 따 른 식물상 분류는 Table 1과 같다. 자연상태에서 거 의 항상 습지에서만 출현하는 절대습지식물 (obligate

68 58 D. Son et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): wetland plant)은 19종 (20%)이었으며 대부분 습지 에서 출현하나 낮은 빈도로 육상에서도 출현하는 임 의습지식물 (facultative wetland plant)은 19종 (20%) 으로 조사되었다. 습지나 육상에서 비슷한 빈도로 출 현하는 양생식물은 (facultative plant) 3종 (3%)이었 고 대부분 육상에서 출현하나 습지에서도 낮은 빈도 로 출현하는 임의육상식물 (facultative upland plant) 은 5종 (6%)이었다. 자연상태에서 거의 항상 육상에 서만 출현하고 습지에서는 거의 출현하지 않는 절대 육상식물 (obligate upland plant)은 47종 (51%)이었 다. 절대습지식물과 임의습지식물을 합한 38종 (40%) 보다 절대육상식물이 47종 (51%)으로 더 높은 것을 확인할 수 있었다. 인공습지는 조성 후 시간 경과에 따라 습지에 주로 출현하는 수생 및 습지식물보다는 자연 천이 및 육상화로 육상식물의 비율이 높다는 것 을 알 수 있었다. 하지만 인공습지 조성 15년이 지난 후에도 습지식물이 40% 정도 존재하므로 여전히 습 지로서의 수생 및 습지 식물 서식처로서의 기능을 한 다고 할 수 있다. 하지만 천이가 진행될 때, 수심이 얇아지기 전에는 수위변동과 수질이 식물 군집의 종 조성과 구조를 결정하지만, 수심이 이미 얇아진 후에 는 토양기질의 조건이 식물 군집의 종을 결정하는 경 향이 있으므로 (Kim et al. 2010), 습지의 기능을 지 속적으로 유지하기 위해서는 수심 관리와 토양 수분 보유능을 유지하여 다양한 수생식물 및 습지식물이 서식할 수 있도록 해야 한다. 3.2 식생 분포 및 구조 습지 내에서 목본으로는 메타세콰이아와 키버들 군집이 나타났고 초본으로는 벌개미취, 삿갓사초, 노 랑꽃창포, 노랑어리연꽃, 수련, 갈대, 새우가래, 애기 부들 군집이 형성되어 있다 (Fig. 2). 정수식물인 갈 대, 노랑꽃창포, 애기부들 등은 습지 내 물과 만나는 경계면에서 군집이 나타났고 수련, 노랑어리연꽃과 같은 부엽식물은 생태호수 내 수심이 깊은 곳에서 침 수식물인 새우가래 군집과 함께 나타났다. 각 군집에서 벌개미취 군집의 우점종 중요도는 0.55, 삿갓사초 군집에서 우점종 중요도는 0.70, 노랑 꽃창포 군집에서 우점종 중요도는 0.52로 나타났다. 노랑어리연꽃 군집에서 우점종 중요도는 0.97, 수련 군집에서 우점종 중요도는 0.93, 갈대 군집에서 우점 종 중요도는 0.95이었으며, 새우가래 군집에서 우점 종 중요도는 0.71, 애기부들 군집에서 애기부들 중요 도는 0.60으로 나타났다 (Table 2). 각 군집의 Shannon 다양도지수는 0.13부터 1.67 까지 나타났으며 노랑꽃창포 군집에서 가장 높았고, Fig. 2. Vegetation map of a 15-year-old artificial wetland of the study site (Ac-Cb: Acorus calamus - Carex breviculmis, Ak: Aster koraiensis, Cd: Carex dispalata var. dispalata, Ce: Calamagrostis epigeios, Ea: Erigeron annuus, Fm: Festuca myuros, Hj: Humulus japonicus, Ip: Iris pseudacorus, Mg: Metasequoia glyptostroboides, Np: Nymphoides peltata, Nt: Nymphaea tetragona, Pa: Phalaris arundinacea, Pc: Phragmites communis, Pm: Potamogeton maackianus, Pt: Persicaria thunbergii, Sk: Salix koriyanagi for. koriyanagi, Ta: Typha angustifolia, Tr: Trifolium repens, Wa: Open Water, Zj: Zoysia japonica, Zl: Zizania latifolia, Zl-Ls: Zizania latifolia - Lythrum salicaria).

69 D. Son et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Table 2. Importance value of plant species at the plant communities of a 15-year-old artificial wetland (importance value was calculated from relative coverage and relative frequency). Plant species Community Ak Cd Ip Np Nt Pc Pm Ta Aster koraiensis (Ak) 0.55 Equisetum arvense 0.09 Trifolium repens 0.08 Erigeron annuus 0.07 Festuca arundinacea 0.07 Poa pratensis 0.05 Artemisia dubia Phragmites communis (Pc) Arenaria serpyllifolia Humulus japonicus Carex dispalata var. dispalata (Cd) 0.70 Penthorum chinense 0.08 Persicaria sagittata 0.05 Lythrum anceps Mosla dianthera 0.03 Acorus calamus 0.03 Juncus effusus var. decipiens 0.03 Glycine soja Aeschynomene indica 0.02 Iris pseudacorus (Ip) 0.52 Bidens frondosa Scirpus radicans 0.09 Persicaria thunbergii 0.07 Nymphoides peltata (Np) Leersia japonica Nymphaea tetragona (Nt) 0.93 Potamogeton maackianus (Pm) Hydrocharis dubia Typha angustifolia (Ta) 0.60 Zizania latifolia 0.05 균등도지수는 0.19에서 0.86까지 나타났으며 새우가 래 군집에서 가장 높았다 (Table 3). 전체적으로 군집 의 다양도지수가 낮은 편이긴 하지만, 출현종 수가 많고 각 종의 피도가 비교적 고른 군집에서는 다양도 지수가 높았음을 알 수 있었다. 습지에서 일반적으로 미소환경이 다양하게 유지된다면 각 군집에 서식할 수 있는 식물종수가 증가하여 다양도지수가 높아질 것이다. 우점종의 키는 갈대의 평균 키가 200 cm로 가장 컸으며, 벌개미취의 평균 키가 20 cm로 가장 작았다 (Table 3). 또한 벌개미취 군집과 삿갓사초 군집의 평 균 수심은 0 cm 이었으며, 노랑어리연꽃 군집의 평 균 수심이 120 cm, 수련 군집의 평균 수심이 93 cm 로 나타났다 (Table 3). 각 군집마다 생육지의 평균 수심이 다양하며 수심에 따라 출현종이 달라졌다. 식생자료를 이용한 다변량분석인 DCA 결과를 살

70 60 D. Son et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Table 3. Species diversity, height of dominant plants, and water depth at the plant communities of a 15-year-old artificial wetland. Community (Abbr.) No. of species Shannon Diversity Index Evenness Index Height of dominant species (cm) Water depth (cm) Aster koraiensis (Ak) Carex dispalata var. dispalata (Cd) Iris pseudacorus (Ip) Nymphoides peltata (Np) Nymphaea tetragona (Nt) Phragmites communis (Pc) Potamogeton maackianus (Pm) Typha angustifolia (Ta) Table 4. Evaluation of wetland status using wetland indicator indices at the plant communities of a 15- year-old artificial wetland. Fig. 3. Ordination biplot of DCA (detrended correspondence analysis) based on the plant communities at the study site. The angle and length of the radiating arrow indicate the direction and the strength of relationships of the water depth with the ordination scores. The circles represent the plant species and the each abbreviation indicates the species for which coverage is over 10%. Abbreviations are in Fig. 2. 펴보면 (Fig. 3), 수심에 가장 영향을 받는 식물 종은 새우가래와 노랑어리연꽃으로 나타났다 (p < 0.01). 새우가래는 평균 수심 80 cm 이상인 곳에서, 노랑어 리연꽃은 평균 수심 120 cm인 곳에서 서식하고 있었 다. 결과적으로 습지에서 수심이 식생의 종류를 결 정하는 가장 중요한 요인중의 하나인 것으로 파악되 었다. 각 식물 군집의 습지 유지 상태를 알아보기 위하여 군집별 습지지수 (CTWI) (Coles Ritchie et al. 2007) 를 구하였다 (Table 4). 벌개미취 군집의 습지지수는 18로서 절대육상으로 판명되었고, 삿갓사초 군집의 습지지수는 74, 노랑꽃창포 군집의 습지지수는 83으 Community (Abbr.) Nymphoides peltata (Np) 100 Nymphaea tetragona (Nt) 100 Potamogeton maackianus (Pm) 100 Typha angustifolia (Ta) 100 Phragmites communis (Pc) 99 Iris pseudacorus (Ip) 83 Carex dispalata var. dispalata (Cd) 74 Wetland indicator Index* Status Obligate wetland Obligate wetland Obligate wetland Obligate wetland Obligate wetland Facultative wetland Facultative wetland Obligate Aster koraiensis (Ak) 18 upland *Wetland indicator index is in the range of 1 (upland) 100 (wetland). 로 두 곳은 임의습지로 나타났다. 노랑어리연꽃 군집, 수련 군집, 갈대 군집, 새우가래 군집, 애기부들 군집 은 모두 절대습지임을 알 수 있었다. 습지에서 천이가 진행됨에 따라서 일반적으로 수 심이 얇아지는데, 이러한 수심의 변화에 따라서 식물 종다양도가 변할 것으로 예상된다. 본 연구의 결과에 따르면 통계적으로 유의하지는 않지만 수심이 얇아 짐에 따라서 종수와 종다양성이 증가하는 경향이었

71 D. Son et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): (a) Water depth and no. of species (b) Water depth and species diversity (c) Wetland indicator and no. of species (d) Wetland indicator and species diversity Fig 4. Relationships between water depth or wetland indicator index and species diversity at the plant communities of a 15-year-old artificial wetland. 다 (Fig. 4). 또한 절대습지 식생에서는 종수와 종다 양성이 낮거나 높은 다양한 범위를 나타내지만 육상 식생인 경우는 대체로 종다양성이 높은 것으로 나타 났다 (Fig. 4). 수심이 깊은 곳에서는 식물이 단종으 로서 조각상 (patchy)을 형성하므로 종다양성이 낮은 경우가 흔하지만, 대기에 노출된 육상에서는 물 환경 보다는 토양의 다양한 변이와 지형변화에 의하여 종 다양성이 높은 것으로 생각된다. 4. 결론 및 제안 충청북도 진천에 위치한 아썸 인공습지의 조성 15 년후의 식물상과 식생구조를 알아보았다. 2013년에 이루어진 조사에서 인공습지에 서식하고 있는 식물 은 총 93종으로 기록하였으며, 이중에서 절대습지ㆍ 임의습지식물의 비율 (40%)보다 절대육상ㆍ임의육 상식물 비율 (57%)이 약 17% 더 높은 것으로 보아 이미 육상화가 많이 진행되었음을 알 수 있었다. 외 래식물 비율은 16%로 높은 편은 아니지만, 생태계교 란종으로 지정된 미국쑥부쟁이가 서식하고 있어 관 리가 필요하다. 군집별 습지지수를 구한 결과, 벌개 미취 군집은 육상, 삿갓사초, 노랑꽃창포 군집은 임 의습지, 노랑어리연꽃, 수련, 갈대, 새우가래, 애기부 들 군집은 절대습지로 나타났다. 인공습지 조성 후 15년이 지나 습지 내 수심 감소 와 토양 퇴적물 증가에 따라 수생 및 습지식물의 비 율이 줄어들었음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 출현 식물상과 식생 피도, 수심 중심으로 분석을 하 였으나 추후 습지의 식생 군락의 면적변화 및 천이의 원인 등을 면밀히 연구하기 위해서는 토양수분, 토성, 유기물 함량, 수심변동 등 다양한 항목에 대한 분석 도 함께 수행되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과 15년간의 인공습지에서의 육역화 가 빠르게 진행되어 수생 및 습지식물이 감소하였다. 식물 및 저서생물, 어류, 조류 등의 생물 서식처를 유

72 62 D. Son et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): 지하기 위해서는 수위를 중점적으로 관리하여야 한 다. 주기적인 퇴적물 제거, 수문 관리를 통해 적절한 수위가 유지될 수 있다면 습지 환경에 맞는 습지 식 물, 토양의 생지화학적 조건들이 적절히 수반될 수 있고 (Mitsch et al. 2005) 저서 생물, 어류 등이 정착 하여 인공습지가 생물 서식처로서의 기능을 다할 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 적정 수위 유지는 육상 식 물의 정착, 확산을 방해하여 습지 천이를 지연시킬 수 있다. 인공습지 조성시에는 수변부의 수심, 경사도, 기저 등의 환경 구배가 완만하게 변하도록 계획하여야 한 다. 미소지형이 완만하게 변할수록 이에 적응할 수 있는 다양한 수생ㆍ습지식물을 선별하여 식재할 수 있으며 식물종 다양성도 높아질 수 있다. 인공습지에 서 식생과 지형이 다양해지면 다른 동물들의 서식처, 번식처, 휴식처로서의 기능도 향상될 수 있으므로 수 변부가 급변하지 않게 완경사로 조성하도록 한다. References Bulla, L An index of evenness and its associated diversity measure. Oikos 70: Casanova, M.T. and Brock, M.A How do depth, duration and frequency of flooding influence the establishment of wetland plant communities? Plant Ecology 147: Choung, Y.S., Lee, Y.T., Cho, K.H., Joo, K.Y., Min, B.M., Hyun, J.O., and Lee, K.S Categorizing Vascular Plant Species Occurring in Wetland Ecosystems of the Korean Peninsula. Center for Aquatic Ecosystem Restoration, Chuncheon, Korea. (in Korean) Coles Ritchie, M.C., Roberts, D.W., Kershner, J.L., and Henderson, R.C Use of a wetland index to evaluate changes in riparian vegetation after livestock exclusion. Journal of American Water Resources Association 43: Cronk, J.K. and Fennessy, M.S Wetland Plants: Biology and Ecology. CRC Press, Boca Raton, FL., USA. Gersberg, R., Elkins, B., Lyon, S., and Goldman, C Role of aquatic plants in wastewater treatment by artificial wetlands. Water Research 20: Hill, M.O. and Gauch, Jr, H.G Detrended correspondence analysis: An improved ordination technique. Vegetatio 42: Hoeltje, S.M. and Cole, C.A Losing function through wetland mitigation in Central Pennsylvania, USA. Environmental Management 39: Kim, C.H., Choi, Y.E., Kim, J.W., Myung, H., and Lee, S.I year change of vegetation and life form at the man-made wetland in Sinpyeoncheon City. Korean Journal of Environment and Ecology 25: (in Korean) Kim, C.H., Kang, E.O., Choi, Y.E., Park, B.M., and Baek, J.S Flora and life form of 4 man-made wetlands in Gunsan City. Journal of the Environmental Sciences 20: (in Korean) Kim, H.Y., Kim, M.H., Choi, H.K., Lyang, D.Y., Shin E.J., Lee, K.S., and Yi, H.B Changes of vegetation structure according to the hydro-seral stages in the east coastal lagoons, Korea. Journal of Wetlands Research 12: (in Korean) Kim, C.H. and Myung, H A 4-year follow-up survey of flora at the human-made wetlands along Boknaecheon of Juam Lake. Journal of the Korean Society for Environmental Restoration and Revegetation Technology 11: (in Korean) KFS Korean Plant Names Index. Korea Forest Service, Korea. Assessed 30 August (in Korean) Kwon, O.B A Study on the Improvement of Water Quality and Restoration of Ecosystem in the Lakes and Marshes with Vegetated Artificial Floating Island. Master Dissertation, Hanyang University, Seoul, Korea. (in Korean) Lee, T.B Colored Flora of Korea. Hyangmoon Publishing Co. Ltd., Seoul, Korea. (in Korean). Lee, Y.M., Park, S.H., Jung, S.Y., Oh, S.H., and Yang, J.C Study on the current status of naturalized plants in South Korea. Korean Journal of Plant Taxonomy 41: (in Korean) Lee, G.J. and Sung, K.J Effects of floating and submerged plants on important water environments of wetland. Journal of Wetlands Research 15: (in Korean) Mitsch, W.J., Zhang, L., Anderson, C.J., Altor, A.E., and Hernández, M.E Creating riverine wetlands: Ecological succession, nutrient retention, and pulsing effects. Ecological Engineering 25: Park, S.H New Illustrations and Photographs of Naturalized Plants of Korea. Ilchokak Publishing Co., Ltd., Seoul, Korea. (in Korean) R Development Core Team R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing. Assessed 30 August Raulings, E.J., Morris, K.A.Y., Roache, M.C., and Boon, P.I The importance of water regimes operating at small spatial scales for the diversity and structure of

73 D. Son et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): wetland vegetation. Freshwater Biology 55: Song, I.G. and Park, S.J Flora of Gonggeom-ji Wetlands Protection Area (Sangju-si, Gyeongsangbukdo). Journal of Wetlands Research 15: (in Korean) Tiner, R.W The concept of a hydrophyte for wetland identification. BioScience 41: Valk, A.G. v. d., Squires, L., and Welling, C.H Assessing the impacts of an increase in water level on wetland vegetation. Ecological Applications 4: Weller, M.W Freshwater Marshes. University of Minnesota Press, Minneapolis, USA. Woodward, R.T. and Wui, Y.S The economic value of wetland services: a meta-analysis. Ecological Economics 37:

74 Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Online ISSN: ORIGINAL ARTICLE 지속가능한 해삼 양식장 조성을 위한 생태적합 서식처 모형 개발 Development of Ecologically Suitable Habitat Model for the Sustainable Sea Cucumber Aquafarm 오윤화ㆍ강민선ㆍ위진희ㆍ이인태* 해양수산정책기술연구소 Yoon Wha Oh, Min-Seon Kang, Jin Hee Wi and In Tae Lee* Research Institute for Coastal Environment & Fishery-Policy Center, Gwangju , Korea Received 4 March 2015, revised 11 March 2015, accepted 20 March 2015, published online 31 March 2015 ABSTRACT: We investigated the tidal current, hydrographic data, and benthic environment of major sea cucumber (Holothuroidea, de Blainville, 1834) habitats in Baengnyeongdo, Jindo and Uljin to understand the optimal environmental or ecological habitat for sea cucumbers. The three study areas were characterized by a cold-water mass of temperatures ranging 12~18, with an active circulation between the surface and deep waters. According to an analysis of the tidal current map, a strong flow velocity of 100~120 cm s -1 appeared in Baengnyeongdo and Jindo. The three sea cucumber habitats showed the common characters of a bottom sediment composed of sand-silt, a diverse seaweed colony and benthic organisms, and boulders and rocks which provide a hideout for the organisms. We aimed to draw the optimal habitat condition for sea cucumbers in Korea, and the result showed that the low water temperature, rapid water flow, active vertical mixing between surface and deep waters, bottom composed by sand-silt, large rocks, and diverse seaweed colony and benthic organism were important factors. The optimal habitat for Juvenile sea cucumbers was the intertidal areas characterized by a muddy bottom, reef, and seaweed. The optimal habitat for adult sea cucumbers was characterized by a place where sand and mud are mixed, and the body size of the sea cucumber was proportional to water depth, and the relatively large boulders and rocks compared to the intertidal area. KEYWORDS: Benthos, Ecological model, Sea cucumber, Seawater temperature, Seaweed 요 약: 본 연구는 우리나라 생태환경에 맞는 해삼(Holothuroidea, de Blainville, 1834)의 생태적합서식 모형을 개발하고자 해삼의 주요 서식지인 백령도, 진도, 울진 해역의 수치조류도, 해황 및 저서환경을 조사하였다. 조사결과, 수온은 12~18 정도로 모두 냉수대 지역이며 표층과 저층 사이의 해수 순환이 활발하였다. 백령도와 진도의 수치조류도 분석 결과, 해수 흐름이 100~120 cm s -1 정도로 강한 유속장이 형성되는 특징을 보였다. 또한 세 지역 모두 저서에는 은신처 역할을 하는 암반과 전석 등이 고루 분포하며 다양한 해조류 군락 및 저서생물이 해삼과 함께 서식하였다. 이와 같이 해삼 서식처의 공통적인 특징을 바탕으로 사니질 저질, 다양한 해조류 군락, 저서동물 그리고 암반과 전석 등이 고루 분포하는 형태의 해삼생태적합서식처 모형을 개발하였다. 본 모형의 치삼 서식지는 조간대 지역으로 암초 및 해조류가 분포하며, 퇴적물의 구성은 펄질로 나타내었으며 성삼 서식지는 사질과 니질이 만나는 곳에서 가장 많은 해삼 분포와 수심이 깊어질수록 큰 개체를 나타내었다. 또한, 조간대보다 큰 전석과 해조류가 다수 분포하는 형태로 나타내었다. 핵심어: 저서생물, 생태학적 모형, 해삼, 수온, 해조류 *Corresponding author: itlee63@daum.net c Korean Society of Ecology and Infrastructure Engineering. All rights reserved. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 64

75 Y.W. Oh et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): 서 론 해삼은 순수목 (Aspiodchirotida) 돌기해삼과 (Stichopodidae) 돌기해삼속 (Stichopus)에 속하고 한반도 전 연안에 분포하며 연간 생산량은 약 2~3천톤 정도 이다. 최근 중국의 해삼 수요량이 증가하면서 국내 해삼 수출도 증가하고 있어 주요 수출 품목으로 부각 되고 있다. 그러나 대부분 자연산 채취에 의존하고 있어 자원고갈의 위기에 처해 있으며 환경오염 등으 로 인하여 수출수요에 비해 생산량이 크게 부족한 실 정이다. 또한 해삼은 양식기술이 복잡하여 그 성공사 례가 드물며 우리나라 해삼 양식기술은 산업화 기술 개발 초기단계로 이미 양식기술이 정착되어 있는 중 국이나 일본에 비해 크게 뒤떨어지는 상황이다. 양식생물로서의 해삼에 대한 연구는 비교적 근래 에 시작되었기 때문에 성장과 양식 환경 조건에 관한 정보가 부족한 실정이다. 해삼양식산업을 발전시키기 위한 해삼의 생리, 생태에 관한 기초 연구와 우리나라 의 해삼 서식지 환경 및 모형에 대한 연구가 아직 충 분히 이루어지지 않은 상태이다 (Lee and Park 1999, Park et al. 2007). 따라서 본 연구에서는 동해, 서해, 남해의 대표적인 해삼 서식지의 서식환경을 조사하 여 서식적지 조건을 규명하고, 그 동안 국내외에서 조사된 자료 (Choi 1963, Motogawa 2011)를 종합하 여 국내에 적합한 해삼서식지 모형을 만들어 해삼 양 식업의 기초자료로 활용하는데 그 목적을 두고 있다. 2. 연구방법 2.1 조사지역 해삼은 수온이 차가운 곳을 선호하기 때문에 우리 나라의 대표적인 해삼 생산지는 냉수대가 발달한 백 령도, 울진, 진도 해역이다. 따라서 이 지역을 해삼 양식의 생태학적 조건을 탐색하기 위한 조사지역으 로 선정하였다. 각 조사대상 지역에 대한 특징은 Table 1 및 Fig. 1과 같다. 2.2 조사방법 Fig. 1. Map showing the study area and the sampling sites. 해삼은 부착형태에 따라 5종류로 구분되며 그 중 우리나라에 주로 서식하는 하는 것은 A type과 D type이다. 본 연구는 이 두 종류의 해삼을 조사 대상 으로 하였다 (Fig. 2). 해삼 서식지의 생태환경을 파악하기 위하여 주 서 식지 해역의 해양환경, 생태환경 그리고 해수유동 상 태를 조사하였다. 주변 해역의 해양환경 조사는 국립 Table 1. Location and sea conditions of the study sites. Location East Sea South Sea West Sea Osan-ri, Wonnam-myeon, Uljin-gun, Gyeongsangbuk-do Daemado-ri, Jodo-myeon, Jindo-gun, Jeollanam-do Nampo-ri, Baengnyeong-myeon, Ongjin-gun, Incheon Sampling date 5 May, May, May, 2012 Coordinates N E 34 15' 814" N ' 228" E 37 55' 280" N ' 635" E Seabed temperature ( ) Seawater depth (m) Sediment Sand Sandy mud Sandy mud

76 66 Y.W. Oh et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Fig. 2. Different types of a sea cucumber (Okumura, 2012). A: attached to the benthic zone, B: buried in the benthic zone, C: buried, leaving only their anus, D: attached to rocks, E: floating with the ocean currents. 수산과학원의 자료를 활용하였으며, 조류분포의 분 석에는 국립해양조사원의 수치조류도를 활용하였다. 해삼 서식지의 생태환경은 전문 다이버를 동원하여 약 1시간 이상을 조사하였으며, 해삼, 해조류, 저서 동물, 퇴적물조성, 암석의 분포 등을 비디오 촬영 후 샘플을 채취하였다. 채집된 샘플은 모두 실험실로 운반하여 분류하고 동정하였다. 해삼 서식지의 최적 조건은 해삼섬 조성을 위한 해삼 서식장 적지조사 결과보고서 (FRI 2014) 와 환경정책기본법 시행령 을 참고하여 본 연구결과와 비교 분석한 후 우리나 라의 해삼이 서식할 수 있는 환경조건을 제시하고 해삼 생태서식지 모형의 모식도는 Adobe Photoshop 7.0 (Adobe Systems, San Jose, CA)을 사용하여 작 성하였다. 3. 결 과 3.1 백령도에서의 서식환경 백령도 주변해역의 대조기 시기의 조류 분포를 살 펴보면 고조에서 낙조류로 변하면서 남서류 계통의 흐름이 백령도 외해역에서 들어오며 백령도와 옹진 반도 사이에서는 북쪽으로 향하는 조류 흐름이 발생 하였다. 낙조류에 접어들어서는 외해역 북쪽으로 조 류 흐름이 존재하였고, 옹진반도 아래에서는 동쪽에 서 빠져 나오는 조류 흐름이 발생하였다. 흐름의 세 기는 연안에서 100~120 cm s -1 정도로 강하며 외해 역으로 갈수록 80~100 cm s -1 정도로 약화되었다. 특 히, 옹진반도와 백령도 사이의 주변 해역에서는 강한 유속장이 형성되었다. 고조에서 창조류로 변하면서 일시적으로 외해역으로 빠져나가는 조류 흐름이 나 타나며, 남쪽방향의 유향분포를 나타내는 100~120 cm s -1 정도의 강한 조류가 백령도와 웅진반도쪽에서 형성되었다 (Fig. 3). 백령도 지역의 10년간 (2004~2013년) 수온변화를 살펴보면 표층수온의 경우 1.2~24.6 를 보였다. 이 는 기온변화 패턴에 맞추어 여름철에는 21~25 를 보였으며 겨울철에는 1~4 의 수온을 나타내었다. 저층 수온은 1.2~24.0 로 표층 수온과 유사하여 해 수 순환이 원활하여 해삼 서식에 적합하다 (Fig. 4). 염분의 경우 표층 염분은 28.5~32.3 psu를 보였으며 여름철에 28~30 psu의 저염분을 나타내며 특히, 5월 에 31 psu로 상당히 높은 염분상태를 나타내었다. 저 층 염분은 28.6~32.3 psu를 보였으며, 여름철에 낮고 봄, 가을, 겨울에 높았다. 이는 여름철에 집중강우로 인해 염분이 저하되고, 갈수기 시기인 봄, 가을, 겨울 에는 염분이 높아진다. 총질소 (total nitrogen)는 표 층에서 127.0~1,227.6 μg L -1 이며, 저층에서 85.0~ μg L -1 으로 나타났다. 계절에 따른 큰 변동성을 보이지 않았지만 갈수기에 총질소의 농도가 다소 높 은 경향을 보였다. 총인 (total phosphorus)은 표층에 서 9.9~112.7 μg L -1 이며 저층에서 14.3~123.3 μg L -1

77 Y.W. Oh et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Fig. 3. Tides and currents maps of the coastal area of Baengnyeongdo. 이다. 특히, 갈수기인 2월과 5월에 일시적으로 높은 경 향을 보였다. 클로로필 a (chlorophyll-a)는 표층에 서 0.08~10.76 μg L -1 이며 저층에서 0.13~26.66 μg L -1 로 2, 5, 11월에 높은 경향을 보였다. 부유물질 (suspended solid)은 표층에서 1.6~51.1 mg L -1 이며, 저층 에서 1.2~70.2 mg L -1 정도로 겨울철에 다소 높게 나 타났다. 백령도 해역은 울진이나 진도보다 고위도이며 우 리나라의 대표적 냉수대 해역으로 3개 지역 중 수온 이 가장 낮아 해삼이 서식하기에도 가장 유리하다. 백 령도 연구 지점에서 서식하는 생물 중 다시마 (Laminaria japonica), 그물바탕말과 (Dictyota dichotoma), 미역 쇠 (Petalonia binghamiae), 미동정 해조류 (1 종) 등을 채취하였으며, 비디오 분석 결과 갈조강 (Phaeophyceae) 그물바탕말과 해조류가 우점하였다 (Fig. 6). 백령도 는 동해안의 울진과 비교하여 상대적으로 탁도가 높 으나, 해조류 분포가 적고 불가사리류 (Asteriidae), 소라게 (Pagurus samuelis) 등이 다른 지역에 비하여 다수 관찰되었다 (Fig. 6). 해저퇴적물은 사니질이며 굴이나 조개 둥의 패각이 많이 섞여 있었다. 이곳에 서 채취된 해삼 (27개체)은 평균 무게는 138 g으로 섭식과 배설활동이 활발하였다 (Fig. 5). 백령도 지역의 해삼 서식지 특징은 주변해역이 100~120 cm s -1 로 강한 유속장이 형성되어 있어 표 층과 저층의 해수순환이 활발하여 냉수대 조건이며 다시마, 그물바탕말과, 미역쇠 등 다양한 해조류 군 락이 형성되었다. 또한 저질은 패각이 많이 섞여 있 는 사니질이며 불가사리류, 소라게 등 다양한 저서생 물이 분포하고 있었다. 위의 조사결과를 바탕으로 백 령도 해역의 해삼서식지에 대한 모식도를 Fig. 7와 같이 나타내었다. 모형에서 보는 바와 같이 저질은 사니질이며 바위와 전석들이 고루 산재되어 있는 가 운데 바위 위에 그물바탕말과 해조류가 다수 분포되 어 있다. 또한, 성게 (Echinoidea), 불가사리류, 가리 비 (Propeamussiida), 소라게 등 일부 저서생물이 해 삼과 함께 서식하고 있는 모습이다. 3.2 진도에서의 서식환경 진도 주변해역의 대조기 조류 분포를 살펴보면 고 조에서 낙조류로 변하면서 북서류 계통의 조류 흐름 이 진도 외해역에서 들어오며 특히, 조도군도와 진도 사이에서는 강한 유속장이 형성되어 있다. 낙조류에 접어들면서 외해역에서 남쪽으로 흐르는 조류 흐름 과 동쪽으로 빠져 나가는 조류 흐름이 발생한다. 진

78 68 Y.W. Oh et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Fig. 4. Seawater properties of the coastal area of Baengnyeongdo. Blue bar: surface water, red bar: m depth.

79 Y.W. Oh et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Feeding Excretion Fig. 5. Sea cucumber activities in Baengnyeongdo. Fig. 6. Benthic species live on the sea cucumber habitat in Baengnyeongdo. A: Asteriidae and Pagurus samuelis, B: Algae, Echinoidea and Propeamussiidae, C: rocks and boulders. 도와 조도군도 사이의 조류 흐름은 120 cm s -1 이상으 로 매우 강하며 조도군도 주변해역도 100~120 cm s -1 세기 정도였다. 그러나, 외해지역은 60~80 cm s -1 정 도로 조류 흐름이 약해지며 고조에서 창조류로 변하 면서 외해역은 일시적으로 남서류가 형성되었지만, 진도와 조도군도 사이에서는 북서류 흐름이 발생한 다. 창조류가 점차 강해지면서 외해역과 진도 서쪽 해역 사이에서 북쪽으로 흐르는 조류 흐름이 발생하

80 70 Y.W. Oh et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Fig. 7. Ecological model of sea cucumber habitat in Baengnyeongdo. Fig. 8. Tides and currents maps of the coastal area of Jindo. 며 진도 연안해역 남쪽에서는 해남에서 전파되어온 조류가 남동쪽으로 흐른다. 최강유속은 조도군도 사 이에서 100~120 cm s -1 정도의 유속을 나타내었고 외해역 부근은 60~80 cm s -1 정도였다 (Fig. 8). 진도 지역의 2004년에서 2013년까지 10년간 수온 변화를 살펴보면 표층수온의 경우 6.1~26.1 를 보 였다. 이는 기온변화 패턴에 맞추어 여름철에는 21~ 26 의 고수온을 보였으며 겨울철에는 6~9 의 저 수온을 나타내었다. 저층 수온은 6.0~25.6 로 표층 수온과 유사한 변화 패턴을 보였다 (Fig. 9). 염분의 경우 표층 염분은 18.3~35.3 psu 정도로 저염분 상태 이며, 저층은 30.1~35.3 psu 정도의 고염분이다. 여 름철 표층 염분은 18~32 psu의 저염분을 나타내었으 며 특히, 봄철에 가장 높은 염분 상태를 보였다. 이는 여름에 집중강우로 인해 염분이 저하되고 봄, 가을, 겨울에는 염분이 높아지는 우리나라 연안의 전형적 인 특성과 같다. 그러나, 저층의 염분상태가 높아 다 른 조사지역에 비해 표층의 영향을 덜 받는 것으로

81 Y.W. Oh et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Fig. 9. Seawater properties of the coastal area of Jindo. Blue bar: surface water, red bar: m depth.

82 72 Y.W. Oh et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Table 2. Annual minimum maximum seawater temperature ( ) by water depth in Jindo ( ). Year Water depth (m) Min/Max from 2006 to Feeding Living Fig. 10. Sea cucumber activities in Jindo. Excretion 나타났다. 총질소는 표층에서 70.0~1,204.2 μg L -1 이 며, 저층에서 94.0~1,236.3 μg L -1 로 양쪽 층간에 유 의한 차이를 보이지 않았다. 이와 같이 계절변화에 따 른 뚜렷한 변화는 없으나 2005년에서 2009년 사이에 총질소 농도가 매우 높았으며 그 이후 다시 떨어지는 경향을 보였다. 총인은 표층에서 10.0~195.0 μg L -1 이며, 저층에서 10.0~107.0 μg L -1 로 두 층이 거의 비 슷하였으며 다른 조사지역과 유의한 차이는 보이지 않았다. 클로로필 a는 표층에서 0.11~10.14 μg L -1 정 도이며, 저층에서 0.06~9.91 μg L -1 정도로 특히, 봄 과 여름에 일시적으로 높았지만 그 외 기간은 다른 지역에 비해 낮았다. 부유물질은 표층에서 mg L -1 정도이며 저층에서 mg L -1 정도로 봄과 여름에 일시적으로 높게 나타났으나 다른 지역 에 비해 편차가 커서 유의하지는 않았다 (Fig. 9). 진도 조사지점의 수심은 약 1 5 m의 범위이며 한 국해양자료센터의 해수 온도 자료를 참고하였을 때 냉수대가 존재함을 알 수 있었다 (Table 2). 해삼이 주로 관찰된 곳의 저질은 사니질이며 이 지역에서 채 취된 해삼 (25개체)의 평균 무게는 174 g으로 다른 지역에 비해 가장 높은 수치이다. 진도 조사해역의 수중관찰 결과는 Fig. 10 및

83 Y.W. Oh et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Fig. 11. Benthic species on the sea cucumber habitat in Jindo. A: Asteriidae and Echinoidea, B: algal communities, C: rocks and boulders. Fig. 11과 같다. 진도 해역의 해조류는 잘피 (Zostera marina), 우뭇가사리 (Agar), 잎꼬시래기 (Gracilaria textorii), 마디잘록이 (Lomentaria catenata), 톳 (Seaweed), 미역쇠, 참곱슬이 (Plocamium), 갈파래 (Ulvaceae) 등이 관찰되었으며 우뭇가사리가 우점하 였다. 동해안에 비하여 탁도가 높고, 다양한 크기의 전석이 많이 관찰되었다. 또한, 성게류 (Echinoidea), 군소 (Aplysia kurodai) 등 다양한 저서생물이 서식 하며 주로 암반 위와 밑에서 해삼이 발견되었다. 위와 같이 진도해역의 해삼 서식지 특징은 100~ 120 cm s -1 세기의 강한 유속, 냉수대 형성, 사니질 저질을 나타내었다. 또한 우리나라의 전형적인 해양 환경의 특성을 나타내었으며 잘피, 우뭇가사리 등 다 양한 해조류 군락과 암반 등이 발견되었다. 본 결과를 바탕으로 진도 해역의 해삼서식지 생태 환경에 대한 모식도를 Fig. 12과 같이 도식화하였다. 사니질 저질에 다양한 크기의 바위와 전석들이 분포 하고 그 주변에 다양한 해조류가 서식하고 있는 것을 나타내었으며 특히, 해초인 잘피의 서식이 다른 지역 과 구별되는 부분이다. 또한 성게류, 불가사리류 등 다양한 저서생물과 함께 암반 위와 퇴적물에서 해삼 이 서식하는 모습을 나타내었다. 3.3 울진에서의 서식환경 울진 지역의 2004년부터 2013년까지 10년간 수온 변화를 살펴보면 표층수온의 경우 7.6~25.9 를 보 였다. 이는 기온변화 패턴에 맞추어 여름철에는 20~26 의 고수온을 보였으며 겨울철에는 7~10 의 저수온을 나타내었다. 저층 수온은 표층과 달리 3.0~16.1 정도로 수온약층이 형성되어 열교환 차단 이 이루어지고 있었다 (Fig. 13). 염분의 경우 표층 염분은 31.3~34.3 psu 정도이며, 저층염분은 31.8~ 34.4 psu를 보였다. 여름철에 일시적으로 31 psu정도 로 높아지지만 변동성은 크지 않은 것으로 분석되었 다. 총질소는 표층에서 43.0~843.0 μg L -1 정도이며,

84 74 Y.W. Oh et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Fig. 12. Ecological model of sea cucumber habitat in Jindo. 저층에서 22.0~500.7 μg L -1 정도로 표층에 비해 저 층이 약간 높았으며, 다른 조사지역에 비해 상대적으 로 낮았다 (Fig. 13). 총인은 표층에서 4.9~46.0 μg L -1 정도이며, 저층에서 6.0~77.5 μg L -1 정도로 계절변 동성이 보이지 않았으며, 다른 조사지역에 비해 상대 적으로 낮은 값을 보였다. 클로로필 a는 표층에서 0.08~ 3.12 μg L -1 정도이며, 저층에서 0.16~7.76 μg L -1 정도로 표층과 저층간 차이가 크지 않고 다른 지역에 비해서 상대적으로 낮았다. 부유물질은 표층에서 0.6~ 14.4 mg L -1 정도이며, 저층에서 1.0~23.2 mg L -1 정도 로 계절변동성을 보이지 않으며 다른 지역에 비해 높 은 투명도를 나타내었다 (Fig. 13). 울진지역의 해삼은 주로 20m 수심에서 채취하였 으며, 연중 수온은 6 23 의 범위를 나타내었다 (Table 3). 이곳은 백령도나 진도지역과 비교하여 암 반의 크기가 상대적으로 크며 산재하여 분포하는 특 징이 있었다. 이 지역에서 채취된 해삼 (25개체)의 평 균 무게는 121 g으로 세 조사지역 중 가장 가벼웠다. 울진 지역의 해삼 서식지 저서 관찰 모습은 Fig. 14 및 Fig. 15와 같으며, 다른 지역에 비하여 수심이 깊고, 낮은 탁도를 보여 해저 관찰이 용이하였다. 서식하고 있는 해조류는 구멍쇠미역 (Agarum clathratum), 갈 고리아크로소리움 (Acrosorium uncinatum), 보라잎과 (Phycodrys sp.), 관절매물고둥 (Neptunea arthritica), 우렁쉥이과 (Halocynthia sp.) 등이며, 이 중 구멍쇠 미역이 우점하였다. 그밖에 저서생물 중 불가사리류, 말미잘류 (Heteractis aurora) 그리고 산호 (Fungiidae) 등이 관찰되었으며, 해삼은 주로 암반 위, 퇴적물, 해 조류 사이에서 발견되었다. 위와 같이 울진해역의 해삼 서식지 특징은 20 m이 상의 깊은 수심에서 해삼이 발견되며 서해와 남해에 비해 암반 크기가 비교적 크고 갈고리아크로소리움 과 구멍쇠미역 등 다양한 해조류 군락과 함께 산호 등 다른 저서생물이 서식하였다. 본 조사결과를 바탕으로 울진 해역의 해삼서식지 에 대한 모식도를 Fig. 16와 같이 나타내었다. 사니질 저질에 여러 크기의 바위와 전석들이 분포하고 그 주 변에 다양한 해조류가 서식하는 것을 나타내었으며 특히, 구멍쇠미역의 우점이 다른 지역과 구별되는 부 분이었다. 또한 불가사리류, 말미잘류 등 다른 저서 생물과 암반 위나 퇴적물에 해삼이 서식하는 모습도 나타내었다. 4. 고찰 및 결론 본 연구는 우리나라 대표적 해삼서식지 (백령도, 울 진, 진도)의 서식환경을 조사 분석하여 국내에 적합한 해삼서식지 모형을 개발하고자 하였다. 그 결과 해삼 서식지 특징은 퇴적물 입도조성이 사니질 (점토 40%, 모래 60%)이며, 다양한 해조류와 암석이 고루 분포하 였다 (Fig. 7, Fig. 12, Fig. 16). 퇴적물 내의 유기물 함량은 2 5%정도이며, 관찰된 주요 해조류는 모자반 (Sagassum sp.), 지충이 (Sargassum thunbergii), 다시

85 Y.W. Oh et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Fig. 13. Seawater properties of the coastal area of Uljin. Blue bar: surface water, red bar: m depth.

86 76 Y.W. Oh et al. / Ecology and Resilient Infrastructure (2015) 2(1): Table 3. Annual minimum maximum seawater temperature ( ) by water depth in Uljin ( ). Year Water depth (m) Min/Max from 2006 to Feeding Fig. 14. Sea cucumber activities in Uljin. Excretion 마 (Lamimaria Japonica), 미역쇠 등이며 (Fig.6, Fig. 11, Fig. 15). 해삼은 주로 암석 위, 해조류 사이, 퇴적 물에서 활동이 활발하였다 (Fig. 5, Fig. 10, Fig. 14). 해삼 서식지는 저수온이고 조류 소통이 원활하며, 해저유속이 30 cm s -1 이하인 조건이 좋은 것으로 알 려진 것에 반해 백령도와 진도의 해삼 서식지의 유속 은 100~120 cm s -1 정도로 세기가 강하여 해삼이 유 실될 우려가 있다 (Fig. 3, Fig. 8). 그러나, 이로 인해 해수 순환이 활발하여 표층의 수온이 낮아져 해조류 가 다른 지역보다 오래 서식할 수 있는 장점이 있었 다. 다양한 해조류 서식은 해삼에게 은신처나 유기물 공급을 증대시키기 때문에 빠른 유속을 가진 해역이 지만 오히려 해삼의 성장에 도움을 준 것으로 사료 된다. 해삼 생태 환경의 조사 결과와 기타 참고문헌을 바 탕으로 해삼 서식에 필요한 양식장의 적지 조건을 요 약하면 Table 4와 같다. 수질환경조건은 수온은 12~ 18, 염분은 28~34, 인산염과 용존무기질소는 해 역 등급 II 등급 기준으로 각각 0.05 mg L -1 이하, 0.6 mg L -1 이하이고, 용존산소와 ph는 각각 5.0 mg L -1 이상, 7.8~8.3 사이여야 한다. 저질 환경의 경우 모래 비율이 50~60%정도이며 저질 COD는 20 mg O 2 g -1 DM, AVS는 0.5 mg S g -1 DM 이하가 좋다. 퇴적물의 유기물은 2.6% 이상이어야 하며 COD와 AVS는 위 조건을 벗어나면 안 된다. 수심은 30 m 이하 지역이나 DL(-) 0 m ~ DL(-) 10 m까지이며, 해역의 특성에 따라 광 도달 수심을 중심으로 구분하 여 조성하는 것이 양호할 것이다. 또한, 담수유입의 영향이 적고 인근에 오염원과 부영양화 영향이 없으 며 풍파에 의한 은신처 유실이 없어야 한다. 해삼의 서식처는 은신처 역할을 할 수 있는 다양한 해조류군락, 암석이 넓게 분포하고 저질은 사니질이

87 Y.W. Oh et al. / Ecol. Resil. Infrastruct. (2015) 2(1): Fig. 15. Benthic species on the sea cucumber habitat in Uljin. A: Halocynthia sp., B: Sea anemone sp., C: Asteroidea sp., D: Coral sp., E: Algae, F: Agarum cribrosum. Fig. 16. Ecological model of sea cucumber habitat in Uljin. 며 조류소통이 좋고 용존산소가 풍부한 해역이었다. 치삼 시기에는 연안의 조장이나 암초지대 (조간대)에 서식하지만, 성장과 함께 성삼은 깊은 곳 (조하대)으 로 이동하는 특성을 가지는 것으로 추정되는데, 이는 Okumura and Takahashi (2012)의 연구 결과와도 잘 일치하였다. 해삼의 분포 경향은 수심이 얕은 장소에 서 소형의 개체, 깊은 장소에서는 대형개체가 많이 서식하는데 이것은 저질의 구성과도 밀접하게 관련