The Journal of
the Korean Society on Water Environment

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Journal of Korean Society on Water Environment

J. Korean Soc. Water Environ Vol. 39, No. 4, p.329-342

ISSN (print) :

2289-0971

ISSN (online) :

2289-098X

Received : 21 March 2023Revised : 06 May 2023Accepted : 09 May 2023

Publisher ID :

JKSWE-39-329

DOI :

10.15681/KSWE.2023.39.4.329

Spatio-temporal Distribution and Suspended Sediment Effects on Fish Flora in the Upper Basin of Soyang-Dam

소양댐 상류 유역 내 어류상의 시⋅공간 분포와 부유성 퇴적물 영향

유은진 (Eunjin Yu) ^aiD 안종호 (Jongho Ahn) ^b,†iD 이문환 (Moonhwan Lee) ^ciD 전동진 (Dongjin Jeon) ^diD

한국환경연구원 물국토연구본부 (Water & Land Research Group, Korea Environment Institute)

^a 연구원(Researcher), grace0840@naver.com, https://orcid.org/0009-0008-9925-3222

^b†,†Corresponding author : 선임연구위원(Chief Research Fellow), ahnjh@kei.re.kr, https://orcid.org/0009-0008-2323-0665

^c 부연구위원(Research Fellow), mhlee@kei.re.kr, https://orcid.org/0009-0004-5348-1060

^d 부연구위원(Research Fellow), djjeon@kei.re.kr, https://orcid.org/0000-0002-9342-2290

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Abstract

Turbid water and suspended sediment (SS) load are having negative consequences such as water quality degradation and ecological damage, thus necessitating the establishment of management guidelines to reduce their impact. The present work investigates the spatio-temporal distribution of fish species and the effects of turbid water from 2011-2016 in the upper reaches of Soyang-Dam. The family Cyprinidae is the largest population in the study area, among which Zacco platypus and Zacco koreanus are the dominant species. The diversity of species is relatively abundant in the upper watershed, while the seasonal effect on the population distribution remains unclear. Using two main common components of the empirical orthogonal function (EOF) analysis, the distribution characteristics of 27 species at five survey sites are revealed. Zacco koreanus is found to be predominant at the upstream A-Naerincheon, while Zacco platypus and Rhinogobius brunneus are found to be predominant at the upstream B-Bukcheon. Disturbance of an aquatic ecosystem has a relatively greater impact in the downstream, as—compared to the upper area—the high proportion of forest area is decreased whereas that of agricultural and urbanized areas is increased. The patterns of representative species are changed according to the mid- to long-term effects of turbid water and SS. Accordingly, the significant correlation between the SS load and fish distribution EOF analysis indicates that it should be considered as a potential alternative that can overcome the limitations of impact assessment on turbid water to the Fish Assessment Index (FAI). A comprehensive study examining the long-term effects of SS load to the fish ecosystems with a systematic statistical analysis of sufficiently accumulated data at the national level is needed as future research.

Key words

Aquatic ecosystem, EOF analysis, Fish species, Suspended sediment, Turbid water

1. Introduction

하천의 특성과 환경변화는 수질 및 수생태 등 물환경에 중⋅장기적인 영향을 미친다(^{Hong et al., 2019}; ^{Kim et al., 2009}). 생활환경기준 항목인 생물화학적산소요구량(BOD), 수소이온농도(pH), 부유물질, 총인(TP) 등 이화학적 수질 항목은 하천의 상태를 직관적으로 나타내지만, 채수 시점의 순간적인 현황이라는 한계가 존재한다(^{Gonçalves and Menezes, 2011}; ^{Metcalfe, 1989}). 반면, 생물 지표는 누적된 환경변화의 장기적인 영향이 반영된 결과이다(^{Karr, 1999}; Kenney et al., 2009; Kong, 2022; ^{Rosenberg and Resh, 1993}). 이 중 어류는 수체 내 먹이사슬 최상위 포식자로, 수명이 길고 이동범위가 넓어 하위생태계 및 물환경 변화가 미친 영향이 통합적으로 발달과정⋅군집 등에서 나타난다(^{Arthington et al., 2006}; ^{Han et al., 2007}; ^{Jowett and Boustead, 2001}; ^{Power et al., 1988}; ^{Suttle et al., 2004}; ^{Toft et al., 2018}; ^{Yoon et al., 2018}). 이에 유럽연합과 미국은 각각 Water Framework Directive (^{European Parliament and Council, 2000})와 National Aquatic Resource Surveys (^{U. S. EPA, 2022})를 통해 어류 군집(Fish Assemblage)을 포함한 하천의 생물학적 조사를 시행하고 있다. 우리나라도 어류와 함께 부착돌말류, 저서성 대형무척추동물, 수변 식생과 수변환경 등에 대한 수생태계 조사와 지표 개발을 통해 건강성을 평가하고 있으며(^{ME, 2022}), 이는 수질-수생태의 상관성 분석, 환경변화에 따른 수생태 변화예측 등 다양한 국내 연구에 활용되고 있다(^{Jo et al., 2015}; ^{Kim et al., 2018}; ^{Na, 2021}; ^{Park et al., 2019}; ^{Woo et al., 2019}; ^{Woo et al., 2018}).

최근 기후변화로 인한 강우의 빌생 강도와 빈도는 더욱더 증대되고 있으며(^{IPCC, 2022}), 이는 강우 유출과 함께 하천 및 호소 등의 수체에 유입되는 부유성 퇴적물(Suspended Sediment, SS)의 증가를 초래한다(^{Kayhanian et al., 2008}). 국내의 대표적 사례로서 북한강 상류의 소양강댐은 2006년 태풍 ‘에위니아’로 인해 댐 상류의 인제, 홍천 및 양구지역에 777 mm의 강한 집중호우가 발생하여 댐 방류수의 최고 탁도가 328 NTU까지 기록하며 8개월 탁수 현상이 지속된 바 있으며, 낙동강 상류의 임하댐은 2002년~2003년에 이어 2020년에도 3월 태풍 ‘마이삭’과 9월 태풍 ‘하이선’의 영향으로 400 NTU 이상의 고탁도가 호소 내 장기간 지속되기도 하였다. 이러한 고농도 SS는 수중 생태계의 먹이사슬에서 하부에 위치하면서 상위로 영양과 에너지를 전달하는 동물플랑크톤, 패류 등의 여과섭식에 장애를 유발하고 수서곤충의 생장에 피해를 주어 결국은 어류군집에 피해를 유발하는 것으로 조사되었다(^{Byeon et al., 2008}; ^{Kim and Jung, 2007}).

SS가 하천 생물상에 미치는 영향은 광범위하게 연구되어, 퇴적물의 증가가 수생태 건강을 감소시킨다는 강력한 예측 관계가 조사된 바 있다(^{Clapcott et al., 2011}; ^{Collins et al., 2011}; ^{Jones et al., 2012}; ^{Kemp et al., 2011}; ^{Wood and Armitage 1997}). 특히, 어류를 포함한 수생 생물이 고농도 혹은 장시간에 걸쳐 SS에 노출될 경우 산소공급 저하, 서식지 제한, 먹이활동 저해 등의 악영향이 있는 것으로 알려져 있다(^{Bilotta and Brazier, 2008}; ^{Davies-Colley and Smith, 2001}; ^{Kemp et al., 2011}; ^{Kjelland et al., 2015}; ^{Newcombe et al., 2003}; ^{Newcombe and MacDonald, 1991}; ^{Wood and Armitage, 1997}). 국내 연구에서도 수체 내 SS에 장기간 노출이 인해 생물서식지가 단순화되고 일차생산자를 매몰시켜 어란과 치어들의 부화율과 생존률이 감소 되고(^{Kim et al., 2007}). 어류의 아가미가 곤봉화 및 부종, 상피세포 박리 등으로 호흡 면적을 축소 시켜 어류의 건강성을 감소하는 것으로 확인 된 바 있다(^{Shin et al., 2009}).

그러나 SS에 대한 생태학적 임계값을 확인하거나 퇴적물 관리에 적합한 기준을 확인하려는 연구는 여전히 제한적이며, SS의 임계값이 물리적 기준과 실질적으로 다를 수 있어 다중 증거접근방식의 사용이 제안되고 있다(^{Benoy et al., 2012}; ^{Burdon et al., 2013}; ^{Jessup et al., 2014}; ^{Wagenhoff et al., 2011}). 특히, ^{Bilotta and Brazier (2008)}는 지난 50년 동안 포괄적 연구를 통해, SS가 세 가지 주요 범주의 수생 생물인 수생식물, 무척추동물 및 어류에 미치는 영향을 검토하여 수질 저하 및 생태 손상의 매우 중요한 원인임을 밝혔다. 또한, 후속으로 Billotta et al. (2012)에서 영국의 하천 퇴적물에 대한 장기 데이터(42가지 생태계 유형에 대한 638개 강 대상)를 분석하여 특징적인 SS의 기준 농도 조건이 지역 간에 현저하게 상이함을 보여주었으며, EU의 현재 표준값인 25 g/㎥이 대신 지역의 특성에 맞는 상대적인 지침의 필요성을 주장한 바 있다.

국내의 경우 유역의 환경조건과 강우유출 특성에 따른 하천의 수생태 영향 및 상관관계에 관한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 소양강댐 상류 유역을 대상으로 어류상 분포와 강우유출에 따른 SS와의 관계를 확인하고자 하였다. 소양강댐 상류 유역은 고랭지밭 토사 등 비점오염원의 유입 가능성으로 기후변화에 대한 취약성이 크고, 댐으로 인한 하천 연속성 단절 및 수체 성층화(^{Merz, 2013}) 영향이 있을 수 있다. 실제로 최근 3년 수생태계 건강성 조사(^{ME and NIER, 2022a})에서 상⋅하류의 어류 건강성 등급의 차이가 크게 나타난 바 있으며, 이와 같은 환경조건에서의 출현한 어류상 분포에 대한 시공간적 분석을 통해 강우량, 유량 및 SS 부하의 영향과 상관관계를 분석해보고자 한다.

2. Materials and Methods

2.1 연구대상 지역

소양강댐 상류 지역의 어류상에 대한 공간적 특성을 분석하기 위해 Fig. 1과 같이 북한강 지류인 내린천(A), 북천(B1), 인북천(B2) 지점과 소양강댐 유입(C) 및 방류 직하류(D) 지점을 선정하였다. 5차 하천인 내린천(A 유역)은 3차 하천인 북천(B1 유역)과 4차 하천인 인북천(B2 유역)과 합류하여 소양강으로 이어진다. 이때 내린천과 인북천이 합류하여 소양강댐 유입부까지의 유역이 C 유역, 소양강댐 방류부 인근의 측정지점까지가 D 유역이다.

Fig. 1. Map showing locations of watershed and sampling sites.

각 유역의 면적 및 대분류 토지피복 비율은 Table 1과 같다. 전체 대상유역을 모두 포함하는 D 유역의 면적은 2,707 ㎢로, 이 중 산림지역의 비중이 89.02%(2,409 ㎢)로 가장 높고, 다음으로 농업지역이 5.22%(141 ㎢)를 차지한다. 상류 유역에 해당하는 A와 B1의 경우 각각 92.71%(1,004 ㎢)와 95.51%(269 ㎢)로 산림지역이 높은 비중을 차지하고 있으며, 농업지역은 하류 지역인 B2와 C 유역이 타 유역에 비해 상대적으로 높다. 특히 B2 유역은 농업지역 비율이 9.37%(87 ㎢), B1 유역과 중첩되는 지역을 제외하면 13.01%(85 ㎢)로 타 유역과 비교했을 때 상대적으로 높게 나타난다. 초지와 나지는 각각 1.04%(B1)~1.95%(D)와 0.70%(A)~1.47%(B1)로 비슷하게 분포하고 있으며, 소양호를 포함하고 있는 D 유역(수역 1.99%, 습지 0.43%)을 제외한 나머지 유역에서 수역과 습지 또한 각각 0.22%(B1)~0.55%(A)와 0.20%(A)~0.26%(B2)로 비슷하게 나타난다. 대상 유역 중 시가화 지역은 가장 하류의 D 유역(0.40%, 11 ㎢)이 가장 많으나, 중첩 지역을 제외하면 그중 절반가량의 면적이 B2와 A에 각각 3.0 ㎢와 2.8 ㎢ 포함되어 있다.

Table 1. Watershed characteristics of study area

		Watershed A	Watershed B1	Watershed B2	Watershed C	Watershed D
Area (㎢)		1,082.86	281.12	931.23 (650.11)*	2,047.56 (33.47)*	2,706.51 (658.95)*
Landuse	Used Area	0.26 %	0.60 %	0.50 %	0.43 %	0.40 %
	Agri. Land	3.83 %	0.93 %	9.37 %	6.32 %	5.22 %
	Forest	92.71 %	95.51 %	86.39 %	89.69 %	89.02 %
	Grass	1.74 %	1.04 %	1.90 %	1.83 %	1.95 %
	Wet Land	0.20 %	0.22 %	0.26 %	0.23 %	0.43 %
	Barren	0.70 %	1.47 %	1.13 %	0.96 %	1.00 %
	Water	0.55 %	0.22 %	0.45 %	0.54 %	1.99 %
*The values in brackets for Watershed B2, C and D exclude the overlapping area with those of Watershed A and B1

2.2 측정망 조사자료

대상 유역 내 일강우량과 기온은 인제 기상관측소(^{KMA, 2022}), 유량과 SS 자료는 물환경측정망을 활용하였다(^{ME, 2022}). 어류 출현종 자료는 생물측정망 자료를 사용하였으며, 연속적인 자료 분석을 위해 시간적 범위를 대상 지역에서 생물측정망이 매년 조사되었던 기간인 2011년부터 2016년으로 제한하였다(^{ME and NIER, 2022b}; ^{NIER, 2019}). 본 연구에서는 조사대상 250종(19목 64과)중 본 연구의 대상 기간⋅유역에서 출현한 27종(3목 9과)을 목(order) 단위의 농어목(Perciformes), 메기목(Siluriformes)과 과(family) 단위의 미꾸리과(Cobitidae), 잉어과(Cyprinidae)의 네 가지 분류군으로 구분하여 분석하였다. 이중 배스(Micropterus salmoides)를 제외한 26종이 국내종이며, 오염 내성도는 내성종 3종, 중간종 10종과 민감종 14종으로 나뉜다. 유량과 SS 측정지점이 생물측정망 지점과 다른 경우에는 생물측정망에 가장 인접한 상류 지역 측정자료를 활용하였다.

2.3 경험적 직교함수(Empirical Orthogonal Function, EOF) 분석

5개 조사 대상지점에서 출현한 어류종 분포의 EOF 분을 통해 유역 내 어류종의 시⋅공간적 분포특성을 살펴보았다. 27개 어류 출현종 데이터의 분산 특성을 설명하는 대표 어류 종의 패턴 또는 모드를 식별하기 위해 경험적 직교함수(Empirical Orthogonal Function, EOF) 분석을 수행하였다. 이를 위해 우선, 대상 지역 5개 지점에서 측정된 27개 어류 출현종 개체수 분포를 데이터 매트릭스, (여기서 및 는 각각 어류종과 및 샘플링 시간에 해당)로 정리하여 와 같이 정규화를 통해 공분산 행렬을 구성한 후, 데이터 행렬에서 쌍(어류 출현종과 시간)을 이룬 고유 벡터 및 관련 고유값의 시퀀스로 분해하였다. 여기서 는 번째 샘플링 시간에 측정된 평균 개체수를 나타내고, 는 시간 에서 모든 27개의 출현종 개체수의 합을 나타낸다. 여기서 채택된 정규화는 출현종 개체수가 작은 측정치의 가중치를 증가시키고, 개체수가 큰 측정치의 가중치를 감소시킨다. 이에 따라 첫 번째 고유 벡터 모드는 27개 어류 출현종 데이터 세트에서 가장 큰 분산을 추출하고, 두 번째는 그 다음으로 가장 많은 데이터 분산을 추출하도록 정렬된다.

3. Results and Discussion

3.1 어류 출현종 및 개체수 분석

대상 지역의 각 유역별로 2011년부터 2016년에 걸쳐 조사된 어류 출현종과 개체수 변화를 강우 및 유량과 함께 살펴보았다. Fig. 2는 대상지점 C의 결과를 나타낸 것이다.¹⁾ 조사결과 전반에 걸쳐 어류 출현종 중 잉어과(Cyprinidae: #13~#27)의 개체수 비율이 가장 높게 나타났으며, 이는 우리나라의 서해안으로 유입되는 하천의 담수어류 특성과 동일하다(^{Byeon et al., 2008}). 조사된 전체 개체수는 잉어과(잉어목) 87.7%, 농어목 7.3%, 미꾸라지과(잉어목) 3.9%, 메기목 1.1% 순으로 분포하였다. 특히, 잉어과 중에 피라미(Zacco platypus, #27)와 참갈겨니(Zacco koreanus, #24)가 우점종으로, 각각 전체 잉어과 개체수의 36%와 27%를 차지하고 있다. 상대적으로 상류 유역인 A와 B(B1, B2)에서 출현종의 다양성이 풍부하고, 하류 지역인 C와 D에서는 개체수가 감소하고 있다. 특히, 하류 유역인 C 지점에서는 상류 지역(A, B)에서 출현한 잉어과의 참갈겨니(#24) 개체수가 감소하고 농어목의 밀어(Rhinogobius brunneus, #5)가 출현하고 있다. D 지점에서는 참갈겨니종(#24)과 더불어 피라미(#27)의 개체수도 현격히 감소하고 있으며, 농어목의 밀어(#5) 출현이 유지되고 있는 것으로 나타났다.

Fig. 2. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) population of each individual fish species at Site C.

모든 조사지점에서 어류 개체수에 대한 상⋅하반기 간의 계절적 영향은 뚜렷하게 나타나지 않았으나, 대상지점의 유량 특성 및 환경적 영향은 크게 작용하는 것으로 판단된다. Fig. 2에서 보듯이 대상지점 C의 경우를 살펴보면, 출현종 개체수가 2015년을 기점으로 변화를 보이는 것을 확인할 수 있다. 2011~2014년 걸쳐 총 개체수는 하반기 조사(9~10월)보다 상반기 조사(4~5월)에서 훨씬 더 많은 개체수를 보이는 일정한 패턴을 나타내었으나, 2015년부터는 하반기 조사 개체수가 더 많게 조사되었다. 이에 어류 개체 분포에 기반한 어류평가지수(fish assessment index, FAI)도 상반기가 하반기에 비해 일정하게 큰 값을 보였으나, 2015년부터는 하반기 값이 급격히 상승하는 결과를 나타내고 있다. 2012~2015년은 강우량이 상대적으로 적게 발생하여 유량 또한 감소하였으며, 특히 2014년부터 시작된 가뭄은 2015년에 전국적으로 극심해져 소양강댐의 수위가 역대 최저 수위였던 1978년의 151.93 m에 근접한 152.25 m를 기록하였다. 이에 소양호로 유입되는 대상지점 C의 해당 유역은 2014년과 2015년의 여름철(6~9월) 누적강우량이 각각 347.3 mm와 398.9 mm로, 2011년 1,299.2 mm의 약 30% 수준에 불과하였다.

3.2 어류 출현종의 EOF 분석

대상지점에서 출현한 27종 어류의 EOF 분석 결과 5개 지점에서 공통되는 2개의 주성분(Mode)이 도출되었다(Fig. 3). 첫 번째 주성분(Mode A)은 참갈겨니(#24) 종에서 도드라지게 발현되는 패턴을 보이며, A 지점에서 지배적인 패턴을 나타내고 있다. 이 Mode A는 B1 지점과 B2 지점에서도 나타나고, A 유역과 합류되는 직하류 C 지점에서도 나타난다. 또 다른 주성분(Mode B)은 상류 지점에서 하류 지점 전반에 걸쳐 피라미(#27) 종에서 도드라지게 발현되는 패턴을 보인다. 이와 동시에 B2 지점부터는 밀어(#5) 종에서도 증가하여 C 지점과 D 지점에 걸쳐 발현되고 있는 공간적 특성을 보인다. 이러한 출현 어류 27종에 대한 공간적인 분포 현황은 유역 특성에 따른 패턴을 객관적으로 보여준다(Table 2). Mode A는 A 지점에 지배적인 패턴으로 전체 출현종 분포의 75%를 차지한다. 이에 비해 B1 지점에서는 40%로 상대적으로 적게 분포하고 있다. 또한, B2 지점 11%, C 지점 9%로 분포하며, 하류로 가면서 구성 비중이 작아지는 특성을 보인다. Mode B는 B 지점에서부터 하류 지역에 상대적으로 지배적인 패턴으로 나타난다. Mode B의 구성 비율을 살펴보면, A 지점에서는 15%로 구성 비중이 작으나, B1 지점 56%, B2 지점 80%, C 지점 75%, D 지점 88%로, 그 외 지점은 A 지점보다 상대적으로 높은 구성 비율을 가지고 있다.

Table 2. Percent of variance captured by the top two EOF modes at each study site

	Site A	Site B1	Site B2	Site C	Site D
n*	12	12	19	12	12
Mode A	75 %	40 %	11 %	9 %	-
Mode B	15 %	56 %	80 %	75 %	88 %
* The number of samples analysed

Fig. 3. Top two EOF modes calculated from 27 fish species at each study site.

Fig. 4. Seasonal patterns of temporal eigenvectors on top two EOF modes.

Fig. 5. Cross-plot of the two EOF modes calculated from the 27 fish species.

2개의 주성분은 시간적 추이에서도 다른 양상을 나타낸다. 어류 출현종의 현장조사 시기 이전 5개월간의 누적강우량 발생을 비교해보면, 2011년에 비해 2012년 강우량은 현격히 저하되어 2011년 대비 상반기 55%, 하반기 54%에 그쳤다. 이후 기간에서도 2011년 대비 2013년 74%, 2014년 39%, 2015년 37%, 2016년 65%의 수준으로 나타났다. 어류분포 주성분 Mode A는 상대적으로 강우량이 많았던 2011년에 높은 값을 보이다가, 2012년에서 2014년에 걸쳐 낮아지는 특성을 보인다. 반면에 주성분 Mode B는 Mode A와는 전반적으로 상반된 패턴을 보이는데, 2014년까지는 큰 변화폭이 없어 일정한 수준을 유지하다가, 강우량이 현격히 줄어들어 지역적 가뭄이 발생했던 2015년 하반기부터 급격히 저하되는 패턴을 나타낸다.

3.3 SS의 어류 출현종 분포 영향

어류분포에 대한 EOF 분석에서 도출된 2개의 주성분과 SS 부하량의 상관관계를 살펴보면, 상반기보다는 하반기 장마철 이후 SS의 유출이 높아지는 시기에 부하량도 높다. 또한, 주성분 Mode A의 값이 0에 가까운 상태에서 SS 부하량 발생이 높을수록 낮은 FAI 값을 보여, 어류생태에 부정적 영향이 뚜렷하게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이에 반해 주성분 Mode A가 음수이면서 Mode B가 0에 가까운 조건에서는 SS 부하량의 증가에도 불구하고 높은 FAI 값을 보이며, SS로 인한 어류생태의 영향이 미미한 것으로 나타났다.

위와 같이 SS에 대한 수생태 영향은 어류종 분포의 주성분 Mode를 유용하게 활용할 수 있다. 현재 적용되고 있는 FAI는 상대적으로 개체수가 많고, 종의 다양성이 풍부한 오염되지 않은 상류 하천에 있어 민감성을 가지고 있다. 그러나 다양한 인간 활동에 따른 오염과 토지이용 변화 등으로 교란된 상태에서 발현되는 수생태 영향을 나타내는 데에는 한계를 보인다. 특히 Table 3과 같이 강우유출에 따른 탁수 발생 정도를 나타내는 SS 부하량에 따른 상관 정도를 살펴보면 명확하게 나타난다. FAI와의 상관성을 살펴보면 상류 지역인 A 지점은 비교적 높은 상관계수를 보이고 있으나, 하류로 가면서 상관성이 현격히 낮아져 SS의 발생과 부하량 누적에 따른 영향을 민감하게 반영하지 못하다. 반면, 어류분포에 대한 주성분과의 상관관계는 FAI에 비해 더 높은 상관성을 가지며, 특히 C 지점의 경우 명확하게 SS의 영향을 잘 반영해 주고 있어 어류생태의 민감도를 잘 반영할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 여전히 어류 출현종에 대한 현장조사 자료가 제한되어 통계적으로 의미 있는 결과를 도출하는 데 한계가 있으므로, 점차 축적된 자료로 다양한 유역특성과의 면밀한 분석과 검증이 필요할 것으로 판단된다.

Table 3. Correlations of fish with SS loading

	Site A	Site B1	Site B2	Site C	Site D
Total population	0.10	-0.53	-	-0.39	0.43
FAI score	0.51	0.01	-	-0.06	0.32
Mode A	-0.15	0.18	-	0.37	-
Mode B	-0.13	-0.31	-	-0.49	0.38

4. Conclusion

소양강댐 상류 지역의 내린천(A), 북천(B1), 인북천(B2) 합류 지점과 소양강댐 유입(C) 및 방류 직하류(D) 지점을 대상으로, 2011년에서 2016년에 걸친 어류 출현종의 시⋅공간적 분포특성과 하천 내 SS 유입 및 탁수 발생에 따른 영향을 살펴보았다. 조사결과 전반에 걸쳐 어류 출현종 중 잉어과의 개체수 비율이 가장 높게 나타났으며, 피라미와 참갈겨니가 우점종으로 조사되었다. 특히 대상 유역의 환경⋅유역 특성에 따라 발생하는 수생태 어류 건강성 대표종의 분포특성이 다르게 나타남을 알 수 있었다. 상류 유역은 출현종의 다양성이 상대적으로 풍부하고 개체수에 대한 상하반기의 계절적 영향은 뚜렷하게 나타나지 않았으나, 강우 감소에 따른 유량 변화 및 환경적 영향이 크게 작용하는 것으로 판단된다.

5개 조사 대상지점에서 출현한 27종 어류의 EOF 분석을 수행하였으며, 공통된 두 주성분을 통해 유역 내 어류종의 시⋅공간적 분포특성을 확인하였다. 상류 A 지점에서 참갈겨니(Zacco koreanus)가 도드라지게 발현되는 패턴과 함께, 상류 B 지점에서부터 피라미(Zacco platypus)와 밀어(Rhinogobius brunneus)가 지배적인 출현종으로 발현되는 패턴은 하류로 가면서 그 구성 비중이 작아지는 특성을 보였다. 이는 산림지역이 높은 상류 지역에 비해, 농업과 시가화 건조지역이 증가되는 하류 지역에서의 수생태 교란이 상대적 크게 영향을 미치는 것으로 판단된다. 이러한 대표종 패턴은 시간적인 강우량 발생의 중⋅장기적인 영향에 따라 변화를 나타내었다. 2014년까지는 큰 변화폭이 없어 일정한 수준을 유지하다가, 강우량이 현격히 줄어들어 지역적 가뭄이 발생했던 2015년 하반기부터 급격히 저하되는 특성을 보였다. 또한, 탁수 발생에 따른 SS의 부하량과 어류분포 주성분 분석과의 의미 있는 상관관계를 통해, 탁수발생의 수생태 영향평가로서 FAI의 한계를 극복할 수 있는 하나의 잠재적 대안으로 검토되었다. 향후 전국 단위의 충분히 누적된 자료에 대한 체계적인 통계 분석을 통해 장기간에 걸친 SS가 어류 생태계에 미치는 영향에 대한 포괄적인 연구와 수생태계 영향에 대한 관리 지침 개발이 필요하다.

Acknowledgement

This work was supported by the Korea Environmental Industry and Technology Institute (KEITI) through Aquatic Ecosystem Conservation Research Program, funded by Korea Ministry of Environment (ME) (No.2021003030003).

Appendices

Appendix

Appendix. 1. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site A

Appendix. 2. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site B1

Appendix. 3. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site B2

Appendix. 4. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site C

Appendix. 5. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site D

Notes

[1] 타 조사지점(A, B1, B2, D)의 결과는 참고자료 참조 바람(Appendix 1-5).

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Journal Information

소양댐 상류 유역 내 어류상의 시⋅공간 분포와 부유성 퇴적물 영향

Abstract

Key words

1. Introduction

2. Materials and Methods

2.1 연구대상 지역

Fig. 1. Map showing locations of watershed and sampling sites.

Table 1. Watershed characteristics of study area

2.2 측정망 조사자료

2.3 경험적 직교함수(Empirical Orthogonal Function, EOF) 분석

3. Results and Discussion

3.1 어류 출현종 및 개체수 분석

Fig. 2. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) population of each individual fish species at Site C.

3.2 어류 출현종의 EOF 분석

Table 2. Percent of variance captured by the top two EOF modes at each study site

Fig. 3. Top two EOF modes calculated from 27 fish species at each study site.

Fig. 4. Seasonal patterns of temporal eigenvectors on top two EOF modes.

Fig. 5. Cross-plot of the two EOF modes calculated from the 27 fish species.

3.3 SS의 어류 출현종 분포 영향

Table 3. Correlations of fish with SS loading

4. Conclusion

Acknowledgement

Appendices

Appendix

Appendix. 1. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site A

Appendix. 2. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site B1

Appendix. 3. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site B2

Appendix. 4. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site C

Appendix. 5. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site D

Notes

References

Article Information (continued)

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소양댐 상류 유역 내 어류상의 시⋅공간 분포와 부유성 퇴적물 영향

Abstract

Key words

1. Introduction

2. Materials and Methods

2.1 연구대상 지역

Fig. 1. Map showing locations of watershed and sampling sites.

Table 1. Watershed characteristics of study area

2.2 측정망 조사자료

2.3 경험적 직교함수(Empirical Orthogonal Function, EOF) 분석

3. Results and Discussion

3.1 어류 출현종 및 개체수 분석

Fig. 2. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) population of each individual fish species at Site C.

3.2 어류 출현종의 EOF 분석

Table 2. Percent of variance captured by the top two EOF modes at each study site

Fig. 3. Top two EOF modes calculated from 27 fish species at each study site.

Fig. 4. Seasonal patterns of temporal eigenvectors on top two EOF modes.

Fig. 5. Cross-plot of the two EOF modes calculated from the 27 fish species.

3.3 SS의 어류 출현종 분포 영향

Table 3. Correlations of fish with SS loading

4. Conclusion

Acknowledgement

Appendices

Appendix

Appendix. 1. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site A

Appendix. 2. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site B1

Appendix. 3. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site B2

Appendix. 4. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site C

Appendix. 5. Time series measurements of (a) daily precipitation, (b) air temperature, (c) flowrate, (d) Fish Assessment Index (FAI) score, (e) total population, and (f) the population of each individual fish species in the Site D

Notes

References

Article Information (continued)

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