I. 제목
금강 보 구간 수생태계 모니터링
II. 조사연구의 목적 및 필요성
최근 나타나고 있는 이상기후로 인하여 홍수피해가 급증하고 있으며, 이에 따른 과대한 수해 복구 비용이 발생하고 있다. 또한 주기적인 가뭄으로 인한 지역적 물 부족 심화 및 하천 건천화로 인한 수질악화 등으로 새롭게 물관리 문제가 제기되어 왔다. 이와 같은 문제 해결을 위한 새로운 하천관리 전략의 일환으로 정부는 2009 년부터 4대강 살리기 사업을 추진하고 있다.
금강수계의 4대강 살리기 사업구간은 주로 대청댐 방류 이후 본류구간인 금강 중류 및 하류 유역에 해당되며, 하천의 상·중·하류에는 각각의 공간 특성에 맞는 서로 다른 식물군락과 그 서식 환경에 적합한 생물종이 우점하고 있다.
금강살리기 사업 시행 이후 현재의 서식 환경 변화에 따른 수생태계 건강성 확보를 위한 관리방안 도출을 위해서는 사업 전·중·후의 수환경 변화 및 수생태계 교란에 대한 조사·연구 및 장기적인 자료 축적이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 사업 전이나 시행중, 완료 이후의 수리수문, 수질, 수생태계 현황의 조사, 분석 및 평가를 실시하고자 하며, 향후 지속적인 모니터링과 함께 종 보존 및 복원 대책 등 수생태계 건강성 확보 방안 마련을 위한 기초 자료 축적을 목적으로 한다.
III. 조사연구의 내용 및 범위
가. 연구내용
1. 보 설치 공사 후의 수리 수문학적, 물리적 수환경 조사
- 유량, 수위, 유입량, 방류량, 강수량 등
2. 보 설치 공사 후의 이화학적 수환경 조사
- 수온, pH, 탁도, 부유물질, 영양염류, 유기물, 중금속 등
3. 보 설치 공사 후의 생물상 조사
- 동·식물플랑크톤, 저서성대형무척추동물, 수변식생 및 식물상, 어류, 양서·파충류, 포유류
나. 연구범위
▪ 시간적 범위
• 1차년도(2단계): 2013년 1월 ~ 2013년 12월
• 총 연구기간(2단계): 2013년 1월 ~ 2017년 12월
▪ 공간적 범위
• 본류 구간 중 대청댐 하류, 세종보, 공주보 및 백제보 등 총 3개 보
• 보 3개 지점 인근 상, 하류 포함(보를 중심으로 상·하류 1km, 각 보 2km 구간)
• 주요 지류인 갑천, 미호천 등 포함(생물상 조사는 분야에 따라 유구천, 정안천, 지천 등 포함)
IV. 조사연구 결과 및 고찰
• 본 연구에서는 금강살리기사업에서 세 개의 보를 중심으로 한 구간(2013.1 ~ 2013.12)의 물리·화학적 수환경 및 수생태계 현황을 조사하였다. 조사 구간은 대청호 방류 지점 이후 본류로 유입되는 주요 지류인 갑천과 미호천을 포함하여 3개 보의 상·하류를 대상으로 하였다.
• 조사기간 중('13년 1월~'13년 12월) 평균기온은 13.2 ℃(-11.1~30.8 ℃)로 연교차는 41.9 ℃로 나타났다. 하류지역인 부여지역의 경우, 평균기온은 12.2 ℃(-12.5~28.8 ℃)로 중류지역보다 다소 낮게 나타났고 연교차는 41.3 ℃로 중·하류 구간에서 비슷한 수준을 나타내었다. '13년의 경우 여름철(7~9월)에는 평균기온은 평년보다 평균 약 2℃정도 높아 10월까지도 늦더위가 지속되었다. 강수량은 대전, 청주, 부여 기상관측소에서 각각 1,120.9 mm, 1,240.1 mm, 1,237.4 mm 로 대전지역이 약 100 mm 정도 적게 기록되었다. '13년의 경우 예년과 비슷하게 4월부터 5월초까지 강수량이 적게 유지되어 수질에 영향을 미치기도 하였다. 여름철(7~9월) 강수량은 491.7~600.1 mm로 연평균 강수량의 40~50 %가 집중되었다.
• 이화학적 수환경 변화를 분석하기 위하여 수온, pH, DO, BOD5, COD, SS, TOC, 전기전도도, TN, TP, NO₃-N. NH₃-N, PO₄-P, 클로로필-a, 탁도, 총대장균군, 분원성대장균군, Cd, Pb, Cr6+, As, Hg 등의 항목에 대해 조사하였다. 전기전도도의 경우 금강수계의 주요 대도시인 대전과 청주를 통과하는 지천인 갑천과 미호천은 유역 내 오염원의 영향으로 수질 오염에 상대적으로 취약하여 전기전도도가 본류 구간 보다 높은 값을 나타내었다. 유입지천을 제외한 7개 지점에서 저수기 및 평수기에는 높은 값을 보이다가 홍수기에 일시적으로 낮은 값을 보이는 연중 변화 경향은 조사 기간('10~'12)동안 유사하게 나타났다. 수온은 기온 변화와 유사한 경향을 보였고, pH도 조사 기간 동안 예년과 비슷한 경향을 보이며, 봄가을 조류 농도가 증가하는 시기에는 비교적 높은 값을 나타내었다. 용존 산소의 경우는 대부분의 조사 지점에서 수온이 높은 여름철에 낮고 상대적으로 수온이 낮은 시기에 높게 나타났다.
• 생물화학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 총유기탄소(TOC) 등의 유기물 항목은 조사 기간 중 각각 대전시와 청주시를 통과하는 유입지천 갑천과 미호천에서 높게 나타났다. 그리고 본류 구간 7지점에서 봄철 갈수기의 오염도가 증가했으며 강수량이 집중되는 시기에는 낮게 유지되었다. 2013년 봄철(5~6월)에는 갈수기 가뭄과 고온이 시작되면서 오염도가 큰폭으로 증가하기도 하였다. 한편, 중류부인 세종보 상류구간부터 하류부인 백제보 하류까지 오염도는 비교적 비슷한 수준으로 유지되는 경향을 보여 보를 중심으로 한 상하류 구간의 큰 오염도 차이는 나타나지 않았다. 또는 강우의 직접적인 영향을 받는 항목으로 조사 기간 중 각 지점에서 집중호우가 있었던 시기에 큰 폭으로 증가하는 경향을 나타내었다.
• 총질소(TN) 농도는 겨울철에 높게 유지되고 점차 지속적으로 감소하는 전형적인 계절 변화를 나타내었고 오염도가 높게 유지되었던 갑천과 미호천을 제외하고는 나머지 본류 구간에서는 비교적 일정한 수준으로 유지되었다. 암모니아성질소 (NH₃-N)와 질산성질소(NO₃-N)도 총질소(TN)과 비슷한 변화 경향을 나타내었다. 총인(TP) 농도는 전반적으로 겨울철과 갈수기 직후 강우가 집중되었던 시기에 높게 나타났다. 인계열의 농도는 강수 패턴의 영향을 가장 크게 받는 항목으로 집중 강우가 농도 변화에 영향을 미친 것으로 판단된다.
• 조류 농도(Chl.-a)는 본격적인 강우가 시작되기 직전인 봄철 갈수기부터 큰폭으로 증가하여 수온이 증가함에 따라 여름철에 높게 지속되면서 10월까지도 비교적 높게 유지되었다. 보가 완공된 '12년에 이어 '13년에도 봄철 갈수기 급속한 조류 농도 증가 현상은 두드러지게 나타났다. 이는 갈수기 중·하류 주요 유입지 천인 갑천과 미호천에서 높은 영양염류 농도의 유입과 수온이 증가하기 시작하면서 본류구간 전반적으로 높은 농도로 유지되었다. 강우가 집중되는 시기에는 대청댐 방류와 각 보의 수문방류로 일시적으로 감소하는 경향을 보이기도 하였다. 총대장균군과 분원성대장균군의 경우도 강우가 집중되었던 시기에 높게 나타나 계절 및 기상요소에 의한 연중 변화 패턴을 보였다. 한편 Cd, Pb, Cr6+, As, Hg의 5개 중금속 항목에 대한 분석 결과, 본 연구 기간 동안 모든 조사 대상 지점에서 검출되지 않았다.
• 식물플랑크톤은 총 7강 18목 37과 83속 197종으로 규조류 88종(44.7%), 남조류 15종(7.6%), 녹조류 77종(39.1%), 기타조류 17종(8.6%)으로 조사되었다. 조사시기별, 지점별 출현종수는 27종(MH, 1월)~63종(GJ-U, 8월)으로 조사되었다. 지점별 평균 출현종수는 갑천말단(GC)에서 45종으로 가장 낮게 나타났으며, 세종보하류 (SJ-D)와 공주보 상류(GJ-U)에서 51종으로 가장 높게 조사되었다. 월별 평균 출현 종수는 1월에 40종으로 가장 낮게 나타났으며, 5월과 6월에 56종으로 가장 높게 조사되었다. 식플랑크톤 현존량은 560 cells/mL(BJ-U, 1월) ~ 29,224 cells/mL (BJ-D, 11월)로 조사되었다. 공간적인 현존량 분포는 본류 구간 중 상류 지점(SJ-U1)에서 하류 지점(BJ-D)으로 갈수록 현존량은 증가하여 세종보 상류(SJ-U1)에서 가장 낮게 조사되었으며, 백제보상류(BJ-U)에서 9,760 cells/mL로 가장 높게 조사되었다. 월별 평균 개체수는 773 cells/ml로 2월에 가장 낮게 조사되었으며, 11,885 cells/mL로 5월에 가장 높게 조사되었다. 조사 기간 중 봄철 갈수기 일사량 증가와 수온 상승에 따른 규조류 번무로 현존량이 증가되었으며, 여름철 일시적인 집중강우로 현존량이 감소하기도 하였다. 그러나 가을철까지도 현존량이 비교적 높게 유지되었다.
• 동물플랑크톤은 총 4강 9목 24과 51속 89종으로 원생동물 16종(17.8%), 윤충류 52종(57.8%), 지각류 13종(14.4%), 요각류 9종(10.0%)으로 조사되었다. 조사시기별, 지점별 출현종수는 2종(BJ-D, 1월)~40종(SJ-D, 6월)으로 조사되었다. 지점별 평균 출현종수는 세종보 하류(SJ-D)에서 21종으로 가장 높게 나타났으며, 세종보 상류(SJ-U1), 갑천 말단(GC), 공주보 하류(GJ-D)에서 15종으로 가장 낮게 조사되었다. 월별 평균 출현종수는 6월에 30종으로 가장 높게 나타났으며, 12월에 7종으로 가장 낮게 조사되었다. 동물플랑크톤 개체수는 3 Ind./L(BJ-D, 1월)~2,610 Ind./L(BJ-D, 9월)로 조사되었다. 지점별 평균 개체수는 566 Ind./L로 백제보 하류(BJ-U)에서 가장 높게 조사되었으며, 세종보 상류(SJ-U1)에서 82 Ind./L로 가장 낮게 조사되었다. 한편 월별 평균 개체수는 678 Ind./L로 8월에 가장 높게 조사 되었으며, 14 Ind./L로 1월에 가장 낮게 조사되어, 가을장마가 시작하기 전까지 동물플랑크톤의 개체수가 증가하여 여름철에 가장 높고 낮은 기온의 영향을 받은 겨울철에 가장 낮은 현존량을 보였다.
• 조사 구간 내 식물상은 총 76과 221속 286종 2아종 32변종 등 총 320종으로 조사되었다. 각 조사지점별 출현 종수는 백제보에서 232종이 출현하여 보 구간에서는 가장 많은 종이 분포하는 것으로 조사되었으며, 세종보에서 191종, 공주보에서 189종, 갑천말단부에서 187종, 미호천말단부에서 242종, 유구천말단부에서 202종, 지천말단부에서 204종이 출현하였다. 보 구간에 분포하는 귀화식물은 총 15과 42속 50종 2변종으로 총 52종이 조사되었으며, 본 조사 대상 지역의 총 출현종(320)의 16.3%의 귀화율을 나타내었다. 금강 수계의 보 구간(3개보 전체 출현종수 259종)의 귀화식물 출현종수는 46종으로 귀화율은 17.8%로 조사되었다. 한편, 보 구간에서는 귀화율이 18.1 ~22.8%의 분포로 15.3 ~ 17.8%의 분포를 보인 유입지천 말단부보다 높게 나타나 보 구간에 자전거길, 공원 등의 녹지가 조성됨에 따라 귀화식물의 유입이 증가한 것이 원인으로 판단된다. 생태계교란 야생식물은 전체 조사 지점에서 애기수영, 가시박, 돼지풀, 단풍잎돼지풀, 미국쑥부쟁이 5종이 출현하였다. 공주보와 백제보구간에서는 5종 모두 출현하였고, 세종 보에서 애기수영을 제외한 4종이 출현하였다. 조사 대상 구간에서(수면면적제외) 귀화식물군락이 차지하는 분포 면적 비율은 세종보가 4.3%, 공주보가 2.6%, 백제 보가 0.6% 정도였다. 생태계교란 야생식물군락은 세종보에서 단풍잎돼지풀군락과 가시박군락의 분포 면적은 각각 437㎡(0.05%)와 2,651㎡(0.3%) 정도였고, 공주보에서 가시박군락이 3,497㎡(0.7%), 백제보에서는 군락단위로는 분포하지 않았다.
• 저서성 대형무척추동물은 총 4문 7강 14목 31과 45종 1,308개체로 나타났으며, 1차 조사 4문 4강 8목 16과 21종 432개체, 2차 조사 4문 7강 13목 25과 32종 469개체 그리고 3차 조사 4문 7강 10목 22과 31종 407개체로 조사되었다. 종구성은 비곤충류 중 편형동물문 1종, 연체동물문 4종, 환형동물문 5종, 절지동물문 중 갑각강 1종으로 총 11종이 출현하였고, 수서곤충은 하루살이목 12종, 잠자리목 4종, 노랜재목 2종, 딱정벌레목 1종, 파리목 6종 그리고 날도래목 9종으로 총 34종이 출현하여75.56%의 비율을 차지하는 것으로 조사되었다. 현존량은 1,238개체 94.65%로 대부분을 차지하고 있었으며, 특히, 파리목이 약 60%이상을 차지하는 것으로 조사되었다. 종 구성의 경우 파리목은 점차적으로 감소하였고, 비곤층류와 하루살이목 그리고 날도래목은 증가하는 경향을 보였다. 또한 현존량의 경우도 오염에 내성이 높은 깔따구류를 포함한 파리류의 정수성 서식 종은 봄과 여름에는 대부분을 차지하고 있었지만, 가을에 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 하루살이목 및 날도래목 등의 여울성 서식 종은 여름 및 가을조사에서 대부분 크게 증가하였다.
• 어류 조사 결과, 총 11과 49종 8,462개체가 출현하였으며, 이 중 잉어과(Cyprinidae)가 29종으로 전체 출현 어종 중 59.2%를 차지하는 것으로 나타났고, 미꾸리과(Cobitidae)와 동자개과(Bagridae)가 각각 4종씩 출현하였다. 망둑어과(Gobiidae)가 3종, 검정우럭과(Centrarchidae)와 동사리과(Odontobutidae)가 각각 2종, 메기과(Siluridae)를 비롯하여 뱅어과(Salangidae), 송사리과(Adrianich-thyidae), 꺽지과(Centropomidae), 가물치과(Channidae)에서는 각각 1종만이 출현하였다. 몰개 (Squalidus japonicus coreanus)가 전체 어종의 약 28.2%로서 가장 높은 출현율을 보이는 것으로 나타났으며, 전체 어종 중 약 5% 이상의 출현율을 보이는 종들은 누치(Hemibarbus) 14.3%, 강준치(Erythroculter erythropterus) 10%, 모래무지(Pseudogobio esocinus) 9.7%, 피라미(Zacco platypus) 7.1%, 끄리 Opsarichthys uncirostris amurensis) 5.2%로 나타나 금강 수계의 대표어종으로 분석되었다. 법정보호종인 천연기념물 제454호 미호종개(Iksookimia choii)가 금강의 지류인 지천에서 1개체가 출현하였으며, 이 외 구간에서는 한 개체도 출현하지 않았다. 멸종위기야생동물I급으로 지정되어 있는 흰수마자(Gobiobotia nakdongensis)는 지류인 유구천과 지천에서 총 5개체(0.1%)가 출현하여 종 조성에 있어서 빈약한 개체군 특성을 보였다. 외래도입종은 떡붕어(Carassius cuvieri), 배스(Micropterus salmoides), 블루길(Lepomis macrochirus)로 총 3종 109개체로 나타났으며, 전체 채집 어류의 1.4%로 나타났다. 이들 중 가장 많은 우점도를 보인 떡붕어는 9개 구간에서 56개체(0.7%)가 채집되었으며, 지류 및 본류 구간에 모두 출현하는 것으로 나타났다. 배스는 본류와 지류 9게 구간에서 40개체(0.5%)가 채집되었고, 블루길은 5개 구간에서 각각 13개체(0.2%)가 출현하였다.
• 양서·파충류는 전체 조사 구간에서 총 조사 기간 중 '10년에 7종, '11 년에 8종, '12년에 8종으로 출현종은 큰 변화는 없었다. 출현종 중 청개구리, 참개구리, 황소개구리는 3년 모두 출현하였으며, 도롱뇽, 옴개구리, 북방산개구리, 자라 4종은 '12년에 출현하였다. '10년과 '11 년에 출현했던 줄장지뱀, 무자치, 유혈목이는 '12년에는 출현하지 않았다. 법적보호종으로는 멸종위기종II급인 맹꽁이가 갑천 말단 지역에서 서식이 확인되었다. '13년에 양서·파충류는 총 7종이 출현하였다. 그 중 양서류는 도롱뇽, 무당개구리, 청개구리, 참개구리, 옴개구리, 북방산개구리의 6종이 확인되었으며, 파충류는 유혈목이의 1종이 확인되었다. 그 중 참개구리는 미호천말단(MH)을 제외한 전 지역에서 서식이 확인되었으며, 파충류는 유혈목이가 미호천말단(MH)과 공주보(GJ)지역에서 서식이 확인되었다. 조사 구간별로는 공주보(GJ)에서 4종으로 가장 많았으며, 그 다음으로 미호천과 금강 합류지점(SJ-U)에서 3종, 갑천말단(GC), 미호천말단(MH), 세종보(SJ), 백제보(BJ)에서 1종 순으로 나타났다.
• 포유류는 총 9종이 출현하였다. 백제보(BJ)지역에서 5종으로 가장 많았으며, 그 다음으로 금강합류지점(SJ-U)과 미호천말단(MH), 공주보(GJ) 지역에서 4종, 갑천말단(GC) 3종, 세종보(SJ) 2종 순으로 나타났다. 너구리와 고라니는 전 구간에서 혼적을 통한 서식이 확인되었으며, 두더지는 공주보와 백제보, 대륙족제비는 미호천 말단, 수달은 백제보, 삵은 미호천말단, 미호천과 금강합류지점, 백제보, 고양이는 갑천말단, 다람쥐는 미호천과 금강합류지점, 등줄쥐는 공주보에서 흔적이 확인되었다.
V. 조사연구결과의 활용방안
• 4대강 보 건설 공사로 인한 수환경 및 생태계 영향 평가 자료 제공
• 4대강 살리기 공사 이후 수생태계 건강성 회복을 위한 정책 수립 지원
• 과학적이고 객관적인 국내 수환경 관리 정책 수립 지원