Random Forest 기법을 이용한 하천유지유량 추가방류에 따른 한강유역의 수생태계 건강성 변화 평가

우소영 ( Soyoung Woo ),정충길 ( Chunggil Jung ),김진욱 ( Jinuk Kim ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

기존 우리나라에서는 유기물오염 지표 혹은 부영화 지표와 같은 일반 수질항목들을 사용하여 수환경을 평가해왔으나 최근 물관리 일원화가 추진되면서 수문·수질·수생태에 대한 통합적인 연구를 통한 유역평가의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 수문과 수질을 동시에 모의할 수 있는 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형을 이용하여 한강유역(34,148 ㎢)을 대상으로 다목적댐(소양댐, 횡성댐, 충주댐), 발전용댐(팔당댐), 다기능보(강천보, 여주보, 이포보)의 운영을 고려하여 모형의 수문(댐·보 유입량, 증발산량, 토양수분, 지하수위) 및 수질(SS, T-N, T-P)에 대한 보정(2008∼2012)과 검증(2013∼2015)을 수행하였다. 수생태계 건강성 자료는 국립환경과학원에서 8년간(2008∼2015) 1년에 2차례 봄(4월∼6월)과 가을(8월∼10월)에 걸쳐 관측한 어류평가지수(FAI), 부착돌말류지수(TDI), 저서형 대형무척추동물지수 (BMI)자료를 이용하였으며, 이 지수들은 0∼100점으로 평가되어 각 지수의 기준에 따라 A∼E등급으로 구분된다. SWAT 모델의 수질(T-N, T-P, NH₄, NO₃, PO₄) 및 수온 결과와 수생태계 건강성 지수 등급을 기계학습 기법 중 하나인 Random Forest 분류 모델의 학습 자료로 사용하여 유역의 건강성을 평가하였을 때, 유역의 최하류에서 모든 수생태 건강성 지수 등급이 나쁜 것으로 분석되었다. 이를 개선하기 위해 하천의 유량을 증가시키며 하천에 흐르는 수질 농도를 저감하고자 하천유지유량 방류를 모의하였고, 방류 시나리오는 환경부에서 제시한 댐·보 연계운영 시나리오를 기반으로 선정하여 다목적댐, 다기능보의 개방을 통한 하천유지유량 방류에 따른 유역의 수질 및 수생태계 건강성의 변화를 평가하였다.

하천유지유량 추가 댐방류에 따른 한강유역의 수질 및 수생태계 건강성 변화 평가

우소영,김성준,황순진,정충길 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.S-2

본 연구에서는 SWAT (Soil and Water Assessment Tool)을 이용하여 한강유역 (34,148 km2)내 다목적 댐(소양강댐, 횡성댐, 충주댐)의 하천유지유량 추가 방류 모의를 통한 유역의 수질 및 수생태계 건강성 변화를 평가하였다. 추가 방류기간은 수생태계 건강성 조사가 수행되는 봄(4-6월), 가을(8-10월)로 산정하였으며, 방류량은 댐의 기존 방류량에 비례하며 총 방류량이 댐별 고시된 하천유지유량을 초과하지 않도록 산정하였다. 하천유지유량 방류에 따른 수질(T-N, NH4, NO3-N, T-P, PO4-P) 농도는 봄철에 감소하지만 가을철에는 오히려 증가하는 것으로 모의되었다. 변화한 수질농도 데이터를 기존에 구축한 Random Forest 알고리즘에 적용하여 수생태계 건강성을 평가하였을 때, 유역의 하류에서 모든 수생태계 건강성 지수(FAI, TDI, BMI) 등급이 개선되는 것으로 분석되었다. 가을보다 봄에 하천유지유량 방류에 따른 수생태계 개선의 효과가 큰 것으로 나타났다. The purpose of this study is to evaluate changes in water quality and aquatic ecosystem health by additional dam release of stream maintenance flow from multipurpose dams in Han river basin (34,148 km2) using SWAT (Soil and Water Assessment Tool). The period of additional release was spring (April to June) and autumn (August to October) to evaluate the changes with the data of aquatic ecosystem health survey. The amount of additional release was set proportional to the present dam release, and the maximum release amount was controlled not to exceed the officially notified stream maintenance flow from dam. The 10 percent to 50 percent additional releases showed that the stream water quality (T-N, NH4, T-P, and PO4-P) concentrations except NO3-N decreased in spring while increased in autumn period. Using the stream water quality results and applying with Random Forest algorithm, the grade of aquatic ecosystem health index (FAI, TDI, and BMI) was improved for both periods especially in the downstream of basin. This study showed that the additional release of stream maintenance flow was more effective in spring than autumn period for the improvement of water quality and aquatic ecosystem.

화포천 습지의 어류군집 특성

고명훈,최광식,임정철 한국환경생태학회 2022 한국환경생태학회지 Vol.36 No.2

This study surveyed the characteristics of fish communities in Hwapocheon Wetland, Korea, from May to September 2020. The survey collected 735 objects in 21 species belonging to 7 families from 8 survey stations. The dominant and subdominant species were Hemiculter eigenmanni(23.8%) and Micropterus salmoides(10.3%), respectively. The next most abundant species were Zacco platypus(9.5%), Carassius auratus(9.4%), Pseudorasbora parva(9.0%), Squalidus chankaensis tsuchigae(6.7%), Acheilognathus macropterus(5.4%), Lepomis macrochirus(5.2%), Pseudogobio esocinus(4.1%), Opsariichthys uncirostris amurensis(3.7%), and Carassius cuvieri(3.3%). Among the fish species collected, one species, Culter brevicauda, was class II endangered wildlife designated by the Ministry of Environment, and one species,S. c. tsuchigae(4.8%), was endemic to Korea.Additionally, three exotic species (M. salmoides, L. macrochirus, and C. cuvieri) and one landlocked species (Rhinogobius brunneus) were collected. Compared to previous studies, the proportion of fish living in the running water area tended to decrease, the proportion of fish living in the water purification area tended to increase, and ecosystem-disturbing species (M. salmoides and L. macrochirus) tended to increase gradually. Results of fish community analysis showed that the mainstream stations (St. 1, 3, 4, 5, 6, and 8) had low dominance, but high diversity and richness, and other stations (St. 2 and 7) had high dominance but low diversity and richness. The river health (index of biological integrity) evaluated using fish was assessed as bad (6 stations), normal (1 station), and very bad (1 station). The water quality grade was assessed as slightly bad due to the chemical oxygen demand (COD), total organic content (TOC), suspended solid (SS), and total coliforms (TC). The annual water quality showed a gradually increasing trend of biological oxygen demand (BOD), COD, SS, and chlorophyll-a. The stable life of fish and the improvement of river health in Hwapocheon Wetland require water quality improvement and the systematic management of ecosystem-disturbing species (M. salmoidesand L. macrochirus). 화포천 습지의 어류 군집 특성을 밝히기 위해 2020년 5월부터 9월까지 3회 조사를 실시하였다. 조사기간 동안 8개 지점에서 채집된 어류는 7과 21종 735개체였다. 우점종은 치리(Hemiculter eigenmanni, 23.8%), 아우점종은 배스 (Micropterus salmoides, 10.3%), 그 다음으로 피라미(Zacco platypus, 9.5%), 붕어(Carassius auratus, 9.4%), 참붕어 (Pseudorasbora parva, 9.0%), 참몰개(Squalidus chankaensis tsuchigae, 6.7%), 큰납지리(Acheilognathus macropterus, 5.4%), 블루길(Lepomis macrochirus, 5.2%), 모래무지(Pseudogobio esocinus, 4.1%), 끄리(Opsariichthys uncirostris amurensis, 3.7%), 떡붕어(Carassius cuvieri, 3.3%) 등의 순으로 우세하였다. 법정보호종은 환경부지정 멸종위기 야생생물 II급의 백조어(Culter brevicauda) 1종이 확인되었고, 한국고유종은 참몰개 1종(4.8%)이 출현하였다. 외래종은 배스, 블루길, 떡붕어 3종이, 육봉형 어류는 밀어 1종이 채집되었다. 선행연구 결과와 비교하면, 유수역에 서식하는 어류의 비율은 감소하고 정수역에 서식하는 어류의 비율은 증가하는 경향을 보였는데, 특히 생태계교란 야생생물로 지정된 배스와 블루길은 점차 증가하는 경향을 보였다. 어류 군집분석 결과, 본류 지점들(St. 1, 3, 4, 5, 6, 8)은 우점도는 낮으나 다양도와 풍부도는 높았고, 지류(St. 2, 7) 등의 지점들은 우점도는 높으나 다양도와 풍부도는 낮았다. 어류를 이용한 하천 건강성은 나쁨(6개 지점), 보통(1개 지점), 매우 나쁨(1개 지점)으로 평가되었다. 수질 등급은 화학적산소요구량(COD)과 총유기물질(TOC), 부유물질(SS), 총대장균군수(TC) 등으로 인해 약간 나쁨으로 평가되었으며, 연도별 수질은 생물학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량, 부유물질, 클로로필-a(Chl-a) 등이 점차 증가하는 경향을 보였다. 화포천 습지의 안정적인 어류 서식 및 하천 건강성을 향상시키기 위해서는 수질개선 및 생태계교란종(배스, 블루길)의 체계적인 관리가 요구된다.

수생태계 건강성 통합정보 분석을 위한 GIS DB 구축 및 활용에 관한 연구

조명희 ( Myung Hee Jo ),이수형 ( Su Hyung Lee ),최희락 ( Hee Lak Choi ),장성현 ( Sung Hyun Jang ) 한국지리정보학회 2013 한국지리정보학회지 Vol.16 No.4

The purpose of this study is to build a GIS database that can utilized to provide a multi-dimensional analysis of aquatic health ecosystem. Especially, it was to build a GIS database for comprehensive analysis using the aquatic ecosystem health. So we collected data on aquatic ecosystem health assessment, Korea Reach File(KRF), Stream Naturalness and Water Environmental Information System, and detailed analysis of the collected data was performed. In addition, the core objects were extracted from individual data and a related entity was derived by pulling out the items associated with thematic characteristics and classifying them. The establishment of GIS database makes it possible to support the decision making for the user to quickly understand the information of water environment. Therefore, the database will provide the information for the effective management on water environment.

수생태 건강성 평가결과와 극단적 기상현상 특성에 기초한 하천 수생태계 관리 정책 및 전략

이상우 ( Lee Sang-woo ),박배경 ( Park Bae-kyung ),박선기 ( Park Seon-ki ) 한국물환경학회 2022 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2022 No.-

가우스 과정 회귀 모형(GPR)을 이용한 한강 유역의 수문지수와 생태지수의 상관성 분석

김시연(Siyeon Kim),박대룡(Daeryong Park),전설(Seol Jeon),이문영(Moonyoung Lee),안희진(heejin An),박대룡(Daeryong Park) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11

한강유역의 수문지수와 생태지수 상관성 분석

김시연(Kim, Si Yeon),전설(Jeon, Seol),박대룡(Park, Daeryong),정기철(Jung, Kichul),이문영(Lee, Moon Young),엄명진(Um, Myoung-Jin) 대한토목학회 2020 대한토목학회 학술대회 Vol.2020 No.10

가우스 과정 회귀 모형(GPR)을 이용한 한강 유역의 수문지수와 생태지수의 상관성 분석

김시연(Kim, Siyeon),이지완(Lee, Jiwan),전설(Jeon, Seol),이문영(Lee, Moonyoung),김성준(Kim, Seongjoon),박대룡(Park, Daeryong) 대한토목학회 2021 대한토목학회 학술대회 Vol.2021 No.10