기후변화 영향에 의한 어류 서식처의 물리적 특성변화 연구
Study on Physical Characteristics Variation of Fish Habitat by Influence of Climate Change
- 주제(키워드) 기후변화 , 어류 서식처
- 발행기관 동신대학교 일반대학원
- 지도교수 박성천
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 대학원 토목공학과
- 세부전공 수자원공학
- 원문페이지 186
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/dsu/000001230636
- 본문언어 한국어
- 저작권 동신대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
기후변화에 따라 하천 생태계에 직접적으로 가장 큰 영향을 미치는 인자는 수온과 유량이며, 수온은 유량과 더불어 하천에 서식하는 생태계에 매우 중요한 요소이다. 그러나 하천의 수온이 장기적으로 어떻게 변화될 것인가를 예측하는 것은 매우 어려우며 예측에도 한계가 있다. 유량은 현재 전 지구적인 문제인 기후변화에 따른 국내의 영향 평가 및 기후변화 적응대책 수립 등을 위해 기상청의 기후변화정보센터에서 기후변화시나리오에 따라 2100년까지의 강수량 전망치를 제공하고 있으며, 이 값과 기상청 제공 기상자료를 이용할 경우 연구대상 유역에 대한 장기 유출량 값을 예측할 수 있다. 유량은 하천에 서식하는 어류의 서식 환경과 밀접하게 관련된 인자로 어류 서식처의 물리적 변화특성을 파악하기 위해서는 매우 중요한 요소이며, 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구의 목적은 기후변화에 따른 어류 서식처의 물리적 특성변화를 파악하는 데 있으며, 이를 위해 연구대상구간인 섬진강 중류부에 대해 하상재료, 기상, 수문자료, 어류생태조사를 실시하였다. 그리고, 조사된 결과를 이용하여 장기 유출량 모형과 생태 모형을 구축하였으며, 어류조사 결과에 의해 선정된 대상어종에 대해 기후변화에 따른 서식처의 물리적 변화 특성을 검토하였다. 연구대상유역의 기후변화 양상에 대한 검토를 위해 1961년～2010년까지의 강수량의 변화를 검토하였으며, 강수에 의하여 변화되는 현재와 미래의 유출량을 산정하기 위해 장기유출 모형을 구축하였다. 장기유출량 모형의 입력자료는 기상청에서 제공하는 고해상도() 기후변화 시나리오의 자료와 기상관측소의 기상자료를 이용하였으며, 구축된 모델을 이용하여 2011년～2100년까지 장기유출량 모의를 실시하였다. 모의된 일 유출량은 30년 간격(2011년～2040년, 2041년～2070년, 2071년～2100년)의 월평균 유출량 자료로 정리하여 연구대상지점에 대한 어류의 물리적 서식처 모델링을 위한 하천생태모델의 경계조건으로 이용하였다. 그리고 2차원 하천생태모델인 River2D를 이용하여 연구대상지점에 대한 대상어종의 성장단계(산란기, 성어기), 목표연도(2011년～2040년, 2041년～2070년, 2071년～2100년)별 어류의 물리적 서식환경을 현재(2006년～2010년)와 비교․분석하였으며, 기후변화가 어류의 물리적 서식환경에 미치는 영향을 검토하여 다음과 같은 결과를 도출하였다. 1961년～2010년까지의 섬진강 순천 강우관측소의 30년 월평년 강수량 검토 결과, 홍수기인 7월～9월의 강수량은 과거(1961년～1990년 평균)에 비해 현재(1981년～2010년) 강수량이 평균 10%, 최대 18% 증가하는 양상을 보였으며, 그 이외의 기간에서는 평균 10%, 최대 26% 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 과거로부터 기후변화가 진행되고 있음을 나타내고 강수의 계절적 편중현상에 의해 수자원의 이용이 제한적이라는 것을 알 수 있다. 미래의 강수량 전망은 기상청 기후변화정보센터의 미래 강우시나리오(A1B) 전망 결과를 이용하였으며, 그 결과 현재에 비해 미래의 강수량은 1월, 4～6월, 9～10월에 평균 6%, 최대 15% 증가하며, 그 이외 기간에서는 평균 31%, 최대 44%의 감소로 전망되어 강수의 계절적 편중현상이 더욱 심화되는 것으로 나타났다. 현재의 서식환경과 미래의 서식환경을 가중가용면적(WUA)을 이용하여 비교한 결과는 다음과 같다. 압록지점에 대해 2011년～2040년의 경우 피라미 산란기는 현재에 비해 4% 증가하며, 피라미 성어기, 갈겨니 산란기 및 성어기에 각각 3%, 18%, 25% 감소하는 것으로 산정되었다. 2041년～2070년의 경우 피라미 산란기와 성어기는 현재에 비해 각각 16%, 12% 증가하며 서식환경이 좋아질 것으로 산정되었다. 그러나 갈겨니의 경우 산란기와 성어기에 각각 7%, 11% 감소할 것으로 산정되어 현재에 비해 서식환경이 악화될 것으로 전망되었다. 2071년～2100년의 경우 피라미의 산란기와 성어기는 각각 15%, 11% 증가하여 서식환경이 좋아질 것으로 산정되었으나, 갈겨니는 산란기와 성어기에 모두 9% 감소될 것으로 산정되었다. 구례지점에서는 현재에 비해 2011년～2040년의 경우 피라미의 산란기와 성어기에 각각 3%, 6%, 갈겨니의 산란기와 성어기는 각각 6%, 7% 감소하는 것으로 나타났다. 2041년～2070년의 경우 현재에 비해 피라미의 산란기와 성어기는 각각 3%, 4%, 갈겨니의 산란기와 성어기에는 각각 8%, 1% 감소할 것으로 산정되었다. 2071년～2100년의 경우 현재에 비해 피라미의 산란기와 성어기는 각각 4%, 5%, 갈겨니의 경우 산란기와 성어기에 각각 9%, 3% 감소할 것으로 산정되었다. 구례지점의 경우 현재에 비해 미래에는 대상어종 모두 서식환경이 악화되는 것으로 나타났다. 송정지점에서는 2011년～2040년의 경우 현재에 비해 피라미의 산란기와 성어기에 각각 22%, 10%, 갈겨니의 산란기와 성어기에 각각 18%, 8% 증가하는 것으로 나타났다. 2041년～2070년의 경우 현재와 비교해보면 피라미의 산란기와 성어기에 각각 14%, 7%, 갈겨니의 산란기와 성어기는 각각 12%, 8% 증가했다. 2071년～2100년의 경우 현재에 비해 피라미의 산란기와 성어기는 각각 12%, 9%, 갈겨니의 경우 산란기와 성어기에 각각 10%, 4%의 증가할 것으로 산정되었다. 송정지점은 장기적으로 서식환경이 현재에 비해 개선될 것으로 전망되었다. 생태모형의 모의결과 압록지점에서는 장기적으로 기후변화의 영향에 의해 피라미의 경우 서식환경이 개선되고 있으나 갈겨니의 경우는 서식환경이 악화되는 것으로 나타나 이에 대한 대책이 필요할 것으로 보인다. 그리고 구례지점은 장기적으로 기후변화의 영향에 의해 두 어종 모두 서식환경이 지속적으로 악화되는 것으로 전망되므로 이에 대한 대책이 필요할 것으로 보인다. 구례지점과 같이 기후변화에 따라 서식환경이 악화되는 것은 어류의 생존과 직결되는 문제로 서식환경 보존을 위한 대책을 세워야 할 것으로 보인다. 그러나 송정지점은 타 지점과는 달리 장기적으로 기후변화의 영향에 의해 두 어종 모두 서식환경이 개선되는 것으로 전망되었다. 위 결과로부터 기후변화가 어류의 서식환경에 미치는 영향은 하천의 물리적 특성에 따라 지역적으로 편차는 있지만, 긍정적 또는 부정적 영향을 미치는 것으로 판단된다. 어류의 서식환경은 하천 수량과 유속에 많은 영향을 받는다고 할 수 있으며, 또한 수온, 용존산소 변화에 민감한 것으로 알려져 있다. 향후 연구과제로는 어류가 하천에서 서식하는데 있어 필수적 인자인 수질, 온도 및 하도 특성 등의 장기적인 변화를 반영할 수 있는 거시적 생태모델에 관한 연구가 필요하며, 이러한 연구가 수행된다면 하천생태계에 대한 폭넓은 이해를 할 수 있는 연구 성과가 도출될 것으로 기대된다.
more초록/요약
The greatest influential factors directly on the ecosystem of rivers from the climate change may be water temperature and discharge. The water temperature is a very important factor with discharge to the ecosystem of rivers. However, it is very difficult to predict the water temperature change in rivers. On the other hand, there are limits in the prediction water temperature due to many related factors. The Climate Change Information Center(CCIC) at Meteorological Agency, South Korea, currently provides the precipitation prospect level until year 2100 in terms of a climate change scenario for the evaluation of domestic impact and the establishment of adaptative measure on the climate change. If this value and climate data are used, the long term discharge value can be predicted. The discharge is also a factor closely related to fish habitats in the river and is a very important element to analyze the physical characteristics variation of the habitats. The purpose of this study is to determine the physical characteristics variation of fish habitats due to the climate change. The middle area of the Seomjin River was selected as a study target section. River bed materials, climate, hydrology data, fish survey were measured. Based on the measured data, a long-term discharge model and a habitats model were used in order to examine the physical characteristics variation of fish habitat. The precipitation data was analyzed from the year 1961 to 2010 and the long term discharge model was used to calculate the present and future discharge (year 2011 to 2100). Input data of the long term discharge model were composed of the data of the high-resolution() climate change scenario offered by the Meteorological Agency and the meteorological data of the weather station. The simulated daily discharge was arranged as monthly mean discharge data in the interval of 30 years (2011～2040, 2041～2070, and 2071～2100) and used as boundary conditions of a river ecological model for the simulation of physical habitats of fish on study sites. Life stage(spawning and adult seasons) for target fishes and the physical environment of their habitats in the future years (2011～2040, 2041～2070, and 2071～2100) were investigated using the River2D model, which is a two-dimensional hydrodynamic habitats model. The following results are obtained. As the result of checking monthly mean precipitation during last 30 years (from 1961 to 2010) at the Suncheon station in the Seomjin river, mean precipitation in July to September(flood seasons), showed the increase aspect by the present average of 10%, up to the most 18% (from 1981 to 2010) in comparison with the past (from 1961 to 1990), and the other periods showed the tendency to decrease the average of 10%, up to the most 26%. This means that the climate change has been progressed from the past and that the use of hydrology resources has been limited. The future precipitation trends were predicted by a future precipitation scenario (A1B) suggested by the CCIC. As a result, the future average precipitation was increased by 6～15% in January, from April to June, and from September to October, compared with the present precipitation. Precipitation for the other periods were decreased by the average of 31% or up to 44%. The results of future habitats environment by using the Weighted Useable Area(WUA) are as follows. In the case of the year 2011 to 2040 at Aprok site, the precipitation was increased by 4% in the spawning season of Zacco platypus in comparison with the present. WUA was calculated to decrease by 3%, 18%, and 25% in the adult season of Zacco platypus, in the spawning and the adult seasons of Zacco temmincki, respectively. In the case of the year 2041 to 2070, for the spawning season and in the adult season of Zacco platypus, WUA was calculated to increase by 16% and 12%, respectively compared to the present WUA, which indicates that the habitat environment becomes better. However, in the case of Zacco temmincki, WUA was predicted to decrease by 7% in the adult season and 11% for spawning season, which indicates a poor habitat environment is formed. In the case of the year 2071 to 2100, WUA was figured out to increase by 15% and 11% in the spawning season and in the adult season of Zacco platypus, which indicates that the habitat environment is becoming good, but both in the spawning season and in the adult season of Zacco temmincki, WUA was calculated to decrease by 9%. At Gurye site, in the case of the year 2011 to 2040, in comparison with the present, WUA was determined to decrease by 3% and 6% both in the spawning season and in the adult season of Zacco platypus and 6% and 7% both in the spawning season and in the adult season of Zacco temmincki. In the case of the year 2041 to 2071, WUA was calculated to decrease by 3% and 4% during both spawning and adult seasons for Zacco platypus, and 8% and 1% in both spawning and adult seasons of Zacco temmincki. In the case of the year 2071 to 2100, WUA was predicted to decrease by 4% and 5% in the spawning and adult seasons of Zacco platypus, and 9% and 3% in spawning and adult seasons for Zacco temmincki. It has shown that the future habitat environment for target fishes at Gurye site will be worse than the present environment. At Songjeong site, in the case of the year 2011, WUA was calculated to increase by 22% and 10% during the spawning and adult seasons for Zacco platypus and 18% and 8% in the spawning and adult seasons of Zacco temmincki. In the case of the year 2041 to 2071, WUA was figured out to increase by 14% and 7% both in the spawning and adult seasons for Zacco platypus and 12% and 8% during the spawning and adult seasons for Zacco temmincki. In the case of the year 2071 to 2100, WUA was predicted to increase by 12% and 9% both in the spawning and the adult seasons for Zacco platypus, and 10% and 4% in the spawning and adult seasons of Zacco temmincki. It shows that in the long term view, the habitat environment of target fish at Songjeong site will be improved, compared with the present. As results of the simulation by the ecological model, it is expected that the future habitats environment of Zacco platypus at Aprok site will be improved, but that of Zacco temmincki will be worse. Thus it is necessary to cope with the climate change. In addition, it is expected that the habitat environment of both fishes at Gurye site will be worse continuously in the long term view. Climate change may be directly related to habitats and survival of fish. However, at Songjeong site, unlike the other sites, it is expected that the future habitat environment for both fishes will be improved. From the previous results, it is assumed that there are some deviations regionally on the habitat environment of fish in accordance with the physical characteristic of a river, but both positive and negative effect appear. It may be said that the habitat environment of fish is much influenced by discharge and velocity and is also known as being sensitive to water temperature and dissolved oxygen change. Therefore, it is necessary to study the macro ecological model considering a long term change of the water quality, the temperature and the characteristics of hydrology that are essential factors to the habitats of fish. From this study, it is expected that the findings will be used for the understanding the river ecology broadly.
more목차
1. 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 동향 5
1.3 연구 내용 및 방법 10
2. 연구의 이론적 배경 12
2.1 기후변화 시나리오 12
2.2 SWAT 모형 17
2.3 River2D 모형 26
2.4 서식처 적합도 기준 35
3. 대상유역 및 자료조사 40
3.1 대상유역 40
3.2 자료조사 46
4. 모형 구축 및 모의 결과 64
4.1 SWAT 모형 구축 및 모의 결과 64
4.2 River2D 모형 구축 및 모의 결과 78
5. 결론 128
참고문헌 132
Abstract 138
부 록 144
감사의 글 173