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1. 배경 및 필요성

소리는 자연의 일부로 사람과 생태에 매우 밀접한 관계에

있는 주요 물리량이다. 인간의 선호소리에 대한 연구는 사운

드스케이프(sound scape, 음풍경)관점에서 주로 연구가 활

발히 진행되고 있으나 생물의 경우 일부 어종에 대한 소리

반응 연구가 이루어진 실정이다(Sonja and Friedrich 2004,

Popper and Hastings 2009). 하천은 자연이 만든 공간이며

인간과 생태계에 다양한 소리가 존재하는 공간이다. 하지만

자연 하천을 인간의 이·치수 목적에 따라 사용하고 있어 소

리 또한 자연 하천과는 다른 인위적 요인에 의해 변화한다.

소리와 같은 물리적인 변화에 대해 자연은 항상 적응, 균형을

찾아가는 형태로 지속적으로 변화한다. 최근 자연하천에 버

금가는 환경성을 확보하기 위해 하천복원을 추진하고 있다.

현재까지 하천복원은 다양한 방향으로 진행되고 있으나 서

식생물을 위한 하천 소리에 대한 접근은 전무하며 하천환경

중 심미적 요인을 강조하고 있지만 하천에서 발생하는 사운

드스케이프에 대한 연구도 초기단계이다. 이러한 소리에 대

한 반응은 인간의 경우 호불호에 의해 결정되지만 어류와 같

은 생물에게는 유인 또는 차단을 유도하는 소리가 될 것이다.

특히 하천의 생태연결을 위한 어도의 경우 어류의 유인에 필

요한 적절한 소리가 필요하며 수력발전설비나 취수구조물

주변에는 어류의 차단이 필요할 것이다. 이러한 구조물을 어

류의 음향특성과 결합한다면 앞의 유도와 차단 목적에 따라

각기 어류의 유인 또는 차단이 가능할 것이다.

최근 외래어종의 유입은 어류 서식처의 생물 다양성 위협

및 생태계 파괴를 가져오기도 한다. 이는 특히 인공적으로 조

성된 댐이나 보 등에서 기존 생태계 파괴 및 토종 담수어의

급격한 감소를 초래한다. 특히 외래어종으로 인한 피해는 토

종어류의 감소뿐 만 아니라 수중생태계의 교란을 가져와 수

질악화 및 녹조현상을 발생시키므로 외래어종을 차단할 수

있는 연구 및 관리방안이 반드시 필요하다. 어류의 생태학적

인 연구는 전세계적으로 다수 수행되었으나 국내의 경우 외

래어종을 차단하기 위한 구조물 개발 및 실험에 대한 연구는

아직 미흡하다. 본 연구는 하천소리 복원을 위한 하천서식처

의 소리분포와 어류차단기술 개발을 위한 소리에 대한 어류

의 반응에 대한 내용을 간단히 소개하고자 한다.

하천서식처와 소리를 이용한 어류반응 및 생태관리를 위한 실험연구

여 홍 구 | 한국건설기술

연구원 수자원하천연구소

연구위원

(yeo917@kict.re.kr)

강 준 구 | 한국건설기술

연구원 수자원하천연구소

연구위원

(jgkang02@kict.re.kr)

특집하천실험센터

3

하천과 문화 Vol. 11 No.3 ● 여름20 21

2. 연구 내용 및 방법

A. 하천 어류서식처의 소리분포

하천서식처의 소리분포는 현장조사를 통해 대표적 어류서

식처인 여울과 소 에 대해 조사하였다. 여울은 수심 30 cm로

비교적 얕으며, 유속이 빨라 물 표면이 깨지며 소리내며 흐

르는 형태이다. 소는 수심 2 m로 유속이 느려 매끄러운 물 표

면을 가지고 있는 형태이다.

두 서식처의 수리분포는 주파수범위는 여울과 소가 인접

하게 있어 비슷하게 분포였으며 음압은 여울이 157dB로 측

정되어 소의 147dB 보다 10dB 크게 발생하였다. 필터링을 거

친 주파음역대는 여울은 1,000 Hz 이상, 소는 300 Hz 이내로

측정되었다(그림 1). 하천서식처의 소리조사는 서식처별 서

식하는 어종의 차이에 대해 자연적인 소리분포를 파악하고

어종별 선호 소리를 찾기 위해 수행된 것으로 분석된 소리분

포는 향후 선호 음원개발 및 구조물 설계에 활용될 것이다.

B. 소리에 의한 어류 반응실험

어류에 대한 소리반응을 알아보기 위한 실험은 음향발생

시스템과 영상측정을 이용하여 수행하였다(그림 2). 수중스

피커는 낮은 디스토션의 고음질을 가지며 수중음악효과를

위해 주로 이용되는 스피커로써 방사거리는 10m*10m로 일

정한 크기로 균일한 음방사를 해주는 장점이 있다. 실험 전

주파수(Frequency)가 정확한지 검증하기 위하여 Hydro-

phone을 이용하여 음향측정 및 분석을 실시하였으며 측정

된 자료를 통하여 데시벨의 최대치 등을 확인하였다.

어류반응 실험은 4개의 어종에 대해 수행하였다. 음향반

응 실험에 쓰인 어종은 총 4종으로 고유종 1종, 일반종 1종

및 외래종 2종으로 구성하였다. 대상어종은 국내 서식어종

인 칼납자루, 붕어, 큰입우럭, 파랑볼우럭이다. 특히 큰입우

럭(베스)과 파랑볼우럭(블루길)은 외래 유입어종으로 국내

에서는 개체수 감소를 위한 다양한 노력이 이루어지고 있다.

파랑볼우럭과 큰입우럭은 내수면 수산자원 증식을 목적으

로 외국에서 도입되어 방류한 이후 단기간에 최상위 포식자

가 되어 분포 범위가 급격하게 증가하고 있다. 그림 3은 실험

에 적용한 시스템을 나타낸 것이다.

어류반응주파수에 대한 어류의 선호 및 기피반응은 음향

반응실험을 토대로 특수실험수조를 제작하고 각 어종에 대

<그림 2> 서식처별 소리분포

<그림 1> 음향측정장치 및 실시간 측정

22 23

해 주파수를 변화하여 선호 및 기피소리평가 실험을 진행하

였다. 실험에 사용된 수조는 가로, 세로 각각 2m, 1m 인 직

사각형 수조로 수조의 좌·우측면에는 각각 1조의 음향발생

장치(UW30)을 설치하였다. 실험은 어종이 음향발생장치로

접근하였을때 좌·측에 설치되어있는 음향발생장치를 ON/

OFF 시키면서 어류의 거동을 관찰하고 선호 및 기피여부를

판단하도록 하였다. 어류반응실험은 음향실험수조에 실험

어종별로 투입한 후 일정간격의 주파수(50 Hz ~ 20,000 Hz)

에 대한 반응을 실시간 모니터링 시스템을 통하여 확인하고

기록하였다. 음향발생 시 큰 거동 변화는 영상시스템을 통

해 분석하였다.

실험결과 어종마다 음향발생에 대한 반응에 차이를 나타

냈다. 음향발생에 의한 실험어종의 거동을 측정하여 반응주

파수의 범위를 분석해본 결과 민감도(분포도)는 칼납자루＞

붕어＞파랑볼우럭＞큰입우럭 순으로 나타났다(그림 5). 대

부분의 거동반응은 회피반응으로 판단되었으며 큰입우럭

경우 실험 시 특이하게 1000㎐에서 선호반응이 나타났다. 작

은 소리에서 실험어종의 반응은 미약하였으며 일정 데시벨

(140dB) 이상에서 뚜렷한 반응을 관찰할 수 있었다. 특히, 반

복적인 실험을 진행할 경우 일정주파수에 대한 어류의 적응

력을 관측할 수 있었다. 실험결과 약 4회 이상 꾸준한 음원에

노출되면 어류반응 및 거동의 민감도가 급격하게 감소하였

다. 이와 같은 결과는 어류들이 소리에 익숙해짐에 따라 반

응이 약해지는 것으로 차단을 위한 연구에서는 음역과 음압

을 적절히 혼합한 음원개발이 매우 중요하다.

C. 소리를 이용한 어류 차단 실험

음향차단구조물에 대한 어류의 반응 및 거동분석을 위해

흐름 발생이 가능한 실험수로를 제작하여 실험모형을 구축

(a) 음향발생시스템 (b) 수중스피커 (c) 어류반응 실시간 모니터링

<그림 3> 음향발생시스템 및 실험

<그림 4> 선호 및 기피소리 평가

<표 1> 실험어종 및 반응실험 주파수

실험어종 반응실험 주파수(㎐)

칼납자루, 붕어,

큰입우럭,파랑볼우럭

50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000,

5000, 10000, 15000, 20000

<그림 5> 어류 소리반응 결과

하천과 문화 Vol. 11 No.3 ● 여름22 23

하였다. 실험시설은 한국건설기술연구원 하천실험센터에 제

작 및 설치를 하였으며 50m×2m의 수로를 제작한 후 차단시

설을 거치 후 실험을 수행하였다. 수로는 강화유리와 콘크리

트로 제작하였으며 유입부와 유출부 및 환수로 등으로 구

성되어 있다. 그림 6은 실험수로 및 장치를 나타낸 것이다.

음향반응실험결과 나타난 외래어종의 민감주파수 사용하

여 실험수로에서 차단실험을 수행하였다. 실험 시 일정시간

동안 지속적인 음원을 방성할 경우 주어진 실험 공간 내에서

더 이상 회피가 불가능하므로 적응단계를 거치고 수중스피

커의 차단선을 통과해버리기 때문에 실험의 준비상태에서

는 음원을 발생시키지 않고 있다가 차단선에 접근 시 순간적

으로 음원을 방성하였으며 회피반응을 관찰하고 차단효과

100%를 기준으로 몇 반복수의 차단이 이루어지는지 그 횟수

를 기록하였다. 그림 7은 소리에 의해 어류가 회피하는 현상

을 나타낸 것이다.

음향발생에 의한 실험어종의 거동을 판단하여 가청주파

수의 민감도를 분석해본 결과 가청주파수의 민감도는 블루

길 ＞ 배스의 순으로 나타났다.

배스는 주파수 발생이 없는 경우(대조조건) 수직방향으로

설치되어있는 스피커에 별다른 장애없이 상류쪽으로 소상

하는 것으로 관찰되었다. 실험음원을 방성하였을 경우 상류

쪽으로 소상하다가 일정 거리에서 다시 회유하여 하류방향

으로 회피하였다. Signal Generator에서 발생 가능한 6가지

Waveform(Sine, Squar, Ramp, Pulse, Triangle, Noise)에

대해서 각각 그 차단횟수가 다르게 나타났으며 Noise에서

차단횟수가 가장 높게 나타났다(그림 8). 블루길은 주파수

발생이 없는 경우(대조조건) 수직방향으로 설치되어있는 스

피커에 별다른 장애 없이 상류쪽으로 소상하였다. 실험음원

<그림 6> 차단수로 및 시스템

24 25

을 방성하였을 경우 상류쪽으로 소상하다가 일정 거리에서

다시 회유하여 하류방향으로 회피하였다. Signal Genera-

tor에서 발생 가능한 6가지 Waveform(Sine, Squar, Ramp,

Pulse, Triangle, Noise)에 대해서 각각 그 차단횟수가 다르

게 나타났으며 Ramp 100Hz에서 차단횟수가 가장 높게 나

타났다(그림 9).

D. 연구결과 적용 및 기술개발

실험연구는 하천관리 등에 적용할 기술검증의 단계로 실

제 적용할 수 있는 기술개발이 중요하다. 이를 위해 소리를

이용한 어류행동 분석 및 하천생태 관리를 위해서는 장기간

에 걸친 체계적 연구수행이 필요하다. 특히 현장에 사용할

수 있는 다양한 어종의 기피음원과 수중음향발생기의 개발

이 필요하다. 또한 이러한 비 물리적인 방법의 어류행동 제

어기술의 개발은 적용성이 광범위하고 응용생태공학적, 경

제적 파급효과가 크기 때문에 관련 원천기술의 확보가 무엇

보다 중요하다. 본 연구는 실제적용을 위한 기피음원과 수중

음향방생기를 개발하여 현재 실규모 실험을 수행하고 있다.

<그림 7> 음향에 대한 어류반응 및 거동

(a)

(d)

(b)

(e)

(c)

(f)

<그림 9> Waveform에 따른 주파수(100, 150Hz)방성 시 블루길의 차단효과

<그림 8> Waveform에 따른 주파수(100, 150Hz)방성 시 배스의 차단효과

하천과 문화 Vol. 11 No.3 ● 여름24 25

음원개발은 실험 연구자료를 바탕으로 어류의 특성을 고

려하여 개발하였다. 음원은 어류의 교육능력을 고려하여 일

정한 동일 주파수대를 피하였으며 소리의 크기를 변화할 수

있도록 구성하였다. 개발된 음원은 주파수대를 달리하여 특

정어종과 포괄적인 어종에 적용 가능하도록 구성하였다. 기

피소리는 어류차단 및 유인에 활용될 수 있을 것으로 판단

된다.

수중음향발생기는 기피음원을 원활하게 수중에서 출력되

어야 하므로 고출력장치가 필요하다. 하지만 기존 수중음향

발생기는 적용 사례가 미미하여 직접 개발하여야 하였다. 특

히 고수심의 경우 수압을 견뎌야하는 문제를 해결하여야 한

다. 그림 9는 개발 음향발생기를 나타낸 것이다. 현재 고출

력 수중음향발생기는 개발되어 실규모 실험을 수행하였으

며 현장적용 단계이다. 최종 목표는 고수심 수중음향발장치

의 경우 일반 방식과 비교하여 진동판이 없이 적은 출력으로

고효율의 음파를 방성시킬 수 있는 장치로 소형화롤 적용의

한계를 극복하는 것이다. 그림 10은 개발음원을 나타낸 것이

고 그림 11은 개발 음향발생장치를 나타낸 것이다.

3. 결론 및 향후 계획

인간과 자연이 공존하는 하천환경에 중요성이 대두되고

있는 현실에서, 본 연구는 생명체 서식환경에 중요한 요소

인 소리를 이용하여 기존 환경성 하천구조물의 한계를 극

복하는 새로운 원천기술 개발을 장기적인 목표로 하고 있다.

본 연구에서 어류의 민감음역대는 1000㎐ 이하의 저주파

음역대로 판단되었으며 실험어종(붕어, 칼납자루, 큰입우

럭, 파랑볼우럭)에 대해서는 100㎐ ~ 150㎐의 음역대가 공통

적으로 높은 반응성을 나타냈다. 상기 결과를 바탕으로 100

㎐ 및 150㎐ 의 주파수에 대하여 다양한 파형(Sine, Square,

Ramp, Pulse, Triangle, Noise)으로 변형시켜 접근차단실험

을 수행한 결과 Sine 파형과 같은 단순파형보다 Noise 파

형과 같은 불규칙한 파형의 차단효과가 높은 것으로 나타났

다. 또한 차단실험이 반복되면서 실험어종이 장시간 동일한

파형에 노출되면서 더이상 반응이 일어나지 않는 순응반응

이 나타났다. 어류의 순응반응을 저감시키고 어류의 유인 및

회피반응을 최적으로 끌어올리는 것이 본 연구의 최대 관권

이며 이를 위하여 두가지 솔루션을 실행하였다. 첫째는 어류

의 순응반응을 저감시키기위한 불규칙적 파형과 변동주파

수를 활용한 음원의 개발이며 둘째는 다양한 수중환경에서

안정적인 음원방성이 가능하며 어류의 유인 및 회피반응을

극대화시킬 수 있는 수중음향발생장치의 개발이다.

어류반응실험을 통한 어류의 선호소리와 기피소리를 이

용한 어류 유인 및 차단기술은 어류가 어도를 찾지 못해 어

도기능성이 저하되는 한계 극복, 하천구조물(발전소 등) 주

변의 어류 폐사 등의 환경문제 해결 및 최근 문제가 되는 외

<그림 10> 개발음원 주파수 및 음압 분포

기피음원1(100 ∼ 500 ㎐)의 스펙트럼 기피음원2(500 ∼ 1,000 ㎐)의 스펙트럼 기피음원3(100 ∼ 1,000 ㎐)의 스펙트럼

<그림 11> 수중음향발생장치의 개발과정

26 27

래종에 대한 관리를 통한 국내어종 보호를 위한 방안으로 제

안될 수 있을 것이다. 소리를 이용한 어류제어연구는 향후 다

양한 음원 및 수중 음향발생장치 등 제반기술 개발을 통해

현장적용 및 환경기술로 진화될 것으로 기대된다.

참고문헌

Sonja, A., Lidia E. W. and Friedrich L. (2004), “Noise emission

during the first powerboat race in an Alpine lake and po-

tential impact on fish communities”, J. of Acoustic Society of

American. 116(6), 3789-3797.

A. N. Popper and M. C. Hastings (2009) “The effects of human-

generated sound on fish”, Integrative Zoology, 4, 43-52.