이 글의 목적은 수생태 건강성 조사에서 저서성 대형무척추동물 지수(BMI, Benthic Macroinvertebrate Index)를 활용해 하천 생태 건전성을 평가하는 전체 절차와 실무 요령을 정리하여, 환경기술자·지자체 담당자·용역사 실무자가 곧바로 모니터링 계획 수립과 보고서 작성에 활용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 수생태 건강성 조사(BMI)의 위치와 법적 근거
수생태 건강성 조사는 물환경보전법에서 규정하는 “수생태계 현황 조사 및 건강성 평가”의 일환으로 시행되는 국가·지방 생물측정망의 핵심 조사이다. 하천과 하구에서 부착돌말류, 저서성 대형무척추동물, 어류, 수변식생 등을 주기적으로 조사하여 생물지표를 기반으로 하천의 생태 건전성을 등급화한다.
저서성 대형무척추동물 평가지수(BMI)는 이들 지표 가운데 하나로, 하천 바닥에 서식하는 수서곤충·연체동물·환형동물 등 눈으로 식별 가능한 무척추동물 군집의 구성과 민감도에 기반하여 수질과 서식처 상태를 통합적으로 반영하는 생물학적 지수이다.
조사 세부 방법과 평가 절차는 국립환경과학원의 「수생태계 현황 조사 및 건강성 평가 방법 등에 관한 지침(하천편)」에 제시되어 있으며, 각 지자체의 생물측정망 운영계획, 생태정보 GIS DB, 하천·하구 건강성 지도 작성의 표준 기준으로 활용된다.
2. 저서성 대형무척추동물과 BMI 지수의 기본 개념
2.1 저서성 대형무척추동물의 정의
저서성 대형무척추동물은 하천·호소·습지의 바닥 퇴적물, 수초, 나뭇가지, 자갈·암반 표면 등에 서식하면서 육안으로 식별 가능한 크기를 가진 무척추동물 군을 말한다. 일반적으로 편형동물, 연체동물, 환형동물, 절지동물(수서곤충 포함) 등이 대상이 된다.
이들은 이동성이 크지 않고 생활사가 비교적 길어 단기 수질변화뿐 아니라 장기적인 오염·서식처 교란 이력을 반영하므로, 화학적 수질분석만으로 파악하기 어려운 생태계 반응을 정량화하는 데 유리하다.
2.2 BMI(Benthic Macroinvertebrate Index)의 구성
BMI 지수는 저서성 대형무척추동물 군집 자료(종 목록, 개체수, 민감도 그룹 등)를 이용하여 산정하는 통합 지수이다. 국가 지침에 따라 세부 산정 방식과 가중치는 다소 변동될 수 있으나, 일반적으로 다음과 같은 요소를 조합하여 계산한다.
- 종 풍부도(총 종수)
- 오염에 민감한 지표종(예: 강도래류, 날도래류 등)의 출현 여부 및 비율
- 오염에 강한 지표종(예: 실지렁이, 깔따구류 등)의 비율
- 군집 내 우점도와 균등도
- 생태 점수(종별 공차도 또는 민감도 계수)에 기반한 합성 점수
이러한 요소를 반영하여 산출된 BMI 값을 0~100점 범위로 표준화한 뒤 등급 구간에 따라 A~D 또는 A~E 등급으로 분류하여 하천의 생태 상태를 평가한다. 연구·지침 개정 과정에서 등급 기준과 보정 방식은 지속적으로 검토·개선되고 있다.
3. BMI 기반 수생태 건강성 조사 설계
3.1 조사 목적과 활용 범위 명확화
조사 설계의 첫 단계는 BMI 조사의 목적을 명확히 정의하는 것이다. 실무에서는 대략 다음과 같은 목적 범주로 구분한다.
- 국가·지방 생물측정망 정기 모니터링
- 하천·하구 복원사업 전·후 효과 평가
- 산업단지·도시개발 등 환경영향평가 및 사후 모니터링
- 수질오염총량제 목표수질 달성 여부 점검
- 어류·부착돌말류 등 다른 지표와 연계한 종합 생태평가
목적에 따라 조사 지점 수, 조사 주기, 동시 수행 항목(수질, 유량, 서식처 조사 등)을 달리 설계하여야 한다.
3.2 조사 지점 선정 원칙
하천 BMI 조사 지점은 지침에서 제시하는 수계·유역·행정구역 구분과 기존 생물측정망 지점을 우선 고려하여 선정한다. 실무에서는 다음과 같은 기준을 함께 적용하는 것이 일반적이다.
- 대표성: 상류·중류·하류, 도시·농업·산림 유역 등 주요 토지 이용·오염원 유형이 반영되도록 배치한다.
- 연속성: 기존 조사 지점과 동일 위치를 유지하여 장기 추세 분석이 가능하도록 한다.
- 접근성·안전성: 수심, 유속, 호안 구조를 고려하여 조사자가 안전하게 진입·채집할 수 있는 지점을 선정한다.
- 교란 영향: 합류부, 방류구, 보·댐 상하류 등 교란 가능성이 큰 구간은 별도 지점으로 설정하여 영향 범위를 파악한다.
주의 : 하천 구조개선, 제방 공사, 보 개방·설치 등으로 지점 여건이 크게 변한 경우, 좌표만 유지한 채 조사 위치를 임의로 옮기지 말고, 변경 이력을 기록하고 가능한 한 동일 수리·지형 조건을 갖춘 위치로 재지정해야 한다.
3.3 조사 시기와 주기
저서성 대형무척추동물 조사는 계절에 따라 군집 구성과 개체수가 크게 달라지므로, 지침에서는 대표 계절(예: 봄·가을)을 중심으로 정해진 기간 내에 조사를 수행하도록 규정하고 있다. 장마·홍수 직후에는 하상 세굴과 대량 유실로 인해 군집이 불안정하므로, 일정 기간 회복 후 조사를 실시하는 것이 일반적이다.
정기 모니터링에서는 3년 주기 전국 조사, 매년 생물측정망 조사 등 장기계획에 맞추어 연도별 조사 지점을 분산 배치하며, 필요 시 개발사업·오염사고 구간에 대해 추가 조사(수시 조사)를 수행한다.
4. BMI 현장 조사 절차
4.1 현장 준비와 기본 장비
저서성 대형무척추동물 조사를 위한 기본 장비 구성은 대체로 다음과 같다.
- 채집망(서버망, D-frame망 등; 메시 크기는 지침 권고에 따른다.)
- 채집 트레이, 흰색 플라스틱 수조, 세척용 스퀴즈 병
- 핀셋, 스푼, 붓, 눈금 실린더, 샘플 병(에탄올 고정용)
- 방수 수첩·필드 로그, 영점 보정된 GPS, 디지털 카메라 또는 태블릿
- 안전장비: 구명조끼, 장화, wader, 장갑, 헬멧(필요시)
주의 : 채집망 메시 크기, 채집 면적, 반복 수 등은 지수 산정의 기준이 되므로, 지침에서 정한 사양을 임의로 변경하면 안 된다. 장비를 교체해야 하는 경우 조사계획서와 보고서에 사양과 이유를 명시해야 한다.
4.2 조사 지점 현황 기록
현장에 도착하면 저서성 대형무척추동물 채집 전에 다음 사항을 기록한다.
- 지점 정보: 하천명, 지점 코드, 행정구역, 좌표, 조사일자, 조사자
- 수리·지형 특성: 유폭, 수심, 유속(대략적), 하상 재질(자갈, 모래, 실트 등)
- 서식처 유형: 여울·소·정체수역, 수초대, 유목·죽공 구조물 등
- 주요 오염원·교란요소: 상·하류 방류구, 농경지, 도시 배수, 공사 현장 등
- 기상과 수문 조건: 최근 강우, 홍수 여부, 보·댐 운영 상황 등
이 정보는 BMI 값 해석 시 서식처·수문 조건을 함께 고려하는 데 필수적이다.
4.3 서식처별 다중 채집
BMI 조사는 단일 지점에서 하나의 서식처만 채집하는 것이 아니라, 유효 범위 내 대표 서식처를 복수로 선택하여 다중 채집한 뒤 합성 시료를 만든다는 점이 중요하다. 일반적인 절차는 다음과 같다.
- 조사 구간 내 여울, 완만한 흐름, 수초대, 자갈대 등 주요 서식처를 3~5개 선정한다.
- 각 서식처에서 동일 면적(예: 30×30 cm 수준)의 기질을 대상으로 채집망을 설치하고, 발로 하상을 교란하거나 손으로 기질을 문질러 부착 생물을 떨어뜨린다.
- 채집망에 포획된 시료를 트레이로 옮겨 자갈·큰 잔재를 세척한 뒤, 유기물·저서성 대형무척추동물이 남도록 정리한다.
- 동일 지점의 서식처별 시료를 한 용기에 모아 합성 시료(콤포지트 샘플)를 만든다.
주의 : 유속이 약한 정체수역 또는 깊은 웅덩이 구간만 채집할 경우, 오염에 강한 종만 과대 포집되어 BMI가 실제보다 낮게 나올 수 있다. 여울·완만유역 등 다양한 서식처를 균형 있게 포함해야 한다.
4.4 시료 고정과 라벨링
채집된 시료는 현장에서 즉시 보존제를 넣어 고정하고 정확한 라벨을 부착해야 한다.
- 보존제: 일반적으로 70% 에탄올을 사용하며, 시료 용량 대비 충분한 비율로 첨가한다.
- 라벨 내용: 지점명, 지점 코드, 조사일자, 서식처 코드, 조사자, 시료 번호 등
- 이중 라벨: 병 외부 방수 라벨 + 내부 종이 라벨을 병 안쪽에 함께 넣어 보존제 혼입·라벨 탈락에 대비한다.
주의 : 라벨 기입 오류는 이후 실내 분석·데이터베이스 등록에서 치명적 문제가 된다. 현장에서 즉시 교차 확인(조사자 2인 이상)이 필요하다.
5. 실내 분석: 분류·계수 및 데이터 정리
5.1 시료 전처리와 분류
실내에 반입된 시료는 다음 순서로 처리하는 것이 일반적이다.
- 에탄올 농도 확인 및 필요 시 보충·교체한다.
- 체(sieve) 또는 흰색 트레이에 시료를 나누어 올리고, 핀셋·붓을 사용해 저서성 대형무척추동물을 분리해낸다.
- 조대분류(문·강 수준) → 세부 분류(목·과·속·종 수준) 순으로 동정을 진행한다.
- 동정이 어려운 개체는 별도 병에 보관하고 전문 분류 전문가 검토에 대비한다.
동정 기준은 국내 저서성 대형무척추동물 도감, 분류학 논문, 국립환경과학원·국립생태원에서 제공하는 분류키 등을 활용하여 일관성을 확보해야 한다.
5.2 개체수 계수 및 데이터 시트 작성
동정이 완료되면 종별 개체수를 계수하고 데이터 시트에 기록한다.
- 기본 항목: 지점 코드, 조사일자, 서식처 정보, 종명(또는 분류군), 개체수
- 보조 정보: 성체/유체 구분, 우화 직전 개체 여부, 특이 형태 이상 등
- 코드화: BMI 산정 프로그램 또는 DB 입력을 위해 종코드·분류코드 체계를 사용한다.
실무에서는 엑셀 또는 전용 DB에 입력하여 자동으로 종수, 우점도, 지수 산정에 활용할 수 있도록 관리한다.
5.3 빈도·우점도·민감도 지표의 산출
BMI 산정을 위해서는 종별 개체수에서 파생되는 몇 가지 기초 지표를 사전에 계산해 두는 것이 편리하다.
- 상대 개체수 비율(%)
- 우점도 지수(예: 상위 몇 종이 전체 개체수에서 차지하는 비율)
- 민감도 그룹(오염민감·중간·내성 그룹 구분)별 개체수 및 비율
- EPT 그룹(강도래·날도래·하루살이 등 민감 군집) 비율
이러한 기초 지표는 단독으로도 생물학적 수질평가에 활용할 수 있으며, 다른 생물지표(어류 지수, 부착돌말 지수 등)와 결합해 다변량 분석을 수행하는 데도 활용된다.
6. BMI 지수 산정과 등급 해석
6.1 BMI 점수 계산 개념
BMI 계산식은 지침·연구에 따라 세부 계수와 지수 구성 요소가 다를 수 있으나, 기본 구조는 다음과 같이 이해할 수 있다.
1) 종별 생태점수(민감도 계수)를 부여한다. 2) 각 종의 생태점수 × 개체수 또는 출현 여부를 이용해 지점별 총 점수를 계산한다. 3) 군집 구조 지표(종수, 우점도, EPT 비율 등)를 반영하는 보정항을 추가한다. 4) 결과를 0~100 범위로 표준화하여 BMI 최종 점수를 산정한다. 실무에서는 국립환경과학원에서 제공하는 기준표나 전용 프로그램, 또는 지자체에서 구축한 엑셀 템플릿·DB 시스템에 종별 개체수를 입력하면 자동으로 BMI 값과 등급이 산출되도록 구성하는 경우가 많다.
6.2 BMI 등급 구분 예시
국내 여러 자료에서 사용되는 BMI 등급 구간의 예시는 다음과 같다. (조사 목적·수계 유형에 따라 등급 경계는 일부 상이할 수 있다.)
| BMI 점수 범위 | 생물등급 | 환경상태 해석 | 현장 해석 포인트 |
|---|---|---|---|
| 80 ~ 100 | A (최상) | 자연성이 매우 우수하고 오염·교란 영향이 거의 없는 상태이다. | 민감종이 풍부하고 오염내성종 비율이 낮으며, 하상·수변 구조가 자연형에 가깝다. |
| 60 ~ <80 | B (양호) | 대체로 양호하나 일부 구간에서 제한요인이 존재하는 상태이다. | 민감종과 내성종이 혼재하며, 국지적 교란·오염원이 있으나 군집 구조가 전반적으로 안정적이다. |
| 45 ~ <60 | C (보통) | 자연성과 교란요인이 혼재하며, 관리·복원이 필요한 상태이다. | 내성종 비율이 눈에 띄고, 여울 상실·호안 콘크리트 등 물리교란이 병행되는 경우가 많다. |
| 0 ~ <45 | D (불량) | 심각한 오염 또는 서식처 훼손으로 자연요소가 크게 저하된 상태이다. | 실지렁이·깔따구류 등 소수 내성종이 우점하며, 하상이 펄·세립퇴적물로 덮여 있다. |
주의 : 동일 BMI 점수라도 하상 재질, 유량 변동, 보·댐 운영 등 서식처 차이에 따라 군집 구성이 달라질 수 있다. 따라서 BMI 등급은 반드시 수문·서식처 조사 결과와 함께 종합적으로 해석해야 한다.
6.3 다른 생물지표와의 통합 해석
수생태 건강성 평가는 일반적으로 부착돌말류 지수(예: TDI), 어류 지수(FAI), 서식·수변 환경지수(HRI) 등과 함께 수행된다. 같은 지점에서 BMI는 C(보통)이나 어류는 B(양호), 서식·수변 지수는 D(불량)과 같이 상이한 결과가 나타날 수 있다.
이 경우 BMI는 단기 유기오염과 하상 상태에 민감하게 반응하고, 어류는 유로 연속성·수변 구조 등에 더 민감하게 반응하는 등 지표별 특성을 고려하여야 한다. 지수 간 불일치는 오히려 특정 교란인자를 추적하는 단서가 되므로, 단순 평균보다는 “어떤 지표가 왜 나쁘게 나왔는가”를 설명하는 정성적 해석이 중요하다.
7. BMI 조사 결과의 활용 전략
7.1 하천·하구 관리와 복원 계획 수립
BMI 결과는 다음과 같은 관리·복원 전략 수립에 활용할 수 있다.
- 장기 모니터링: 동일 지점의 BMI 추세를 분석하여 생태 상태의 개선·악화를 파악하고, 정책·시설 개선 효과를 검증한다.
- 공간 우선순위 설정: 동일 수계 내에서 D·C 등급 구간을 우선 복원 대상 구간으로 선정하고, A·B 등급 구간은 보전·완충 구역으로 관리한다.
- 복원 목표 설정: 복원사업 추진 시 “BMI C → B 이상”과 같이 구체적 목표를 설정하고 사후 모니터링 지표로 활용한다.
7.2 수질오염총량제·방류관리와의 연계
수질오염총량제 지점의 경우, 화학적 수질(총인, 총질소, BOD·COD 등)과 함께 BMI 결과를 비교·검토함으로써 동일 목표수질에서 생태계 반응이 어떻게 다른지 진단할 수 있다. 예를 들어 화학적 목표수질은 달성되었으나 BMI가 여전히 낮게 유지된다면, 수량·서식처·보 구조 등 물리적·수문학적 요인 개선이 필요하다는 신호로 해석할 수 있다.
7.3 환경영향평가 및 사후 모니터링
대규모 개발사업(산업단지, 도로, 신도시 등) 인근 하천에 대해서는 공사 전·중·후에 BMI 조사를 수행하여 사업에 따른 생태영향을 추적할 수 있다.
- 공사 전: 기준선(baseline) BMI 상태를 설정한다.
- 공사 중: 일시적인 교란·탁수에 따른 변동 양상을 모니터링한다.
- 공사 후: 복원조치(하상 복구, 수변녹지 조성)가 BMI에 미친 효과를 평가한다.
이때 BMI 변화와 함께, 특정 민감종의 재출현 여부, 내성종 우점 해소 여부를 세부적으로 분석하면 사업 영향과 복원 효과를 보다 정밀하게 설명할 수 있다.
8. 실무에서 자주 발생하는 오류와 개선 팁
8.1 채집 방법 불일치
현장에서 가장 많이 발생하는 오류는 조사자·연도별로 채집 방법이 달라지는 것이다. 채집 면적, 시간, 서식처 조합이 바뀌면 BMI 값이 달라졌을 때 실제 생태 변화인지, 방법 차이인지 구분이 어려워진다.
주의 : 조직 내에서 표준 작업절차(SOP)를 문서화하고, 신규 조사자 교육 시 반드시 현장 실습과 체크리스트를 통해 방법을 통일해야 한다.
8.2 동정 수준·정확도 편차
동정 경험이 부족하거나 분류 키를 통일하지 않으면, 특정 종을 상위 분류군으로 뭉뚱그리거나 다른 종과 혼동하는 사례가 발생한다. 이는 민감도 그룹 분류에 영향을 미쳐 BMI 산정 오류로 이어진다.
- 가능한 한 동일 전문 분류자가 수계 단위로 일괄 동정을 수행한다.
- 어려운 분류군은 사진·표본을 축적하여 내부 검토회를 통해 합의된 기준을 적용한다.
- 연도별 품질관리(QA/QC) 계획을 세워 중복시료·블라인드 시료를 활용해 동정 일치도를 점검한다.
8.3 서식처·수문 조건을 무시한 단순 등급 비교
같은 C등급이라도 산지하천과 도시 소하천의 의미는 다르다. 전자는 자연성은 높으나 단기 교란(산사태, 국지 홍수 등) 영향일 수 있고, 후자는 상시 오염·물리 교란의 결과일 수 있다. BMI 값만 나열하는 보고서보다는, 서식처·수문 조건·오염원 정보와 함께 종합 해석하는 보고서가 현장 관리에 훨씬 유용하다.
8.4 데이터 관리·백업 미흡
여러 해에 걸친 BMI 자료는 장기 추세 분석과 정책 평가의 핵심 자산이다. 그러나 실무에서는 파일명 규칙 불일치, 백업 누락, 조사자 개인 PC 의존 등으로 자료가 유실되는 사례가 발생한다.
- 지점 코드·연도·지표명(BMI)을 포함한 파일명 규칙을 조직 차원에서 통일한다.
- 원시(개체수) 데이터와 지수 산출 결과 파일을 분리 보관한다.
- 공용 서버 또는 클라우드 저장소에 정기 백업하고, 변경 이력을 관리한다.
9. BMI 조사를 처음 도입하는 기관을 위한 단계별 로드맵
소규모 지자체·사업장·환경연구소에서 처음으로 BMI 기반 수생태 건강성 조사를 도입할 때는 다음과 같은 단계별 로드맵을 활용할 수 있다.
- 기획 단계: 조사 목적·수계·기간·예산을 정하고, 국가 지침·선행 조사 결과를 검토한다.
- 지점 선정: 기존 생물측정망 지점과 연계하여 대표 지점을 선정하고, 현장 답사를 통해 접근성과 안전성을 확인한다.
- 표준 절차 수립: 채집 방법, 시료 고정, 운반, 실내 동정, BMI 산정, 품질관리 계획을 포함한 SOP를 문서화한다.
- 교육·훈련: 조사자에게 장비 사용법, 서식처 판독, 안전수칙, 필드 로그 작성법을 교육하고, 시험 조사를 통해 숙련도를 점검한다.
- 정규 조사: 계획에 따라 정기적으로 조사를 수행하고, 이상 기상·홍수·오염사고 발생 시 추가 조사를 검토한다.
- 자료 분석·보고: BMI 값과 생물등급, 지점별 특성, 관리·복원 권고사항을 포함한 보고서를 작성하고, GIS·웹 지도로 시각화하여 공유한다.
FAQ
BMI 조사만으로 하천 수생태 건강성을 평가할 수 있는가?
BMI는 저서성 대형무척추동물 군집을 기반으로 한 강력한 생물지표이지만, 하천 수생태계를 완전히 대표하지는 못한다. 어류, 부착돌말류, 수변식생, 서식·수변 환경지수(HRI), 유량·수질 자료와 함께 통합적으로 해석해야 생태계 구조와 기능을 보다 정확히 파악할 수 있다.
소규모 지방하천이나 도시 소하천에도 BMI 조사가 필요한가?
필요하다. 저수량·인공구조물이 많은 도시 소하천일수록 화학적 수질은 일정 기준을 만족하더라도 서식처 교란과 유량 불안정으로 생태계가 취약해지는 경우가 많다. BMI 조사를 통해 이러한 생태적 취약성을 확인하고, 하상·수변 복원·유량 확보 등 맞춤형 관리 방안을 도출할 수 있다.
우기나 홍수 직후에는 BMI 조사를 어떻게 해야 하는가?
홍수 직후에는 하상 세굴과 대량 유실로 인해 저서성 대형무척추동물 군집이 일시적으로 붕괴될 수 있다. 이 시점의 BMI 값은 장기적 건강성을 반영하기보다는 극단 이벤트에 대한 반응을 보여주는 값이므로, 정기 평가용 조사로는 적합하지 않다. 정기 조사는 홍수 영향이 어느 정도 가라앉은 후 실시하고, 필요하다면 홍수 직후 조사 결과를 별도로 기록하여 회복 과정 분석에 활용하는 것이 바람직하다.
BMI가 낮게 나왔을 때 반드시 수질오염 때문이라고 봐도 되는가?
그렇지 않다. BMI는 수질뿐 아니라 서식처 구조, 유량 변동, 보·댐 운영, 호안 공법, 하상 재질 등의 영향을 모두 받는다. 예를 들어 화학적 수질은 양호하지만, 하상이 콘크리트로 포장되고 여울이 사라지면 민감종이 감소하여 BMI가 낮게 나올 수 있다. 따라서 BMI가 낮게 나왔을 때는 수질·서식처·유량 정보를 함께 검토하여 원인을 진단해야 한다.
전문 분류 인력이 없을 때 BMI 조사를 어떻게 시작해야 하는가?
초기에는 전문 용역기관 또는 대학·연구기관과 협업하여 분류·동정을 위탁하는 것이 현실적이다. 동시에 내부 인력에게 기본 분류교육을 실시하고, 자주 출현하는 주요 분류군부터 단계적으로 동정 역량을 키우면 중장기적으로 일부 분석을 자체 수행할 수 있다. 종 수준 동정이 어렵다면, 지침에서 허용하는 범위 내에서 상위 분류군 또는 생태군 기반 지표를 병행하는 방안도 검토할 수 있다.