이 글의 목적은 어류지수(IBI, Index of Biotic Integrity)를 활용하여 하천·하천수계의 생태 건강성을 정량적으로 평가하는 방법을 정리하고, 실제 현장에서 조사·분석·보고서 작성까지 바로 적용할 수 있는 실무 가이드를 제공하는 것이다.
1. 어류지수(IBI)의 개념과 도입 배경
어류지수(IBI)는 하천에 서식하는 어류 군집의 종 조성, 먹이 구조, 민감·내성 특성, 개체수 및 건강 상태 등을 종합하여 수생태계의 “통합적 건강성”을 점수로 나타내는 다지표(multimetric) 생물학적 지표이다. 어류 군집은 수질, 유량, 서식처 교란, 보·댐 설치, 유역 토지이용 변화 등 다양한 교란 요인에 장기간 반응하기 때문에 단기적인 수질 분석만으로는 파악하기 어려운 생태적 변화를 잘 반영하는 특성이 있다.
IBI 개념은 원래 미국에서 하천 어류군집을 이용한 생물학적 무결성 평가를 위해 제안되었고, 이후 여러 지역에 맞게 메트릭 구성이 수정·보완되어 적용되어 왔다. 한국에서도 2000년대 초반부터 금호강, 금강 등 주요 유역을 대상으로 어류 기반의 IBI 모델이 개발되었으며, 국가 수생태 건강성 평가 및 유역단위 의사결정에 활용되고 있다.
IBI의 핵심은 “한두 개의 개별 지표”가 아니라 여러 생태학적 속성을 반영하는 메트릭들을 선정하고, 이를 공통의 점수 체계로 표준화하여 합산한다는 점이다. 따라서 메트릭 선정, 참조(reference) 지점 구축, 점수화 기준 설정, 유역별 보정 여부 등 설계 단계의 품질이 전체 지수의 신뢰도를 결정한다.
2. IBI 구성 메트릭의 기본 구조
대부분의 어류 IBI 모델은 메트릭을 다음과 같이 세 가지 큰 범주로 구분한다.
- ① 종 풍부도 및 조성(Richness & Composition)
- ② 먹이·내성 길드(Trophic & Tolerance Guild)
- ③ 개체수 및 건강 상태(Abundance & Health)
한국 유역에 적용된 어류 IBI 모델(예: 금강 수계 IBIKW, 금호강 IBI 등)은 보통 8개 또는 10개 정도의 메트릭으로 구성되며, 대표적인 항목은 아래와 같다.
| 구분 | 대표 메트릭 예시 | 생태학적 의미 |
|---|---|---|
| 종 풍부도·조성 | 토착 어종 수 | 유역 고유 어류의 종풍부도 수준을 반영한다. |
| 여울 저서성 어종 수 | 여울·자갈 하상 등 양호한 서식처 조건을 필요로 하는 종의 풍부도를 나타낸다. | |
| 민감종(Sensitive species) 수 | 저오염·양호한 서식처에서만 유지되는 민감종 존재 여부를 나타낸다. | |
| 먹이·내성 길드 | 내성종(Tolerant species) 비율 | 오염·교란에 강한 내성종 비율이 높을수록 생태 건강성이 낮음을 의미한다. |
| 잡식성(Omnivore) 어종 비율 | 먹이망 교란·영양염 과잉 등으로 단순화된 먹이 구조를 반영한다. | |
| 토착 곤충식(Insectivore) 어종 비율 | 수서곤충군집의 건전성과 상위 영양단계의 안정성을 간접적으로 나타낸다. | |
| 개체수·건강 | 토착 어류 개체수 총합 | 서식처 수용능력과 어류군집의 양적 수준을 평가한다. |
| 기형·병변·종양 개체 비율 | 만성 독성, 유기오염, 기타 스트레스에 따른 건강 이상을 반영한다. |
실제 모델에서는 유역 특성을 고려해 메트릭을 추가·삭제하거나, 특정 과(예: 잉어과, 미꾸리과)의 특성을 반영한 메트릭을 별도로 둘 수 있다. 중요한 점은 모든 메트릭이 서로 중복되지 않으면서, 물리·화학·생물학적 교란을 폭넓게 포착하도록 설계해야 한다는 것이다.
3. 어류지수(IBI) 평가를 위한 조사 설계
IBI 평가는 현장 조사 설계 단계에서부터 표준화가 중요하다. 조사 구간 길이, 조사 시기, 채집 방법, 반복 조사 전략 등에서 일관성을 확보하지 못하면, 메트릭 값의 교란 요인이 커지고 장기 추세 분석이 어렵다.
3.1 조사 구간 길이와 위치 선정
여러 국가 및 연구에서 공통적으로 “하천 폭의 약 30~40배”를 하나의 표준 조사 구간으로 사용하며, 최소 150 m, 최대 500 m 범위를 권장한다. 이는 하폭이 좁은 상류 소하천부터 중·하류 중규모 하천까지 적용 가능하도록 한 기준이다.
- 조사 구간 길이 = 평균 수로 폭 × 30~40 (단, 150~500 m 범위 내에서 조정한다.)
- 조사 구간에는 여울(riffle)·소(pool)·완만부(run) 등이 최소 1~2회 이상 반복되어야 한다.
- 인위 구조물(보, 제방, 배수문 등)의 바로 상·하류는 피하고, 하천의 대표적인 구간을 선정한다.
주의 : 조사 구간이 너무 짧으면 종수와 개체수의 변동성이 커져 IBI 점수가 불안정해진다. 최소한 여러 개의 여울–소 단위가 포함되도록 구간을 설정하는 것이 좋다.
3.2 조사 시기·빈도
어류 IBI 조사는 대체로 수량이 안정적이고 유속이 과도하게 크지 않은 시기를 택한다. 장마철과 홍수 직후는 피하는 것이 원칙이다.
- 권장 시기: 보통 봄~초여름 또는 가을, 유역 특성에 따라 결정한다.
- 조사 빈도: 연 1~2회(건기 위주) 정기 조사 + 필요 시 수질사고·어류폐사 등 사건 대응 조사.
- 장기 추세 분석: 최소 3~5년 이상 동일 지점·동일 방법으로 조사해 시계열을 구축한다.
3.3 채집 장비와 방법
어류 채집은 전기 어로, 족대, 투망, 정치망 등 다양한 장비를 조합하여 수행할 수 있다. 상류 협소 하천에서는 배낭식 전기 어로 장비와 족대를, 중·하류 넓은 하천에서는 소형 전동선박과 투망을 병행하는 방식이 자주 사용된다. 미국 및 국내 여러 지침에서는 전기 어로를 이용해 40×하폭 구간을 단일 또는 소수 패스(single/multiple pass)로 훑는 방법을 기준으로 제시한다.
한 번의 조사를 통해 각 종별로 충분한 개체수를 확보하는 것이 중요하며, 일반적으로 200~300개체 이상을 목표로 한다는 연구 결과도 있다. 채집된 개체는 현장에서 종을 동정하고, 필요 시 일부 개체를 표본으로 보존해 실험실에서 재확인한다.
주의 : 채집 방법과 조사 시간(또는 조사 거리)을 해마다 바꾸면 메트릭의 기준이 달라져 시계열 비교가 불가능해진다. 동일 유역·지점에서는 최대한 같은 장비, 같은 조사 전략을 반복적으로 적용해야 한다.
3.4 어린 개체(0+세) 처리
어린 개체(해당 연도에 부화한 0+세)는 종 동정이 어렵고, 홍수나 서식처 미세 변화에 민감해 단기 변동이 크다. 일부 연구에서는 어린 개체를 IBI 계산에서 제외할 경우 점수가 2~10점 정도 낮아질 수 있다고 보고한다. 따라서 다음과 같은 기준을 사전에 정해 일관되게 적용해야 한다.
- 정책·모델 기준에 따라 어린 개체 포함 여부를 명시한다.
- 포함하되, 동정이 불확실한 개체는 “미동정 juveniles”로 별도 처리한다.
- 어린 개체 제외를 선택한 경우, 향후 모델 보정과 결과 해석에 이 영향이 반영되도록 한다.
4. 메트릭 산정과 점수화(Scoring) 절차
현장 조사 후에는 채집 자료를 정리하고, 각 메트릭을 수치화한 뒤, 이를 공통의 점수 체계로 변환하는 과정이 필요하다.
4.1 자료 정리 및 길드 분류
먼저 종별 개체수, 토착/외래 여부, 민감·내성 특성, 먹이 길드 등을 정리한다. 한국에서는 주요 어종에 대해 물리·화학 환경 허용 범위, 먹이 습성, 서식 형태를 분석해 민감종–중간종–내성종, 곤충식–잡식–육식 등으로 구분한 길드 체계가 연구되어 있다.
- 토착/외래 구분: 국내 자연 분포 여부를 기준으로 한다.
- 민감종(Sensitive): 저오염, 양호한 서식처에서만 안정적으로 관찰되는 종.
- 내성종(Tolerant): 유기오염, 탁도 증가, 서식처 단순화에도 생존 가능한 종.
- 먹이 길드: 곤충식, 잡식, 식물/조류식, 육식 등으로 구분한다.
4.2 메트릭 계산 예시
대표적인 메트릭 계산 방식은 다음과 같다.
- 토착 어종 수 = 조사 지점에서 확인된 토착 어종의 총 종수.
- 민감종 수 = 민감종으로 분류되는 어종 중 관찰된 종수.
- 내성종 비율(%) = (내성종 개체수 합계 ÷ 전체 개체수) × 100.
- 잡식성 비율(%) = (잡식 길드 개체수 합계 ÷ 전체 개체수) × 100.
- 토착 곤충식 비율(%) = (토착 곤충식 어종의 개체수 합계 ÷ 전체 개체수) × 100.
- 기형·병변 개체 비율(%) = (기형·병변 관찰 개체수 ÷ 전체 개체수) × 100.
4.3 점수화(1·3·5점) 기준 설정
여러 한국형 IBI 모델에서는 미국 EPA의 접근법을 참고하여 각 메트릭을 1점, 3점, 5점의 3단계로 점수화하는 방식을 많이 사용한다. 일반적인 방식은 다음과 같다.
- 5점(우수): 참조(reference) 지점의 양호한 값(예: 상위 25% 구간)과 유사한 수준.
- 3점(중간): 참조 지점 평균과 교란 지점 평균 사이의 중간 영역.
- 1점(불량): 교란이 심한 지점에서 나타나는 낮은 수준(예: 하위 25% 구간) 또는 역방향(예: 내성종 비율이 매우 높음).
참조 지점은 유역 내에서 인위적 교란이 최소이고, 자연적인 하도 구조와 주변 식생이 잘 보전된 지점을 여러 개 선정하여 통계적으로 설정한다. 참조 지점이 제대로 구축되지 않으면 전체 IBI 모델의 기준이 왜곡되므로, 초기 모델 개발 단계에서 충분한 표본 수집과 검증이 필요하다.
4.4 지수 합산과 등급 구분
예를 들어 8개 메트릭을 사용하는 모델에서 각 메트릭에 1·3·5점을 부여하면, IBI 총점 범위는 8~40점이 된다. 10개 메트릭 모델에서는 10~50점이 된다. 일부 연구에서는 10메트릭 IBI에 대해 5등급(탁월~매우 불량)을 다음과 같이 구분하기도 한다.
| IBI 점수(예시) | 생태 건강 등급 | 해석 |
|---|---|---|
| 48~50 | 탁월(Excellent) | 자연 참조 상태와 유사한 수준으로, 인위적 교란이 거의 없다. |
| 38~42 | 양호(Good) | 부분적 교란은 있으나, 대부분의 생태 기능이 유지되고 있다. |
| 30~34 | 보통(Fair) | 외래종 증가, 민감종 감소 등 교란 징후가 뚜렷하며 관리 조치가 필요하다. |
| 18~24 | 불량(Poor) | 내성종·잡식성 비율이 높고, 토착 민감종이 거의 관찰되지 않는다. |
| 3~12 | 매우 불량(Very Poor) | 어류군집이 심각하게 붕괴된 상태로, 서식처 복원과 오염원 저감이 시급하다. |
주의 : 점수 구간과 등급 명칭은 모델·유역에 따라 달라질 수 있다. 특정 유역에 IBI를 적용할 때는 해당 유역에서 개발된 모델의 공식 구간을 반드시 확인해야 한다.
5. 한국형 어류 IBI 모델 사례 비교
한국에서는 여러 유역에서 어류 기반 IBI 모델이 개발·적용되고 있으며, 대표적인 사례는 다음과 같다.
| 모델 명 | 적용 유역 | 메트릭 수 | 특징 |
|---|---|---|---|
| 금호강 IBI | 금호강 본류 및 지류 | 12메트릭에서 지역 특성 반영 후 축소 | 하류부에서 여울저서성·민감종 감소와 내성종·외래종 증가를 반영한 공간 패턴 분석에 활용되었다. |
| IBIKW(금강 수계 모델) | 금강 수계 72개 하천·하천 | 8메트릭 | 토착 종수, 여울 저서종, 민감종, 내성종/잡식성/곤충식 비율, 토착 개체수, 이상 개체 비율로 구성된 모델이다. |
| NSHA 국가하천 생태건강도 모델 | 전국 주요 4대강 권역 국가하천 | 어류 IBI + 서식처 지수 조합 | 국가 차원의 수생태 건강성 평가를 위해 어류 IBI를 핵심 지표로 사용하며, 수질·서식처 지수와 함께 통합 평가에 활용한다. |
각 모델은 동일한 기본 철학(다지표 생물학적 무결성 지수)을 공유하지만, 유역별 어종 구성과 교란 양상이 다르기 때문에 메트릭 선정과 점수 기준은 반드시 지역별로 조정해야 한다.
6. IBI 조사·평가 단계별 실무 체크리스트
6.1 사전 준비 단계
- 평가 목적 명확화: 유역 계획 수립, 환경영향평가, 공공하수도 방류 영향 검토, 보·댐 설치 전·후 비교 등.
- 지점 선정: 유역 대표성, 상·중·하류 구분, 주요 지류 포함 여부, 점오염원(하수처리장, 산업단지) 영향 등 고려.
- 허가 및 안전 계획: 하천 점·사용 허가, 전기 어로 장비 사용 승인, 안전교육 및 보호장비 확보.
- 장비 점검: 전기 어로 장비, 배터리, 족대·투망, GPS, 수온·DO·전기전도도 측정기, 필드 노트, 시약 등.
6.2 현장 조사 체크리스트
| 항목 | 주요 내용 | 체크 |
|---|---|---|
| 기본 정보 기록 | 지점명, 좌표, 일시, 조사자, 수위·기상 조건 기록 | □ |
| 구간 설정 | 평균 하폭 측정 후 30~40배 길이 구간 설정(150~500 m 범위) | □ |
| 서식처 유형 기록 | 여울·소·완만부 비율, 하상 재질(자갈, 모래, 실트 등), 수변 식생 상태 | □ |
| 어류 채집 | 전기 어로·족대·투망 등 사용 장비, 패스 횟수, 조사 시간 기록 | □ |
| 종 동정 및 계수 | 종별 개체수 기록, 토착/외래, 민감/내성, 먹이 길드 표시 | □ |
| 이상 개체 확인 | 기형·병변·종양, 피부 손상 등 이상 개체 수를 별도로 기록 | □ |
| 수질·물리 환경 | 수온, pH, 용존산소, 전기전도도, 탁도 등 기본 항목 측정 | □ |
주의 : 현장에서 종 동정이 불확실한 개체는 “임시 코드”로 기록하고, 사진 또는 표본을 확보한 뒤 실험실에서 재검토한다. 잘못된 동정은 특정 메트릭(민감종·내성종, 외래종 비율 등)을 크게 왜곡할 수 있다.
6.3 실험실·사무실 단계
- 종 목록 확정: 전문 도감, 선행 연구 자료 등을 기반으로 종 동정을 최종 확정한다.
- 길드 부여: 각 종에 대해 토착/외래, 민감/내성, 먹이 길드 정보를 부여한다.
- 메트릭 계산: 종별 개체수를 바탕으로 메트릭 값(종수, 비율, 개체수 등)을 계산한다.
- 점수화 및 합산: 모델별 점수표를 적용해 각 메트릭을 1·3·5점으로 변환하고 합산한다.
- 등급 판정: 총점을 기준으로 생태 건강 등급을 부여하고, 연도별·지점별 경향을 분석한다.
7. IBI 결과 해석과 관리 전략 연계
어류 IBI는 단독으로 사용하기보다는 물리·화학 수질, 서식처 지수(QHEI 등), 저서무척추동물 지수와 함께 종합적으로 해석해야 한다. 동일 지점에서 어류 IBI는 양호하나, 서식처 지수는 낮게 나온다면 국지적 서식처 교란(예: 하상 정비, 호안 콘크리트화)이 주요 요인일 수 있다. 반대로 IBI와 서식처 지수가 모두 낮다면 상류 유역의 토지이용·점오염원·비점오염원 등 종합적인 유역 관리가 필요하다는 신호이다.
등급별로 고려할 수 있는 관리 전략의 예시는 다음과 같다.
- 탁월·양호: 현재 상태 유지와 보호가 최우선이며, 주변 개발 계획에 대한 엄격한 환경 검토가 필요하다.
- 보통: 외래종 관리, 수변 완충구역 조성, 하천 정비 방식 개선 등 점진적 복원 대책을 추진한다.
- 불량·매우 불량: 상·하류 점오염원 저감, 하수처리 고도처리 도입, 보·댐 운영 개선, 여울·산란장 복원 등 강도 높은 복원·관리 조치가 요구된다.
주의 : IBI 점수가 낮다고 해서 곧바로 “수질오염”만을 원인으로 단정해서는 안 된다. 유량 변경, 하상 준설, 보건·치수 사업, 어도 단절, 외래 포식어종 도입 등도 어류군집에 큰 영향을 줄 수 있으므로, 결과 해석 시 유역의 종합적인 교란 요인을 함께 검토해야 한다.
8. 실무에서 자주 발생하는 오류와 대응 팁
8.1 종 동정 오류
형태가 유사한 근연종(예: 여러 미꾸리류, 피라미류 등)은 현장 동정이 쉽지 않다. 반복적으로 혼동되는 종은 사진·표본을 모아 “내부 동정 키”를 만들고, 가능하면 계통학 전문가의 검토를 받는 것이 좋다.
8.2 외래종·방류종 처리
낚시터나 댐 호수 인근에서는 외래종(예: 블루길, 큰입배스 등) 및 방류종(양식·증식 목적) 비율이 높아질 수 있다. 모델에 따라 외래종 자체를 메트릭으로 사용하기도 하고, 토착 어종만 대상으로 메트릭을 계산하기도 한다. 평가 목적에 따라 정책적으로 어떤 방식을 쓸지 사전에 결정해야 한다.
8.3 낮은 개체수의 해석
홍수 직후, 극저수기 등 특수 상황에서는 총 개체수가 매우 적게 채집될 수 있다. 이 경우 종수와 비율 메트릭의 변동성이 커지므로, 필요하다면 “데이터 품질 등급”을 부여해 결과 해석 시 주의를 환기시키는 방법을 사용할 수 있다.
8.4 조사 구간·시기 불일치
연도별로 조사 구간을 변경하거나, 장마 전후로 조사 시기를 매년 달리하면 IBI 점수가 실제 생태 변화보다는 조사 조건 차이에 의해 바뀔 수 있다. 가능하면 동일 구간·유사 시기에 조사를 반복하는 것이 바람직하다.
주의 : IBI는 “상대적 지수”라는 점을 항상 염두에 두어야 한다. 다른 유역의 모델과 점수를 직접 비교하기보다는, 같은 모델·같은 유역에서의 시간적 추세나 공간적 차이를 읽어내는 데 중점을 두는 것이 합리적이다.
FAQ
Q1. 어류지수(IBI)와 수질 항목(BOD, T-N, T-P 등)의 관계는 어떻게 해석해야 하나?
어류 IBI는 장기간 누적된 수질·서식처·유량 교란을 종합적으로 반영하는 지수이다. 단기적인 BOD·T-N·T-P 농도가 기준을 만족하더라도, 과거의 오염 이력이나 서식처 단절·유량 조절 영향으로 IBI가 낮게 나올 수 있다. 반대로, IBI가 상대적으로 높더라도 특정 시기 일시적 수질 악화가 발생할 수 있다. 따라서 수질 항목은 “순간 상태”, IBI는 “생태계 장기 건강 상태”로 구분해 해석하고, 두 정보를 함께 보는 것이 바람직하다.
Q2. 소규모 하천에서도 IBI 평가를 적용할 수 있나?
하폭이 매우 좁고 수량이 적은 소규모 하천에서는 어종 수 자체가 적어 일부 메트릭(종수, 민감종 수 등)이 항상 낮게 나올 수 있다. 이 경우 동일 규모·동일 유형의 참조 하천을 확보해 상대 비교를 하거나, 소하천에 적합한 별도의 메트릭 조합을 사용하는 것이 좋다. 실무에서는 소규모 하천에는 저서무척추동물 지수와 병행하여 평가하는 방안도 많이 활용된다.
Q3. 한 번의 조사 결과만으로 하천 등급을 결정해도 되는가?
원칙적으로 단일 연도·단일 조사 결과만으로 장기적인 등급을 확정하는 것은 바람직하지 않다. 홍수, 가뭄, 수문 운영, 공사 등 일시적 요인에 의해 IBI 점수가 크게 흔들릴 수 있기 때문이다. 최소 3년 이상 반복 조사 결과를 이용해 평균값·변동성을 함께 고려하는 것이 좋고, 부득이하게 단일 연도 결과를 쓸 경우에는 보고서에서 그 한계를 명시하는 것이 바람직하다.
Q4. IBI 모델을 자체적으로 새로 만들어야 할 때 핵심적으로 고려해야 할 점은?
첫째, 유역 특성을 잘 반영하는 메트릭을 선정해야 한다. 둘째, 교란이 적은 참조 지점을 충분히 확보해 점수화 기준을 설정해야 한다. 셋째, 메트릭 간 중복을 최소화하고, 통계적 검증(민감도, 재현성, 변별력 등)을 통해 실제 교란 수준을 잘 구분하는지 확인해야 한다. 마지막으로, 조사 방법·데이터 처리 절차를 표준화해 다른 조사자·기관이 동일한 방식으로 적용할 수 있도록 매뉴얼을 정비하는 것이 중요하다.