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과제명 제주도 천연동굴 보존관리방안 연구 및 조사
기관명 제주특별자치도 담당부서 세계유산본부 한라산연구부
전화번호 064-710-7483 연구기간 2020-03-12 ~ 2020-12-06
연구분야 기초연구진흥
개요 천연동굴의 보존관리를 위한 과학적 근거 및 기준 마련 위해 거문오름용암동굴계 동굴들에 대한 진동 및 지하수 영향, 지표식생분포, 동굴 내 미생물 및 박쥐 등에 관한 과학적 연구조사 실시

계약정보

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수행기관 한국지질자원연구원 [정부출연기관]
수행연구원 고동찬 계약일자 2020-03-12
계약방식 수의 계약 계약금액 449,954,100원

연구결과 정보

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제목 제주도 천연동굴 보존관리방안 연구 및 조사
영문제목 Study on the conservation and management of volcanic caves in Jeju Island
연구보고서
목차 1. 지하수 거동
2. 진동 영향
3. 식생 및 식물상
4. 동굴성 박쥐
5. 동굴 미생물
초록
1. 지하수 유입수를 고려한 동굴환경 관리방안 - 동굴 유입수의 오염수준 저감과 동굴생성물에 대한 영향 평가를 위해 유입수 시료를 채취하여 1년 이상의 장기적인 모니터링을 통해 오염물질 농도 변화 추세와 동굴생성물을 구성하는 주요 광물인 방해석에 대한 포화도를 지속적으로 평가할 필요가 있음 - 용암동굴 유입수의 오염 수준은 유입지점 지상부에 분포하는 오염원에 의해 국지적으로 영향을 받는 것으로 나타났으므로 효과적인 동굴수 수질 관리를 위해서는 동굴 지상부에 분포하는 질소 오염원에 대해 오염물질 이동 단계별로 정밀 조사가 필요하며, 질소 오염원 판별에서 화학비료가 가장 큰 기여를 하는 것으로 확인되었으므로 동굴 지상부에 동굴 경계로부터 25m ? 100m 정도의 거리 범위에서 관리구역을 설정하고 화학비료 살포 금지 또는 제한하는 조치가 필요함 - 농축업이 토양?지하수 환경에 미치는 영향에 대한 체계적인 교육 및 홍보 시스템을 구축하여 지속적인 교육과 의식 개선이 필요하며, 특히 동굴이 분포하는 구좌읍 지역의 대규모 임대농에 의한 오염 위험성이 높으므로 이들을 대상으로 적정 비료 사용에 대한 교육 홍보와 더불어 토양 검정을 통해 적정량의 비료를 살포 할 수 있도록 지도하는 것이 필요함 - 용암동굴내 동굴수 유입이 강수에 반응하여 단기 및 장기적 시간적 규모로 여러 유동 경로를 통해 유입되는 것으로 확인되었으므로 용천동굴의 경우 동굴생성물 훼손이 우려되는 YC7과 유입수의 오염수준이 상대적으로 높은 YC3에 시범적으로 실시간 적외선(IR) 영상 관측시스템을 구축하고 유입량, 동굴 대기의 온도, 습도, CO2 농도 등에 대한 고해상도 관측이 필요함 - 동굴수 유입지점은 투수성 균열대가 발달해 있음을 지시하므로 이러한 구조적 특성이 동굴 안전성에 미칠 영향을 평가를 위해 확인된 주요 동굴수 유입지점 주변 지역을 중심으로 지반 변위 계측, 붕락 가능성 산정 등 지반 안정성 모니터링 수행이 필요하며, 동굴 유입수와 동굴 미생물간의 특성 파악을 위해 동굴 유입수 및 동굴수 유입구간별 동굴벽면 미생물 군집특성 조사도 필요함 2. 진동영향 - 국내외 진동기준을 검토한 결과, 자연동굴을 대상으로 기준을 설정한 사례는 확인되지 않으나 제주도 거문오름용암동굴계의 자연동굴은 문화재로 구분이 될 수 있기 때문에 자연동굴의 장기적인 안정성 확보를 위해 적용기준을 가장 민감한 구조물에 준하여 적용하는 것이 타당함 - 국내 및 해외 많은 나라에서 문화재 관련된 허용진동기준을 0.2cm/s로 설정하고 있으며, 진동속도와 진동레벨과의 관계에서 동굴 내 진동레벨을 만족하는 허용진동속도는 0.28cm/s임 - 이러한 상황을 고려할 때, 거문오름용암동굴계의 발파진동 허용기준은 0.2cm/s를 적용하는 것이 타당하다고 판단되며 연속진동의 경우 국내외 기준에서 발파진동의 1/3 수준을 적용하는 것을 권고하고 있어 연속진동 기준은 0.07cm/s를 적용하는 것을 제안함 - 전산해석 결과, 0.2cm/s의 진동속도에서 만장굴과 용천동굴에 가해지는 응력이 매우 작고 변위 발생이 0.01mm 이하이며, 지반에 작용하는 응력 또한 매우 작아 실질적인 변위가 발생하기 어려운 조건으로 평가되었기 때문에 위의 기준을 적용하는 해석적인 타당성을 확보할 수 있음 3. 식생 및 식물상 - 거문오름용암동굴계 일대는 화산활동에 의해 형성된 지역으로 지질학적인 특성으로 인해 건조한 암석지, 암석의 틈, 또는 암괴위에 형성된 습지, 동굴, 함몰지, 연중 습윤한 암석지 등 다양한 미소기후가 나타나는 자연환경을 갖고 있어 식생대의 구분 없이 출현하는 독특한 종구성을 보이기도 하고 저지대 해안식물까지 분포하는 특성을 나타내었음 - 이러한 다양한 식생환경 및 기후대의 특성이 반영되어 협소한 면적에 비해 선태식물, 관속식물의 종다양성이 매우 높게 나타났으며, 멸종위기보호야생식물, 한국적색목록식물, 고유식물, 식물구계학적특정식물 등 학술적 가치가 높고 분포역이 좁은 희귀 및 멸종위기식물이 다수 분포하는 것으로 나타나 제주 식물다양성의 핵심지역으로 판단됨 - 거문오름용암동굴계 일대는 자연지리적 여건과 환경으로 인해 독특한 식물요소가 나타나는 곳으로, 이러한 식물들에 대한 보다 정밀한 현황 파악 및 지속적인 조사가 필요할 것으로 생각됨. 아울러 식물분포지리학적, 계통분류학적 중요성이 드러난 분류군에 대해서는 각각의 분류군 특성에 맞는 다각적인 접근과 종합적인 연구가 필요할 것으로 생각됨 4. 동굴성 박쥐(동굴 생태계 생물다양성 증진을 위한 동굴보호 관리방안) - 동굴생태계의 생물다양성을 고려하여 동굴서식지 의존도가 높은 동굴성 박쥐의 생태적 요구가 충족될 수 있도록 동굴환경 보전과 관리가 필요함 - 거문오름용암동굴계 동굴군의 효율적인 보호관리를 위하여 동굴 구조, 환경, 생물 등에 대한 장기 모니터링 수행 결과에 기반하여 생물 서식지로서 기능이 지속되어 생물다양성이 증진 및 건강한 동굴생태계가 유지될 수 있도록 통합적인 관리기준 마련 필요 - 동굴성 박쥐 개체군과 동굴생태계 보호관리를 위하여 동굴입구 안전시설물 설치, 동굴 관리 기준 강화(박쥐 보호를 위한 입굴 통제기간 설정; 동면기간(12월~3월), 출산기간(6월~7월)) 등 동굴보호관리방안 기준 정립이 필요함 5. 동굴 미생물 - 거문오름용암동굴계의 미생물생태계를 처음으로 분석·고찰하여 그 의미가 크며, 앞으로도 동굴의 보존·관리를 위해 동굴미생물 데이터 축적 필요 - 용암동굴 내 미생물매트를 중심으로 독특한 미생물군집을 구성하고 있음을 규명하였고, 나아가 용암동굴 내(intra-caves)와 용암동굴 간(inter-caves) 미생물군집을 발굴하고 차이점을 밝혀야 함 - 외형적 측면뿐만 아니라 동굴의 생성, 보존, 오염 등을 가늠할 수 있는 미생물의 데이터를 축적하고 체계적인 연구시스템을 구축하여 용암동굴미생물 분야의 선도적 역할 담당 - 중장기 연구계획수립 및 용암동굴 연구의 모델 사이트화를 통해 유네스코 자연유산 사이트 유지에도 유리하게 작용함 - 하와이 빅아일랜드, 아조레스 제도의 피코섬, 카나리아 제도의 라팔마섬 등 해외 용암동굴과 비교연구 및 교류 필요
 

1. 지하수 유입수를 고려한 동굴환경 관리방안
  - 동굴 유입수의 오염수준 저감과 동굴생성물에 대한 영향 평가를 위해 유입수 시료를 채취하여 1년 이상의 장기적인 모니터링을 통해 오염물질 농도 변화 추세와 동굴생성물을 구성하는 주요 광물인 방해석에 대한 포화도를 지속적으로 평가할 필요가 있음
  - 용암동굴 유입수의 오염 수준은 유입지점 지상부에 분포하는 오염원에 의해 국지적으로 영향을 받는 것으로 나타났으므로 효과적인 동굴수 수질 관리를 위해서는 동굴 지상부에 분포하는 질소 오염원에 대해 오염물질 이동 단계별로 정밀 조사가 필요하며, 질소 오염원 판별에서 화학비료가 가장 큰 기여를 하는 것으로 확인되었으므로 동굴 지상부에 동굴 경계로부터 25m ? 100m 정도의 거리 범위에서 관리구역을 설정하고 화학비료 살포 금지 또는 제한하는 조치가 필요함
  - 농축업이 토양?지하수 환경에 미치는 영향에 대한 체계적인 교육 및 홍보 시스템을 구축하여 지속적인 교육과 의식 개선이 필요하며, 특히 동굴이 분포하는 구좌읍 지역의 대규모 임대농에 의한 오염 위험성이 높으므로 이들을 대상으로 적정 비료 사용에 대한 교육 홍보와 더불어 토양 검정을 통해 적정량의 비료를 살포 할 수 있도록 지도하는 것이 필요함
  - 용암동굴내 동굴수 유입이 강수에 반응하여 단기 및 장기적 시간적 규모로 여러 유동 경로를 통해 유입되는 것으로 확인되었으므로 용천동굴의 경우 동굴생성물 훼손이 우려되는 YC7과 유입수의 오염수준이 상대적으로 높은 YC3에 시범적으로 실시간 적외선(IR) 영상 관측시스템을 구축하고 유입량, 동굴 대기의 온도, 습도, CO2 농도 등에 대한 고해상도 관측이 필요함
  - 동굴수 유입지점은 투수성 균열대가 발달해 있음을 지시하므로 이러한 구조적 특성이 동굴 안전성에 미칠 영향을 평가를 위해 확인된 주요 동굴수 유입지점 주변 지역을 중심으로 지반 변위 계측, 붕락 가능성 산정 등 지반 안정성 모니터링 수행이 필요하며, 동굴 유입수와 동굴 미생물간의 특성 파악을 위해 동굴 유입수 및 동굴수 유입구간별 동굴벽면 미생물 군집특성 조사도 필요함

2. 진동영향
  - 국내외 진동기준을 검토한 결과, 자연동굴을 대상으로 기준을 설정한 사례는 확인되지 않으나 제주도 거문오름용암동굴계의 자연동굴은 문화재로 구분이 될 수 있기 때문에 자연동굴의 장기적인 안정성 확보를 위해 적용기준을 가장 민감한 구조물에 준하여 적용하는 것이 타당함
  - 국내 및 해외 많은 나라에서 문화재 관련된 허용진동기준을 0.2cm/s로 설정하고 있으며, 진동속도와 진동레벨과의 관계에서 동굴 내 진동레벨을 만족하는 허용진동속도는 0.28cm/s임
  - 이러한 상황을 고려할 때, 거문오름용암동굴계의 발파진동 허용기준은 0.2cm/s를 적용하는 것이 타당하다고 판단되며 연속진동의 경우 국내외 기준에서 발파진동의 1/3 수준을 적용하는 것을 권고하고 있어 연속진동 기준은 0.07cm/s를 적용하는 것을 제안함
  - 전산해석 결과, 0.2cm/s의 진동속도에서 만장굴과 용천동굴에 가해지는 응력이 매우 작고 변위 발생이 0.01mm 이하이며, 지반에 작용하는 응력 또한 매우 작아 실질적인 변위가 발생하기 어려운 조건으로 평가되었기 때문에 위의 기준을 적용하는 해석적인 타당성을 확보할 수 있음

3. 식생 및 식물상
  - 거문오름용암동굴계 일대는 화산활동에 의해 형성된 지역으로 지질학적인 특성으로 인해 건조한 암석지, 암석의 틈, 또는 암괴위에 형성된 습지, 동굴, 함몰지, 연중 습윤한 암석지 등 다양한 미소기후가 나타나는 자연환경을 갖고 있어 식생대의 구분 없이 출현하는 독특한 종구성을 보이기도 하고 저지대 해안식물까지 분포하는 특성을 나타내었음
  - 이러한 다양한 식생환경 및 기후대의 특성이 반영되어 협소한 면적에 비해 선태식물, 관속식물의 종다양성이 매우 높게 나타났으며, 멸종위기보호야생식물, 한국적색목록식물, 고유식물, 식물구계학적특정식물 등 학술적 가치가 높고 분포역이 좁은 희귀 및 멸종위기식물이 다수 분포하는 것으로 나타나 제주 식물다양성의 핵심지역으로 판단됨
  - 거문오름용암동굴계 일대는 자연지리적 여건과 환경으로 인해 독특한 식물요소가 나타나는 곳으로, 이러한 식물들에 대한 보다 정밀한 현황 파악 및 지속적인 조사가 필요할 것으로 생각됨. 아울러 식물분포지리학적, 계통분류학적 중요성이 드러난 분류군에 대해서는 각각의 분류군 특성에 맞는 다각적인 접근과 종합적인 연구가 필요할 것으로 생각됨

4. 동굴성 박쥐(동굴 생태계 생물다양성 증진을 위한 동굴보호 관리방안)
  - 동굴생태계의 생물다양성을 고려하여 동굴서식지 의존도가 높은 동굴성 박쥐의 생태적 요구가 충족될 수 있도록 동굴환경 보전과 관리가 필요함   
  - 거문오름용암동굴계 동굴군의 효율적인 보호관리를 위하여 동굴 구조, 환경, 생물 등에 대한 장기 모니터링 수행 결과에 기반하여 생물 서식지로서 기능이 지속되어 생물다양성이 증진 및 건강한 동굴생태계가 유지될 수 있도록 통합적인 관리기준 마련 필요
  - 동굴성 박쥐 개체군과 동굴생태계 보호관리를 위하여 동굴입구 안전시설물 설치, 동굴 관리 기준 강화(박쥐 보호를 위한 입굴 통제기간 설정; 동면기간(12월~3월), 출산기간(6월~7월)) 등 동굴보호관리방안 기준 정립이 필요함 

5. 동굴 미생물
  - 거문오름용암동굴계의 미생물생태계를 처음으로 분석·고찰하여 그 의미가 크며, 앞으로도 동굴의 보존·관리를 위해 동굴미생물 데이터 축적 필요
  - 용암동굴 내 미생물매트를 중심으로 독특한 미생물군집을 구성하고 있음을 규명하였고, 나아가 용암동굴 내(intra-caves)와 용암동굴 간(inter-caves) 미생물군집을 발굴하고 차이점을 밝혀야 함
  - 외형적 측면뿐만 아니라 동굴의 생성, 보존, 오염 등을 가늠할 수 있는 미생물의 데이터를 축적하고 체계적인 연구시스템을 구축하여 용암동굴미생물 분야의 선도적 역할 담당
  - 중장기 연구계획수립 및 용암동굴 연구의 모델 사이트화를 통해 유네스코 자연유산 사이트 유지에도 유리하게 작용함
  - 하와이 빅아일랜드, 아조레스 제도의 피코섬, 카나리아 제도의 라팔마섬 등 해외 용암동굴과 비교연구 및 교류 필요
주제어 거문오름용암동굴계, 지하수, 진동, 식생, 박쥐. 미생물
공헌자 고동찬, 송재용, 문명옥, 김선숙, 김종식
제작일 2020-12-06
발행년도 2020년

연구결과 평가 및 활용보고서

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평가결과서
활용결과 보고서 ※ 등록되지 않았습니다. (영 제52조에 따라 연구 종료 후 6개월 이내 등록)

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