코사인 유사성과 마르코프 체인을 기반으로 한 경사면 생태 복원 효과의 동적 평가

Oct 11, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13533(2023) 이 기사 인용

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사면 복원 상태를 시기적으로 진단하기 위해서는 사면 생태복원 효과를 평가하는 것이 중요하다. 몇몇 소프트 컴퓨팅 방법에서는 전문가가 지수 가중치를 결정해야 하며, 이는 평가 결과의 합리성에 영향을 미칩니다. 더욱이 이들은 모두 정적 평가 방법이므로 복원의 시간 효과를 반영할 수 없습니다. 따라서 Cosine 유사성과 Markov Chain을 기반으로 지수 가중치를 결정하지 않고 동적 평가 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 유효성을 입증하기 위해 여러 사례를 적용하였다. 결과는 이 방법의 결과가 실제 상황과 더 일치하고 복원 효과의 가변성을 반영할 수 있음을 나타냅니다. 마지막으로 다양한 생태 복원 방법에 따른 지표의 민감도를 분석했습니다. 결과는 복원 방법의 핵심 연결이 민감도 결과와 일치함을 보여줍니다. 제안된 방법은 복원 방법을 최적화하기 위한 기반을 제공합니다.

고속도로 건설, 노천광산, 댐 건설 시 경사면의 생태학적 피해는 환경에 강한 부정적인 영향을 미치며 식생 손실과 토양 침식을 초래합니다1,2. 손상된 식생을 복원하고 토양 침식을 줄이기 위해 불안정한 상태의 사면에 대한 보호를 효과적으로 구현하는 것은 지반공학 및 생태공학 분야에서 어려운 문제입니다3. 사면의 생태복원은 주로 식생콘크리트 생태보호기술4, 테이프 식재 사면기술5, CS 고차입립기술6 등 사면의 풍화 및 박리를 방지하기 위한 공학적 대책과 살아있는 식물을 결합하는 기술을 말한다. 후속 경사면 생태 보호 작업을 안내하기 위해 적절한 생태 복원 기술을 선택하고 사용하는 것은 매우 중요합니다. 그러나 사면 생태복원에 대한 연구 결과는 주로 사면 복원 대책의 선택, 설계, 최적화 및 메커니즘에 초점을 맞추고 있는 반면, 기존 생태 복원 프로젝트의 전반적인 건강 상태 및 유지에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았습니다. 생태복원 초기 단계에서는 기후와 계절 강수량에 따라 식생의 생존율과 피복률이 크게 영향을 받아 사면의 생태환경이 더욱 악화될 수 있다. 시의적절하고 정확한 건강 진단과 합리적인 유지 관리가 이루어지지 않으면 토양과 물의 손실과 산사태가 발생하여 막대한 경제적 손실을 초래하게 됩니다.

현재 일부 학자들은 사면생태복원의 건강상태를 연구해 왔다. 그러나 기존의 평가자료는 대부분 단순하고 광범위하여 시각적인 해석이나 정성적 설명 또는 전문가 채점 방식의 대략적인 판단에 의존하여 '우수', '좋음', '보통', '불량' 등의 정성적 결론을 도출하고 있다. ”, “성공 또는 실패”7. 이러한 평가방법은 개인의 주관적인 감정에 크게 영향을 받으며, 객관성이 부족하고 정확하며 과학적이고 표준화된 정량적 기준과 평가자료가 부족합니다. 따라서 동일한 프로젝트에 대해 서로 다른 평가자가 얻은 결과가 상당히 다른 경우가 많으며 평가 결과의 신뢰성이 의심스럽습니다.

일반적으로 경사면 생태학적 복원의 효과는 정량적 지표(예: 토양 화학, 토양 물리학, 종 다양성, 식생 범위, 뿌리 강화)뿐만 아니라 보다 질적인 지표(예: 토양 유형, 식생 군집, 배수)의 영향을 받습니다. 시스템, 경관 조정, 방문객을 위한 경관 수용력)8,9,10,11. 이는 사면의 생태복원 효과를 평가하는데 큰 어려움을 가져온다. 현재 AHP(Analytic Hierarchy Process) 접근법12, 퍼지 수학적 프로그래밍 방법13,14, 그레이 클러스터링 분석 방법15,16, 익스테닉스 이론17, 확인되지 않은 집합 쌍18 등 많은 소프트 컴퓨팅 방법이 경사면 생태 복원 평가에 널리 적용되고 있습니다. 정량적, 정성적 지표를 종합적으로 고려할 수 있는 효과입니다. 그러나 이러한 소프트 방법은 전문가의 개인 경험을 통해 지표의 가중치를 결정해야 하며, 이는 계산 결과에 불확실성을 가져오기도 합니다. 더욱이, 이들 방법은 평가 모델의 불확실성 요인을 시뮬레이션할 수 없으며, 결과의 불확실성을 보다 직관적으로 표현할 수 없습니다. 또한, 시간적 측면에서 많은 생태복원 연구자들은 시간이 지남에 따라 식생의 변화와 개선을 모니터링하고 평가해야 할 필요성에 합의했습니다. 이는 식생 재건 프로젝트 시행 시 실시간 정보를 얻는 데 도움이 됩니다. 그러나 기존 연구의 대부분은 정적 평가에 국한되어 있으며, 사면식생의 변화과정에 대한 동적 평가가 부족하다.