1. 개요

연구팀은 야생동물-고속도로의 상관관계를 2007년부터 2010년까지 주간(interstate) 고속도로 I-17의 46마일에 걸쳐 평가하였음. 이 구간은 미국 애리조나(Arizona) 북부와 피닉스(Phoenix), I-40을 연결하는 주요 고속도로임. 이 구간의 대부분에 대해 I-17은 4차원의 분리 고속도로로 북쪽 방향과 남쪽 방향의 차선 사이에는 대략 85피트의 중간지역이 있음. 하지만 4.5마일의 구간을 따라 중간지역은 너비에서 500피트를 넘으며, 2.5마일에 걸쳐서 2,500피트 이상 떨어져 있기도 함. 연구기간 동안 I-17에 대해 평균 연간 교통량(average annual traffic volume, AADT)은 일일 16,100대였는데, 이는 애리조나의 다른 고속도로에 비해 많은 교통량을 가진 고속도로임. 예를 들어, 주 도로(State Route, SR) 260은 일일 8,700대이고 SR 64는 일일 4,275대임. I-17의 대부분에 대해 최대속도는 시간 당 75마일임.

연구지역에 대한 야생동물-차량 충돌(wildlife-vehicle collisions, WVC)의 발생은 상당한 문제임. 애리조나 교통부(Arizona Department of Transportation, ADOT)는 교통량의 증가와 고속도로의 안전상의 이슈를 해결하기 위해 I-17의 장기적인 재건설을 평가하고 있음. 2006년, 애리조나 교통부는 환경조사와 프로젝트 H6960 01L에 대한 설계개념 보고서(design concept report, DCR)의 개발을 시작하였음. 초기의 설계개념 보고서는 사전적인 야생동물-차량 충돌 평가를 포함하였음. 가장 취약한 야생동물-차량 충돌을 구성하는 6마일 구간(hotspots)을 따라, 야생동물 펜스설치 개선 프로젝트가 2011년 여름에 시작되었음. 이 프로젝트는 충돌을 줄이고 야생동물들이 고속도로를 통과하는 것을 개선하도록 의도되었음. 많은 교통량으로 인해 I-17은 야생동물 통과에 상당한 장애물이 되는 것으로 간주되었음. 이론적 모델이 예측한 바에 의하면, 평균 연간교통량이 1만 대가 넘는 고속도로는 야생동물이 통과를 할 수 있는 장애물임. I-17은 이와 같은 극한의 교통량 환경 하에서 야생동물에 대한 장애물 효과를 경험적으로 평가하고 더 낮은 교통량을 가진 고속도로에 대한 효과와 비교하는 기회를 제공함. 이 연구 프로젝트의 목적은 다음과 같음:

·엘크(elk, 큰 사슴)의 이동, 고속도로 통과 패턴, 분산을 평가하고, 고속도로 코리더에 걸쳐 통과성(permeability)을 결정함.
·엘크의 고속도로 통과와 교통량에 대한 분산 패턴의 공간적, 시간적 상관관계를 연구함.
·공간적, 시간적 야생동물-차량 충돌 패턴과 교통량의 상관관계를 연구함.
·초원과 강가의 서식지와 관련하여 엘크의 통과 패턴과 야생동물-차량 충돌을 연구하고, SR 260에 대해 개발된 강가-초원 서식지의 영향을 평가하는 서식지 모델(habitat model)을 검증하고 개선함.
·I-17을 따라 야생동물-차량 충돌을 줄이고 야생동물의 통과성을 개선하는 전략을 개발함.
·6마일의 야생동물 펜스 설치 개선 프로젝트와 관련하여 엘크의 이동, 통과성, 야생동물-차량 충돌 패턴을 다루어, 공사 전의 야생동물-차량 충돌 기준과 이후의 공사 후 평가를 구축함.
 

2. 엘크 이동과 고속도로 통과성

연구팀은 GPS 원격측정(telemetry)을 사용하여 엘크에 대한 고속도로 통과 횟수를 결정하고 통과율을 계산하였음. 통과율은 엘크가 고속도로를 통과한 횟수 대비 I-17에 0.15마일 이내로 접근한 횟수의 비율에서 파생되었음. 팀은 다양한 시간적 규모로 평균 일일 엘크 통과 및 통과율을 공간적으로 평가하였고, 이들을 세 개의 다른 너비의 고속도로 중간지역에 따라 비교하였음. 장애물 효과로 상대적으로 적은 수의 엘크가 고속도로를 통과할 것으로 예상하고, 연구팀은 통과 구조물의 잠재적 위치를 평가하기 위해 고속도로 근처의 동물 분산을 결정하여 엘크가 I-17에 0.15마일 이내로 접근한 횟수를 사용하였음. 연구원들은 GPS로 장착된 71마리의 엘크를 추적하였음.

GPS 장착 엘크는 I-17를 912회 통과하였음. 공간적 통과 분산은 임의적이지 않았고 두 곳의 최대 통과구역(peak crossing zones)을 나타내었음. 최대 통과구역은 지하도 구조물인 먼즈 캐년 교량(Munds Canyon Bridge)과 일치하였음. 다른 최대 통과구역은 MP 310과 MP 311 사이의 고속도로 1마일 구간과 일치하였는데, 이 구간에서 차선은 0.5마일 이상 분리되었음. 이 두 부분은 전체 고속도로 길이의 4.3퍼센트에 불과하였으나 모든 통과의 45.1퍼센트를 차지하였음. 매우 넓은 중간지역(460피트 이상)을 가진 고속도로 구간을 사용하여 엘크에 대한 평균 통과율은, 표준적인 중간지역 너비(85피트)를 가진 구간을 따라 발견된 엘크에 대해서 보다 네 배가 더 높았음. 대부분의 통과는 자정과 오전 6시 사이에 발생하였고, 통과횟수는 평균 교통량과 역의 상관관계를 가졌음. 가장 높은 통과횟수는 여름 동안 발생하였음.

I-17의 엘크 통과율은 평균 0.09 통과/접근(crossings/approach)이었고, 이는 SR 260과 SR 64에 대해 이전에 문서화되었던 것보다 상당히 낮았음. 엘크 통과율은 오전 2시에서 6시 사이에 가장 높았음. 연구팀은 엘크 통과율과 평균 교통량 사이에 역의 상관관계를 찾아내었음. 먼즈 캐년 교량 근처의 0.5마일 구간에서 엘크의 접근 및 통과에 대한 평균 통과율은, 인접한 고속도로 구간보다 세 배 이상 높았음. 넓은 중간지역을 가진 고속도로 구간을 따라 엘크에 대한 평균 결합 통과율은 표준적인 중간지역 너비를 가진 구간보다 세 배 더 높았음.

이 연구는, I-17이 엘크의 고속도로 통과에 상당한 장애물이라는 것을 확인하였고, 1만 대 이상의 연간 평균 일일 교통량을 가진 고속도로가 통과를 할 수 없는 장애물을 형성한다는 모델을 검증하였음. 이는 더 낮은 연간 평균 일일 교통량을 가진 SR 260과 SR 64에 대한 통과율과 비교하였을 때 더욱 분명함. 넓은 중간지역을 가진 고속도로 구간은 엘크에 의해 2차선의 낮은 교통량을 가진 고속도로로 인지되어 상당히 더 높은 통과율로 이어졌음. 이는 효과성을 최대화하기 위해 통과 구조물을 배치하는데 대한 함의를 가지고 있음. 먼즈 캐년 교량 주위의 구간을 따라 엘크의 통과성은, 지하도가 통과성을 개선하는 가능성을 보여줌.

3. 교통과 엘크 분산의 상관관계

연구팀은 시간 당 교통량을 기록하기 위해 프로그램된 영구적 자동 교통기록기(permanent automatic traffic recorder)를 사용하여 교통량을 측정하였고, GPS 데이타는 이동 전 각 동물이 경험한 교통량의 상관관계를 알기 위해 결합되었음. 연구원들은 고속도로에서부터 여러 다른 거리에서 얼마 만틈의 엘크의 GPS 위치가 교통량에 따라 달라졌는지를 시험하였음. 평균 확률의 횟수 분산은 교통량의 증가와 함께 I-17로부터 분산의 전이를 보여주었음. 시간 당 300대 까지의 상대적으로 낮은 교통량에서도 I-17의 330피트 내에서 발생하는 엘크의 평균 확률은 0.12였음. 고속도로의 990피트 이내에서 발생한 엘크의 확률은, 교통량이 시간 당 100대 이하일 때(0.49)와 200-400대일 때(0.50) 비슷하였으나, 교톨양이 600대 이상일 때(0.37) 감소하였음.I-17, SR 64, SR 260에 대해 교통량에 걸친 엘크의 분산을 비교하는데 있어, 가장 커다란 차이는 도로와 가까운 330피트 지점에서 낮은 교통량(시간 당 100대 이하)에 대해서 발생하였음. 그 곳에서 엘크의 발생 확률은 연간 평균 일일 교통량이 증가함에 따라 감소하였음. I-17 근처에서 발생한 엘크의 확률은 SR 64의 절반이었고, SR 260보다 1/3이 낮았음. SR 260과 SR 64와 달리, 낮은 교통량에서도 엘크는 분산에서 전이를 보이지 않았음. 이는 전반적으로 높은 교통량에 의해 야기된 영구적 전이를 제안함. 넓은 중간지역을 가진 I-17 구간에서 교통량과 관련된 엘크의 분산을 고려할 때, 낮은 교통량에서 고속도로의 330피트 이내에서 발생하는 엘크의 확률은, 표준적인 중간지역과 관련된 확률보다 25퍼센트 더 높았음. I-17의 높은 교통량 수준은 물리적으로 고속도로를 야생동물이 통과할 수 없도록 하고, 엘크-차량의 조우 확률을 높이며 고속도로 주변의 소음 효과 구역(noise effect zone)로 이어지게 하는 이동 펜스(moving fence)로 작동함. 통과 구조물에 대응하는 고속도로를 따라 조용한 구역(quiet zones)으로 소음 영향을 줄이는 종합적인 조치들은 엘크와 다른 동물의 접근을 용이하게 하고, 거의 영구적인 교통 영향 구역(near-permanent traffic impact zone)을 극복하는 것을 도울 수 있음.

4. 야생동물-차량 충돌의 상관관계

엘크-차량 충돌은 I-17을 따라 상당한 이슈임. 연구팀은 연구기간 동안 10가지의 생물종을 포함하여 395건의 충돌을 기록하였음. 일년에 평균 79건의 엘크-차량 충돌이 기록되었는데, 이는 전체 야생동물-차량 충돌의 80퍼센트에 해당함. 반면에 사슴은 14.2퍼센트를 차지함. 엘크-차량 충돌의 공간적 분산은, 극단적으로 넓은 중간지역과 초원을 가진 고속도로 구간에 대응되는 여러 최대 구역을 가진 임의 분산(random distribution)과는 달랐음. 시간 당 엘크-차량 충돌의 횟수는 새벽 2시와 3시사에 가장 많이 발생하였음. 연구팀에 의하면, 엘크-차량 충돌과 교통량 사이, 시간 당 엘크-차량 충돌 횟수와 엘크 고속도로 통과 사이에는 강력한 역의 상관관계가 있음. 엘크와 사슴 모두에 대해, 연구원들에 의하면, 관측된 차량과의 충돌은 예상된 것과 달랐는데, 이는 월별(month)로 달랐음. 계절별로 묶으면, 봄에 가장 많은 엘크-차량 충돌 건수가 발생했고 여름이 바로 뒤따랐음. 가을에 가장 많은 사슴-차량 충돌(deer-vehicle collisions, DVC) 건수가 발생했는데, 특히 10월에 가파른 상승이 나타났음. 강력한 장애물 효과에 기초할 때, 엘크-차량 충돌의 발생은 많은 교통량과 연관된 치사율을 반영함. 작은 비율의 엘크가 I-17을 통과하더라도, 엘크-차량 충돌로 죽은 GPS 장착 엘크에는 상당히 다른 횟수가 존재하였음. GPS 장착 엘크의 8.4퍼센트 만이 상대적으로 자주 통과한 반면, 엘크-차량 충돌에서 죽은 60퍼센트가 상대적으로 자주 통과하였음. 최근에 구축된 비용 수치를 사용하여, 연구팀은 연간 야생동물-차량 충돌 비용을 엘크에 대해서는 1,466,561달러, 사슴에 대해서는 117,432달러, 이 둘을 합해서 1,583,933달러로 추정하였음. 이러한 비용은 효과적인 통과 구조물과 펜스 설치 전략 하에서 대부분 제거될 수 있음.

5. 강변-초원 서식지에의 상관관계

연구팀은 I-17로부터 가장 가까운 강변-초원까지 0.1마일 구간마다 거리를 측정하기 위해 지리정보시스템(geographic information system, GIS)를 사용하여 엘크의 통과, 접근 및 충돌의 발생을 예측하기 위해 SR 260에서 파생된 모델로부터 결과를 포함하였음. 일단 모델이 생성된 후, 연구팀은 모델에 의해 예측된 통과, 접근 및 충돌 비율을 결정하기 위해 분할표 분석(contingency table analyses)을 사용하였고, 강변-초원 서식지에의 근접성이 엘크의 고속도로 통과, 접근 및 충돌의 위치에 상당한 영향을 미친다는 것을 보여주었음. 강변-초원 서식지로부터 0.6마일 이내에 위치한 0.1마일 구간에서 발생하는 엘크 통과 가능성은 강변-초원 서식지로부터 더 많이 떨어진 구간에 발생하는 것보다 세 배 더 높았음. 강변-초원 서식지에 가까운 곳에서 발생하는 엘크의 접근에서 더 큰 가능성은 초원으로부터 떨어져 있는 구간에서의 접근과 비교했을 때 특히 극적이었음(37배 이상). 엘크-차량 충돌은 강변-초원 서식에 가까운 곳에 있는 0.1마일 구간에서 더 잘 발생함. 반대로, 사슴-차량 충돌은 개방된 강변-초원 서식에서 가까운 구간에서 40퍼센트 덜 발생함. I-17에 가까운 강변-초원 서식지를 먹이 및 물 공급을 위해 사용하는 것과 엘크의 이동은 특히 늦은 봄과 여름사에 특히 중요함. 이 때 이러한 서식지는 가장 높은 영양질의 먹이를 제공함.