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문제 정의
- 반면에 오염이 극심하여 점오염원 역할을 하는 도시하천에서 비롯되는 대하천의 수질에 관한 연구는 사회적 문제로 대두되고 있는 낙동강을 제외하고는비교적 적다 (신, 1998). 따라서 본 연구는 다양한 오염원에 노출된 하천인 금강에서 오염물질의 영향과 변동양상을 파악하기 위하여 중류부터 하구에서 수문을 포함한 주요 수질을 분석하였고 특히 N · P 및 chl-a를 중심으로 수환경을 평가하여 향후 수질관리에 대한 기초자료로 활용하고자 하였다.
제안 방법
- 수질은 Rump and Krist (1988), APHA (1992) 및 환경처 (1993)의 분석법에 따라 측정하였다. 각종 유기물 분석은 시료를 그대로 사용하였으나 무기영 양염 (NH4, NO3, SRP 및 SRSi) 은 Whatman GF/C filter로 여과한 후 분석하였다. 유기질소는 TN에서 DIN (NH4+NO3)의 차이로 산출하였고 유기인 농도는 TP에서 SRP 농도를 뺀 값으로 보았다.
- 하였다. 수질조사 항목 중 수온과 DO는 DO meter (YSI 58 또는 59)로, pH, 전기전도도 및 투명도는 각각 Orion 230A meter, Conduktometer LF191, Win 및 Secchi 원판(지름 0.25 m)으로 현장에서 측정하였다. 분석시료는 Van Dorn 채수기로 표층 (0.
- 각종 유기물 분석은 시료를 그대로 사용하였으나 무기영 양염 (NH4, NO3, SRP 및 SRSi) 은 Whatman GF/C filter로 여과한 후 분석하였다. 유기질소는 TN에서 DIN (NH4+NO3)의 차이로 산출하였고 유기인 농도는 TP에서 SRP 농도를 뺀 값으로 보았다. TSS는 시료를 0.
- 투명도는 현장의 측정수심을 고려하여 본류의 TAE~ YON구간과 유입지류를 제외한 KON~HAG구간에서만 조사하였다. 조사결과에서 0.
- 중.하류에서 부영양화의 평가항목인 BOD5, chl-a, 투명도, TN 및 TP로서 수질을 평가하였다 (Vollenweider, 1968; USEPA, 1976; Carlson, 1977; Forsberg and Ryding, 1980; OECD, 1982; 환경처, 1994). 그 결과 본류와 지류의 수질은 여러 평가기준을 통해 대부분 부영양화 된 것으로 나타났다 (Table 2, 3).
- 본 연구는 금강 중 . 하류에서 유입지천의 영향에 따른 부영양화 양상과 오염특성을 파악하기 위하여 1998년 3월 10일, 6월 21일, 9월 18일, 12월 27일, 1999년 1월 27일, 3월 9일, 4월 13일 및 6월 7일에 걸쳐 총 8회 조사하였다.
- 금강 중 . 하류의 본류와 지류에서 수질오염의 특성과 변동양상을 파악하기 위하여 1998년 3월부터 1999년 6월까지 총 8회 조사하였다. 환경요인 중 질소, 인 및 chl-a의 변동이 다른 요인에 비해 증감양상이 뚜렷하였고 특히 무기 N .
대상 데이터
- 대청댐 하류의 금강 중·하류에서 수질환경 조사를 위한 지점은 하구로부터 상류 약 135km지점에 위치한 대청호 조정지댐부터 하구둑까지 유입지천을 적절하게 고려하여 유하거리에 따라 선택하였다 (Fig. 1). 본류 구간은 대청호 조정지댐 상류부 (TAE), 부강 (PUK), 금남교 (YON), 공주교(KON), 백제교(PUY), 반조원 (PAN), 황산대교 (KAN), 웅포대교 (UNG) 및 최종적으로 하천수가 연안으로 방류되는 지점인 하구둑(HAG)의 9개 지점으로 하였고, 지류는 대전광역시와 청주시 등의 중소도시를 관류하거나 유역으로 두고있는 갑천과 미호천을 포함하여 유구천, 지천, 금천, 석성천, 논산천 및 길산천의 8개 지점으로 총 17개 지점에서 조사하였다 (Fig.
- 본 연구는 금강 중 . 하류에서 유입지천의 영향에 따른 부영양화 양상과 오염특성을 파악하기 위하여 1998년 3월 10일, 6월 21일, 9월 18일, 12월 27일, 1999년 1월 27일, 3월 9일, 4월 13일 및 6월 7일에 걸쳐 총 8회 조사하였다.
- 1). 본류 구간은 대청호 조정지댐 상류부 (TAE), 부강 (PUK), 금남교 (YON), 공주교(KON), 백제교(PUY), 반조원 (PAN), 황산대교 (KAN), 웅포대교 (UNG) 및 최종적으로 하천수가 연안으로 방류되는 지점인 하구둑(HAG)의 9개 지점으로 하였고, 지류는 대전광역시와 청주시 등의 중소도시를 관류하거나 유역으로 두고있는 갑천과 미호천을 포함하여 유구천, 지천, 금천, 석성천, 논산천 및 길산천의 8개 지점으로 총 17개 지점에서 조사하였다 (Fig. 1). 지류의 조사지점은 본류에 합류되기 직전 지점을 선택하여 본류에 미치는 지류의 영향을 최대한 고려하였다.
- 25 m)으로 현장에서 측정하였다. 분석시료는 Van Dorn 채수기로 표층 (0.5 m 수심)에서 채수하였다. 시료용기는 4l플라스틱병 을 사용하였고 아이스박스를 이용하여 실험실로 옮겼다.
- 수문자료는 한국수문연보 및 유량연보 (건교부, 1979 ~97)와 금강수위월보(금홍통, 1998~99)의 자료를 활용 하였다. 수질조사 항목 중 수온과 DO는 DO meter (YSI 58 또는 59)로, pH, 전기전도도 및 투명도는 각각 Orion 230A meter, Conduktometer LF191, Win 및 Secchi 원판(지름 0.
- 5 m 수심)에서 채수하였다. 시료용기는 4l플라스틱병 을 사용하였고 아이스박스를 이용하여 실험실로 옮겼다. 운반한 시료는 항목에 따라 즉시 분석하거나 냉동(-20~-70℃)보관 후 2주 이내에 정량하였다.
이론/모형
- 유기질소는 TN에서 DIN (NH4+NO3)의 차이로 산출하였고 유기인 농도는 TP에서 SRP 농도를 뺀 값으로 보았다. TSS는 시료를 0.45 em membrane filter에 여과하여 105℃에서 2시간 이상 건조시킨 후 여과 전·후 무게의 차이로 계산하였고, BOD5는 Winkler azid법으로 매번 보정한 BOD probe (YSI model 5730)를 사용하여 초기농도와 5일 후 최종농도의 차이로서 구하였다. Chl-a 농도는 시료를 GF/C 여과지로 여과한 후 90% 에탄올을 용매로 사용하여 비등 추출하였고 분광광도계로 665nm와 750nm에서 흡광도를 측정하여 정량하였다 (Nusch, 1980).
- 운반한 시료는 항목에 따라 즉시 분석하거나 냉동(-20~-70℃)보관 후 2주 이내에 정량하였다. 수질은 Rump and Krist (1988), APHA (1992) 및 환경처 (1993)의 분석법에 따라 측정하였다. 각종 유기물 분석은 시료를 그대로 사용하였으나 무기영 양염 (NH4, NO3, SRP 및 SRSi) 은 Whatman GF/C filter로 여과한 후 분석하였다.
성능/효과
- 3). BOD5 농도가 최 고인 갑천은 최저인 유구천보다 약 13배정도 더 높아 갑천의 유기물 부하가 본류에 미칠 수 있는 영향이 매우 컸다.
- 중 · 하류에서 NO3의 변동은 본류의 평균값이 916 μg N/l였고 TN과 무기질소에 대해 각각 24%, 50%를 차지하였다. NH4와는 달리 지류의 영향이 적었고 중 · 하류에서 유하거리에 따른 정점별 농도는 PUY에서 평균농도가 1,000 μg N/l로서 약간 높았으나 일정한 경향을 보였다 (Fig. 3).
- 식물플랑크톤의 생장에 대한 제한영양염은 N . P 농도의 변화 뿐만 아니라 TN/TP 또는 DIN/SRP비가 본류에서 각각 42와 544로서 비교적 높아 N보다는 P가 제한인자로 볼 수 있었다. 유기물의 간접적인 지표인 BOD5 평가에서 본류 및 지류가 Ⅲ급수로 판정되 었으나 특히 갑천의 경우는 V급수 이상이었다.
- 고농도의 N . P 영양염이 유입되는데 원인을 둘 수가 있으며 특히 저수기~ 갈수기에 본류의 하류에서 장기간 식물플랑크톤이 만성적으로 대발생하는 등 전형적인 수질오염 양상을 보이고 있었다. 따라서 금강은 향후물 이용이 더욱 증가할 것으로 전망되고 있어, 이에 대한 대책 마련이 시급한 것으로 사료된다(신과 조, 1999).
- 3). SRP의 농도가 가장 낮았던 유구천과갑천의 비교에서 갑천이 평균적으로 47배 더 높아 본류로 유입되는 SRP의 영향이 매우 컸다. 또한 본류의 부영양화는 NH4와 SRP의 수준에 의해 좌우되므로 이에대한 저감대책 마련이 시급한 것으로 판단된다.
- BOD5는 환경처 (1994)의 수질평가 기준으로 볼 때 본류는 PUK~HAG구간에서 평균적으로 Ⅲ급수에 해당하였다. TAE~HAG에서 유입되는 순으로 볼 때 주요 지류는 갑천이 V급수 이상, 미호천은 IV급수, 유구천과 지천은 II급수, 금천, 석성천, 논산천 및 길산천은 Ⅲ급수에 해당하여 평균 수질은 Ⅱ~Ⅴ급수(평균 Ⅲ급수) 범위로 그 차이가 매우 컸고 오염의 영향이 뚜렷하였다. 투명도는 KON~HAG구간 에서 Secchi 수심의 평균값이 1 m 이하로서 물이 매우 혼탁한 상태를 보였다.
- 3). TAE에서 평균값이 3.9μg/l 농도로 낮았으나 하류로 갈수록 높아져 KAN에서 평균이 53.0μg/l였고 HAG에서 64.4μg/l로서 TAE 보다 17배 정도 증가한 수준이 었다 (Fig. 3). 하류로 갈수록 chl-a의 증가는 무엇보다도 NH4와 SRP가 감소한데 원인을 둘 수가 있으며 실제로 N .
- 와 유사한 경향을 보였다. TP에 대한 SRP는 평균값으로 36%를 차지하였고 그 비율이 중류에서 높고 하류로 갈수록 현저하게 감소하였다. 중.
- TSS는 본류구간에서 0.2~89.0mg dw/l 범위로서 TAE에서 가장 낮았고 YON에서 가장 높았으며 평균값은 16.2mg dw/l였다. 유입지천에서 TSS의 분포는 평균농도가 미호천이 50.
- 4 범위를 보였다. pH의 변동은 평수량 이하의 시기에 DO의 증감과 관련성이 커 식물플랑크톤의 생물량 변동과도 연관이 있는 것으로 나타났다. 반면에 pH의 감소는 DO와 마찬가지로 수문 요인의 영향을 받아 다른 시기보다도 유량이 증가한 시기에 그 값이 가장 낮았다.
- 하류에서 부영양화의 평가항목인 BOD5, chl-a, 투명도, TN 및 TP로서 수질을 평가하였다 (Vollenweider, 1968; USEPA, 1976; Carlson, 1977; Forsberg and Ryding, 1980; OECD, 1982; 환경처, 1994). 그 결과 본류와 지류의 수질은 여러 평가기준을 통해 대부분 부영양화 된 것으로 나타났다 (Table 2, 3). BOD5는 환경처 (1994)의 수질평가 기준으로 볼 때 본류는 PUK~HAG구간에서 평균적으로 Ⅲ급수에 해당하였다.
- 유기물의 간접적인 지표인 BOD5 평가에서 본류 및 지류가 Ⅲ급수로 판정되 었으나 특히 갑천의 경우는 V급수 이상이었다. 그 외 chl-a, 투 명도, TN 및 TP로서 수질을 평가한 결과 전반적으로 부영양 수준을 초과한 것으로 나타났다. 금강 중 .
- 9m였다. 다른 지점보다도 KON~PUY에서 최대 및 최소의 차이가 컸는데 이는 생물량의 증가요인도 고려될 수 있으나 인위적인 물의 혼탁에 따른 TSS의 증가 영향도 컸던 것으로 볼 수 있었다. 반면에 하류의 HAG로 갈수록 투명도가 급감할 뿐만 아니라 그 차이도 적어 중류와는 달리 무생물 요인의 증가보다 만성적인 식물플랑크톤 현존량의 증가(신과 조, 1999)가 주된 요인으로 작용하였다.
- 지류의 농도는 본류보다 높아 그 영향이 매우 컸다. 또한 SRSi는 토양에 근간이 되는 인자로서 증감의 변동 중 증가요인은 유역의 토지이용에 의한 비점오염원의 영향이 크며 전술한 바와 같이 하천정비 등에 의한 인위적인 교란도 중요한 요인으로 볼 수 있었고 감소요인은 저층으로의 침강과 식물플랑크톤의 흡수 및 이용(Takano and Hino, 1996)이 상당한 부분을 차지할 것으로 판단된다.
- TSS의 변동은 다른 시기에 비해 유량이 증가한 99년 4월에 비교적 높았다. 또한 YON~ PUY가 PAN~HAG보다도 chl-a 농도는 낮은 반면 TSS는 다소 높은 경향을 보였는데 이는 무엇보다도 지류의 영향과 이 구간에서 하상정비에 따른 토사의 증가가 주된 원인으로 확인되었고 지류에서 미호천, 석성천및 길산천의 높은 농도도 이와 동일한 영향으로 볼 수 있었다. 이러한 영향을 제외한 경우로 PAN~HAG구간 에서 HAG로 갈수록 조금씩 증가하는 경향은 식물플랑크톤을 포함한 생물량의 증가에 따른 결과로 해석되었다.
- 3mg O2/l 였다 (Table 2). 본류에서 DO의 변동은 하류로 갈수록 큰 폭으로 증가함이 현저하였고 DO가 급격하게 증가된 것은 무엇보다도 수중에서 식물플랑크톤(chl-a)의 왕성한 광합성의 영향으로 볼 수 있었다. 반면에 중 .
- 본류에서 무기 N/P비의 경향을 보면 갑천이 유입된 직후의 PUK에서 평균이 22로 가장 낮았고 하류로 갈수록 급격하게 증가하는 경향이 뚜렷하여 최하류인 HAG에서는 그 비율이 1,660으로서 PUK에 비해 77배나 증가하였다 (Fig. 3). 이것은 중류에서 하류로 갈수록 N 성분보다 상대적으로 P 성분이 더욱 큰 폭으로 감소하는 경향을 뒷받침한다.
- 가 본류에서 차지하는 비율은 각각 24%, 50%였다 (Table 2). 본류의 NH4는 평균농도가 891 μg N/l이 었고, TAE에서 평균 38 μg N/l로 시작하여 갑천으로부터 유입되는 고농도(평균 5, 231 μg N/l)에 의해 PUK에서 평균이 1, 476 μg N/l로서 TAE의 38배 수준으로 급격하게 증가하였다. 이후 하류의 PAN까지 평균 752 μg N/l수준으로 감소하였으며 UNG에서 940 μg N/l로서 조금의 증가가 있었으나 HAG에서 평균 577μg N/l로 다시 큰 폭으로 감소하는 경향이 뚜렷하였다 (Fig.
- 8 mg N/l였다 (Table 2). 유기질소와 무기질소의 평균 농도는 각각 2.0mg N/l, 1.8mg N/l였으며 TN 중에 차지하는 비율은 유기질소가 53%였고 무기질소가 47%였다 (Table 2). 중·하류 구간에서 유기질소와 무기질소의 변동양상을 보면 유기질소의 경우 큰 차이는 없었으나 하류로 갈수록 다소 증가한 반면에 무기질소는 크게 감소하는 경향을 보였다 (Fig.
- 본류의 NH4는 평균농도가 891 μg N/l이 었고, TAE에서 평균 38 μg N/l로 시작하여 갑천으로부터 유입되는 고농도(평균 5, 231 μg N/l)에 의해 PUK에서 평균이 1, 476 μg N/l로서 TAE의 38배 수준으로 급격하게 증가하였다. 이후 하류의 PAN까지 평균 752 μg N/l수준으로 감소하였으며 UNG에서 940 μg N/l로서 조금의 증가가 있었으나 HAG에서 평균 577μg N/l로 다시 큰 폭으로 감소하는 경향이 뚜렷하였다 (Fig. 3). NH4는 계절적으로 볼 때 12~3월이 비교적 높았고 6월과 9월이 비교적 낮았던 결과로 보아 본류의 유량증가 영향이 컸던 것으로 볼 수 있었다.
- 전기전도도는 본류에서 65~370μS/cm 범위로서 평균 값은 218μS/cm이었다 (Table 2). 전기전도도의 평균값은 TAE에서 103μS/cm로 비교적 낮았고 갑천이 합류한 뒤 PUK에서 198 μS/cm로서 약 2배 증가하였으며 YON~ HAG에서는 246~259 μS/cm 범위로서 큰 차이가 없었다.
- 값은 218μS/cm이었다 (Table 2). 전기전도도의 평균값은 TAE에서 103μS/cm로 비교적 낮았고 갑천이 합류한 뒤 PUK에서 198 μS/cm로서 약 2배 증가하였으며 YON~ HAG에서는 246~259 μS/cm 범위로서 큰 차이가 없었다. 반면에 지류는 본류와 달리 차이가 뚜렷하였다.
- 조사하였다. 조사결과에서 0.4~1.6m 범위로 변화 폭이 컸고 하류로 갈수록 감소하는 경향이 뚜렷하였으며 평균값은 0.9m였다. 다른 지점보다도 KON~PUY에서 최대 및 최소의 차이가 컸는데 이는 생물량의 증가요인도 고려될 수 있으나 인위적인 물의 혼탁에 따른 TSS의 증가 영향도 컸던 것으로 볼 수 있었다.
- 낙동강 하류에서 조사된 조와 신 (1997)의 선행 결과와 유사하였는데 하상에 과다하게 축적된 유기물의 분해로 인한 저토의 영향으로 보고 있어 향후 이에대한 연구가 뒷받침되어야 할 것으로 본다. 중 · 하류에서 NO3의 변동은 본류의 평균값이 916 μg N/l였고 TN과 무기질소에 대해 각각 24%, 50%를 차지하였다. NH4와는 달리 지류의 영향이 적었고 중 · 하류에서 유하거리에 따른 정점별 농도는 PUY에서 평균농도가 1,000 μg N/l로서 약간 높았으나 일정한 경향을 보였다 (Fig.
- 8mg N/l였으며 TN 중에 차지하는 비율은 유기질소가 53%였고 무기질소가 47%였다 (Table 2). 중·하류 구간에서 유기질소와 무기질소의 변동양상을 보면 유기질소의 경우 큰 차이는 없었으나 하류로 갈수록 다소 증가한 반면에 무기질소는 크게 감소하는 경향을 보였다 (Fig. 3).
- 2 mg O2/l 이었다 (Table 2). 지류에서 DO의 변동 및 분포는 본류로 유입되는 수질의 오염도를 간접적으로 평가할 수 있었으며 시기별로 종합해보면 지류의 평균값보다 낮거나 비슷한 수준의지류는 갑천, 미호천, 석성천 및 논산천이 해당하였다.
- 측정 항목 중 수온은 전형적인 계절적 특성이 잘 반영되어 조사기간 동안 본류에서 최대 및 최소가 HAG 에서 관찰되어 98년 9월에 26.5℃로 가장 높았고 99년 1월에 4.2℃로 가장 낮았으며 본류의 평균 수온은 12.6 ℃였다 (Table 2). 지류에서 수온은 98년 6월에 논산천에서 27.
- 3). 평균농도로 볼 때 가장 높았던 갑천과 최저를 보인 유구천과의 비교에서 갑천이 유구천보다 평균 47배 더 높아 그 차이가 매우 컸다 (Fig. 3). 반면에 지류에서 NO3는 평균값이 872 μg N/l였고 TN과 무기질소에 대해 차지하는 비율은 각각 18%, 35%였다.
후속연구
- 특히 이 구간은 정체성이 강하고 수심이 어느 정도 유지되는 하천의 하류부에 해당한다. 낙동강 하류에서 조사된 조와 신 (1997)의 선행 결과와 유사하였는데 하상에 과다하게 축적된 유기물의 분해로 인한 저토의 영향으로 보고 있어 향후 이에대한 연구가 뒷받침되어야 할 것으로 본다. 중 · 하류에서 NO3의 변동은 본류의 평균값이 916 μg N/l였고 TN과 무기질소에 대해 각각 24%, 50%를 차지하였다.
- 따라서 금강은 향후물 이용이 더욱 증가할 것으로 전망되고 있어, 이에 대한 대책 마련이 시급한 것으로 사료된다(신과 조, 1999). 또한 현 시점에서 부영양화에 대한 수질관리 뿐만 아니라 하천생태계의 건강성 유지를 위해 지속적인 환경생태학적 조사가 필요할 것으로 판단된다.
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