영일만 수질의 시공간적인 변동상황을 파악하기 위하여 영일만의 13개 조사정점의 1990년부터 1998년까지 9개년간 각 계절별 수질조사결과를 바탕으로 수질의 시 $\cdot$공간적 변동상황을 조사하였다. 염분은 강수량이 많은 8월에 가장 낮은 값을 보였고, 정점별로는 하천수가 유출되는 만내측인 St-2에서부터 만외측으로 갈수록 점차 염분의 양이 높아졌다. 용존무기질소 평균농도 중에서 질산질소가 $65.04\%$로 가장 높은 비율을 차지했으며, 또한 염분이 낮고 강수량이 많은 8월에 가장 높은 값을 보였으며, 만내측에서 외측으로 갈수록 그 양이 감소되었다. 염분과 영양염간의 상관을 종합해서 보면 모든 정점에서 질산질소와 유의적 음의 상관관계를 보이는 것으로 보아 형산강, 냉천등의 하천수의 유입이 질산질소 증가에 영향을 미치는 것으로 나타났다 따라서 영일만의 주오염원은 하천수 유입에 의한 질산질소인 것으로 생각된다. 주성분분석결과를 통해 영일만의 시$\cdot$공간적인 변화를 일으키는 주된 요인은 하천수 유입에 따른 질산질소의 증가로 영일만의 계속되는 적조를 막고, 만내의 수질개선을 위해서는 하천으로부터 질산질소의 유입량을 조절하는 것이 중요함을 알 수 있었다.
영일만 수질의 시공간적인 변동상황을 파악하기 위하여 영일만의 13개 조사정점의 1990년부터 1998년까지 9개년간 각 계절별 수질조사결과를 바탕으로 수질의 시 $\cdot$공간적 변동상황을 조사하였다. 염분은 강수량이 많은 8월에 가장 낮은 값을 보였고, 정점별로는 하천수가 유출되는 만내측인 St-2에서부터 만외측으로 갈수록 점차 염분의 양이 높아졌다. 용존무기질소 평균농도 중에서 질산질소가 $65.04\%$로 가장 높은 비율을 차지했으며, 또한 염분이 낮고 강수량이 많은 8월에 가장 높은 값을 보였으며, 만내측에서 외측으로 갈수록 그 양이 감소되었다. 염분과 영양염간의 상관을 종합해서 보면 모든 정점에서 질산질소와 유의적 음의 상관관계를 보이는 것으로 보아 형산강, 냉천등의 하천수의 유입이 질산질소 증가에 영향을 미치는 것으로 나타났다 따라서 영일만의 주오염원은 하천수 유입에 의한 질산질소인 것으로 생각된다. 주성분분석결과를 통해 영일만의 시$\cdot$공간적인 변화를 일으키는 주된 요인은 하천수 유입에 따른 질산질소의 증가로 영일만의 계속되는 적조를 막고, 만내의 수질개선을 위해서는 하천으로부터 질산질소의 유입량을 조절하는 것이 중요함을 알 수 있었다.
In order to understand the spatiotemporal variation of water quality, an investigation on variation characteristics of water quality was conducted at 13 stations in Yongil bay from 1990 to 1998. The salinity in summer was relatively lower than that in other seasons and it have increased from inner b...
In order to understand the spatiotemporal variation of water quality, an investigation on variation characteristics of water quality was conducted at 13 stations in Yongil bay from 1990 to 1998. The salinity in summer was relatively lower than that in other seasons and it have increased from inner bay to outside of the bay gradually. However, nitrate concentration in summer was relatively higher than that in other seasons, and it was the highest, up to $65.40\%$, among dissolved inorganic nitrogens, Nitrate concentration indicates the possibility of affecting by freshwater discharges to Yongil bay. Correlation analysis showed that salinity had a significantly good correlation with nitrate. This result suggested that inflow of river had an influence on increase of nitrate. The result of Principal Component Analysis (PCA) indicated that nitrate was major factor to influence the water quality in Yongil Bay.
In order to understand the spatiotemporal variation of water quality, an investigation on variation characteristics of water quality was conducted at 13 stations in Yongil bay from 1990 to 1998. The salinity in summer was relatively lower than that in other seasons and it have increased from inner bay to outside of the bay gradually. However, nitrate concentration in summer was relatively higher than that in other seasons, and it was the highest, up to $65.40\%$, among dissolved inorganic nitrogens, Nitrate concentration indicates the possibility of affecting by freshwater discharges to Yongil bay. Correlation analysis showed that salinity had a significantly good correlation with nitrate. This result suggested that inflow of river had an influence on increase of nitrate. The result of Principal Component Analysis (PCA) indicated that nitrate was major factor to influence the water quality in Yongil Bay.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 영일만 수질 환경의 특성을 밝히고, 시공 간 적인 변동과 이에 영향을 미치는 요인을 주성분 분석으로 구명 하므로써, 영일만의 수질 개선 방향을 제시하고자 한다.
제안 방법
수질측정 항목은 수온, 염분, pH, 용존산소 (DO), 암모니아 질소, 아질산 질소, 질산 질소, 인산인 및 화학적 산소요구량 (COD) 이며, 용 존 무기 질소 (DIN) 는 암모니아 질소, 아질산 질소, 질산 질소의 합으로 구하였다. 수온과 용존산소는 Water analyzer (Hydrolab, Surveyor HI)를 이용하여 현장에서 측정하였고, 염분은 염분측정 기 (inductively Coupled Salinometer : 601MKⅢ), pH는 pH meter (Fisher Model 50)를 사용하여 측정하였다. 화학적 산소요구량 (COD) 은 알칼리성 과망간산칼륨법, 영양염 (암모니아 질소, 아질 산 질소, 질산 질소, 인산인)은 Strickland and Parsons (1972)°)1 따라 spectrometric method로 분석하였다.
수질 항목 간의 계절변동에 따른 상관관계를 규명하기 위하여 만 내측, 중앙, 외측의 각 대표정점인 St-2, St-9, St-13의 모든 수질항 목을 전 조사 기간에 걸쳐 상관분석을 하였으며, 유의수준 0.05에서 유의성을 검정하였다 (Table 4).
단, 1990년부터 1994년까지는 춘계를 4월 말에 조사하였고, 1995년부터는 5월초였으므로 이를 동일시하여 춘계 자료로 이용하였다. 수질측정 항목은 수온, 염분, pH, 용존산소 (DO), 암모니아 질소, 아질산 질소, 질산 질소, 인산인 및 화학적 산소요구량 (COD) 이며, 용 존 무기 질소 (DIN) 는 암모니아 질소, 아질산 질소, 질산 질소의 합으로 구하였다. 수온과 용존산소는 Water analyzer (Hydrolab, Surveyor HI)를 이용하여 현장에서 측정하였고, 염분은 염분측정 기 (inductively Coupled Salinometer : 601MKⅢ), pH는 pH meter (Fisher Model 50)를 사용하여 측정하였다.
영일만 수질의 시공간적인 변동상황을 파악하기 위하여 영일만의 13개 조사정점의 1990년부터 1998년까지 9개년간 각 계절별 수질 조사 결과를 바탕으로 수질의 시·공간적 변동상황을 조사하였다.
대상 데이터
1). 단, 1990년부터 1994년까지는 춘계를 4월 말에 조사하였고, 1995년부터는 5월초였으므로 이를 동일시하여 춘계 자료로 이용하였다. 수질측정 항목은 수온, 염분, pH, 용존산소 (DO), 암모니아 질소, 아질산 질소, 질산 질소, 인산인 및 화학적 산소요구량 (COD) 이며, 용 존 무기 질소 (DIN) 는 암모니아 질소, 아질산 질소, 질산 질소의 합으로 구하였다.
본 연구의 자료는 국립수산진홍원 동해수산연구소가 영일만을 대상으로 조사한 어장환경조사 (1990~1996)와 해양오염측정망조 사 (1997~1998)의 13개 공통된 정점의 9개년간 계절별(2월, 5월, 8월, 11월)로 측정 분석한 수질 자료를 바탕으로 하였다 (Fig. 1). 단, 1990년부터 1994년까지는 춘계를 4월 말에 조사하였고, 1995년부터는 5월초였으므로 이를 동일시하여 춘계 자료로 이용하였다.
, 1978). 주성분분석에는 수온외 9가지 환경인자를 사용하였다.
데이터처리
각 측정항목의 시공간적인 변동양상을 알기 위해 제1모형 분산분석 (Two factor model I ANOVA)을 이용하였고, 수질변동에 영향을 미치는 요인을 구명하기 위하여 수질 항목의 정점별 상관분석을 통하여 유의수준 a=0.05에서 유의성을 검증하였다. 정점별로는 영 일만의 만 내 측, 중앙, 외측의 대표되는 정점으로 st-2, st-9, st-13을 택하였다.
환경인자 중 주성분과 모든 계절에 유의적 상관을 가지지 않는 pH, DO, COD의 결과는 제시하지 않았다. 또한 모든 계절에 각 정점의 평균을 이용하여 주성분분석을 하여 Fig. 4에서 수질에 영향을 미치는 요인의 관계를 비교하였다.
수질 항목 중 시·공간적인 변동을 일으키는 주성분 요소를 파악하기 위하여 각 계절별로 각 정점의 연별 평균을 이용하여 주성 분 분석을 실시하였고, 주성분 중 10% 이하의 값을 보이는 것은 고려하지 않았다 (Bartell et al., 1978, Table 5). 환경인자 중 주성분과 모든 계절에 유의적 상관을 가지지 않는 pH, DO, COD의 결과는 제시하지 않았다.
이론/모형
수온과 용존산소는 Water analyzer (Hydrolab, Surveyor HI)를 이용하여 현장에서 측정하였고, 염분은 염분측정 기 (inductively Coupled Salinometer : 601MKⅢ), pH는 pH meter (Fisher Model 50)를 사용하여 측정하였다. 화학적 산소요구량 (COD) 은 알칼리성 과망간산칼륨법, 영양염 (암모니아 질소, 아질 산 질소, 질산 질소, 인산인)은 Strickland and Parsons (1972)°)1 따라 spectrometric method로 분석하였다.
성능/효과
, 2001). 계절별 각 평균의 표준오차가 0.46~0.83으로 모든 계절에 비교적 높게 나타나서 연별, 정점별 암모니아 질소의 값의 차이가 심함을 알 수 있었다. 또한 만내측에서 비교적 높은 값을, 만 외측에서는 낮은 값을 얻었다.
두 번째 요인으로는 계절적인 변동요인들이 영향을 미치는더], 이는 영일만의 수온이 해류와 계절에 많은 영향을 받는다는 논문과 동일한 결과이다 (Park and Song, 1972). 그리고 인산인은 영일만의 수질 변화에 어떠한 유의적인 상관관계를 가지지 않음을 알 수 있었다. 영일만의 계속되는 적조를 막고, 만 내의 수질 개선을 위해서는 하천으로부터 질산 질소의 유입량을 조절하는 것이 중요함을 알 수 있었다.
담수의 경우 무기 질소에 비하여 상대적으로 무기인의 농도가 낮지만, 영일만에서 하계에 인산 인의 농도가 높은 것은 강우로 인해 하천수에 섞인 생활하수, 산업폐수 등으로부터 유입된 것으로 보인다 (Lee, 1997). 또한 모든 정점과 계절에 P<0.05에서 유의성을 가져 정점별, 연별로 뚜렷한 차이를 보임을 알 수 있었다.
83润로 가장 높은 값을 보였으며 특히 8월의 정점별 표준오차가 5월에 비하여 10배 이상 높았고, 정점별로는 만 내 측에서 비교적 높은 값을 보였고 만외측으로 갈수록 값이 낮아졌다. 또한 분산분석 결과 5월을 제외한 모든 계절에 PC0.05에서 유의성을 가져 정점별, 연별 뚜렷한 값의 차이를 보였고, 특히 하계에 연별 변동량이 매우 컸다.
결과적으로 8월에 염분농도의 감소와 함께 영양염 농도와 표준 오차가 높은 것은 강수에 따라 유입되는 하천수의 양에 따라 정 점별, 연별 차이가 난 것으로 생각된다. 또한 분산분석 결과 COD를 제외한 모든 항목이 8월에 공간적인 변화량이 비해 시간적인 변화량이 커서 연별 수질의 뚜렷한 차이가 있었다. 만 내 측의 경우 일본 수산 환경 수질 기준 (日本水產資源保護協會, 1972)에 나타난 해 역의 적조 발생 하한 조건인 무기 질소 7.
이는 강수로 인하여 하천수가 유입됨에 따라 염분의 양이 감소하였고, 하천수에 포함된 COD, 인산인 및 질산 질소가 증가된 것으로 생각된다. 만중앙인 St-9에서 염분은 COD와는 상관이 없고, 질산 질소와 유의적인 음의 상관관계를 가지는 것으로 보였다. 이는 영일만에 서는 하천수의 유입으로 유기오염물질보다는 영양염의 영향을 더 많이 받으며, COD는 형산강에서 나오는 직접적인 하천수에서 포함되어 있다가 만 중앙으로 흘러나오면서 점차 확산되기 때문으로 생각된다.
(Choi and Park, 1986). 모든 정점에서 염분이 질산질 소와 유의적 음의 상관관계를 보이는 것으로 보아 앞에서 언급한 것과 같이 형산강, 냉천 등의 하천수의 유입은 질산 질소 증가에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 영일만의 주 오염원은 하 천수 유입에 의한 질산 질소인 것으로 사료된다.
정점별로는 기상 조건의 영향으로 2월과 11월에는 수심이 얕은 만 내 측 에서 수심이 깊은 만외측으로 갈수록 대체적으로 수온이 높아졌으나 5월과 8월에는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 분산분석 결과 F값을 보면 유의수준 0.0001 이하에서 공간적인 변화량에 비해 시간적인 변화량이 커서 같은 계절이라도 연별로 뚜렷한 차이를 보임을 알 수 있었고, 정점별로는 5월의 경우만 P>0.05로 정점 간 차이가 없었다 (Table 3).
염분과 영양염 간의 상관을 종합해서 보면 모든 정점에서 질산질소와 유의적 음의 상관관계를 보이는 것으로 보아 형산강, 냉천 등의 하천수의 유입이 질산질소 증가에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 영일만의 주 오염원은 하천수 유입에 의한 질산질소인 것으로 생각된다.
염분과 영양염간의 상관을 종합해서 보면 염분은 암모니아 질소- 와는 상관이 없었는데 이를 통해 만의 암모니아 질소는 일부 하천 수 유입뿐만 아니라 영일만 내의 저층 환경이 오염으로 환원 상태가 되어 ammonification 등에 의한 암모니아의 증가에 기인하는 것으로 추정된다. (Smith, 1974).
8월에 표준오차가 다른 계절에 비하여 매우 커서 하천수의 영향을 받는 곳과 그렇지 않는 곳의 명확한 차이를 보임을 알 수 있었다. 염분은 강수량에 따라 범위가 St-2는 6.12-34.34, St-9는 20.79-34.38, St-13은 23.06~34.40으로 연별 모든 정점에서 많은 차이를 보였고, 만 내 측인 St-2의 경우 다른 정점에 비하여 염분 범위의 차가 매우 커서 하천수의 영향을 직접적으로 받음을 알 수 있었다. 정점별로 보면 만 내 측에서부터 만외측으로 갈수록 점차 염분의 양이 높아졌다 (Fig 2).
염분은 강수량이 많은 8월에 가장 낮은 값을 보였고, 정점별로는 하천수가 유출되는 만 내 측인 St-2에서부터 만외측으로 갈수록 점차 염분의 양이 높아졌다. 용 존 무기 질소 평균농도 중에서 질산질 소가 65.04%로 가장 높은 비율을 차지했으며, 또한 염분이 낮고 강수량이 많은 8월에 가장 높은 값을 보였으며, 만 내 측에서 외측 으로 갈수록 그 양이 감소되었다.
23源!로 가장 높은 값을 보였다. 용 존 무기 질소의 평균 농 도중에서 질산 질소가 65.04%로 가장 높은 비율을 차지했으며 암모니아 질소가가 25.82%였으며, 아질산 질소가 9.14%로 낮은 비율을 차지하였다. 질소의 경우 대기 및 여러 육상오염물질의 유입에 의해 증가되면 그 중 암모니아질소는 주로 생활하수나 축산폐수 등에서 그 비중이 높고, 질산 질소는 화학비료, 산업폐수 등이 하천으로 유입되어 그 양이 많아진다 (Meybeck, 1982).
12로 비교적 높지 않았다. 정점별로는 전 계절을 통하여 하천수가 유출되는 만 내 측인 St-2에서 가장 높은 값을 보였고, 만외측으로 갈수록 점차 낮은 값을 보였다.
, 2001). 주 성분 Ⅱ의 경우 수온은 강한 음의 유의적 상관, 염분, 암모니아 질 소와 질산 질소는 양의 유의적 상관을 보여 계절적 변동요인에 영향을 받음을 알 수 있었다.
6%를 설명하였다. 주성분 I 과는 수온, 암모니아 질소 및 질산 질소가 유의적 양의 상관관계를 보였고, 그중에서 특히 암모니아 질소가 강한 유의적 상관관계를 보여 영일만에서 5월의 경우 Chlorophyll a의 양을 알 수 없어 단언할 수 없지만, 수온이 올라감에 따라 식물플랑크톤의 증식으로 이에 우선 선택되는 암모니아 질소 가 변동에 영향을 미치는 것으로 사료된다. (Kim et al.
9%를 설명하였다. 주성분 I의 경우 암모니아 질소와 질산질소가 강한 유의적 양의 상관관계를 보여 육상오염물질에 영향을 받음을 알 수 있었고, 주성분 Ⅱ의 경우 수온과 암모니아 질소가 유의적 양의 상관, 염분과 질산 질소가 음의 상관을 보여 계절적 요인이 영향을 미치는 것으로 나타났다.
주성분 분석 결과를 통해 영일만의 시·공간적인 변화를 일으키 는 제일 주된 요인으로는 8월에 강우로 인한 하천수의 유입이 많을 경우 용 존 무기 질소 그중에서 특히 연별 질산 질소의 변동이 많은 영향을 미치고, 그 외의 모든 계절에도 하천수의 유입에 따른 질산 질소의 변동이 시·공간적 변동에 많은 영향을 미침을 알 수 있었다 (Fig. 4). 두 번째 요인으로는 계절적인 변동요인들이 영향을 미치는더], 이는 영일만의 수온이 해류와 계절에 많은 영향을 받는다는 논문과 동일한 결과이다 (Park and Song, 1972).
주성분분석 결과를 통해 영일만의 시·공간적인 변화를 일으키 는 주된 요인은 하천수 유입에 따른 질산질소의 증가로 영일만의 계속되는 적조를 막고, 만내의 수질개선을 위해서는 하천으로부터 질산질소의 유입량을 조절하는 것이 중요함을 알 수 있었다.
또한 만내측에서 비교적 높은 값을, 만 외측에서는 낮은 값을 얻었다. 질산 질소는 5월에 4.67 ±0.36 “M로 가장 낮은 값을 보였고, 8월에 12.79±3.83润로 가장 높은 값을 보였으며 특히 8월의 정점별 표준오차가 5월에 비하여 10배 이상 높았고, 정점별로는 만 내 측에서 비교적 높은 값을 보였고 만외측으로 갈수록 값이 낮아졌다. 또한 분산분석 결과 5월을 제외한 모든 계절에 PC0.
후속연구
, 1998; Yang et al, 1999). 이 결과 영일만에서는 적조 현상이 상습화되어 해양의 생물자원을 고갈시킴은 물론, 사회문제로 제기되고 있어 적조의 원인생물을 비롯하여 수문학적인 여러 요인에 대한 연구가 지속적이고 면밀하게 수행될 필요가 있다. (김, 1992; Kim et al.
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