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문제 정의
- 본 연구에서는 화옹유역의 13개 수질측정지점에서 측정한 강우시와 비강우시의 하천수질 데이터, 이용하여 토지이용과 오염원자료가 하천수질에 미치는 영향에 대해 통계적으로 분석하였으며 본 연구지역과 유사한 비도시 유역관리에 응용할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 본 연구는 전형적인 비도시 유역인 화옹유역을 대상으로 토지이용과 인구 및 축산의 사육두수를 이용하여 수질항목과의 상관분석을 실시하였다. 화옹담수호로 유입되는 3개의 주요하천의 수질을 평가한 결과 남양천의 N1과 N2지점과 어은천의 E3 지점이 특별한 관리가 필요한 것으로 평가되었으며, 이 지점에 설치중인 하수처리장이 완공될 경우 화옹담수호로 유입되는 하천 수질 개선과 담수호로 유입되는 부하량이 상당히 감소할 것으로 판단된다.
- 분석은 비 강우 시와 강우시로 구분하여 실시하였다. 비강우시의 토지이용별 상관관계는 주거지역과는 NO3-N의 경우를 제외하고는 양의 상관관계를 나타내었으며 PO4-P와 E.
- 담수호로 유입되는 주요 하천인 남양천 유역의 4개, 자안천 유역에 5개, 그리고, 어은천 지점의 4개 지점의 수질을 분석하였다. 소유역의 구분은 수치고도 자료와 GIS 기법을 이용하여 주요 수질측정지점과 오염원을 고려하여 분할하였다.
- 강우시는 약 2~4시간 간격으로 N1, N2, J1, E2, E3 지점에서 실시하였고 총 데이터 수는 135~153개, 환경부 자료는 1개월에 1회 비강우시를 기준으로 측정되었고 총 데이터 수는 223개였다. 수질분석항목은 SS, COD, BOD5, 질소계 (TN, NO3-N, NO2-N, NH3-N), 인계(TP, PO4-P), 그리고 지표성 미생물(Total coliform, Fecal coliform, E. coli)을 분석하였으며, 분석방법은 Table 1 과 같다
대상 데이터
- 측정지점 중 건국대학교 유역환경관리 연구실에서 측정된 자료는 N1, N2, J1, J3, J4, E2, E3의 7개 지점이며, N3, N4, J2, J5, E1, E4의 6개 지점은 환경부 한강유역환경청의 데이터를 이용하였다. N1, N2, J1, J3, J4, E2, E3 지점의 측정 기간은 2003년 11월부터 2005년 7월까지이며, N3, N4, J2, J5, E1, E4 지점의 2002년 5월부터 2005년 7월까지 자료를 이용하였다. 비강우시는 약 2주 간격으로 측정하였으며 총 데이터 수는 150~155개이었다.
- 강우기는 남양천의 2개 지점, 자안천의 1개 지점, 그리고 어은천의 2개 지점의 총 135~155개의 데이터를 이용하였다.
- 비강우시는 약 2주 간격으로 측정하였으며 총 데이터 수는 150~155개이었다. 강우시는 약 2~4시간 간격으로 N1, N2, J1, E2, E3 지점에서 실시하였고 총 데이터 수는 135~153개, 환경부 자료는 1개월에 1회 비강우시를 기준으로 측정되었고 총 데이터 수는 223개였다. 수질분석항목은 SS, COD, BOD5, 질소계 (TN, NO3-N, NO2-N, NH3-N), 인계(TP, PO4-P), 그리고 지표성 미생물(Total coliform, Fecal coliform, E.
- 1에서 보는 것과 같이 담수호로 유입되는 하천이 여러 개인 특징을 갖고 있다. 담수호로 유입되는 주요 하천인 남양천 유역의 4개, 자안천 유역에 5개, 그리고, 어은천 지점의 4개 지점의 수질을 분석하였다. 소유역의 구분은 수치고도 자료와 GIS 기법을 이용하여 주요 수질측정지점과 오염원을 고려하여 분할하였다.
- 대상지역은 화옹간척지구의 유역으로 동경 126°45'~126°55, 북위 37°10'~37°15'에 위치하고 있으며, Fig. 1에서 보는 것과 같이 담수호로 유입되는 하천이 여러 개인 특징을 갖고 있다. 담수호로 유입되는 주요 하천인 남양천 유역의 4개, 자안천 유역에 5개, 그리고, 어은천 지점의 4개 지점의 수질을 분석하였다.
- 자안천 유역의 경우는 농경지가 약 50%이며 산림지역이 약 30%를 차지하고 있고, 어은천 유역은 농경지가 60% 이상을 차지하고 있으며 산림은 20% 미만이다. 대상지역의 총 유역면적은 16,489.5ha이고 화옹담수호의 면적은 약 1,730.8ha이며, 평균수심이 2.8m이고 평균 수리학적 체류 시간은 250일이다.
- 우리나라 하구 담수호 유역은 대부분 주거지역을 포함하는 전형적인 비도시 유역의 형태를 보이기 때문에 토지이용과 오염원의 분포 등 유역 전반에 대한 이해가 필요하다. 본 연구의 대상지역인 화옹유역은 수질이 양호한 상류부에서 비도시 시가지역을 거치면서 급격하게 수질이 악화되는 특징을 갖고 있다. 이는 비도시 시가지역의 정화조 유출이나 처리되지 않고 유입되는 불명수에 의해 하천수질이 오염된다고 판단할 수 있다.
- 분석에 사용된 수치고도자료와 토지이용도는 1999년에 구축된 환경부에서 제공받은 1:25,000도를 이용하여 분석하였으며 Table 2와 같다 화옹유역 전체의 토지이용은 농경지와 산림이 전체의 85% 이상을 차지하는 전형적인 비도시 유역의 특성을 나타내었다. N1, N2, E3 지점이 위치한 유역은 도시화가 진행된 지역으로 작은 면적의 주거지역에 대부분의 인구와 경제활동이 밀집된 특징을 갖고 있다.
- N1, N2, J1, J3, J4, E2, E3 지점의 측정 기간은 2003년 11월부터 2005년 7월까지이며, N3, N4, J2, J5, E1, E4 지점의 2002년 5월부터 2005년 7월까지 자료를 이용하였다. 비강우시는 약 2주 간격으로 측정하였으며 총 데이터 수는 150~155개이었다. 강우시는 약 2~4시간 간격으로 N1, N2, J1, E2, E3 지점에서 실시하였고 총 데이터 수는 135~153개, 환경부 자료는 1개월에 1회 비강우시를 기준으로 측정되었고 총 데이터 수는 223개였다.
- 시료채취지점은 화옹담수호로 유입되는 주요 3개 하천인 남양천, 자안천, 어은천에서 이루어졌으며, 남양천은 4개 지점에서, 자안천은 5개 지점에서, 어은천은 4개 지점에서 측정되었다. 측정지점 중 건국대학교 유역환경관리 연구실에서 측정된 자료는 N1, N2, J1, J3, J4, E2, E3의 7개 지점이며, N3, N4, J2, J5, E1, E4의 6개 지점은 환경부 한강유역환경청의 데이터를 이용하였다.
- 측정되었다. 측정지점 중 건국대학교 유역환경관리 연구실에서 측정된 자료는 N1, N2, J1, J3, J4, E2, E3의 7개 지점이며, N3, N4, J2, J5, E1, E4의 6개 지점은 환경부 한강유역환경청의 데이터를 이용하였다. N1, N2, J1, J3, J4, E2, E3 지점의 측정 기간은 2003년 11월부터 2005년 7월까지이며, N3, N4, J2, J5, E1, E4 지점의 2002년 5월부터 2005년 7월까지 자료를 이용하였다.
데이터처리
- Table 6. Pearson correlation coefficient between water quality and land use.
- Table 5는 남양천의 4개 지점, 자안천의 5개 지점, 그리고 어은천의 4개 지점의 총 221~223개 데이터를 이용하여 비강우기에 수질간의 Pearson 상관계수를 구하였다. 강우기는 남양천의 2개 지점, 자안천의 1개 지점, 그리고 어은천의 2개 지점의 총 135~155개의 데이터를 이용하였다.
- 수집된 자료는 통계용 프로그램인 SPSS (Ver. 12)를 이용하여 상관분석이 이루어졌다. 상관분석은 두 변수 사이의 관계의 정도를 측정하고 표현하려는 분석 이다.
성능/효과
- 유의성이 적은 것으로 평가되었다. BOD5와 COD의 경우에는 유의수준 1%에서 상관성을 보였으나, 비강우시보다는 약한 상관성을 나타내었다. 비강우시에 하천의 수질은 주거지역의 처리되지 않고 직접 유입되는 오염원에 주로 영향을 받지만, 강우시에는 논, 밭, 산림, 축산 등 비점오염이 다량 유입되어 하천수질에 영향을 주기 때문에, 비강우시에 주거지역에 영향을 받지 않은 측정지점의 수질과 큰 차이를 보이지 않기 때문이다.
- 이는 밀집된 주거 지역에는 많은 오염물질이 단순히 소유역내 인구수의 영향보다는 집중적으로 발생하며 비도시 지역인 화옹유역에서는 적절한 차집을 통해 처리하지 못하는 지역특성이 반영된 결과라고 판단되며, 토지이용에서 주거지역과 유사한 결과를 나타내었다. NO3-N의 경우를 제외하고는 모두 양의 상관관계를 나타내었으며 SS와 E.coli를 제외하고 모두 유의수준 1%의 상관성을 나타내었다. 하지만, 축산의 경우는 사육두수만으로 평가한 것보다 상관관계가 낮아지긴 했지만 음의 상관관계를 나타내었다.
- 음의 값의 경우는 둘 사이의 관계가 반대로 변하는 특성이 있음을 의미하며 양의 값은 비례하여 증가하는 경향을 나타낸다. r-값이 유의수준 1% 내에 있으면 높은 상관관계가 있다는 것을 의미하고, 유의수준 5% 내에 있으면 보통의 상관관계를 인정하며, 5%보다 클 경우는 상관관계가 성립되지 않는다고 판단하였다.
- 논의 경우에도 강한 음의 상관관계를 나타내었으나 비점오염원의 유입으로 상관성이 약화되었으며 NO3-N과 TP의 경우에는 오히려 높아지는 결과를 보였다. 강우시 논에서의 유출은 밭과 축산과 같은 지역과는 다르게 토사 등의 SS의 유출이 상대적으로 적기 때문에 SS와 높은 상관성을 보이는 TP와는 유의수준 1%에서 음의 상관성을 보이며, NO3-N의 경우도 다른 토지이용보다는 NO3-N의 유출이 적기 때문에 음의 상관성을 나타낸 것으로 판단된다. 주거지역에서는 양의 상관관계를 나타내었고, 논은 음의 상관관계를 나타내었다.
- 강우시 인구와 축산의 사육두수와 하천수질과의 상관관계를 분석한 결과 비강우시의 상관성을 갖는 음의 상관관계에서 음의 상관관계가 약해지거나 양의 상관관계 값을 나타내었는데, 이유는 강우시에 축산에서 오염물질이 유출되어 하천수질에 영향을 미친것이라 평가할 수 있다. Christensen et al.
- 강우시에는 SS와 대부분 다른 수질인자간의 상관계수가 높게 나타났으며, BOD5와 NH3-N의 경우에서는 비강우시보다 수질인자간의 상관성이 약해지거나 음의 상관관계를 보였다. SS가 강우시에 높은 상관성을 보인 이유는 비점오염원의 유입과 함께 많은 양의 토사가 유입되기 때문이다.
- 강우시의 상관성을 분석한 결과 비강우시에 비해 상관관계의 유의성이 적은 것으로 평가되었다. BOD5와 COD의 경우에는 유의수준 1%에서 상관성을 보였으나, 비강우시보다는 약한 상관성을 나타내었다.
- coli를 제외하고는 모두 유의수준 1%이었다. 논의 경우는 모든 항목에서 음의 상관관계를 보였고 SS, NO3-N, E.coli를 제외한 모든 수질항목에서 유의수준 1% 이내의 상관관계를 보였다. BOD5와 NH3-N과는 약 -0.
- 비도시 유역에서는 형성된 주거지역의 정화조의 정비와 하수처리장 신설, 하수관거 정비 등의 관리가 필요하며, 본 연구지역과 같이 하구담수호가 위치한 지역에서는 더욱 중요하고 간척지토지이용에서도 고려해야 하는 사안이다. 논의 경우에는 수질항목들과 유의성을 갖는 음의 상관관계를 나타내었는데, 논은 오염물질을 배출하는 측면보다 하천생태에 좋은 영향을 미치는 것으로 평가되었다.
- 비강우시에 하천의 수질은 주거지역의 처리되지 않고 직접 유입되는 오염원에 주로 영향을 받지만, 강우시에는 논, 밭, 산림, 축산 등 비점오염이 다량 유입되어 하천수질에 영향을 주기 때문에, 비강우시에 주거지역에 영향을 받지 않은 측정지점의 수질과 큰 차이를 보이지 않기 때문이다. 논의 경우에도 강한 음의 상관관계를 나타내었으나 비점오염원의 유입으로 상관성이 약화되었으며 NO3-N과 TP의 경우에는 오히려 높아지는 결과를 보였다. 강우시 논에서의 유출은 밭과 축산과 같은 지역과는 다르게 토사 등의 SS의 유출이 상대적으로 적기 때문에 SS와 높은 상관성을 보이는 TP와는 유의수준 1%에서 음의 상관성을 보이며, NO3-N의 경우도 다른 토지이용보다는 NO3-N의 유출이 적기 때문에 음의 상관성을 나타낸 것으로 판단된다.
- 단위면적당 인구와 수질항목간의 상관분석결과 단위면적당 인구가 높을수록 높은 상관관계를 나타내었다. 이는 밀집된 주거 지역에는 많은 오염물질이 단순히 소유역내 인구수의 영향보다는 집중적으로 발생하며 비도시 지역인 화옹유역에서는 적절한 차집을 통해 처리하지 못하는 지역특성이 반영된 결과라고 판단되며, 토지이용에서 주거지역과 유사한 결과를 나타내었다.
- 비강우시 상관관계는 BOD5가 NO3-N을 제외하고 모든 항목과 양의 상관관계를 가지며 유의수준 1%에 있었다. 이는 BOD5가 수질오염의 지표항목으로 가치가 있으며, 다른 오염물질의 거동과 유사하다는 것을 알 수 있다 NH3-N의 경우에도 NO3-N과 E.
- 비강우시에 축산의 사육두수와 수질과의 상관성을 분석한 결과 젖소사육두수와 유의수준 1% 내의 음의 상관관계를 보였으며, 상관계수는 낮으나 한우, 돼지, 축산전체도 유사한 결과를 보였다. 일부항목을 제외하고는 인구수와 축산의 사육두수가 수질과의 상관관계가 낮거나 음의 상관관계를 보였다.
- 분석은 비 강우 시와 강우시로 구분하여 실시하였다. 비강우시의 토지이용별 상관관계는 주거지역과는 NO3-N의 경우를 제외하고는 양의 상관관계를 나타내었으며 PO4-P와 E.coli를 제외하고는 모두 유의수준 1%이었다. 논의 경우는 모든 항목에서 음의 상관관계를 보였고 SS, NO3-N, E.
- 이는 BOD5가 수질오염의 지표항목으로 가치가 있으며, 다른 오염물질의 거동과 유사하다는 것을 알 수 있다 NH3-N의 경우에도 NO3-N과 E. coli를 제외하고 모든 항목에서 양의 상관관계를 가지며 유의수준 1%에 있었다. 비강우시에 0.
- 인구와 수질과의 상관분석결과 낮은 상관성을 나타내었으며, 단위면적당 인구수로 분석했을 때에는 비교한 결과 높은 상관계수를 나타내었다. 따라서 인구수로 유역의 오염물질 배출을 평가하기 보다는 밀도를 고려해서 평가하는 것이 합리적이다.
- 남양천의 경우에는 인구밀도가 높은 N1 지점이 오염이 가장 심하게 나타났으며, N2 지점과 합류하여 하류인 N3와 N4 지점으로 갈수록 수질이 개선되었으나 다른 하천에 비해 나쁜 수준이었다. 자안 천은 남양천과 어은천에 비해 상대적으로 오염도가 낮았으며상하류의 수질변화가 크지 않은 것으로 평가되었다. 어 은 천은 조암저수지에서 발원한 물이 많은 오염부하량을 배출하는 조암읍을 통과하여 E3 지점에서 수질이 악화되는특징을 갖고 있다.
- 따라서 인구수로 유역의 오염물질 배출을 평가하기 보다는 밀도를 고려해서 평가하는 것이 합리적이다. 축산의 경우는 단위면적당 오염원을 고려하여 평가할 경우 사육두수로 평가하는 것 보다 합리적인 결론을 보였으나 상관성은 높지 않았다.
- 화옹담수호로 유입되는 3개의 주요하천의 수질을 평가한 결과 남양천의 N1과 N2지점과 어은천의 E3 지점이 특별한 관리가 필요한 것으로 평가되었으며, 이 지점에 설치중인 하수처리장이 완공될 경우 화옹담수호로 유입되는 하천 수질 개선과 담수호로 유입되는 부하량이 상당히 감소할 것으로 판단된다. 토지이용과 하천수질과의 상관성 분석결과 주거지역의 경우 양의 상관관계를 보였는데, 생활하수의 유입이 직접적인 원인인 것으로 판단되었다. 비도시 유역에서는 형성된 주거지역의 정화조의 정비와 하수처리장 신설, 하수관거 정비 등의 관리가 필요하며, 본 연구지역과 같이 하구담수호가 위치한 지역에서는 더욱 중요하고 간척지토지이용에서도 고려해야 하는 사안이다.
- SS가 강우시에 높은 상관성을 보인 이유는 비점오염원의 유입과 함께 많은 양의 토사가 유입되기 때문이다. 특히 SS와 COD, TN, TP, TC, TP와 COD, TC, TC와 COD, FC와 E. coli사이에는 0.5의 상관계수를 나타내었으며, 상관계수도 약 0.6~0.7로 비강우시보다 높은 상관성을 나타내었다. Jeon et al.
- 상관분석을 실시하였다. 화옹담수호로 유입되는 3개의 주요하천의 수질을 평가한 결과 남양천의 N1과 N2지점과 어은천의 E3 지점이 특별한 관리가 필요한 것으로 평가되었으며, 이 지점에 설치중인 하수처리장이 완공될 경우 화옹담수호로 유입되는 하천 수질 개선과 담수호로 유입되는 부하량이 상당히 감소할 것으로 판단된다. 토지이용과 하천수질과의 상관성 분석결과 주거지역의 경우 양의 상관관계를 보였는데, 생활하수의 유입이 직접적인 원인인 것으로 판단되었다.
후속연구
- 본 연구는 토지이용과 인구와 축산 등 오염원 자료를 이용하여 수질항목간의 상관성을 분석한 결과이며 비도시 유역의 오염부하 특성을 이해하는데 도움을 주며, 유역 특성이 유사한 지역에서는 본 연구와 유사한 방법으로 유역 내 오염원 특성을 파악하여 합리적인 관리계획을 세우는데 응용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 나타났다. 현재 N1과 N2의 하천수질개선을 위해 남양 하수처리장이 신설 중이며, E3 지점은 수질개선을 위해 조암하수처리장이 건설 중이므로 완공 후에는 하천 수질이 개선될 것으로 예상되며, 담수호로 유입되는 오염부하량도 줄어 담수호 수질관리에 도움을 줄 것으로 판단된다.
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