본 연구는 영산강 수계 내 10개 지점의 이화학적 수질에 관한 시공간적 변이상태를 분석하기 위해 1995년부터 2004년까지 측정된 환경부 수질데이터를 이용하여 분석하였다. 이용된 수질 변수는 전기전도도(Conductivity), 생물화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 용존산소량 (Dissolved oxygen), 총인 (Total phosphorus), 총질소 (Total nitrogen) 및 총부유물 (Total suspended solids)의 7개 항목으로서 계절별, 연별, 및 조사지점별 농도변이가 큰 것으로 나타났다. 영산강 수계 내에서의 이화학적 수질측정값은 계절성 강우에 따라 수질측정값의 변동 폭이 심하며, 대부분의 수치 농도변이는7 ${\sim}$ 8월에 집중되는 하절기 몬순 강도에 의해 조절되었다. 장마기에 이온희석의 지표로 사용되는 전기전도도와 총인, 총질소와 같은 영양염류들의 경우 강우량과 역 상관관계 (|r|> 0.32, P< 0.01, n=119)를 보였으나, 생물학적 산소 요구량과 화학적 산소요구량의 경우에는 강우분포와 통계학적 유의성 (p>0.05, n=120)을 보이지 않았다. 총인, 총질소 및 전기전도도는 대부분 장마 중인 7 ${\sim}$ 8월에 최소값을 보였는데, 이는 강우에 의해 오염물질이 희석되기 때문으로 사료되었다. 반면, 총부유물의 유입은 하절기 몬순 동안에 최대치를 보여 이온 감소와는 대조적인 특성을 보였다. 생물학적 산소요구량의 계절적 변화패턴은 화학적 산소요구량과 유사한(r.=0.592, P<0.01)양상을 보였으며, 마찬가지로 총질소의 변차패턴 또한 총인과 유사한 (.=0.529, P<0.01) 양상을 보였다. 용존산소량의 계절별 변화에 따르면, 수온이 낮은 겨울에 최대값을 보이며 온도가 높은 여름에 최소값을 보여 수온과의 역 상관관계를 보였다. 지점별 변화 패턴 분석에 따르면, 전기전도도를 제외한 총인, 총질소, 생물학적 산소요구량, 화학적 산소요구량 및 총부유물은 상류 및 하류역 보다 중류역에서 높은 농도를 보인 반면, 전기전도도의 경우에는 하류역에서 높은 농도를 보였다. 특히, 총인, 총질소, 생물학적 산소요구량 및 화학적 산소요구량은 지점 4(광주 2)에서 급격히 악화되는 양상을 보였으며, 이는 광주도심으로부터 유출되는 가정하수 및 인접한 공단에서 배출하는 폐수유입에 의한 영향으로 사료되었다. 따라서, 영산강의 수질 개선을 위해서는 이런 도심지역의 오염부하 저감을 통한 효율적 수질관리가 요구된다.
본 연구는 영산강 수계 내 10개 지점의 이화학적 수질에 관한 시공간적 변이상태를 분석하기 위해 1995년부터 2004년까지 측정된 환경부 수질데이터를 이용하여 분석하였다. 이용된 수질 변수는 전기전도도(Conductivity), 생물화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 용존산소량 (Dissolved oxygen), 총인 (Total phosphorus), 총질소 (Total nitrogen) 및 총부유물 (Total suspended solids)의 7개 항목으로서 계절별, 연별, 및 조사지점별 농도변이가 큰 것으로 나타났다. 영산강 수계 내에서의 이화학적 수질측정값은 계절성 강우에 따라 수질측정값의 변동 폭이 심하며, 대부분의 수치 농도변이는7 ${\sim}$ 8월에 집중되는 하절기 몬순 강도에 의해 조절되었다. 장마기에 이온희석의 지표로 사용되는 전기전도도와 총인, 총질소와 같은 영양염류들의 경우 강우량과 역 상관관계 (|r|> 0.32, P< 0.01, n=119)를 보였으나, 생물학적 산소 요구량과 화학적 산소요구량의 경우에는 강우분포와 통계학적 유의성 (p>0.05, n=120)을 보이지 않았다. 총인, 총질소 및 전기전도도는 대부분 장마 중인 7 ${\sim}$ 8월에 최소값을 보였는데, 이는 강우에 의해 오염물질이 희석되기 때문으로 사료되었다. 반면, 총부유물의 유입은 하절기 몬순 동안에 최대치를 보여 이온 감소와는 대조적인 특성을 보였다. 생물학적 산소요구량의 계절적 변화패턴은 화학적 산소요구량과 유사한(r.=0.592, P<0.01)양상을 보였으며, 마찬가지로 총질소의 변차패턴 또한 총인과 유사한 (.=0.529, P<0.01) 양상을 보였다. 용존산소량의 계절별 변화에 따르면, 수온이 낮은 겨울에 최대값을 보이며 온도가 높은 여름에 최소값을 보여 수온과의 역 상관관계를 보였다. 지점별 변화 패턴 분석에 따르면, 전기전도도를 제외한 총인, 총질소, 생물학적 산소요구량, 화학적 산소요구량 및 총부유물은 상류 및 하류역 보다 중류역에서 높은 농도를 보인 반면, 전기전도도의 경우에는 하류역에서 높은 농도를 보였다. 특히, 총인, 총질소, 생물학적 산소요구량 및 화학적 산소요구량은 지점 4(광주 2)에서 급격히 악화되는 양상을 보였으며, 이는 광주도심으로부터 유출되는 가정하수 및 인접한 공단에서 배출하는 폐수유입에 의한 영향으로 사료되었다. 따라서, 영산강의 수질 개선을 위해서는 이런 도심지역의 오염부하 저감을 통한 효율적 수질관리가 요구된다.
The objective of this study was to analyze long-term temporal trends of water chemistry and spatial heterogeneity for 10 sampling sites of the Yeongsan River watershed using water quality dataset during 1995 to 2004 (obtained from the Ministry of Environment, Korea). The water quality, based on mult...
The objective of this study was to analyze long-term temporal trends of water chemistry and spatial heterogeneity for 10 sampling sites of the Yeongsan River watershed using water quality dataset during 1995 to 2004 (obtained from the Ministry of Environment, Korea). The water quality, based on multi-parameters of biological oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), conductivity, dissolved oxygen (Do), total phosphorus (TP), total nitrogen (TN) and total suspended solids (TSS), largely varied depending on the sampling sites, seasons and years. Largest seasonal variabilities in most parameters occurred during the two months of July to August and these were closely associated with large spate of summmer monsoon rain. Conductivity, used as a key indicator for a ionic dilution during rainy season, and nutrients of TN and TP had an inverse function of precipitation (absolute r values> 0.32, P 0.05, n= 119) with rainfall. Minimum values in conductivity, TN, and TP were observed during the summer monsoon, indicating an ionic and nutrient dilution of river water by the rainwater. In contrast, major inputs of total suspended solids (TSS) occurred during the period of summer monsoon. BOD values varied with seasons and the values was closely associated (r=0.592: P< 0.01) with COD, while variations of TN were had high correlations (r=0.529 : P< 0.01) with TP. Seasonal fluctuations of DO showed that maximum values were in the cold winter season and minimum values were in the summer seasons, indicating an inverse relation with water temperature. The spatial trend analyses of TP, TN, BOD, COD and TSS, except for conductivity, showed that the values were greater in the mid-river reach than in the headwater and down-river reaches. Conductivity was greater in the down-river sites than any other sites. Overall data of BOD, COD, and nutrients (TN, TP) showed that water quality was worst in the Site 4, compared to those of others sites. This was due to continuous effluents from the wastewater treatment plants within the urban area of Gwangju city. Based on the overall dataset, efficient water quality management is required in the urban area for better water quality.
The objective of this study was to analyze long-term temporal trends of water chemistry and spatial heterogeneity for 10 sampling sites of the Yeongsan River watershed using water quality dataset during 1995 to 2004 (obtained from the Ministry of Environment, Korea). The water quality, based on multi-parameters of biological oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), conductivity, dissolved oxygen (Do), total phosphorus (TP), total nitrogen (TN) and total suspended solids (TSS), largely varied depending on the sampling sites, seasons and years. Largest seasonal variabilities in most parameters occurred during the two months of July to August and these were closely associated with large spate of summmer monsoon rain. Conductivity, used as a key indicator for a ionic dilution during rainy season, and nutrients of TN and TP had an inverse function of precipitation (absolute r values> 0.32, P 0.05, n= 119) with rainfall. Minimum values in conductivity, TN, and TP were observed during the summer monsoon, indicating an ionic and nutrient dilution of river water by the rainwater. In contrast, major inputs of total suspended solids (TSS) occurred during the period of summer monsoon. BOD values varied with seasons and the values was closely associated (r=0.592: P< 0.01) with COD, while variations of TN were had high correlations (r=0.529 : P< 0.01) with TP. Seasonal fluctuations of DO showed that maximum values were in the cold winter season and minimum values were in the summer seasons, indicating an inverse relation with water temperature. The spatial trend analyses of TP, TN, BOD, COD and TSS, except for conductivity, showed that the values were greater in the mid-river reach than in the headwater and down-river reaches. Conductivity was greater in the down-river sites than any other sites. Overall data of BOD, COD, and nutrients (TN, TP) showed that water quality was worst in the Site 4, compared to those of others sites. This was due to continuous effluents from the wastewater treatment plants within the urban area of Gwangju city. Based on the overall dataset, efficient water quality management is required in the urban area for better water quality.
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제안 방법
공간적 수질 특성 분석을 위해 환경부에서 지정한 S1(담양), S2 (우치), S3 (광주 1), S4 (광주 2)를 상류역으로 지정하였고, S5 (광산), S6 (나주), S7 (영산포)을 중류역으로 그리고 S8 (함평), S9 (무안1), S10 (무안2)는 하류역으로 구분하였다. 시간적으로는 장마전기 (5~6월), 장마 중기 (7~8월), 장마 후기(9~10월)로 구분하여 수질자료를 분석하였으며 본 연구에서 수질요인들 간의 상관관계를 알아보는 통계분석은 SPSS ver 12.
본 연구에서는 영산강 본류를 중심으로 첫째, 영산강 수계의 10개 지점을 선정하여 수질 모니터링을 통하여 몬순강우를 고려한 장마전기(Premonsoon), 장마중기 (During monsoon), 그리고 장마후기 (Postmonsoon)로 대별하여 주요 수질 변수에 대한 수질평가를 실시하였고, 둘째, 수체내 상 . 하류간의 수질에 대한 공간적 변이 및 장기간의 연별 특성을 파악하였다.
이 화학적 수질자료 분석을 위해 1995년 1월부터 2004년 12월까지 10개 지점에서 측정된 월별자료를 획득하였다. 자료 분석에 이용된 수질변수는 전기전도도(Conductivity), 총인 (Total phosphorus, TP), 총질소 (Total nitrogen, TN), 생물학적 산소요구량 (Biological oxygen demand, BOD), 화학적 산소 요구량 (Chemical oxygen demand, COD), 용존산소량 (Dissolved oxygen, DO), 총부 유물(Total suspended solids, TSS)이며 각 수치 값의 시간별, 공간별 변화양상을 분석하였다. 영산강 유역의 강수량은 1995년에서 2004년까지 광주기상청 (http://gwangju.
0 프로그램을 사용하여 Pearson's correlation 분석을 실시하였다. 조사지점 별 유사도 지수에 의거한 Dendrogram 분석은 PRIMER 5군집분석 패키지를 이용하여 수행하였다.
본 연구에서는 영산강 본류를 중심으로 첫째, 영산강 수계의 10개 지점을 선정하여 수질 모니터링을 통하여 몬순강우를 고려한 장마전기(Premonsoon), 장마중기 (During monsoon), 그리고 장마후기 (Postmonsoon)로 대별하여 주요 수질 변수에 대한 수질평가를 실시하였고, 둘째, 수체내 상 . 하류간의 수질에 대한 공간적 변이 및 장기간의 연별 특성을 파악하였다. 이런 결과는 영산강수 계의 오염실태를 파악하고 수질개선을 위한 대책 방안 마련 시 기초자료를 제공할 것으로 사료된다.
kr)의 데이터를 획득하여 광주광역시를 중심으로 상 . 하류의 공간적 변이 및 계절적 특성을 반영한 시간적 변이(장마 전, 장마중 장마 후)를 분석하였다.
대상 데이터
본 연구 대상 수계인 영산강의 중 . 하류권역은 1차 산업인 농업지역으로 영산강 본류를 비롯한 여러 지류들이 관류하며, 1981년 영산강 하구에 방조제가 건설된 이후 하류권역은 영 양염류 (총인, 총질소) 농도증가 및 유기물(BOD, COD) 오염이 가속화되고 있다.
본 연구대상인 영산강 수계는 소백산맥 줄기인 노령산맥과 광주를 향해 서쪽으로 뻗어 남해안의 서단측까지 이르는 산맥 사이에 위치하고 있다. 총유역면적이3, 371.
자료 분석에 이용된 수질변수는 전기전도도(Conductivity), 총인 (Total phosphorus, TP), 총질소 (Total nitrogen, TN), 생물학적 산소요구량 (Biological oxygen demand, BOD), 화학적 산소 요구량 (Chemical oxygen demand, COD), 용존산소량 (Dissolved oxygen, DO), 총부 유물(Total suspended solids, TSS)이며 각 수치 값의 시간별, 공간별 변화양상을 분석하였다. 영산강 유역의 강수량은 1995년에서 2004년까지 광주기상청 (http://gwangju. kma.go.kr)의 데이터를 획득하여 광주광역시를 중심으로 상 . 하류의 공간적 변이 및 계절적 특성을 반영한 시간적 변이(장마 전, 장마중 장마 후)를 분석하였다.
이 화학적 수질자료 분석을 위해 1995년 1월부터 2004년 12월까지 10개 지점에서 측정된 월별자료를 획득하였다. 자료 분석에 이용된 수질변수는 전기전도도(Conductivity), 총인 (Total phosphorus, TP), 총질소 (Total nitrogen, TN), 생물학적 산소요구량 (Biological oxygen demand, BOD), 화학적 산소 요구량 (Chemical oxygen demand, COD), 용존산소량 (Dissolved oxygen, DO), 총부 유물(Total suspended solids, TSS)이며 각 수치 값의 시간별, 공간별 변화양상을 분석하였다.
조사지점은 영산강 수계 본류 10개 지점으로서, 환경부에서 지정한 수질 측정망 지점을 이용하였다 (Fig. 1).
데이터처리
공간적 수질 특성 분석을 위해 환경부에서 지정한 S1(담양), S2 (우치), S3 (광주 1), S4 (광주 2)를 상류역으로 지정하였고, S5 (광산), S6 (나주), S7 (영산포)을 중류역으로 그리고 S8 (함평), S9 (무안1), S10 (무안2)는 하류역으로 구분하였다. 시간적으로는 장마전기 (5~6월), 장마 중기 (7~8월), 장마 후기(9~10월)로 구분하여 수질자료를 분석하였으며 본 연구에서 수질요인들 간의 상관관계를 알아보는 통계분석은 SPSS ver 12.0 프로그램을 사용하여 Pearson's correlation 분석을 실시하였다. 조사지점 별 유사도 지수에 의거한 Dendrogram 분석은 PRIMER 5군집분석 패키지를 이용하여 수행하였다.
성능/효과
10년간 수질변수들의 변화 양상 분석에 따르면, 전기전도도 총인, 총질소, 생물학적 산소 요구량, 및 총부유물 농도는 2003년 이후로 증가하는 양상을 보인 반면, 화학적 산소 요구량은 2000년까지는 계속 증가하다가 그 이후에 오히려 감소하는 양상을 보였다 (Fig. 4). 10년 동안 총인, 총질소, 생물학적 산소 요구량, 및 화학적 산소 요구 량의 변화는 중류에서 높은 농도를 유지하였는데, 이는 중류역의 토지이용도 측면에서 많은 비점오염 원인 농경지 분포 및 소규모 양식장 영향 이와 아울러 여러 오폐수처리장으로 부터의 농공폐수가 유입되기 때문으로 사료된다.
9배로 높게 나타나 다른 수질변수보다 공간적 변이가 높게 나타났다. 10년간의 영산강 전체의 생물학적 산소 요구량은 평균4.8mg L-1 로 우리나라 하천 수질기준에 의한 3등급의 수질을 보였다. 한편, Fig.
3b, c). Pearson 상관지수 분석결과를 볼 때, 총인 농도와 총질소 농도는 상관성(r=0.529, p<0.01) 이 높은 것으로 나타났으며 (Table 1), 계절별 변동양상을 보면 총질소에 비해 총인의 경우 상 . 하류간의 변동폭이 더 크게 나타났다 총인의 농도변화는 중류에서 상.
6에서 보는 바와 같다. 각 지점별 유사도(%)를 90% 유사도 수준에서 분석한 결과에 따르면, S10 의 1개 그룹, S1~S3의 1개 그룹, S4~S5의 1개 그룹, S6~S9의 1개 그룹으로서 총 4개 그룹으로 대별되었다. 유사도가 가장 높은 곳은 S7과 S8이었으며 그 외에 산지 계류형인 S1.
2mg L-1의 농도를 나타내었고, 10월부터 안정적인 값을 유지하였다. 갈수기인 1월에서 6월까 지 생물학적 산소요구량 농도가 증가한 것은 유량이 적은 갈수기에는 유기물질이 농축되기 때문에 생물학적 산 소요구량 농도가 증가되는 것으로 보였고, 반면에 장마 중에는 유기물질이 희석되는 효과를 가져와 생물학적 산 소요구량이 낮아지는 것으로 사료되었다. 이런 결과는 다른 도심하천의 생물학적 산소요구량 농도변화와 일치하는 결과를 보였다 (한 등, 2004).
3과 같다. 분석된 자료에 따 르면, 총부 유물의 농도를 제외한 전기전도도, 총인, 총질소, 생물학적 산소요구량 및 화학적 산소 요구량 농도가 갈수기에 높게 유지되다가 장마기에 접어들면서 농도가 낮아지는 경향이 뚜렸하였다. 이런 특성은 장마기에 인근 수계로부터의 영양물질 등의 하천유입으로 수질악화가 초래되는 산간 계류성 하천들의 계절적 특성과는 반대의 양상을 보였다 (신 등 2003).
01)을 나타내었다. 생물학적 산소 요구량 농도는 모든 지점에서 1월에 급속히 상승하기 시작하여 6월에 최고치인 9.4 mg L-1 를 나타내 었으며, 7월 이후 급격히 하강하여 상류에서 9월에 최저치인 3.2mg L-1의 농도를 나타내었고, 10월부터 안정적인 값을 유지하였다. 갈수기인 1월에서 6월까 지 생물학적 산소요구량 농도가 증가한 것은 유량이 적은 갈수기에는 유기물질이 농축되기 때문에 생물학적 산 소요구량 농도가 증가되는 것으로 보였고, 반면에 장마 중에는 유기물질이 희석되는 효과를 가져와 생물학적 산 소요구량이 낮아지는 것으로 사료되었다.
영산강의 수질은 시간적 측면(장마 전, 장마중, 장마 후) 및 공간적 측면(상류, 중류, 하류)에 따라 역동적으로 변화하는 것으로 나타났으며, 이러한 특성은 하절기 몬순강우의 특성에 의해 결정되는 것으로 나타났다. 영산강 수계에서 1995년부터 2004년까지 측정된 10년 동안의 자료 분석에 따르면, 연평균 강우량은 1, 472 mm로서 집중호우 기간인 6~9월 동안 969 mm의 강우량를 보여 이 기간 동안의 강우량이 전체의 66% 이상을 차지하는 것으로 나타났다(Fig.
7 mg L-1 로 연중 최고치를 보였는데, 이는 하천 주변에 위치하고 있는 오염원으로부터 다량의 오염물질이 하천에 유입된 것으로 사료되었다. 유기물 오염의 지표로 사용되고 있는 생물학적 산소 요구량과 화학적 산소 요구량의 평균농도는 각각 4.7 mg L-1 및 6.6 mg L-1 로서 우리나라 환경부의하천 수질기준에 의거할 때 3급수의 수질을 보였다. 이런 특성은 산간 계류성 하천 (신, 2003)에 비해 오염도가 높은 수준으로서, 전형적으로 타 도심 수계들에서 처럼 도심 에서의 오염물 유입특성을 반영하는 것으로 나타났다.
유기물 오염의 지표로서 많이 이용되는 생물학적 산소 요구량은 화학적 산소 요구량 변화와 유사한 계절변화를 보였으며 (Fig. 3d, f), Table 1에서 보여 주는 바와 같이 두 수질 변수 간에 높은 상관성(r=0.592, p<0.01)을 나타내었다. 생물학적 산소 요구량 농도는 모든 지점에서 1월에 급속히 상승하기 시작하여 6월에 최고치인 9.
전기전도도는 10년 동안 178~908 μS cm-1 범위 내에서 변화하였으며 상류에서의 평균농도(241 μS cm-1)보다 하류에서의 평균 농도 (690 μS cm-1)가 약 2.9배로 높게 나타나 다른 수질변수보다 공간적 변이가 높게 나타났다. 10년간의 영산강 전체의 생물학적 산소 요구량은 평균4.
전기전도도는 모든 지점에 있어서 갈수기인 1월에서 3월에 높은 값을 보였고, 장마기인 7월과 8월에 낮은 값을 보였다. 상류와 중류에서는 장마기를 제외하고는 계절별로 큰 차이를 보이지 않았으나, 하류지점에서는 장마기에 약 100 μS cm-1의 큰 감소폭을 보이다가 이후에 다시 급 속히 증가하는 양상을 보였다 (Fig.
지점별 이화학적 수질변이 분석에 따르면, 최상류 부인S1 (담양)에서 하류부인 S10 (무안 2)로 내려갈수록 전기전도도는 계속 증가하는 경향을 보여 거리에 따른 수질 악화 현상을 보였다 (Fig. 5). 전기 전도도의 변화는 최하류 지점인 S10 (무안2)를 제외한 상 .
대체적으로 최상류와 중하류의 지점들 간에는 유사성이 낮았고 전반적으로 지점들 간의 상류와 중 . 하류 집단이 잘 구분되고 있으나 광주천과 합류되는 지점인 S4(광주 2)을 기점으로 하여 그 상부와 하 부의 생물학적 산소요구량, 화학적 산소 요구량, 총인, 총질소 및 총부 유물의 농도변이가 매우 심한 것으로 나타났다. 따라서 본류를 중심으로 폐수처리장 및 도심이 밀집한 지점4에서는 급격한 수질 악화 현상을 보여 향후 오염저감을 위한 대책이 필요한 것으로 사료되었다.
01)한 것으로 나타 났다(Table 1). 한편, 총부유물농도(TSS)는 강우량과 정상 관 관계 (r=0.49, p<0.01, n=120)를 보였으며, 생물학적 산소요구량 (BOD)과 화학적 산소요구량 (COD) 은 강우분 포와 통계학적 유의성 이 없는 것으로 나타났다(Table 1).
이런 특성은 화학적 산 소요구량 총인, 총질소, 및 총부유물 등에서 유사한 경향을 보였다. 화학적 산소 요구량은 평균 6.6mg L-1 으로 생물학적 산소 요구량보다 높은 수치를 보였으며 (Fig. 4e), 2000년에 가장 높은 수치인 8.9 mg L-1 를 보인 이후에 점차 감소하여 2004년에는 5.0 mg L-1의 최소값을 보여 수질 향상을 보였다. 총인과 총질소의 경우 상 .
후속연구
하류 집단이 잘 구분되고 있으나 광주천과 합류되는 지점인 S4(광주 2)을 기점으로 하여 그 상부와 하 부의 생물학적 산소요구량, 화학적 산소 요구량, 총인, 총질소 및 총부 유물의 농도변이가 매우 심한 것으로 나타났다. 따라서 본류를 중심으로 폐수처리장 및 도심이 밀집한 지점4에서는 급격한 수질 악화 현상을 보여 향후 오염저감을 위한 대책이 필요한 것으로 사료되었다.
하류간의 수질에 대한 공간적 변이 및 장기간의 연별 특성을 파악하였다. 이런 결과는 영산강수 계의 오염실태를 파악하고 수질개선을 위한 대책 방안 마련 시 기초자료를 제공할 것으로 사료된다.
참고문헌 (41)
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