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문제 정의
- 본 연구에서는 전국에 분포한 48개 농업용저수지의 수 질자료를 이용하여 공간적 토지이용이 농업용저수지 수 질에 미치는 영향에 대해 통계적으로 분석하여, 저수지 관리자나 토지이용 정책을 세우는 계획자들이 수질관리 에 활용 가능한 기초자료를 제시하고자 한다.
가설 설정
- 8-m resolution)의1999년 5월 21 일과 2000년 2월 29일 자료를 이용하여구축되었으며, 유역의 토지이용은 주거지역, 노 밭, 산지, 그리고 기타(초지, 나지, 습지, 수역)로 분류하였다. 본 연구에서는 1999년과 2000년의 토지이용도를 사용하였고, 수질 자료는 1999~2004년의 자료를 이용하여 토지이용 과 수질자료의 기간이 상이하나, 대상 저수지가 위치한 유역은 대부분 전형적인 농촌유역이기 때문에, 1999년 이후의 토지이용변화는 없는 것으로 가정하여 분석하였다.
제안 방법
- 하천도는 수자원 공사 하천정보시스템의 자료를 사용하였고, BASINS에서의 하천도는 Automatic Delineation Utility의 Burn inoption을 적용할 때 사용된다. 그리고 토지 이용도는 환경부 토지 이 용도를 사용하였는데 Landsat Thematic Mapper (TM; 30-m resolution)와 Indian Remote Sensing (IRS)-IC panchromatic images (5.8-m resolution)의1999년 5월 21 일과 2000년 2월 29일 자료를 이용하여구축되었으며, 유역의 토지이용은 주거지역, 노 밭, 산지, 그리고 기타(초지, 나지, 습지, 수역)로 분류하였다. 본 연구에서는 1999년과 2000년의 토지이용도를 사용하였고, 수질 자료는 1999~2004년의 자료를 이용하여 토지이용 과 수질자료의 기간이 상이하나, 대상 저수지가 위치한 유역은 대부분 전형적인 농촌유역이기 때문에, 1999년 이후의 토지이용변화는 없는 것으로 가정하여 분석하였다.
- 우리나라 기후적 특성으로, 몬순 강우의 계절적 편중으로 강우가 집중되는 시기인 하계에 비점오염물질이 내륙 의 호소와 하천으로 직접 배출되는 양이 많아서, 이는 부 영양화를 가속시키는 인위적 인 요인으로 큰 비중을 차지 하고 있다. 농업용저수지는 관개용수를 공급하는 시기와 집중강우로 월류되는 경우를 제외하고는 배줄하지 않는 특징을 갖기 때문에, 자료를 각각 우기 (4~9월)와 건기 (10~3월)로 나누어 분석하였다. 6년간(1999~2004년) 우 기 (4~9월)와 건기 (10~3월)의 강우를 월별로 나타내었 고 (Fig.
대상 데이터
- 3). DEMe 환경부에서 제공해 주는 자료를 사용하였고, BASINS에서의 DEMe Automatic De- lineation Utility를 이용한 소유역 분할 시 이용되며 유역모형 적용 시 매우 중요한 자료이다. 하천도는 수자원 공사 하천정보시스템의 자료를 사용하였고, BASINS에서의 하천도는 Automatic Delineation Utility의 Burn inoption을 적용할 때 사용된다.
- 본 연구의 대상 유역은 한국농촌공사에서 운영하고 있는 수질측정망 중 주요 지구별로 조사한 48개의 농업용 저 수지 유역 이며 (한국농촌공사, 2000), 농업 용저수지의 분포는 지 역별로 대구에 3, 인천, 광주, 충북 각각 1, 경기 4, 강원 2, 충남 10, 전북 4, 전남 8, 경북 10 그리고 경남 4군데로써 Fig. 1과 같다. 수질은 환경부에서 운영하는 수질측정망 자료와 1999년부터 2004년까지 한국농촌공 사에서 년 2~4회 측정한 자료 중 BOD5, COD, SS, T-N, T-P, Chl-a를 사용하였다.
- 1과 같다. 수질은 환경부에서 운영하는 수질측정망 자료와 1999년부터 2004년까지 한국농촌공 사에서 년 2~4회 측정한 자료 중 BOD5, COD, SS, T-N, T-P, Chl-a를 사용하였다.
- 연구대상인 48개 농업용저수지의 6년간(1999~2004 년) 수질항목 중 상관분석에 이용된 BOD5, COD, SS, T- N, T-P, Chl-a의 중앙값은 Table 3과 같다. 48개 저수지 의 BOD5 범위는 0.
- 연구대상인 48개 농업용저수지의 수질항목 중 BOD5,COD, SS, T-N, T-P, Chl-a의 6년간 (1999 ~ 2004년) 오염 변화 추이 분석은 Fig. 4와 같다. BOD5와 T-P, SS 평균값은 수질기준을 만족시키고 있으나 T-Ne 수질기준을 상 회하는 것으로 나타났고 COD와 Chl-a는 2000~2003년 까지 수질이 악화되었다가, 2004년에는 개선된 것으로 사료된다.
- DEMe 환경부에서 제공해 주는 자료를 사용하였고, BASINS에서의 DEMe Automatic De- lineation Utility를 이용한 소유역 분할 시 이용되며 유역모형 적용 시 매우 중요한 자료이다. 하천도는 수자원 공사 하천정보시스템의 자료를 사용하였고, BASINS에서의 하천도는 Automatic Delineation Utility의 Burn inoption을 적용할 때 사용된다. 그리고 토지 이용도는 환경부 토지 이 용도를 사용하였는데 Landsat Thematic Mapper (TM; 30-m resolution)와 Indian Remote Sensing (IRS)-IC panchromatic images (5.
데이터처리
- 본 연구대상 저수지 수질항목 중 BOD5와 COD, SS, T- N, T-P, Chl-a를 선택하여 토지 이용과의 상관성 분석을 하였는데, 데이터는 1999년부터 2004년까지 측정된 데이터의 중앙값을 이용하였고 분석은 SPSS 12.0 version을이용하였다.
- 주거지역, 논, 밭, 산지, 기타의 토지이용 점유율과BOD5, COD, SS, T-N, T-P, 그리고 Chl-a 6개 수질항목간의 상관분석 결과는 Pearson 분석으로 나타내었다. 우 기의 상관분석 결과와 건기의 상관분석 결과는 토지이용 별로 대체로 유사하게 나타났다.
이론/모형
- 3. Watershed delineation by BASINS tool.
- 소유역의 구분은 USEPA(2001)에서 개발된 통합수질 관리 프로그램 인 BASINS의 수치고도모델 (Digital Elevation Map, DEM)과 하천도를 이용하여 소유역으로 구 분하였다(Fig. 3). DEMe 환경부에서 제공해 주는 자료를 사용하였고, BASINS에서의 DEMe Automatic De- lineation Utility를 이용한 소유역 분할 시 이용되며 유역모형 적용 시 매우 중요한 자료이다.
성능/효과
- 4와 같다. BOD5와 T-P, SS 평균값은 수질기준을 만족시키고 있으나 T-Ne 수질기준을 상 회하는 것으로 나타났고 COD와 Chl-a는 2000~2003년 까지 수질이 악화되었다가, 2004년에는 개선된 것으로 사료된다. Fig.
- 6 mg I/】이었다. COD의 범위는 1.8~20.0 mg Lf 평균 7.8mgLT, 중앙값 7.4mgLT로 평균과 중앙값은 COD의 호소 수질환경기준 8mg L1 이하이었으나, 연구 대상 저수지의 44%가 수질기준을 초과하는 것으로 나타났다. SS 농도의 범위는 1.
- 4mgLT로 평균과 중앙값은 COD의 호소 수질환경기준 8mg L1 이하이었으나, 연구 대상 저수지의 44%가 수질기준을 초과하는 것으로 나타났다. SS 농도의 범위는 1.8~ 140.6mg Lf 평균 11.9mg L-1, 중앙값 8.0mgLT로 평균과 대체적으로 수질기준을 만족하는 것으로 평가되었으며, 최대값을 나타내는 인천 에 위치한 길상2저수지를 포함한 5개의 저수지는 기준을 초과하는 수준이 었다. T-N의 호소 수질환경기준은 1 mg L 1 이하인데, 농도 범위는 0.
- 3mg L-1로써 평균 과 중앙값 모두 기준을 초과하였고, 전체의 73%가 기준을 초과하였다. T-P의 호소 수질환경기준은 0.1 mg L'1^ 데, T-P의 범위는 0.0~0.4mgLT, 평균, 중앙값은 각각 O.lmgL i로 기준에 적합하였으나, 최대값을 나타내는 충청남도에 위치한 신휴저수지를 포함한 4개의 저수지는 기준을 초과하였다. Chl-a는 호소 수질환경기준에서는 다루지 않는 항목이지만, OECD (1982)에서는 Chl-a의 농도가 25 μg L-1 이상이면 부영양으로 분류하고 있다.
- 정 등(2006)은 화성유역을 대상으로 하천 수질과의 상관성을 평가하였는데, 대상유역 이 하류 에 위치하고 있으며 하천 수질이 주거지역에서 발생하는 생활하수에 의해서 크게 오염이 되어 있는 하천이기 때문에 농경지와는 음의 상관성을 보인 것으로 판단된다. 그리고 산지에 축산농가가 산재하여 축산 폐기물에 의한 오염부하가 산지를 수질항목과 양의 상관관계를 나타내 도록 작용한 것으로 판단된다. 그러나, 본 연구대상인 48 개의 농업용저수지의 지형학적인 위치는 대부분이 유역 의 상류에 위치하고 있어서 저수지로 유입되고 있는 하 천의 수질이나 저수지의 수질이 크게 오염되지 않은 상 태이다.
- 산지의 경우는 건기와 우기에서 모두 음의 상관관계를 나타내고 있으며, 모두 유의 수준 1%에서 음의 상관성을 갖는 것으로 평가되었다. 따라서 저수지로 유입되는 유역 에서 산림의 비중이 높은 지역은 다른 지역에 비해서 저 수지 수질을 관리하는데 유리 할 것으로 나타났으며, 산림 은 오염물질을 배출하는 오염원이기 보다는 수질개선에 도움을 주는 토지 이용으로 평가되었다.
- 그러나, 본 연구대상인 48 개의 농업용저수지의 지형학적인 위치는 대부분이 유역 의 상류에 위치하고 있어서 저수지로 유입되고 있는 하 천의 수질이나 저수지의 수질이 크게 오염되지 않은 상 태이다. 따라서 하천 수질이 크게 오염되지 않은 지역에 서는 농경지에서 배출되는 오염물질이 하천 수질에 영향을 주고, 하천 수질이 오염된 지역에서는 농경지에서 배 출되는 오염물질의 양이 하천 수질보다 양호한 수준이기 때문에 하천 수질에 악영향을 미치기 보다는 희석하여 수질을 개선시킨다고 평가할 수 있다.
- 밭에서 많은 양의 토사가 유출되는데, 그 자체가 오염물질이고, 토 사에 흡착된 오염물질들이 토사로 인해 이동하게 된다. 또한 밭이 여러가지 작물을 연중 재배하기 때문에 많은 시비로 공급된 질소성분이 강우와 함께 유출, 침투되어 수질오염을 야기하는 것으로 사료되었다.
- 밭에서 많은 양의 토사가 유출되고, 논과 달리 밭이 여러가지 작 물을 연중 재배하기 때문에 시비량도 상대적으로 많다. 많은 양의 토사유출과 상대적으로 많은 시비로 공급된 질소성분이 강우와 함께 유출, 침투되므로, 상관분석 결과가 모두 유의 수준 1% 이내의 양의 상관관계를 나타낸 것으로 사료된다.
- 밭의 경우는 상관분석 결과, 건기, 우기에서 모두 유의 수준 1% 이내의 양의 상관관계를 나타내고 있어 수질에 좋은 않은 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 밭에서 많은 양의 토사가 유출되는데, 그 자체가 오염물질이고, 토 사에 흡착된 오염물질들이 토사로 인해 이동하게 된다.
- 밭의 점유율과 6개의 수질항목의 상관분석 결과는 모두 유의 수준 1% 이내의 양의 상관관계를 나타내고 있다. 밭은 강우에 직접 타격을 받고, 경운으로 인해 토양 결집력이 약화되는 특징을 갖고 있으며, 대부분 밭이 산 간에 발달하여 토양유실이 많다(최 등, 1995).
- 이는 주거지역의 정화조 유출이나 처리되지 않고 유입되는 불 명수에 의한 수질오염 이 원인이라고 판단할 수 있다. 본 연구대상의 48개 농업용저수지의 수질은 크게 오염되지 않은 상태이며, 주거지역의 점유율이 상당히 낮은 수준이 었으나, 주거지 역과 수질과는 양의 상관성 이었고, 생활하 수에 의한 수질오염 이 심각한 상태이었다.
- 본 연구에서 논의 경우도 저수지의 수질에 좋지 않은 영향을 주는 것으로 평가되었는데, 대상 농업용저수지가 위치 특성상 대부분 관개를 목적으로 유역의 상류에 조 성되어 있기 때문에 상대적으로 깨끗한 수질에 적은 발 생부하량에도 민감하게 양의 상관관계를 나타낸 것으로 판단된다. 이러한 현상은 물관리를 통해 시비하는 기간의 유출을 최소화하고, 논둑을 이용하여 오염부하량이 큰 초기 강우를 저류하는 특징을 적극 활용하는 등 논의 오염 부하를 적절한 관리방법을 도입하면 농업용저수지의 수 질에 유익하게 작용할 수 있을 것으로 판단된다.
- (2003)에 의하면 물관리가 논의 배출부하량에 큰 영향을 주며 비료를 투여하는 일정시기에 배출을 억제하면 논에서의 오염물질 부하량을 줄일 수 있다고 보고하였고, 정 등 (2006)은 토지 이용과 하천 수질과의 상관성 분석결과, 논 의 경우에는 수질항목들과 음의 상관관계를 나타내므로, 논은 하천 수질에 좋은 영향을 미치는 것으로 보고하였다. 본 연구에서도 밭보다는 논이 저수지의 수질과 낮은 상관성을 나타내었으며, 상류에 위치한 대부분의 저수지 유역에서는 논이 오염원으로 작용하긴 하나 밭과 같은 농업지역보다는 오염배출 효과가 적을 것으로 판단된다.
- 산지의 경우는 건기와 우기에서 모두 음의 상관관계를 나타내고 있으며, 모두 유의 수준 1%에서 음의 상관성을 갖는 것으로 평가되었다. 따라서 저수지로 유입되는 유역 에서 산림의 비중이 높은 지역은 다른 지역에 비해서 저 수지 수질을 관리하는데 유리 할 것으로 나타났으며, 산림 은 오염물질을 배출하는 오염원이기 보다는 수질개선에 도움을 주는 토지 이용으로 평가되었다.
- 수질항목별로 토지 이용점유율과 비교 평가하면, 저수지의 BOD5, COD, SS 농도는 우기와 건기 모두 유의수준 1%에서 양의 상관성을 보였다. 수질항목과 주거지역의상관 분석 결과는 우기 때는 T-P (r=0.54, p<0.01)4 Chl-a (r=0.63, p< 0.01)의 상관성 이 높게 나타났고, 건기 때는 Chl-a (r=0.51, p< 0.01)와의 상관성이 높은 것으로 나타났다. 주거지역에서 우기 때 T-P와 Chl-a의 상관성 이 높게 나타난 것은 처리되지 않고 유입되는 불명수에 의한 수질오염으로 판단되고, 전체적인 건기의 수질과 우 기의 수질 상관성 형태는 큰 차이를 보이지 않았다.
- 수질항목별로 토지 이용점유율과 비교 평가하면, 저수지의 BOD5, COD, SS 농도는 우기와 건기 모두 유의수준 1%에서 양의 상관성을 보였다. 수질항목과 주거지역의상관 분석 결과는 우기 때는 T-P (r=0.
- 연구대상 저수지 중 경상남도에 위치한 삼화저수지가 수질이 가장 양호한 수준이었고, 충청남도에 위치한 신휴 저수지와 전라북도에 위치한 덕림저수지가 오염물질의 농도가 높은 수준이었다. 수질이 가장 양호한 삼화저수지 의 토지이용현황은 임야가 91.
- 일반적으로 주거지역, 논, 그리고 밭은 저수지의 수질과 양의 상관성을 갖는 것으로 평가되었으며 산림의 경우에는 음의 상관성을 보이는 것으로 평가되었다. 수질과 양의 상관관계를 갖는다는 것은 수질악화의 요인으로 작용 한다는 의미 이고, 음의 상관관계를 갖는다는 것은 수질개 선의 요인으로 작용함을 의미한다고 할 수 있다.
- 수질과 양의 상관관계를 갖는다는 것은 수질악화의 요인으로 작용 한다는 의미 이고, 음의 상관관계를 갖는다는 것은 수질개 선의 요인으로 작용함을 의미한다고 할 수 있다. 저수지 로 유입되는 유역 내의 주거지역, 논, 그리고 밭의 점유율 이 클수록 수질에 좋지 않은 영향을 미치고, 유역 내 산 림의 점유율이 클수록 저수지의 수질이 양호한 것으로 나타났다. 정 등(2006)은 경기도 화성유역으로 유입되는 3개의 주요 하천에서 하천 수질과 토지이용 점유율 간의 상관성을 조사한 결과 강우기와 평수기에 대부분의 수질 항목에서 주거지역과 산림에는 양의 상관성 (p<0.
- 01)와의 상관성이 높은 것으로 나타났다. 주거지역에서 우기 때 T-P와 Chl-a의 상관성 이 높게 나타난 것은 처리되지 않고 유입되는 불명수에 의한 수질오염으로 판단되고, 전체적인 건기의 수질과 우 기의 수질 상관성 형태는 큰 차이를 보이지 않았다. 우리 나라에서 주요 토지 이용인 주거지역, 논, 밭, 그리고 산림이외의 기타지역은 건기의 BOD5(r=0.
- 본 연구에서의 대상 저수지로 유입되는 유역 내의 토 지이용은 산림과 농경지가 대부분인 전형적인 농촌유역 특징을 갖고 있다. 토지 이용과 수질 간의 상관관계를 분 석한 결과 밭에서는 모두 양의 상관관계를 나타내고 있으며, 모두 유의 수준 1% 이내의 높은 상관성을 나타내었다.
후속연구
- 최근 우리나라는 오염총량제의 도입으로 전국에 걸쳐 인구, 축산, 산업, 토지, 양식, 매립장, 하수처리장 등 방대한 오염원 자료를 축적하여 행정구역 단위별로 발생하는 배출부하량을 산정하는데 이용하고 있으나, 계산과정이 복잡하고 많은 시간이 필요하기 때문에 신속한 유역 평 가에는 아직 개선할 여지가 남아있는 상태 이다. 농촌 유 역은 오염물질의 배출구조가 비교적 단순하고 주거지역 이 밀집되지 않은 특성을 갖고 있기 때문에 토지이용의 특성을 통해 저수지의 수질과의 일정한 상관관계를 파악 할 수 있을 것으로 판단된다. 예를 들면, 농촌 유역에서 지표유출과 토양유실 등과 함께 배출되는 비점원 (nonpoint source)오염은 강우에 의해 발생할 때 집중적으로 배출되는 특징을 가지고 있어, 강우로 인한 지표면 유출 이 발생하면 오염물질의 농도는 급격히 증가하여 수계에 가해지는 오염물질 부하량도 급격히 증가한다.
- 본 연구에서 논의 경우도 저수지의 수질에 좋지 않은 영향을 주는 것으로 평가되었는데, 대상 농업용저수지가 위치 특성상 대부분 관개를 목적으로 유역의 상류에 조 성되어 있기 때문에 상대적으로 깨끗한 수질에 적은 발 생부하량에도 민감하게 양의 상관관계를 나타낸 것으로 판단된다. 이러한 현상은 물관리를 통해 시비하는 기간의 유출을 최소화하고, 논둑을 이용하여 오염부하량이 큰 초기 강우를 저류하는 특징을 적극 활용하는 등 논의 오염 부하를 적절한 관리방법을 도입하면 농업용저수지의 수 질에 유익하게 작용할 수 있을 것으로 판단된다.
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