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문제 정의
- 본 연구결과는 하천이나 호소를 관리하는 관리자와 설계자들이 토지이용과 기초오염원의 자료를 이용하여 신속하고 간단하게 유역을 평가하는 방법에 대해 소개하고자 한다.
- 본 연구에서는 화성유역의 3개 주요하천인 남양천, 자안 천, 그리고 어은천을 하천거리별로 각각 4개의 buffer zone으로 구분하여, 하천에서부터 토지이용과 오염원의 거리에 따라 하천수질에 미치는 영향에 대해 상관 분석하였다. 본 연구결과는 하천이나 호소를 관리하는 관리자와 설계자들이 토지이용과 기초오염원의 자료를 이용하여 신속하고 간단하게 유역을 평가하는 방법에 대해 소개하고자 한다.
제안 방법
- 1). DEMe 환경부에서 제공해 주는 자료를 사용하였고,BASINS에서의 DEMe Automatic Delineation Utility를 이용한 소유역 분할에 이용하였다. 하천도는 수자원공사 하천정보시스템의 자료를 사용하였고, BASINS에서의 하천도는 Automatic Delineation Utility의 Burn in option을 적용할 때 사용하였다.
- r-값이 유의수준 1% 내에 있으면 높은 상관관계가있다는 것을 의미하고, 유의수준 5% 내에 있으면 보통의상관관계를 인정하며, 5%보다 클 경우는 상관관계가 성립되지 않는다고 판단하였다(Ott, 1988). 또한 토지이용백분율과 가축사육 비율은 평상시와 홍수시기에 수질특성과 관련이 있으며, E. coZZ 데 이터는 10-150, 000 MPN (most probable number) 100범위로 측정값의 차이가 매우 크기 때문에 log화하여 상관분석하였다.
- 본 연구에서는 전형적인 비도시 유역인 화성유역을 대상으로 하천의 단위면적당 토지이용과 주요 오염원이 수질에 미치는 영향을 400 m 간격의 buffer zone으로 나누어 분석을 실시하였다.
- 소유역의 구분은 USEPA에서 개발된 통합수질관리 프로그램 인 BASINS에서 수치고도모델 (Digital Elevation Map, DEM)과 하천도를 이용하여 3개의 주요하천인 남양천에 2개, 자안천에 3개, 그리고 어은천에 3개의 수질측정지점을 중심으로 7개의 소유역으로 구분하였다(Fig. 1). DEMe 환경부에서 제공해 주는 자료를 사용하였고,BASINS에서의 DEMe Automatic Delineation Utility를 이용한 소유역 분할에 이용하였다.
- 유역에서 fecal coliform의 농도는 하천으로부터 도시지역, 농업지역, 인구, 주택밀도, 그리고 정화조의 거리에 영향을 받기 때문에 거리에 비례한 오염부하가 감소량을산정하여 계산하여 적용하였다(Kelsey etaZ., 2004). 오염원으로부터 발생하는 오염물질 총량을 발생 부하량 (generation load) 이라 한다.
- 하천도는 수자원공사 하천정보시스템의 자료를 사용하였고, BASINS에서의 하천도는 Automatic Delineation Utility의 Burn in option을 적용할 때 사용하였다. 토지이용도는 LandsatThematic Mapper (TM; 30-m resolution)와 Indian Remote Sensing (IRS)-IC panchromatic images (5.8-m resolution)의 1999년 5월 21 일과 2000년 2월 29일 자료를 이용하여 주거지역, 논, 밭, 산지, 그리고 기타(초지, 나지, 습지)로 분류하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상지역인 화성유역은 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(Jeon efaZ.
- 샘플은 평상시 Nl, N2, JI, J2, J3, E1, 그리고 E2의 7 개 지점에서 2003년 11월~2005년 12월동안 2주 간격으로 채취하였고, 강우시에는 Nl, N2, JI, E1, 그리고 E2 5개 지점에서 폭우가 내리는 동안 1~4시간 간격으로 샘플을 채취하였다. 수질 분석항목은 온도, pH, EC, BOD6,
- 연구대상지역은 화성간척지구의 상류유역으로 동경126° 45'~ 126° 55', 북위 37° 10'~37° 15'에 위치하고 있으며, 여러 개의 하천이 담수호로 유입되는 특징을 가지고 있다. 측정된 지점과 화성유역 전체의 토지이용도는환경부에서 제공하는 1:25,000도를 이용하여 분석하였다 (Fig.
- DEMe 환경부에서 제공해 주는 자료를 사용하였고,BASINS에서의 DEMe Automatic Delineation Utility를 이용한 소유역 분할에 이용하였다. 하천도는 수자원공사 하천정보시스템의 자료를 사용하였고, BASINS에서의 하천도는 Automatic Delineation Utility의 Burn in option을 적용할 때 사용하였다. 토지이용도는 LandsatThematic Mapper (TM; 30-m resolution)와 Indian Remote Sensing (IRS)-IC panchromatic images (5.
데이터처리
- 수집된 자료는 통계용 프로그램인 SPSS (Ver. 12)를이용하여 상관분석이 이루어졌다. 상관분석은 두 변수 사이의 관계의 정도를 측정하고 표현하려는 분석이다.
성능/효과
- 0D로 모두 음의 상관성을 나타내었다. zone 2에서도 유사한 상관관계를 나타내었는데 zone 1과비교하면 NQj-N과 PO4-P를 제외하고는 상관성이 약해졌으며 , zone 3과 zone 4는 음과 양의 상관관계가 수질항목별로 다양하게 나타났다.
- 가축(젖소, 한우, 돼지)이 단위면적당 사육두수로 평가한 결과, 평수기에 zone 1에서 zone 4로 거리가 멀어질수록 상관성 이 낮아지는 경향을 뚜렷하게 나타냈다. 젖소와돼지의 경우에는 zone 4에서의 수질과 단위면적당 가축두수 간에 음의 상관계수를 보였는데 이는 하천으로부터의 거리가 먼 지역에서의 사육이 하천수질에 긍정적인영향을 미친다고 판단하기 보다는 하천으로부터 먼 거리의 사육지역은 하천수질에 영향을 덜 준다고 판단하는것이 보다 합리적이다.
- 결국 단위 면적당 인구수와 수질 간의 상관관계는 하천으로부터의 거리에 반비례하는 경향을 나타내며 토지 이용의 주거지역 결과와 유사한 결과이다. 강우기 zone 1에서 BOD5는 1%의 유의 수준의 양의 상관관계, COD와 TP가 5%의 유의수준에서의 양의 상관관계를 가질 뿐 나머지는 상관성이 매우 낮게 나타났는데 이는 zone 2 ~4에서도 유사한 경향을 나타냈다.
- Zone 3와 zone 4의 경우에는 음의 상관관계를 가지 게 되는데 이는 하천으로부터 멀리 떨어진 곳의 주거지역이 하천 수질에 긍정적인 영향을 미치고 있다기보다 하천으로부터 멀어지면서 주거지가 줄어들고 산림이 대부분을 차지하고 있기 때문에 주거지역의 영향이 크게 나타나지 않는 것으로 해석된다. 그리고 강우기는 평수기보다 zone 1과 zone 2의 상관성 이 높게 나타났는데, 이는 강우가 지속되면서 주거지의 오염물질이 씻겨내려 오면서 수질에 악영향을 미치게 됨을 알 수 있다. 하지만 zone 1의 경우 평상시에 비해 상관계수가 낮게 평가되었는데, 이는 많은 양의 강우로 인해 하천수질이 희석되어 나타난 결과라고 판단된다.
- 논은 많은 연구자들에 의해 오염물질을 배출하는 오염원으로 생각하고 있지만 평수기 zone 1의 SS를 제외한모든 항목에서 음의 상관관계를 나타내었으며, E.coZZ (r=-0.20, p=0.05)를 제외하고는 모두 1%의 유의수준에서 음의 상관성을 보였다. 본 연구결과에서는 하천 주변에 논이 위치하는 것이 하천수질에 긍정적인 영향을 미치고 있다고 판단할 수 있다.
- 단위면적당 가축사육두수의 경우 수질항목과 양의 상관성을 보였는데, 하천으로부터의 거리가 멀어질수록 상관성이 낮게 나타나는 것으로 분석되었다. 결국 건강한하천을 유지하기 위해서는 하천주변의 가축사육장의 관리도 중요하지만 가축 사육장의 위치를 고려하여 적용하는 방안도 검토 할 필요성 이 있는 것으로 판단되었다.
- 05)를 제외하고는 모두 1%의 유의수준에서 음의 상관성을 보였다. 본 연구결과에서는 하천 주변에 논이 위치하는 것이 하천수질에 긍정적인 영향을 미치고 있다고 판단할 수 있다. Yoon et al.
- 본 연구지역의 강우시 수질이 평상시 수질보다 COD 약 L5배, SS 약 3배, TN 약 2배, Total coliform 약 6배, Fecal coliform 약 6배, 그리고 E. coli 약 5배 높은 것을 알 수 있으며, BOD5, NO3-N, 그리고 TP는 유사한 수준이었고, NH3-N과 PQ-Pe 그 값이 줄어든 것으로 나타났다. 이를 통해 강우시에 오염원의 농도가 크게 증가하는 것을 알 수 있으며, 오염원의 유입경로를 파악하고 관리방안을 찾는 일 이 시급한 실정 이다 (Table 3).
- 강우시에도 평수기와 유사한 경향을 나타내었지만, 강우시 강우에 의한 희석효과로 인해평수기보다 상관성이 낮게 나타났다. 이러한 결과를 통해단위 면적당 가축의 사육의 두수와 하천과 수질과의 상관관계는 하천으로부터의 거리가 멀어질수록 낮게 나타난다는 것을 확인할 수 있었다.
- 주요 오염원이 하천수질에 미치는 영향을 분석한 결과, 단위면적당 인구의 경우 양의 상관계수가 하천에서 멀어질수록 감소하였으며, 하천으로 가까울수록 높은 상관성을 나타내어 생활하수의 유입 이 하천수질 악화의 직접적인 원인으로 판단되었다. 인구가 밀집한 지역은 정화조의정비, 하수처리장의 신설, 그리고 하수관거의 정비 등의관리계획이 필요하다.
-
3. Buffer zone별 오염원과 수질 상관성 평가
평상시 zone 1에서 단위면적당 인구수와 수질측정지점의 수질자료를 상관관계 분석한 결과 NOyN과 E. colit 제외한 나머지 항목이 1%와 5% 유의수준에서 양의 상관성을 갖는 것으로 나타났고 zone 2에서도 NCe-N과 E. coli를 제외한 나머지 항목이 모두 1% 유의수준에서 양의상관성을 갖는 것으로 나타났다. 하지만 zone 3과 zone 4 로 갈수록 상관계수의 크기가 줄어들거나 상관성을 가지지 않게 된다.
후속연구
- 이 결과는 Jung et aZ. (2006)o] 보고한바 있는 산림의 토지이용이 하천수질과의 관계에 대한 상관 분석 결과와 상반되는 결론으로서, 전 연구에서는 유역단위로 적용된 연구결과이기 때문에 유역과 하천 수질 간의 상관성을 평가 할 경우 전체 유역의 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, 토지 이용으로만 평가하기보다는 하천으로부터 거리별로 평가하는 것이 보다 합리적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 낮게 나타나는 것으로 분석되었다. 결국 건강한하천을 유지하기 위해서는 하천주변의 가축사육장의 관리도 중요하지만 가축 사육장의 위치를 고려하여 적용하는 방안도 검토 할 필요성 이 있는 것으로 판단되었다.
- 특히, 논은 많은 연구자들로부터 오염원의 하나로 평가받고 있지만, 본 연구에서는 하천수질에 긍정적 인 영향을 미치는 것으로 평가되었는데, 이는 수질이 좋은 지역에서는 오염원으로 작용할 수 있지만 하천수질관리를 위해서는 수변구역으로써 논을 이용하는 방안도 검토 할 필요가 있는 것으로 나타났다.
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