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문제 정의
- 그러나 이런 수질예측모델링에 사용되는 많은 계수들이 대상 호수에서 실측된 자료가 없어 외국에서 조사된 자료를 대 입하고 있는 실정 이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라의 대표적 인공 댐호 중에서 수리학적 유형 이 다른 팔당호와 충주호에서 시기별로 퇴적물의 산소요구량 (SOD)을 조사하여 두 호수의 수질예측 등을 위한 모델에 사용할 계수를 제시하고, 서로 수리학적 유형 이 다른 두 호수에서 퇴적물의 오염 정도를 측정하고 SOD에 영향을 주는 인자를 유추하고자 하였다.
- 본 연구는 인공호의 수리학적 유형으로 볼 때 하천형으로 구분되는 팔당호와 호수형으로 구분되는 충주호를 대상으로 조사하였다. 두 호수의 일반 제원 및 조사지점의 좌표를 Table 1에 나타내었다.
- 본 연구에서는 한강수계의 대표적 대형 호수인 팔당호와 충주호에서 시기별로 퇴적물의 산소요구량 (SOD) 을조사하고, 수리학적 유형 이 다른 두 호수에서 SOD에 영향을 주는 인자를 유추하여 두 호수에서의 수질예측 등을 위한 모델에 사용할 계수를 제시하고자 하였다. 2005 년 6, 9 및 11월 팔당호 내 2지점 인 댐 앞과 광동교에서, 2005년 5, 7, 9 및 11월에는 충주호 내 4개 지점에서 SOD를 측정한 결과, 팔당호 두 지점의 SOD는 337.
제안 방법
- SOD 측정 시 총 소비되는 DO는 저질에 의한 산소 소비 외에 수층 자체의 산소 소비값을 포함하므로, 순수한 SOD를 측정하기 위해 수층에 의한 DO소비를 다음과 같이 보정하였다
- 퇴적물의 함수량은 퇴적물 원 시료를 2 mm 체에 거른 뒤 평량하고 이를 105 ℃에서 건조하여 무게감량으로 계산하였다. 또한 입도분석은 퇴적물을 채취한 후 2mm의 체에 거른 습시료를 이용하여 입도 분석기 (Mastersizer-2000, Malvern Instru ments Ltd.)로 분석하였다. SPSS 10.
- 1). 매 조사시기마다 각 조사지점에서 반돈채수기로 심층수를 채수하고 Grab sampler로 퇴적물을 채취하였으며, 다항목현장측정기(YSI 6600, YSI Inc.)를 사용하여 수온, pH, 전기전도도 및 DO 등의 현장 항목을 측정하였다. 수심 이 얕은 팔당호는 바닥에서 1~2m 내에서 채수하였고, 수심이 깊은 충주호는 최대한 바닥에서 가까이 채수하여 적어도 3~4m 이내에서 채수하였다.
- 20℃에서 측정한 SOD는 시간경과에 따른 용존산소 소모량에, 여기에 주입한 현장수의 부피 (L)를 곱하고 실험 조의 단면적 (nF)을 나누어 다음 식과 같이 산출하였다(국립환경 연구원, 2003). 시간경과에 따른 용존산소 소모량은 반응시간, 수중 산소결핍 등의 영향을 배제하기 위하여 DO가 직선으로 감소하는 구간을 선택하여 소모된 산소량을 일 (day)로 나누어 단위 일당 산소 소모량으로 계산하였다.
- 수심 이 얕은 팔당호는 바닥에서 1~2m 내에서 채수하였고, 수심이 깊은 충주호는 최대한 바닥에서 가까이 채수하여 적어도 3~4m 이내에서 채수하였다. 채수시 퇴적물의 교란에 의한 영향을 줄이기 위해 심층수의 채수가 끝난 후 Grab sampler로 퇴적물을 채취하였다.
- 측정시 발생될 수 있는 퇴적물의 교란 등으로 인한 결과의 오차를 최대한 줄이기 위해 Grab sampler를 이용하여 채취한 퇴적물이 혼합되지 않도록 퇴적물 주위에 틀을 만들어 아크릴 재질의 원통형 실험조(높이 30cm, 지름 8cm)를 퇴적물 내에 직접 삽입하여 층이 손상되지 않은 약 5 cm의 퇴적물을 현장에서 즉시 실험조에 담아 뚜껑을 아래에서 닫았다. 이 퇴적물을 공기와 접촉이 없도록 밀폐하고 암상태를 유지하여 실험실로 운반하였으며, 4(3에 보관한 후 2주 이내에 사용하였다(강과 송, 2000).
- 이 퇴적물을 공기와 접촉이 없도록 밀폐하고 암상태를 유지하여 실험실로 운반하였으며, 4(3에 보관한 후 2주 이내에 사용하였다(강과 송, 2000). 퇴적물의 탄소성 산소요구량을 측정하기 위해 각 지점의 현장 심층수에 질화작용 저해제인 2-chloro-6- (trichloro-methyl) pyridine을 methanol에 용해시켜 최종 농도가 O.OlgLT이 되도록 첨가하여 사용하였다(강과 송 2000). 퇴적물이 든 실험조에 퇴적물이 현탁 되지 않고 또한 기포가 생기지 않도록 튜브를 이용하여 심층수를 가득 채운 후 교반장치 (mixing propeller: 20 rpm), DO meter (Hanna HI91410), 기록계가 연결된 cap을 덮어 20℃에서 배 양하였으며 (Fig.
- OlgLT이 되도록 첨가하여 사용하였다(강과 송 2000). 퇴적물이 든 실험조에 퇴적물이 현탁 되지 않고 또한 기포가 생기지 않도록 튜브를 이용하여 심층수를 가득 채운 후 교반장치 (mixing propeller: 20 rpm), DO meter (Hanna HI91410), 기록계가 연결된 cap을 덮어 20℃에서 배 양하였으며 (Fig. 2), 각 지점 별로 2개 씩 배양하여 퇴적물이 안정된 이후부터 DO의 변화가 나타나지 않을 때까지 15분 간격으로 DO를 계속 측정하였다. 20℃에서 측정한 SOD는 시간경과에 따른 용존산소 소모량에, 여기에 주입한 현장수의 부피 (L)를 곱하고 실험 조의 단면적 (nF)을 나누어 다음 식과 같이 산출하였다(국립환경 연구원, 2003).
대상 데이터
- 기인하는 것으로 생각된다. 본 조사는 수심 약 20m인 댐 앞과 5m 정도인 경안천 수역의 호수 중심부의 퇴적물을 대상으로 조사되어 실험실에서 조사되었고, 강과 송(2000)의 연구는 수심 1m 미만의 두물머리 가장자리에서 이루어졌다. 일반적으로 수심이 낮은 하천의 경우 SOD측정은 주로 현장에서 행해지며, 하천바닥에 chamber의 설치가 불가능할 경우 sediment를 실험실로 운반하여 SOD를 측정해야 한다.
- 팔당호는 호수 대표지점인 댐 앞 지점(PD-St. 1)과 팔당호 내에서 가장 오염이 심한 경안천 수역의 광동교 지점 (PD-St. 2)의 2지점에서 2005년 6, 9 및 11월에 조사하였으며, 충주호는 호수 대표지점인 댐 앞 지점 (CJ-St. 1) 을 포함하여 호수의 상류부터 하류까지 4 지점을 선정하여 2005년 5, 7, 9 및 11월에 조사하였다(Fig. 1). 매 조사시기마다 각 조사지점에서 반돈채수기로 심층수를 채수하고 Grab sampler로 퇴적물을 채취하였으며, 다항목현장측정기(YSI 6600, YSI Inc.
데이터처리
- )로 분석하였다. SPSS 10.0 version을 이용하여 충주호의 SOD와 환경인자간 상관관계를 분석하였다. 팔당호는 조사 지점과 횟수가 적어 회귀분석을 통한 상관관계를 조사하지 못하였다.
이론/모형
- SOD 실험조 내 DO는 YSI 5100을 이용한 격막 전극법으로 측정하였으며, BOD6, 클로로필 a와 영양염류의 분석은 수질오염공정시험방법 환경부 200을 따랐다.
- 퇴적물의 TC와 TN은 CHN analyzer (Vario EL)를 이용하여 분석하였고, 유기물 함량은 해양환경공정시험법 (국립수산진흥원, 1997)에 의해 건조시료를 550℃ 전기로 (Advantec KM-280 Electric Muffle Furnaces)에서 항량 연소 후 무게감량으로 계산하였다. 퇴적물의 함수량은 퇴적물 원 시료를 2 mm 체에 거른 뒤 평량하고 이를 105 ℃에서 건조하여 무게감량으로 계산하였다.
성능/효과
- 팔당호와 충주호의 SOD를 측정한 결과, 팔당호의 SOD는 조사기간 전체 평균 610.0 mg O2 m 2 d \ 충주호에서는 조사기간 전체 평균 529.4 mg2 n"를 나타냈다 (Table 2, 3). 팔당호와 충주호의 SOD는 모두 조사 지점과 조사 시기에 따라 차이를 보였다.
- 1mg()2m-2dT를 나 타냈다. 5월의 SOD 값은 4지점 모두 다른 달에 비해 매 우 낮았으며, 7월과 9월에 SOD가 높아졌는데, 이런 시기 별 SOD의 차이는 각 시기의 수온변화와 유사한 변동을 보여 5월에 수온이 가장 낮았으며 7월과 9월에 수온이 높았고 수온이 다시 감소한 11월에 SOD도 감소하는 경 향을 보였다. 또한 전 지점 중에서 가장 낮은 SOD를 보 인 CJ-St.
- 05)5. SOD와 음의 상관을 나타내 유기물함량에 비해 수온 등의 다른 환경 인자의 영향이 큰 것으로 나타났다(Table 6).
- 호수별로 조사 지점과 조사 시기에 따라 SOD의 차이를 보였으나 두 호수간의 차이는 크지 않았다. 두 호수에서 SOD에 영향을 미치는 환경인자를 조사한 결과, 팔당호의 SOD 는 퇴적물의 유기물 함량과 유사한 변동패턴을 보여 SOD 변화에 영향을 미치고 있음을 시사하였다. 충주호의 SOD는 심층수 수온(r=0.
- , 1996)으로 알려져 있다. 따라서 PD-St.l에서 9월에수층의 클로로필 a 농도가 현저히 증가하여 퇴적층의 SOD 증가에 영향을 미쳤을 것으로 추정된다.
- 본 연구의 대상 지점인 팔당댐 앞과 경안천 수역의 호수중심부는 수심이 깊어 입자상 유기물의 퇴적이 강과 송(2000)이 조사한 호안에 비해 더 많이 일어났을 것으로 추정되며, 특히 경 안천 수역의 경우 식물플랑크톤의 대량발생이 빈번히 일 어나는 등 입자상 유기물발생량이 높아(박 등, 2005) 퇴 적물의 유기물 함량이 기존 조사지점에 비해 더 높은 것 으로 판단된다. 따라서 본 연구의 조사 대상 지점에서 퇴 적물 및 수중의 유기물지표가 더 높아 기존 연구의 조사 지점보다 SOD도 높게 나타난 것으로 판단되며, 이런 결 과로 볼 때 수중 BOD5 값 퇴적물의 유기물함량 등이 팔 당호의 SOD에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 특히 체류시간이 짧은 하천형 호수에서는 내부생산에 비해 외부기원 오염물질의 비중이 훨씬 크며, 체류시간이 긴 호수형 호수에서도 자연호에 비해 상대적으로 외부기원 오염물질의 비중이 큰 것으로 알려져 있다(한강물환경 연구소, 2005, 2006). 따라서 우리나라 인공호의 퇴적물은 장시간 내부 생산 유기물이 주로 축적된 자연 호수의 퇴적물과는 다른 성상을 보일 것으로 판단되며 이런 퇴적물에 의한 산소요구량 역시 차이를 보일 것으로 판단된다.
- (1994)은 SOD에 대하여 온도의 영향이 가장 크며 10℃ 이하 온도에서는 SOD가 거의 일정하다고 하였다. 본 연구 결과에서도 전 지점에서 온도의 영향이 큰 것으로 나타났으며, 약 70 m로 수심이 깊은 CJ-St.l의 경우 다른 지점에 비해 낮은 SOD 값을 나타낸 것은 낮은 수온의 영향을 받았기 때문인 것으로 판단된다(Fig. 3, Table 6).
- 5mg sediment 범위로 강과 송(2000)이 조사한 두 물머리지점보다 훨씬 더 높게 나타났다. 본 연구의 대상 지점인 팔당댐 앞과 경안천 수역의 호수중심부는 수심이 깊어 입자상 유기물의 퇴적이 강과 송(2000)이 조사한 호안에 비해 더 많이 일어났을 것으로 추정되며, 특히 경 안천 수역의 경우 식물플랑크톤의 대량발생이 빈번히 일 어나는 등 입자상 유기물발생량이 높아(박 등, 2005) 퇴 적물의 유기물 함량이 기존 조사지점에 비해 더 높은 것 으로 판단된다. 따라서 본 연구의 조사 대상 지점에서 퇴 적물 및 수중의 유기물지표가 더 높아 기존 연구의 조사 지점보다 SOD도 높게 나타난 것으로 판단되며, 이런 결 과로 볼 때 수중 BOD5 값 퇴적물의 유기물함량 등이 팔 당호의 SOD에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 보고하였다. 이번 연구에서 팔당호와 충주호에서 퇴적물내 clay와 silt의 함량은 각각 78.7 ~84.4%, 56.9-100% 범위를 나타냈는데, 충주호에서 9월 CJ-St.l을 제외하면 충주호 퇴적물 내 clay와 silt의 함량이 팔당호 퇴적물보다 약간 높았다 (Table 2, 3). 팔당호의 경우 퇴적물의 clay와 silt의 함량이 PD-St.
- 이상의 결과를 종합해 보면 팔당호와 충주호에서는 심층수의 온도, 유기물 함량 등이 SOD의 변화에 영향을 미치는 것으로 추정된다. 기존 연구에서도 온도, DO농도, 유기물(유기물 층의 두께, 유기물 함량) 및 퇴적물 내 환원성 물질 등이 퇴적물의 산소소모량에 영향을 미치는 요인이 되며, 이러한 것들은 산소소모량 뿐만 아니라 무기 영양염의 용출에도 직간접적으로 영향을 미친다고 알려져 있다(정과 조, 2003).
- 이번 조사에서도 팔당호의 SOD와 유기물 함량이 유사한 변화 양상을 나타내 유기물의 증가가 SOD의 변화에 영향을 미치는 것으로 보인다 (Table 2). 충주호 퇴적물의 유기물 함량은 6.2 ~ 11.3% 범위로 팔당호 퇴적물의 유기물 함량인 7.4~10.7% 범위보다 약간 적거나 비슷하였으며 수온차이가 크지 않았던 CJ-St.l에서는 강우기 이후인 7, 9 및 11월에 유기물 함량(r=1.00, p<0.05W 높은 양의 상관을 나타내어 퇴적물의 유기물 함량이 SOD에 영향을 준 것으로 나타났다. 그러나 전 조사시기동안 전 지점의 SOD와 유기물 함량과의 상관분석결과 r= - 0.
- 충주호의 지점별, 시기별 SOD에 영향을 미치는 환경인자를 파악하기 위하여 SOD와 수질 및 퇴적물 관련 항목간 회귀분석을 실시한 결과 충주호 SOD는 심층수 수온(r=0.78, p<0.01)과 높은 상관관계를 나타냈으며, 특히 7월과 9월에는 심층수 수온(r=0.88, p<0.01)과 상관이 높게 나타나 성층이 형성되는 시기인 7월과 9월 충주호의 SOD는 심층수 수온의 영향을 크게 받은 것으로 보인다(Table 6). Seiki etaZ.
후속연구
- 따라서 장기적인 수질 관리를 위해서는 각 호수에서 유형별로 나타나는 수체와 퇴적물의 물리학적 특성과 생물화학적 특성, 그리고 이것이 호수 환경에 미치는 영향을 고려하여 그에 맞는 수질관리 대책이 마련되어야 할 것이다.
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