[논문]군산지역 저수지의 수질특성 및 부영양화 평가

김종구; 오승철

doi:10.5322/jes.2007.16.3.357

군산지역 저수지의 수질특성 및 부영양화 평가
Characteristics of Water Quality and Evaluation of Eutrophication for Reservoirs in Kunsan 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.16 no.3, 2007년, pp.357 - 367

김종구 (군산대학교 토목환경공학부) , 오승철 (군산대학교 토목환경공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, eutrophication or lake and reservoir has become serious problem to man who want use that water for several purpose. In order to solve the eutrophication problem, the trophic state of that eutrophic lake and reservoir should be measured properly. For the purpose of this, various method to indicate the trophic state of lake and reservoir was developed by many researchers. This research was conducted to evaluate characteristics and eutrophication of water qualitymfor small scale reservoir in Kunsan. On-site investigation to 5 reservoirs and laboratory experiment were carried out during four seasons from November, 2003 to July, 2004. Twelve items measured field ana a laboratory. Measured data was analyzed to quantitative method by multivariate approach and eutrophication index. The result is summarized as following. 1) Showing the characteristics of water quality for reservoir in Kunsan, Okgu reservoir and Oknua reservoir was exceeded 4 grades of agricultural water standard in TP, TN and COD. This means that eutrophication was gone much, therefore, water-purity control of reservoir need. While, Mije reservoir that is used to Kunsan citizens' recreation was good in water quality. But, water quality exceeded 4 grades of agricultural Dater standard sometimes. 2) As a results of correlation analysis between variables of water qualify, Interrelation between variables which is connected with eutrophication was expressed good relationship as above 6.000 in correlation coefficients. The correlation coefficient(r) between COD and chlorophyll-a, total phosphorus and chlorophyll-a, total nitrogen and chlorophyll-a were 0.750, 0.720 and 0.600 respectively. Therefore, Change of water quality can grasp according to eutrophication progress degree. 3) If do evaluate to eutrophication by quantitative method which is proposed by OECD, US-EPA and Forsberg & Ryding, in the case of chlorophyll a, Okgu, Oknua and Daewi reservoir was eutrophic state and Mije and Geumgul reservoir was mesotrophic state. But, estimation by TN and TP showed highly eutrophic state (hypereutrophic) in all reservoirs. 4) If do evaluate by eutrophication index which is Carlson's TSI, revised carlson TSI and Walker's index, in the case of chlorophyll a, TSI values of Okgu, Oknua and Daewi reservoir is eutrophic state more than 50 and Mije and Geumgul reservoir was mesotrophic state as range of $40{\sim}50$ in TSI value. But, in the case of TP as nutrients, all reservoirs showed highly eutrophic state which was exceed to 70 in TSI value. According to above results, the water quality for small scale reservoirs in Kunsan is progressing by trophic state. therefore, for continuous use as agriculture water, we had better do establishment of management plan about water quality.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 대상저수지는 군산시 소재 소규모 인공저수지로써 저수지의 수질상태를 파악하고 관리대책 수립을 위하여 저수지의 계절별 수질특성을 조사하고, 부영 양화 평 가기 법 으로 부영 양화정도를 평가하여 저수지 수질관리를 위한 기본자료로 이용하고자 한다.

가설 설정

부영양화지수 작성시에 식물성 플랑크톤이 투명도에 영향을 주는 유일한 요소이고, 투명도가 64m일 때 부영양화 지수가 0이 된다는 가정하에 부영양화 지수를 산정하였다. 이와 같은 투명도와 클로로필 a, 투명도와 총인과의 상관관계를 이용하여 Carlson이 작성한 부영양화 지수는 다음과 같다.

제안 방법

Prepas14)는 서부., 캐나다의 호수에서 인산염과 클로로필과의 관계를 평가하였고, Vai H. smith⑸는 조류현존량의 질소 및 인에 대한 의존성에 대해 경험적 연구와 이론적 분석을 행하였다. Dainel E.
Carlsone 투명도와 클로로필 a의 농도, 총인의 농도 중 어느 한 항목만을 측정하여도 부영양화 지수를 표현할 수 있도록 투명도, 클로로필 a, 총인에 관한 부영양화 지수를 각각 작성하였다. 부영양화지수 작성시에 식물성 플랑크톤이 투명도에 영향을 주는 유일한 요소이고, 투명도가 64m일 때 부영양화 지수가 0이 된다는 가정하에 부영양화 지수를 산정하였다.
W.W.Walker는 24개의 Coneticut주 호수, US-NES 의 일부자료, 13개의 Canadian 호수에 대한 조사결과를 바탕으로 새로운 지수를 제안하였다.
본 조사에서 얻어진 수질인자 중 부영양화 관련인 자인 chlorophyll-a, 총인, 총질소를 이용하여 US-EPA)와 OECD, 및 Forsberg & Ryding4^] 의해 제시된 복수항목의 기준에 의하여 부영양화 정도를 평가해 보았다. Table 4는 클로로필 a, 총질소, 총인에 대한 저수지별, 월별 평균농도와 연평균농도를 나타낸 것이다.
수질분석은 시료채취와 동시에 봉상온도계로 수온을 측정하고, 용존산소를 고정하였으며, 나머지 항목은 냉장보관하여 빠른시간에 실험실로 운반하여 분석을 실시하였다.
Shannon and Patrick L. Brezonik。에 의하여 부영양화 평가에 있어 다변수적 접근을 시도하였고, EPA2>, W. Rast et.al.3), Forsberg & Ryding41, OECD°등에 의해 여러 부영양화.기준이 제시되었다.
의하여 오래전부터 시도되어 왔다. 이러한 방법으로 호소의 영양상태를 빈영양(Oligotrophic), 중영양(Meso trophic), 부영 양(Eutrophic)상태로 구분하였다. 그러나 이것으로는 호소의 영양상태를 적절하게 나타낼 수 없을 뿐만 아니라 영양상태가 판정된 호소에 대하여 그에 맞는 대책을 수립하는데도 어려움이 초래하게 되었다.
TSI에 수정을 시도하였다. 즉, 엽록소 a 농도 을 지수의 최소치의 기준으로 하고 1000mg/m'을 최대치의 기준으로 하여(실제 경우에도 400을 넘지 않음) 다음식을 수정 Carlson지수의 기본식으로 개발하였다.
측정항목은 일반하목으로 수온(Temperature), pH, 용존산소(DO), 총부유물 질 (TSS), 휘 발성 부유물질(VSS), 화학적산소요구량(COD)을 조사하였고, 영양염 류로는 암모니 아질소(Ammonium), 아질산성 질소(Nitrite), 질산성질소(Nitrate), 총질소(Tota2 Nitrogen), 용존무기인(DIP), 총인(Total phosphorus)을 분석하였다. 호수의 생산성을 나타내는 조류의 양은 Chlorophyll-aS.

대상 데이터

군산시 소재 저수지의 수질특성을 알아보기 위하여 2003년 11월부터 2004년 7월까지 계절별로 조사하였다. 저수지 수질에 대한 연 평균 범위 및 평균을 Table 1에 나타내었다.
군산시 유역 소재 저수지의 수질을 평가하기 위하여 2003년 11월부터 2004년 7월까지 계절별로 5개 저수지에서 수질을 대표하는 2개 내지 3개 정점을 선정하여 표층수를 채수하였다.(Fig.
본 연구대상지역인 군산은 일제시대에 우리나라 최대의 곡창지대인 만경, 김제평야 옆에 위치한 도시로써 곡물수탈의 위하여 군산항을 조성하여 형성된 도시이다. 현재 군산시는 인구 30만의 중 .
본 조사지역인 군산시는 전라북도 북부 서해안지역에 위치하고 있으며, 면적 376.37成으로 우리나라총면적의 0.4%, 전라북도 총면적의 4.6%를 차지하고 있다. 군산시 서쪽으로는 새만금 간척매립사업이 진행중에 있고 남쪽과 동쪽에는 만경, 김제평야와 인접해 있으며, 북쪽으로는 금강의 하류인 금강하구언이 위치하고 있다.
지수계산에 이용된 자료는 부영양화와 관계가 깊은 클로로필 a 와 총인 자료를 이용하였으며, 계산된 저수지별 평균 부영양화지수를 Fig. 3-Fig. 5에 나타내었다.

이론/모형

군산 소재 저수지에 대한 수질의 영양상태를 판정하기 위하여 계절별 수질조사 자료를 이용하여 호소의 영양상태 판정에 이용되는 Carlson 지수&와 수정 보완된 수정 Carlson's 지수' 그리고 Walker's index®에 대한 영양상태 지수를 계산하였다. 지수계산에 이용된 자료는 부영양화와 관계가 깊은 클로로필 a 와 총인 자료를 이용하였으며, 계산된 저수지별 평균 부영양화지수를 Fig.
호수의 생산성을 나타내는 조류의 양은 Chlorophyll-aS. 나타내었으며 Strick & parson이 제안한 방법으로 분석하여 총 13개 항목을 조사하였다. 분석 방법 으로는 환경 오염 공정시험 방법 및 그에 준하는 실험법으로 측정하였다.
나타내었으며 Strick & parson이 제안한 방법으로 분석하여 총 13개 항목을 조사하였다. 분석 방법 으로는 환경 오염 공정시험 방법 및 그에 준하는 실험법으로 측정하였다.

성능/효과

같다. 1) 군산 소재 저수지의 수질특성을 보면, 옥구저수지와 옥녀저수지에서 유기물질을 나타내는 COD와 영양염류인 총질소와 총인농도에서 호소수질환경기준에서 제시된 농업용수인 수질등급IV을 초과하는 농도수준을 나타내어 상당히 부영양화가 진행되어 저수지 수질관리를 필요하였다. 반면 군산시민의 위락지로 이용하는 미제저수지는 상대적으로 오염도가 낮았으나, 일부 계절에는 수질등급IV를 초과하는 농도를 보여 지속적인 수질관리를 위한 대책수립이 필요하다.
2) 수질인자간의 상관관계 분석한 결과 부영양화와 관계있는 수질인자인 엽록소와 총인, 총질소간에서 유의성이 있는 좋은 상관성을 나타내어 부영양화 진행에 따른 관련 수질인자간의 변동을 파악할 수 있다.
3) 정량적 방법에 의한 부영양화 평가에서 클로로필의 농도로는 옥구, 옥녀 및 대위저수지가 부영양 상태이고, 미제와 금굴저수지는 중영양상태로 나타났다. 총인과 총질소 농도로는 전 저수지에서 과영양상태를 보여주어 영양염류의 농도가 상당히 높음을 알 수 있다.
4) Carlson's index(TSI), Revised Carlson's in- dex(RTSI), Walker's index가 제안한 부영양화 지수에 의한 평가에서 클로로필 농도로는 옥구, 옥녀, 대위저수지가 부영 양상태이고, 미제와 금굴저수지는 중 영양상태로 나타났으나, 총인농도에 의한 평가에서는 전 저수지가 지수 70을 초과하여 높은 부영양상태를 나타내고 있다.
인의 농도가 없는 경우에는 N/P비가 계산되지 않아 인이제한인자임을 알 수 있다. 계산 결과를 보면, 춘계에는 질소가 제한인자로 작용하다가 하계로 가면서 비율이 16에 근접하다가 추계와 동계에는 인의 농도가 급격히 감소하여 인이 제한인자로 작용하는 변화 특성을 나타내었다.
a는 성장 제한인자로 작용하는 영양염류인 TP, TN, DIN 및 질산과 좋은 상관성을 나타내고 있어, 식물플랑크톤의 성장이 저수지내 영양염의 농도와 밀접한 관련이 있음을 알 수 있다. 또한 총질소의 경우 COD, Chl.a, TP와 좋은 상관성을 가지며, 특히 DIN과 질산질소와는 0.8이상의 아주 높은 상관성을 가지는 것으로 나타났다.
그러나 주변 오염원이 없는 경우 COD변화의 주요 요인은 식물플랑크톤 성장에 따른 내부COD에 의존하는 경향이 있다. 본 연구대상 저수지의 경우 대부분이 빗물에 의존하는 저수지로써 주변오염원이 없기 때문에 COD의 변동이 식물플랑크톤의 변화와 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다.
본 조사에서 영양염류와 클로로필 a 그리고 유기물농도와의 관계를 보면, 유기물량의 간접적인 지표인 COD가 Chl.a, TP, TN과 양의 좋은 상관성을 가지고 있으며, 식물플랑크톤의 나타내는 Chl.a는 성장 제한인자로 작용하는 영양염류인 TP, TN, DIN 및 질산과 좋은 상관성을 나타내고 있어, 식물플랑크톤의 성장이 저수지내 영양염의 농도와 밀접한 관련이 있음을 알 수 있다. 또한 총질소의 경우 COD, Chl.
그러나 부영양화가 진행된 단계에서는 이러한 영양염류의 농도가 과다하게 존재하게 되어 영양염류에 대한 상관도가 떨어지는 경향을 가진다. 본 조사에서도 상관성이 나타났으나, COD보다는 낮은 상관도를 보였다. 특히 질소의 경우 상관계수 0.
이들 인자간의 상관식 및 상관계수를 보면, 클로로필 a와 COD에서는 [Chl.a] = 5.279+0.400[COD](r=0.757), 클로로필 a 와 총인에서는 [Chl.a] = -0.150+0.034[TP] (r=0.720X 클로로필 a와 총질소에서는 [Chl.a] = 2.205+0.198[TP] (r=0.600)로 나타났다.
저수지의 수질특성을 보면, 수소이온농도는 옥구와 옥녀저수지에서 연평균 &26고} 8.57을 나타내어 부영양화에 의한 조류성장에 의한 pH의 증가가 뚜렷하게 나타났고, 다른 저수지에서는 7.48~7.87의 값을 보였다. 용존산소는 옥구와 옥녀저수지에서 연평균 lL38mg〃과 11.
조류 성장과 밀접한 관련이 있는 영양염류인 총질소와 총인을 보면, 총질소의 경우 모든 저수지에서 호수수질환경기준에서 제시한 공업용수 3급수수질기준치인 를 모두 상회하는 높은 질소농도를 나타내었고, 총인은 미제저수지가 Ⅳ.급수(0.
조류의 양을 나타내는 Chl.a의 농도도 옥구와 옥녀저수지에서 평균 19.24mg/ni'과 1284mg/irf로 높게 나타나 부영양화와 관련하여 조류의 증식에 따른 수질인자의 변화가 뚜렷하게 나타나고 있음을 알 수 있다. 대위저수지.
75mg//로서 V급수(8~lOmg/Z)의 수질을 나타내었고, 다른 저수지는 IV급수(6~8mg/Z)로 나타났다. 총부유물질의 농도는 전체 저수지에서 평균 2.7~9.5mg//의 범위로 호수수질환경기준 丑~HI급수를 보였다.
OECD 에서 제시한 기준에 의한 평가에서 미제와 금굴저수지는, 중영양상태였고, ■나머지〔저수지는 , 부영양 상태였다. 총인 농도에 의해 판정해 보면, Forsberg & Ryding 기준으로 전 저수지에서 동계를 제외한 계절에 과영양상태를 보였으며, 동계는 부영양으로 나타났다. OECD에서 제시한 기준에 의한 평가에서 미제저수지만 부영양상태이고, 나머지 저수지는 과영양상태로 나타났다.

후속연구

이상의 결과로부터 군산 소재 농업용수로 이용되는 소규모 저수지의 수질은 상당히 부영양화가 진행되었으며, 농업수자원으로써의 지속적인 사용을 위하여 저수지 수질관리를 위한 대책수립과 아울러 지속적인 수질감시가 필요한 것으로 사료된다.
전 지수 값에서 나타났듯이 미제저수지와 금굴 저수지는 아직 오염이 심화되지 않은 상태로 중 영양상태의 수준을 나타내었고, 수질의 악화를 방지하기 위한 지속적인 조사와 수질관리 방안을 수립할 필요가 있다. 그러나 옥구저수지와 옥녀저수지, 대위저수지의 경우 부영양화 상태로 접어든 수준으로 수질관리를 위한 대책수립이 절실하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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