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문제 정의
- 본 연구는 환경부 수생태복원사업단 Eco-STAR project [과제 명 : 호수생 태 계 통합적 건강성 평 가기 법 개발 (08- IV-11)]의 일환으로 수행되었기에 이에 대한 감사를 표함.
- 본 연구에서는 수질 변이 간의 상관관계를 알아보기 위해 회귀 분석을 이용하여 조사하였다. 부영양화 변수의 경험적 모델 (Empirical model)의 분석에 따르면, TN: TP비는 TN과의 상관관계 (p>0.
- 따라서 국내 저수지의 수리수문학적 특성 및 계절적 강우의 영향을 고려한 다양한 경험적 모델 (Empirical model) 의 개발이 필요하다. 본 연구의 목적은 첫째, 계절적 몬순 및 연별 강우분포에 따른 수질특성의 변이 및 경향성을 분석하고, 둘째, 탑정저수지의 영양상태 (Trophic state) 및 부영양화특성을 파악하는 것이며, 셋째, 총인-엽록소(TP-CHL), 총질소엽록소(TN-CHL), 투명도-엽록소(SD-CHL) 및 총인-투명도(TP-SD)의 경험적 모델의 구축을 통해 부영양화의 주요변수간의 상호관계를 분석하여 탑정저수지를 비롯한 저수지의 수질 관리를 위한 기초자료로 제공하는 것이다.
- 본 연구의 목적은 탑정저수지의 부영양화 특성을 알고, 주요변수간의 상호관계를 결정하는 것이다. 연구를 위하여 1995년부터 2007년까지의 환경부의 수질 측정 자료를 이용하여 다양한 변수를 분석하였다.
- 수질 자료를 계절별로 나누어 Log로전환한 Log10(TN), Logio(TP), Log10(CHL), Log10(SD)<가지고 Pearson의 상관도 분석법과 회귀분석을 실시하였으며, 이런 통계적인 분석에는 SPSS를 이용하였다. 이를 통해 탑정저수지의 부양화의 특성과 부영양화의 주요인자인 CHL에 영향을 주는 요인이 무엇인지를 연구를 통해 알아보았다.
제안 방법
- 분석하였다. 또한 계절적으로 수질 상태를 판단할 때는 하절기 집중 강우특성을 반영하기 위해 장마를기점으로 장마 전기 (Premonsoon, 5~6월), 장마기 (Monsoon, 7~8월) 그리고 장마후기 (Postmonsoon, 9~ 10월)로구분하여 조사하였다. 본 연구에서 수질요인들 간의 상관관계를 알아보는 통계적 측정 방법은 Pearson의 상관도 분석법을 이용하였다.
- 탑정저수지의 영양 상태를 알기 위해 수질 자료는 수계별로 나누어 월별로 평균한 호소수질자료를 이용하였다. 이용된 수질항목은 수온 (Temperature), 수소이 온 농도 (pH), 용존산소량 ①esolved oxygen, DO), 생물학적 산소요구량 (Biochemical oxygen demand, BOD), 화학적 산소요구량 (Chemical oxygen demand, COD), 총질소 (Total nitrogen, TN), 총인 (Total phosphorus, TP), 부유물질 (Suspended solids, SS), 투명도 (Secchi depth, SD), 엽록소-a (Chlorophyll-a, CHL), 전기전도도(Electric conductivity, EC)^] 10여 개의 수질 항목을 이용하였다.
- 의한 수질변화를 파악하기 위해 수질변수의 특성을 시간적 변이와 공간적 변이로 분류하였다. 조사 기간인 1995~2007년 동안 탑정저수지 주변의 연평균 강수량은 1, 499 mm로 나타났으며 1998년에는 최댓값인 2, 070 mm, 2001년에는 최솟값인 828.7 mm의 결과를 나타내본 연구에서는 1995년을 집중 강우해 (Intense monsoon year)로 적용하였으며, 2001년을 가뭄해 (Weak monsoon year)로 적용하였다(Fig. 2). 계절별 강우에 따르면 1~3 월의 갈수기 동안에는 37.
- 탑정저수지에서의 질소와 인의 농도 및 조류의 생산이 양적으로 어떠한 관계가 있는지 해석하기 위해 TN-CHL, TP-CHL, SD-CHL, TP-SD 간의 회귀분석을 통해 경험적 모델 (Empirical model)을 구축하여 영 양상태 평가 및 예측에 이용하였다. 수질 자료를 계절별로 나누어 Log로전환한 Log10(TN), Logio(TP), Log10(CHL), Log10(SD)<가지고 Pearson의 상관도 분석법과 회귀분석을 실시하였으며, 이런 통계적인 분석에는 SPSS를 이용하였다.
- 탑정저수지의 수리수문학적 반응의 특성 및 몬순 현상에 의한 수질변화를 파악하기 위해 수질변수의 특성을 시간적 변이와 공간적 변이로 분류하였다. 조사 기간인 1995~2007년 동안 탑정저수지 주변의 연평균 강수량은 1, 499 mm로 나타났으며 1998년에는 최댓값인 2, 070 mm, 2001년에는 최솟값인 828.
- 탑정저수지의 영양 상태를 알기 위해 수질 자료는 수계별로 나누어 월별로 평균한 호소수질자료를 이용하였다. 이용된 수질항목은 수온 (Temperature), 수소이 온 농도 (pH), 용존산소량 ①esolved oxygen, DO), 생물학적 산소요구량 (Biochemical oxygen demand, BOD), 화학적 산소요구량 (Chemical oxygen demand, COD), 총질소 (Total nitrogen, TN), 총인 (Total phosphorus, TP), 부유물질 (Suspended solids, SS), 투명도 (Secchi depth, SD), 엽록소-a (Chlorophyll-a, CHL), 전기전도도(Electric conductivity, EC)^] 10여 개의 수질 항목을 이용하였다.
- 획득한 수질자료는 지점별 변이를 파악하기 위하여 각 지점별로 분석하였다. 또한 계절적으로 수질 상태를 판단할 때는 하절기 집중 강우특성을 반영하기 위해 장마를기점으로 장마 전기 (Premonsoon, 5~6월), 장마기 (Monsoon, 7~8월) 그리고 장마후기 (Postmonsoon, 9~ 10월)로구분하여 조사하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 탑정저수지 내의 두 지점을 대상으로 수질 자료를 분석하였으며, 측정지점은 다음과 같다(Fig. 1).
- 본 연구의 대상인 탑정저수지는 저수면적 6.36 km% 저수량 30, 3011, 유역면적 218.80 WAS. 주 유입하천은 논산천으로 왕사봉에서 발원한 장성천이 유하하면서 웅촌천, 웅천, 명암천과 합류되어 유입되는 저수지이다.
- 상호관계를 결정하는 것이다. 연구를 위하여 1995년부터 2007년까지의 환경부의 수질 측정 자료를 이용하여 다양한 변수를 분석하였다. 이러한 수질 변수는 연별, 계절별로 변이양상을 보였다.
- 연구에 사용된 자료는 1995년부터 2007년까지의 13년간 월별로 측정된 환경부 수질측정망자료를 이용하였으며, 또한 강우량 자료는 기상청의 지역 자료를 참고하였다. 탑정저수지의 영양 상태를 알기 위해 수질 자료는 수계별로 나누어 월별로 평균한 호소수질자료를 이용하였다.
데이터처리
- 한편, TSI (TN)은 계절에 관계 없이 전체 호소 내에서 TN 농도가 풍부한 부영 양-과영 양 상태를 보였다. CHL와 다른 수질 변수 (TP, TN, 그리고 SD) 사이의 관계를 로그-전환 회귀분석을 통해 분석하였다. TP에 대한 CHL의 계절별 회귀분석에 따르면CHL의 변이는 TP의 변이에 의해 37%(R2=0.
- 또한 계절적으로 수질 상태를 판단할 때는 하절기 집중 강우특성을 반영하기 위해 장마를기점으로 장마 전기 (Premonsoon, 5~6월), 장마기 (Monsoon, 7~8월) 그리고 장마후기 (Postmonsoon, 9~ 10월)로구분하여 조사하였다. 본 연구에서 수질요인들 간의 상관관계를 알아보는 통계적 측정 방법은 Pearson의 상관도 분석법을 이용하였다.
- 이용하였다. 수질 자료를 계절별로 나누어 Log로전환한 Log10(TN), Logio(TP), Log10(CHL), Log10(SD)<가지고 Pearson의 상관도 분석법과 회귀분석을 실시하였으며, 이런 통계적인 분석에는 SPSS를 이용하였다. 이를 통해 탑정저수지의 부양화의 특성과 부영양화의 주요인자인 CHL에 영향을 주는 요인이 무엇인지를 연구를 통해 알아보았다.
이론/모형
- 분석하였고, 이들 항목을 영양상태 지수 (Trophic State Index, TSI)로 전환하였다. 총질소 (TN)는 Kratzer and Brezonik (1981)의 지수산정방식을 따랐으며 , 총인 (TP), 엽 록소-a(CHL), 투명 도 (SD)는 Carlson (1977)의 지수산정 방식에 따랐다.
- 탑정저수지의 영양상태 분석은 측정된 자료 중 총질소(TN), 총인 (TP), 엽록소-a(CHL), 투명도(SD)를 이용하여 부영 양화 단계를 Forsberg and Ryding (1980)의 기준에 의거하여 분석하였고, 이들 항목을 영양상태 지수 (Trophic State Index, TSI)로 전환하였다. 총질소 (TN)는 Kratzer and Brezonik (1981)의 지수산정방식을 따랐으며 , 총인 (TP), 엽 록소-a(CHL), 투명 도 (SD)는 Carlson (1977)의 지수산정 방식에 따랐다.
성능/효과
- BOD와 COD의 연평균 값은 각각 1.61 mg Lf 4.23 mg L-i로 나타났으며 연별 변화 양상은 강수량과 관련되었음을 알 수 있었다. 또한 탑정저수지 내의 두 사이트는 공간적인 변이의 특성을 거의 보이지 않은 것으로 나타났다.
- 5로 높게 나타나 이미 질소 성분은 과잉 공급 상태인 것으로 판단되며 이를 통해 탑정저수지는 타 소호들과 같이 인의 농도에 영향을 많이 받는 것을 알 수 있다. TP는 TN/TP와 높은 역 상관관계 (r=-0.929, p=0.0D를 보였으나 TN과는 낮은 상관성 3=0.287)을 보여 TN/TP가 TP의 변동 폭에 의해 주로 조절되는 것으로 나타났다 (Fig. 8e, 8f).
- TP에 대한 CHL의 계절별 회귀분석에 따르면CHL의 변이는 TP의 변이에 의해 37%(R2=0.37, p0.05)를 보였다.
- 8e). TP에 대한 CHL의 회귀분석에 따르면 CHL의 변이는 TP의 변이에 의해 37%(p= 0.001, 11=24)를 설명하며 CHLe TP와 1차 함수관계 (#)를 나타내 TP의 증가에 따라 조류 생산력이 증가함을 보였다. 계절별 결과에서도 TN:TP 비와 TP의 상관관계가 가장 높게 나타났다
- (Table 1). 가뭄해를 비롯해 평균보다 강수량이 낮은 해에는 BOD 및 COD 값이 높게 나타났는데 이는 저수량 감소에 따른 농축효과에 의한 것으로 판단된다(Fig. 3). 이외의 연별 수질 변수의 변이양상은 강수량의 변화와 관계가 뚜렷하지 않은 것으로 보아 강수요인 외에도 주변 점오염원으로부터 영양염을 비롯한 부유물의 유입과도 관련을 갖는 것으로 사료된다.
- 580)를 설명하는 것으로 나타나 탑정저수지의 SD는 CHL에 의하여 조절됨을 알 수 있었다. 결과적으로 TP는 탑정저수지의 부영양화 현상을 예측하는 핵 심 인자로 사료되 므로 부영 양상태를 조절하기 위해 수계로부터 인의 유입의 철저한 관리가 매우 중요하다고 판단되었다.
- 001, 11=24)를 설명하며 CHLe TP와 1차 함수관계 (#)를 나타내 TP의 증가에 따라 조류 생산력이 증가함을 보였다. 계절별 결과에서도 TN:TP 비와 TP의 상관관계가 가장 높게 나타났다
- 계절별로 나누어 본 결과 여름 몬순기간에 TP, TN, CHL, SS의 농도는 증가하고 여름 집중 강우 후 유입물의 증가로 SD는 장마 후에 감소함을 나타냈다. 이들을 통해 탑정저수지내 계절적 수질요인에 영향을 주는 1차적인 요인은 하절기 몬순 강도에 의존하는 것을 알 수 있었다.
- 첫째, 탑정저수지의 영양염류는 조류 현존량을 설명하는 핵심 변수로서 1차 회귀식으로 도출되었다. 둘째, 조류의 양과 투명도 사이에는 뚜렷한 역 상관관계가 성립되었으며 이런 특성은 계절에 상관없이 유의한 것으로 판명되었다. 셋째, tn:tp 비에 따라 저수지의 제한 영향 염과 부영양도의 간접 예측이 가능하다.
- 셋째, tn:tp 비에 따라 저수지의 제한 영향 염과 부영양도의 간접 예측이 가능하다. 따라서 탑정저수지는 인에 의해 1차 생산력이 조절되고 있음이 확인되었고, 인 증가에 따른 CHL의 증가가 뚜렷한 것으로 나타났다. 이러한 경험적 모델은 탑정저수지의 향후 부영양화 현상 저감 및 수 환경 관리에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 또한 SD-CHL의 상관관계에서 보듯 CHL의 증가는 SD의 감소를 가져오며 17%(R2=0.169, p=0.046) 설명하는 것으로 나타났다 (Fig. 8d). SD-TP의 상관관계 또한 TP가 증가하면 SD는 감소하는 경향을 보였다 (Fig 8c).
- 05)를 보였다. 또한 SD에 대한 CHL의 회기 분석에서는 CHL이 SD의 변이에 의해33% (R2=0.33, p< 0.003, r=0.580)를 설명하는 것으로 나타나 탑정저수지의 SD는 CHL에 의하여 조절됨을 알 수 있었다. 결과적으로 TP는 탑정저수지의 부영양화 현상을 예측하는 핵 심 인자로 사료되 므로 부영 양상태를 조절하기 위해 수계로부터 인의 유입의 철저한 관리가 매우 중요하다고 판단되었다.
- 또한 탑정저수지 내의 공간적 변이를 파악하기 위하여 S1 및 S2에서의 수질 변수를 비교한 결과 공간적인 변이는 거의 없는 것으로 나타났다(Fig. 6). 1995~2007년의 15년 간 S1과 S2의 연평균 수질 변수의 변화 분석에 따르면, 일부 구간에서 차이를 보일뿐 매우 유사한 양상을 확인할 수 있었다.
- 부영양화도 지수에 따른 수계의 부영양도를 평가해보면 탑정저수지는 수질요인 간 부영양화도 지수는 차이가 나타났지만 대부분 부영양 상태를 나타냈으며 TSI(TN) 는 부영양 상태를 초과호)는 값을 보였다(Fig. 7a). 부영양화도 지수 중 조류량을 직접적으로 표현하는 지수인 TSI (CHL)은 95년과 05, 06년을 제외한 나머지 해에 50을 초과하여 부영양 상태에 있음을 나타냈다 (Fig.
- 둘째, 조류의 양과 투명도 사이에는 뚜렷한 역 상관관계가 성립되었으며 이런 특성은 계절에 상관없이 유의한 것으로 판명되었다. 셋째, tn:tp 비에 따라 저수지의 제한 영향 염과 부영양도의 간접 예측이 가능하다. 따라서 탑정저수지는 인에 의해 1차 생산력이 조절되고 있음이 확인되었고, 인 증가에 따른 CHL의 증가가 뚜렷한 것으로 나타났다.
- 이들을 통해 탑정저수지내 계절적 수질요인에 영향을 주는 1차적인 요인은 하절기 몬순 강도에 의존하는 것을 알 수 있었다.
- , 1998) 1차생산력은 감소될 것으로 추론되나, 장마기의 총인 농도의 증가의 영향으로 CHL의 농도는 증가함을 나타낸다. 이를 통해 인이 하천생태계의 1차생산력에 제한요인으로 작용할 수 있는 잠재성을 보였다.
- 0m< 기준으로 설정하고 있다. 조사 결과 탑정저수지는 평균 L3m로 부영양 상태를 나타냈다. 일반적으로 장마기 이전의 5월까지는 투명도가 높았으며, 강수량이 많은 장마기에는 투명도가 낮게 나타났다 (Fig.
- 첫째, 탑정저수지의 영양염류는 조류 현존량을 설명하는 핵심 변수로서 1차 회귀식으로 도출되었다. 둘째, 조류의 양과 투명도 사이에는 뚜렷한 역 상관관계가 성립되었으며 이런 특성은 계절에 상관없이 유의한 것으로 판명되었다.
- 강수량이 높은 해에는 TSI(CHL)이 더 낮게 나타났는데 이는 An and Jones (2000)의 연구 결과와 일치하며 씻겨내려가는 조류양의 증가와 광제한 효과에 의한 것으로사료된다(Carlson, 1977; Kimmel, 1990). 탑정저수지의 TSI(TP)는 최저 46, 최고 65의 범위로 변화 폭이 큰 편이나 평균적으로 부영양 상태를 보이고 있으며 TSI(SD) 는 99년을 제외하고 부영양 상태를 나타냈다 (Fig. 7a, 7c). TSI(TN)은 모든 지점 이 60 이상으로 이미 탑정저수지가 부영양 상태를 초과했음을 보여준다.
- 이러한 수질 변수는 연별, 계절별로 변이양상을 보였다. 탑정저수지의TN과 TP의 연평균 값은 각각 1.78 mg Le1, 0.03 mg L'1로, TN:TP의 비율은 76으로 나타나 탑정저수지 내의 질소는 연중 부영양화를 초과한 상태 이며 인은 호소의 1차 생산력에 대한 제한 요인으로 작용할 잠재성을 갖는 것을 알 수 있다. TP는 8월에 강수에 의한 희석 현상을 보이며, SS의 월별 변화는 CHL과 같은 양샹을 보였다.
후속연구
- 1995~2007년의 15년 간 S1과 S2의 연평균 수질 변수의 변화 분석에 따르면, 일부 구간에서 차이를 보일뿐 매우 유사한 양상을 확인할 수 있었다. 따라서 향후 수질 모니터링 시 탑정저수지에서는 2개의 지점 중 1개의 지점을 제외할 경우 측정 비용 절감 효과가 기대되었다.
- 악화되는 경향을 나타내고 있다(유 등, 1999). 본 연구의 대상인 탑정저수지는 1944년에 준공된 저수지로 금강 수계의 논산천을 지류로 하고 있으며 저수지 주 유입하천 하류부에 농경지와 축사가 분포하여 수질자료 분석을 통한 영양상태 평가 및 대책이 시급하다고 판단된다.
- 따라서 탑정저수지는 인에 의해 1차 생산력이 조절되고 있음이 확인되었고, 인 증가에 따른 CHL의 증가가 뚜렷한 것으로 나타났다. 이러한 경험적 모델은 탑정저수지의 향후 부영양화 현상 저감 및 수 환경 관리에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
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