[논문]우리나라 다목적댐 인공호들의 규모에 따른 연별.계절별 수질변이 및 상.하류간 종적구배 특성

한정호; 이지연; 안광국

우리나라 다목적댐 인공호들의 규모에 따른 연별.계절별 수질변이 및 상.하류간 종적구배 특성
Interannual and Seasonal Variations of Water Quality in Terms of Size Dimension on Multi-Purpose Korean Dam Reservoirs Along with the Characteristics of Longitudinal Gradients 원문보기

한국하천호수학회지= Korean journal of limnology, v.43 no.2, 2010년, pp.319 - 337

한정호 (충남대학교 생명시스템과학대학 생명과학과) , 이지연 (충남대학교 생명시스템과학대학 생명과학과) , 안광국 (충남대학교 생명시스템과학대학 생명과학과)

초록
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본 연구는 우리나라 인공호들에서 연별 계절별 수질변이 특성 및 상 하류 간 수질의 종적구배 특성을 파악하기 위해 2003~2007년의 자료(물환경정보시스템)의 월별, 연별, 공간별(유수대, 전이대, 정수대)의 수질자료를 비교 평가하였다. 10개의 물리적, 화학적, 생물적 수질 변수를 이용하였으며, 인공호들의 일반 수질 특성, 수리수문학적 수질 특성, 시간적 수질변이 특성, 공간적 수질 변이 특성을 분석하였다. 저수면적, 유역면적, 유입량, 방류량을 기준으로 9개의 인공호에 대하여 유사도 분석을 실시하였으며, 그 결과 대형인공호(충주호, 대청호, 소양호), 중형인공호(안동호, 용담호, 주암호, 합천호), 소형인공호(횡성호, 부안호)로 크게 3개 그룹으로 나누어졌고, 유역 크기별로 비슷한 수질 양상을 나타냈다. 홍수의 해(2003년)와 가뭄의 해(2005년)로 대별하여 수질 자료를 분석한 결과, pH, DO, BOD, SS, TN, TP, CHL, EC는 Rz에서 Lz으로 갈수록 값이 감소하였고, SD는 LZ으로 갈수록 값이 증가하였다. 이러한 결과는 인공호내의 영양물질과 부유물질의 침강작용 및 광제한으로 인한 CHL의 감소가 SD 값의 증가에 영향을 미친 것으로 사료되었다. 각 지점별 pH, DO, SS, SD, EC는 가뭄의 해인 2005년에 컸고, BOD, COD, TN, TP, CHL은 홍수의 해인 2003년에 높게 나타났다. 공간적인 수질분포 특성을 분석하기 위하여 9개 인공호의 Rz, Tz, Lz에서의 TN, TP, CHL, SD의 수치를 비교하였다. 그 결과, TN, TP, CHL은 Rz에서 Lz으로 갈수록 침강작용에 의해 그 값이 감소하였고, SD는 반대 양상을 보였다. TN과 TP 사이에서 상관 관계를 분석한 결과, 두 수질 변수 사이의 상관성은 유의하지 않은 것으로 나타났다. 대형 인공호의 CHL-SD 모델에서 Rz, Lz의 경우를 제외하고, TP-CHL, CHL-SD는 유의한 상관성이 있는 것으로 나타났으며, TP-CHL의 상관관계는 중형인공호의 Rz ($R^2$=0.2401, p<0.0001, N=239)에서 유의한 상관성을 보이는 것으로 나타났다. CHL-SD의 상관관계에서도 중형인공호가 가장 높게 나타났으나 TP-CHL의 상관관계와는 반대되는 역상관 관계를 나타냈다. 대청호, 안동호, 횡성호를 Rz, Tz, Lz에서 수질자료를 분석한 결과, 대청호에서 수질자료의 값이 구간별로 큰 변이성을 보이는 것으로 나타났는데, 이는 대청호가 대형인공호로서 구간 간 거리가 멀고, 수심이 깊어 Rz, Tz, Lz의 구간 간 특성이 뚜렷하게 구분된 것으로 사료되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Major objective of this study was to determine interannual and seasonal water quality along with characteristics of longitudinal gradients along the reservoir axis of the riverine zone (Rz)-to-lacustrine zone (Lz). Water quality dataset of five years during 2003~2007 used here were obtained from Ministry of Environment, Korea and ten physical, chemical and biological parameters were analyzed in the study. Similarity analysis, based on moropho-hydrological variables of reservoir surface area, watershed area, total inflow, and outflow, showed that the reservoirs were categorized as three groups of large-dam reservoirs (Chungju Reservoir, Daecheong Reservoir and Soyang Reservoir), mid-size reservoirs (Andong Reservoir, Yongdam Reservoir, Juam Reservoir and Hapcheon Reservoir), and small-size reservoirs (Hoengseong Reservoir and Buan Reservoir). According to the data comparison of high-flow year (2003) vs. lowflow year (2005), dissolved oxygen (DO), pH, biological oxygen demand (BOD), suspended solids (SS), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), chlorophyll-a (CHL) and electrical conductivity (EC) declined along the longitudinal axis of Rz to Lz and water transparency, based on Secchi depth (SD), increased along the axis. These results indicate that transparency was a function of Values of pH, DO, SS, SD, and EC at each site were greater in the low-flow year (2005) than the high-flow year (2003), whereas values of BOD, COD, TN, TP and CHL were greater in the high-flow year (2003). When values of TN, TP, CHL and SD in nine reservoirs were compared in the three zones of Rz, Tz, and Lz, values of TN, TP and CHL declined along longitudinal gradients and SD showed the opposite due to the sedimentation processes from the water column. Values of TN were not statistically correlated with TP values. The empirical linear models of TP-CHL and CHL-SD showed significant (p<0.05, $R^2$>0.04). In the mid-size reservoirs, the variation of CHL was explained ($R^2$=0.2401, p<0.0001, n=239) by the variation of TP. The affinities in the correlation analysis of mid-size reservoirs were greater in the CHL-SD model than any other empirical models, and the CHL-SD model had an inverse relations. In the meantime, water quality variations was evidently greater in Daecheong Reservoir than two reservoirs of Andong Reservoir and Hoengseong Reservoir as a result of large differences of water quality by long distance among Rz, Tz and Lz.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 첫째, 국내 9개 인공호를 대상으로 하여 각 인공호들의 물리적 변수를 이용하여 호수간의 연관성 및 상호관계를 분석하였으며, 둘째, 인공호들의 주요 수질 변수들의 시간적(월별, 연별) 변이 특성을 분석하였다. 셋째로, 인공호들의 계절적 몬순 강우 및 연별 강우분포에 따른 수질특성의 변이 및 경향성을 분석하였으며, 넷째로, 인공호들의 종적 구배 특성에 따른 공간적인(유수대, 전이대, 정수대) 수질특성을 분석하였다.
셋째로, 인공호들의 계절적 몬순 강우 및 연별 강우분포에 따른 수질특성의 변이 및 경향성을 분석하였으며, 넷째로, 인공호들의 종적 구배 특성에 따른 공간적인(유수대, 전이대, 정수대) 수질특성을 분석하였다. 본 연구결과는 향후 댐 건설에 따른 이화학적 수질변화에 대한 영향 파악 및 호수 생태계의 피해를 최소화하기 위한 효과적인 최적관리방안을 수립하는데 중요한 기초 자료로 제공하는 것에 목적을 두고 있다.

제안 방법

1차 생산자의 생장을 제한하는 제한 요인을 분석하기 위하여 각 지점별 영양염류 및 투명도와의 상관도를 비교하였다(Table 3). 호수의 유역면적별로 구분하여 비교하였을 때, 중형인공호에서 수질 변수들 간의 유의한 상관성을 갖는 것으로 분석되었으며, 상대적으로 유역면적이 큰 대형인공호나 유역면적이 작은 소형인공호에서는 유의한 상관성을 보이지 않는 것으로 분석되었다.
본 연구대상으로 선정된 9개 인공호에서 이∙화학적 수질 자료를 분석하였으며, 이용된 수질 변수는 총 10개 항목으로서 수소이온농도(pH), 용존산소량(Dissolved oxygen, DO), 생물학적 산소요구량(Biochemical oxygen demand, BOD), 화학적 산소요구량(Chemical oxygen demand, COD), 부유물질(Suspended solids, SS), 총질소(Total nitrogen, TN), 총인(Total phosphorus, TP), 투명도(Secchi depth, SD), 엽록소-a (Chlorophyll-a, CHL), 전기전도도(Electrical conductivity, EC)이며, 각 수질 변수들에 대하여 2003년 1월부터 2007년 12월까지 유수대(Rz), 전이대(Tz), 정수대(Lz)로 구분하여 공간적인 수질특성을 파악하였다. 또한 강우의 하절기 특성을 반영하고자 수질자료를 장마전기(Premonsoon, 5~6월), 장마기(Monsoon, 7~ 8월), 장마후기(Postmonsoon, 9~10월)로 구분하여 계절적인 수질특성을 분석하였고, 한국수자원공사 수자원관리종합정보시스템(WAMIS)의 댐수문자료(2003~2007년)에서 각 인공호별 강수량, 저수면적, 유입량, 방출량을 획득하였고, 이를 이용하여 9개의 인공호를 대형호(Large size reservoir), 중형호(Mid size reservoir), 소형호(Small size reservoir)로 구별하여 수리∙수문학적 특성과 수질 변수들 간의 상관분석을 실시하였다.
통계적 측정 방법인 Pearson의 상관도 분석법을 이용하여 수질 항목들 간의 단순상 관행렬을 구하여 상관관계를 산출하였으며, 이를 바탕으로 인공호의 크기별 시∙공간적인 수질변화를 분석하였다. 또한, 유사도 분석(Cluster analysis)을 이용하여 9개의 인공호를 유역 크기별로 구분하였다. 통계처리는 SPSS (Version 12.
몬순강우가 인공호 수질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 10개의 수질변수(pH, DO, BOD, COD, SS, TN, TP, CHL, SD, EC)를 대상으로 그 변화양상을 분석하였다. 수질변화를 분석하기 위하여 인공호를 3개의 구간(Rz, Tz, Sz)으로 구분하여 비교하였으며, 분석한 결과, 8개의 수질 변수 중 pH, DO, BOD, SS, TN, TP, CHL, EC 유수대(Rz)에서 정수대(Lz)로 갈수록 그 수치가 감소하는 양상을 보인 반면(Table 1), SD는 정수대(Lz)로 갈수록 수치가 증가하였다.
본 연구대상으로 선정된 9개 인공호에서 이∙화학적 수질 자료를 분석하였으며, 이용된 수질 변수는 총 10개 항목으로서 수소이온농도(pH), 용존산소량(Dissolved oxygen, DO), 생물학적 산소요구량(Biochemical oxygen demand, BOD), 화학적 산소요구량(Chemical oxygen demand, COD), 부유물질(Suspended solids, SS), 총질소(Total nitrogen, TN), 총인(Total phosphorus, TP), 투명도(Secchi depth, SD), 엽록소-a (Chlorophyll-a, CHL), 전기전도도(Electrical conductivity, EC)이며, 각 수질 변수들에 대하여 2003년 1월부터 2007년 12월까지 유수대(Rz), 전이대(Tz), 정수대(Lz)로 구분하여 공간적인 수질특성을 파악하였다. 또한 강우의 하절기 특성을 반영하고자 수질자료를 장마전기(Premonsoon, 5~6월), 장마기(Monsoon, 7~ 8월), 장마후기(Postmonsoon, 9~10월)로 구분하여 계절적인 수질특성을 분석하였고, 한국수자원공사 수자원관리종합정보시스템(WAMIS)의 댐수문자료(2003~2007년)에서 각 인공호별 강수량, 저수면적, 유입량, 방출량을 획득하였고, 이를 이용하여 9개의 인공호를 대형호(Large size reservoir), 중형호(Mid size reservoir), 소형호(Small size reservoir)로 구별하여 수리∙수문학적 특성과 수질 변수들 간의 상관분석을 실시하였다.
본 연구에서 각 인공호의 수질 변수들 간의 상관관계를 알아보기 위하여 4개의 수질 변수(TN, TP, CHL, SD)에 대한 측정치를 인공호 크기별로 대별하여 기본 통계량을 분석하였으며, 각 인공호 수질의 종적구배 특성을 분석하기 위하여 각 지점을 상류역의 유수대(Rz), 상류역과 댐의 중간역인 전이대(Tz), 댐에 인접한 정수대(Lz)로 대별하여 자료를 분석하였다. 통계적 측정 방법인 Pearson의 상관도 분석법을 이용하여 수질 항목들 간의 단순상 관행렬을 구하여 상관관계를 산출하였으며, 이를 바탕으로 인공호의 크기별 시∙공간적인 수질변화를 분석하였다.
따라서 본 연구의 목적은 첫째, 국내 9개 인공호를 대상으로 하여 각 인공호들의 물리적 변수를 이용하여 호수간의 연관성 및 상호관계를 분석하였으며, 둘째, 인공호들의 주요 수질 변수들의 시간적(월별, 연별) 변이 특성을 분석하였다. 셋째로, 인공호들의 계절적 몬순 강우 및 연별 강우분포에 따른 수질특성의 변이 및 경향성을 분석하였으며, 넷째로, 인공호들의 종적 구배 특성에 따른 공간적인(유수대, 전이대, 정수대) 수질특성을 분석하였다. 본 연구결과는 향후 댐 건설에 따른 이화학적 수질변화에 대한 영향 파악 및 호수 생태계의 피해를 최소화하기 위한 효과적인 최적관리방안을 수립하는데 중요한 기초 자료로 제공하는 것에 목적을 두고 있다.
시간적인 수질 변화를 분석하기 위하여 대형인공호(대청호), 중형인공호(안동호), 소형인공호(횡성호)별 대표성을 갖는 인공호를 선정하여 연별 수질자료를 분석하였다. 분석 결과, TN의 농도는 대청호에서 농도가 점차 증가하는 경향을 보였으며, 안동호에서는 2004년부터 TN의 농도가 감소하여 2006년에 1.

대상 데이터

본 연구에서 1965년 섬진강호를 시작으로 2006년 완공된 장흥호 등 16개 다목적댐 중 호수의 종적구배 특성을 보이는 충주호(CjR), 대청호(DcR), 소양호(SyR), 안동호(AdR), 용담호(YdR), 주암호(JaR), 합천호(HcR), 횡성호(HsR), 부안호(BaR)의 9개 인공호를 선정하였으며, 각각의 인공호의 이∙화학적 수질 자료를 분석하기 위하여 2003 년 1월부터 2007년 12월까지 상류로부터 댐이 있는 하류까지 3개 지점 유수대(Rz), 전이대(Tz), 정수대(Lz)에서 측정된 물환경정보시스템(http://water.nier.go.kr)의 월별자료를 이용하였으며, 각각 인공호별 3개 지점의 자세한 위치와 행정구역 명칭은 다음과 같다(Fig. 1).

데이터처리

Pearson’s correlation of log-transformed TN, TP, CHL and SD in the reservoirs.
본 연구에서 각 인공호의 수질 변수들 간의 상관관계를 알아보기 위하여 4개의 수질 변수(TN, TP, CHL, SD)에 대한 측정치를 인공호 크기별로 대별하여 기본 통계량을 분석하였으며, 각 인공호 수질의 종적구배 특성을 분석하기 위하여 각 지점을 상류역의 유수대(Rz), 상류역과 댐의 중간역인 전이대(Tz), 댐에 인접한 정수대(Lz)로 대별하여 자료를 분석하였다. 통계적 측정 방법인 Pearson의 상관도 분석법을 이용하여 수질 항목들 간의 단순상 관행렬을 구하여 상관관계를 산출하였으며, 이를 바탕으로 인공호의 크기별 시∙공간적인 수질변화를 분석하였다. 또한, 유사도 분석(Cluster analysis)을 이용하여 9개의 인공호를 유역 크기별로 구분하였다.

성능/효과

9개 인공호의 Rz, Tz, Lz에서의 TN, TP, CHL, SD 수질 변수의 농도를 비교한 결과, TN, TP, CHL은 Rz에서 Lz으로 갈수록 농도가 낮아진 반면, SD는 Lz으로 갈수록 그 수치가 커져 TN, TP, CHL와 반대양상으로 나타났다 (Fig. 9). 이와 같은 결과는 TN, TP, CHL가 SD에 직접적인 영향을 주고 있으며, 서로 유기적인 상관관계를 가지고 있는 것으로 사료되었다.
9개의 인공호에서 댐의 상류부에 위치한 강 유입부로부터 댐까지의 연속성을 따라 발생하는 인공호들의 종적구 배(Longitudinal gradient) 특성에 따른 수질 변화를 살펴 본 결과, 대체로 대형인공호에서는 Rz~Tz 사이의 거리가 약 10~30 km, Tz~Lz는 38~52 km, 중형인공호는 Rz~ Tz 사이의 거리가 약 6~10 km, Tz~Lz는 8~16 km, 소형 인공호에서는 Rz~Tz 사이의 거리가 약 3~4 km, Tz~Lz는 7~9 km로 대형인공호에서 소형인공호로 갈수록 지점 간 거리가 짧아졌다(Table 4). 각 구간별 특징을 살펴보면, Rz는 상대적으로 빠른 유속을 보였으며, 투명도가 낮고, 부유물이 많은 특징을 보였다.
9 mg L^-1)로 나타나, 환경부 수질기준에 의거해 Ib 등급으로 평가되었다. BOD 평균 농도는 대체로 중형인공호에서 높았으며, 대형인공호에서 낮은 값으로 보였다(Table 2). 이는 대형인공호가 수심이 깊고, 저수면적이 크기 때문에 상대적으로 많은 저수량에 의한 희석효과 때문인 것으로 사료되었다.
이는 횡성호의 강우량이 1,756 m²로 대청호 (1,400 m²), 안동호 (1,378 m²)에 비하여 많기 때문에 희석효과에 의해서 EC가 낮아진 것으로 사료되었다. CHL : TP ratio는 3개의 인공호 모두 Rz에서 Lz로 갈수로 감소하는 것으로 나타나 하류로 갈수록 CHL은 TP에 대한 의존도가 높아지는 것을 간접적으로 반영하였다. 유역 면적이 큰 대형인공호에서 TP의 의존도는 더 큰 것으로 나타났으며, 유역면적이 작아질수록 의존도도 낮아지는 것을 나타냈다(Fig.
5). CHL 농도는 호소의 부영양화 정도를 잘 표현해주는 인자로서 중형인공호, 대형인공호, 소형인공호 순으로 점점 작아졌으며, 대청호에서 가장 높은 값을 보였으며, 부안호에서 가장 낮은 값을 보였다(Table 2, Fig. 5). 부영양호에서는 인과 같은 제한영양소의 유입 증가로 인하여 조류의 생물량이 많아진다는 연구결과(and Mann, 1973Schindler, 1978; Betlinsky, 1980)와도 마찬가지로 CHL 농도는 장마기보다 장마후기에 더 높은 농도를 보였다.
COD는 인공호 크기별로 유의한 차이를 보이지 않았으며, 대청호에 서 평균 2.9±0.3 mg L-1로 가장 높은 값을 보였으며, 충주호에서 2.2±0.3 mg L-1로 가장 낮은 값을 나타냈다(Fig. 5).
한편 SD는 Lz가 Rz와는 다르게 10월부터 이듬해 6월까지 지속적으로 수치가 낮아진 것으로 나타났는데, 이는 유입수가 호소수와의 밀도차를 보여 유입수가 중층으로 유입된 결과, 상층부에는 유입수의 영향이 미치지 않은 결과로 사료되었다(Table 1). EC는 7~8월 이후 그 수치가 급격히 작아졌으며, Rz에서 Lz로 갈수록 EC의 농도는 감소하는 것으로 나타났다, 또한 2003년에 비하여 2005년의 EC의 농도가 더 높은 것으로 나타나, An (2001)의 연구와 마찬가지로 EC의 농도는 강우와 높은 연관성이 있는 것으로 사료되었다(Table 1).
이는 종적 구배 특성이 유역 크기와도 관련성이 있으며, 구간 간 거리가 먼 대형인공호의 경우 Rz, Tz, Lz의 특성이 뚜렷하게 구분되는 반면, 구간간 거리가 좁은 소형인공호의 경우에는 Rz, Tz, Lz의 구분이 뚜렷하지 않기 때문에 나타난 것으로 사료되었다. SD는 TP, CHL과 반대 양상을 보였으며, 대청호 Rz에서 SD가 1.8 m로 가장 작았다가 Lz에서 3.7 m로 가장 크게 나타났는데(Fig. 10), 이는 수심이 깊은 대청호의 Lz에서 영양물질이나 부유물질의 침강작용에 의해서 SD가 크게 증가한 것으로 사료되었다. EC는 안동호에서 187.
한편 여름철 몬순강우에 의해 CHL 농도가 증가함을 알 수 있는데, 이는 이 등(2002)의 호소의 수화현상 (Algal bloom)이 하절기 집중호우 이후에 나타날 가능성을 시사하는 것과도 일치하는 것으로 나타났다. TN : TP ratio는 소형인공호, 대형인공호, 중형인공호 순으로 점점 낮아졌으며, 충주호에서 평균 141로 가장 높은 값을 보였으며, 주암호에서 평균 57로 가장 낮은 값을 보였다(Table 2, Fig. 5). 2006년 12월 개정된 수질 및 수생태계 환경기준의 호소생활환경기준에 따르면, TN의 농도 기준으로 6개 인공호의 유기물 오염 정도는 V등급으로 매우 심각한 것으로 나타났으나, TN : TP ratio가 9개 인공호 모두 17이상으로 인(Phosphorus, P)제한 상태인 것으로 판명되어 호소수질기준 적용 시 총질소의 기준은 적용하지 아니하여야 한다.
10). TN : TP ratio에서 유역 크기별로 비교한 결과, TN : TP ratio 값이 70 이상으로 TN보다는 TP에 의하여 1차 생산력이 영향을 받는 것으로 사료되었다. 대청호에서는 Lz로 갈수록 증가하는 일반적인 양상을 보인 반면, 안동호와 횡성호에서는 뚜렷한 양상을 보이지 않았다(Fig.
6). TP의 농도는 대체로 대청호, 횡성호, 안동호 순으로 농도가 낮아지는 것으로 나타났다. TP는 대청호에서 7~9월에 평균 46.
또한 1차 생산이 빛에 의하여 제한되는 특성을 보였으며, 영양물질의 공급은 주로 외부기원으로 이루어지고, Tz나 Lz보다 부영양상태를 보이는 경향을 보이고 있었다. Tz는 유속이 감소하고, 광 제한이 완화되는 특징을 보였으며, 1차 생산력이 상대적으로 높은 특징을 나타냈다. Lz는 유속이 거의 없고, 투명도가 가장 높은 값을 보였으며 외부기원 영양물질보다는 내부기원 영양물질에 의하여 영양염류가 공급되고 있어서 빈영양상태를 띠는 경향을 보이고 있다(Thornton et al.
9개의 인공호에서 댐의 상류부에 위치한 강 유입부로부터 댐까지의 연속성을 따라 발생하는 인공호들의 종적구 배(Longitudinal gradient) 특성에 따른 수질 변화를 살펴 본 결과, 대체로 대형인공호에서는 Rz~Tz 사이의 거리가 약 10~30 km, Tz~Lz는 38~52 km, 중형인공호는 Rz~ Tz 사이의 거리가 약 6~10 km, Tz~Lz는 8~16 km, 소형 인공호에서는 Rz~Tz 사이의 거리가 약 3~4 km, Tz~Lz는 7~9 km로 대형인공호에서 소형인공호로 갈수록 지점 간 거리가 짧아졌다(Table 4). 각 구간별 특징을 살펴보면, Rz는 상대적으로 빠른 유속을 보였으며, 투명도가 낮고, 부유물이 많은 특징을 보였다. 또한 1차 생산이 빛에 의하여 제한되는 특성을 보였으며, 영양물질의 공급은 주로 외부기원으로 이루어지고, Tz나 Lz보다 부영양상태를 보이는 경향을 보이고 있었다.
각 수질변수별 분석에 따르면, pH는 2003년이 2005년보다 각 구간별로 낮은 값을 보이는 것으로 나타났다. 이는 빗물의 pH가 보통 5.
이와 같은 결과는 인공호 구간 중 상류 구간인 Rz의 경우 영양염의 제한에 의한 결과보다 빛이 제한 요인으로 작용하여 식물플랑크 톤의 성장에 영향을 준 것으로 판단되었다. 그리고 지점 Tz의 경우는 빛이 한 요인으로 작용을 한 것으로 조사되었지만, 어류나 동물성플랑크톤의 섭식으로 인한 식물플랑크톤 성장에 영향을 준 것으로 조사되었다. 하류 구간인 Lz의 경우는 빛이 가장 큰 제한 요인으로 작용한 것을 확인할 수 있었다(Fig.
따라서 유역 면적에 따른 3개의 인공호 그룹과 그 그룹에 속한 인공호 수질변수들(TN, TP, BOD, COD, CHL, TN/TP ratio)과의 상관성을 분석한 결과(Table 2, Fig. 5), TN은 대형인공호에서 평균 1.8±0.2 (1.6~2.0) mg L-1 , 중형인공호에서 평균 1.4±0.3 (1.2~1.7) mg L-1 , 소형인공호에서는 평균 1.5±0.3 (1.1~1.8) mg L-1로 나타났으며, TP는 대형인공호에서 평균 22.8±11.6 (11.2~34.3) μg L-1 , 중형인공호에서 평균 19.4±7.3 (12.2 ~26.7) μg L-1, 소형인공호에서 17.3±7.2 (10.1~24.5) μg L-1로 나타나 인공호의 크기가 작아질수록 TP의 농도가 낮아지는 것으로 나타났다(Table 2, Fig. 5).
각 구간별 특징을 살펴보면, Rz는 상대적으로 빠른 유속을 보였으며, 투명도가 낮고, 부유물이 많은 특징을 보였다. 또한 1차 생산이 빛에 의하여 제한되는 특성을 보였으며, 영양물질의 공급은 주로 외부기원으로 이루어지고, Tz나 Lz보다 부영양상태를 보이는 경향을 보이고 있었다. Tz는 유속이 감소하고, 광 제한이 완화되는 특징을 보였으며, 1차 생산력이 상대적으로 높은 특징을 나타냈다.
이는 조류 생체량은 영양염류의 농도뿐만 아니라 수층의 안정화된 물리적 요인에도 영향을 받는 것으로 판단되었 다(An and Park, 2002; An, 2003). 또한 장마기의 CHL 농도가 장마 후기보다 더 낮은 이유는 장마기 호소의 유입량과 유출량의 급격한 증가로 인한 수체류 시간의 감소로 인해 조류의 세척현상(Flushing rate)과 Inorganic SS 등 유입물의 증가로 인한 인공호의 탁도 증가와 광투 과도의 감소에 의해 CHL 생산량이 감소하는 것으로 사료되었다. 한편 여름철 몬순강우에 의해 CHL 농도가 증가함을 알 수 있는데, 이는 이 등(2002)의 호소의 수화현상 (Algal bloom)이 하절기 집중호우 이후에 나타날 가능성을 시사하는 것과도 일치하는 것으로 나타났다.
물리적 변수를 이용하여 9개의 인공호에 대한 유사도 분석을 실시한 결과, 90% 이상의 유사도 지수에 의거할 때, 인공호는 크게 유역면적에 따라서 3개의 그룹으로 대별 되었다(Fig. 3). 유역면적이 2,000 km²이상이고 호소 면적, 수심, 저수량 등이 높은 값을 가지는 충주호(6,648 km² ), 대청호(3,204 km² ), 소양호(2,703 km²)가 대형인공호(Large-size reservoir)로 구분되었고, 유역면적인 500~2,000 km² 사이인 안동호(1584 km²), 주암호(1,010 km²), 용담호 (930 km²), 합천호(925 km²)가 중형인공호(Mid-size reservoir), 유역면적이 500 km² 이하이고, 호소 크기뿐 아니라 유입, 방류량 또한 작은 것으로 나타난 횡성호(209 km²), 부안호(59 km²)가 소형인공호(Small-size reservoir)로 구분하였다(Fig.
CHL의 월별 분석에 의하면 3개 인공호 모두 9월에 가장 높은 값을 보였는데, 이는 CHL이 수층이 안정하고 빛과 영양물질이 적당한 양으로 유입되는 가을에 높은 농도를 보인 것(허, 2002)으로 사료되었다. 반면, SD는 대청호, 안동호에서 매년 증가하는 것으로 나타났으며, 횡성호에서는 SD가 증가하다가 2007년에 감소하는 것으로 나타났다(Fig. 7).
시간적인 수질 변화를 분석하기 위하여 대형인공호(대청호), 중형인공호(안동호), 소형인공호(횡성호)별 대표성을 갖는 인공호를 선정하여 연별 수질자료를 분석하였다. 분석 결과, TN의 농도는 대청호에서 농도가 점차 증가하는 경향을 보였으며, 안동호에서는 2004년부터 TN의 농도가 감소하여 2006년에 1.2 mg L^-1가장 낮은 값을 나타냈다(Fig. 6). TP의 농도는 대체로 대청호, 횡성호, 안동호 순으로 농도가 낮아지는 것으로 나타났다.
2b). 소양호, 충주호, 대청호는 호소 면적, 유역면적, 유입량, 방류량이 높은 값을 보이는 대형 인공호인 반면, 횡성호, 부안호는 호소 크기뿐 아니라 유입, 방류량이 작은 것으로 나타났다(Fig. 2c-f). 저수면적, 유역면적, 유입량, 방류량은 대체로 충주호, 대청호, 소양호, 안동호, 용담호, 주암호, 합천호, 횡성호, 부안호 순으로 작아졌으며, 그 양상이 매우 유사하게 나타났다.
몬순강우가 인공호 수질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 10개의 수질변수(pH, DO, BOD, COD, SS, TN, TP, CHL, SD, EC)를 대상으로 그 변화양상을 분석하였다. 수질변화를 분석하기 위하여 인공호를 3개의 구간(Rz, Tz, Sz)으로 구분하여 비교하였으며, 분석한 결과, 8개의 수질 변수 중 pH, DO, BOD, SS, TN, TP, CHL, EC 유수대(Rz)에서 정수대(Lz)로 갈수록 그 수치가 감소하는 양상을 보인 반면(Table 1), SD는 정수대(Lz)로 갈수록 수치가 증가하였다. 이러한 결과는 정수대로 갈수록 유속의 종적 변화가 감소하기 때문에 입자성 영양염류의 침전율이 증가하고, 수층으로부터 영양염류가 감소하기 때문에 CHL의 감소하게 되고, 이에 따라서 SD가 증가하는 것으로 사료되었다.
수질에 대한 장마의 영향을 분석하기 부영양화 지수와 관계된 수질 변수(TN, TP, CHL, SD)자료를 장마전기 (Pre-monsoon), 장마기(Monsoon) 및 장마후기(Post-monsoon)로 구분하여 3개 인공호 수질자료(2003~2007년)를 비교한 결과, TN, TP는 대체로 장마기 동안 그 수치가 높았던 반면, SD는 장마기 동안 그 수치가 낮게 나타났다 (Fig. 8). 이는 장마기 동안 집중강우에 의한 TN, TP의 유입과 CHL의 증가로 인하여 SD는 낮아진 것으로 사료되었다.
8) μg L^-1로 가장 큰 값과 변이 폭을 보였는데, 이와 같은 특징은 대청호가 다른 인공호에 비하여 강(금강)의 중∙하류부에 위치하고 있는 인공호이며, 상류에 용담호가 존재하고 있어서 장마철 상류댐(용담호)의 방류로 인하여 대청호의 수질에 영향을 주기 때문인 것으로 사료되었다(이 등, 2008). 유기물 오염의 지표로 이용되는 BOD 와 COD의 평균 농도 및 범위는 인공호 크기별로 차이가 없으며(Fig. 5), 전체 인공호의 BOD 평균값은 1.3 mg L^-1(1.0~1.6 mg L^-1 ), COD 평균값은 2.5 mg L^-1(2.2~2.9 mg L^-1)로 나타나, 환경부 수질기준에 의거해 Ib 등급으로 평가되었다. BOD 평균 농도는 대체로 중형인공호에서 높았으며, 대형인공호에서 낮은 값으로 보였다(Table 2).
CHL : TP ratio는 3개의 인공호 모두 Rz에서 Lz로 갈수로 감소하는 것으로 나타나 하류로 갈수록 CHL은 TP에 대한 의존도가 높아지는 것을 간접적으로 반영하였다. 유역 면적이 큰 대형인공호에서 TP의 의존도는 더 큰 것으로 나타났으며, 유역면적이 작아질수록 의존도도 낮아지는 것을 나타냈다(Fig. 10). TN : TP ratio에서 유역 크기별로 비교한 결과, TN : TP ratio 값이 70 이상으로 TN보다는 TP에 의하여 1차 생산력이 영향을 받는 것으로 사료되었다.
3). 유역면적이 2,000 km²이상이고 호소 면적, 수심, 저수량 등이 높은 값을 가지는 충주호(6,648 km² ), 대청호(3,204 km² ), 소양호(2,703 km²)가 대형인공호(Large-size reservoir)로 구분되었고, 유역면적인 500~2,000 km² 사이인 안동호(1584 km²), 주암호(1,010 km²), 용담호 (930 km²), 합천호(925 km²)가 중형인공호(Mid-size reservoir), 유역면적이 500 km² 이하이고, 호소 크기뿐 아니라 유입, 방류량 또한 작은 것으로 나타난 횡성호(209 km²), 부안호(59 km²)가 소형인공호(Small-size reservoir)로 구분하였다(Fig. 4). 이처럼 우리나라의 인공호 수질은 강수량이나 유량과도 밀접한 관계를 보이고 있지만(Jones et al.
이와 같은 결과는 TN, TP, CHL가 SD에 직접적인 영향을 주고 있으며, 서로 유기적인 상관관계를 가지고 있는 것으로 사료되었다. 유역크기(대청호, 안동호, 횡성호)에 따른 Rz, Tz, Lz에서 수질자료를 비교한 결과에서도, TN, TP, CHL, SS, EC는 Rz에서 Lz으로 갈수록 그 수치는 감소하는 양상을 보였다. 한편 대형인공호(대청호)에서 각 수질의 변동폭이 TP (19~30 μg L^-1 ), CHL (6.
수질변화를 분석하기 위하여 인공호를 3개의 구간(Rz, Tz, Sz)으로 구분하여 비교하였으며, 분석한 결과, 8개의 수질 변수 중 pH, DO, BOD, SS, TN, TP, CHL, EC 유수대(Rz)에서 정수대(Lz)로 갈수록 그 수치가 감소하는 양상을 보인 반면(Table 1), SD는 정수대(Lz)로 갈수록 수치가 증가하였다. 이러한 결과는 정수대로 갈수록 유속의 종적 변화가 감소하기 때문에 입자성 영양염류의 침전율이 증가하고, 수층으로부터 영양염류가 감소하기 때문에 CHL의 감소하게 되고, 이에 따라서 SD가 증가하는 것으로 사료되었다.
9). 이와 같은 결과는 TN, TP, CHL가 SD에 직접적인 영향을 주고 있으며, 서로 유기적인 상관관계를 가지고 있는 것으로 사료되었다. 유역크기(대청호, 안동호, 횡성호)에 따른 Rz, Tz, Lz에서 수질자료를 비교한 결과에서도, TN, TP, CHL, SS, EC는 Rz에서 Lz으로 갈수록 그 수치는 감소하는 양상을 보였다.
21)을 보여 TN : TP ratio가 TP의 변동 폭에 의해 주로 조절되는 것으로 사료되었다. 이와 같이 호수의 유역면적에 따라서 수질변이에 많은 차이를 보이는 것으로 나타나는데, 특히 소형인공호에서 대형인공호로 갈수록 수질의 오염도가 악화되는 것으로 나타났다. 이는 호소의 유역면적과 유입량이 크기 때문에 주변 유역으로부터 유입되는 오염원이 상대적으로 많기 때문인 것으로 사료되었다.
인공호별 강우량을 비교한 결과, 횡성호가 1,756 m²로 가장 많은 강우량을 보였으며, 용담호가 1,259 m²로 가장 적은 강우량을 기록하였다(Fig. 2b). 소양호, 충주호, 대청호는 호소 면적, 유역면적, 유입량, 방류량이 높은 값을 보이는 대형 인공호인 반면, 횡성호, 부안호는 호소 크기뿐 아니라 유입, 방류량이 작은 것으로 나타났다(Fig.
인공호별로 분석한 결과, BOD는 합천호에서 평균 1.6±0.4 mg L-1로 가장 높은 값을 보였으며, 소양호에서 1.0±0.2 mg L-1로 가장 낮은 값을 보였다.
001) 가량 설명하여 우기 동안의 강우가 당년의 총강우량을 거의 결정한다는 것을 확인하였으며, 이러한 특성이 인공호의 이∙화학적 수질 측정값에 직접적인 영향을 준다는 결과가 폭넓게 보고되고 있다(An and Jones, 2000a; An, 2001; An and Kim, 2003; 김과 김, 2004). 장마기 동안 강수량이 355 m²로 장마전기(143 m²)나 장마후기(122 m²)에 비해 월등히 강수량이 많음을 알 수 있었다.
반면 유역면적이 작은 소형인공호는 유역으로부터 유입되는 유입량에 대하여 수질변수들의 의존도가 강하기 때문에 호수 내 수질 변수들 간 상관성이 낮은 것으로 판단된다. 저수량과 유역면적에 대한 영향이 비교적 적은 중형인공호에서 CHL은 SD와 가장 밀접한 상관관계를 보였으며, TP와의 상관도에서도 유의한 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 이는 수체가 비교적 불안정한 지점 Rz, Tz에서 SD가 1차 생산량에 가장 큰 영향을 미치는 반면, 수체가 안정된 지점 Lz에서는 투명도와 함께 총인의 농도가 조류생장에 제한요인으로 작용하는 것으로 사료되었다(Table 3).
2c-f). 저수면적, 유역면적, 유입량, 방류량은 대체로 충주호, 대청호, 소양호, 안동호, 용담호, 주암호, 합천호, 횡성호, 부안호 순으로 작아졌으며, 그 양상이 매우 유사하게 나타났다. 이와 같은 결과는 인공호의 규모와 같은 형태학적 차이뿐만 아니라 수리∙수문학적인 특성이 부영양화 현상을 조절하는 가장 중요한 인자로 호소 내 수질 변화에 영향을 주는 것으로 사료되었다(Jones et al.
이는 장마기 동안 집중강우에 의한 TN, TP의 유입과 CHL의 증가로 인하여 SD는 낮아진 것으로 사료되었다. 한편 CHL 농도는 장마전기, 장마기, 장마후기로 갈수록 농도가 높아지는 경향을 보였다. 이와 같은 결과는 인공호 구간 중 상류 구간인 Rz의 경우 영양염의 제한에 의한 결과보다 빛이 제한 요인으로 작용하여 식물플랑크 톤의 성장에 영향을 준 것으로 판단되었다.
또한 Rz에서 Lz로 진행됨에 따라서 SD의 값은 증가하는데, 이는 Rz에서 수체가 안정되는 장마후기에 조류 생체량(CHL)의 증가를 유발하여 수체 내 투명도를 감소시키는 반면(박과 안, 2007), Lz에서는 외부로부터 유입된 영양물질이 침전과정을 걸쳐 수체 내 투명도가 증가된 것으로 사료되었다. 한편 SD는 Lz가 Rz와는 다르게 10월부터 이듬해 6월까지 지속적으로 수치가 낮아진 것으로 나타났는데, 이는 유입수가 호소수와의 밀도차를 보여 유입수가 중층으로 유입된 결과, 상층부에는 유입수의 영향이 미치지 않은 결과로 사료되었다(Table 1). EC는 7~8월 이후 그 수치가 급격히 작아졌으며, Rz에서 Lz로 갈수록 EC의 농도는 감소하는 것으로 나타났다, 또한 2003년에 비하여 2005년의 EC의 농도가 더 높은 것으로 나타나, An (2001)의 연구와 마찬가지로 EC의 농도는 강우와 높은 연관성이 있는 것으로 사료되었다(Table 1).
1차 생산자의 생장을 제한하는 제한 요인을 분석하기 위하여 각 지점별 영양염류 및 투명도와의 상관도를 비교하였다(Table 3). 호수의 유역면적별로 구분하여 비교하였을 때, 중형인공호에서 수질 변수들 간의 유의한 상관성을 갖는 것으로 분석되었으며, 상대적으로 유역면적이 큰 대형인공호나 유역면적이 작은 소형인공호에서는 유의한 상관성을 보이지 않는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 몬순기의 영향에 대하여 대형인공호에서의 수질변화는 인공호 내의 많은 저수량 특정 수질 변수 변화에 대한 반응에 희석효과나 완충 작용 등으로 인하여 즉각적인 반응이 일어나지 않기 때문인 것으로 사료되었다(An, 2000b).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라의 연평균 강수량은?	우리나라는 연평균 강수량이 1,245 m2 로 세계 평균 강수량인 880 m2 보다 1.4배나 높아 연간 총강수량이 1,267 억m2 로 많은 양의 수자원을 보유하고 있지만, 이 중 용수 로 이용되는 강수량은 301억m2 로 연간 총강수량의 26% 정도만 사용할 수 있으며, 이중 국민 1인당 사용할 수 있는 연 강수량은 2,591 m2로 세계 1인당 연 강수량의 1/8 에 불과하여 사용할 수 있는 강수량이 극히 적은 것으로 나타난다(국토해양부, 2006).
	우리나라의 자연조건을 수자원의 이용측면에서 불리한 자연조건이라고 하는 이유는?	4배나 높아 연간 총강수량이 1,267 억m2 로 많은 양의 수자원을 보유하고 있지만, 이 중 용수 로 이용되는 강수량은 301억m2 로 연간 총강수량의 26% 정도만 사용할 수 있으며, 이중 국민 1인당 사용할 수 있는 연 강수량은 2,591 m2로 세계 1인당 연 강수량의 1/8 에 불과하여 사용할 수 있는 강수량이 극히 적은 것으로 나타난다(국토해양부, 2006). 이와 같은 이유는 국토의 65 %가 산악지형이고, 하천경사가 급한 지리적 특성으로 많은 양의 강수가 육지에 머물지 않고, 대부분 바다로 빠져 나가는 지형적인 특성을 가지고 있기 때문에 수자원의 이용측면에서 불리한 자연조건을 가지고 있다. 이에 따라서 정부에서는 용수의 이용도를 높이기 위해 하천에 댐이나 하구언을 건설하여 정체된 수계인 저수지 등과 같은 인공호를 4대강 전 권역에 많이 조성되어 생활용수 및 농∙공업용수로 이용하고 있다(김, 2003).
	수자원의 이용측면에서 불리한 자연조건을 극복하기 위한 정부의 노력은?	이와 같은 이유는 국토의 65 %가 산악지형이고, 하천경사가 급한 지리적 특성으로 많은 양의 강수가 육지에 머물지 않고, 대부분 바다로 빠져 나가는 지형적인 특성을 가지고 있기 때문에 수자원의 이용측면에서 불리한 자연조건을 가지고 있다. 이에 따라서 정부에서는 용수의 이용도를 높이기 위해 하천에 댐이나 하구언을 건설하여 정체된 수계인 저수지 등과 같은 인공호를 4대강 전 권역에 많이 조성되어 생활용수 및 농∙공업용수로 이용하고 있다(김, 2003).

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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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