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문제 정의
- 특히 환경부에서 실시하고 있는 수질측정망을 통해 수질항목들에 대한 자료가 확보되어 수질의 시공간적 변동과 같은 현황(Kang and An, 2006)이 보고되었지만 이러한 자료를 이용한 장기적 통계 분석과 같은 해석은 제시되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 기존에 확보된 장기 수질 자료를 활용하여 조류 발생(클로로필 a)과 수질에 대한 장기적 경향을 분석함으로써 수질 대책의 효과를 확인하고 향후 지속적인 대책마련을 위한 기초자료와 정보를 제공하고자 한다.
제안 방법
- TN/TP ratio는 조류발생에 영향을 미치는 제한영양염을 평가할 수 있는 간접지수로 사용되어(Smith, 1983; Fujimoto and Sudo, 1997; Seppälä et al., 1999) 이에 대한 장기 동향 분석을 실시하였다.
- 물환경정보시스템의 수질 자료는 월별로 표층수에서 수질항목에 대해 측정한 자료인데, 그 중 수질을 대표할 수 있는 BOD, COD, TN, TP, TN/TP, 클로로필 a, 전기전 도도, 부유물질 자료를 시계열 형태로 정리하였다. 본 연구에서 사용된 수질항목은 규칙적으로 측정이 이루어져 결측치가 거의 존재하지 않았다.
- 영산강을 대상으로 1992년부터 2009년까지 18년 동안 수집된 환경부 물환경정보시스템의 수질측정망 자료를 이용하여 수질 변동에 대한 장기적 경향을 통계 분석하였다. 영산강 본류에 위치한 9개 지점(우치, 광주1, 광주2, 광산, 나주, 영산포, 함평, 무안1, 무안2)에서 월별로 표층 수에서 수질항목에 대해 측정하였고, 클로로필 a, 전기전도도, BOD, TN, TP 자료를 시계열 형태로 정리, 분석하였다. 경향분석은 MYSYSTAT 12 통계패키지를 이용하여 계절 맨-켄달 검정법과 LOWESS 검정법을 실시하였다.
- 영산강을 대상으로 1992년부터 2009년까지 18년 동안 수집된 환경부 물환경정보시스템의 수질측정망 자료를 이용하여 수질 변동에 대한 장기적 경향을 통계 분석하였다. 영산강 본류에 위치한 9개 지점(우치, 광주1, 광주2, 광산, 나주, 영산포, 함평, 무안1, 무안2)에서 월별로 표층 수에서 수질항목에 대해 측정하였고, 클로로필 a, 전기전도도, BOD, TN, TP 자료를 시계열 형태로 정리, 분석하였다.
- 하천은 본류와 주요 지류들로 연결되어 있어 모든 오염원은 본류로 유입되어 본류의 하류로 집중하게 되므로 영산강의 본류를 중심으로 9개 지점을 대상으로 수질항목별 분석을 실시하였다. 조사지점은 본류에 해당되는 우치(WC), 광주1 (GJ1), 광주2 (GJ2), 광산(GS), 나주(NJ), 영산포(YSP), 함평(HP), 무안1 (MA1), 무안2 (MA2) 9개 지점을 선정하였다(Fig.
대상 데이터
- 1. Water quality monitoring stations located along the channel of Yeongsan River (the base map was provided by WAMIS, http://www.wamis.go.kr).
- 1). 분석 항목은 BOD (Biological Oxygen Demand), COD (Chemical Oxygen Demand), TN (Total Nitrogen), TP (Total Phosphorus), TN/TP, 클로로필 a (chl-a), 전기전도도(conductivity), 부유물질(Total Suspended Solids, TSS)이며, 하천수 수질측정망을 통해 확보된 자료(환경부 물환경정보시스템, http://water.ni er.go.kr)를 이용하였다. 수질측정망 운영계획에 따라 시료의 채취방법, 채취시료의 보존, 현장측정, 시험은「수질오염공정시험기준」에 의거하여 실시되었다.
- , 1999) 이에 대한 장기 동향 분석을 실시하였다. 조사지점별로 자료구축 시기의 차이가 있어 1992년부터 2009년까지 18년 동안 수집된 수질 자료를 분석하였고 클로로필 a는 2001년부터 2009년 자료를 분석하였다.
- 하천은 본류와 주요 지류들로 연결되어 있어 모든 오염원은 본류로 유입되어 본류의 하류로 집중하게 되므로 영산강의 본류를 중심으로 9개 지점을 대상으로 수질항목별 분석을 실시하였다. 조사지점은 본류에 해당되는 우치(WC), 광주1 (GJ1), 광주2 (GJ2), 광산(GS), 나주(NJ), 영산포(YSP), 함평(HP), 무안1 (MA1), 무안2 (MA2) 9개 지점을 선정하였다(Fig. 1). 분석 항목은 BOD (Biological Oxygen Demand), COD (Chemical Oxygen Demand), TN (Total Nitrogen), TP (Total Phosphorus), TN/TP, 클로로필 a (chl-a), 전기전도도(conductivity), 부유물질(Total Suspended Solids, TSS)이며, 하천수 수질측정망을 통해 확보된 자료(환경부 물환경정보시스템, http://water.
- 총인은 가장 상류에 위치한 우치와 가장 하류에 위치한 무안1, 무안2 지점에서 증가 경향을 보였으며 맨-켄달 기울기 통계량은 0.002~0.005 mg L-1 Y-1이었다(Table 1, Fig. 5). 광주1, 광주2, 나주 지점은 통계적으로 유의한 감소 경향을 보였다.
데이터처리
- 영산강 본류에 위치한 9개 지점(우치, 광주1, 광주2, 광산, 나주, 영산포, 함평, 무안1, 무안2)에서 월별로 표층 수에서 수질항목에 대해 측정하였고, 클로로필 a, 전기전도도, BOD, TN, TP 자료를 시계열 형태로 정리, 분석하였다. 경향분석은 MYSYSTAT 12 통계패키지를 이용하여 계절 맨-켄달 검정법과 LOWESS 검정법을 실시하였다. 경향분석 결과, 최상류 지점인 우치 정점에서 수질 항목들의 수치가 증가하는 것으로 나타났으나 나머지 정점에서는 전체적으로 클로로필 a와 더불어 수질이 개선되고 있는 것으로 확인되었다.
- 본 연구에서 사용된 수질항목은 규칙적으로 측정이 이루어져 결측치가 거의 존재하지 않았다. 경향분석은 MYSYSTAT 12 통계패키지를 이용하여 실시하였다. 클로로필 a와 수질항목들과의 상관성은 Pearson’s correlation analysis를 이용하여 분석하였다.
- 계절 맨-켄달 검정법은 자료의 대상기간 동안 선형 경향을 기본 가정으로 하기 때문에 대상기간 중 경향성이 변할 경우 이를 적절히 반영할 수 없다(Kim and Park, 2004; Lee and Park, 2009). 자료의 대상기간 중 변화하는 경향성을 파악하고 수질 자료의 변화 경향을 정성적으로 분석하기 위하여 LOWESS (Locally Weighted Scatterplot Smoother) 통계 분석 방법을 실시하였다. LOWESS는 x 값에 대해 이동직선을 구하고 이로부터 y의 평활값을 얻은 후 이 평활점들을 직선으로 연결한 것이다(Cleveland, 1979).
- 클로로필 a와 수질항목들과의 상관성은 Pearson’s correlation analysis를 이용하여 분석하였다.
이론/모형
- kr)를 이용하였다. 수질측정망 운영계획에 따라 시료의 채취방법, 채취시료의 보존, 현장측정, 시험은「수질오염공정시험기준」에 의거하여 실시되었다. TN/TP ratio는 조류발생에 영향을 미치는 제한영양염을 평가할 수 있는 간접지수로 사용되어(Smith, 1983; Fujimoto and Sudo, 1997; Seppälä et al.
성능/효과
- BOD와도 유의한 양의 상관성을 나타내어(R=0.39, P⁄0.01) TN, TP, TSS 등의 수질인자들(R¤0.20)보다 높은 상관성을 보였다.
- COD의 경우 BOD와 동일하게 우치 지점에서 증가경향(맨-켄달 기울기 통계량 0.04 mg L-1 Y-1)을 보였고, 광주1과 무안2를 제외한 나머지 지점에서는 감소하는 경향을 보였다(Table 1, Fig. 3). 맨-켄달 기울기 통계량은 -0.
- 300 mg L-1 Y-1의 분포를 보였으며 광주2지점에서 가장 크게 감소하는 경향을 보였다. LOWESS 결과, 우치, 광주1, 광산, 영산포, 함평, 무안1 지점에서는 2002년 이후 감소했다가 증가하는 경향을 보인 반면, 광주2 지점은 2002년 이후 증가했다가 감소하는 경향을 보였다(Fig. 3). 이러한 경향은 최근 광주광역시에서 배출되는 도시 생활하수 및 폐수의 수처리가 이루어지고 있기 때문이라고 사료된다.
- 나머지 광주1, 광주2, 나주, 영산포 지점에서는 유의한 경향성이 없는 것으로 나타났다. LOWESS 결과를 보면, 대부분 지점들에서 기간 내 경향성의 변화가 나타났다(Fig. 4). 총질소 농도가 90년대 후반까지 증가한 후 유지되다가 최근 2005년 이후 다시 감소하는 경향을 보였다.
- LOWESS 결과를 보면, 대부분 지점들에서 기간 내 경향성의 변화가 나타났다(Fig. 9). 우치, 광산, 함평, 무안2지점은 2005년까지 증가하거나 유지되었다가 2006년, 2007년에 감소하였지만 이후 다시 증가하는 추세를 보 였다.
- 400 mg L-1 Y-1의 분포를 보였으며 광주2 지점에서 가장 크게 감소하는 경향을 보였다. LOWESS 결과를 보면, 시기별로 각 지점마다 약간의 증감이 나타나는 것을 알 수 있었다(Fig. 8).
- 나머지 광산, 영산포, 함평 지점은 유의수준 95%기준, 통계적으로 유의한 경향성을 보이지 않아 지난 18년 동안 총인의 농도의 변화가 없었다고 할 수 있다. LOWESS 경향 분석 결과 우치와 광주1 지점을 제외한 나머지 지점에서는 지난 18년 동안 약간의 증감이 존재하다가 최근 2005년 이후 감소하는 경향인 것으로 나타났다(Fig. 5). 총질소와 총인 농도의 2005년 이후의 감소 경향은 2005년 8월부터 광주와 나주를 시작으로 실시된 수질오염총량관리제의 영향으로 판단된다.
- 그 외의 지점에서는 통계적으로 유의한 경향을 보이지 않았다. LOWESS 경향 분석 결과, 상류인 우치, 광주1, 광주2 지점에서는 약간의 증감이 존재하였고, 중류인 광산, 나주, 영산포 지점에서는 2000년 이후 증가하는 경향을 보였다(Fig. 7).
- 경향분석은 MYSYSTAT 12 통계패키지를 이용하여 계절 맨-켄달 검정법과 LOWESS 검정법을 실시하였다. 경향분석 결과, 최상류 지점인 우치 정점에서 수질 항목들의 수치가 증가하는 것으로 나타났으나 나머지 정점에서는 전체적으로 클로로필 a와 더불어 수질이 개선되고 있는 것으로 확인되었다. 다만 클로로필 a (조류 발생), BOD, COD 등은 2007년 이후인 최근에 다시 수치가 증가하는 것으로 나타나 이에 대한 원인조사와 대책마련이 필요할 것으로 사료된다.
- 계절 맨-켄달 검정법을 이용해 18년간(1992년~2009년)의 경향 분석을 수행한 결과 BOD는 가장 상류에 위치한 우치 지점에서 맨-켄달 기울기 통계량 0.05 mg L-1 Y-1의 증가경향을 보였다(Table 1, Fig. 2). 상류에 위치한 광주2와 중류에 위치한 나주, 영산포 지점은 감소 경향이 었다.
- 계절 맨-켄달 검정법을 이용해 9년간(2001~2009)의 경향분석을 수행한 결과 클로로필 a는 우치, 광산, 함평, 무안2를 제외한 전체 지점에서 통계적으로 유의한 감소 경향을 보였다(Table 2, Fig. 9). 맨-켄달 기울기 통계량은 -1.
- 5). 광주1, 광주2, 나주 지점은 통계적으로 유의한 감소 경향을 보였다. 맨-켄달 기울기 통계량은 -0.
- 20)보다 높은 상관성을 보였다. 또한 강수량(월합), 방류량(월합), 수온, 일조시간 등의 환경인자들과도 낮은 상관성을 나타내었다.
- 따라서 인의 제한 강도가 강해질 경우 인에 대한 조류들의 민감성이 높아질 수 있는 가능성이 있다. 본 연구의 조류 발생 경향에서도 2007년 이후에 조류 발생량이 증가하는 경향을 보인 것(Fig. 9)은 총인이 지속적으로 감소함에도 불구하고 조류 발생량은 지속적으로 감소되지 않은 것으로 나타나 영양염 인 외에도 조류 발생에 영향을 미치는 환경 인자가 존재할 수 있을 것으로 판단된다.
- 부유물질은 가장 상류에 위치한 우치 지점에서 증가하는 경향을 보였으며 맨-켄달 기울기는 0.123 mg L-1 Y-1로나타났다(Table 2, Fig. 8). 영산포, 함평, 무안1 지점은 통계적으로 유의한 경향을 보이지 않았고, 그 외의 지점에서는 감소되는 경향을 나타냈다.
- 전기전도도의 경향 분석 결과를 보면 상류인 우치와 광주1 지점에서 증가하는 경향을 나타냈고, 맨-켄달 기울기 통계량은 3.000~3.571 mg L-1 Y-1이었다(Table 2, Fig. 7). 그 외의 지점에서는 통계적으로 유의한 경향을 보이지 않았다.
- 조류 발생의 경향은 COD와 같은 수질항목의 장기적 경향과 유사한 형태를 보이고 있으며 상관성 조사에서 클로로필 a와 COD는 유의한 양의 상관성을 보여주었다(R=0.41, P⁄0.01).
후속연구
- 결론적으로 본 연구결과를 통해 수질이 악화되어 있는 영산강의 수질 개선을 위해서는 조류 발생과 같은 내부 생산에 의한 유기물 생성 억제 필요성을 제시하고 있고, 이러한 조류 발생 관리를 위해서는 본 연구와 같이 기본 적인 환경인자들에 대한 장기적 추세 해석과 더불어 단기적인 조류 발생 기작과 생리, 생태에 대한 조사도 필요할 것으로 사료된다. 또한 총인과 같은 단일적인 오염물질, 절대농도 감소보다는 N : P ratio를 고려하는 총질소의 감소 방안도 필요하고, 탁도와 같은 환경인자들도 고려하는 종합적 수질관리 방안 도출이 필요하다고 볼 수 있다.
- 경향분석 결과, 최상류 지점인 우치 정점에서 수질 항목들의 수치가 증가하는 것으로 나타났으나 나머지 정점에서는 전체적으로 클로로필 a와 더불어 수질이 개선되고 있는 것으로 확인되었다. 다만 클로로필 a (조류 발생), BOD, COD 등은 2007년 이후인 최근에 다시 수치가 증가하는 것으로 나타나 이에 대한 원인조사와 대책마련이 필요할 것으로 사료된다.
- 클로로필 a는 일차생산자인 미세조류의 생체량을 대표하는 지시인자로 최근 빈발하고 있는 조류 대발생을 관리하기 위해서 경향 분석이 필요한 항목이라 할 수 있다. 또한 이 항목과 더불어 TN/TP, 전기전도도, 부유물질, COD와 같은 다른 수질 항목들의 경향과 상관성도 해석할 필요가 있다.
- 결론적으로 본 연구결과를 통해 수질이 악화되어 있는 영산강의 수질 개선을 위해서는 조류 발생과 같은 내부 생산에 의한 유기물 생성 억제 필요성을 제시하고 있고, 이러한 조류 발생 관리를 위해서는 본 연구와 같이 기본 적인 환경인자들에 대한 장기적 추세 해석과 더불어 단기적인 조류 발생 기작과 생리, 생태에 대한 조사도 필요할 것으로 사료된다. 또한 총인과 같은 단일적인 오염물질, 절대농도 감소보다는 N : P ratio를 고려하는 총질소의 감소 방안도 필요하고, 탁도와 같은 환경인자들도 고려하는 종합적 수질관리 방안 도출이 필요하다고 볼 수 있다.
- 하지만 상류지점인 우치 지점은 다른 중류나 하류 지점과는 달리 많은 수질 인자들이 증가추세로 나타나 이에 대한 대책이 필요할 것으로 사료된다. 또한 총인에 비해 총질소는 감소보다는 증가 추세이고 이러한 영향 때문에 TN/TP ratio가 전체적으로 증가하는 경향을 보인 것은 향후 수질관리 대책 마련시 고려해야 할 사항이라 사료된다. 국내∙외적으로 담수환경에서는 일반적으로 인이 제한영양염으로 작용하는 것으로 알려져 있고(Hecky and Kiham, 1988; Jeong et al.
- 5)는 이러한 대책의 실효성을 입증할 만한 결과라 할 수 있다. 하지만 상류지점인 우치 지점은 다른 중류나 하류 지점과는 달리 많은 수질 인자들이 증가추세로 나타나 이에 대한 대책이 필요할 것으로 사료된다. 또한 총인에 비해 총질소는 감소보다는 증가 추세이고 이러한 영향 때문에 TN/TP ratio가 전체적으로 증가하는 경향을 보인 것은 향후 수질관리 대책 마련시 고려해야 할 사항이라 사료된다.
- 이러한 조류 발생의 증가는 수질 악화로 이어질 수 있는데 본 연구결과에서도 COD, BOD와 유의한 상관성을 보여주고 있다. 하지만 탁도뿐만 아니라 다른 환경요인들이 복합적으로 조류 발생 증가에 기여할 가능성도 배제할 수 없으므로 종합적인 조사를 통한 원인 분석이 필요할 것으로 사료된다.
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