[논문]통계분석을 이용한 영산강·섬진강수계 주요 유입지천의 수질 특성

박진환; 정재운; 김대영; 김갑순; 한성욱; 김현욱; 임병진

doi:10.14249/eia.2013.22.2.171

통계분석을 이용한 영산강·섬진강수계 주요 유입지천의 수질 특성
Water Quality Characteristics of the Major Tributaries in Yeongsan and Sumjin River Basin using Statistical Analysis 원문보기

환경영향평가 = Journal of environmental impact assessment, v.22 no.2, 2013년, pp.171 - 181

박진환 (국립환경과학원 영산강물환경연구소) , 정재운 (국립환경과학원 영산강물환경연구소) , 김대영 (국립환경과학원 영산강물환경연구소) , 김갑순 (국립환경과학원 영산강물환경연구소) , 한성욱 (국립환경과학원 영산강물환경연구소) , 김현욱 (서울시립대학교 환경공학부) , 임병진 (국립환경과학원 영산강물환경연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we report the water quality characteristics of pollutants for 4 major tributaries in the Yeongsan and Sumjin river basins using statistical analysis, such as regression equation and factor analysis. The flow rate and water qualtiy data collected from 4 sampling sites(Hwangryoung A, Jiseok A, Chooryeong A, Osu A) in the Yeonsan and Sumjin river basin during the past 3 years were analyzed for 11 parameters(flow rate, dissolved oxgen, pH, water temperature, electric conductivity, biochemical oxygen demand, chemical oxygen deman, total organic carbon, total nitorgen, total phosphorus, suspended solid). The results showed that the concentrations of BOD, COD, TOC, T-N, T-P in Hwangryoung A(HW) and Jiseok A(JS) of the Yeongsan river basin were decreased as the flow rate was increased. This means that rather than nonpoint soources, point sources affect water quality. In the cases of Chooryeong A(CR) and Osu A(OS) in the Sumjin river basin, howerever, nonpoint sources than point sources are an important factor that affects the water quality. Also, the factor analysis technique was employed to analyze principal component influencing on water quality. The results revealed that the first principal component in HW was correlated with EC, DO, T-N, water temperature. This "nitrogen influx according to seasonal pattern" factor may be interpreted. In JS, the first principal component was correlated with BOD, COD, TOC and is likely to represent "organic matter" processes. In CR and OS, BOD, COD, TOC, SS and T-P were significantly correlated and is considered as representing "Organic matter and adsorption of phosphorus on sediments influx". This study is expected to contribute to the effective pollution control/management of the surfac waters in the study sites.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이에 본 연구에서는 영산강·섬진강수계 주요 유입하천을 대상으로 실측된 유량자료와 수질자료를 활용하여 유량과 부하량의 회귀식을 개발하고 유량이 수질에 미치는 영향을 분석하였으며, 요인분석을 통해 수질에 영향을 미치는 주요 요인을 파악하였다.

제안 방법

본 연구는 영산강·섬진강수계의 주요 유입지천인 황룡A, 지석A, 추령A, 오수A의 수질 특성을 분석하기 위해 2009년 1월부터 2011년 12월까지 3년간 평균 8일 간격으로 유량 및 수질을 실측하였고 실측된 자료를 이용하여 회귀식과 요인분석을 실시하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.

대상 데이터

본 연구의 대상지역은 황룡A(HW), 지석A(JS), 추령A(CR), 오수A(OS) 유역이다. 이 측정지점은 영산강·섬진강 본류로 유입되는 주요 유입지천이며, 환경부에서 8일 간격의 유량과 수질을 측정한 지점이다(Fig.
수질 및 유량 조사는 2009년 1월부터 2011년 12월까지 3년간 평균 8일 간격으로 조사하였으며, 총 조사 횟수는 지점별로 평균 127회로 대상유역 말단에서 유량을 측정하고 동시에 수질시료를 채취하였다. 수질시료의 채취와 분석은 수질오염공정시험기준(환경부, 2008)에 준하여 실시하였으며, 수온, DO, pH, 전기전도도는 YSI 650MDS를 이용하여 현장에서 직접 측정하였다.

데이터처리

본 연구에서는 고유치(Eigen Value)를 기준으로 요인분석을 실시하였다. 고유치는 요인이 설명할수 있는 변수들의 분산 크기를 나타내는 것으로 고유치가 1보다 크다는 것은 하나의 요인이 변수 1개 이상의 분석을 설명해 준다는 것을 의미하며, 고유치가 1보다 작다는 것은 1개의 요인이 변수 1개의 분산도를 설명해 줄 수 없다는 것을 의미하므로 주요인을 추출하기 위해서는 통상 고유치가 1이상을 기준으로 결정한다.
본 연구에서는 모니터링을 통해 수집된 유량, 수온, pH, EC, DO, BOD, COD, SS, T-N, T-P, TOC 등의 수질자료를 이용하여 상관분석과 요인분석을 통계분석 프로그램인 SPSS(ver. 12.0)를 통해 분석하였다. 상관분석의 경우 두 변수간의 선형적인 상관관계를 파악하는 것으로 한 변수가 다른 변수와의 관련성이 있는지 여부와 관련성이 있다면 어느정도의 관련성이 있는지를 알고자 할 때 유용한 기법이다.

이론/모형

또한 변수들이 여러 요인에 대하여 비슷한 요인부하량(Factor Loading)을 나타낼 경우에 변수들이 어느 요인에 속하는지 분별하기가 어렵다. 따라서 변수들의 요인부하량이 어느 한 요인에 높게 나타나도록 하기 위한 방법인 Varimax 방식을 이용하여 주요 요인을 판별하였다.
수질 및 유량 조사는 2009년 1월부터 2011년 12월까지 3년간 평균 8일 간격으로 조사하였으며, 총 조사 횟수는 지점별로 평균 127회로 대상유역 말단에서 유량을 측정하고 동시에 수질시료를 채취하였다. 수질시료의 채취와 분석은 수질오염공정시험기준(환경부, 2008)에 준하여 실시하였으며, 수온, DO, pH, 전기전도도는 YSI 650MDS를 이용하여 현장에서 직접 측정하였다.
하천유량의 측정은 수문관측 매뉴얼(건설교통부, 2004. 5)에 준하여 유속-면적법(Velocity-Area Method)을 이용하여 측정하였다. 측정에 사용된 유속계는 회전식유속계(Price USGS Type AA, LV, 와 USGS Pygmy 및 Valeport 002, 106)를 이용하였고 현장여건을 고려하여 도섭법과 추내림법을 통해 유량을 측정하였다.

성능/효과

1) 영산강수계 황룡A와 지석A의 오염물질별 유량-부하량 관계식을 도출한 결과 SS를 제외한 BOD, COD, TOC, T-N, T-P의 유량-부하량 관계식의 유량지수가 1보다 작거나 같아 유량증가에 따른 농도의 증가현상은 나타나지 않았다. 이는 비점오염원에 의한 추가적인 수질오염보다는 희석효과가 더 크다는 것을 의미하며, 황룡A와 지석A의경우 비점오염원 보다는 점오염원이 수질에 더 큰영향을 미치는 것으로 해석 될 수 있다.
2) 황룡A, 지석A, 추령A, 오수A의 유량과 수질 항목별 상관성은 유기물의 오염도를 나타내는 간접 지표인 BOD, COD, TOC간의 상관성이 높았고, 특히 COD와 TOC간의 상관성이 COD와 BOD, TOC와 BOD보다 더 높게 나타났다. 또한 유량, SS, TP의 상관성은 점오염원의 영향을 받는 황룡A와 지석A 보다는 비점오염원의 영향을 받는 추령A와 오수A에서 더 높은 상관성을 보였는데, 이는 집중강우시 다량의 유량에 의해 SS와 이에 흡착된 T-P가 유출되었기 때문인 것으로 판단된다.
3) 연구대상지점의 수질변화에 영향을 미치는 주요 인자를 파악하기 위한 요인분석을 실시한 결과 황룡A의 경우 제1요인은 EC, DO, T-N, 수온과 높은 상관성을 보여 “계절변화에 따른 질소계열 오염 물질 유입”과 관련이 있었으며, 지석A의 제1요인은 BOD, COD, TOC와 강한 상관성을 보여 “유기물질 유입”과 관련이 있는 것으로 나타났다. 또한 추령A와 오수A의 경우 제1요인은 모두 BOD, COD, TOC, SS, T-P와 강한 양(+)의 상관관계를 보여 “유기물질 유입과 SS에 흡착된 인계열 오염물질 유입“과 관련이 높은 것으로 나타났다.

후속연구

향후, 본 연구결과는 황룡A, 지석A, 추령A, 오수A 유역의 효율적인 수질관리를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. 하지만 본 연구의 결과는 특정유역(황룡A, 지석 A, 추령A, 오수A 유역)의 모니터링 자료를 이용하여 통계분석을 통해 도출된 결과로써, 영산강·섬진강 수계 전체 하천의 수질특성 해석을 위해 본 연구 자료를 사용할 경우 세심한 주의가 필요할 것으로 판단된다.
또한 추령A와 오수A의 경우 제1요인은 모두 BOD, COD, TOC, SS, T-P와 강한 양(+)의 상관관계를 보여 “유기물질 유입과 SS에 흡착된 인계열 오염물질 유입“과 관련이 높은 것으로 나타났다. 향후, 본 연구결과는 황룡A, 지석A, 추령A, 오수A 유역의 효율적인 수질관리를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. 하지만 본 연구의 결과는 특정유역(황룡A, 지석 A, 추령A, 오수A 유역)의 모니터링 자료를 이용하여 통계분석을 통해 도출된 결과로써, 영산강·섬진강 수계 전체 하천의 수질특성 해석을 위해 본 연구 자료를 사용할 경우 세심한 주의가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Karim 등이 주성분분석을 이용한 이유는?	외국의 경우 Karim 등(2003)과 Petersen 등(2001)은 New Jersey Passic 강과 Elbe 강에 대한 시·공간적 영양물질농도와 관련하여 수질에 영향을 미치는 요인간의 공통성을 파악하기 위해 주성분분석을 이용하였고, Bernard 등(2004)은 호소의 영양상태를 파악하고 관련 수질 항목들의 관리와 평가를 위하여 주성분 분석을 실시하였으며, Ying (2005)은 수질측정망 자료를 활용하여 지표수 수질을 평가하기 위하여 주성분 분석과 요인분석을 실시한 바 있다. 이처럼 다양한 수계에서 통계분석을 활용하여 수질에 영향을 미치는 요인을 분석하고 평가하는 연구가 활발히 진행되고 있지만 아직까지 영산강·섬진강수계 주요 유입하천을 대상으로 실측자료와 통계분석을 이용하여 수질에 영향을 미치는 요인을 분석하고 평가하는 연구는 아직까지 부족한 실정이다.
	효율적이고 체계적인 수질관리를 위해 우선되어야 할 사안은?	왜냐하면 수질은 오염물질의 희석과 확산, 오염물질의 배출정도, 그리고 미생물 분해와 조류의 광합성 등의 자연현상에서 다양하고 수많은 요인들의 복합적인 작용에 의하여 발생하기 때문이다(김영주, 2003). 따라서, 효율적이고 체계적인 수질관리를 위해서는 다양한 통계분석을 활용하여 수질에 영향을 미치는 인자를 도출하고 이들 사이의 상호영향 평가가 우선되어야 한다(박지형, 2011). 이러한 방법들에는 수질, 유량 및 오염부하량간의 상관관계를 분석하고 회귀식을 도출하여 수질, 유량, 부하량 사이의 관계를 해석하는 방법과 수질에 관련되는 요인들을 동시에 대입시켜 보다 객관성 있는 해석을 유도할 수 있는 다변량해석 기법이 있다(윤양호와 박종식, 2000).
	하천의 효율적인 수질관리와 평가를 위해 적은 항목을 이용하면 문제점이 발생하는 이유는?	하지만 모니터링 자료를 이용한 하천의 효율적인 수질관리와 평가를 위해서는 단순히 수질의 일반적인 단일항목 또는 2~3개의 항목만으로 수질을 평가하는데는 문제점이 있다. 왜냐하면 수질은 오염물질의 희석과 확산, 오염물질의 배출정도, 그리고 미생물 분해와 조류의 광합성 등의 자연현상에서 다양하고 수많은 요인들의 복합적인 작용에 의하여 발생하기 때문이다(김영주, 2003). 따라서, 효율적이고 체계적인 수질관리를 위해서는 다양한 통계분석을 활용하여 수질에 영향을 미치는 인자를 도출하고 이들 사이의 상호영향 평가가 우선되어야 한다(박지형, 2011).

참고문헌 (24)

건설교통부, 2004, 수문관측매뉴얼.
김영일, 이상진, 2011, 수질오염총량관리제 시행의 문제점과 개선방안 계획 수립시 고려사항, 대한환경공학회지, 33(6), 385-389.

원문보기 상세보기
김영주, 2003, 주성분분석에 의한 도시호수의 수질평가에 관한 연구, 환경관리학회지, 9(2), 197-203.
김요용, 이시진, 2011, 다변량 통계 분석기법을 이용한 한강수계 지천의 수질 평가, 대한환경공학회지, 33(7), 501-510.

원문보기 상세보기
김진수, 오승영, 김규성, 권순국, 2001, 관개기 광역논에서의 오염물질의 농도 특성, 한국농공학회, 43(6), 163-173.

원문보기 상세보기
박지형, 손수민, 류덕희, 2011, 경험식과 요인분석을 통한 오염물질 유출 특성 연구 -남한강 상.하류 수계 주요 하천을 중심으로-, 수질보전 한국물환경학회지, 27(6), 905-913.
박재현, 우보명, 1997, 산림유역내 강수로부터 계류수질에 미치는 영향인자 분석 -pH, 용존산소, 전기전도도-, 한국임학회지, 86(4), 489-501.

원문보기 상세보기
백경원, 정용태, 한건연, 송재우, 1996, 한강하류부 수질의 통계학적 해석, 한국수자원학회지, 29(2), 179-190.
유순주, 채민희, 황종연, 이재안, 박종겸, 최태봉, 2005, 담수 이후 용담호 영양상태 변동 요인 분석, 수질보전 한국물환경학회지, 21(4), 360-367.

원문보기 상세보기
윤양호, 박종식, 2000, 주성분분석에 의한 거금수도의 수질 환경 및 식물플랑크톤 변동 요인 해석, 한국환경과학회지, 9(1), 252-258.
유호식, 2002, 한강수질에 영향을 끼치는 요인들의 통계분석, 대한환경공학회지, 24(12), 2139-2150.

상세보기
이형진, 공동수, 김상훈, 신기식, 박지형, 김벽익, 김성미, 장승현, 천세억, 2007, 남한강수계 저수기 수질변동 특성에 관한연구, 수질보전 한국물환경학회지, 23(6), 889-896.

원문보기 상세보기
장주형, 이형진, 김현구, 박지형, 김지호, 류덕희, 2010, 점오염원과 비점오염원 부하량 정량화를 위한 수질.유량 모니터링 개선, 수질보전 한국물환경학회지, 26(5), 860-870.

원문보기 상세보기
정상만, 임경호, 최정현, 2000, 금강지류 유역에서의 유출량과 오염부하량의 상관관계 분석, 한국수자원학회논문집, 33(5), 527-536.

원문보기 상세보기
정승원, 이진환, 유종수, 2003, 한강하류의 환경학적 연구 V. 식물플랑크톤 군집의 대발생 특징, 한국조류학회지, 18(4), 255-262.
최한규, 백경원, 최용물, 오기호, 2002, 유량변동에 따른 소양강무역 수질의 통계학적 해석, 대한토목학회논문집, 22(2), 117-124.
환경부, 2008, 수질오염공정시험법.
환경부, 2009, 수질오염총량관리를 위한 목표수질/유량측정사업 통합운영지침.
Bernard, P., Antoine, L. and Bernard, L. 2004, Principal Component Analysis an Appropriate Tool for Water Quality Evaluation and Management application to a Tropical Lake System, Ecological Modeling, 178, 295-311.

상세보기
Colston, N. V., 1974, Characterization and treatment of urban land runoff, U.S. EPA-670/2-74-096.
Dolan, D. M., A. K. Yui, and R. D. Geist., 1981, Evaluation of River Load Estimation Methods for Tatal Phosphorus, J. Great Lakes Res, 7(3), 207-214.

상세보기
Karim, B. and Taha, F. M. 2003, Using Principal Component Analysis to Monitor Spatial and Temporal Changes in Water Quality, Journal of Hazardous Materials, B100, 179-195.
Petersen, W., Bertino, L., callies, U. and Zorita, E. 2001, Process Identification by Principal Componebt Analysis of River Water Quality Data, Ecologyical Modeling, 138, 293-213.
Ying, O. 2005, Evaluation of River Water Monitoring Stations by Principal Component Analysis, Water Research, 39, 2621-2635.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증