[논문]낙동강 지류·지천의 유량·수질 특성 및 하천관리를 위한 등급화 방안 연구

나승민; 임태효; 이재운; 권헌각; 천세억

doi:10.17663/jwr.2015.17.4.380

낙동강 지류·지천의 유량·수질 특성 및 하천관리를 위한 등급화 방안 연구
Flow Rate·Water Quality Characteristics of Tributaries and a Grouping Method for Tributary Management in Nakdong River 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.17 no.4, 2015년, pp.380 - 390

나승민 (국립환경과학원, 낙동강물환경연구소) , 임태효 (국립환경과학원, 낙동강물환경연구소) , 이재운 (국립환경과학원, 낙동강물환경연구소) , 권헌각 (국립환경과학원, 낙동강물환경연구소) , 천세억 (국립환경과학원, 낙동강물환경연구소)

초록
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본 연구에서는 낙동강 수계에 속한 지류 지천의 효율적인 유역선정 및 수질 개선방안을 모색하기 위해 38개 지류 지천을 대상으로 수질 및 유량 모니터링을 실시하였다. 2013~2014년 동안 실시한 수질 유량자료를 바탕으로, 수질현황 결과와 각 항목 사이 상관관계를 분석하였다. 더불어, 상관계수가 높고 총량 목표수질지표 항목인 생물화학적산소요구량($BOD_5$), 총인(TP) 지표를 이용하여 $BOD_5$농도/유량(Q), TP농도/유량 교차기준으로 지류 지천 등급화 방안을 실시하였다. 그 결과, $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TP, TOC 등의 유기오염물질농도는 낙동왜관 및 낙동고령 중권역에 위치한 구미천, 경호천, 진전천, 기세곡천, 용하천, 용호천 등에서 하천환경기준 III 및 IV 등급 (5~8 mg/L 이하) 수준으로 높게 관찰되었다. Pearson 상관계수를 통한 수질항목 (12가지)간 상관관계 조사 결과 역시, $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TP, TOC 등의 상관관계지수가 다른 수질항목들에 비하여 0.8 (p<0.01) 이상으로 높았다. 유량과 수질 ($BOD_5$, TP)항목을 활용하여 하천등급화를 실시한 결과, 유량 ($0.1m^3/s$ 이상)과 유기물 농도가 높은 ($BOD_5$ > 3.0 mg/L, TP > 0.1 mg/L) I 그룹의 하천(영산천, 구미천, 기세곡천, 용하천, 용호천, 미전천)이 우선수질개선 및 중점 관리가 필요한 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the major 38 tributaries in Nakdong River were monitored for flow rate and water quality in order to understand the characteristics of the watershed and to find improvement plan. The flow rate and water quality for each target tributary were evaluated based on the monitoring data in 2013~2014 using a statistical package SPSS-22.0. In addition, the tributary grouping method was conducted using a $BOD_5$ concentration/flowrate and TP concentration/flowrate monitoring data. The average values of $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TP and TOC concentrations in Gumicheon, Gyeonghocheon, Jincheoncheon, Gisegokcheon, Yonghacheon and Yonghocheon located at Nakdong Waegwan and Nakdong Goryung watershed were high and in the grade of III or IV (5~8 mg/L). The Pearson correlation coefficients of TOC with $BOD_5$, $COD_{Mn}$, and TP were greater (r=0.8, p<0.01) than those of the other water quality parameters (12 species). The tributaries with high values of water quality parameters ($BOD_5$ > 3.0 mg/L, TP > 0.1 mg/L) and flowrate (Q > $0.1m^3/sec$) were selected for improving water quality according to the stream grouping method. Five tributaries (Gumicheon, Gisegokcheon, Yonghacheon, Yeongsancheon, Mijeoncheon and Yonghocheon) were classified as Group I, which require polices and plans for water quality improvement.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그 결과 우선수질개선 하천 선정, 각 하천의 오염부하량·배출부하밀도 확인 및 각 하천의 개선 방안을 제시하고자 하였다.
본 연구는 낙동강 지류·지천 유역현황 파악 및 관리계획 수립 시 기초자료로 사용하기 위해 수행되었다.
특히, 본 연구에서 조사한 38개 지점의 지류·지천에서 측정한 BOD5와 TP 수질 항목은 3.2 수질지표인자간 상관관계에서 제시한 바와 같이 0.8 이상의 높은 상관관계(+) 및 적합성을 보임으로써 하천 등급화시 동시에 비교·평가하여 각 지천의 특성을 확인하고자 하였다.
이러한 하천유역을 효율적으로 선정함으로써 적합한 목표수질을 시행할 수 있으며, 이를 위해서는 지류·하천의 수질·유량 모니터링 결과에 기초한 하천그룹화 방법이 시행되어져야 한다. 하천 그룹화 수행 시 일부 연구에서 사용된 수질항목은 BOD₅ 였으나, 본 연구에서는 오염총량관리계획 시 목표수질 대상오염물질로 고려되는 BOD₅와 TP 수질항목을 동시에 이용함으로써 기존 총량관리계획의 활용성 및 추후 유역 선정 시 기초자료로 비교 가능하도록 하였다. 특히, 본 연구에서 조사한 38개 지점의 지류·지천에서 측정한 BOD₅와 TP 수질 항목은 3.

제안 방법

Fig. 4 (a), (b)는 하천유량과 오염물질 지표인자인 BOD₅, TP농도를 활용하여 하천그룹화 결과를 나타낸 것으로, 대책이 필요한 하천유역 범위를 4개의 등급으로 나누어 선정하였다.
3. Result of simple regression model between BOD₅, COD_Mn, TP and TOC.
낙동강 수계에 위치하고 있는 38개 지류·하천의 수질·유량을 모니터링 하고, 유량분포, 수질 오염현황, 하천 수질오염지표인자 사이 상관관계를 알아보았다.
따라서 본 연구는, 낙동강수계의 효율적인 유역선정 및 개선방안을 위해 38개 낙동강 지류·지천을 대상으로 수질 및 유량을 모니터링하고, 각 수질항목 지표간 피어슨 상관 계수 (Pearson correlation coefficient)를 분석 한 후, 상관관계가 높고 총량수질지표 항목인 생물화학적산소요구량(BOD5)과 총인 (TP)을 이용하여 BOD5/유량, TP/유량 교차기준으로 지류지천 등급화 방안을 실시하였다.
본 연구에서 실시한 하천그룹화를 통해 선정된 수질개선 대상하천의 실제 유역은 강우에 의한 영향을 배제하기 위하여 비점 배출부하량을 제외한 점배출부하량만을 산정하여 사용하였으며 (NIER, 2012), 점배출부하량에 단위면적을 고려한 점배출부하밀도 (BOD5 또는 TP kg/day·km2)를 이용하여 수질개선 하천유역 특성을 평가하고자 하였다.
, 2013). 분류방법은 Lim et al., (2010)과 Lee and Hwang (2012)이 제안한 방법과 유사하게, X축에 BOD₅ 농도(또는 TP, mg/L), Y축에 유량 (m³/s)을 로그형태로 나타내어 X축과 Y축 교차지점을 경계로 실제 하천의 유역현황을 파악하였다.
수질분석항목은 수온 (Temp.), 용존산소 (DO), 전기전도도 (EC), 수소이온농도 (pH) 등 다항목측정기 (YSI-556mps)를 이용하여 현장에서 측정하였고, 생물화학적산소요구량 (BOD5,), 화학적산소요구량 (CODMn), 총질소 (TN), 총인 (TP), 부유물질 (SS), 총유기탄소 (TOC) 그리고 클로로필-a (Chl-a) 등의 유·무기오염물질은 수질오염공정시험 기준에 준하여 분석하였다.
1m³/s 이상을 기준으로 등급화 하였다. 이를 바탕으로 각 대상하천의 유량과 수질에 따라 I 등급에서 IV 등급까지 4개의 그룹으로 분류한 다음, 수질개선이 필요한 하천을 선정하였다.
시료채취는 2013∼2014년 동안 최소 8회 최대 24회 걸쳐 실시한 것으로, 각 분기별, 월별에 따라 일정하게 채수함으로써 평수기부터 갈수기를 포함하고 있다. 채취한 시료는 아이스박스를 이용하여 4℃ 이하로 유지하여 실험실로 이동하여 분석하였다. 특히, 상류지역의 저수지나 하천에 설치된 보에 의한 영향이 최소화 할 수 있는 곳을 선정하였고, 강우, 결빙으로 채수가 불가능한 기간을 피하여 채수하였다.
하천 유량 및 수질측정은 오염물질의 거동분석, 수질 및 유량간의 상관성을 고려하여 동일지점에서 측정하는 것을 원칙으로 하였다. 각 지류·지천 측정지점의 유역현황을 Table 1에 간략히 정리하였다.

대상 데이터

, 유로연장 525 km로 우리나라 국토의 약 24%를 차지하는 제 2의 하천이다. 낙동강권역에서는 1,187개의 (낙동강수계 779개) 국가 및 지방하천과 7 천여개의 소하천이 위치하며, 본 연구의 모니터링 지점은 해당유역을 대표할 수 있고 오염물질 거동분석이 필요한 하천 말단(상류 일부 발원지 제외) 38지점을 선정하여 조사하였다 (Fig. 1).
시료채취는 2013∼2014년 동안 최소 8회 최대 24회 걸쳐 실시한 것으로, 각 분기별, 월별에 따라 일정하게 채수함으로써 평수기부터 갈수기를 포함하고 있다.
채취한 시료는 아이스박스를 이용하여 4℃ 이하로 유지하여 실험실로 이동하여 분석하였다. 특히, 상류지역의 저수지나 하천에 설치된 보에 의한 영향이 최소화 할 수 있는 곳을 선정하였고, 강우, 결빙으로 채수가 불가능한 기간을 피하여 채수하였다.

데이터처리

낙동강수계 주요 지류·지천에서 유량 및 수질 인자간의 관련성을 평가하기 위해, 통계분석프로그램 (SPSS. ver. 22.0)을 이용하여 12개 수질 항목간 Pearson 상관계수를 Table 3과 같이 구하였다.
0을 이용하여 최종 유량 값을 계산하였다. 유량 및 수질분석 자료는 통계분석프로그램 (SPSS. ver. 22.0)을 이용하여 분석하였다.
하천 유량은 연속 측정이 가능하고 사용이 보편화된 유속계를 이용하여 유속-면적법 (중간단면적법) 원리로 구하였다. 이때 각 하천의 유속은 도섭법과 교량법을 이용하여 측정하였고, 각 결과들을 CalPad 2.0을 이용하여 최종 유량 값을 계산하였다. 유량 및 수질분석 자료는 통계분석프로그램 (SPSS.

이론/모형

), 용존산소 (DO), 전기전도도 (EC), 수소이온농도 (pH) 등 다항목측정기 (YSI-556mps)를 이용하여 현장에서 측정하였고, 생물화학적산소요구량 (BOD₅,), 화학적산소요구량 (COD_Mn), 총질소 (TN), 총인 (TP), 부유물질 (SS), 총유기탄소 (TOC) 그리고 클로로필-a (Chl-a) 등의 유·무기오염물질은 수질오염공정시험 기준에 준하여 분석하였다. 하천 유량은 연속 측정이 가능하고 사용이 보편화된 유속계를 이용하여 유속-면적법 (중간단면적법) 원리로 구하였다. 이때 각 하천의 유속은 도섭법과 교량법을 이용하여 측정하였고, 각 결과들을 CalPad 2.

성능/효과

1) 하천의 유량은 평균 0.030∼3.765 m3/s 범위였고, 1.0m3/s 이상인 지점은 동계천, 진전천, 상남천 등으로, 대부분의 하천이 1.0 m3/s 이하의 유량을 가졌다.
2) 유량 및 수질지표인자 12개 (Q, BOD5, CODMn, TP, TN, TOC, SS, DO, EC, TEMP. pH, Chl-a) 항목간 관계를 Pearson 상관계수를 통하여 확인해 본 결과, 유기물오염지표인 BOD5, CODMn, TP, TN 등의 상관관계는 평균 0.8(p<0.01) 이상으로 다른 수질항목에 비해 높게 나타났다.
3) 유량과 수질(BOD5, TP) 모니터링 결과를 활용하여 하천그룹화를 실시하였고, 그 결과 유량 (0.1 m3/s 이상) 및 유기물 농도가 높은 (BOD5 > 3.0 mg/L, TP > 0.1mg/L) I 그룹 하천의 우선수질개선 및 중점 관리가 필요한 것으로 나타났다.
4) 38개 지류·지천 가운데 용하천은 16.90 BOD5 kg/day·km2,0.92 TP kg/day·km2로 가장 높은 BOD5, TP 배출부하밀도를 나타내었다.
BOD5는 0.30∼19.19 mg/L (평균 0.41∼7.52 BOD5 mg/L), CODMn는 1.10∼25.7 mg/L (평균 1.75∼15.0 CODMn mg/L)의 농도 범위를 보였다 (Table2, Fig. 2).
BOD5와 유기물간접지표인 CODMn, TOC, TP는 0.8(p<0.01) 이상의 상관계수로 다른 수질항목에 비해 높은 양의 상관관계를 보였다.
TOC의 경우 적합성을 나타내는 결정계수 R²이 BOD₅(0.696)보다 COD_Mn(0.979)에서 높은 값을 보이며 상관관계가 높음을 확인 할 수 있었고, 반면에 TP는 COD_Mn(0.580) 보다 BOD₅ (0.665)와 더 높은 적합성을 보였다. Kim et al.
2 Box Plot으로 나타내었다. 그 결과, 38개 지점의 평균 유량은 0.416 m³/s, BOD₅, COD_Mn, TN, TP 그리고 TOC의 평균 농도는 각각 1.93, 5.88, 2.97, 0.12 및 3.71mg/L 이였다.
576 mg/L로 측정된 농도가 다른 수질항목에 비하여 광범위하였다. 이 가운데, 구미천, 경호천, 진전천, 기세곡천, 용하천, 정곡천 등은 TN 평균농도는 5 mg/L 이상으로 호소생활기준의 매우나쁨 등급보다 약 3~4배 높았다. 특히, 이 지점은 COD_Mn 약간 나쁨 또는 나쁨 등급을 나타낸 지천과 동일한 지점으로, 고농도의 질소화합물이 COD_Mn 수질인자에 영향을 미쳤음을 예상 할 수 있다.
01)으로 여러 수질항목 가운데 가장 높은 상관관계를 나타냈다. 이 가운데, 총유기탄소의 지표인 TOC는 생화학적 유기화합물인 BOD₅보다 화학적유기화합물 특성을 갖는 COD_Mn와 높은 상관관계를 보였고, 반면에 총량규제 농도 지표인 TP의 경우 COD_Mn 보다 BOD₅와 높은 상관관계를 나타내었다. 이러한 결과는 Fig.
01)로, 이는 무기영양염을 먹이로 한 Chl-a 증식이 BOD₅, SS 인자가 공급원으로 영향을 미치기 때문으로 판단된다. 전기전도도 (EC)는 유기오염물질지표 항목인 BOD₅, COD_Mn, TOC, TP 그리고 TN등과 높은 상관관계 (0.5 이상)를 보였으나, 기타 무기물 및 생물학적 영향인자인 SS, DO, TEMP, pH 등과는 낮은 상관관계를 나타냈다. 또한 유량(Q)과 수질 항목 간에 상관관계는 다른 항목들에 비하여 상대적으로 낮게 관찰되었다.
52 mg/L)을 제외한 대부분의 하천이 보통 등급 이내에 포함되었다. 좋음 등급 (Ib, 2 mg/L) 이하를 보이는 하천은 황지천유입천, 가천, 재산천, 동계천, 신평천, 대하리천, 장천, 신곡천, 광암천, 반지천, 진전천, 현풍천, 덕곡천, 미곡천, 산내천, 정곡천, 전화천, 대곡천, 신천천, 수산천, 안태천, 여차천, 소감천, 대천천 등으로, 전체 조사지점에 약 63% (24지점/38지점)을 차지하였다. 이 가운데 매우 좋음 (Ib, 1 mg/L)등급을 보이는 하천도 황지천유입천, 가천, 재산천, 동계천, 대하리천, 장천 그리고 안태천 등 7지점이 관찰되었다.
특히, CODMn와 TOC는 상관계수가 0.990 (p<0.01)으로 여러 수질항목 가운데 가장 높은 상관관계를 나타냈다.
특히, TOC는 CODMn (0.990, p<0.01)와 BOD5 (0.819, p<0.01)는 TP와 높은 상관관계를 보였으며, 조류 오염지표인자인 Chl-a는 BOD5 (0.466, p<0.01), SS (0.697, p<0.01)와 높은 상관성을 나타냈다.
하천의 수질 분석 결과는 “물환경관리기본계획”기준으로 유기오염물질 지표인 BOD5, CODMn, TP, TN, TOC 등을 이용하여 각 등급을 확인 하였으며, 그 결과 낙동왜관 및 낙동고령 중권역에 속한 구미천, 경호천, 진전천, 기세곡천, 용하천, 용호천 등이 보통 및 약간 나쁨 등급 (III 또는 IV, 5∼8 mg/L 이하) 이였다.

후속연구

낙동밀양 중권역 및 임해진수위표 소권역에 속한 영산천은 도천천, 서천천, 덕곡천 등의 제 2지류가 유입되는 제 1지류·하천으로 농경지, 화훼단지 및 일부 축사에서 배출되는 일부 유기오염물질로 인해 배출부하밀도가 높다. 따라서 대부분 수질개선이 필요한 하천유역이 위치하고 있는 지역의 주요 오염원이 생활계(인구)와 축산계(축산) 임에따라 유역에 존재하는 오염원 저감을 위해 공공하수처리시설의 신설이나 확충, 기존 공공하수처리시설의 운영효율화를 통한 방류수 수질개선, 공공하수처리시설 방류수의 하천유지용수 이용, 축산폐수공공처리시설의 신설이나 공동자원화 시설의 설치와 같은 수질개선 방안의 수립 및 시행이 필요한 것으로 판단된다.
이 가운데 BOD5와 TP 항목 모두 고려해야 할 하천은 영산천, 구미천, 기세곡천, 용하천, 용호천, 미전천 등으로 다른 지류·하천에 비하여 상세 오염원 조사에 따른 수질개선방안의 수립 및 시행이 필요한 것으로 판단된다.
, 2012). 특히, 유량과 수질을 동시에 종합적으로 고려한 연구는 많이 부족하고, 일부 지방자치단체에서 자체적으로 운영하고 있는 지류하천 모니터링의 경우, 유량측정 없이 대부분 수질 결과만을 제시하고 있어 수질오염총량관리제 및 수질개선을 위한 삭감계획 (개선방안)을 위한 기초자료로 활용하는데 그 한계가 있다. 이를 개선하기 위해서는 먼저 하천의 수질 및 유량 모니터링을 통해 구축된 결과를 바탕으로 유역현황을 정확히 파악해야 한다.
하천그룹화 방법을 통하여 우선적으로 중점관리가 필요한 지류·하천은 유량이 많고 유기물 수질 농도가 높은 I 그룹 하천으로, 이 가운데 BOD5와 TP 수질항목이 모두 높게 관찰된 영산천, 구미천, 기세곡천, 용하천, 용호천, 미전천은 상세 오염원 조사 및 구체적인 관리방안이 제시되어야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	환경부의 경우 유역관리 수단은 무엇인가?	환경부의 경우 유역관리 수단으로 수질오염총량관리제를 시행하면서 4대강 본류를 중심으로 수질과 유량을 동시에 측정하는 수질/유량 측정망을 운영하고 있다. 대부분의 경우 본류 중심으로 운영되고 있으며, 일부의 경우 지역적 특성을 고려한 지류 총량제를 “3단계 수질오염총량제” 기본계획을 통해 계획·실시하고 있다.
	일부의 경우 지역적 특성을 고려한 지류 총량제관리방법은?	환경부의 경우 유역관리 수단으로 수질오염총량관리제를 시행하면서 4대강 본류를 중심으로 수질과 유량을 동시에 측정하는 수질/유량 측정망을 운영하고 있다. 대부분의 경우 본류 중심으로 운영되고 있으며, 일부의 경우 지역적 특성을 고려한 지류 총량제를 “3단계 수질오염총량제” 기본계획을 통해 계획·실시하고 있다. 하지만 이 역시 하천유역의 정확한 분석을 바탕으로 한 유역선정기준 혹은, 구체적인 개선방안을 통한 절차나 방법 등을 이용한 보완이 필요하다.
	수질오염총량관리제 및 수질개선을 위한 삭감계획(개선방안)을 위한 기초자료로 활용하는데 그 한계가 있기에 개선되어야 하는 부분은?	특히, 유량과 수질을 동시에 종합적으로 고려한 연구는 많이 부족하고, 일부 지방자치단체에서 자체적으로 운영하고 있는 지류하천 모니터링의 경우, 유량측정 없이 대부분 수질 결과만을 제시하고 있어 수질오염총량관리제 및 수질개선을 위한 삭감계획 (개선방안)을 위한 기초자료로 활용하는데 그 한계가 있다. 이를 개선하기 위해서는 먼저 하천의 수질 및 유량 모니터링을 통해 구축된 결과를 바탕으로 유역현황을 정확히 파악해야 한다. 그렇지 않고 유역관리 대상지역이 광범위할수록 세부 소유역의 다양한 특성을 고려하게 됨으로써 오히려 하천수질에 미치는 영향을 분석하기 어려워 질 수 있다. 따라서 수질개선효과를 극대화 하기위해서는 지류·하천의 수질·유량 모니터링에 근거한 하천그룹화 방법으로 수질개선하천 유역을 선정하고, 지역적 특성을 고려한 표준화된 개선 방안을 제시하는 것이 필요하다.

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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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