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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 수질오염총량관리 단위유역별 말단 수질 측정 자료와 오염원 및 배출부하량 자료를 토대로 단위유역별 수질 및 오염물질 배출특성을 분석하고 다변량 통계 분석을 통해 유역특성이 유사한 지역을 분류하여 수질경향 및 오염물질 배출특성 등 주요 요인을 분석하고자 한다. 연구의 결과는 향후 우선 관리지역 선정 및 부하량 저감계획 수립 시 활용할 수 있을 것이라 기대된다.
제안 방법
- 단위유역별 배출특성과 주요 오염물질을 파악하기 위하여 단위유역별 오염원밀도, 오염원별 배출부하밀도를 분석하고 향후 유역관리방안을 모색하기 위하여 오염원별 배출율, 환경기초시설의 기여도 등의 오염물질 배출특성을 분석하였다.
- 수질오염총량관리 지역의 효율적인 유역관리를 위하여 단위유역별 할당부하량 내에서의 개발과 저감계획을 이용한 오염물질의 관리가 중요하다. 따라서 본 연구는 단위유역별 오염물질 특성을 고려하여 오염물질을 관리하고 저감계획을 수립하는 데 활용하고자 오염원 그룹별 밀도, 오염물질 배출부하량 밀도 및 수질특성 분석을 실시하였으며 이를 가지고 군집분석과 군집별 주요 요인분석을 실시하였다.
- 또한 발생부하량 대비 배출부하량비를 분석한 오염원별 배출율, 단위유역 내 하수처리율 및 단위유역 내 점배출부하량 중 기초시설에 따른 배출부하량의 기여도를 분석하였다. 이와 같은 유역 내 배출특성은 향후 부하량 삭감가능 지역 및 수질개선 우선지역 선정 시 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 오염물질의 배출부하특성 분석을 위하여 단위유역별 배출부하량을 해당 단위유역의 면적을 기준으로 오염원 그룹별, 점·비점배출부하량 밀도를 산정하였다. 배출된 오염물질의 수계영향을 종합적으로 평가하기 위해서는 유역의 유달율 및 하천유량 등을 고려하여야 하나, 유역으로부터의 오염물질 배출부하량 특성으로 그 범위를 한정하고 분석하였다. 따라서 유역으로 배출되는 오염물질 유달율과 하천유량이 동일하다고 가정하고 배출부하량 밀도를 산정할 경우 배출부하밀도가 큰 지역일수록 하천 수질에 미치는 영향은 크다고 분석된다(Park et al.
- 수질특성 분석항목은 수온, pH, EC, DO, BOD5, CODmn, SS, T-N, T-P, TOC와 호소, 하천의 부영양화 유발물질인 NO3-N, NH4+-N, PO4-P와 부영양화로 인한 2차 생성물질인 Chl-a의 15개 항목을 대상으로 2009년~2013년 우기(6월~9월)를 제외한 연중평균농도변화를 도식화하여 물리·화학적으로 유역별 수질의 변화를 분석하였다. 또한 한강J 단위유역 수질은 한강본류 말단 지점으로 해수에 의한 영향을 받아 오염원에 의한 수질특성을 반영하지 못하기 때문에 분석에서 제외하였다.
- 오염물질의 배출부하특성 분석을 위하여 단위유역별 배출부하량을 해당 단위유역의 면적을 기준으로 오염원 그룹별, 점·비점배출부하량 밀도를 산정하였다. 배출된 오염물질의 수계영향을 종합적으로 평가하기 위해서는 유역의 유달율 및 하천유량 등을 고려하여야 하나, 유역으로부터의 오염물질 배출부하량 특성으로 그 범위를 한정하고 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 조사대상지역은 한강수계의 강원도 지역을 제외한 수질오염총량관리 1단계 기본계획의 대상지역 32개 단위유역을 대상으로 하였으며 유역면적은 8,510.5 km2, 행정구역은 경기도, 서울특별시, 인천광역시 등 3개 광역시·도를 포함하고 있다(Fig. 1).
- 분석에 활용된 수질자료는 환경부의 국가 측정망 자료로서 일반측정지점의 경우 월 1회, 총량지점의 경우 8일 간격으로 36회/년 측정한 자료이다(Table 1).
- 하천 내 수질특성분석을 위한 대상유역은 해수유통구간인 한강J 단위유역을 제외한 31개 단위유역 말단 수질측정지점의 5년간 수질 측정자료를 분석하였으며, 단위유역별 오염원 및 오염부하량 분석은 한강수계 수질오염총량관리시행계획 2013년도 이행평가 결과를 활용하였다. (Anyang-si, 2014; Anseong-si, 2014; Bucheon-si, 2014; Dongducheon-si, 2014; Gapyeong-gun, 2014; Gimpo-si, 2014; Guri-si, 2014; Gunpo-si, 2014; Gwacheon-si, 2014; Gwangju-si, 2014; Gwangmyeong-si, 2014; Goyang-si, 2014; Hanam-si, 2014; Icheon-si, 2014; In-cheon Metropolitan City, 2014; Namyangju-si, 2014; Paju-si, 2014; Pocheon-si, 2014; Siheung-si, 2014; Seongnam-si, 2014; Seoul, 2015; Uijeongbu-si, 2014; Uiwang-si, 2014; Yangju-si, 2014; Yangpyeong-gun, 2014; Yeoju-si, 2014; Yeoncheon-gun, 2014; Yongin-si, 2014;).
- 한강수계는 북한강, 남한강, 경안천, 한강본류, 임진강수계로 구성되어 있으며 전체 유역면적은 26,018 km2, 유로연장은 481.7 km로 15개의 국가하천과 776개의 지방하천으로 이루어져 있다(MOE, 2014b).
데이터처리
- 군집분석은 어떤 가정을 검정하는 것이 아니라 단순히 자료의 패턴을 찾는 방법으로 종류에는 크게 비계층적 군집분석(k-평균 군집분석)과 계층적 군집분석으로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 개별대상 간의 거리에 의하여 가장 가까이 있는 대상들로부터 결합해 감으로서 군집의 형성과정을 정확하게 파악할 수 있는 계층적 군집분석을 사용하였다.
- 자료의 통계적 분석을 위하여 통계처리 프로그램인 SPSS (ver 17.0)를 이용하여 다변량 통계분석 중에 하나인 군집분석(cluster analysis)을 실시하고 각 군집별 요인분석을 통해 단위유역별 주요 오염물질을 파악하였다.
이론/모형
- 군집분석 방법은 계층화분석법을 적용하였으며, 이상 값의 영향을 적게 받아 특이한 객체들이 포함되어 있는 경우의 군집화에 효과적인 중심연결법을 선택하였다. 계층적 군집분석의 경우 자료의 편차가 크면 분석이 어려운 점이 있어 분석의 변수로 단위유역별 하천 14개 수질항목과 배출부하량 특성분석(BOD, T-P) 결과를 표준화 한 후에 각각 군집분석을 실시하였다.
- 요인을 설명할 수 있도록 단위유역별 오염원의 배출특성 등을 가지고 주요인을 알아보기 위하여 요인 축을 회전시켰다. 요인 회전방법은 다른 요인과 상호 독립적이며 하나의 요인에 높게 적재되는 변수의 수를 줄여서 요인을 해석하는데 도움을 주는 varimax방식을 적용하였다(Song, 2009).
성능/효과
- 본 연구의 결과 단위유역별 오염원 및 오염물질 배출부하량 밀도를 비교 하였을 때 오염물질의 배출경로에 따라 최종 배출유역이 달라지므로 오염원 밀도 비율과 배출부하량 밀도 비율이 일치하는 것은 아니었으며 유역내 환경기초시설의 유·무와 운영현황에 따라 그룹별 주요 요인으로 나타났다. 오염물질의 배출특성 및 수질특성을 가지고 군집분석 및 요인분석을 실시한 결과, 분류된 4개의 군집별로 주요 요인들을 대상으로 우선 배출부하량 삭감지역과 대상 오염원을 확인할 수 있었다.
- 본 연구의 결과 단위유역별 오염원 및 오염물질 배출부하량 밀도를 비교 하였을 때 오염물질의 배출경로에 따라 최종 배출유역이 달라지므로 오염원 밀도 비율과 배출부하량 밀도 비율이 일치하는 것은 아니었으며 유역내 환경기초시설의 유·무와 운영현황에 따라 그룹별 주요 요인으로 나타났다. 오염물질의 배출특성 및 수질특성을 가지고 군집분석 및 요인분석을 실시한 결과, 분류된 4개의 군집별로 주요 요인들을 대상으로 우선 배출부하량 삭감지역과 대상 오염원을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 다만 하천으로 유입된 오염물질의 영향정도 등을 보다 명확하게 분석하기 위해서는 하천수질에 대한 오염물질별 기여도와 유량에 따른 유출특성을 고려하여 연구되어야 할 것이다.
- 또한 단위유역별 동일한 배출부하량 밀도라도 오염원에 따라 하천수질에 미치는 영향이 달라 요인분석결과가 다르므로 향후 이를 고려하여 하천별 특성에 맞는 중점관리 대상지역 선정 및 효율적인 수질개선 계획의 수립 시 활용할 수 있을 것이다.
- 따라서 본 연구에서는 수질오염총량관리 단위유역별 말단 수질 측정 자료와 오염원 및 배출부하량 자료를 토대로 단위유역별 수질 및 오염물질 배출특성을 분석하고 다변량 통계 분석을 통해 유역특성이 유사한 지역을 분류하여 수질경향 및 오염물질 배출특성 등 주요 요인을 분석하고자 한다. 연구의 결과는 향후 우선 관리지역 선정 및 부하량 저감계획 수립 시 활용할 수 있을 것이라 기대된다.
- 또한 발생부하량 대비 배출부하량비를 분석한 오염원별 배출율, 단위유역 내 하수처리율 및 단위유역 내 점배출부하량 중 기초시설에 따른 배출부하량의 기여도를 분석하였다. 이와 같은 유역 내 배출특성은 향후 부하량 삭감가능 지역 및 수질개선 우선지역 선정 시 활용할 수 있을 것으로 사료된다. 단위유역별 하수처리율의 경우 비율이 낮을수록 향후 처리구역 확대 등을 통한 삭감가능률이 높음을 의미하고 기초시설 배출부하기여도는 단위유역 전체 점부하량 중에서 기초시설 배출부하량의 비율을 분석한 값으로 비율이 높을수록 삭감가능률이 높음을 의미한다.
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