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문제 정의
- 이 연구는 하수처리장 방류수역에 해조장 조성을 위한 설계인자 도출 및 조성방법에 관한 연구를 수행함으로써 방류수역 내에 다량 존재하는 잉여의 영양염을 흡수시켜 방류수역의 수질을 개선할 뿐만 아니라 해양생태계를 회복시키기 위한 방안을 마련하기 위하여 실시되었다.
- 서식지 적합지수를 이용한 해조장 조성과 관련된 적지선정에 관한 연구는 주로 갯녹음 지역에 대한 복원 및 자원조성의 목적으로 Nakajima(2005), Matsumoto & Yamaguchi (2006), Oh (2010)에 의하여 연구되었다. 이 연구에서는 이들이 제안한 서식지 적합지수 계산식을 이용하여 하수처리장 해양방류 수역이 이식해조의 서식지로 적합한지에 대한 적합성 여부를 평가하였다.
제안 방법
- 감태가 대상지역에 원활하게 생육할 수 있는 조건인 하수처리장 해양방류 수역의 연간 최고수온은 18.32℃로 나타났으므로 적합성 평가지수인 SI3 = 1.0으로 평가하였다.
- 따라서 부착기질은 해조류의 생존과 밀접한 관계를 나타낸다. 감태는 50 cm 이상의 암반대에 주로 서식하므로 암반대가 50 cm일 경우 서식지로서 최적의 조건으로 평가되지만 본 연구에서는 해조장 조성을 위하여 착생기질이 조성된 부유연승 방법을 이용하므로 기질의 크기와 상관없이 전 지역에서 SI1 = 1.0으로 평가하였다([Table 3]).
- 감태는 부착기의 형태가 파랑이 강한 곳에서 서식하기 적합하게 발달하였으며, 서식 가능한 설계 파고가 6 m로 분석되어 식 1을 이용하여 6 m를 기준으로 수심이 1 m씩 증감함에 따라 가감하여 차등 할당하였다. 이를 기준으로 설계 파고가 6 m일 때 SI6 = 1.
- 0을 할당하였다([Table 6]). 남부하수처리장 해양방류 수역은 대부분의 수심이 22 m 이내였으며 해조장 조성 방법은 수심 조절이 가능한 부유연승법으로 선정하였기 때문에 해조장 수심은 5~10 m 사이가 되므로 SI4 = 1.0으로 평가하였다.
- 둘째, 이식 해조류가 해조장으로서의 가치, 유지에 소요되는 노력 및 경비, 시간 등을 검토하여([Table 2]) 해조장 조성 후 관리 측면과 서식처, 일차 생산자로서의 역할이 뛰어난 해조자원인 감태와 대황을 이식 해조류로 2차 선정하였다.
- 연구기간 중 하수처리장 해양방류수역 내 해조장 조성시 이식에 이용할 해조류를 선정하기 위하여 [Table 2]와 같이 해조류의 서식환경 및 생태적 특성, 해조장의 가치, 유지 노력 및 경비, 해조장 조성 소요 시간, 안정적인 인공종묘 생산 가능성 등을 고려하였다.
- 이 연구에서는 [Fig. 1]과 같이 대상지역의 현황조사 결과를 바탕으로 주변 해역에서 이전에 생육하였던 해조류와 해조장 조성사업에 널리 이용되고 있는 해조류, 해조류 종류별 생태적 특징 및 서식 환경조건, 해조장으로서의 생태, 경제적 가치, 인공 종묘 생산가능성 등을 고려하여 연구대상 지역에 이식 가능한 해조류를 선정하였다.
- 서식지 적합지수는 지수에 의해서 표현되는 방법으로 각 생물종을 대상으로 서식지의 환경 요인들을 고려한 후 이를 각각의 변수인 SI로 지정한다(Matsumoto & Yamaguchi, 2006). 이를 위하여[Table 1]과 같이 이식 해조류룰 대상으로 서식에 있어 필수 요인을 착생기반, 수온(최저, 최고), 수심, 광량, 파랑, 염분, COD, 영양염 등의 총 9가지로 선정하였으며, 그 결과를 방류수역의 물리적, 이화학적 현황과 비교․검토하여 점수화 시켰다. 이때, 해조류의 서식지로서 최적의 조건일 경우 1.
- 이때 각각의 SI에 대한 점수의 차등은 식 1의 1차 함수형태의 선형 보간을 통하여 할당하였다. 이후 하수처리장 해양 방류수역이 이식 해조의 서식지로써 적합성 여부를 평가하기 위하여 각 SI의 결과를 기하 평균하여 SI를 결합하였다. 이때 이용된 SI의 결합식은 식 2와 같다(Matsumoto Yamaguchi, 2006; Oh et al.
- 첫째, 하수처리장 해양방류수역 내 해조류 생육가능 여부를 판단하기 위하여 Suto (1992)의 해조류 서식환경 및 생태적 특성에 관한 연구결과를 검토하였으며, 이 중 착생기질, 수온, 염분, 파고, 생육기간, 서식가능 분포대 등의 환경요인과 수영만의 설계파고 등을 비교, 검토하였다. 하수처리수를 처리하는 해양방류 수역의 특성상 유속이 빠를 것으로 예상되어 부착력이 강한 다년생 해조류인 감태, 대황, 큰잎모자반을 이식 해조류로 1차 선정하였다.
- 첫째, 하수처리장 해양방류수역 내 해조류 생육가능 여부를 판단하기 위하여 Suto (1992)의 해조류 서식환경 및 생태적 특성에 관한 연구결과를 검토하였으며, 이 중 착생기질, 수온, 염분, 파고, 생육기간, 서식가능 분포대 등의 환경요인과 수영만의 설계파고 등을 비교, 검토하였다. 하수처리수를 처리하는 해양방류 수역의 특성상 유속이 빠를 것으로 예상되어 부착력이 강한 다년생 해조류인 감태, 대황, 큰잎모자반을 이식 해조류로 1차 선정하였다.
- 하수처리장 해양방류 수역의 수심 5~10 m에해조장 조성시 대상종인 감태의 서식지 적합지수를 이용하여 이식 해조류의 적합성 평가를 실시하였다. 이때 각 요인별 서식지 적합지수의 차등 할당은 [Table 1]을 기준으로 식 1과 2를 이용하여 실시하였으며, 각 요인별로 세부 분류기준을 나타내었다.
대상 데이터
- 부산지역에서 운영 중인 하수처리시설은 총 12개소로 유입되는 하수의 특성에 따라 다양한 하수처리 방법과 방류계획에 맞추어 주변해역으로 하수처리수를 최종 처분한다. 이 중 하수처리방식이 전통적인 하수처리 방법을 채택하고 있으며, 하수처리수의 최종 배출방식이 해양방류 방식을 적용하고 있는 하수처리시설 중 하수처리수의 배출로 인하여 주변 해역에 부영양화 가능성이 높고 연구의 접근성 등이 용이한 곳을 고려하여 연구대상지를 부산광역시 남구 용호동에 위치한 남부하수처리장 방류수역으로 선정하였다.
이론/모형
- 이를 바탕으로 이 연구에서는 2009년부터 2011년까지 수행된 현장조사 결과를 평균하여 GIS 기반의 일반적으로 이용되는 보간법 중 하나인 IDW (Inverse Distance Weighted)법을 이용하여 조사지점을 포함한 주변 지역의 서식지 적합지수를 파악하였다.
성능/효과
- 남부하수처리장 해양방류 수역에서의 정점별 서식지 적합지수를 평가하기 위하여 서식지 적합지수를 보면, 광량 등의 환경요인 등에 의하여 감태가 서식하기 적합한 수심으로 판단되는 5~10m에서 0.50~0.93 (평균 0.80)으로 나타났다. 이는 해양방류관을 중심으로 연안으로부터 멀어질수록 상대적으로 높은 HSI 값을 나타내어 이들 지역이 감태 서식에 적합한 지역임을 알 수 있었다([Table 12], [Fig.
- 남부하수처리장 해양방류 수역의 각 환경 요인들에 대한 SI를 고려한 대상지역에서 감태의 HSI는 0.80으로 나타났으며 대상 지역인 남부하수처리장 해양방류 수역이 감태 서식지로써 80%의 적합성을 갖는 것으로 나타났다([Table 12]). 이는 부유연승식 방법을 이용하여 해조장을 조성함으로써 착생기질 및 수심을 대상 지역에 적합하도록 조절하여 나온 수치이며, Oh (2010)가 수행한 바다숲 조성사업 지역에서의 서식지 적합성 평가 결과인 73%와 비교했을 때도 유사한 결과를 보여 최종적으로 해조장 조성시 감태를 이용하는 것이 적합한 것으로 판단된다.
- 다만, 연구대상 지역이 인근 하천과 해양방류 관에서 배출되는 처리수로 인하여 광량이 낮게 나타났고 유기물질 및 미처리된 영양염 등의 영향으로 주변해역에서 상대적으로 높은 농도 분포를 나타냈다. 그러므로 이를 보완하기 위하여 수심이 깊은 곳에서는 보상광량 등을 고려하여 부유연승식 등의 인공 구조물을 이용하여 해조장의 수심을 5~10 m 정도로 유지시켜야 하며 해양방류관을 통하여 배출되는 하수처리수의 희석 범위를 고려하여 해조장을 조성하는 것이 중요할 것으로 판단된다.
- 셋째, 인공 종묘 공급 가능성 측면도 검토하였을 때, 감태와 대황이 모두 적합한 해조류로 판단되었다. 하지만 대황의 경우 우리나라 동해안에 주로 서식하고, 감태는 높은 탁도에 강한 적응성을 갖고 오륙도와 기장 지역에 서식하거나 기록상 서식이 확인되어 최종적으로 감태를 이식대상종으로 선정하였다.
- 80)으로 나타났다. 이는 해양방류관을 중심으로 연안으로부터 멀어질수록 상대적으로 높은 HSI 값을 나타내어 이들 지역이 감태 서식에 적합한 지역임을 알 수 있었다([Table 12], [Fig. 2]). 이를 대상지역의 잔차류 흐름과 연관하여 분석하면 수영만 중앙부에서 해양방류관이 매설된 지역으로 유입된 해수의 흐름이 연안으로 향한 후 해양방류관 방향으로 이동하는 것으로 분석되었다.
- 2]). 이를 대상지역의 잔차류 흐름과 연관하여 분석하면 수영만 중앙부에서 해양방류관이 매설된 지역으로 유입된 해수의 흐름이 연안으로 향한 후 해양방류관 방향으로 이동하는 것으로 분석되었다. 이는 해양방류관을 통하여 배출된 처리수 내 COD와 영양염이 주변 해수의 흐름에 의해 희석, 확산되지만 외해로 이동이 원활하지 못해 연안 지역에 상대적으로 높은 농도분포를 나타내어 감태가 서식하기에 다소 불리한 환경으로 나타났다.
후속연구
- 따라서 해조류를 이용한 바이오필터링은 하수처리장 방류수역에 적용 가능한 방법 중 하나로 주변 해역에 서식하는 해조류를 이용하여 방류수역에 지속적으로 배출되는 영양염을 흡수하여 대상 해역의 자체 정화능력을 향상시키고, 부영양화와 같은 연안 해역에서 발생되는 환경문제에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 해조류로 구성된 해조장은 인근 해역에 서식하는 해양생물들에게 산란장 및 서식 공간을 제공하기 때문에 주변 해역의 생산력을 증진시키며 심미적으로 훌륭한 경관을 제공할 수 있으며 지구온난화의 주요 원인물질인 CO2 등의 온실가스를 저감시킬 수 있을 것으로 기대된다(Daisuke, 2004).
- 하수처리장 해양방류 수역을 대상으로 해조류 서식지 적합성 평가를 위한 이번 연구에서 방류 수역 특성상 현장의 물리적, 이화학적 특성을 완전하게 반영하지는 못했지만 실제 해조장 조성시 이식 해조류 서식지로서 적합성을 평가하기 위해서 보다 세밀하고 지속적인 모니터링이 진행되어야 할 것으로 여겨진다.
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