In this study, we analyzed the trends of water quality along the main stream in Nakdong river basin using the recent data and seasonal Mann-Kendall test. Monthly averaged values of DO, BOD, SS, COD, TN, and TP from 1989 to 2014 for 14 stations (including 2 TMDLs stations) were used in the study. The...
In this study, we analyzed the trends of water quality along the main stream in Nakdong river basin using the recent data and seasonal Mann-Kendall test. Monthly averaged values of DO, BOD, SS, COD, TN, and TP from 1989 to 2014 for 14 stations (including 2 TMDLs stations) were used in the study. The trend analysis results showed that BOD and TP at most stations has decreasing temporal trend except a few stations while COD and SS showed increasing trend at most stations. Temporal trends in TN at 8 stations were found to be statistically significant and 5 of them showed increasing temporal trend. Temporally averaged BOD, COD, TN and TP were generally increasing as going downstream and the worst water quality were found at Goryeong and Hyunpung station. Overall, water quality of Nakdong river especially in COD, SS, and TN getting worse in time at most stations and as going downstream.
In this study, we analyzed the trends of water quality along the main stream in Nakdong river basin using the recent data and seasonal Mann-Kendall test. Monthly averaged values of DO, BOD, SS, COD, TN, and TP from 1989 to 2014 for 14 stations (including 2 TMDLs stations) were used in the study. The trend analysis results showed that BOD and TP at most stations has decreasing temporal trend except a few stations while COD and SS showed increasing trend at most stations. Temporal trends in TN at 8 stations were found to be statistically significant and 5 of them showed increasing temporal trend. Temporally averaged BOD, COD, TN and TP were generally increasing as going downstream and the worst water quality were found at Goryeong and Hyunpung station. Overall, water quality of Nakdong river especially in COD, SS, and TN getting worse in time at most stations and as going downstream.
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가설 설정
여기서 a는 검정에 대한 유의수준이며, 귀무가설 (H0)은 ‘경향성이 없다’이며 대립 가설 (H1)은 ‘경향성이 있다’로 설정하였다.
제안 방법
기존 낙동강 유역에 대한 수질 경향성 분석은 최소 5년에서 최대 18년에 대한 자료를 이용하였으며, TN, TP, COD, SS 항목에 대해 증가하는 경향이 나타나는 것으로 분석하였다. 또한 BOD의 경우 Yu et al.
본 연구에서는 낙동강 본류의 14개 수질관측지점의 DO, BOD, COD, TN, TP, SS에 대한 1989년부터 2014년까지 장기간 자료를 이용하여 계절 Mann-Kendall 검정을 통한 추세 분석을 실시하였다. 최근 자료를 이용한 낙동강 본류 수질관 측 지점의 수질의 장기적 변동성에 대한 분석결과를 제시하였으며, 기존의 낙동강 유역 수질 변동성 분석 연구 결과와 비교함으로써 자료기간에 따른 Mann-Kendall 검정 결과의 차이를 고찰하였다.
본 연구에서는 낙동강 본류의 14개 수질관측지점의 DO, BOD, COD, TN, TP, SS에 대한 1989년부터 2014년까지 장기간 자료를 이용하여 계절 Mann-Kendall 검정을 통한 추세 분석을 실시하였다. 최근 자료를 이용한 낙동강 본류 수질관 측 지점의 수질의 장기적 변동성에 대한 분석결과를 제시하였으며, 기존의 낙동강 유역 수질 변동성 분석 연구 결과와 비교함으로써 자료기간에 따른 Mann-Kendall 검정 결과의 차이를 고찰하였다.
환경부에서는 낙동강을 크게 상류권역, 중류권역, 하류권역 (서부 하류권역, 동부 하류권역)으로 구분하고 있으며, 본 연구에서는 이 기준을 따라 낙동강 본류에 위치한 14개 관측 지점을 상류권역 (안동1, 안동2, 예천, 상주1, 상주2), 중류권역 (상주, 구미, 달성, 고령, 현풍, 구미 (낙본 E)), 하류권역 (합천, 남지, 용산 (낙본 H))으로 구분하였다 (Fig. 1). 14개 지점 중 낙본E와 낙본H는 총량측정망이며 나머지는 일반측정망이다.
대상 데이터
kr)의 자료를 이용하였으며, 일반측정망은 1989년부터 2014년까지, 총량측정망은 2004년부터 2014년까지의 자료를 수집하여 분석하였다. 분석에 이용된 수질항목은 DO, BOD, COD, TN, TP, SS이며 각 지점별 월평균 자료를 이용하였다.
수질자료 분석을 위해 환경부의 물환경정보시스템 (water.nier.go.kr)의 자료를 이용하였으며, 일반측정망은 1989년부터 2014년까지, 총량측정망은 2004년부터 2014년까지의 자료를 수집하여 분석하였다. 분석에 이용된 수질항목은 DO, BOD, COD, TN, TP, SS이며 각 지점별 월평균 자료를 이용하였다.
데이터처리
본 연구에서는 계절성을 가지고 있는 월평균 수질자료의 장기 경향성을 분석하기 위해, XLSTAT 프로그램을 이용하여 계절 Mann-Kendall 검정을 시행하였다. 수질자료는 이상치와 결측치가 있으므로 비모수적 통계방법이 필요하며, 계절성을 배제하는 추세분석이 필요하다.
본 연구에서는 낙동강 유역의 14개 지점 (일반측정망 12개, 총량측정망 2개)에 대해 1989년부터 2014년까지의 월평균자료를 이용하여 비모수 통계방법인 계절 Mann-Kendall 검정법을 통해 장기적인 수질 경향성을 분석하였다.
이론/모형
본 연구에서는 Mann-Kendall 검정의 유의수준 (a=0.05) 에 따라 신뢰구간을 계산하였으며, 신뢰구간 (Gilbert 1987)은 아래와 같다.
성능/효과
수질항목의 평균값은 전반적으로 상류에서 하류로 갈수록 높게 나타났다. BOD, COD, TN, TP의 평균값은 중류유역의 고령 및 현풍지점이 가장 높게 나타났다. 고령 및 현풍지점은 금호강 합류 후 지점이기 때문에 농도가 높게 나온 것으로 추정된다.
3은 중류유역의 각 수질항목별 경향성 그래프를 보여 주고 있다. BOD는 상주3, 고령, 현풍 지점에서 증가경향이 나타났으며, 구미 (낙본 E), 달성 지점에서 감소경향이 나타났다. COD는 고령, 현풍 지점에서 감소경향이 나타났으며, 제외한 지점에서 증가경향이 나타났다.
2~4에서 배경이 음영으로 제시된 그래프는 통계적으로 유의한 경향성이 없는 경우를 구분하고 있으며, DO는 총 14지점 중 6지점에서 유의한 경향성이 없는 것으로 나타나 그래프에서 제외하였다. BOD와 TP는 전 지점에서 감소하는 경향을 보였으며, COD, SS, TN은 전 지점에서 증가하는 경향을 보였다. 본 연구와 Kim and Park (2004) 연구에서 상주1 지점을 비교하였을 때 BOD와 TN은 감소경향으로 동일한 경향성을 나타내었지만, TP의 경향성은 상반된 결과를 나타내었다.
BOD는 상주3, 고령, 현풍 지점에서 증가경향이 나타났으며, 구미 (낙본 E), 달성 지점에서 감소경향이 나타났다. COD는 고령, 현풍 지점에서 감소경향이 나타났으며, 제외한 지점에서 증가경향이 나타났다. TN은 상주3, 고령 지점에서 각각 증가, 감소경향이 나타났다.
DO는 전 지점에서 증가경향이 나타났으며 BOD, TN은 전 지점에서 감소경향이 나타났다. COD는 합천, 남지 지점에서 감소경향이 나타났으며 TP는 용산 (낙본 H), 남지 지점에서 각각 감소, 증가경향이 나타났다. SS는 합천, 용산 (낙본 H) 지점에서 각각 증가, 감소경향이 나타났다.
(2014a)에선 금호강 중권역이 비점오염원 부하량이 가장 많아 오염도가 제일 높았으며, 고령 및 현풍 지점을 포함한 중권역이 2번째로 높은 지역으로 연구된 사례가 있다. DO는 상주3, 구미 지점, BOD는 구미 지점에서 통계적으로 유의한 경향성이 없는 것으로 나타났다. SS는 구미 (낙본 E) 지점, TN은 구미, 구미 (낙본 E), 달성, 현풍 지점, TP는 구미 지점에서 각각 경향성의 유의성이 낮은 것으로 나타났다.
4는 하류유역의 각 수질항목별 경향성 그래프를 보여주고 있다. DO는 전 지점에서 증가경향이 나타났으며 BOD, TN은 전 지점에서 감소경향이 나타났다. COD는 합천, 남지 지점에서 감소경향이 나타났으며 TP는 용산 (낙본 H), 남지 지점에서 각각 감소, 증가경향이 나타났다.
상류 유역의 수질항목별 평균값을 분석한 결과, 하류로 갈수록 TN, TP, SS는 미세하게 증가하였으나, DO, BOD, COD는 큰 차이가 없었다. P값 산정 결과 안동2, 예천, 상주2 지점에서 DO와 안동2 지점의 TN이 유의수준 (0.05)보다 크므로 통계적으로 유의하지 않은 것으로 나타났다.
SS 평균값은 총량측정망인 용산 (낙본 H) 지점에서 가장 높게 나왔으며, SS를 제외한 수질 항목의 평균값은 용산 (낙본 H) 지점에서 가장 낮게 나타났다. P값 산정 결과 합천 지점에서 TP, 용산 지점에서는 DO, BOD, TN, 남지 지점에서 SS가 유의한 경향성을 보이지 않는 것으로 나타났다.
Table 3은 하류유역의 각 지점별, 수질항목별 통계치와 P값 산정결과를 보여주고 있다. SS 평균값은 총량측정망인 용산 (낙본 H) 지점에서 가장 높게 나왔으며, SS를 제외한 수질 항목의 평균값은 용산 (낙본 H) 지점에서 가장 낮게 나타났다. P값 산정 결과 합천 지점에서 TP, 용산 지점에서는 DO, BOD, TN, 남지 지점에서 SS가 유의한 경향성을 보이지 않는 것으로 나타났다.
고령 및 현풍은 BOD, COD, TN 그리고 TP에서 감소하는 경향을 보였지만 통계치는 다른 지점에 비해 높게 나타났다. 이는 금호강합류 후 구간으로 구미, 대구와 같이 인구가 밀집되어 있고 대규모 공단으로 인한 것으로 판단되며, 집중적인 관리가 필요한 것으로 생각된다.
낙동강 유역의 각 수질항목에 따른 총 14개 지점에 대한 수질경향 및 농도를 분석한 결과 BOD는 구미 (낙본 E) 및 달성 에서 증가경향을 보였지만, 이를 제외한 전 지점에서는 감소경향을 보였다. COD는 14지점 중 10지점에서 증가경향을 보여 이에 따른 관리가 필요한 것으로 보인다.
수질자료는 이상치와 결측치가 있으므로 비모수적 통계방법이 필요하며, 계절성을 배제하는 추세분석이 필요하다. 따라서 계절성과 비정규성을 가진 수질자료에는 계절 Mann-Kendall 검정이 적합하다고 판단하였다.
상류 유역의 수질항목별 평균값을 분석한 결과, 하류로 갈수록 TN, TP, SS는 미세하게 증가하였으나, DO, BOD, COD는 큰 차이가 없었다. P값 산정 결과 안동2, 예천, 상주2 지점에서 DO와 안동2 지점의 TN이 유의수준 (0.
SS를 제외한 수질 항목의 평균값은 상주3 지점에서 현풍 지점으로 갈수록 증가하고 있다. 특히 상주3 지점에서 달성 지점까지 평균값은 서서히 증가하지만 고령과 현풍 지점의 SS를 제외한 수질항목의 평균값은 다른 지점과 비교했을 때 약 2배정도 높게 나타났다. 이는 금호강이 합류되는 지점이기 때문에 평균값이 높게 나온 것으로 판단된다.
후속연구
따라서 국가하천 본류구간의 수질경향을 파악하고 이로부터 유입지천의 수질을 관리하는 것은 농업유역의 수질관리에 있어 중요한 부분이 될 것으로 판단된다. 본 연구에서 실시한 낙동강 유역의 장기간 수질자료를 이용한 수질 경향성 분석결과는 향후 낙동강 유역의 수질평가 및 수질관리에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근 낙동강과 한강을 중심으로 전국 주요 하천의 수질에 영향을 미치는 것은?
최근 낙동강과 한강을 중심으로 전국 주요 하천에 녹조가 발생하여 수질에 영향을 미치고 있으며, 환경부에서는 수질 관리를 위해 전국 지류·지천 18곳을 지정하였다. 그 중 낙동강 수계가 10곳으로 한강, 금강, 영산강에 비해 상대적으로 많은 지점들이 관리가 필요한 것으로 나타났다.
낙동강유역의 효율적인 수질관리를 위해 수질변화 특성을 파악하고 장기적인 변화추세를 파악하는 것이 필요하다고 주장하는 근거는?
최근 낙동강과 한강을 중심으로 전국 주요 하천에 녹조가 발생하여 수질에 영향을 미치고 있으며, 환경부에서는 수질 관리를 위해 전국 지류·지천 18곳을 지정하였다. 그 중 낙동강 수계가 10곳으로 한강, 금강, 영산강에 비해 상대적으로 많은 지점들이 관리가 필요한 것으로 나타났다. 낙동강유역의 효율적인 수질관리를 위해 수질변화 특성을 파악하고 장기적인 변화추세를 파악하는 것이 필요하다.
계절 Mann-Kendall 검정법은 어떤 방법인가?
(1982, 1984)의 추가적인 연구를 통해 개선되었다. 계절 Mann-Kendall 검정법은 월별 수질자료의 각 계절에 대한 Kendall 검정 (Kendall`tau)을 시행한 후 수질자료들 사이의 상관계수를 통해 유의성을 검증하고, 각 결과들의 가중합을 산정하여 양 (Positive), 영 (Zero), 음 (Negative)의 경향성을 분석하는 비모수 통계방법이다 (Nam, 2012; Kim and Park, 2004).
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