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계절 맨-켄달 기법을 이용한 금호강 본류 BOD의 장기 경향 분석 및 탐색적 자료 분석
Long-Term Trend Analysis and Exploratory Data Analysis of Geumho River based on Seasonal Mann-Kendall Test 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.25 no.2, 2016년, pp.217 - 229  

정강영 (국립환경과학원 낙동강물환경연구소) ,  이인정 (국립환경과학원 낙동강물환경연구소) ,  이경락 (국립환경과학원 낙동강물환경연구소) ,  천세억 (국립환경과학원 낙동강물환경연구소) ,  홍준영 (경북대학교 토목공학과) ,  안정민 (국립환경과학원 낙동강물환경연구소)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The government has conducted a plan of total maximum daily loads(TMDL), which divides with unit watershed, for management of stable water quality target by setting the permitted total amount of the pollutant. In this study, BOD concentration trends over the last 10 years from 2005 to 2014 were analy...

주제어

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제안 방법

  • 6에서 LOWESS 함수추정은 무리가 없을 것으로 판단된다. Table 2의 각 수치들은 지점별로 최대값(max), 최소값(min), 평균값(mean), 제1사분위수(HL), 중앙값(M(median)), 제3사분위수(HU), 사분위수 범위(Spr(H)), 표준편차(SD)를 구하여 지점별 BOD를 분석하였다. 상자 도식에서 중앙값(M(median)) 농도는 상류에서 하류로 점차 증가하는 것으로 나타났으며, LOWESS line역시 같은 경향을 보인다.
  • 3에 나타내었다. 계절 맨-켄달 검정 결과로 나타난 경향성 분석 결과를 up, down, no trend로 구분하여 제시 하였고, 기울기는 계절 켄달 기울기 통계량을 계산한 것으로 변화의 크기를 의미한다(Kim et al., 2014). 금호강 본류 8개 지점 중 GH1, GH5, GH6, GH7 등 4개 지점이 감소하는 경향으로 나타났고, GH2, GH3, GH8 등 3개 지점은 경향성이 없는 것으로 나타났으며, 유일하게 GH4 지점이 증가하는 경향을 나타냈다.
  • 계절 맨-켄달 검정결과 2005년~2014년 기간 동안 금호강 본류 전체 8개 지점 중 농도 변화가 일어난 곳은 5개 지점이며, 각 지점에 대한 변화율을 도시하여 서로 비교하여 나타내었다.(Fig.
  • 금호강 수계에서 2005년부터 2014년까지 영천댐 유입 후 금호강 본류 총 8개 지점의 BOD 자료에 대해서 장기 경향 분석을 계절 맨-켄달 검정법과 LOWESS 분석법을 이용해서 실시했으며 그 결과는 Table 1 과 Fig. 3에 나타내었다. 계절 맨-켄달 검정 결과로 나타난 경향성 분석 결과를 up, down, no trend로 구분하여 제시 하였고, 기울기는 계절 켄달 기울기 통계량을 계산한 것으로 변화의 크기를 의미한다(Kim et al.
  • 본 연구에서는 2005년부터 2014년까지 금호강에서 지난 10년간의 시계열 BOD자료에 대해 계절 맨-켄달 검정법을 이용하여 오염총량제 시행기간동안의 수질개선효과를 평가하였으며, 비모수적 회귀분석방법인 LOWESS 경향분석법을 통하여 기간 내 변화 특성을 분석하였다. 또한, 금호강에서 10년간 조사된 월평균 BOD 자료들의 시ㆍ공간적 변화와 분포특성을 탐색적 자료 분석 EDA(exploratory data analysis)방법을 이용하여 분석하였다.
  • 본 연구에서 계절 맨-켄달 검정법과 LOWESS 경향 분석법을 적용하여 금호강에서 2005년부터 2014년까지 10년 기간 동안의 BOD 관측 자료에 대한 구체적인 장기 변화 경향을 분석하였다. 또한 탐색적 자료 분석을 이용하여 시ㆍ공간적인 BOD 농도 변화에 대한 분포특성을 분석한 주요 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

  • 0 mm로 낙동강 내륙 지역의 지리적 영향으로 강우가 기타지역에 비해 적은 과우지역에 속한다(Jung, 2012). BOD 자료를 분석하기 위해 2005년부터 2014년까지 10년간 금호강 본류의 국가수질측정망 5개 지점과 단위유역 총량측정망 3개 지점 자료를 수집 총 8개 지점의 월별 자료에 대해서 분석을 실시하였다(Fig. 1).
  • 대상유역인 금호강은 낙동강의 중동부에 위치한 주요 지류로서 유역 면적은 2078.42 km2, 유로연장 118.99 km로 상류에 위치한 영천댐으로부터 유입 후 서류하면서 경산시를 관류하고 대구시역에 들어와 북쪽으로 만곡하여 서류하다가 달성군 다사면 죽곡리 지점에서 낙동강 본류와 합류하는 하천이다. 상류와 중류에 영천시와 경산시등의 소도시가 위치하고, 하류에는 대도시인 대구광역시가 위치해 있다.

데이터처리

  • (2014)은 비모수적 통계분석과 LOWESS 경향분석을 이용하여 금강 수계 단위유역의 수질변화에 대해 연구한 바 있다. 본 연구에서는 2005년부터 2014년까지 금호강에서 지난 10년간의 시계열 BOD자료에 대해 계절 맨-켄달 검정법을 이용하여 오염총량제 시행기간동안의 수질개선효과를 평가하였으며, 비모수적 회귀분석방법인 LOWESS 경향분석법을 통하여 기간 내 변화 특성을 분석하였다. 또한, 금호강에서 10년간 조사된 월평균 BOD 자료들의 시ㆍ공간적 변화와 분포특성을 탐색적 자료 분석 EDA(exploratory data analysis)방법을 이용하여 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
계절 맨-켄달 검정법의 단점은? 장기수질경향분석에 적용되고 있는 비모수적통계분석 기법으로는 계절 맨-켄달 검정법(Seasonal Mann-Kendall test)이 많이 활용되고 있다(Kim and Park, 2004; Lee and Park, 2008). 계절 맨-켄달 검정법은 결측치가 많고 계절성이 분명한 자료에 적합하나 선형 경향으로 결과를 산출하기 때문에 대상 기간 내 경향성이 변할 경우 이를 제대로 반영하지 못하는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 LOWESS(locally weighted scatter plot smoother) 경향분석이 함께 사용되고 있다.
장기간 자연 수계에서 관측된 수질자료의 문제점은 무엇인가? 이와 같은 수질정책의 효과는 장기간 관측된 수질에 대하여 통계적 경향분석을 실시함으로써 정량적 분석이 가능하다(Kim and Park, 2004). 그러나 장기간 자연 수계에서 관측된 수질자료는 계절에 따른 변이가 심하고, 외부 오염원의 변동, 내부 하천환경 변화 등 복합적인 요인에 의해 영향을 받으며, 결측치와 이상치(outlier)가 존재한다. 때문에 관측 자료는 정규분포 보다는 비정규분포 형태를 가지므로, 비모수적 통계기법을 적용하면 해석의 오차를 줄일 수 있다(Hirsch and Slack, 1984; Sokal and Rohlf, 1995).
수질오염총량관리제도의 효과는 무엇인가? 이 기간 동안 일부 지역에서는 큰 효과가 나타나는 것으로 관측되고 있다. 이와 같은 수질정책의 효과는 장기간 관측된 수질에 대하여 통계적 경향분석을 실시함으로써 정량적 분석이 가능하다(Kim and Park, 2004). 그러나 장기간 자연 수계에서 관측된 수질자료는 계절에 따른 변이가 심하고, 외부 오염원의 변동, 내부 하천환경 변화 등 복합적인 요인에 의해 영향을 받으며, 결측치와 이상치(outlier)가 존재한다.
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참고문헌 (25)

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  23. Park, J. H., Park, B. K., Lee, J. K., Rhew, D. H., 2013, Necessity of refractory organic matters management in total maximum daily loads (TMDLs), J. Korean Soc. Water Environ., 29(3), 393-399. 

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