[국내논문]유량-오염부하량 관계식과 요인분석을 이용한 경안천의 수질특성 평가 Evaluation of Water Quality Characteristics at Kyeongan Stream Using the Flow-Loading Equation and Factor Analysis원문보기
본 연구에서는 경안천의 10년 수질변화 특성을 분석하고 유량-오염부하량 관계식을 이용하여 고찰하였다. 통계분석을 이용하여 수질 항목간의 상관분석과 수질에 영향을 미치는 요인분석을 하였다. 수질변화 특성 결과 $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TOC는 연도별로 증가와 감소를 반복하는 것으로 나타났고 TN, TP는 연도별로 감소하는 것으로 나타났다. 유량-오염부하량 관계식을 통한 오염물질 유출특성결과 유량 증가 시 $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TOC, TN농도는 감소하였으나, TP농도 변화에는 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 상관분석 결과 $BOD_5$는 $COD_{Mn}$, TOC의 상관계수가 0.890 (p<0.01), 0.721 (p<0.01)로 상관성이 통계적으로 높게 나타났다. 요인분석결과 경안천은 유기물 지표항목에 의한 요인이 가장 크며 계절변화에 따른 질소물질에 의한 요인, 유량증가에 따른 부유물질 유입요인 순으로 수질에 영향을 받고 있는 것으로 설명할 수 있다.
본 연구에서는 경안천의 10년 수질변화 특성을 분석하고 유량-오염부하량 관계식을 이용하여 고찰하였다. 통계분석을 이용하여 수질 항목간의 상관분석과 수질에 영향을 미치는 요인분석을 하였다. 수질변화 특성 결과 $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TOC는 연도별로 증가와 감소를 반복하는 것으로 나타났고 TN, TP는 연도별로 감소하는 것으로 나타났다. 유량-오염부하량 관계식을 통한 오염물질 유출특성결과 유량 증가 시 $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TOC, TN농도는 감소하였으나, TP농도 변화에는 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 상관분석 결과 $BOD_5$는 $COD_{Mn}$, TOC의 상관계수가 0.890 (p<0.01), 0.721 (p<0.01)로 상관성이 통계적으로 높게 나타났다. 요인분석결과 경안천은 유기물 지표항목에 의한 요인이 가장 크며 계절변화에 따른 질소물질에 의한 요인, 유량증가에 따른 부유물질 유입요인 순으로 수질에 영향을 받고 있는 것으로 설명할 수 있다.
In this study, we aimed to analyze the characteristics of water quality variation at Kyeongan Stream for a decade and to investigate by the flow-loading equation. The correlation analysis of water quality parameters and the influence factors were examined by statistical analysis. The characteristics...
In this study, we aimed to analyze the characteristics of water quality variation at Kyeongan Stream for a decade and to investigate by the flow-loading equation. The correlation analysis of water quality parameters and the influence factors were examined by statistical analysis. The characteristics of water quality variation showed that the fluctuations in $BOD_5$, $COD_{Mn}$ and TOC were repeated from year to year. TN and TP were decreased by year. By the flow-loading equation, the concentrations of $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TOC and TN were decreased when the flow rate was on the rise. However, the flow did not affect the concentration of TP. According to correlation analysis, $BOD_5$ was highly correlated with $COD_{Mn}$ and TOC with the correlation coefficients of 0.890 (p<0.01) and 0.721 (p<0.01). The result of factor analysis, we identified that the water quality in Kyeongan Stream has been highly influenced by the organic matter index, followed by nitrogenous substance depending on the seasonal variations and the influx of suspended solid in accordance with the increase of flow.
In this study, we aimed to analyze the characteristics of water quality variation at Kyeongan Stream for a decade and to investigate by the flow-loading equation. The correlation analysis of water quality parameters and the influence factors were examined by statistical analysis. The characteristics of water quality variation showed that the fluctuations in $BOD_5$, $COD_{Mn}$ and TOC were repeated from year to year. TN and TP were decreased by year. By the flow-loading equation, the concentrations of $BOD_5$, $COD_{Mn}$, TOC and TN were decreased when the flow rate was on the rise. However, the flow did not affect the concentration of TP. According to correlation analysis, $BOD_5$ was highly correlated with $COD_{Mn}$ and TOC with the correlation coefficients of 0.890 (p<0.01) and 0.721 (p<0.01). The result of factor analysis, we identified that the water quality in Kyeongan Stream has been highly influenced by the organic matter index, followed by nitrogenous substance depending on the seasonal variations and the influx of suspended solid in accordance with the increase of flow.
본 연구에서는 경안천의 수질특성을 알아보기 위하여 수질총량측정망지점의 장기간 수질현황을 파악하고, 유량-오염부하량 관계식 (Flow-Loading Equation)을 이용하여 오염물질 유출 특성을 분석하였다. 객관적이고 신뢰성 있는 경안천의 수질해석을 위하여 다변량통계분석을 적용하여 인자간의 상관성 및 수질영향에 주요 요인을 파악하였다.
제안 방법
경안B지점을 대상으로 2007년 1월부터 2016년 12월 까지 10년의 유량 및 수질자료를 바탕으로 수질변동 특성을 평가하였으며, 경험식을 통하여 오염물질 유출 특성을 분석하였다. 또한 11개 항목에 대해서 다변량통계분석을 통해 수질항목별 및 계절별 상관성과 수질 특성에 영향을 주는 주요 요인을 도출하였다.
대상 데이터
강수량 자료는 서울관측소, 양평관측소, 수원관측소, 이천관측소의 관측망 자료를 이용하였다. 티센법으로 적용한 경안천 유역의 10년 (2007 - 2016) 평균 누적 강수량은 1,274.
국립환경과학원 한강물환경연구소에서 2007년 1월부터 2016년 12월까지 10년간 평균 8일 간격으로 측정된 경안B 지점의 유량 (Flow rate), 수온 (Water Temperature: WT), 수소이온농도 (Hydrogen ion concentration: pH), 전기전도도 (Electrical Conductivity: EC), 용존산소 (Dissolved Oxygen: DO), 생물화학적산소요구량 (Biochemical Oxygen Demand: BOD5), 화학적산소요구량 (Chemical Oxygen Demand: CODMn), 부유물질 (Suspended Solid: SS), 총질소 (Total Nitrogen: TN), 총인 (Total Phosphorus: TP), 총유기탄소 (Total Organic Carbon: TOC)등 수질자료를 이용하였다.
본 연구에서는 경안천의 수질총량측정망 지점인 경기도 광주시 초월면 서하리에 위치한 경안B 지점을 선정하였다 (Fig. 1). 경안천은 유역면적이 561.
데이터처리
수집된 수질자료를 표준화 한 후 통계프로그램인 SPSS (ver. 22.0 for window)를 이용하여 수질항목별, 계절별 상관분석 (Correlation Analysis)과 요인분석을 실시하였다. 상관분석은 두 변수간에 선형적인 상관관계를 파악하는 것으로 상관관계의 정도를 파악하기 위한 척도로 상관계수 (Correlation Coefficient, r)가 이용되고 있다.
이론/모형
요인분석을 실행하기 전 자료에 대한 타당성을 알아보기 위해 Kaiser Meyer Olkin (KMO)과 Bartlett test 검정을 실행하였다. KMO test는 측정된 자료에 대한 변수의 값의 신뢰성을 나타나는 척도로 1에 가까운 값일수록 요인분석의 신뢰성이 높고, Bartlett test는 변수 간 상관행렬이 단위행렬인지 아닌지 검정하는 것을 말하며 변수 간의 상관성이 존재 할 때 유의적 관계라 하며 0에 가까울수록 유의성이 높다 (Kim et al.
성능/효과
2) 유량-오염부하량 관계식을 바탕으로 유량변화에 따른 오염물질 유출특성 분석결과 BOD5, CODMn, TOC와 TN은 저･갈수기 점오염원에 의한 높은 농도를 보이다가 강우 시 희석효과로 농도가 감소하는 것으로 나타났다. SS는 유량증가에 따른 오염물질의 농도가 증가하는 것으로 나타났고, TP부하는 유량변동에 따른 수질 농도 변화에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
3) 수질항목별 상관분석 결과 BOD5는 CODMn, TOC와 0.890, 0.721의 양 (+)의 상관성, WT는 DO, TN과 0.686, 0.849의 음 (-)의 상관성 (p<0.01)으로 나타나 유기물 지표 항목간의 상관성과 계절변화에 따른 질소계열 영얌염류 지표항목의 상관성이 높게 나타났다. 계절별 상관분석결과 유기물 지표항목들은 계절마다 지표 간 양 (+)의 상관성이 높게 나타났고 질소계열 영얌염류 지표항목은 봄, 가을, 겨울철 유량, WT과 상관성이 높은 것으로 나타났다.
4) 수질항목별 요인분석결과 유기물 지표항목에 의한 요인이 가장 크며 계절변화에 따른 질소계열 지표항목에 의한 요인, 유량증가에 따른 부유물질 유입요인 순으로 수질에 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 계절별 요인분석결과 유기물 지표요인이 계절변화와 관계없이 영향을 받는 것으로 나타났다.
후속연구
계절별 요인분석결과 유기물 지표요인이 계절변화와 관계없이 영향을 받는 것으로 나타났다. 경안천의 유기물 지표항목을 효과적으로 관리하기 위해서는 인위적 오염원의 철저한 관리가 필요할 것으로 판단된다. ;
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
간단한 통계처리나 회귀분석, 단일 및 2 - 3개의 항목만으로 수질변화의 특성을 정확히 파악하기 어려운 이유는?
경안천의 수질문제를 해결하기 위해서는 수질에 영향을 주는 다양한 변수들을 도출하고 분석하여 수질변동 특성을 정확하게 파악하는 것이 중요하다. 수질은 오염부하, 수리･수문학적 특성, 퇴적물의 오염상태, 기후정보, 수체 내부 물질대사의 정도 등이 상호 작용하여 나타나 간단한 통계처리나 회귀분석, 단일 및 2 - 3개의 항목만으로 정확한 수질변화의 특성을 파악하기에는 한계가 있다 (Park et al. 2001, Kim 2002).
경안천은 무엇인가?
경안천은 남한강과 북한강과 함께 팔당호 저수구간으로 직접 유입되는 국가하천이며, 팔당호 유입량의 약 2 - 4%를 차지하고 있다 (HRERC 2016). 팔당호로 유입되는 남한강, 북한강 보다 수질농도가 높아 특별한 관리가 필요하다 (Park et al.
경안천의 수질에 영향을 미칠것으로 예상되는 이유는?
2008). 또한 택지개발 사업, 공동주택사업, 주거정비사업, 교통망 확충 사업 등 대규모 개발 사업에 의한 인구유입 및 토지이용에 변화로 오염원 증가가 수질에 영향을 미칠 것으로 예상된다(MOE 2014). 경안천의 수질문제를 해결하기 위해서는 수질에 영향을 주는 다양한 변수들을 도출하고 분석하여 수질변동 특성을 정확하게 파악하는 것이 중요하다.
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