[논문]하절기 낙동강 창녕함안보 구간에서의 수질특성 및 영향인자의 상관관계 분석

정선영; 김일규

doi:10.11001/jksww.2017.31.1.083

[국내논문] 하절기 낙동강 창녕함안보 구간에서의 수질특성 및 영향인자의 상관관계 분석
Analysis of the water quality and correlation of impact factors during summer season in changnyeong-haman weir section 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.31 no.1, 2017년, pp.83 - 91

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzed the correlation between Chl-a and water quality factors using characteristics of climate data, water quality factors, and various statistical analysis techniques during the summer season in the Nakdong River during the 2-year period. The purpose of this study is to provide the basic data for establishing water quality management policy in the Changnyeong-Haman weir section. From the end of July to the middle of August when algae mainly occur, both the years 2015 and 2016 are in the temperature range of $25{\sim}30^{\circ}C$, and the total precipitation of 2015 is less than that of 2016 in this period. As a result of comparing the concentration of Chl-a, the average Chl-a concentration of 2015 was higher than that of 2016, which seems to be related to the total precipitation in the occurrence of algae. The results of the correlation analysis showed that the correlation with PO4-P was significant at most points. As a result of the factor analysis, the first principal factor group classified PO4-P, NH3-N, TP, pH, flow rate, TN and this section seems to be influenced by phosphorus and nitrogen and flow rate.

주제어

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문제 정의

본 연구에서 창녕함안보 구간의 본류 3지점과 지류 2지점의 하절기일 때 기상, 수리, 수질인자에 대한 2년 동안의 조사결과를 바탕으로 수질 특성 및 수질인 자와 Chl-a와의 상관성에 대해 연구하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
, 2015). 본연구에서는 창녕함안보 구간의 수질을 대상으로 다변량 통계분석을 통해 수질 특성을 파악하였으며, 향후 창녕함안보 구간의 수질관리정책 수립을 위한 기초 자료를 제공하는데 목적이 있다.

제안 방법

). 또한 각 지점에서 표층(수표면으로부터 0.5m) 과 중층(수표면으로부터 3m)에서 조사를 실시했으며, 청덕교 지점의 경우 수심이 얕아 표층만 조사하였다.
수질항목 중 수온, pH, 전기전도도(EC), DO(Dissolved Oxygen) 등은 현장에서 측정하였으며(Horiba U-51, Japan), 총질소(TN), 질산성질소(NO₃-N), 암모니아성질소(NH₃-N), 총인(TP), 인산염인(PO₄-P), 화학적산소요구량(COD), 부유물질(SS), 클로로필-a(Chl-a), 총유기탄소(TOC), 총실리카(T-Silica), 용존실리카(D-Silica)를 수질공정시험기준에 따라 분석하였다. 기상인자로 사용된 평균기온, 일조시간, 일사량, 강수량과 수리인자로 사용한 유량은 국가 수자원관리 종합정보 홈페이지(http://www.
각 유역의 Chl-a와 수질인자간의 변동 특성을 파악하기 위해 상관성 분석을 실시하였으며, 일반적으로 이용되는 Pearson's correlation analysis를 이용하여 분석하였다. 주성분 분석은 주성분 수를 결정하기 위해 요인을 설명하는 분산의 크기인 고유치(eigenvalue)가 1.0 이상인 값을 갖는 주성분 축만을 고려하였다. 고유치가 1.

대상 데이터

kr)자료를 활용하였다. 기상인자는 조사지점 인근에 위치한 대구, 합천, 의령 세 지점의 측정자료를 평균하여 이용하였으며, 수리인자는 측정지점 인근에 위치한 이방(율지교), 죽고(청덕교), 적포교(박진교), 거룡강(송도교), 진동(함안보) 지역의 자료를 이용하였다.
-P), 화학적산소요구량(COD), 부유물질(SS), 클로로필-a(Chl-a), 총유기탄소(TOC), 총실리카(T-Silica), 용존실리카(D-Silica)를 수질공정시험기준에 따라 분석하였다. 기상인자로 사용된 평균기온, 일조시간, 일사량, 강수량과 수리인자로 사용한 유량은 국가 수자원관리 종합정보 홈페이지(http://www.wamis.go.kr)자료를 활용하였다. 기상인자는 조사지점 인근에 위치한 대구, 합천, 의령 세 지점의 측정자료를 평균하여 이용하였으며, 수리인자는 측정지점 인근에 위치한 이방(율지교), 죽고(청덕교), 적포교(박진교), 거룡강(송도교), 진동(함안보) 지역의 자료를 이용하였다.
본 연구에서는 각 년도별 조류가 번성하는 여름철을 중심으로 2015년 6월부터 10월까지 총 15회와 2016년 7월부터 9월까지 총 8회 실시하였고, 조사지점은 기존의 수질과 유량 측정 지점 등을 고려하여 창녕함안보 구간의 본류와 주요 지류를 중심으로 본류에 해당하는 율지교, 박진교, 함안보 3개 지점과 지류에 해당하는 청덕교(황강), 송도교(남강) 2개 지점으로 총 5개 지점을 선정하였으며, 관측지점별 수위, 유량, 수질측정소명과 측정기관에 대한 정보를 나타내었다(Fig. 1.). 또한 각 지점에서 표층(수표면으로부터 0.

데이터처리

각 유역의 Chl-a와 수질인자간의 변동 특성을 파악하기 위해 상관성 분석을 실시하였으며, 일반적으로 이용되는 Pearson's correlation analysis를 이용하여 분석하였다.
각 지점별 표층은 S, 중층은 D로 나타냈으며, 수질 인자와 Chl-a와의 상호관계는 Pearson Correlation을 이용하여 평가하였고, 그에 따른 상관계수는 Table 1과같다.
전체 조사지점에서 수질인자를 대상으로 수질특성을 파악하고 구성요인을 추출하기 위해 주성분 분석 (Principle Component Analysis)을 사용하여 Table 2에나타내었다. 그 결과 5개의 주성분이 추출되었고, 제 1요인의 고유치는 3.
0 이하인 경우는 1개의 요인이 변수 1개의 분산을 설명할 수 없으므로 요인으로서 의미가 없기 때문에 제외하였다. 주성분 분석으로 요인을 추출한 후 요인과 변수와의 상관계수에 따른 요인 구조 명확화를 위해 직교회전방식(Varimax) 방식을 적용하여 요인분석을 실시하였다.

성능/효과

1) 조사지점 인근 평균기온은 2015년과 2016년 모두 조류가 주로 발생하는 시기인 7월 말부터 8월 중순까지 25 ~ 30℃ 범위를 보이고 있으며 이 시기 총강수량의 경우 2016년에 비해 2015년이 적은 것으로 보고되었다. 이에 따라 Chl-a의 농도를 비교해본 결과, 평균적으로 강수량이 적은 2015년의 Chl-a의 농도가 2016년에 비해 높게 분석이 되었다.
2) 창녕함안보 구간의 Chl-a의 경우 SD 지점이 높게 분석되었는데, 이는 SD 지점이 낙동강의 주요 지류 중 오염물질 발생이 비교적 높은 남강에 위치하고 있으며, Chl-a의 농도가 본류에 비해 높게 나타난 것으로 보아, 하류 HA 지점의 Chl-a 농도에 영향을 미친 것으로 판단된다. 따라서 남강 지류에 대한 지속적인 관리가 필요할 것으로 판단된다.
2016년은 2015년에 비해 평균기온이 높았지만 대체 적으로 각 년도마다 7월부터 8월까지의 온도가 상승한후 9월에 점점 감소하는 패턴을 보여 각 년도의 월별 변동성이 뚜렷하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 조사기간 중 2015년과 2016년 모두 조류가 주로 발생하는 시기인 7월 말부터 8월 중순까지 25 ~ 30℃ 범위를 나타내었으며, 이 때 측정한 수온이 이와 유사한 온도 범위를 보이고 있어 여름철에 대량 발생하는 남조류의 생육에 적정한 수온과 유사하므로(Yeon et al.
3) Chl-a와 수질인자간의 상관분석 결과, 영양염류와 유기물에 유의한 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 그 중 대부분의 지점에서 조류발생에 가장 큰 영향을 미치는 PO₄-P과의 강한 상관성이 나타나 낙동강에서의 제한요소로는 인이 보다 중요한 것으로 판단된다.
4) 요인분석 결과, 전체 수질을 대상으로 5개의 주성분이 추출되었으며, 전체 분산은 제 1요인부터 제 5 요인까지 73.146%를 설명해주고 있다. 제 1요인은 PO₄-P, NH₃-N, TP, pH, 유량, TN으로 구분되었으며 제 2요인은 COD, TOC, 전도도, Chl-a로 분류되었고 제 3 요인은 기온, 수온, DO와 제 4요인은 일사량, NO₃-N, 일조시간으로 분류되었다.
제 1요인은 PO₄-P, NH₃-N, TP, pH, 유량, TN으로 구분되었으며 제 2요인은 COD, TOC, 전도도, Chl-a로 분류되었고 제 3 요인은 기온, 수온, DO와 제 4요인은 일사량, NO₃-N, 일조시간으로 분류되었다. 결과를 종합하였을 때, 창녕함안보 구간의 대상 지점은 영양염류인 인과 질소 그리고 유량의 영향을 비교적 크게 받는 것으로 판단된다.
전체 조사지점에서 수질인자를 대상으로 수질특성을 파악하고 구성요인을 추출하기 위해 주성분 분석 (Principle Component Analysis)을 사용하여 Table 2에나타내었다. 그 결과 5개의 주성분이 추출되었고, 제 1요인의 고유치는 3.637로써 20.206%, 제 2요인이 3.029로써 16.828%, 제 3요인이 14.665%, 제 4요인이 12.129%, 제 5요인이 9.318%를 기여하고 있다. 전체 분산은 제 1요인부터 5요인까지 73.
또한 CD 지점과 SD 지점에서는 수온과의 상관성이 유의하게 나타났는데, 이는 지류가 본류에 비해 수심이 얕기 때문에 수온이 조류성장에 영향을 미친 것으로 판단된다. Chl-a와 일사량은 모두 p-value가 0.
또한 Lim(2014) 등은 조류의 광합성으로 인해 pH가 증가되고, 이는 조류의 생장에 영향을 미친 것으로 보고하였다. 수중의 탁도 유발 물질은 물의 투명도와 빛의 수중 투과 깊이에 영향을 미치며 조류의 성장에 필수적인 햇빛의 양에 영향을 주는 것으로 알려져 있지만(Sin 1996b; Kim et al., 2002), 상관분석 결과 전 지점에서 탁도와의 상관 성은 크게 나타나지 않았으며, SD_D에서 강한 양의 상관성을 보였다. Silica의 경우 PJ_D부터 HA_D까지 상관성이 나타났는데, 이는 PJ 지점에서부터 하절기에 주로 성장하는 남조류뿐 아니라 규조류의 성장도 함께 일어난 것으로 판단되며 SS가 함께 관찰되어 강한 바람이나 물의 유동으로 저토의 휴면 규조류가 수중으로 상승하여 증가했을 가능성이 있다(Cho et al.
1) 조사지점 인근 평균기온은 2015년과 2016년 모두 조류가 주로 발생하는 시기인 7월 말부터 8월 중순까지 25 ~ 30℃ 범위를 보이고 있으며 이 시기 총강수량의 경우 2016년에 비해 2015년이 적은 것으로 보고되었다. 이에 따라 Chl-a의 농도를 비교해본 결과, 평균적으로 강수량이 적은 2015년의 Chl-a의 농도가 2016년에 비해 높게 분석이 되었다. 이는 조류 성장과 발생에 있어 총강수량과 연관성이 있는 것으로 추정된다.
5 mg/L로 가장 높았다. 전반적으로 YJ 지점과 PJ 지점에서 TN, COD 등의 수질인자 들의 농도가 높게 나타났다. YJ 지점의 경우 합천창녕보 상류에 위치하여 유속이 상당히 느려지는 구간의 특성을 가지고 있으며 PJ 지점은 하천 인근에 축산농가 등이 위치해 과량의 영양염류 유입을 예상할 수 있고, 작은 지류들이 본류로 유입되는 특성을 가진다.
146%를 설명해주고 있다. 제 1요인은 PO₄-P, NH₃-N, TP, pH, 유량, TN으로 구분되었으며 제 2요인은 COD, TOC, 전도도, Chl-a로 분류되었고 제 3 요인은 기온, 수온, DO와 제 4요인은 일사량, NO₃-N, 일조시간으로 분류되었다. 결과를 종합하였을 때, 창녕함안보 구간의 대상 지점은 영양염류인 인과 질소 그리고 유량의 영향을 비교적 크게 받는 것으로 판단된다.
통계에 사용할 변수가 요인분석에 적합한지에 대한 검증으로 Kaiser-meyer-olkin(KMO) test를 실행한 결과 0.669로 분석되었고 Bartlett’s test의 구형 검증치 또한 0.000(p<0.05)을 나타내어 변수들의 상관관 계가 통계적으로 유의하여 요인분석 실행이 타당한 것으로 분석되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	부영양화의 주요 요인은?	, 2015). 뿐만 아니라 최근 부영양화는 유역으로부터 유입되는 영양물질과 호수의 증발로 인한 자연적인 발생보다 생활하수, 공장폐수, 인분, 가축분뇨 등의 오폐수 및 비료가 살포된 농경지의 유출수 등에 포함된 영양물질에 의해 발생하며, 이중 특히 인의 유입이 부영양화에 영향을 많이 끼친다고 하였다(Oh et al., 1999; Kim, 2016).
	4대강은 무엇인가?	낙동강은 총길이가 525 km에 달하는 국내 최대의 하천 중의 하나이며, 4대강(한강, 낙동강, 영산강, 금강) 중에서 연중 부영양화 발생 빈도가 높은 편이다 (Hwang et al. 2007; Lim et al.
	하천의 수질평가에 대해 통계분석중 조류 발생 영향 인자에 주로 사용하는 기법은?	최근 하천의 수질평가에 대해 통계분석을 이용한 연구가 진행되고 있으며 통계분석법을 이용해 수질 관리를 보다 쉽게 수행해야 할 것이다. 조류 발생 영향 인자에 대한 연구를 위한 많은 분석 방법 중 다변량 통계분석은 복합적인 조류발생과 수계의 특성사이의 관계를 평가하고 해석하기 위한 유용한 방법이라고 할 수 있다(Jeong et al., 2010; Lim et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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