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문제 정의
- 이와 같이 분석된 입도와 중금속 함량의 상관관계를 이해하고 앞서 서술한 미국 및 캐나다에 설정된 환경 기준 뿐만 아니라 국내의 국립환경과학원(National institute of environmental research)에서 제정한 하천·호소 퇴적물 오염평가 기준(sediment pollution evaluation standard)과 비교하였으며, 기준원소와 자연적인 지각에 포함된 자연적인 중금속 함량을 이용하여 부하 계수, 농집 지수 및 중금속 과잉량(metal excess, EX), 오염 계수(contamination factors, CF) 및 오염 누적 지수(pollution load index, PLI)를 산출하여 연구 지역의 중금속 오염도를 파악하였다. 본 연구는 이와 같은 다양한 평가 방법들을 통하여 오염도를 파악함으로써 낙동강 수계의 표층퇴적물에 분포하는 중금속의 오염도를 이해하고 향후 하천 퇴적물의 관리 및 오염도 평가에 관한 기초자료로써 활용하고자 하였다.
- 본 연구에서는 하천 퇴적물 내에 분포하는 중금속 오염도를 평가하기 위하여 우리나라의 4대강 중 하나인 낙동강의 본류 및 지류에서 표층 퇴적물을 채취하여 퇴적물의 입도 및 중금속 함량을 분석하였다. 이와 같이 분석된 입도와 중금속 함량의 상관관계를 이해하고 앞서 서술한 미국 및 캐나다에 설정된 환경 기준 뿐만 아니라 국내의 국립환경과학원(National institute of environmental research)에서 제정한 하천·호소 퇴적물 오염평가 기준(sediment pollution evaluation standard)과 비교하였으며, 기준원소와 자연적인 지각에 포함된 자연적인 중금속 함량을 이용하여 부하 계수, 농집 지수 및 중금속 과잉량(metal excess, EX), 오염 계수(contamination factors, CF) 및 오염 누적 지수(pollution load index, PLI)를 산출하여 연구 지역의 중금속 오염도를 파악하였다.
제안 방법
- , 2010). 그러나 본 연구 지역은 낙동강 전반에 걸친 지점으로 어떤 특정 지역을 오염원의 영향을 적게 받는 지역으로 판단하여 배경농도로 설정하지 못하기에 앞서 중금속 과잉량과 부하 계수에서 사용한 것과 같은 지각 평균값을 배경농도로 사용하였다. 농집 지수는 총 7가지의 등급으로 구분되며, 연구 지역에서 각 등급에 해당하는 지점의 중금속은 Table 6과 같다.
- 본류에 해당하는 지점(Nm) 중 Nm-04, 05, 06, 07, 08, 10, 12는 각각 상주보, 낙단보, 구미보, 칠곡보, 강정·고령보, 달성보, 합천·창녕보와 인접한 지점이며, 지류에 해당하는 지점(Nt) 중 Nt-24는 낙동강 하구언에 인접한 서낙동강에 위치하고 있다. 그리고 퇴적물 시료 채취 당시 전반적인 수질 환경을 파악하기 위하여 수질 다항목 측정기인 YSI-600XLM을 이용하여 수심, 수온, DO(dissolved oxygen) 및 pH 측정하였다. 연구 지역의 수심은 전반적으로 지류에 비해 본류에 해당하는 지점이 깊게 나타났으며, 이중 본류 구간에 건설된 보와 인접한 지역에서 10 m 이상의 수심이 분포하며, Nm-22와 23에서도 10 m 이상의 비교적 깊은 수심이 나타났다.
- 낙동강 수계의 전 지역에 걸쳐 총 24개의 지점에서 포나그랩(ponar grab)을 이용하여 상부 3 cm에 해당하는 표층 퇴적물을 채취하였으며 각 지점에 위치하는 지역에서 좌, 우안 및 중앙에 해당하는 약 5개의 정점을 선정하여 표층 퇴적물을 채취한 후 혼합하였다. 채취된 표층 퇴적물은 입도(grain size) 분석을 위하여 2 mm 체를 이용하여 체걸음을 실시한 후 입도 분석에 이용하였고, 중금속 함량(heavy metals contents) 분석을 위하여 200 mesh체를 이용하여 체걸음을 실시하여 동결 건조를 시킨 후 파쇄기를 이용하여분말화하여 중금속 함량 분석에 이용하였다.
- 낙동강 수계의 표층 퇴적물을 대상으로 하천 퇴적물에 분포하고 있는 중금속 오염도를 평가하기 위하여 본류 및 지류에 해당하는 하천 24개 지점에서 표층 퇴적물을 채취하여 입도 및 중금속(Al, Li, Zn, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd) 함량을 분석하였다. 분석된 결과를 통하여 미국, 캐나다 및 국내에 설정되어 있는 퇴적물 환경기준과 비교하였으며 중금속 과잉량, 부하 계수, 농집 지수, 오염 계수 및 PLI를 산출하여 오염도 평가에 이용하였다.
- 이에 따라 기준이 되는 표준화 원소를 설정하여야 하며, 퇴적물 내 입도의 영향을 배제하기 위하여 퇴적물 내에 존재하는 주요원소이며 보존성 원소로서 Al, Fe 및 Li 등이 일반적으로 이용되고 있다. 본 연구에서는 상대적으로 함량 변화가 적고 퇴적물 내에 % 단위로 높은 함량으로 분포하고 있는 Al을 사용하였으며 배경농도는 지각에 평균적으로 존재하는 함량으로 Mason and Moore(1982)에 의해 제시된 값을 이용하여 중금속 과잉량(EX), 부하 계수(EF), 농집 지수(Igeo) 그리고 오염계수 (CF) 및 오염누적지수인 PLI를 산출하여 오염도를 평가하였다.
- 낙동강 수계의 표층 퇴적물을 대상으로 하천 퇴적물에 분포하고 있는 중금속 오염도를 평가하기 위하여 본류 및 지류에 해당하는 하천 24개 지점에서 표층 퇴적물을 채취하여 입도 및 중금속(Al, Li, Zn, Pb, Cu, Cr, Ni, Cd) 함량을 분석하였다. 분석된 결과를 통하여 미국, 캐나다 및 국내에 설정되어 있는 퇴적물 환경기준과 비교하였으며 중금속 과잉량, 부하 계수, 농집 지수, 오염 계수 및 PLI를 산출하여 오염도 평가에 이용하였다.
- 연구 지역에서 분석된 중금속 함량을 미국, 캐나다 및 국내의 각 기준과 비교하였다(Tabel 4). 미국의 퇴적물 기준과 비교하였을 때 대부분의 중금속은 non polluted의 상태로 나타났으나, Zn의 함량이 본류 3개 지점(Nm-01, 07, 08), 지류 3개 지점(Nt-14, 18, 24)에서 moderately polluted에 해당하여 중금속 중 오염의 상태가 비교적 높은 금속류로 나타났다.
- 퇴적물이 완전히 분해되면 약 20 mL의 질산용액(2 %)를 가하여 휘발시켜 불산을 제거한 후 다시 질산 용액(2 %)을 가하여 용존 시켰다. 이와 같은 전처리 과정을 거친 후 ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry / Varian 720-ES)를이용하여 퇴적물 내에 Al(aluminium), Li(lithium), Zn(zinc), Pb(lead), Cu(copper), Cr(chrome), Ni(nickel), Cd(cadmium) 등 총 8종류를 분석하였다.
- 이와 같이 분석된 입도와 중금속 함량의 상관관계를 이해하고 앞서 서술한 미국 및 캐나다에 설정된 환경 기준 뿐만 아니라 국내의 국립환경과학원(National institute of environmental research)에서 제정한 하천·호소 퇴적물 오염평가 기준(sediment pollution evaluation standard)과 비교하였으며, 기준원소와 자연적인 지각에 포함된 자연적인 중금속 함량을 이용하여 부하 계수, 농집 지수 및 중금속 과잉량(metal excess, EX), 오염 계수(contamination factors, CF) 및 오염 누적 지수(pollution load index, PLI)를 산출하여 연구 지역의 중금속 오염도를 파악하였다.
- , 6%)를 이용하여 전처리 과정을 거친 후자동입자크기 분석기인 Microtec S5300을 이용하였다. 입도 분석 결과는 모래(sand), 실트(silt), 점토(clay)의 세 성분으로 구분한 누적 비율과 평균입도(Mz; maean grain size)를 구하였다. 이때, 평균입도는 Folk and Ward(1957)에 의하여 제안된 방법에 따라 아래의 식 (1)과 같이 계산하였으며 입자의 직경에 대한 단위는 phi(Φ) = -Log 2 D(size in mm)를 사용하였다.
- 중금속 함량 분석은 분말화된 시료를 질산(HNO3), 과염 소산(HClO4), 불산(HF)을 순서대로 첨가하여 퇴적물과 산이 완전히 분해될 때까지 가열하였다. 퇴적물이 완전히 분해되면 약 20 mL의 질산용액(2 %)를 가하여 휘발시켜 불산을 제거한 후 다시 질산 용액(2 %)을 가하여 용존 시켰다.
- 낙동강 수계의 전 지역에 걸쳐 총 24개의 지점에서 포나그랩(ponar grab)을 이용하여 상부 3 cm에 해당하는 표층 퇴적물을 채취하였으며 각 지점에 위치하는 지역에서 좌, 우안 및 중앙에 해당하는 약 5개의 정점을 선정하여 표층 퇴적물을 채취한 후 혼합하였다. 채취된 표층 퇴적물은 입도(grain size) 분석을 위하여 2 mm 체를 이용하여 체걸음을 실시한 후 입도 분석에 이용하였고, 중금속 함량(heavy metals contents) 분석을 위하여 200 mesh체를 이용하여 체걸음을 실시하여 동결 건조를 시킨 후 파쇄기를 이용하여분말화하여 중금속 함량 분석에 이용하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 낙동강 수계에서 본류 14개, 지류 10개에 해당하는 지점 24개를 선정하여 2014년 9, 10월에 걸쳐 표층 퇴적물을 채취하였다. 본류에 해당하는 지점(Nm) 중 Nm-04, 05, 06, 07, 08, 10, 12는 각각 상주보, 낙단보, 구미보, 칠곡보, 강정·고령보, 달성보, 합천·창녕보와 인접한 지점이며, 지류에 해당하는 지점(Nt) 중 Nt-24는 낙동강 하구언에 인접한 서낙동강에 위치하고 있다.
- 연구 지역은 대부분 모래가 우세한 퇴적물로 구성되어 있으며 본류에 위치하고 보와 인접한 지점인 Nm-07, 08에서 가장 세립한 퇴적물로 구성되어 있다. 표층 퇴적물 내중금속 함량은 평균적으로 Al(12.
- 연구 지역인 낙동강 유역은 한반도 동남부로서 동경 127°29'19'' ~ 129°18'00'', 북위 34°59'41'’ ~ 37°12'52''에 위치 한다.
- 입도 분석은 퇴적물에 포함된 유기물을 제거하기 위하여 과산화수소(H2O2, 6%)를 이용하여 전처리 과정을 거친 후자동입자크기 분석기인 Microtec S5300을 이용하였다. 입도 분석 결과는 모래(sand), 실트(silt), 점토(clay)의 세 성분으로 구분한 누적 비율과 평균입도(Mz; maean grain size)를 구하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 각 항목간의 상관관계를 알아보기 위하여 입도와 중금속 함량 분석 결과를 spss 20.0을 이용하여 피어슨 상관계수(Pearson’s correlation coefficient) 분석을 실시하였다(Table 3).
이론/모형
- 본 연구에 이용된 퇴적물 채취 방법과 입도와 중금속 함량의 분석 절차 및 방법은 국립환경과학원의 ‘수질 오염 공정 시험 기준’ 중 ‘하천·호소 퇴적물 공정 시험 기준’에 의거하여 실시하였다(MOE, 2012).
- 연구 지역에서 분석된 중금속 함량을 미국 오대호 퇴적물 분류기준, 캐나다 온타리오 퇴적물 환경기준 그리고 국내의 환경부 국립환경과학원에서 제정한 하천·호소 퇴적물 오염평가 기준을 이용하여 비교 분석을 실시하였다(Table 2).
- 이때, 평균입도는 Folk and Ward(1957)에 의하여 제안된 방법에 따라 아래의 식 (1)과 같이 계산하였으며 입자의 직경에 대한 단위는 phi(Φ) = -Log 2 D(size in mm)를 사용하였다.
성능/효과
- Cu, Cr과 Ni의 함량은 모든 지점에서 음의 값으로 지각의 평균적 함량에 비해 전혀 과잉 되지 않은 상태로 나타났으며, 지점 Nt-14에서 세 중금속 모두 최소값이 나타났다. Cd은 본류에 해당되는 지점 2개 (Nm-01, 08)와 지류에 해당되는 지점 1개(Nt-15)에서에서 과잉으로 분포하고 있으나 1이하의 과잉량으로 Zn이나 Pb 에 비해 비교적 낮게 나타났다(Table 5). 연구 지역에서 Zn, Pb, Cd의 함량이 지각 평균 함량에 비해 비교적 과잉 으로 분포하고 있으며, 지점 Nm-08에서 Zn 및 Cd의 함량이 과잉으로 분포하는 것으로 보아 오염도 가장 높은 지점으로 해석된다.
- 2 mg/kg으로 최대 함량이 분포하고 있어 다른 금속류와는 조금 다른 경향이 나타났다. Cd의 함량은 다른 금속류와 함량과 비슷한 경향으로 본류에서 비교적 높게 분포하고 있으며 지점 Nm-06, 07, 08에서 0.35 mg/kg, 0.31 mg/kg, 0.51 mg/kg의 최대 함량이 분포하며 지류에 해당하는 지점 Nt-15(0.31 mg/kg)에서도 비교적 높은 함량이 나타났다. 대부분 중금속의 함량은 본류의 칠곡보와 강정·고령보가 위치한 지점인 Nm-08, 09과 지류로서 낙동강 하류인 하구언에 위치하고 있는 지점인 Nt-24에서 높은 함량이 분포하고 있는 것으로 나타났다(Fig.
- 21로 Pb에 의한 오염도가 가장 높게 분포하는 것으로 나타났다. Cu, Cr, Ni에서는 모든지점에서 1을 초과하지 않아 인위적 오염은 없는 것으로 나타났으며, Cd의 경우 지점 Nm-01(1.24)과 Nt-15(1.07)에서 1을 초과하는 것으로 나타났다. 연구 지역의 인위적 오염도는 중금속류 중 Pb가 가장 높은 것으로 나타났고 총 14개 지점의 어떠한 중금속류에서도 1을 초과하지 않아 인위적 오염이 없는 자연적인 환경에 해당하는 것으로 나타났다.
- 50의 높은 과잉량이 나타났다. Cu, Cr과 Ni의 함량은 모든 지점에서 음의 값으로 지각의 평균적 함량에 비해 전혀 과잉 되지 않은 상태로 나타났으며, 지점 Nt-14에서 세 중금속 모두 최소값이 나타났다. Cd은 본류에 해당되는 지점 2개 (Nm-01, 08)와 지류에 해당되는 지점 1개(Nt-15)에서에서 과잉으로 분포하고 있으나 1이하의 과잉량으로 Zn이나 Pb 에 비해 비교적 낮게 나타났다(Table 5).
- 연구 지역의 수심은 전반적으로 지류에 비해 본류에 해당하는 지점이 깊게 나타났으며, 이중 본류 구간에 건설된 보와 인접한 지역에서 10 m 이상의 수심이 분포하며, Nm-22와 23에서도 10 m 이상의 비교적 깊은 수심이 나타났다. DO는 평균 8.4 mg/L로서 지점 Nm-05, 16과 Nt-17에서 10 이상의 높은 분포가 나타났으며, 서낙동강에 위치하는 지점 Nt-24에서 가장 낮은 5.3 mg/L가 나타났다. pH는 평균 7.
- 55로 나타나 가장 높은 오염의 상태에 해당 하는 것으로 나타났다. PLI는 연구 지역에서 본류(0.47)와 지류(0.46)에서 같은 경향으로 나타났으며 지점 Nm-08에서 0.83으로 다른 지점에 비해 중금속에 의한 전체적인 오염이 비교적 높은 것으로 나타났지만 모든 지점(avg. 0.47)에서 1 이하의 값으로 오염이 없는 상태에 해당하는 것으로 나타났다(Table 7).
- 05)에서 1을 초과하여 인위적 오염이 있는 것으로 나타났으며, 이 지점을 제외한 모든 지점에서 인위적 오염을 시사하는 값은 나타나지 않았다. Pb에서는 본류의 4개지점(Nm-04, 05, 06, 12)과 지류 3개 지점(Nt-03, 21, 24)에서 1을 초과하는 값이 산출되어 연구 지역에서 Pb에 의한 인위적 오염이 가장 높은 곳으로 나타났으며, 특히 지류에 해당되는 지점인 Nt-21에서 1.21로 Pb에 의한 오염도가 가장 높게 분포하는 것으로 나타났다. Cu, Cr, Ni에서는 모든지점에서 1을 초과하지 않아 인위적 오염은 없는 것으로 나타났으며, Cd의 경우 지점 Nm-01(1.
- 3 mg/L가 나타났다. pH는 평균 7.8로서 지류에 해당하는 지점 Nt-03과 24에서 6.9로 최소 값이, Nt-17에서 9.0으로 최대 값이 나타났다(Table 1).
- 캐나다의 퇴적물 기준과 비교하였을 때 대부분의 중금속 함량이 NEL에 해당되어 전혀 오염이 없는 상태인 것으로 나타났지만 Zn의 함량은 본류 5개 지점(Nm-07, 08, 10, 11, 12), 지류 1개 지점(Nt-09)에서 LEL에 속하여 중금속 중 비교적 오염도가 높은 것으로 나타났으나 퇴적물에 서식하는 다수의 생물체에는 영향을 미치지 않는 SEL 수준에 해당하는 지점은 전혀 없는 것으로 나타났다. 그리고 국내 퇴적물 기준과 비교한 결과, 지점 NS-08에서 Cd의 함량이 독성이 나타날 가능성이 있는 II 등급에 해당하는 것으로 나타났지만 이 지점을 제외한 전 지점의 중금속에서 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 전혀 없는 I 등급에 속하는 것으로 나타났다. 대부분의 지점들은 퇴적물에 내재되어 있는 중금속의 오염에 의한 독성이 나타날 가능성이 없는 것으로 나타났지만 지점 Nm-08은 Zn의 함량이 미국 및 캐나다의 퇴적물 기준에 비해 보통 오염 단계에 해당되며 Cd의 함량이 국내 기준에 비해 독성이 나타날 가능성이 있는 II 등급에 해당되는 것으로 나타나 연구지역의 모든 지점 중 중금속에 의한 오염도가 비교적 높은 지점으로 나타났다.
- 중금속 함량 분석 결과를 미국 퇴적물 분류 기준과 비교한 결과 Zn과 Ni의 함량이 각각 6개와 1개의 지점에서 moderately polluted에 해당하며, 캐나다 퇴적물 환경기준에 비해 Zn의 함량이 6개 지점에서 LEL에 해당하는 것으로 나타났다. 그리고 국내 퇴적물 환경 기준에 비해 Cd의 함량이 Ⅱ 등급에 해당되는 1개 지점(Nm-08)을 제외한 모든 중금속에서 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 전혀 없는 Ⅰ 등급에 해당하는 것으로 나타났다. 중금속 과잉량과 부하 계수 산출 결과 연구 지역은 Zn, Pb, Cd의 함량이 과잉으로 분포하며, 세 중금속에 의한 인위적 오염이 다소 분포하고 지점 Nm-08에서 인위적인 오염이 비교적 높게 내재되어 있는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 사용한 배경 농도는 지각에 함유되어 있는 중금속의 평균적인 농도로서 오염의 유무를 수치적으로 판단할 수 있는 환경 기준에 비하여 낮게 설정되어 있기에 Pb은 퇴적물 환경 기준과 비교한 결과와는 다르게 비교적 높은 오염도가 내재되어 있는 것으로 나타났다. 그리고 본류에 해당되는 지점 Nm-08은 자연 상태의 중금속 함량에 비해 가장 높은 과잉량이 나타나고 비오염 상태가 아닌 보통 오염의 상태에 해당하는 것으로 나타났다. 또한, 이 지점은 분석된 모든 중금속류에 의한 전체적인 오염도가 가장 높은 것으로 나타나 중금속에 의한 인위적인 오염이 내재되어 있는 상태이며 연 구 지역의 지점 중에서 오염도가 가장 높은 지점으로 판단된다.
- 이러한 연구결과들과 같이 본 연구에서도 모든 지점에서 Cr을 제외한 중금속 함량과 모래의 함량 사이에 강한 음의 상관관계가 나타나 세립질 퇴적물에 중금속 함량이 높은 것으로 나타났다. 그리고 평균입도와 중금속 함량은 전반적으로 양의 상관관계가 나타났으며 이 중 본류에서는 Al(0.753), Cu(0.730), Ni(0.762)의 함량이 강한 양의 상관관계가 나타난 반면, 지류에서는 평균입도와 강한 양의 상관관계에 해당하는 중금속 함량은 나타나지 않아 본류에 비해 지류에 분포하는 중금속 함량과 입도와의 상관계수가 비교적 낮은 것으로 나타났다. 연구 지역은 전반적으로 퇴적물 내에 세립한 입자의 구성성분이 증가할수록 Cr을 제외한 모든 중금속의 함량이 증가하는 것으로 해석되며, 세립질 퇴적물과 중금속 함량에 나타나는 밀접한 상관관계로 보아 연구 지역에서는 입도가 중금속 함량을 제어하는 가장 주된 요인이며 지류에 비해 본류에 해당되는 지점에서 입도에 의한 영향이 비교적 큰 것으로 판단된다.
- 중금속 과잉량과 부하 계수 산출 결과 연구 지역은 Zn, Pb, Cd의 함량이 과잉으로 분포하며, 세 중금속에 의한 인위적 오염이 다소 분포하고 지점 Nm-08에서 인위적인 오염이 비교적 높게 내재되어 있는 것으로 나타났다. 농집 지수 산출 결과에서도 Zn, Pb, Cd의 함량이 각각 4, 6, 5개의 지점에서 비오염과 보통 오염 상태에 해당되며, 오염 계수에서도 세 중금속이 보통 오염에 해당하는 것으로 나타났다. 분석된 모든 중금속을 바탕으로 해당 지점의 전체적인 오염도를 평가할 수있는 PLI 분석 결과 지점 중에서 Nm-08에서 가장 높은 오염이 분포하는 것으로 나타났지만 연구 지역의 모든 지점에서 1미만의 값으로 나타나 비오염 상태에 해당 것으로 나타났다.
- 대부분 중금속의 함량은 본류의 칠곡보와 강정·고령보가 위치한 지점인 Nm-08, 09과 지류로서 낙동강 하류인 하구언에 위치하고 있는 지점인 Nt-24에서 높은 함량이 분포하고 있는 것으로 나타났다(Fig. 4).
- 그리고 국내 퇴적물 기준과 비교한 결과, 지점 NS-08에서 Cd의 함량이 독성이 나타날 가능성이 있는 II 등급에 해당하는 것으로 나타났지만 이 지점을 제외한 전 지점의 중금속에서 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 전혀 없는 I 등급에 속하는 것으로 나타났다. 대부분의 지점들은 퇴적물에 내재되어 있는 중금속의 오염에 의한 독성이 나타날 가능성이 없는 것으로 나타났지만 지점 Nm-08은 Zn의 함량이 미국 및 캐나다의 퇴적물 기준에 비해 보통 오염 단계에 해당되며 Cd의 함량이 국내 기준에 비해 독성이 나타날 가능성이 있는 II 등급에 해당되는 것으로 나타나 연구지역의 모든 지점 중 중금속에 의한 오염도가 비교적 높은 지점으로 나타났다. 이와 같이 국내 및 국외의 기준에 따른 평가 결과들이 상이하게 나타나는 것은 국내 퇴적물 환경 기준은 미국 및 캐나다의 퇴적물 기준 보다 높게 설정되어 있으며, 설정되어 있는 퇴적물 환경 기준이 저서 생물에 영향을 미치는 생태 독성에 따른 값이거나 오염을 판단하는 절대적 수치인 화학적 농도 값에 따른 기준의 의미에 기인하는 것으로 판단된다.
- 보존성 원소인 Al과 Li의 함량은 전반적으로 같은 경향으로 분포하고 있으며, Al은 본류와 지류는 큰 차이가 없었으나 Li은 지류에 비해 본류에 해당되는 지점에서 비교적 높은 함량 분포를 보이고 있다. 두 금속류 모두 본류에서 가장 세립한 퇴적물이 분포하고 있는 지점인 Nm-07(Al: 15.1%, Li: 47.6 mg/kg), 08(Al: 15.1%, Li: 47.1 mg/.kg)에서 최대 함량이 나타났으며, 지류에서는 Nt-18(Al:15.8%, Li: 34.4mg/kg)에서 최대 함량이 나타났다. Zn과 Pb의 함량은 본류와 지류에서 비슷한함량 분포를 보이고 있으며, 본류에 해당되는 지점 Nm-07(Zn: 123.
- 그리고 본류에 해당되는 지점 Nm-08은 자연 상태의 중금속 함량에 비해 가장 높은 과잉량이 나타나고 비오염 상태가 아닌 보통 오염의 상태에 해당하는 것으로 나타났다. 또한, 이 지점은 분석된 모든 중금속류에 의한 전체적인 오염도가 가장 높은 것으로 나타나 중금속에 의한 인위적인 오염이 내재되어 있는 상태이며 연 구 지역의 지점 중에서 오염도가 가장 높은 지점으로 판단된다.
- 연구 지역에서 분석된 중금속 함량을 미국, 캐나다 및 국내의 각 기준과 비교하였다(Tabel 4). 미국의 퇴적물 기준과 비교하였을 때 대부분의 중금속은 non polluted의 상태로 나타났으나, Zn의 함량이 본류 3개 지점(Nm-01, 07, 08), 지류 3개 지점(Nt-14, 18, 24)에서 moderately polluted에 해당하여 중금속 중 오염의 상태가 비교적 높은 금속류로 나타났다. 그리고 지점 Nt-18에서는 Zn 뿐만 아니라 Ni 의 함량도 moderately polluted에 해당하는 것으로 나타났다.
- 연구 지역의 오염도 평가를 위해 중금속 과잉량, 부화 계수, 농집 지수, 오염 계수 및 PLI를 산출한 결과 중금속류 중 Zn, Pb, Cd의 함량이 다소 높게 나타나 오염도에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구에서 사용한 배경 농도는 지각에 함유되어 있는 중금속의 평균적인 농도로서 오염의 유무를 수치적으로 판단할 수 있는 환경 기준에 비하여 낮게 설정되어 있기에 Pb은 퇴적물 환경 기준과 비교한 결과와는 다르게 비교적 높은 오염도가 내재되어 있는 것으로 나타났다. 그리고 본류에 해당되는 지점 Nm-08은 자연 상태의 중금속 함량에 비해 가장 높은 과잉량이 나타나고 비오염 상태가 아닌 보통 오염의 상태에 해당하는 것으로 나타났다.
- 농집 지수 산출 결과에서도 Zn, Pb, Cd의 함량이 각각 4, 6, 5개의 지점에서 비오염과 보통 오염 상태에 해당되며, 오염 계수에서도 세 중금속이 보통 오염에 해당하는 것으로 나타났다. 분석된 모든 중금속을 바탕으로 해당 지점의 전체적인 오염도를 평가할 수있는 PLI 분석 결과 지점 중에서 Nm-08에서 가장 높은 오염이 분포하는 것으로 나타났지만 연구 지역의 모든 지점에서 1미만의 값으로 나타나 비오염 상태에 해당 것으로 나타났다.
- Cd은 본류에 해당되는 지점 2개 (Nm-01, 08)와 지류에 해당되는 지점 1개(Nt-15)에서에서 과잉으로 분포하고 있으나 1이하의 과잉량으로 Zn이나 Pb 에 비해 비교적 낮게 나타났다(Table 5). 연구 지역에서 Zn, Pb, Cd의 함량이 지각 평균 함량에 비해 비교적 과잉 으로 분포하고 있으며, 지점 Nm-08에서 Zn 및 Cd의 함량이 과잉으로 분포하는 것으로 보아 오염도 가장 높은 지점으로 해석된다.
- 농집 지수는 총 7가지의 등급으로 구분되며, 연구 지역에서 각 등급에 해당하는 지점의 중금속은 Table 6과 같다. 연구 지역에서 Zn은 비오염이거나 중간오염 단계에 해당하는 지점 Nm-01(0.03), 07(0.23), 08(0.35) 및 Nt-18(0.03)의 총 4지점을 제외한 모든 지점에서 비오염 단계에 해당하는 것으로 나타났다. Pb은 본류의 Nm-04(0.
- 762)의 함량이 강한 양의 상관관계가 나타난 반면, 지류에서는 평균입도와 강한 양의 상관관계에 해당하는 중금속 함량은 나타나지 않아 본류에 비해 지류에 분포하는 중금속 함량과 입도와의 상관계수가 비교적 낮은 것으로 나타났다. 연구 지역은 전반적으로 퇴적물 내에 세립한 입자의 구성성분이 증가할수록 Cr을 제외한 모든 중금속의 함량이 증가하는 것으로 해석되며, 세립질 퇴적물과 중금속 함량에 나타나는 밀접한 상관관계로 보아 연구 지역에서는 입도가 중금속 함량을 제어하는 가장 주된 요인이며 지류에 비해 본류에 해당되는 지점에서 입도에 의한 영향이 비교적 큰 것으로 판단된다. 또한 향후 다른 중금속류에 비해 다른 경향이 나타나는 Cr의 특성에 대한 연구를 추가적으로 실시해야할 것으로 생각된다.
- 05)의 총 5지점에서 비오염이거나 중간오염의 단계에 해당하는 것으로 나타났다. 연구 지역의 농집 지수 산출 결과 지류에 비해 본류에서 비교적 높은 오염의 단계에 해당되는 지점이 많이 나타났으며 그 중 지점 Nm-07과 08은 Zn, Pb, Cd의 세 중금속류에서 다른 지점에 비해 비교적 높은 오염의 단계에 해당하는 것으로 나타나 모든 지점 중 가장 오염도가 높은 지점으로 해석된다.
- 그리고 퇴적물 시료 채취 당시 전반적인 수질 환경을 파악하기 위하여 수질 다항목 측정기인 YSI-600XLM을 이용하여 수심, 수온, DO(dissolved oxygen) 및 pH 측정하였다. 연구 지역의 수심은 전반적으로 지류에 비해 본류에 해당하는 지점이 깊게 나타났으며, 이중 본류 구간에 건설된 보와 인접한 지역에서 10 m 이상의 수심이 분포하며, Nm-22와 23에서도 10 m 이상의 비교적 깊은 수심이 나타났다. DO는 평균 8.
- 연구 지역의 오염도 평가를 위해 중금속 과잉량, 부화 계수, 농집 지수, 오염 계수 및 PLI를 산출한 결과 중금속류 중 Zn, Pb, Cd의 함량이 다소 높게 나타나 오염도에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구에서 사용한 배경 농도는 지각에 함유되어 있는 중금속의 평균적인 농도로서 오염의 유무를 수치적으로 판단할 수 있는 환경 기준에 비하여 낮게 설정되어 있기에 Pb은 퇴적물 환경 기준과 비교한 결과와는 다르게 비교적 높은 오염도가 내재되어 있는 것으로 나타났다.
- 07)에서 1을 초과하는 것으로 나타났다. 연구 지역의 인위적 오염도는 중금속류 중 Pb가 가장 높은 것으로 나타났고 총 14개 지점의 어떠한 중금속류에서도 1을 초과하지 않아 인위적 오염이 없는 자연적인 환경에 해당하는 것으로 나타났다. 연구 지역의 표층 퇴적물 내에 Zn, Pb, Cd의 함량은 비교적 인위적 오염이 있는 것으로 나타났으나 인위적 오염을 시사하는 1.
- 연구 지역의 입도 분석 결과, 모래는 평균 94.1 %로 가장 우세하게 나타났으며 실트와 점토는 평균 각각 5.6 %, 0.3 %로 미약한 함량으로 구성되어 있다. 본류에 해당하는 지점 중 보와 인접한 지점에서 비교적 세립한 퇴적물로 구성되어 있으며 그 중 Nm-07과 08에서 각각 모래 65.
- 연구 지역의 중금속 과잉량을 보면, Zn의 함량이 지점 NS-08에서 5.93으로 각 지점에 해당하는 모든 중금속류 중 가장 높은 과잉량으로 농축되어 있으며 그 외 모든 지점에서는 배경농도에 비해 과잉으로 분포하지 않는 것으로 나타났다. Pb의 함량은 본류에서 5개 지점(Nm-03, 04, 05, 06, 12) 지류에서 2개 지점(Nt-21, 24)에서에서 과잉으로 존재하여 농축되어 있으며 특히 지점 Nt-21에서 3.
- 연구 지역의 인위적 오염도는 중금속류 중 Pb가 가장 높은 것으로 나타났고 총 14개 지점의 어떠한 중금속류에서도 1을 초과하지 않아 인위적 오염이 없는 자연적인 환경에 해당하는 것으로 나타났다. 연구 지역의 표층 퇴적물 내에 Zn, Pb, Cd의 함량은 비교적 인위적 오염이 있는 것으로 나타났으나 인위적 오염을 시사하는 1.0 수치와 비교적 큰 차이가 없는 것으로 나타나 심각한 상태의 인위적 오염은 분포하지 않는 것으로 판단된다(Fig. 5).
- 연구 지역인 낙동강 수계의 표층 퇴적물에 분포하는 오염도에 영향을 미치는 중금속은 Zn, Pb, Cd로서 다소 오염이 내재되어 있지만 저서생물에 독성의 영향을 줄 수 있는 오염 상태는 아닌 것으로 나타났다. 그리고 본류에 해당되며 보와 인접한지점인 Nm-08에서 가장 세립한 퇴적물로 구성되어 있으며 다른 지점에 비해 퇴적물 내 중금속에 의한 오염이 비교적 높게 분포하고 있는 것으로 판단된다.
- 오염 계수 산출 결과, 평균적으로 Cu, Cr, Ni은 본류와 지류 모든 지점에서 1이하의 값으로 오염이 되지 않은 상태에 해당하며, Zn, Pb, Cd은 1 이상의 값으로 보통 오염의 상태에 해당되는 것으로 나타났다. Zn은 본류(1.
- , 2010). 이러한 연구결과들과 같이 본 연구에서도 모든 지점에서 Cr을 제외한 중금속 함량과 모래의 함량 사이에 강한 음의 상관관계가 나타나 세립질 퇴적물에 중금속 함량이 높은 것으로 나타났다. 그리고 평균입도와 중금속 함량은 전반적으로 양의 상관관계가 나타났으며 이 중 본류에서는 Al(0.
- 그리고 국내 퇴적물 환경 기준에 비해 Cd의 함량이 Ⅱ 등급에 해당되는 1개 지점(Nm-08)을 제외한 모든 중금속에서 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 전혀 없는 Ⅰ 등급에 해당하는 것으로 나타났다. 중금속 과잉량과 부하 계수 산출 결과 연구 지역은 Zn, Pb, Cd의 함량이 과잉으로 분포하며, 세 중금속에 의한 인위적 오염이 다소 분포하고 지점 Nm-08에서 인위적인 오염이 비교적 높게 내재되어 있는 것으로 나타났다. 농집 지수 산출 결과에서도 Zn, Pb, Cd의 함량이 각각 4, 6, 5개의 지점에서 비오염과 보통 오염 상태에 해당되며, 오염 계수에서도 세 중금속이 보통 오염에 해당하는 것으로 나타났다.
- 중금속 함량 분석 결과를 미국 퇴적물 분류 기준과 비교한 결과 Zn과 Ni의 함량이 각각 6개와 1개의 지점에서 moderately polluted에 해당하며, 캐나다 퇴적물 환경기준에 비해 Zn의 함량이 6개 지점에서 LEL에 해당하는 것으로 나타났다. 그리고 국내 퇴적물 환경 기준에 비해 Cd의 함량이 Ⅱ 등급에 해당되는 1개 지점(Nm-08)을 제외한 모든 중금속에서 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 전혀 없는 Ⅰ 등급에 해당하는 것으로 나타났다.
- 1 %로 가장 세립한 퇴적물로 구성되어 있다. 지류는 본류에 비해 비교적 모래의 함량 비율이 높게 구성되어 있으며, 서낙동 강에 위치하는 지점 Nm-24에서 지류에 해당하는 지점 중 실트와 점토의 함량 비율이 가장 높게 나타났다(Fig. 2). 평균 입도는 모래의 범위에서 변화하며 분포하고 있으며 평균 1.
- 그리고 지점 Nt-18에서는 Zn 뿐만 아니라 Ni 의 함량도 moderately polluted에 해당하는 것으로 나타났다. 캐나다의 퇴적물 기준과 비교하였을 때 대부분의 중금속 함량이 NEL에 해당되어 전혀 오염이 없는 상태인 것으로 나타났지만 Zn의 함량은 본류 5개 지점(Nm-07, 08, 10, 11, 12), 지류 1개 지점(Nt-09)에서 LEL에 속하여 중금속 중 비교적 오염도가 높은 것으로 나타났으나 퇴적물에 서식하는 다수의 생물체에는 영향을 미치지 않는 SEL 수준에 해당하는 지점은 전혀 없는 것으로 나타났다. 그리고 국내 퇴적물 기준과 비교한 결과, 지점 NS-08에서 Cd의 함량이 독성이 나타날 가능성이 있는 II 등급에 해당하는 것으로 나타났지만 이 지점을 제외한 전 지점의 중금속에서 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 전혀 없는 I 등급에 속하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 연구 지역은 전반적으로 퇴적물 내에 세립한 입자의 구성성분이 증가할수록 Cr을 제외한 모든 중금속의 함량이 증가하는 것으로 해석되며, 세립질 퇴적물과 중금속 함량에 나타나는 밀접한 상관관계로 보아 연구 지역에서는 입도가 중금속 함량을 제어하는 가장 주된 요인이며 지류에 비해 본류에 해당되는 지점에서 입도에 의한 영향이 비교적 큰 것으로 판단된다. 또한 향후 다른 중금속류에 비해 다른 경향이 나타나는 Cr의 특성에 대한 연구를 추가적으로 실시해야할 것으로 생각된다.
- 그리고 본류에 해당되며 보와 인접한지점인 Nm-08에서 가장 세립한 퇴적물로 구성되어 있으며 다른 지점에 비해 퇴적물 내 중금속에 의한 오염이 비교적 높게 분포하고 있는 것으로 판단된다. 또한, 본 연구는 낙동강의 본류 및 지류에 위치하는 지역 에서 퇴적물 내에 중금속 함량을 통한 오염도를 평가하였지만, 향후에는 중금속 오염도 뿐만 아니라 퇴적물 내에 분포하는 중금속 및 유기물 등의 오염물질을 대상으로 하천 환경 변화에 접근할 수 있는 연구들이 지속적으로 시행 되어야 할 것으로 생각된다.
- 퇴적물에 침전되거나 용출되는 중금속은 수중이나 저서 생태계에 서식하는 동식물에 흡수되어 생태계의 평형을 파괴하거나 나아가 인간에게까지 위해를 야기할 수 있다(Hong and Kim, 1996). 이에 따라 퇴적물 내 중금속을 비롯한 지화학적 성분들에 관한 연구가 필요하게 되며, 이러한 연구를 통하여 하천의 환경 변화를 이해할 수 있으며 여러 환경 요인들의 제어를 비롯한 환경적인 접근에 이르기까지 효율적인 대체수단을 제공할 수 있는 기반을 마련할 수도 있다(Kim et al., 2001).
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