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문제 정의
- , 2017). 국가에서 하천 호수 등 공공수역에 대해 수질측정망을 운영하는 가장 큰 목적은 수질 및 수생태계의 실태를 파악하는 것이다. 이러한 측정망 운영에 따라 생산된 방대한 관측 자료를 이용하여 신뢰성 있는 장기 추세를 분석하는 것은 수질관리 및 정책을 위한 중요한 정보를 얻을 수 있으며, 특히 하천이나 호소에서 영양염류와 생산성의 관계 같은 생태학적 과정을 과학적으로 이해하는데 중요하다(Bekele and McFarland 2004; Kwak et al.
- 그러나 생산되는 방대한 자료를 이용한 추세분석 연구는 지금까지 국내 연구자들에 의해 많이 수행되어 왔지만, 외부환경 요인을 고려한 변동 추세 분석 연구는 매우 드문 실정이며, 검정기법과 평활기법(smoothing technique)을 중심으로 한 연구가 대부분이다. 따라서 본 연구에서는 낙동강 수계에 위치한 남강을 대상으로 계절 및 공간추세(seasonal/ regional Kendall test)분석은 물론 곡선추세(LOWESS)을 통해 대상기간동안의 구체적인 변화 특성을 분석하였다. 또한 여러 외생 변수 중 유량의 영향을 배제한 계절추세분석(flow-adjusted seasonal Kendall test)을 실행함과 동시에 XYZ triplet 시 공간 장기경향 그래프를 통하여 수질 변화 특성을 구체적으로 파악하여 현 수질 상태에 대한 명확한 판단 근거를 마련함은 물론 제도효과 분석 및 개선방향 마련과 향후 수질관리 및 정책 수립에 유용한 정보를 제공하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 낙동강 수계에 위치한 남강을 대상으로 계절 및 공간추세(seasonal/ regional Kendall test)분석은 물론 곡선추세(LOWESS)을 통해 대상기간동안의 구체적인 변화 특성을 분석하였다. 또한 여러 외생 변수 중 유량의 영향을 배제한 계절추세분석(flow-adjusted seasonal Kendall test)을 실행함과 동시에 XYZ triplet 시 공간 장기경향 그래프를 통하여 수질 변화 특성을 구체적으로 파악하여 현 수질 상태에 대한 명확한 판단 근거를 마련함은 물론 제도효과 분석 및 개선방향 마련과 향후 수질관리 및 정책 수립에 유용한 정보를 제공하고자 한다.
- 그리고 향후 연구에서는 이에 대한 종합적인 분석이 보완되어야 할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 그간 수질 경향 분석에 이용되어왔던 직선 및 곡선에 대한 추세결과 외에 대상 하천 전반에 걸친 수질 경향과 XYZ triplet 시 공간 장기경향 그래프를 함께 이용한 추세 분석을 실행함으로써 과거 타 연구 방법을 한 단계 진보시킬 수 있었다. 이러한 방법은 다른 수계에 대해서도 수질정책 시행에 따른 수질개선 효과를 평가하는데 있어서 유용하게 활용될 수 있을 것이며, 이를 통해 향후 수질관리방안 등을 모색하고 결정할 때 기본 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
제안 방법
- 마지막으로 통계적 수치로 알아본 남강의 장기적인 시.공간적 수질변화를 XYZ triplet 그래프를 통해 시각화 하였다.
- 다음 각 지점에 대한 연구기간 동안의 세부적인 수질변동 특성을 파악하기 위해 LOWESS 분석을 실행하였다. 그 다음 외생변수인 유량의 영향을 제거한 flow-adjusted seasonal Kendall test를 실행하여 유량의 존재 유무에 따른 수질 변화를 비교 분석하였다. 마지막으로 통계적 수치로 알아본 남강의 장기적인 시.
- 남강에서 장기수질농도의 변화를 살펴보기 위하여 유량을 제외한 BOD, COD, TN, TP 항목에 대하여 2005년부터~2015년까지 11년간의 월별 자료(132개)를 수집 정리하여 각 지점별로 Fig. 2.에 도식하여 비교하였다.
- 05(신뢰도 95%)에서 유의미한 경향성을 파악하였으며, 첫 번째로 seasonal Mann-Kendall test/regional Kendall test를 실행하여 해당 12개 지점에 대한 증감경향을 분석하였고, 항목별로 남강 전체에 대한 증감경향을 파악하였다. 다음 각 지점에 대한 연구기간 동안의 세부적인 수질변동 특성을 파악하기 위해 LOWESS 분석을 실행하였다. 그 다음 외생변수인 유량의 영향을 제거한 flow-adjusted seasonal Kendall test를 실행하여 유량의 존재 유무에 따른 수질 변화를 비교 분석하였다.
- 본 연구에서는 남강의 수질일반측정망과 수질총량측정망 12개 지점을 대상으로 2005년 1월부터 2015년 12월까지 11년간의 BOD, COD, TN, TP 항목 자료를 바탕으로 seasonal Mann-Kendall 검정법을 통해 지점별 수질변화를 직선추세를 통하여 살펴보았고, LOWESS 분석법을 적용하여 연구기간 중 수질의 증감 변화의 경향성을 분석하였다. 또한 남강 전체지점의 공간적 추세를 항목별로 살펴보았으며, 아울러 수질과 유량을 함께 관측한 수질총량측정망 지점에 대해 유량을 제거한 후(adjusted seasonal Kendall test)와 그렇지 않은 경우를 비교하였다. 이와 같은 연구방법을 통해 남강 수질 측정망 지점의 장기수질농도 변화 경향성을 정량 정성적으로 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구는 유의수준(α) 0.05(신뢰도 95%)에서 유의미한 경향성을 파악하였으며, 첫 번째로 seasonal Mann-Kendall test/regional Kendall test를 실행하여 해당 12개 지점에 대한 증감경향을 분석하였고, 항목별로 남강 전체에 대한 증감경향을 파악하였다.
- 본 연구에서는 남강의 수질일반측정망과 수질총량측정망 12개 지점을 대상으로 2005년 1월부터 2015년 12월까지 11년간의 BOD, COD, TN, TP 항목 자료를 바탕으로 seasonal Mann-Kendall 검정법을 통해 지점별 수질변화를 직선추세를 통하여 살펴보았고, LOWESS 분석법을 적용하여 연구기간 중 수질의 증감 변화의 경향성을 분석하였다. 또한 남강 전체지점의 공간적 추세를 항목별로 살펴보았으며, 아울러 수질과 유량을 함께 관측한 수질총량측정망 지점에 대해 유량을 제거한 후(adjusted seasonal Kendall test)와 그렇지 않은 경우를 비교하였다.
- 각 지점별로 관심기간동안의 세부적인 수질변동특성을 파악하기 위하여 LOWESS 분석을 실행하였다. 분석 결과 대상기간동안 수질의 증감변동이 파악되고, 뚜렷한 증감의 변동이 대표되는 지점을 항목별로 BOD, COD는 Fig. 5에 TN, TP는 Fig. 6에 나타냈으며, 예시로 나타낸 지점들에 대하여 구체적인 변화 특성을 분석하였다. NR3(Nam-River) 지점의 BOD농도는 seasonal Mann-Kendall test 결과 “증가” 경향을 나타내었고, LOWESS분석 결과에서는 2013년도를 기점으로 “증가” 하는 경향이 뚜렷하게 나타나고 있다.
- , 2017). 수질오염에서는 외생변수로 유량의 변화가 크게 영향을 미치므로 유량의 영향을 고려한 즉 수질에 영향을 미칠 수 있는 자연적인 영향요인 중 유량(flow)영향을 제거한 수질 추세를 분석하여 유량이 있을 때와 없을 때에 따른 수질변화를 비교 분석하였다. 유량 유무에 대한 비교 분석을 하기 위해서는 수질과 유량자료를 동시에 관측한 자료가 필요한데, 남강 9개 지점 중 수질과 유량을 동시에 관측해오고 있는 지점은 수질오염총량 단위유역인 NR1(남강A), NR2(남강B), NR3(남강C)지점과 NR6(남강D)지점 그리고 NR9(남강E)지점이다.
대상 데이터
- 남강 연구대상 12개 지점의 최근 2015년도 연평균수질현황을 남강 수질측정망 지점(NR1~NR9) 자료와 남강댐(진양호) 수질측정망 지점(D1.2.3) 자료를 구분하여 Table 1에 제시하였다. 이는 2015년도 자료에 대해 산술평균한 값을 수질환경기준에 따라 평가한 자료이다.
- 남강의 수질일반측정망과 수질총량측정망 공통 지점인 경호강1(남강A), 경호강2(남강B), 남강4-1(남강E),수질총량측정망 지점인 남강(남강C), 남강2A(남강D),그리고 수질일반측정망 지점인 남강1, 남강2, 남강3, 남강4, 진양호(남강댐1, 남강댐2, 남강댐3)의 총 12개 지점을 연구대상 지점으로 선정하였다. 연구기간은 2005년 1월부터 2015년 12월까지 약 11년을 선정하였고 분석항목은 5개로 생물학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 총질소(TN), 총인(TP), 유량에 대한 월평균 자료를 이용하였다.
- 연구기간은 2005년 1월부터 2015년 12월까지 약 11년을 선정하였고 분석항목은 5개로 생물학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 총질소(TN), 총인(TP), 유량에 대한 월평균 자료를 이용하였다. 수질 및 유량자료는 물환경정보시스템(WEIS, 2016)에서 수집하였다. 통계분석은 12개 지점에 대하여 계절추세분석(seasonal Mann-Kendall test), 곡선추세 LOWESS분석 및 지역추세분석(regional Kendall test), 외생변수의 영향을 제거한(adjusted seasonal Kendall test)를 USGS의 추세 검정 프로그램과 R을 이용하여 실행하였다.
- 남강의 수질일반측정망과 수질총량측정망 공통 지점인 경호강1(남강A), 경호강2(남강B), 남강4-1(남강E),수질총량측정망 지점인 남강(남강C), 남강2A(남강D),그리고 수질일반측정망 지점인 남강1, 남강2, 남강3, 남강4, 진양호(남강댐1, 남강댐2, 남강댐3)의 총 12개 지점을 연구대상 지점으로 선정하였다. 연구기간은 2005년 1월부터 2015년 12월까지 약 11년을 선정하였고 분석항목은 5개로 생물학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 총질소(TN), 총인(TP), 유량에 대한 월평균 자료를 이용하였다. 수질 및 유량자료는 물환경정보시스템(WEIS, 2016)에서 수집하였다.
데이터처리
- 각 지점별로 관심기간동안의 세부적인 수질변동특성을 파악하기 위하여 LOWESS 분석을 실행하였다. 분석 결과 대상기간동안 수질의 증감변동이 파악되고, 뚜렷한 증감의 변동이 대표되는 지점을 항목별로 BOD, COD는 Fig.
- 반면 NR6, NR9 지점의 경우 유량의 영향을 제거하기 전(-), 후(+) 그리고 Slope가 전(-), 후(+)로 나타나 유량에 의한 수질농도 “감소”가 있음을 알 수 있다. 그리고 flow adjusted seasonal Kendall test를 실행한 결과와 seasonal Mann-Kendall test 실행결과의 slope 변화율을 항목별로 도시하여 Fig. 7에 나타내어 비교 분석하였다. 먼저 seasonal Mann-Kendall 검정결과 2005년 2015년 기간 동안 남강 본류 전체 9개 지점 중 통계적으로 유의한 BOD농도 변화가 일어난 곳은 2개 지점이지만 slope가 하류구간에서 전반적으로 (-) 감소하고 있는 추이를 보이고 있다.
- 유량 유무에 대한 비교 분석을 하기 위해서는 수질과 유량자료를 동시에 관측한 자료가 필요한데, 남강 9개 지점 중 수질과 유량을 동시에 관측해오고 있는 지점은 수질오염총량 단위유역인 NR1(남강A), NR2(남강B), NR3(남강C)지점과 NR6(남강D)지점 그리고 NR9(남강E)지점이다. 따라서 이 5지점에 대해 유량의 영향이 배제된 상태에서 수질 변화를 살펴보기 위해 flow adjusted seasonal Kendall test를 실행하였고 seasonal Mann-Kendall test 분석 결과와 항목별로 비교하여 서로 상이한 경우를 Table 5에 나타내었다. 분석 결과 BOD농도는 NR3(남강C)지점에서 S통계량이 38이고 p-value는 유의수준(a) 0.
- 05일 때 귀무가설을 기각하고 경향성이 있다는 대립가설을 수용하여 추세변화를 판단하며 증감에 대한 정보는 S 및 Z 값 통계량을 이용하였다. 또한 이에 수반되는 켄달 기울기 통계량(Kendall slope estimator)으로 경향성의 정도를 파악하였다(USGS, 2005; Kim et al., 2017).
- 이 방법은 p-value ≤ 0.05일 때 귀무가설을 기각하고 경향성이 있다는 대립가설을 수용하여 추세변화를 판단하며 증감에 대한 정보는 S 및 Z 값 통계량을 이용하였다.
- 수질 및 유량자료는 물환경정보시스템(WEIS, 2016)에서 수집하였다. 통계분석은 12개 지점에 대하여 계절추세분석(seasonal Mann-Kendall test), 곡선추세 LOWESS분석 및 지역추세분석(regional Kendall test), 외생변수의 영향을 제거한(adjusted seasonal Kendall test)를 USGS의 추세 검정 프로그램과 R을 이용하여 실행하였다.
이론/모형
- adjusted seasonal Kendall test는 seasonal Mann-Kendall test에서 외생변수의 영향을 제거함으로써 배경 변이성(background variables), 즉 잡음(noise)을 최소화하여 가설검정 시 오류의 가능성을 줄여 보다 신뢰성 있는 결과를 도출할 수 있는 분석 방법이다(Helseland Hirsch, 2002). seasonal Mann-Kendall test와 LOWESS가 결합된 분석방법으로 종속변수에 자연적 외부영향 요인인 강수량, 기온, 유량 등에 해당하는 외생변수을 고려하여 LOWESS 비모수 회귀에 의한 예측치를 산출하게 되고 이때 생산된 예측치와 실측치 간의 차이인 잔차(Ri)을 이용하여 flow-adjusted seasonal Kendall test를 실행한다(Helsel and Hirsch, 2002;Kim et al., 2017).
성능/효과
- COD 농도는 남강 상류에 위치한 NR1(경호강1), NR2(경호강2) 지점에서는 유량에 의한 영향으로 “증가”하고 있는 것으로 나타났지만, 반면 하류에 위치한 지점들에서는 유량에 의한 수질“개선”이 이루어지는 등 긍정적 효과를 나타내었으며,TN 농도 역시 같은 결과를 보였다.
- COD농도는 2005년에서 수질오염총량 2단계 시행 전까지 큰 변화가 없으나 그 이후부터 하류구간에서 완만한 감소추이를 보이는 것으로 분석되었다. 반면 상류 구간에서 COD농도가 temporal-spatial contour map 분석에서 최근 붉게 나타났고, seasonal Mann-Kendall test 분석 결과 뿐만아니라 LOWESS 분석에서도 NR1(남강A), NR2(남강B), NR3(남강C)지점과 남강댐(진양호)에서도 “증가” 추세를 나타냈다.
- COD농도는 LOWESS 분석결과 지속적으로 농도가 증가하는 것으로 나타났으며, 그 원인을 분석해 볼 때 seasonal Mann-Kendall 분석 결과 “증가” 경향을 나타낸 상류지점들의 영향으로 추정된다.
- COD농도는 NR2(남강B)지점에서 S통계량이 40이고 p-value는 유의수준(a) 0.0301로 유의한 “증가” 경향을 나타내었지만, 유량의 영향을 제거한 결과 S통계량이 24이고 p-value는 0.2055로 BOD농도의 NR3(남강C)지점 경우와 마찬가지로 증감의 경향이 아닌 “유지” 상태를 나타내어 이 지점에서는 유량에 의한 수질농도 “증가”가 있음을 알 수 있다.
- 이는 수질관리제도 시행 및 저감시설 확충에 따른 오염원 관리를 통해 수질을 개선시키는 역할을 한 것으로 판단되며, 목표수질을 만족하는 지점에 대해서는 적어도 수질이 악화되지 않는 범위 내에서 관리가 이루어져야 한다고 사료된다. LOWESS 분석 결과 대부분의 분석 항목과 지점에서 뚜렷한 수질변동을 나타내지 않았으나 NR1(경호강1), NR2(경호강2), NR3(남강), NR6(남강2A)지점 등 일부 지점에서 수질 변동 특성을 나타내었다. 특히 NR3(남강)지점의 BOD농도는 2013년을 기점으로 “증가” 경향을 나타내었으며, NR1,NR2, NR3 지점과 남강댐 COD 농도는 연구기간동안 지속적으로 “증가” 경향을 보이는 것으로 나타났지만 댐 하류구간에서는 “개선” 되는 서로 상반된 결과를 보였다.
- TN과 TP 농도는 댐 하류 대부분의 지점에서 2011년 이후 “개선”된 경향이 뚜렷하였다. LOWESS 분석을 통해 시간에 따른 수질 변동을 명확히 파악 할 수 있었으며 그 외 지점에서는 뚜렷한 변동 없이 seasonall Mann-Kendall test와 유사한 결과를 나타내었다. 또한 유량을 제거한 flow-adjusted seasonal Kendall 결과,BOD 농도는 NR3(남강)지점에서 유량에 의한 영향으로“증가”하고 있는 것으로 나타나 이는 남강댐에서의 영향을 의미하는 결과로 볼 수 있다.
- NR1(KyungHo-River 1)지점은 남강 최상류지점으로 이 지점의 TP농도는 seasonal Mann-Kendall 결과 “no trend” 상태를 나타냈으며, LOWESS 결과 역시2005 2015년까지 별다른 경향 없이 완만히 유지되는 상태를 나타내었다.
- NR2(KyungHo-River 2)지점의 TN농도는 seasonal Mann-Kendall 결과 “no trend” 상태를 나타냈으나 LOWESS 결과 2010년 “증가” 후 2013년부터 “감소”하는 경향을 나타내고 있다.
- NR3(Nam-River) 지점의 BOD농도는 seasonal Mann-Kendall test 결과 “증가” 경향을 나타내었고, LOWESS분석 결과에서는 2013년도를 기점으로 “증가” 하는 경향이 뚜렷하게 나타나고 있다.
- NR3(Nam-River) 지점의 COD농도는 seasonal Mann-Kendall 결과 “증가” 상태였으며, LOWESS 결과 2009년부터 2013년 까지 일정하게 유지되다 최근 다시 “증가”하는 상태를 나타내고 있다.
- NR6(Nam -River 2A)지점은seasonal Mann-Kendall test 결과 유의한 “감소” 상태였으나, LOWESS분석 결과 2010는 부터 감소하여 2012년부터 큰 변동 없이 일정하게 유지되는 경향을 보이고 있다.
- NR8(Nam-River 4) 지점의 COD농도는 seasonal Mann-Kendall 결과 “감소” 상태를 나타내었으며,LOWESS 분석 결과에서도 2010년 이후부터 꾸준히 “감소” 후 최근까지 “개선”되는 경향이 뚜렷하게 나타났다.
- TN농도의 경우 slope가 남강 상류에서 하류로 점점 (-)감소하고 있는 추이를 보이고 있으며, 남강 본류 중간지점에서 농도 감소폭이 뚜렷하게 보이고 있다. TP농도 변화율은 slope가 본류 전반에 걸쳐 (-) 감소하고 있는 추이를 보이고 있으며, 특히 하류 말단 지점에서 농도 변화가 가장 크게 일어났으며 가장 큰 감소폭을 보였다.
- seasonal Mann-Kendall 분석 결과 “증가” 경향을 나타낸 지점은 없었으며, 중하류 구간인 남강 1(NR4)~남강4-1(NR9)의 6개 지점에서 S 통계량은 49~-75, p-value는 0.0081~ 0.0000 유의수준(α) 0.05 이하로 유의한 수질 “개선” 경향을 나타내었다.
- 각 지점별 seasonal Mann-Kendall 결과 BOD 농도는 “개선” 1지점, “유지” 7지점, “증가” 1지점으로 나타났고 COD 농도는 “개선” 2지점, “유지” 4지점, “증가” 3지점으로 나타났으며 TN 농도는 “증가”된 경향을 나타내는 지점은 없었고 “유지” 5지점, 4지점이 “감소” 경향을 나타내었다.
- TN은 대부분의 지점들이 모두 호소수질환경기준 Ⅴ(Very Poor)등급에 해당하는 것으로 조사되었다. 남강댐(진양호)에서 유기물 오염지표인 BOD와 COD농도는 수질환경기준 b(Good)등급 이상의 아주 양호한 수질을 보이는 것으로 조사되었고, 영양염류 지표인 TP는(Below average)등급, TN은 (Poor) 등급인 것으로 나타났다.
- 1 mg/L로 모두 기준을 초과하지 않고 목표수질기준 이하로 유지 관리되고 있으며, 전체적으로 수질환경기준 Ⅱ(Below average) 이상등급의 아주 양호한 수질을 보이는 것으로 조사되었다. 다음 2단계 수질오염총량관리 항목으로 추가된 TP 에 대해서 살펴보면 각 단위유역별로 설정된 목표수질이 남강A(경호강1)는 0.052mg/L, 남강B(경호강2)는 0.043 mg/L, 남강C(남강)는 0.031 mg/L, 남강D(남강2A)는 0.070 mg/L, 남강E(남강4-1)는 0.075 mg/L로 TP 역시 모두 기준을 초과하지 않고 목표수질기준 이하로 유지 관리되고 있는 것으로 분석되었다. 하지만 남강 중권역(남강댐, 남강)의 수질목표(Ⅰb)를 기준으로 볼 때 BOD와 TP는 남강댐을 기준으로 상류는 연평균 수질이 목표를 만족하는 것으로 나타났고, 하류는 약간 상회하는 것으로 나타났으며, COD 항목은 연평균 수질이 목표를 상회하는 것으로 분석되었다.
- 다음으로 slope 변화율을 서로 비교한 결과에서 BOD, COD, TP항목은 상류에서 유량에 의한 수질의“증가” 현상이, 하류에서는 유량에 의한 수질의 “감소” 현상이 나타났으며, 특히 COD항목에서 이러한 경우가 뚜렷하게 관찰되었다.
- 에서 2005년에서 2015년의 BOD의 장기흐름을 살펴보면 2004년부터 관리 대상항목으로 BOD를 선정하여 시행한 1단계 기간(2004~2010년)에서 2단계 기간(2011년~2015년)이 종료된 최근까지 전체적으로 볼 때 BOD의 농도는 서서히 감소하는 수질경향을 나타내고 있다. 두 번째로 TP의 장기흐름을 살펴보면 1단계 수질오염총량기간인 2004년~2010년까지는 TP농도가 상승했다 낮아졌다 했지만 2010년을 기점으로 관리 대상항목으로 TP를 선정하여 시행한 2단계 기간인 2011년부터 2015년 종료 시점까지 TP농도는 지속적으로 감소하는 경향이 뚜렷하게 나타났다. 세 번째로 COD는 최근까지 상승했다 낮아졌다 했지만 별다른 농도 변화 경향을 보이지 않는 것으로 나타났으며, 네 번째 TN은 2011년을 기점으로 다소 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다.
- 분석 결과 BOD농도는 수질오염총량 1,2단계 시행을 거치면서 서서히 개선되어 감소하는 경향이 뚜렷하게 관찰되었다. 따라서 BOD 농도는 남강에서 대부분의 지점이 일정한 수질을 유지하거나 감소하는 추이를 나타내고 있고, 이 같은 추이는 남강 본류에서 BOD농도는 감소하거나 일정한 농도로 유지 및 관리되고 있다는 것을 의미하는 결과로 해석할 수 있다. 다만 유일하게 “증가” 추세를 나타낸 NR3(남강C)지점은 남강댐(진양호) LOWESS 분석에서 최근 남강댐에서의 BOD농도가 2013년 이후 증가 추이를 보이는 것의 영향으로 추정된다.
- 또한 유량을 제거한 flow-adjusted seasonal Kendall 결과,BOD 농도는 NR3(남강)지점에서 유량에 의한 영향으로“증가”하고 있는 것으로 나타나 이는 남강댐에서의 영향을 의미하는 결과로 볼 수 있다.
- 7에 나타내어 비교 분석하였다. 먼저 seasonal Mann-Kendall 검정결과 2005년 2015년 기간 동안 남강 본류 전체 9개 지점 중 통계적으로 유의한 BOD농도 변화가 일어난 곳은 2개 지점이지만 slope가 하류구간에서 전반적으로 (-) 감소하고 있는 추이를 보이고 있다. COD농도 변화가 일어난 곳은 5개 지점이며 상류지점에서 농도 증가폭이 크게 나타났다.
- 057 mg/L로 나타났다. 먼저 수질오염총량관리 항목인 BOD에 대해서 살펴보면 각 단위 유역별로 설정된 목표수질이 남강A(경호강1)는 1.5mg/L, 남강B(경호강2)는 1.6 mg/L, 남강C(남강)는 1.2mg/L, 남강D(남강2A)는 2.5 mg/L, 남강E(남강4-1)는 3.1 mg/L로 모두 기준을 초과하지 않고 목표수질기준 이하로 유지 관리되고 있으며, 전체적으로 수질환경기준 Ⅱ(Below average) 이상등급의 아주 양호한 수질을 보이는 것으로 조사되었다. 다음 2단계 수질오염총량관리 항목으로 추가된 TP 에 대해서 살펴보면 각 단위유역별로 설정된 목표수질이 남강A(경호강1)는 0.
- 반면 상류 구간에서 COD농도가 temporal-spatial contour map 분석에서 최근 붉게 나타났고, seasonal Mann-Kendall test 분석 결과 뿐만아니라 LOWESS 분석에서도 NR1(남강A), NR2(남강B), NR3(남강C)지점과 남강댐(진양호)에서도 “증가” 추세를 나타냈다.
- 분석 결과 BOD농도는 NR3(남강C)지점에서 S통계량이 38이고 p-value는 유의수준(a) 0.0384로 유의한 “증가” 경향을 나타내었지만, 유량의 영향을 제거한 결과 S통계량이30이고 p-value는 0.1104로 경향성이 없다는 귀무가설(HO)을 수용하여 증감의 경향이 아닌 “유지” 상태를 나타내어 유량에 의한 수질농도 증가가 있음을 알 수 있다.
- 8에 제시하였다. 분석 결과 BOD농도는 수질오염총량 1,2단계 시행을 거치면서 서서히 개선되어 감소하는 경향이 뚜렷하게 관찰되었다. 따라서 BOD 농도는 남강에서 대부분의 지점이 일정한 수질을 유지하거나 감소하는 추이를 나타내고 있고, 이 같은 추이는 남강 본류에서 BOD농도는 감소하거나 일정한 농도로 유지 및 관리되고 있다는 것을 의미하는 결과로 해석할 수 있다.
- 두 번째로 TP의 장기흐름을 살펴보면 1단계 수질오염총량기간인 2004년~2010년까지는 TP농도가 상승했다 낮아졌다 했지만 2010년을 기점으로 관리 대상항목으로 TP를 선정하여 시행한 2단계 기간인 2011년부터 2015년 종료 시점까지 TP농도는 지속적으로 감소하는 경향이 뚜렷하게 나타났다. 세 번째로 COD는 최근까지 상승했다 낮아졌다 했지만 별다른 농도 변화 경향을 보이지 않는 것으로 나타났으며, 네 번째 TN은 2011년을 기점으로 다소 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다.
- 연구기간동안 남강 측정망 지점 전반에 걸친 regional Kendall teat 결과 BOD, COD농도는 “no trend”, TN,TP 농도는 “개선” 경향을 나타내었으며, 남강댐(진양호)에서 regional Kendall teat 결과 BOD, TP농도는 “no trend”, COD, TN농도는 “증가” 경향을 나타내었다.
- 전반적으로 상류지점보다는 하류지점의 수질농도가 다소 높음을 알 수 있고, 그 농도 범위가 BOD는 1.3~2.3mg/L, COD는 3.7~5.5 mg/L, TN은 1.184~2.102mg/L, TP는 0.025~0.057 mg/L로 나타났다. 먼저 수질오염총량관리 항목인 BOD에 대해서 살펴보면 각 단위 유역별로 설정된 목표수질이 남강A(경호강1)는 1.
- 첫 번째로 Fig. 3.에서 2005년에서 2015년의 BOD의 장기흐름을 살펴보면 2004년부터 관리 대상항목으로 BOD를 선정하여 시행한 1단계 기간(2004~2010년)에서 2단계 기간(2011년~2015년)이 종료된 최근까지 전체적으로 볼 때 BOD의 농도는 서서히 감소하는 수질경향을 나타내고 있다. 두 번째로 TP의 장기흐름을 살펴보면 1단계 수질오염총량기간인 2004년~2010년까지는 TP농도가 상승했다 낮아졌다 했지만 2010년을 기점으로 관리 대상항목으로 TP를 선정하여 시행한 2단계 기간인 2011년부터 2015년 종료 시점까지 TP농도는 지속적으로 감소하는 경향이 뚜렷하게 나타났다.
- 특히 NR3(남강)지점의 BOD농도는 2013년을 기점으로 “증가” 경향을 나타내었으며, NR1,NR2, NR3 지점과 남강댐 COD 농도는 연구기간동안 지속적으로 “증가” 경향을 보이는 것으로 나타났지만 댐 하류구간에서는 “개선” 되는 서로 상반된 결과를 보였다.
- 075 mg/L로 TP 역시 모두 기준을 초과하지 않고 목표수질기준 이하로 유지 관리되고 있는 것으로 분석되었다. 하지만 남강 중권역(남강댐, 남강)의 수질목표(Ⅰb)를 기준으로 볼 때 BOD와 TP는 남강댐을 기준으로 상류는 연평균 수질이 목표를 만족하는 것으로 나타났고, 하류는 약간 상회하는 것으로 나타났으며, COD 항목은 연평균 수질이 목표를 상회하는 것으로 분석되었다. Table 2는 2004년 2013년까지 최근 10년간 남강 유역의 하수종말처리장 방류수 농도를 조사한 것으로 대부분의 처리장 방류수 농도가 목표수질 달성을 위해 지속적으로 개선되었음을 알 수 있다.
- 하수처리장의 분포 및 방류량을 볼 때 상류보다는 하류가 이에 대한 영향을 많이 받을 것으로 보인다. 한편 COD의 경우는 NR4지점을 제외하고 수질환경기준 Ⅲ(Fair) 등급의 수질상태를 보이는 것으로 조사되었으며, 특히 NR6지점과 GR9 지점의 연평균농도가 높게 나타나 수질환경기준 Ⅳ(Poor) 등급인 것으로 나타났다.
후속연구
- 이처럼 자연적인 요인인 유량을 배제한 수질변동추세분석(flow-adjusted seasonal Kendall)에서 상류구간은 유량에 의해 수질농도가 “증가”하고, 반대로 하류구간은 “감소”한다는 것은 이번 연구에서 매우 흥미로운 결과이며, 수질관리 측면에서 매우 중요한 의미를 갖는다. 그리고 향후 연구에서는 이에 대한 종합적인 분석이 보완되어야 할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 그간 수질 경향 분석에 이용되어왔던 직선 및 곡선에 대한 추세결과 외에 대상 하천 전반에 걸친 수질 경향과 XYZ triplet 시 공간 장기경향 그래프를 함께 이용한 추세 분석을 실행함으로써 과거 타 연구 방법을 한 단계 진보시킬 수 있었다.
- 이러한 결과는 상류에서 유량이 BOD, COD, TP항목의 농도증가에 영향을 줄 수 있음을 의미하고, 하류에서는 유량이 이들 수질인자들을 조절하는 가장 중요한 요인임을 제시한다. 따라서 유량의 영향을 제거한 flow adjusted seasonal Kendall test를 실행한 결과 강우나 외부로부터 유입된 유량이 수질에 미치는 영향이 각 지점 및 항목에 따라 다르게 나타나고 있어 효과적인 수질관리를 위해 이에 대한 원인 분석이 수행되어져야 할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서는 그간 수질 경향 분석에 이용되어왔던 직선 및 곡선에 대한 추세결과 외에 대상 하천 전반에 걸친 수질 경향과 XYZ triplet 시 공간 장기경향 그래프를 함께 이용한 추세 분석을 실행함으로써 과거 타 연구 방법을 한 단계 진보시킬 수 있었다. 이러한 방법은 다른 수계에 대해서도 수질정책 시행에 따른 수질개선 효과를 평가하는데 있어서 유용하게 활용될 수 있을 것이며, 이를 통해 향후 수질관리방안 등을 모색하고 결정할 때 기본 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
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