[논문]한국형 부영양화지수를 이용한 소옥천 유역의 부영양 특성 분석

박재범; 갈병석; 이철구; 홍선화; 최무진; 서희승

doi:10.17663/jwr.2018.20.4.330

한국형 부영양화지수를 이용한 소옥천 유역의 부영양 특성 분석
Analysis of the Trophic Characteristics of the SoOak River Watershed Using the Korean Trophic State Index 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.20 no.4, 2018년, pp.330 - 337

박재범 ((주)다온솔루션) , 갈병석 ((주)다온솔루션) , 이철구 (국립환경과학원 금강물환경연구소) , 홍선화 (국립환경과학원 금강물환경연구소) , 최무진 (국립환경과학원 금강물환경연구소) , 서희승 (국립환경과학원 금강물환경연구소)

초록
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소옥천 유역 내 본류 8개 지점의 수질 모니터링 자료를 이용하여 한국형 부영양화지수($TSI_{ko}$)를 산정하고 COD, T-P, Chl-a에 의해 계산된 인자별 $TSI_{ko}$를 이용하여 하천에 대한 환경특성을 분류하고 평가하였다. 소옥천 유역의 경우 수심이 얕고 강우시 비점오염 유입, 하수처리장 방류수 유입, 체류시간 증가 등으로 조류가 성장하기 좋은 조건을 갖추고 있어 연중 중영양 이상의 영양 상태를 보이고 있다. 특히 대청호 유입 지점인 추소 지점의 경우 수리학적 특성으로 인해 수질이 악화되어 부영양 상태를 나타내고 있었다. 따라서 소옥천에 대한 정밀 모니터링을 통해 원인분석과 이에 따른 수질개선대책 수립이 우선적으로 필요할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Korean Eutrophication Index($TSI_{ko}$) was estimated using water quality monitoring data of eight main sites in the SoOoak River watershed. The environmental characteristics of rivers were classified and evaluated using the $TSI_{ko}$ for each factor calculated by COD, T-P, and Chl-a. There is a good condition for the algae to grow due to shallow water depth, inflow of non-point source pollution during rainfall, influx of sewage treatment effluent and increase of residence time. It shows trophic state more than mesotrophication year round. Especially, in case of Chuso point, which is the inflow point of Daecheong Lake, the water quality deteriorated due to hydraulic characteristics and showed the eutrophic state. Therefore, it is necessary to establish the measures to improve the water quality through the precise monitoring of SoOak River.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. The study area and location of monitoring sites in SoOak river
표 Table 1. Classification of the Korean trophic state index(TSI_ko)
표 Table 2. Assessment of trophic status of SoOak river by Korean trophic state index(TSI_ko)
그림 Fig. 2. Characteristics of TSIko by the seasons in each station
그림 Fig. 3. Spatial distribution of TSIko by the seasons
그림 Fig. 4. Spatial distribution of TSIko by the parameter

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 소옥천 유역의 부영양화 특성을 종합적으로 파악하기 위해 본류 8개 지점을 대상으로 한국형 부영양화지수(TSI_ko)를 산정하고 영양 상태를 평가하였다. 또한 COD, T-P, Chl-a에 의해 계산된 TSI_ko(COD), TSI_ko(T-P), TSI_ko(Chl-a)를 이용하여 하천에 대한 환경특성을 분류하고 평가하였다.
본 연구의 목적은 한국형 부영양화지수(TSI_ko)를 산정하고 COD, Chl-a, T-P 인자간의 비교를 통해 부영양화 정도를 정량화하고 평가하는데 있다. 소옥천 유역 본류 8개 지점에 대한 한국형 부영양화지수를 산정하고 평가하여 지점에 따른 인자 및 계절별 부영양화 특성을 분석하였다.

가설 설정

Carlson(1977)은 Chl-a 및 T-P 농도를 기반으로 호소의 영양상태를 구분하기 위한 부영양화지수(Trophic state index, TSI)를 제시하였다. 영양상태를 0~100의 수치로 나타내어 10씩 증가함에 따라 투명도가 1/2로 감소하며 투명도가 64일 때 TSI가 0인 것으로 가정하였다. OECD(1982)는 Carlson의 TSI를 기반으로 부영양의 기준을 제시하였다.

제안 방법

Salas and Martino(1991)는 열대 호소를 대상으로 T-P기반의 부영양화 지수와 평가기법을 제안하였다. T-P와 Chl-a의 기하평균을 대상으로 과영양, 중영양, 부영양에 대한 기준을 제시하였다. Pertrucio et al.
)를 산정하고 영양 상태를 평가하였다. 또한 COD, T-P, Chl-a에 의해 계산된 TSI_ko(COD), TSI_ko(T-P), TSI_ko(Chl-a)를 이용하여 하천에 대한 환경특성을 분류하고 평가하였다. 이를 통하여 한국형 부영양화지수(TSI_ko)를 이용한 하천의 수질관리를 위한 방법론을 평가하였으며 소옥천 유역의 본류 8개 지점에 대한 영양 특성의 지역적 차이를 분석하였다.
)를 산정하고 COD, Chl-a, T-P 인자간의 비교를 통해 부영양화 정도를 정량화하고 평가하는데 있다. 소옥천 유역 본류 8개 지점에 대한 한국형 부영양화지수를 산정하고 평가하여 지점에 따른 인자 및 계절별 부영양화 특성을 분석하였다.
또한 COD, T-P, Chl-a에 의해 계산된 TSI_ko(COD), TSI_ko(T-P), TSI_ko(Chl-a)를 이용하여 하천에 대한 환경특성을 분류하고 평가하였다. 이를 통하여 한국형 부영양화지수(TSI_ko)를 이용한 하천의 수질관리를 위한 방법론을 평가하였으며 소옥천 유역의 본류 8개 지점에 대한 영양 특성의 지역적 차이를 분석하였다.
al, 2017). 이에 환경부와 국립환경과학원에서는 COD, Th-a, T-P 등의 각 항목의 확률분포함수를 비교하여 적용하는 방법으로 호소의 부영양화를 상대 평가하는 의미를 가지는 한국형 부영양화지수(TSI_ko)를 개발하였다. Kim et al.
한국에 분포하는 500여개의 호소를 대상으로 계절적 변동의 median이 가지는 분포 확률을 조사하여 평가 항목에 대하여 25th percentile, 75th percentile을 산출하였다. 지수의 분산을 결정하기 위하여 25th percentile을 지수 40으로 75th percentile을 지수 60으로 정하여 수질 항목간의 직선회귀식을 로그변환하여 선형화하고 지수값을 계산하였다(NIER, 2006).

대상 데이터

본 연구에서는 금강물환경연구소에서 하천 모니터링을 수행하고 있는 2017년 10월~2018년 9월까지의 자료를 대상으로 소옥천 본류 8개 지점에 대한 한국형 부영화지수를 산정하고 특성을 분석하였다. 한국형 부영양화지수를 이용하여 부영양화 특성을 파악하기 위해 수집한 COD, Chl-a, T-P의 수질자료는 계절적 영향에 따른 하천지점별 부영양화 지수를 산정하기 위하여 봄(3월~5월), 여름(6월~8월), 가을(9월~11월), 겨울(12월~2월)로 분리하였다.

이론/모형

부영양화 특성 분석을 수행하기 위한 부영양화지수는 국내의 인공호 특성에 맞게 국립환경과학원(2006)에서 개발한 한국형 부영양화 지수를 적용하였다. 한국형 부영양화지수에서는 우리나라 자연환경 특성을 고려하여 외부기원 유기물 특성을 고려한 COD, 내부생성 유기물로 식물프랑크톤의 현존량을 대신하는 Chl-a, 부영양화의 주요 원인이 되는 인자 T-P를 부영양화 평가항목으로 선정하였다.

성능/효과

(1) 소옥천 유역은 주요 토지 이용이 산림과 농업으로 구성된 지역으로 강우시 축산시설 및 농지에서 유입되는 비점오염원과 청천시 옥천하수처리장, 금산천, 금구천의 소규모 하수처리장에서 유입되는 방류수의 영향으로 중영양화 이상의 영양상태를 보이고 있다.
(종합)는 중영양~부영양로 겨울철에 중 영양 상태를 나타내고 있다. 대상항목별 TSI_ko의 분석결과, TSI_ko(COD), TSI_ko(T-P), TSI_ko(Chl-a)는 모두 부영양 이하의 상태를 나타내고 있다. 특히, 봄, 여름과 가을의 TSI_ko(Chl-a)는 부영양 상태로 54.
소옥4 지점의 TSI_ko(종합)는 중영양 상태에 있으며 가을이 최대값을 나타내고 있다. 대상항목별 TSI_ko의 분석결과, TSI_ko(COD)는 중영양, TSI_ko(Chl-a)는 빈영양~중영양, TSK_ko(T-P)는 빈영양~부영양의 상태를 나타내고 있다. 특히, 가을의 TSI_ko(T-P)는 52.
소옥2 지점의 TSI_ko(종합)는 중영양 상태에 있으며 가을이 최대값을 나타내고 있다. 대상항목별 TSI_ko의 분석결과, TSI_ko(COD)와 TSI_ko(Chl-a)는 중영양 이하의 영양상태, TSI_ko(T-P)는 부영양 상태를 나타내고 있다. 특히 가을의 TSI_ko(T-P)는 61.
추풍 지점의 TSI_ko(종합)는 중영양~부영양 상태에 있으며 가을이 최대값을 나타내고 있다. 대상항목별 TSI_ko의 분석결과, TSI_ko(COD)와 TSI_ko(Chl-a)는 중영양 이하의 영양상태, TSKko(T-P)는 중영양~부영양 상태를 나타내고 있다. 특히 가을의 TSI_ko(T-P)는 63.
소옥3 지점의 TSI_ko(종합)는 중영양 상태에 있으며 가을이 최대값을 나타내고 있다. 대상항목별 TSI_ko의 분석결과, TSI_ko(COD)와 TSI_ko(Chl-a)는 중영양 이하의 영양상태, TSKko(T-P)는 중영향~부영양 상태를 나타내고 있다. 특히 가을의 TSI_ko(T-P)는 53.
(종합)는 중영양~부영양 상태에 있으며 가을이 최대값을 나타내고 있다. 대상항목별 TSI_ko의 분석결과, TSI_ko(COD)와 TSI_ko(Chl-a)는 중영양 이하의 영양상태, 가을의 TSI_ko(T-P)는 75.63로 과영양 상태를 나타내고 있다. 소옥1 지점의 가을의 TSI_ko(T-P)와 TSI_ko(종합)이 상대적으로 큰 값으로 나타난 것은 홍수기 농경지에서 대량 배출되는 인의 유입으로 영양염류가 증가하였기 때문으로 분석된다.
소옥5 지점의 TSI_ko(종합)는 중영양 상태에 있으며 가을이 최대값을 나타내고 있다. 대상항목별 TSI_ko의 분석결과, TSI_ko(COD)와 TSI_ko(Chl-a)는 중영양, TSK_ko(T-P)는 중영양~부영양 상태를 나타내고 있다. 특히 가을의 TSI_ko(T-P)는 67.
둘째, TSIko(COD)>TSIko(Chl-a)은 유기물의 근원이 주로 외부기원유기물이며 처리되지 않은 하수와 산림이나 농경지의 부식질이 많이 유입되었을 때의 특성을 나타낸다.
셋째, TSIko(Chl-a)>TSIko(T-P)>TSIko(COD)의 경우이며 부상성 조류가 우점하여 수면에 밀접하게 scum을 생성하고 표층자료에 조류가 발생하는 특성을 나타낸다.
첫째, TSIko(TP) > TSIko(Chl-a)의 경우는 총인 이외에도 투명도, 체류시간 등의 다른 요인이 식물프랑크톤의 성장을 제한 할 가능성이 있으며, 동물플랑크톤의 대량번성에 의한 식물플랑크톤이 감소하는 특성을 나타낸다.
한국형 부영양화지수에서는 우리나라 자연환경 특성을 고려하여 외부기원 유기물 특성을 고려한 COD, 내부생성 유기물로 식물프랑크톤의 현존량을 대신하는 Chl-a, 부영양화의 주요 원인이 되는 인자 T-P를 부영양화 평가항목으로 선정하였다. 한국에 분포하는 500여개의 호소를 대상으로 계절적 변동의 median이 가지는 분포 확률을 조사하여 평가 항목에 대하여 25th percentile, 75th percentile을 산출하였다. 지수의 분산을 결정하기 위하여 25th percentile을 지수 40으로 75th percentile을 지수 60으로 정하여 수질 항목간의 직선회귀식을 로그변환하여 선형화하고 지수값을 계산하였다(NIER, 2006).

후속연구

(5) 따라서 소옥천 유역의 경우 수심이 얕고 강우시 비점오염 유입, 하수처리장 방류수 유입, 체류시간 증가 등으로 조류가 성장하기 좋은 조건을 갖추고 있으므로 하천에 대한 정밀 모니터링을 통해 원인분석과 이에 따른 수질개선 대책 수립이 우선적으로 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	부영양화 지수는 어떤 부분에 사용하고 있는가?	부영양화 지수는 강이나 호소간의 비교 뿐 만 아니라 강이나 호소의 변화를 평가함에 있어 수치화가 가능하고 간단하게 수질환경을 파악할 수 있는 방법으로 미국이나 일본 등에서 호소의 수질 평가나 예측에 이용하고 있다. Carlson(1977)은 Chl-a 및 T-P 농도를 기반으로 호소의 영양상태를 구분하기 위한 부영양화지수(Trophic state index, TSI)를 제시하였다.
	강이나 호소와 같은 수체에서 발생하는 가장 일반적인 오염은 무엇인가?	토지경작활동, 도시하수 등의 인간 생활의 부산물로 인해 강이나 호소와 같은 수체에서 발생하는 가장 일반적인 오염은 질소와 인과 같은 영양염류의 과다 유입으로 인한 부영양화 현상이다. 이런 부영양화 현상은 수생태계에 많은 부작용을 유발한다.
	부영양화 현상은 수생태계에 어떤 부작용을 유발하는가?	이런 부영양화 현상은 수생태계에 많은 부작용을 유발한다. 유해 조류의 과다 증식은 수질을 악화시킬 뿐만이 아니라 레크레이션 활동, 산업과 농업 목적의 용수공급, 식수로서의 물의 활용성을 저해한다. 과거 부영양화는 강이나 호수에서 발생하는 자연스러운 과정으로 여겼지만 최근 수체의 관리 측면에서 중요한 문제로 인식하기 시작하였다.

참고문헌 (11)

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Kim, E.S., Sim, K.B., Kim, S.D., Choi, H.I.(2012), Water quality assessment for reservoirs using the Korean Trophic State Index, J. of Korean Society on Water Environment, 28(1), pp.78-83.[Korean Literature] http://www.riss.kr/link?idA87025582
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Salas, H.J., Martino, P., 1991. A simplified phosphorus trophic state model for warmwater tropical lakes. Water Res. 25 (3), 341.350. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/004313549190015I

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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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