[논문]하천유지용수와 지천 유입에 따른 도시하천 양재천의 수리화학적 변화 연구

김연태; 정의진; 박종훈; 우남칠

doi:10.15681/kswe.2018.34.6.678

하천유지용수와 지천 유입에 따른 도시하천 양재천의 수리화학적 변화 연구
Hydrochemical Effects of Tributaries and Discharged Waters in the Yangjae Stream Flowing Peri-urban Area 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.34 no.6, 2018년, pp.678 - 687

김연태 (연세대학교 자연과학연구원) , 정의진 (연세대학교 지구시스템과학과) , 박종훈 (연세대학교 지구시스템과학과) , 우남칠 (연세대학교 지구시스템과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to understand the unique and complicated feature of urban stream receiving various inflows. The Yangjae stream, the second tier of the Han River, runs through the southern parts of Seoul, Korea and its middle part flows on the boundary of Seoul where land use is actively changing. Stream flow was greatly influenced by rainfall. Other than rainfall events, effluent discharge from wastewater treatment plant (WWTP) comprised 51 % of stream flux. As a result, majority ions water chemistry was changed at the receiving zone of the discharged effluent (Zone A). Its contribution increased to 69.9 % at the second sampling period with low stream flow. In the middle zone, inflows from the northern area, recently developed to a residential district showed low $NO_3-N$ and high $HCO_3$, Ca, $SO_4$, and $SiO_2$ indicating the effects of groundwater and concrete. One inflow (T-8), with extremely high Na and Cl, median $SiO_2$, was assessed to have anthropogenic influence, however its contribution to main stream was under 1 %. Road construction near Y-13 also affected water chemistry leading to the highest Na and Cl concentration. These hydro chemical changes can be critically used to evaluate the changes in water budget and fate of chemicals in a peri-urban watershed occasioned by human activities on the Yangjae.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Information about the study area. (a) Map of watershed with streams, (b) Sampling locations and structures which can affect the hydrochemistry of the Yangjae stream.
그림 Fig. 2. Variation of water level in the Yangjae stream. Daily water level at the Daechi-bridge station in 2016 was plotted against daily rainfall at the Gwacheon station. The gray color means data was affected by rainfall, less than 3 of antecedent dry day.
그림 Fig. 3. Box plot of stream water flux at the HR-H4 station in comparison with major artificial discharges in 2016.
그림 Fig. 4. Statistical analysis for water chemistry of inflow samples. (a) Cluster dendrogram by average linkage between groups, (b) Factor score plot by principle component analysis. The data from the first sampling period was indicated by the suffix “(1)”.
표 Table 1. Chemical characteristics of stream water and inflows in the Yangjae stream
표 Table 2. Rotated factor matrix of the principle components for inflows in the Yangjae stream
그림 Fig. 5. Seasonal water chemistry (mean ± standard deviation) in the Yangjae stream for three years (2015 ~ 2017).
그림 Fig. 6. Statistical analysis for main stream water chemistry. (a) Changes in EC by sampling location and period, (b) Cluster dendrogram by average linkage between groups. The data from the first sampling period (November 19, 2017) was indicated by open circle and the suffix “(1)”, and the one from the second sampling period (February 27, 2018) was done by closed circle and the suffix “(2)”.
그림 Fig. 7. Changes in concentration of major constituents along the Yangjae stream. Circle means the value in main stream and bar indicates the one in inflows. Open symbol means the data from the first sampling period and black symbol does from the second sampling period.
그림 Fig. 8. Annual average of total nitrogen concentration at the Daechi-bridge Station and concentration of discharged effluent from the waste water treatment plant of Gwacheon City.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 인구 약 6만의 소도시 과천과 약 천만 명의 대도시 서울의 남부를 흐르는 양재천을 대상으로, 수리화학적 특성에 영향을 미치는 요인을 파악하고자 하였다. 양재천의 유량과 주요 용존 이온의 농도 및 분포에 영향을 미치는 인자를 두 번의 시료채취 시점에 대하여 평가하였는데(snapshot), 다양한 도시시설과 인간 활동의 영향을 받은 유입수와 지천이 본류의 수리화학적 특성에 미치는 영향을 통계적 기법을 이용하여 분석하였다.
, 2017). 본 연구에서는 평상시 양재천의 수리화학적 특성에 영향을 미치는 요인을 평가하기 위하여 강우 영향이 작은 건기의 두 시점을 선택하여 정밀조사를 실시하였다. 2017년 11월 19일과 2018년 2월 27일 두 차례 양재천 본류 하천수(Y-1 ~ Y-15)와 지천 등 유입수(T-1 ~ T-10)를 채취, 분석하였다.

가설 설정

하천 일부가 복개되어 현재는 과천시 별양동복개종점이 양재천 기점이다. 서울시에 해당하는 하류지역은 고도로 도시화된 지역으로, 하도가 직강화 되어있고 유입지천이 없다. 양재천 중류지역(막계천 합류지점 ~ 여의천합류지점)은 도시 경계부로서, 화훼단지 등 농경지와 공원지가 위치하며, 양재천 북측으로 대규모 아파트단지가 최근 조성되었고, 남측으로 도시개발이 예정되어 있다.

제안 방법

001), 계절 영향을 받는 것으로 해석된다. 2016년 4월부터 제공되는 중류의 수질(총량)관측망 자료를 포함하여, 계절에 따른 양재천 수질특성을 살펴보았다. Fig.
본 연구는 인구 약 6만의 소도시 과천과 약 천만 명의 대도시 서울의 남부를 흐르는 양재천을 대상으로, 수리화학적 특성에 영향을 미치는 요인을 파악하고자 하였다. 양재천의 유량과 주요 용존 이온의 농도 및 분포에 영향을 미치는 인자를 두 번의 시료채취 시점에 대하여 평가하였는데(snapshot), 다양한 도시시설과 인간 활동의 영향을 받은 유입수와 지천이 본류의 수리화학적 특성에 미치는 영향을 통계적 기법을 이용하여 분석하였다. 도시 인프라와 양재천(receiving water)의 수리화학적 특성 사이의 상호관계에 대한 본 연구는 양재천 유역의 물질순환을 이해하는데 중요한 기초자료가 될 것이며, 향후 도시 확장에 따른 변화를 유추하는데 비교자료로서 활용가치가 높을 것으로 예상된다.
현장에서 수온, pH, 전기전도도(Electrical conductivity, EC),DO를 측정(Orionstar A329, Thermo)하였으며, 0.45 µm 멤브레인 필터로 여과한 후 실험실에서 다음과 같은 화학분석을 실시하였다. 알칼리도는 시료채취 후 24시간 이내에0.

대상 데이터

1(b)와 같다. 1차에는 3개 주요 지천(막계천(T-3), 우면천(T-6), 여의천(T-10))에서 시료채취를, 2차에는 기존 시료채취 지점을 포함하여 총 10개 유입수를 채취하였다. 소하천 중 삼거리천(T-1), 뒷골천(T-4), 형촌천(T-9) 3개 지점과 유량이 풍부한4개 유입구에서 채수를 실시하였다.
본 연구에서는 평상시 양재천의 수리화학적 특성에 영향을 미치는 요인을 평가하기 위하여 강우 영향이 작은 건기의 두 시점을 선택하여 정밀조사를 실시하였다. 2017년 11월 19일과 2018년 2월 27일 두 차례 양재천 본류 하천수(Y-1 ~ Y-15)와 지천 등 유입수(T-1 ~ T-10)를 채취, 분석하였다. 각 시료채취 시점의 선행 무강우 일수(Antecedent dry day,ADD)는 4일과 3일이고, 시료채취 지점은 Fig.
연구지역의 수위, 유량, 강수량 및 수질 자료는 국토교통부에서 발간한 2016년 수문조사연보(MOLIT, 2017), 한강홍수통제소에서 제공되는 실시간 모니터링 자료(HRFCO,2018b), 환경부 물환경정보시스템 제공자료(ME, 2018)를 사용하였다. 각 관측지점의 위치는 Fig.

데이터처리

양재천 유입수의 EC는 390 ~ 7,398 µS/cm, 중위수 593µS/cm로 넓은 범위를 나타냈다(Table 1). 매우 높은 EC를 나타낸 T-8지점을 제외한 9개 지점의 Na, Ca, SiO₂, Cl, HCO₃, NO_3-N 등 9개 주요성분 농도와 pH에 대하여 SPSS24 프로그램을 이용해 통계분석을 실시하였다. 군집분석결과에서는, EC가 1,000 µS/cm 이상인 세 지점(T-1, 5, 9)이 다른 집단으로 분석되었고, 나머지 중에는 EC가 가장낮은 T-3(막계천)이 다른 지점들과 구분되었다(Fig.

성능/효과

두 번의 시료채취 및 분석 결과에서, 양재천 본류 EC는 평균 498 µS/cm로 262 ~ 719 µS/cm 범위에서 관찰되었으며(Table 1), 2018년 2월에 측정한 결과가 2017년 11월보다 높았다(p < 0.001, Fig. 6).
건기인 2017년11월과 2018년 2월, 2회에 걸쳐 양재천 본류 및 지천을 포함한 각종 유입수의 수리화학적 특성을 분석한 결과, 유입수는 본류보다 더 높고 넓은 범위의 EC를 나타냈다. 유량이 작을 때, 양재천 본류의 수리화학적 특성은 유입수 합류에 민감하게 반응하였다. 유량이 큰 하수처리장 방류수와 막계천(T-3) 합류 영향으로, Y-3 ~ Y-4 구간(Zone A)에서 양재천의 수리화학적 특성이 달라졌다.

후속연구

2018년 2월에는 지천 및 유입수 합류에 따른 농도변화가 나타났는데, 이는 양재천 유량이 절반수준으로 감소하여 본류 수리화학적 특성이유입수 합류에 민감해졌기 때문으로 추정된다. 그러나, SiO₂ 농도가 높은 지천 및 유입수가 합류함에도 불구하고 양재천 본류의 SiO₂ 농도는 지속적으로 감소하는 추세를 나타내고 있어 그 원인에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
양재천의 유량과 주요 용존 이온의 농도 및 분포에 영향을 미치는 인자를 두 번의 시료채취 시점에 대하여 평가하였는데(snapshot), 다양한 도시시설과 인간 활동의 영향을 받은 유입수와 지천이 본류의 수리화학적 특성에 미치는 영향을 통계적 기법을 이용하여 분석하였다. 도시 인프라와 양재천(receiving water)의 수리화학적 특성 사이의 상호관계에 대한 본 연구는 양재천 유역의 물질순환을 이해하는데 중요한 기초자료가 될 것이며, 향후 도시 확장에 따른 변화를 유추하는데 비교자료로서 활용가치가 높을 것으로 예상된다.
남측의 농경지 역시 개발이 예정되어 있어, 공사기간 및 공사완료 후 양재천의 수리화학적 변화가 예상된다. 본 연구는 현재 양재천 유역의 물수지 및 물질순환 이해에 기초자료를 제공하며, 계획되어 있는 택지개발 완료 후 변화를 평가하는데 비교자료로서 중요하게 활용될 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도시 하천을 이해하기 위해서는 어떤 것들을 파악 하여야 하는가?	, 2013). 따라서, 도시 하천을 이해하기 위해서는 해당 지역의 고유한 환경 하에서, 관심물질의 기원, 이동, 순환에 대해 정량적으로 이해하고, 공간적, 시간적 다양성을 파악하는 것이 필요하다.
	건천화 하천증가의 주요원인은?	, 2014). 낮아진 지하수위로 인한 하천 기저유출 감소는 기후변화와 함께 건천화 하천(temporary river or stream) 증가의 주요 원인으로 평가된다(Barron et al., 2013; Kalantari et al.
	지하수위 감소는 왜 일어나는가?	인구가 밀집된 도시지역은 물 이용량 증가와 함께, 지하수 배출을 요구하는 지하구조물의 증가, 빗물의 지하함양을 가로막는 불투수 표면 증가로 인한 지하수 감소를 겪고 있다(Lee and Koo, 2007; Yun et al., 2014).

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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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