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문제 정의
- 1. Nakdong River basin stream network and selected water quality monitoring stations and sewage treatment plants (STPs) for this study.
- 하수처리수는 연간 일정한 양이 하천으로 방류되며, 하천의 수량이 감소하는 동절기에는 상대적으로 하수처리수의 영향이 증가하며 효과적인 하천의 수질관리를 위해 하수처리수의 방류에 따른 하류 하천의 수질에 대한 상관성을 분석하는 것이 필요할 것으로 생각된다. 본 연구에서는 낙동강 본류와 주요한 지류하천에 위치한 하수처리장을 대상으로 하수처리수의 방류에 따른 하류 하천의 수질상관성을 분석하였다.
- 본 연구에서는 하수처리수 방류에 따른 하류하천의 수질 영향을 분석하기 위해, 하수처리수 방류량과 인접하천의 유량, 하천유량과 수질항목별 상관관계, 하수처리장 방류수와 하류하천의 수질 상관관계를 분석하였다. 이를 위해 낙동강본류와 주요 지천을 대상으로 일방류량 10,000 m3/day 이상이면서 하류하천 수질측정지점과의 거리가 26 km 이내에 위치한 12개의 하수처리장을 연구대상으로 선정하였다.
- 비점오염원은 강우발생에 따라 하천으로 배출되며 하천유량의 변동에 따라 유입되는 오염부하량도 영향을 받는다. 본 연구에서는 하천 수질측정 지점의 하천유량 변동에 따른 수질항목과의 상관관계를 분석하였다.
제안 방법
- 하수처리장 방류수와 인접하천의 연관성이 큰 지점들을 공간적으로 분석하기 위해 GIS를 사용하여 하수처리장 상하류 10 km 구간으로 나누어 상관관계를 가지는 수질인자 개수를 시각적으로 표현하였다. 경산, 영산, 달서천하수처리장이 위치한 금호강유역이 연관성이 높으며, 장유하수처리장이 위치한 낙동강 하구언 유역이 연관성이 크다.
- 하수처리장 방류수와 하류하천의 수질 상관관계 분석하기 위하여 전국오염원 조사(환경오염배출사업장 조사)에서 수집한 조사기간(2012년~2015년)동안의 수질자료와 환경부의 수질총량관측지점별 수질자료를 월별로 산술평균한 후 수질항목별로 상관분석을 실시하였다. Table 8은 식 (1)을 이용하여 산정한 하수처리장 방류수와 하류하천의 수질항목별 상관계수와 유의수준 5 %로 상관관계를 검정한 결과를 보여주고 있다.
- 하수처리장의 방류수량이 인접하천의 유량에 미치는 영향을 파악하기 위해 연구기간(2012년~ 2015년) 동안의 유량을 조사하였다. Table 6은 하천유량을 평균하여 하수처리장 방류수가 인접하천 유량의 몇 %를 차지하는지를 각 구간별로 분석한 결과를 보여주고 있다.
대상 데이터
- 전국오염원 조사(환경오염배출사업장 조사)에서는 오염원에 대한 조사 자료를 이용하여 4대강수계 각종 수질 환경정책 수립을 위한 수질기초자료를 확보하고 있다. 본 연구에서는 하수처리장 방류수와 인접하천의 수질 상관관계를 분석하기 위해 하천수질 등급 기준의 주요한 수질항목인 BOD, COD, SS, 총질소(T-N), 총인(T-P) 농도 자료를 2012년부터 2015년까지의 전국오염원조사에서 수집하여 이용하였다(NIER, 2017). 하천의 수질자료는 국립환경과학원의 물환경정보시스템(NIER, 2017)의 수질총량측정관측지점의 자료를 이용하였다.
- 본 연구에서는 하수처리장의 방류수와 인접하천에 위치 한 수질총량측정관측지점 수질의 상관관계를 분석하기 위해 2012년부터 2015년까지의 유량과 수질측정값(BOD, COD, SS, T-N, T-P)을 수집하였다. 연구대상 하수처리장은 일방류량 1000 m3/day 이상을 기준으로 하였고, 하류에 위치한 수질총량측정망의 거리가 10 km 이내가 되는 김천(Kim_STP), 구미(Gu_STP), 달서천(Dal_STP), 경산(Gyeong_STP), 영산(Yeong_STP), 함양(Ham_STP), 대곡(Da_STP), 밀양(Mi_STP), 장유(Jang_STP) 등 9개소를 우선 선정하고, 수질측정망과의 거리가 25 km 내외인 예천하수처리장(Ye_STP), 합천하수처리장(Hap_STP), 진주하수처리장(Jin_STP)을 추가로 선정하였다.
- 이를 위해 낙동강본류와 주요 지천을 대상으로 일방류량 10,000 m3/day 이상이면서 하류하천 수질측정지점과의 거리가 26 km 이내에 위치한 12개의 하수처리장을 연구대상으로 선정하였다. 선정된 하수처리장과 하류 하천수질측정지점을 대상으로 2013년부터 2015년까지의 유량과 수질항목별(BOD, COD, SS, T-N, T-P) 측정값을 수집하여 정리하였다. 상관분석을 위해 피어슨 상관계수(Pearson correlation coefficient, r)를 산정하였고, 상관계수의 검정을 위한 t값을 계산하였다.
- 본 연구에서는 하수처리장의 방류수와 인접하천에 위치 한 수질총량측정관측지점 수질의 상관관계를 분석하기 위해 2012년부터 2015년까지의 유량과 수질측정값(BOD, COD, SS, T-N, T-P)을 수집하였다. 연구대상 하수처리장은 일방류량 1000 m3/day 이상을 기준으로 하였고, 하류에 위치한 수질총량측정망의 거리가 10 km 이내가 되는 김천(Kim_STP), 구미(Gu_STP), 달서천(Dal_STP), 경산(Gyeong_STP), 영산(Yeong_STP), 함양(Ham_STP), 대곡(Da_STP), 밀양(Mi_STP), 장유(Jang_STP) 등 9개소를 우선 선정하고, 수질측정망과의 거리가 25 km 내외인 예천하수처리장(Ye_STP), 합천하수처리장(Hap_STP), 진주하수처리장(Jin_STP)을 추가로 선정하였다.
- 본 연구에서는 하수처리수 방류에 따른 하류하천의 수질 영향을 분석하기 위해, 하수처리수 방류량과 인접하천의 유량, 하천유량과 수질항목별 상관관계, 하수처리장 방류수와 하류하천의 수질 상관관계를 분석하였다. 이를 위해 낙동강본류와 주요 지천을 대상으로 일방류량 10,000 m3/day 이상이면서 하류하천 수질측정지점과의 거리가 26 km 이내에 위치한 12개의 하수처리장을 연구대상으로 선정하였다. 선정된 하수처리장과 하류 하천수질측정지점을 대상으로 2013년부터 2015년까지의 유량과 수질항목별(BOD, COD, SS, T-N, T-P) 측정값을 수집하여 정리하였다.
- 하천의 수질자료는 국립환경과학원의 물환경정보시스템(NIER, 2017)의 수질총량측정관측지점의 자료를 이용하였다. 하수처리장과 인접하천의 수질총량측정관측 지점의 공간적 분석을 위해 국가수자원관리종합정보시스템(MOLIT, 2017)에서 제공하는 낙동강유역도 및 하천 공간지형자료와 환경부 물환경정보시스템에서 제공하는 수질총량관측지점 공간자료를 이용하였다.
- 본 연구에서는 하수처리장 방류수와 인접하천의 수질 상관관계를 분석하기 위해 하천수질 등급 기준의 주요한 수질항목인 BOD, COD, SS, 총질소(T-N), 총인(T-P) 농도 자료를 2012년부터 2015년까지의 전국오염원조사에서 수집하여 이용하였다(NIER, 2017). 하천의 수질자료는 국립환경과학원의 물환경정보시스템(NIER, 2017)의 수질총량측정관측지점의 자료를 이용하였다. 하수처리장과 인접하천의 수질총량측정관측 지점의 공간적 분석을 위해 국가수자원관리종합정보시스템(MOLIT, 2017)에서 제공하는 낙동강유역도 및 하천 공간지형자료와 환경부 물환경정보시스템에서 제공하는 수질총량관측지점 공간자료를 이용하였다.
데이터처리
- 선정된 하수처리장과 하류 하천수질측정지점을 대상으로 2013년부터 2015년까지의 유량과 수질항목별(BOD, COD, SS, T-N, T-P) 측정값을 수집하여 정리하였다. 상관분석을 위해 피어슨 상관계수(Pearson correlation coefficient, r)를 산정하였고, 상관계수의 검정을 위한 t값을 계산하였다.
- 하수처리장 방류수와 하류하천 수질의 상관관계 분석을 위해 식 (1)을 이용하여 피어슨 상관계수(Pearson correlation coefficient, r)를 산정하였고, 식 (2)를 이용해 상관계수의 검정을 위한 t값을 계산하였다. 피어슨 상관계수는 두 연속형 변수 사이의 선형적인 상관성을 분석해 주며, t를 구하여 표본집단의 개체수에서 2를 뺀 자유도를 가지는 T분포(T distribution)에 적용시킬 수 있으며, T분포는 좌, 우 양측이 대칭인 곡선으로 표준정규분포를 따른다.
성능/효과
- Table 7은 하천수질 측정지점별 하천유량과 수질인자의 상관계수를 보여주고 있다. BOD는 11개 지점 중 Ga_A 구간만 0.563으로 강한 양의 상관관계를 가지고 나머지 지점에서는 상관성이 없는 것으로 나타났다. COD는 Ga_A, Nb_N 지점에서 0.
- BOD의 경우 경산하수처리장(Gyeong_STP)과 Gh_B 지점과 장유하수처리장(Jang_STP)과 Nb_N은 0.319, 0.348로 약한 양의 상관관계를 보였고, 김천하수처리장(Kim_STP)과 Ga_A지점은 0.465로 강한 양의 상관관계를 보였다. COD의 경우 달서천하수처리장(Dal_STP)과 Gh_C 지점과 밀양하수처리장(Mi_STP)과 Mi_B 지점은 0.
- 601의 강한 양의 상관관계를 가진다. SS는 Ga_A에서 0.300으로 약한 양의 상관관계를 가지며, Nb_E, Gh_B,Ha_B, Ng_D에서 0.498, 0.638, 0.457, 0.630으로 강한 양의 상관관계를 가지며, Na_B, Gh_A, Gh_C에서 0.790, 0.873, 0.781로 매우 강한 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. Na_B, Gh_A, Gh_B, Gh_C, Ng_D에서 0.
- T-N은 12개 지점중 9개 지점이 양의 상관관계를 가지고 있으며, 그 중 7개 지점이 강한 양의 상관관계를 가지고 있어 하천의 수질이 하수처리장 방류수와 높은 상관관계를 보이는 것으로 나타났다. T-P의 경우 3개 지점에서 상관관계를 보였으며, 합천하수처리장(Hap_STP)과 Ha_B이 약한 양의 상관관계를, 달서 천하수처리장(Dal_STP)과 Gh_C, 장유하수처리장(Jang_STP)과 Nb_N는 강한 양의 상관관계를 보였다.
- 본 연구를 통해 하천수 측정지점의 경우 하천의 유량과 수질인자(COD, SS, TP)가 상관관계가 높고, 하수처리장 방류수는 인접하천의 T-N값과 상관관계가 높은 것으로 분석되었다. 본 연구의 결과는 낙동강 주요 하천의 수질관리와 하수처리장 방류수 관리를 위한 기초적인 자료가 될 것으로 기대된다.
- 이상에서 살펴본 바와 같이 조사대상 12개 구간 중 BOD와 COD는 각각 2개, 3개 지점에서 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, T-N의 경우 9개 지점에서 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, 그 중 7개 지점이 강한 양의 상관관계를 가지고 있어 하수처리장 방류수가 하류하천에 미치는 영향이 큰 것으로 분석되었다. 상관관계를 가진 수질인자의 수가 많은 곳은 달서천하수처리장이 위치한 금호강유역과 장유하수처리장이 위치한 낙동강 하구언 유역으로 나타났다.
- 3은 하수처리수 방류수와 하천수질의 상관관계가 가장 높은 것으로 분석된 T-N에 대한 각 측정지점별 월별 자료를 상관계수와 함께 보여주고 있다. 영천하수처리장(Yeong_STP), 김천하수처리장(Kim_STP), 진주하수처리장(Jin_STP), 대곡하수처리장(Da_STP), 대곡하수처리장(Dal_STP), 밀양하수처리장(Mi_STP), 장유하수처리장(Jang_STP) 방류수는 하류하천과 강한 양의 상관관계를, 구미하수처리장(Gu_STP), 함양하수처리장(Ham_STP)은 하류하천과 약한 양의 상관관계를 가진 것으로 분석되었다.
- 유량에 따른 수질인자의 상관관계를 분석한 결과, 하수처리장 방류수량은 인접하천의 월별 연평균 하천유량의 0.2%에서 6.2 %의 범위를 보였으며, 여름철 비해 갈수기인 10월부터 이듬해 5월까지는 상대적으로 높은 비율 0.2 % ~25.7 %을 보였다.
- 606으로 강한 양의 상관관계를 보이고 있다. 이상에서 살펴본 바와 같이 COD, SS, T-P는 하천유량과 6개, 8개, 6개 지점에서 양의 상관관계를 보여 비교적 상관관계가 높은 것으로 나타났다.
- 이상에서 살펴본 바와 같이 조사대상 12개 구간 중 BOD와 COD는 각각 2개, 3개 구간에서 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, T-N의 경우 10개 구간에서 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
- T-P의 경우 1개 지점에서 약한 양의 상관관계를, 2개 지점에서 강한 양의 상관관계를 보였다. 이상에서 살펴본 바와 같이 조사대상 12개 구간 중 BOD와 COD는 각각 2개, 3개 지점에서 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, T-N의 경우 9개 지점에서 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, 그 중 7개 지점이 강한 양의 상관관계를 가지고 있어 하수처리장 방류수가 하류하천에 미치는 영향이 큰 것으로 분석되었다. 상관관계를 가진 수질인자의 수가 많은 곳은 달서천하수처리장이 위치한 금호강유역과 장유하수처리장이 위치한 낙동강 하구언 유역으로 나타났다.
- Table 7은 하수처리장 방류수 유량과 인접하천의 수질측정망 지점의 월별 유량과 자료를 보여주고 있으며, 괄호안의 값은 월별 하천유량에 대한 하수처리장 방류수 유량의 비율을 보여준다. 하수처리장 방류수량은 인접하천의 월별 연평균 하천유량의 0.2 %에서 6.2 %의 범위를 보였으며, 여름철 홍수기에 비해 갈수기인 10월부터 이듬해 5월까지는 상대적으로 높은 비율(0.2 % ~ 25.7 %)을 보였다.
- 하수처리장 방류수와 하류하천의 수질 상관관계 분석한 결과, BOD의 2개 지점에서 약한 양의 상관관계를, 1개 지점에서 강한 양의 상관관계를 보였으며, COD의 경우 2개 지점에서 약한 양의 상관관계를 보였다. SS의 경우 모든 지점에서 상관성이 없는 것으로 나타났다.
- 하천수질측정지점의 유량과 수질항목간의 상관관계를 분석한 결과, 유량은 BOD와 11개 지점 중 1개 지점에서 강한 양의 상관관계를 가졌으며, COD는 2개 지점에서 약한 양의 상관관계를, 4개 지점에서 강한 양의 상관관계를 보였다. SS의 경우 1개 지점에서 약한 양의 상관관계를, 4개 지점에서 강한 양의 상관관계를, 3개 지점에서 매우 강한 상관관계를 가졌다.
- T-N의 경우 하천의 유량과는 상관관계가 없었으며, T-P의 경우는 1개 지점에서 약한 양의 상관관계를, 5개 지점에서 강한 양의 상관관계를 보였다. 하천수질측정지점의 하천유량과 수질과의 상관관계 분석 결과 COD, SS, T-P는 각각 6개, 8개, 6개 지점에서 하천유량과 양의 상관관계를 보여 비교적 상관관계가 높은 것으로 나타났다.
후속연구
- 본 연구를 통해 하천수 측정지점의 경우 하천의 유량과 수질인자(COD, SS, TP)가 상관관계가 높고, 하수처리장 방류수는 인접하천의 T-N값과 상관관계가 높은 것으로 분석되었다. 본 연구의 결과는 낙동강 주요 하천의 수질관리와 하수처리장 방류수 관리를 위한 기초적인 자료가 될 것으로 기대된다. 향후 유입지천과 양배수장, 수질오염원 조사 등을 통해 낙동강 수질을 관리하기 위한 기초자료를 확충하고 수질모델링을 통해 낙동강의 효과적안 수질개선 방안을 마련할 필요가 있을 것으로 생각된다.
- 이상과 같이 외국의 사례를 살펴보면 하수처리수의 방류에 따라 하류 하천의 오염농도가 증가하고 있는 것으로 나타났으나, 국내의 경우 하수처리수의 방류에 따른 연구가 제한적으로 이루어지고 있다. 하수처리수는 연간 일정한 양이 하천으로 방류되며, 하천의 수량이 감소하는 동절기에는 상대적으로 하수처리수의 영향이 증가하며 효과적인 하천의 수질관리를 위해 하수처리수의 방류에 따른 하류 하천의 수질에 대한 상관성을 분석하는 것이 필요할 것으로 생각된다. 본 연구에서는 낙동강 본류와 주요한 지류하천에 위치한 하수처리장을 대상으로 하수처리수의 방류에 따른 하류 하천의 수질상관성을 분석하였다.
- 본 연구의 결과는 낙동강 주요 하천의 수질관리와 하수처리장 방류수 관리를 위한 기초적인 자료가 될 것으로 기대된다. 향후 유입지천과 양배수장, 수질오염원 조사 등을 통해 낙동강 수질을 관리하기 위한 기초자료를 확충하고 수질모델링을 통해 낙동강의 효과적안 수질개선 방안을 마련할 필요가 있을 것으로 생각된다.
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