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문제 정의
- , 2018). 본 연구에서는 수질지수를 산정하여 서낙동강에 위치한 4개 관측소에서 생활환경기준 수질 성분의 월별 및 공간적인 오염 특성을 분석하는데 이용하였다.
제안 방법
- 국내에서 수질지수를 이용한 하천 수질의 연구 사례로는 대부분 낙동강 유역에서 수행되었으며, 낙동강 수계에서 오염 우심 지역 39개 지점에서 3년간(2013~2015년) 관측된 수질 자료를 이용한 수질지수를 산정하고 생활환경기준과 비교하여 수질 상태를 검토하였으며(Kal etal., 2017), 낙동강 유역의 38개 중점관리지천에 관한 6년간(2011~2016년) 관측된 수질 자료를 이용한 수질지수를 산정하여 하천의 유형화에 활용하였으며(Kim etal., 2018), 낙동강 수계의 중점관리 34개 지점에서 7년간(2011~2017) 관측된 수질 자료를 이용하여 수질지수를 산정하고 우선 관리가 필요한 지류지천을 파악하기위해 장기 경향성을 분석하였으며(Park et al., 2018), 순천만의 해수수질 자료와 지리정보시스템(GIS)을 이용하여 생태기반의 해수수질 평가기준(WQI)를 산정하여 순천만 수질의 시·공간적인 수질특성을 파악하고 평가하였다(Kong et al., 2016).
- 환경부에서 규정한 하천수의 생활환경기준 수질 성분과 수질등급은 Table 1에 정리되어 있으며, 수질등급은“매우 좋음(Ⅰa)”, “좋음(Ⅰb)”, “약간 좋음(Ⅱ)”, “보통(Ⅲ)”, “약간 나쁨(Ⅳ)”, “나쁨(Ⅴ)”, “매우 나쁨(Ⅵ)”의 6등급으로 구분한다. 본 연구에서는 4개 관측소에서 10년동안 매월 관측된 자료의 월별 평균값을 이용하여 하천수의 생활환경기준 수질등급을 산정하였다.
- 본 연구에서는 서낙동강 4개 관측소에서 10년 동안관측된 생활환경기준 수질 성분을 이용한 수질등급과 수질지수를 산정하여 시·공간적인 변동을 분석하였다.
- 본 연구에서는 서낙동강에 위치한 4개 관측소에서 10년(2008~2017년) 동안 관측된 생활환경기준 수질 성분자료를 이용하여 수질등급을 분류하고 수질지수를 산정하여 비교 분석하였다. 본 연구의 결과는 서낙동강 유역에서 개발이 진행 중인 에코델타시티에 의한 서낙동강하천 수질의 변동을 분석할 수 있는 기초자료를 제공할수 있으며, 기후 특성을 고려한 장기적인 하천 수질의 관리에도 활용될 수 있다.
- 서낙동강 4개 관측소에서 10년 동안 매월 관측된 생활환경기준 수질 성분에 대한 월평균 값을 산정하여 9개성분별 월 변동 그래프를 작성하였다(Fig. 2~10). pH의 월평균 값은 7.
- 서낙동강 4개 관측소에서 10년 동안 매월 관측된 생활환경기준 수질 성분의 월평균 값을 이용하고, 생활환경기준 수질의 “보통(III)” 등급을 기준으로 한 4개 관측소의 월별 수질지수를 산정하였다(Fig. 11).
- 서낙동강 4개 관측소에서 2008~2017년 동안 매월 관측된 생활환경기준 수질 성분의 월평균 값을 구하여 9개성분에 대한 월별 수질등급을 산정하고, 4개 관측소에서수질 성분별 수질등급의 개수를 정리하였다(Table 3).WNR1에서는 pH, DO, SS의 수질등급이 대부분 “매우좋음”, BOD는 “보통”이 가장 많고 “약간 좋음”~“약간나쁨”의 범위로, COD는 “약간 나쁨”이 가장 많고 “보통”~“나쁨”의 범위로, T-P는 “약간 좋음”이 대부분이었으며, TOC는 “좋음”~“보통”의 범위로, TCC와 FCC는“약간 좋음”~“약간 나쁨”의 범위로 나타났다.
- 서낙동강 4개 관측소에서 생활환경기준 수질 성분이수질지수에 미치는 영향성을 파악하기 위해 수질 성분과수질지수의 상관계수를 산정하였다(Table 5). 수질이 양호한 관측소(WNR1과 WNR2)에서는 수질 성분과 수질지수의 상관계수가 높은 값을 보였고, 수질이 나쁜 관측소(WNR3과 WNR4)에서는 수질 성분과 수질지수의 상관계수가 낮은 값을 보였다.
- 서낙동강에 위치한 4개 관측소(WNR1,WNR2, WNR3, WNR4)에서 2008~2017년 동안 매월관측된 생활환경기준 수질 성분인 pH(수소이온농도),BOD(생화학적산소요구량), COD(화학적산소요구량),TOC(총유기탄소량), SS(부유물질량), DO(용존산소량),T-P(총인), TCC(총대장균군), FCC(분원성대장균군)의 월별 평균(10년 평균)을 이용하여 월 변동 수질을 분석하였다.
- 수질지수를 산정하기 위한 수질기준으로 하천수의생활환경기준에서 “정수 처리 후 생활용수로 이용 가능한Ⅲ(보통) 등급”을 적용하였으며, 생활환경기준 수질성분을모두 고려하여 CCME WQI를 산정하였다.
대상 데이터
- 연구에 이용된 자료는 물환경정보시스템(water.nier.go.kr)에서 제공받았으며, 서낙동강에 위치한 WNR1(서낙동강1) 관측소는 김해교에, WNR2(서낙동강2) 관측소는 강동교에, WNR3(서낙동강3) 관측소는 조만교에, WNR4(서낙동강4) 관측소는 둔치2교에 설치되어있다(Fig. 1). 서낙동강에 위치한 4개 관측소(WNR1,WNR2, WNR3, WNR4)에서 2008~2017년 동안 매월관측된 생활환경기준 수질 성분인 pH(수소이온농도),BOD(생화학적산소요구량), COD(화학적산소요구량),TOC(총유기탄소량), SS(부유물질량), DO(용존산소량),T-P(총인), TCC(총대장균군), FCC(분원성대장균군)의 월별 평균(10년 평균)을 이용하여 월 변동 수질을 분석하였다.
이론/모형
- 본 연구에서의 수질지수는 전 세계적으로 널리 이용되고 있는 CCME WQI 방법으로 산정하였다(CCME,2001). 수질지수를 산정하기 위한 수질기준으로 하천수의생활환경기준에서 “정수 처리 후 생활용수로 이용 가능한Ⅲ(보통) 등급”을 적용하였으며, 생활환경기준 수질성분을모두 고려하여 CCME WQI를 산정하였다.
성능/효과
- 1) 생활환경기준 수질 성분 중 BOD, COD, TOC의월 평균값은 대부분 서낙동강의 상류부보다 하류부에서높았으며, T-P의 월 평균값은 WNR3에서 가장 높았다.이는 WNR2와 WNR3 사이에 위치한 산업단지와 대규모 농경작지에서 유입되는 유기물과 영양염 성분에 의한것으로 판단된다.
- 2) 서낙동강 4개 관측소에서 수질 성분의 월 평균값을이용하여 산정된 수질등급으로 평가한 수질은 모든 관측소에서 BOD와 COD에 의한 오염이 우세하였으며,WNR3에서는 다른 관측소에 비해 BOD와 COD에 의한오염이 증가하고 T-P, TCC, FCC에 의한 오염 가능성이나타났다.
- 3) 서낙동강 4개 관측소에서 산정된 월별 수질지수를 분석한 결과, 모든 관측소에서 7월과 8월의 수질지수가50 이하로서 낮고 12월에 가장 높았으며, 서낙동강에서지난 10년(2008~2017) 동안 생활환경기준 수질 성분의 통합적인 수질이 여름철에 나쁘고 겨울철에 양호하였음을 보여주는 것이다.
- 4) 생활환경기준 수질 성분과 수질지수의 상관계수는서낙동강의 상류부(WNR1, WNR2)에서 하류부(WNR3,WNR4)보다 높게 나타났다. TOC와 수질지수의 상관계수는 4개 관측소에 모두 높았으며, 서낙동강에서는 상류부에서 하류부로 갈수록 BOD, COD, TOC, T-P에 의한수질 오염이 발생하는 환경이므로 수질지수는 유기물과 영양염 성분에 의해 지배적인 영향을 받았다.
- 4개 관측소의 수질등급을 종합하여 분석하면,pH, DO, SS는 “매우 좋음”, BOD는 “보통”과 “약간나쁨”, COD는 “약간 나쁨”과 “나쁨”, T-P는 “약간 좋음”과 “보통”, TOC는 “약간 좋음”과 “보통”, TCC는 “보통”, FCC는 “좋음”과 “보통” 등급이 우세하게 나타났다.
- pH의 월평균 값은 서낙동강의 상류부(WNR1과 WNR2)가 하류부(WNR3과 WNR4)보다 높았으며, 1~4월은 WNR1에서가장 높고 6~8월은 WNR2에서 가장 높았다. BOD,COD, TOC의 월평균 값은 각각 1.7~7.1 mg/L, 2.5~7.1mg/L, 5.5~12.7 mg/L의 범위로 나타났으며, 세 성분 모두 여름철을 제외한 모든 시기 동안 서낙동강의 상류부가 하류부보다 낮았다(Fig. 3~5). 상류부와 하류부 사이의 지류인 조만강을 통해 산업단지와 농경작지에서 발생한 유기물이 낙동강으로 유입되어 이를 분해하는데 요구되는 용존산소량이 증가하였기 때문이다(Park et al.
- WNR3과WNR4 관측소 사이에는 질소 오염 발생원이 없고 하천의 자정 작용으로 인해 모든 시기 동안 WNR4에서WNR3보다 T-P 성분이 더 낮았다. TCC와 FCC의 월평균 값은 각각 275~14,671 count/100 mL와 28~3,262count/100 mL의 범위로 나타났으며, 두 성분 모두 8월을 제외한 모든 시기에 WNR3에서 가장 높았다(Fig.9~10).
- 4) 생활환경기준 수질 성분과 수질지수의 상관계수는서낙동강의 상류부(WNR1, WNR2)에서 하류부(WNR3,WNR4)보다 높게 나타났다. TOC와 수질지수의 상관계수는 4개 관측소에 모두 높았으며, 서낙동강에서는 상류부에서 하류부로 갈수록 BOD, COD, TOC, T-P에 의한수질 오염이 발생하는 환경이므로 수질지수는 유기물과 영양염 성분에 의해 지배적인 영향을 받았다.
- WNR1에서는 TOC와 수질지수의 상관계수가 –0.85로서 가장 높고, WNR1에서의수질지수는 COD, TOC, TCC에 의한 영향성이 우세한 것으로 나타났다.
- WNR3에서의 수질지수는 모두 60 이하로서 낮았으며, WNR4에서도 12월 제외하고는 70 이하의 값으로 나타났다. WNR2에서는 7월과 8월을 제외한 10개월 동안의 수질지수가 65 이상의 값으로 양호한 수질을 보였으며, WNR1에서도 4월, 7월, 8월을 제외한 9개월 동안의 수질지수가 65 이상이었다. 서낙동강에서 수질지수는COD와 TOC에 의한 영향성이 가장 높았으며, 수질등급을 산정한 결과(Table 3 참조)에서는 BOD와 COD가 주요 오염물질임을 고려한다면 수질등급과 수질지수에 의한 오염 평가 기준을 동일하게 적용하기보다는 상호 보완적인 측면에서 적용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다(Kal et al.
- WNR2에서는 COD와 수질지수의 상관계수가 –0.91로서 가장 높고, WNR2에서의 수질지수는 COD, TOC, T-P에 의한 영향성이 우세한 것으로 나타났다.
- WNR3에서는 TOC와 수질지수의 상관성이 –0.51로서 가장 높고, WNR3에서의 수질지수는 TOC와SS에 의한 영향성이 우세한 것으로 나타났다.
- WNR4에서는 TOC와 T-P에 의한 상관계수가 –0.63으로 높고,WNR4에서의 수질지수는 COD, TOC, T-P에 의한 영향성이 우세한 것으로 나타났다.
- 2). pH의 월평균 값은 서낙동강의 상류부(WNR1과 WNR2)가 하류부(WNR3과 WNR4)보다 높았으며, 1~4월은 WNR1에서가장 높고 6~8월은 WNR2에서 가장 높았다. BOD,COD, TOC의 월평균 값은 각각 1.
- 63으로 높고,WNR4에서의 수질지수는 COD, TOC, T-P에 의한 영향성이 우세한 것으로 나타났다. 생활환경기준 수질 성분과 수질지수의 상관성 분석 결과, 서낙동강 유역에서수질지수는 유기물과 영양염 성분에 의해 지배적인 영향을 받고 있음을 알 수 있었다. 이는 WNR2와 WNR3 사이에 위치한 산업단지와 대규모 농업지역에서 발생하여 서낙동강으로 유입되는 유기물 관련 성분(COD, BOD, TOC)과T-P에 의한 수질 악화가 발생하는 환경이었기 때문이며, 이러한 성분들의 농도가 높아질수록 수질지수를 결정하는 3개인자 (\(F\) 1, \(F\) 2,\(F\)3 )의 값이 증가하여 수질지수가 낮게 나타나면서 수질 성분과 수질지수의 상관계수가 음의 값으로 높게나타난 것이다(CCME, 2001).
- 11). 서낙동강 4개 관측소에서 2008~2017년 동안의 평균 수질지수는WNR1에서 69, WNR2에서 71, WNR3에서 48,WNR4에서 57 정도로서 수질지수에 의한 관측소별 통합적인 수질 평가의 결과는 서낙동강의 상류부(WNR1~2)보다 하류부(WNR3~4)의 수질이 더 오염되었으며, 수질지수와 생활환경기준 9개 성분에 대한 월별변동 분석 결과는 유사하게 나타났다(Fig. 2~10 참조;Kal et al., 2017). 4개 관측소 모두에서 7월과 8월의 수질지수가 50 이하로서 낮았으며, 12월에 가장 높게 나타났다.
- 서낙동강 4개 관측소에서 월별 수질지수를 산정하고ranking별로 분석한 결과, WNR1에서는 “Good” ~“Poor”의 범위이고 “Fair”가 6개로서 가장 많았고,WNR2에서는 “Good” ~ “Poor”의 범위이고 “Good” ~“Fair”가 10개로서 가장 많았고, WNR3에서는 “Marginal”~ “Poor”의 범위이고 “Marginal”이 8개로서 많았고,WNR4에서는 “Fair” ~ “Poor”의 범위이고 “Marginal”이 7개로서 가장 많았다(Table 4).
- WNR2에서는 7월과 8월을 제외한 10개월 동안의 수질지수가 65 이상의 값으로 양호한 수질을 보였으며, WNR1에서도 4월, 7월, 8월을 제외한 9개월 동안의 수질지수가 65 이상이었다. 서낙동강에서 수질지수는COD와 TOC에 의한 영향성이 가장 높았으며, 수질등급을 산정한 결과(Table 3 참조)에서는 BOD와 COD가 주요 오염물질임을 고려한다면 수질등급과 수질지수에 의한 오염 평가 기준을 동일하게 적용하기보다는 상호 보완적인 측면에서 적용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다(Kal et al., 2017).
- 서낙동강 4개 관측소에서 월별 수질지수를 산정하고ranking별로 분석한 결과, WNR1에서는 “Good” ~“Poor”의 범위이고 “Fair”가 6개로서 가장 많았고,WNR2에서는 “Good” ~ “Poor”의 범위이고 “Good” ~“Fair”가 10개로서 가장 많았고, WNR3에서는 “Marginal”~ “Poor”의 범위이고 “Marginal”이 8개로서 많았고,WNR4에서는 “Fair” ~ “Poor”의 범위이고 “Marginal”이 7개로서 가장 많았다(Table 4). 서낙동강의 하류부(WNR3과 WNR4)가 상류부(WNR1과 WNR2)보다 생활환경기준 수질 성분의 통합적인 수질이 나쁜 것으로 나타났다.
- 서낙동강 4개 관측소에서 생활환경기준 수질 성분이수질지수에 미치는 영향성을 파악하기 위해 수질 성분과수질지수의 상관계수를 산정하였다(Table 5). 수질이 양호한 관측소(WNR1과 WNR2)에서는 수질 성분과 수질지수의 상관계수가 높은 값을 보였고, 수질이 나쁜 관측소(WNR3과 WNR4)에서는 수질 성분과 수질지수의 상관계수가 낮은 값을 보였다. WNR1에서는 TOC와 수질지수의 상관계수가 –0.
- 4개 관측소의 수질등급을 종합하여 분석하면,pH, DO, SS는 “매우 좋음”, BOD는 “보통”과 “약간나쁨”, COD는 “약간 나쁨”과 “나쁨”, T-P는 “약간 좋음”과 “보통”, TOC는 “약간 좋음”과 “보통”, TCC는 “보통”, FCC는 “좋음”과 “보통” 등급이 우세하게 나타났다. 월평균 값을 이용한 수질등급으로 평가한 서낙동강의 오염은 BOD와 COD에 의해 우세하게 나타났으며,WNR3에서는 다른 3개 관측소에 비해 BOD와 COD에의한 오염이 증가하고 T-P, TCC, FCC에 의한 수질오염 가능성이 나타났다. 이는 낙동강의 지류인 조만강 상류부에 위치한 산업단지와 WNR2와 WNR3의 사이에 있는 대규모 농경작지에 의한 유기물과 영양염의 유입에 의한 것으로 판단된다(Kang et al.
후속연구
- 5) 본 연구를 통해 서낙동강 4개 관측소에 10년 동안관측된 생활환경기준 수질 성분의 월 변동 분석, 수질등급에 의한 성분별 수질 평가, 수질지수에 의한 관측소별월별 수질 평가가 상호 보완적으로 수행되어야 함을 알수 있었다. 본 연구의 결과는 에코델타시티(2023년 완공예정)에 의한 서낙동강 하천 수질의 변동 분석 및 관리정책에 활용할 수 있다.
- 기존의 연구 사례에서는 서낙동강의 수질특성이 부영양화 관련 성분(유기물과 영양염류 등)과 수생식물에 국한되어 있고 수 년 이내의 관측 자료를 이용하여 평가되었으므로, 이를 보완하기 위해서는 서낙동강유역에서 인간 활동이 고려된 생활환경기준을 적용한 하천 수질의 통합적인 평가 기준이 필요하고 또한 하천수의 수질 변화에 대한 장기적인 관측 자료를 이용한 생활환경기준 수질 성분의 시·공간 변화 특성에 대한 연구가수행되어야 한다.
- 본 연구에서는 서낙동강에 위치한 4개 관측소에서 10년(2008~2017년) 동안 관측된 생활환경기준 수질 성분자료를 이용하여 수질등급을 분류하고 수질지수를 산정하여 비교 분석하였다. 본 연구의 결과는 서낙동강 유역에서 개발이 진행 중인 에코델타시티에 의한 서낙동강하천 수질의 변동을 분석할 수 있는 기초자료를 제공할수 있으며, 기후 특성을 고려한 장기적인 하천 수질의 관리에도 활용될 수 있다.
- 5) 본 연구를 통해 서낙동강 4개 관측소에 10년 동안관측된 생활환경기준 수질 성분의 월 변동 분석, 수질등급에 의한 성분별 수질 평가, 수질지수에 의한 관측소별월별 수질 평가가 상호 보완적으로 수행되어야 함을 알수 있었다. 본 연구의 결과는 에코델타시티(2023년 완공예정)에 의한 서낙동강 하천 수질의 변동 분석 및 관리정책에 활용할 수 있다.
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