[논문]한국형 부영양화지수(TSIKO)의 인자로서 TOC의 적용성 검토

김범철; 공동수

doi:10.15681/kswe.2019.35.3.271

Abstract ▼ AI-Helper

Korean Trophic State Index ($TSI_{KO}$) was developed in 2006, and was composed of COD ($COD_{Mn}$ based on permanganate method), Chlorophyll a (Chl.a) and total phosphorus (TP). However, $COD_{Mn}$ usually represents only 50-60% of total organic matter in stream or ...

Korean Trophic State Index ($TSI_{KO}$) was developed in 2006, and was composed of COD ($COD_{Mn}$ based on permanganate method), Chlorophyll a (Chl.a) and total phosphorus (TP). However, $COD_{Mn}$ usually represents only 50-60% of total organic matter in stream or lake water due to low oxidizing power of permanganate. This study investigated the relationship between TOC and $COD_{Mn}$ based on the average data for the whole layer in 81 lakes in Korea, during the period 2013-2017. As a result, $COD_{Mn}$ was found to be 1.54 times more than TOC in 66 of the freshwater lakes and 3 brackish lakes (TOC measured using thermo-oxidation method). TOC was about a quarter of $COD_{Mn}$ in 8 coastal lakes (TOC measured using UV-persulfate oxidation method), and it appeared to be underestimated due to chloride interference. Using the data of 69 lakes with exception of 12 brackish lakes, $TSI_{KO}$(TOC) was developed based on the correlation between TOC and $COD_{Mn}$, while $TSI_{KO}$(COD) was replaced with $TSI_{KO}$(TOC). However, for trophic state assessment of brackish lakes, the $TSI_{KO}$(TOC) can only be utilized in case that TOC is measured through thermo-oxidation method. The determination coefficient of $TSI_{KO}$(Chl) to $TSI_{KO}$(COD) in 66 freshwater lakes and 3 brackish lakes was 0.83, while that to $TSI_{KO}$(TOC) was 0.68. This difference could be attributed to the recalcitrant organic part of TOC.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Relationship between TOC and COD_Mn based on the average data for the whole layer of 81 lakes in Korea during the period 2013-2017 (Closed circles represents data with electrical conductivity above 700 μS cm^-1 and COD/TOC ratio above 2).
그림 Fig. 2. Fitness of TSIKO(TOC) to TSIKO(Chl) and quadrant analysis for deviation of TSI_KO.
표 Table 1. The Pearson correlation coefficients (upper right part of the table) and two tailed p-values of paired t-test (lower left part) between the TSIs of 69 lakes (66 freshwater lakes and 3 brackish lakes with COD/TOC ratio below 2) in Korea
표 Table 2. Trophic state classification of Brackish lakes by Korean trophic state index (TSIKO)

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 환경부의 물환경측정망 대상의 81개 호소 중 전기전도도가 700 μS cm^-1미만이고 COD/TOC 비가 2미만인 69개 호수의 2013 ~ 2017년 전층의 평균수질을 기반으로 COD_Mn과 TOC의 상관성을 바탕으로 TOC를 인자로 하는 한국형 부영양화지수인 TSI_KO(TOC)를 도출하고 그 적용성을 검토한 것이다.

제안 방법

를 개발하여 적용할 필요가 있다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 COD_Mn과 TOC의 상관성을 바탕으로 TOC를 인자로 한 TSI_KO(TOC)를 도출하고 다른 지수의 값과 비교⋅분석하여 특이사항을 분석하여 그 적용성을 검토하였다

대상 데이터

본 연구의 분석대상 호소는 환경부 물환경측정망의 81개 호소였으며, 분석에 사용된 자료는 국립환경과학원의 물환경정보시스템(http://www.water.nier.go.kr)에서 추출한 2013 ~ 2017년 (5개년)의 자료였다(NIER, 2018).

데이터처리

)의 범위로 나누어 표준화한 식 (2)의 NRMSD (normalized RMSD)로 평가하였다. 이와 더불어 차이의 방향성과 그 정도는 식 (3)의 평균편차(mean deviation, MD)를 표준화한 식 (4)의 NMD(normalized MD)로 평가하였다.
항목 간 TSI의 절대적 차이는 식 (1)의 변수 간 평균제곱근편차(root mean square deviation, RMSD)를 비교대상 변수(y_i)의 범위로 나누어 표준화한 식 (2)의 NRMSD (normalized RMSD)로 평가하였다. 이와 더불어 차이의 방향성과 그 정도는 식 (3)의 평균편차(mean deviation, MD)를 표준화한 식 (4)의 NMD(normalized MD)로 평가하였다.
항목 별 TSI 간 Pearson 상관계수를 구하고 쌍체 양측 t검정(two tailed paired t-test)으로 그 차이에 대한 유의성을 검토하였다.

성능/효과

각 지수의 차이에 대한 양측 쌍체 t-검정에서 TSI_KO(COD)는 TSI_KO(Chl)과 매우 유의한 수준(p < 0.01)의 차이를 보였다. TSI_KO(TOC)는 TSI_KO(Chl) 등 다른 항목과 유의적인 차이를 보이지 않았는데 이는 상관성이 상대적으로 낮은 점 즉 대응 값의 차에 변이가 크기 때문에 나타난 결과로 볼 수 있다.
기수호 중 COD/TOC 비가 2이상에 해당하는 12개 호수를 제외한 69개 호수만의 자료를 가지고 검정할 때 TSI_KO(TOC)는 TSI_KO(COD)에 비해 TSI_KO(Chl) 또는 TSI_KO(TP)와의 상관성이 다소 낮았는데(Table 1), 이는 난분해성 유기물의 영향이 TSI_KO(TOC)에 반영된 결과로 추정된다. 즉 TSI_KO의 적용목적이 유기물의 양을 평가하는데 중점을 두고 있다면 TSI_KO(Chl)로 반영되지 않는 부분을 더욱 크게 포함하고 있는 TSI_KO(TOC)를 적용하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
즉 TSI_KO의 적용목적이 유기물의 양을 평가하는데 중점을 두고 있다면 TSI_KO(Chl)로 반영되지 않는 부분을 더욱 크게 포함하고 있는 TSI_KO(TOC)를 적용하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 즉 결정계수(determination coefficient)로 비교할 때 담수호의 TSI_KO(Chl)은 TSI_KO(COD)에 83 %의 설명력을 갖는 반면, TSI_KO(TOC)에 대한 설명력은 68 %에 불과하였다. 이러한 설명력의 차이는 낮은 산화율을 보이는 망간법 COD에서 반영하지 못하는 부분으로부터 기인하는 것으로 추정된다
환경부 호소수질측정망 81개 호소에서 변수 간 차이의 정도를 나타내는 NRMSD와 차이의 방향성을 나타내는 NMD로 볼 때 TSI_KO(Chl)에 비해 TSI_KO(TOC)는 전반적으로 낮았고 특히 기수호에서 그 경향이 뚜렷하였으며(Fig. 2a), 4분면편차분석에서도 편포하는 정도가 컸다(Fig. 2b).

후속연구

TSI_KO의 개발과정과 적용성에 대한 구체적인 기술과 아울러 최근 여건을 반영한 유기물 지표의 개선에 대한 연구가 수행되어야 하며, 본 연구는 후속 연구에서 유의해야 할 사항(유기물 항목의 시험법 문제, 지표 항목 간 상관성)을 제시한 것에 의의가 있다고 본다.
그러나 그간에 여건이 바뀌어 환경부 물환경측정망 운영을 통해 2008년부터 TOC 자료가 축적된 상태이고 우리나라의 호소 생활환경기준 항목에서 TOC가 COD를 대체하였으므로, 유기물에 대한 적정한 반영 그 자체를 위해서 뿐만 아니라 제도적인 활용을 위해서도 TOC를 반영한 TSI_KO를 개발하여 적용할 필요가 있다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 COD_Mn과 TOC의 상관성을 바탕으로 TOC를 인자로 한 TSI_KO(TOC)를 도출하고 다른 지수의 값과 비교⋅분석하여 특이사항을 분석하여 그 적용성을 검토하였다
(TOC)의 적용이 불가하다. 따라서 본 연구에서 도출된 TSI_KO(TOC)는 우리나라 호수에 범용으로 적용할 수 있는 지수의 개발에 앞서 검토된 잠정적인 것으로 인식되어야 한다.
우리나라 호소환경기준의 유기물 항목이 산화력이 낮은 COD_Mn에서 TOC로 전환된 점과 아울러 그간 TOC 자료가 충분히 축적된 점을 반영하여 TSI_KO(TOC)를 개발하여 이를 추가하거나 기존의 TSI_KO(COD)를 대체할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CODMn은 지표항목에 있어 어떤 한계가 있는가?	CODMn이 수중에 존재하는 유기물의 총량을 반영하는데 한계가 있음에도 불구하고 TSIKO의 지표항목으로 반영된 것은 TSIKO가 개발되던 2004 ~ 2006년 당시의 제도적인 여건에서 비롯되었다. 즉 TSIKO는 환경부에서 지정한 주요호소의 영양상태를 판정하기 위한 제도적인 활용을 목적으로 개발된 지수인데, 환경부 물환경측정망의 대상 호소에서 TOC가 측정된 것은 2008년부터이고 호소생활환경기준으로 TOC가 도입된 것은 2012년이다.
	한국형 부영양화 지수는 무엇인가?	한국형 부영양화 지수(Korean trophic state index, TSIKO)는 체류시간이 짧고 외부기원 유기물의 영향을 많이 받는 우리나라 호소의 특성을 고려하여 SD를 제외하고 대신에 COD를 지표항목으로 반영한 지수이다(NIER, 2006). 아직까지 이 지수에 대한 개발 과정과 구체적인 사항이 학술적으로 보고되어 검증된 바는 없으나, 동 지수는 2013년부터 환경부고시로 지정된 주요 호소의 영양상태에 대한 평가에 적용되고 있고 최근에는 이를 적용한 연구사례도 증가하고 있다(Ahn et al.
	TSIKO가 각 항목별 분포로부터 독립적으로 산출된 이유는 무엇인가?	a에 대한 TSI의 기본식을 고안하고 항목 간 회귀식을 기본식에 대입하여 다른 항목의 TSI를 도출하였으나 TSIKO는 각 항목별 분포로부터 독립적으로 산출된 것이다. 이는 회귀식의 적용 시 문제점으로 지적된 “상관성이 낮은 비선형 관계에서 대수치 변환여부에 따른 적합도의 차이, 이례적인 수치 또는 특정 구간에 측정치가 몰리는 경우 회귀선의 왜곡(Kong and Kim, 2019)”을 피한 것으로서 합리적인 선택이었다고 본다.

참고문헌 (16)

Ahn, D. H., Han, S. K., and Lim, M. (2013). Water quality assessment for Geumgang river area using the Korean trophic state index, Journal of Korean Society of Water Science and Technology, 21(3), 13-20. [Korean Literature]
Aizaki, M., Otsuki, A., Fukushima, T., Kawai, T., Hosomi, M., and Muraoka, K. (1981). Application of modified Carlson's trophic state index to Japanese lakes and its relationships to other parameters related to trophic state, Research Report from the National Institute for Environmental Studies, 23, 13-31. [in Japanese]
Carlson, R. E. (1977). A trophic state index for lakes, Limnology and Oceanography, 22(2), 361-369.
Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). (1992). The use of saline waters for crop production, 1-133.
Jung, H. J., Lee, B. M., Lee, K. H., Shin, H. S., and Hur, J. (2016). Influences of environmental conditions and refractory organic matters on organic carbon oxidation rates measured by a high temperature combustion and a UV-sulfate methods, Journal of Korean Society on Water Environment, 32(1), 98-107. [Korean Literature]
Kim, B., Ahn, T. S., and Cho, K. S. (1988). A comparative study of the eutrophication in reservoirs of the Han river, Korean Journal of Limnology, 21(3), 151-163. [Korean Literature]
Kim, B., Jung, S., Jang, C., and Kim, J. K. (2007). Comparison of BOD, COD and TOC as the indicator of organic matter pollution in streams and reservoirs of Korea, Journal of Korean Society Environmental Engineers, 29(6), 640-643. [Korean Literature]
Kim, B., Park, J. H., Choe, K., and Hwang, G. (2001). Eutrophication of reservoirs in South Korea, Limnology, 2(3), 223-229.

상세보기
Kim, E., Sim, K., Kim, S., and Choi, H. I. (2012). Water quality assessment for reservoirs using the Korean trophic state index, Journal of Korean Society on Water Environment, 28(1), 78-83. [Korean Literature]
Kim, S. J., Kim, S., Chon, K. M., Lee, E., Sarper, S., Lee, S., Kim, D., and Cho, J. (2007). Comparison of three methods for measuring dissolved organic carbon in seawater, Proceedings of the 2007 Korean Society on Water Environment, Korean Society on Water Environment, 368-372. [Korean Literature]
Kong, D. (1997). Limnological and ecological characteristics of a river-reservoir (Paldang), Korea, Korean Journal of Limnology, 30(Supplement), 524-535.
Kong, D. (2019). Statistical analysis on water quality characteristics of large lakes in Korea, Journal of Korean Society on Water Environment, 35(2), 165-180. [Korean Literature]
Kong, D. and Kim, B. (2019). Suggestion for trophic state classification of Korean lakes, Journal of Korean Society on Water Environment, 35(3), [in press]. [Korean Literature]
National Institute of Environmental Research (NIER). (2006). A study on the comprehensive assessment methods of water environment - Eutrophication -, 1-282. [Korean Literature]
National Institute of Environmental Research (NIER). (2018). Water environment information system, http://water.nier.go.kr (accessed May. 2018). [Korean Literature]
Park, J., Kal, B., Lee, C., Hong, S., Choi, M., and Seo, H. (2018). Analysis of the trophic characteristics of the SoOak river watershed using the Korean trophic state index, Journal of Wetlands Research, 20(4), 330-337. [Korean Literature]

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

한국형 부영양화지수(TSIKO)의 인자로서 TOC의 적용성 검토
Examination of the Applicability of TOC to Korean Trophic State Index (TSIKO) 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (4)

표/그림 (4)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (16)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

한국형 부영양화지수(TSIKO)의 인자로서 TOC의 적용성 검토 Examination of the Applicability of TOC to Korean Trophic State Index (TSIKO) 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (4) 모든 표/그림 보기

표/그림 (4) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (16)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김범철 (90) 공동수 (57)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

한국형 부영양화지수(TSIKO)의 인자로서 TOC의 적용성 검토
Examination of the Applicability of TOC to Korean Trophic State Index (TSIKO) 원문보기

표/그림 (4)

표/그림 (4)

AI 본문요약
AI-Helper