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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 하천 유역환경 변화에 따른 퇴적 환경 특성을 이해하기 위하여 낙동강 수계의 퇴적물 대상으로 유기물과 영양염류 분석을 실시하였으며, 강우량, 방류량 등의 유역환경 변화가 보와 같은 인공구조물 상류 구간의 퇴적환경에 미치는 영향에 대하여 알아보았다.
- 본 연구에서는 낙동강 수계에서 강우, 유량 등 유역환경의 변화가 퇴적환경 특성에 미치는 영향을 알아보았다. 강정고령보의 상류 구간에서 장마 기간 이후 퇴적물의 입도분포가 세립해지며, 유기물질 및 영양염류의 농도가 다소 증가하는 경향이 나타났다.
제안 방법
- 총인 분석은 고온에서 3시간 동안 인을 산화시킨 후, 염산 용액을 이용하여 추출하고 여과된 추출물을 통해 pH를 조절한 후 880 nm에서 측정하였다. 수용성인은 메디아 병에 시료와 KCl 용액을 넣고 24시간 추출하였다. 헵타몰리브덴산암모늄사수화물-아스코르빈산 혼합액을 가하여 15분간 방치한 후 880 nm에서 측정하여 수용성인의 양을 정량하였다.
- 연구 지역의 장마 전·후 입도 분포 결과를 알기 위하여 먼저 각 지점별 입도 분석을 진행하였다.
- 완전연소가능량은 시료를 도가니에 담아 550°C에서 2시간 가열한 후 데시케이터에서 방냉하여 가열 전·후 무게차이를 이용하여 측정하였다.
- 유기물의 농도는 수계의 다양한 영향을 받는 것으로 알려져 있어 유기물 기원을 살펴보기 위하여 C/N Ratio를 평가하였다(Table 3). 각 지점의 C/N Ratio는 장마 전 4.
- 유역환경 변화가 연구 지역 퇴적물 성상의 변화에 미친 영향을 알기 위하여 장마 전·후 시료 채취 전 강우량, 방류량, 하천의 SS 농도를 조사하였다.
- 입도를 분석하기 위하여 퇴적물 시료에 과산화수소를 가하여 40∼90°C에서 유기물과 반응이 더 이상 일어나지 않을 때까지 가열한 후 상등액을 버리고 정제수로 세척하여 건조시켜 입도분석기(S3500, Microtrac, U.S.A)를 이용하여 측정하였다.
- 조사지점의 유역환경 변화를 알기 위하여 조사지점 인근의 강수량, 하천의 유량, 하천의 SS 농도를 알아보았다. 강수량은 퇴적물 시료채취 지점에서 상류방향으로 약 9 km에 위치한 성주대교의 강수량을 사용하였고, 하천의 유량은 퇴적물 시료채취 지점에서 하류방향으로 약 1.
- 퇴적물의 총질소, 총유기탄소의 측정을 위해 주석용기에 시료와 아황산용액과 증류수를 넣고 반응시킨 후 원소분석기(vario MACRO Cube, Elementar, Germany)를 이용하여 분석하였다. 총인 분석은 고온에서 3시간 동안 인을 산화시킨 후, 염산 용액을 이용하여 추출하고 여과된 추출물을 통해 pH를 조절한 후 880 nm에서 측정하였다. 수용성인은 메디아 병에 시료와 KCl 용액을 넣고 24시간 추출하였다.
- 헵타몰리브덴산암모늄사수화물-아스코르빈산 혼합액을 가하여 15분간 방치한 후 880 nm에서 측정하여 수용성인의 양을 정량하였다. 총인과 수용성인의 측정을 위해 자외선/가시선 분광계(Lamba 365, Perkinelmer, U.S.A)를 이용하여 분석을 실시하였다. 분석결과는 지점별 퇴적물의 입도와 완전연소가능량, 총유기탄소 등각 항목 간의 상관성을 파악하기 위하여 피어슨 상관계수(Pearson’s correlation coefficient)를 활용하였다(IBM SPSS Statistics, Version 22, IBM Corp.
- 완전연소가능량은 시료를 도가니에 담아 550°C에서 2시간 가열한 후 데시케이터에서 방냉하여 가열 전·후 무게차이를 이용하여 측정하였다. 퇴적물의 총질소, 총유기탄소의 측정을 위해 주석용기에 시료와 아황산용액과 증류수를 넣고 반응시킨 후 원소분석기(vario MACRO Cube, Elementar, Germany)를 이용하여 분석하였다. 총인 분석은 고온에서 3시간 동안 인을 산화시킨 후, 염산 용액을 이용하여 추출하고 여과된 추출물을 통해 pH를 조절한 후 880 nm에서 측정하였다.
- 하천의 SS 농도는 퇴적물 시료채취 지점에서 하류방향으로 약 0.7 km에 위치한 수질 측정망 조사 지점인 “달성” (대구광역시 달성군 다사읍 죽곡리)지점의 SS 농도 변화를 조사하였다.
대상 데이터
- 2 km에 위치한 강정고령보의 방류량을 사용하였다. 강수량과 방류량의 자료는 「국가수자원관리종합정보시스템」(www.wamis. go.kr)의 일 단위 자료를 대상으로 시료 채취 전 90일간 자료를 사용하였다. 하천의 SS 농도는 퇴적물 시료채취 지점에서 하류방향으로 약 0.
- 조사지점의 유역환경 변화를 알기 위하여 조사지점 인근의 강수량, 하천의 유량, 하천의 SS 농도를 알아보았다. 강수량은 퇴적물 시료채취 지점에서 상류방향으로 약 9 km에 위치한 성주대교의 강수량을 사용하였고, 하천의 유량은 퇴적물 시료채취 지점에서 하류방향으로 약 1.2 km에 위치한 강정고령보의 방류량을 사용하였다. 강수량과 방류량의 자료는 「국가수자원관리종합정보시스템」(www.
- 본 연구의 조사지점은 강정고령보 상류 약 1.2 km에 해당되며, 강정고령보는 길이가 953.5 m (고정보 833.5 m, 가동보 120 m)로 4대강 16개 보 중에서 규모가 가장 크고 상류에 많은 지류하천이 포함되는 지역이다(DDG, 2019). 퇴적물 조사지점은 강정고령보 상류 약 1.
- 5 km 구간으로, 약 200 m 간격으로 격자형 6개 지점을 선정하여 시료를 채취하였다. 시료 채취 시 퇴적물의 교란을 최소화 하기 위하여 잠수부가 동반되어 퇴적물 시료를 채취하였다. 시료의 채취는 장마 전·후로 구분하여 2014년 7월 1일과 10월 17일 진행되었다.
- 시료의 채취는 장마 전·후로 구분하여 2014년 7월 1일과 10월 17일 진행되었다.
- 시료의 채취는 장마 전·후로 구분하여 2014년 7월 1일과 10월 17일 진행되었다. 시료채취 지점들의 위치는 강정고령보 상류의 격자형 6개 지점으로 G1, G2, G3 지점은 하류 쪽에 G4, G5, G6 지점은 상류 쪽에 위치한다(Fig. 1, Table 1).
- 7 km에 위치한 수질 측정망 조사 지점인 “달성” (대구광역시 달성군 다사읍 죽곡리)지점의 SS 농도 변화를 조사하였다. 자료는 「물환경정보시스템」 (water.nier.go.kr)에서 주 단위로 제공되는 자료를 조사하였으며, 시료 채취 전 총 12회차, 시료 채취 후 총 13회차 자료를 사용하였다.
- 5 m, 가동보 120 m)로 4대강 16개 보 중에서 규모가 가장 크고 상류에 많은 지류하천이 포함되는 지역이다(DDG, 2019). 퇴적물 조사지점은 강정고령보 상류 약 1.2~1.5 km 구간으로, 약 200 m 간격으로 격자형 6개 지점을 선정하여 시료를 채취하였다. 시료 채취 시 퇴적물의 교란을 최소화 하기 위하여 잠수부가 동반되어 퇴적물 시료를 채취하였다.
데이터처리
- 분석결과는 지점별 퇴적물의 입도와 완전연소가능량, 총유기탄소 등각 항목 간의 상관성을 파악하기 위하여 피어슨 상관계수(Pearson’s correlation coefficient)를 활용하였다(IBM SPSS Statistics, Version 22, IBM Corp., Armonk, New York).
이론/모형
- 각 지점별 퇴적물 입도(particles size), 완전연소가능량 (Ignition loss), 총유기탄소(Total Organic Carbon), 총질소(Total Nitrogen), 총인(Total Phosphorus), 수용성인(Soluble Reactive Phosphorus)을 분석하였으며, 국립환경과학원의 「수질오염공정시험기준」 중 하천·호소 퇴적물공정시험기준에 따라 실시하였다(MOE, 2012).
성능/효과
- 본 연구에서는 낙동강 수계에서 강우, 유량 등 유역환경의 변화가 퇴적환경 특성에 미치는 영향을 알아보았다. 강정고령보의 상류 구간에서 장마 기간 이후 퇴적물의 입도분포가 세립해지며, 유기물질 및 영양염류의 농도가 다소 증가하는 경향이 나타났다. 장마 기간 동안 증가한 유량에 의해 부유물질, 유기물질 등이 공급된 후 인공구조물로 인한 유수의 일시적인 정체로 퇴적이 진행된 것으로 판단된다.
- 연구 지역에서 채취된 퇴적물 시료의 분석 결과 장마 전 퇴적물의 입도 분포가 상대적으로 우안 쪽에 세립한 퇴적물이 발달되었던 반면, 장마 후 실트, 점토의 함량이 전반적으로 증가하여 세립한 퇴적물이 중앙과 좌안 쪽으로 크게 발달되었다. 또한, 장마 후 퇴적물의 유기물과 영양염류의 농도가 전반적으로 세립해진 입도 분포에 따라 증가하는 경향을 보였다. 입도의 세립한 입자들과 유기물, 영양염류의 강한 상관관계는 입도가 세립할수록 퇴적물의 농도가 높아지는 일반적인 경향을 따르는 것으로 판단된다(Kim et al.
- 연구 지역에서 채취된 퇴적물 시료의 분석 결과 장마 전 퇴적물의 입도 분포가 상대적으로 우안 쪽에 세립한 퇴적물이 발달되었던 반면, 장마 후 실트, 점토의 함량이 전반적으로 증가하여 세립한 퇴적물이 중앙과 좌안 쪽으로 크게 발달되었다. 또한, 장마 후 퇴적물의 유기물과 영양염류의 농도가 전반적으로 세립해진 입도 분포에 따라 증가하는 경향을 보였다.
- 우안에 위치한 G3을 제외한 모든 지점에서 장마 후 실트의 함량이 증가하였으며, 특히 G5, G6의 지점의 경우 각각 2배, 7배 가량 실트의 함량이 증가하였다. 연구 지역의 전반적인 실트 함량이 장마 후 증가하여 입도의 분포가 세립해지는 경향이 나타났다.
- 장마 전에 비해 장마 후 유기물량이 많이 증가하였으며, 특히 G5, G6의 입도의 분포가 많이 세립해진 경향에 따라 유기물량이 많은 증가를 보였다. 완전연소가능량과 총유기탄소의 항목 간의 상관계수는 0.956으로 강한 양의 상관관계가 나타났고, 입도의 실트+점토와 완전연소가능량, 총유기탄소의 상관계수는 각각 0.915, 0.905로 강한 양의 상관관계를 보이는 것으로 나타났다(Table 4).
- , 2012). 완전연소가능량은 평균 5.02%에서 7.66%로 증가하였다. 장마 전에는 지점별로 우안 쪽에 위치하고 있는 G3, G4에서 6.
- 4%로 나타나 다른지점에 비해 많은 증가를 보였다. 우안에 위치한 G3을 제외한 모든 지점에서 장마 후 실트의 함량이 증가하였으며, 특히 G5, G6의 지점의 경우 각각 2배, 7배 가량 실트의 함량이 증가하였다. 연구 지역의 전반적인 실트 함량이 장마 후 증가하여 입도의 분포가 세립해지는 경향이 나타났다.
- 유역환경의 경우 장마 전 퇴적물 시료채취 이후 증가한 강우의 영향으로 연구 지역 내 유량이 증가했으며, 동시에 SS의 농도가 상당량 증가하였다. 강우 지속시간이 짧으면서 강우 강도가 큰 기간에 높은 SS의 유입으로 인하여 상류로부터 유기물 부하가 매우 증가한다는 연구(Ha et al.
- 3). 장마 전 G3, G4에서 모래를 제외한 실트와 점토 함량의 합이 각각 51.6%, 55.1%로 다른 지점에 비해 높게 나타나 우안 쪽으로 세립한 입자의 퇴적이 발달하였으나, 장마 후 실트와 점토 함량의 합이 좌안쪽 지점인 G1, G6에서 각각 57.0%, 78.4%로 나타나 다른지점에 비해 많은 증가를 보였다. 우안에 위치한 G3을 제외한 모든 지점에서 장마 후 실트의 함량이 증가하였으며, 특히 G5, G6의 지점의 경우 각각 2배, 7배 가량 실트의 함량이 증가하였다.
- 특히 G5, G6의 농도가 2배 이상 증가하여 총유기탄소 역시 완전연소가능량이 증가한 G5, G6에서 높은 증가를 보였다. 장마 전에 비해 장마 후 유기물량이 많이 증가하였으며, 특히 G5, G6의 입도의 분포가 많이 세립해진 경향에 따라 유기물량이 많은 증가를 보였다. 완전연소가능량과 총유기탄소의 항목 간의 상관계수는 0.
- 유역환경 변화가 연구 지역 퇴적물 성상의 변화에 미친 영향을 알기 위하여 장마 전·후 시료 채취 전 강우량, 방류량, 하천의 SS 농도를 조사하였다. 장마 후 퇴적물의 채취 이후 7월 19일부터 10월 16일까지 90일간 강우량과 방류량이 각각 555 mm, 29,157.3 m3sec-1으로, 장마 전 퇴적물 채취 일인 7월 1일 이전 총 90일간 각각 170 mm, 7,941.2 m3sec-1로 나타난 강우량과 방류량에 비해 3배 이상 증가 하였다(Table 2, Fig. 2). 또한, 같은 기간 측정된 SS의 농도는 평균 5.
- 53%로 2배 이상 증가하여 높은 농도 증가를 보였다. 총유기탄소는 평균 1.03%에서 1.65%로 약 0.5% 이상 증가하였으며, 모든 지점에서 농도가 증가하였다(Table 3). 특히 G5, G6의 농도가 2배 이상 증가하여 총유기탄소 역시 완전연소가능량이 증가한 G5, G6에서 높은 증가를 보였다.
- G6의 경우 농도가 1,189 mg kg-1에서 3,603 mg kg-1으로 3배가량 증가하여 가장 높은 농도 증가를 보였으며 총질소의 농도는 모든 지점에서 증가하였다. 총인은 평균 545mg kg-1에서 695mg kg-1으로 1.2배가량 증가하였으며, G6에서 333 mg kg-1에서 814 mg kg-1으로 2.5배가량 증가하였다. G1에서 20%가량 농도 감소를 보였지만 나머지 지점에서 총인의 농도가 비슷하거나 증가하였다.
- G3에서 약 30%농도가 감소를 보였지만 대부분의 지점에서 증가를 보였다(Table 3). 총질소, 총인 그리고 수용성인과 입도의 실트 +점토와 상관계수는 0.747~0.789 범위로 나타나 강한 양의 상관관계를 보이고 있다(Table 4).
- 퇴적물 내의 유기물과 영양염류는 장마 후 전반적인 농도 상승에도 하천·호소 퇴적물 오염평가 기준(국립환경과학원, 예규687호)의 기준치인 완전연소가능량 13%, 총질소 5,600 mg kg-1, 총인 1,600 mg kg-1의 농도를 넘지 않는 것으로 보여 유기물과 영양염류에 대해 심각하고 명백한 오염된 상태로는 보이지 않는다.
후속연구
- 퇴적물 내의 유기물과 영양염류는 장마 후 전반적인 농도 상승에도 하천·호소 퇴적물 오염평가 기준(국립환경과학원, 예규687호)의 기준치인 완전연소가능량 13%, 총질소 5,600 mg kg-1, 총인 1,600 mg kg-1의 농도를 넘지 않는 것으로 보여 유기물과 영양염류에 대해 심각하고 명백한 오염된 상태로는 보이지 않는다. 다만, 영양염류의 경우 외부에서 유입되는 양이 많아지고 퇴적물 내에 영양염류를 보유할 수 있는 능력이 부족할 경우 외부로 용출되어 조류의 발생 등 수질개선을 어렵게 하는 특성이 있는데 향후 영양염류의 농도 증가 및 용출 특성 등에 대한 조사가 지속적으로 진행되어야 할 것으로 보인다(Hwang et al., 1999).
- 본 연구의 결과가 낙동강 수계 모든 지역의 퇴적환경을 지시할 수는 없지만 보와 같은 인공구조물이 설치된 지역 인접한 구간에서의 퇴적물 성상 변화를 이해하는 자료로서 활용이 가능할 것으로 생각된다. 또한, 변화하는 수계의 환경에 따라 퇴적물 내의 유기물 및 영양염류 등이 수계에서 내부오염원으로 작용하지 않도록 향후 지속적인 모니터링과 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
- 장마 기간 동안 증가한 유량에 의해 부유물질, 유기물질 등이 공급된 후 인공구조물로 인한 유수의 일시적인 정체로 퇴적이 진행된 것으로 판단된다. 본 연구의 결과가 낙동강 수계 모든 지역의 퇴적환경을 지시할 수는 없지만 보와 같은 인공구조물이 설치된 지역 인접한 구간에서의 퇴적물 성상 변화를 이해하는 자료로서 활용이 가능할 것으로 생각된다. 또한, 변화하는 수계의 환경에 따라 퇴적물 내의 유기물 및 영양염류 등이 수계에서 내부오염원으로 작용하지 않도록 향후 지속적인 모니터링과 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
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