[논문]낙동강유역 불투과형 사방댐의 계류수 및 저류수 수질 특성 분석

유송; 이은재; 이예은; 김민식; 임상준

doi:10.14578/jkfs.2019.108.3.329

낙동강유역 불투과형 사방댐의 계류수 및 저류수 수질 특성 분석
Water Quality Analysis of In-stream and Reservoir Water in Erosion Control Dams in the Nakdong River Basin 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.108 no.3, 2019년, pp.329 - 340

(서울대학교 산림과학부) , 유송 (서울대학교 산림과학부) , 이은재 (국립산림과학원 산림기술경영연구소) , 이예은 (서울대학교 산림과학부) , 김민식 (백림FR) , 임상준 (서울대학교 산림과학부)

초록
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불투과형 사방댐에 의한 수질오염 문제는 산림유역관리에 있어 매우 중요하지만, 이에 대한 신뢰할 수 있는 연구는 상대적으로 부족하다. 이 연구에서는 이를 위하여 낙동강유역 사방댐을 대상으로 계류수와 저류수의 수질을 조사하였으며, 수질 특성과 유역의 물리적 환경과의 상관관계를 분석하였다. 전체 43개의 조사대상 사방댐 중에서 농업용수 등급이하로 판정된 곳은 10%미만으로 나타나 전반적으로 수질은 양호하였다. 계류수 및 저류수에서 공통적으로 상관성이 높게 나타난 항목은 TOC와 산소요구량, SS와 탁도, SS와 Chl-a, Chl-a와 탁도 등이었다. 계류수에서 높은 상관성을 보인 항목들은 BOD와 SS, BOD와 Chl-a, BOD와 탁도, TOC와 Chl-a 등이었다. 이 연구의 결론은 사방댐 저류수의 수질이 대부분 양호하였고 저류수 수질이 유출수 수질에 다소 영향이 있지만 개별 수질항목에 국한된다는 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Water pollution in erosion control dams is a major issue for forest watershed management, but the effects of erosion control dams on water quality remain poorly understood. In this study, water quality data from streams and dam reservoirs were collected over the Nakdong river basin. Monitored data were further analyzed to examine the relationship between watershed characteristics and water quality. Of the total 43 erosion control dams, less than 10% had lower water quality that was not suitable for agricultural use. TOC and oxygen demand, SS and turbidity, SS and Chl-a, and Chl-a and turbidity showed high correlations (p < 0.01) both in stream water and in detained water. BOD and SS, BOD and Chl-a, BOD and turbidity, and TOC and Chl-a showed high correlations only in stream water. Overall, the results demonstrated that for most erosion control dams the water quality was relatively good. In addition, the quality of downstream water is somewhat affected by the water detained by erosion control dams, in limited ways.

주제어

표/그림 (10)

그림 Figure 1. Location map of study sites in Nakdong river basin.
표 Table 1. Land use of upstream catchment of erosion control dams.
그림 Figure 2. Water quality grade of inflow of erosion control dams.
표 Table 2. Water quality data of inflow, outflow and reservoir water of erosion control dams.
그림 Figure 3. Water quality grade of reservoir of erosion control dams.
그림 Figure 4. Water quality grade of outflow of erosion control dams.
표 Table 3. Correlation analysis among water quality parameters of stream water.
표 Table 4. Correlation analysis among water quality parameters of reservoir.
표 Table 5. Linear regression of outflow and inflow of water detained erosion control dams.
그림 Figure 5. Comparison between outflow and inflow of water detained erosion control dams.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 이 연구는 낙동강 권역을 대상으로 불투과형 사방댐의 저류수와 계류수에 대한 수질 기초자료를 수집하여 사방댐 유역의 수질현황을 파악하고 사방댐이 계류 수질에 미치는 영향을 알아보는 것을 목적으로 하였다.

제안 방법

1) 선정된 43개 사방댐 중 15개의 저류수 샘플링이 가능한 사방댐에서는 유입수, 저류수, 유출수를 채취하였고 그 외 지역에서는 유입수, 유출수만 채취하였으며 각각의 사방댐으로 흘러드는 상류유역의 물리적 환경과 토지 이용 현황을 분석하였다.
낙동강 유역의 43개 불투과형 사방댐의 유입수, 저류수, 유출수에 대해 수질을 분석하였다. 또한 수질 항목별 수질환경기준 등급을 판정하여 오염 정도를 파악하였다.
낙동강 유역의 43개 불투과형 사방댐의 유입수, 저류수, 유출수에 대해 수질을 분석하였다. 또한 수질 항목별 수질환경기준 등급을 판정하여 오염 정도를 파악하였다. 수질 항목 간의 상관관계 통계분석을 실시하였고 저류수 유무에 따른 사방댐의 유출수의 변화를 분석한 결과 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다.
사방댐의 수질과 유역 현황과의 관계를 파악하기 위하여 유역면적 및 토지이용 현황을 조사하였으며, 그 결과는 Table 1과 같다. 유역면적과 토지피복은 각각 USGS에서 제공되는 ASTER GDEM자료(https://earthexplorer.
수온, 수소이온농도(pH), 용존산소량(DO), EC는 현장에서 OTT사의 Hydrolab MS5를 이용하여 측정하였다. 생물화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 총유기탄소량(TOC), T-N, 암모니아성 질소(NH4-N), 질산성 질소(NO₃-N), T-P, 부유물질량(SS), Chl-a, 탁도 등 수질항목은 실내에서 분석하였다. 이를 위해 현장 채취한 시료는 무균채수병에 담아 냉장 보관하여 48시간 내 서울대학교 농생명과학공동기기원(NICEM)으로 옮겨 수질오염공정시험기준(국립환경과학원 고시 제2017-2018호)에 따라 수질항목별로 분석하였다.
시료의 수질 분석은 현장 분석과 실내 분석으로 나뉘어 실시하였다. 수온, 수소이온농도(pH), 용존산소량(DO), EC는 현장에서 OTT사의 Hydrolab MS5를 이용하여 측정하였다. 생물화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 총유기탄소량(TOC), T-N, 암모니아성 질소(NH4-N), 질산성 질소(NO₃-N), T-P, 부유물질량(SS), Chl-a, 탁도 등 수질항목은 실내에서 분석하였다.
또한 수질 항목별 수질환경기준 등급을 판정하여 오염 정도를 파악하였다. 수질 항목 간의 상관관계 통계분석을 실시하였고 저류수 유무에 따른 사방댐의 유출수의 변화를 분석한 결과 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다.
시료의 수질 분석은 현장 분석과 실내 분석으로 나뉘어 실시하였다. 수온, 수소이온농도(pH), 용존산소량(DO), EC는 현장에서 OTT사의 Hydrolab MS5를 이용하여 측정하였다.
유입수, 저류수, 유출수별로 수질인자 간의 상관관계를 분석하였다(Table 3, 4). 일반적으로 맑은 물에서 수온과 DO는 음의 상관관계로 나타난다.
환경정책기본법 제 10조, 동법 시행령 제 2조에 나온 수질환경기준을 적용하여 조사대상 계류수 및 사방댐 저류수의 수질등급을 판정하였다. 판정 결과(Figure 2~4), 우선 유입수의 경우, 전체 사방댐 중에서 사방댐(41)에서만 농업용수로도 사용이 어려운 IV등급 이하 등급으로 나타났다.

대상 데이터

낙동강 유역에 설치된 전체 사방댐을 대상으로 시공년도, 유역의 특성, 사방댐 형식 등을 고려하여 우선적으로 54개소를 1차 조사하였으며, 그 중에서 계류수가 흐르고 있는 43개 사방댐을 최종 선정하였다. 선정된 사방댐은 Figure 1과 같이 낙동강 권역에 걸쳐 강원도 5개, 경상남도 12개, 경상북도 25개, 대구광역시 1개로 나타났다.
사방댐의 계류 및 저류수의 수질 조사를 위해 2017년 10월 18일부터 11월 10일까지 사방댐 유입 계류의 상류, 사방댐 저류수, 사방댐 유출 계류의 하류에서 현장 수질 조사 및 시료 채취를 실시하였다. 사방댐 상류지점은 사방댐으로 물이 흘러드는 계류 중에서 사방댐에 인접한 상류 계류를 선정하였으며, 계류 바닥으로 물이 스며들어 지표 흐름이 없는 경우에는 지표 흐름이 나타나는 계류지점을 선정하였다. 사방댐 저류수는 원칙적으로 댐 어깨나 방수로 근처에서 시료를 채취하였으며, 댐 본체에 접근하기 어려운 곳에서는 댐의 양안에서 수질 시료를 채취하였다.
사방댐 상류지점은 사방댐으로 물이 흘러드는 계류 중에서 사방댐에 인접한 상류 계류를 선정하였으며, 계류 바닥으로 물이 스며들어 지표 흐름이 없는 경우에는 지표 흐름이 나타나는 계류지점을 선정하였다. 사방댐 저류수는 원칙적으로 댐 어깨나 방수로 근처에서 시료를 채취하였으며, 댐 본체에 접근하기 어려운 곳에서는 댐의 양안에서 수질 시료를 채취하였다. 또한, 사방댐에 저류된 물이 없거나 물빼기 구멍 등을 통해 사방댐을 통과하여 상⋅하류 계류가 연결된 경우에는 사방댐에서 채수를 실시하지 않았다.
또한, 사방댐에 저류된 물이 없거나 물빼기 구멍 등을 통해 사방댐을 통과하여 상⋅하류 계류가 연결된 경우에는 사방댐에서 채수를 실시하지 않았다. 사방댐 하류지점은 원칙적으로 앞댐을 지나 계류로 유출되는 지점에서 시료를 채취하였으며 유량이 적거나 계류 바닥을 통해 물이 흐르는 경우에는 하류를 따라 지표유출 지점을 찾아 시료를 채취하였다.
2. 조사방법

사방댐의 계류 및 저류수의 수질 조사를 위해 2017년 10월 18일부터 11월 10일까지 사방댐 유입 계류의 상류, 사방댐 저류수, 사방댐 유출 계류의 하류에서 현장 수질 조사 및 시료 채취를 실시하였다. 사방댐 상류지점은 사방댐으로 물이 흘러드는 계류 중에서 사방댐에 인접한 상류 계류를 선정하였으며, 계류 바닥으로 물이 스며들어 지표 흐름이 없는 경우에는 지표 흐름이 나타나는 계류지점을 선정하였다.
낙동강 유역에 설치된 전체 사방댐을 대상으로 시공년도, 유역의 특성, 사방댐 형식 등을 고려하여 우선적으로 54개소를 1차 조사하였으며, 그 중에서 계류수가 흐르고 있는 43개 사방댐을 최종 선정하였다. 선정된 사방댐은 Figure 1과 같이 낙동강 권역에 걸쳐 강원도 5개, 경상남도 12개, 경상북도 25개, 대구광역시 1개로 나타났다.
사방댐의 수질과 유역 현황과의 관계를 파악하기 위하여 유역면적 및 토지이용 현황을 조사하였으며, 그 결과는 Table 1과 같다. 유역면적과 토지피복은 각각 USGS에서 제공되는 ASTER GDEM자료(https://earthexplorer.usgs.gov/)와 환경공간정보서비스의 1:5000 세분류 토지피복 지도에서 추출하였다(https://egis.me.go.kr/). Table 1에서는 대구, 경북, 경남, 강원 순으로 사방댐 일련번호를 부여하였다.
현장 접근성, 사방댐의 저수 상태 등 원인으로 인해 분석에 사용된 시료는 유입수 43개, 저류수 15개, 유출수 43개로 총 101개이었다. NH 4 -N은 1개 지점을 제외한 나 머지 100개에서 모두 검출되지 않았으므로 분석에서 제외하였다.

데이터처리

따라서 사방댐이 수질에 미치는 영향은 사방댐을 통과한 유출수의 수질이 유입수에 비해 어떤 경향을 보이는 가이다. 이를 알아보기 위해 저류수가 있는 15개 사방댐의 유출수를 종속변수, 유입수를 독립변수로 설정하여 선형회귀분석을 하였다(Table 5). 회귀분석 결과 pH, DO, EC, BOD, T-N, NO₃ -N, T-P 등은 유입수와 유출수의 수질이 유사하게 나타나 사방댐이 수질에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
이를 위해 현장 채취한 시료는 무균채수병에 담아 냉장 보관하여 48시간 내 서울대학교 농생명과학공동기기원(NICEM)으로 옮겨 수질오염공정시험기준(국립환경과학원 고시 제2017-2018호)에 따라 수질항목별로 분석하였다. 항목별 수질결과에 대한 통계분석은 IBM사의 SPSS 25.0을 이용하였다.

이론/모형

생물화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 총유기탄소량(TOC), T-N, 암모니아성 질소(NH4-N), 질산성 질소(NO₃-N), T-P, 부유물질량(SS), Chl-a, 탁도 등 수질항목은 실내에서 분석하였다. 이를 위해 현장 채취한 시료는 무균채수병에 담아 냉장 보관하여 48시간 내 서울대학교 농생명과학공동기기원(NICEM)으로 옮겨 수질오염공정시험기준(국립환경과학원 고시 제2017-2018호)에 따라 수질항목별로 분석하였다. 항목별 수질결과에 대한 통계분석은 IBM사의 SPSS 25.

성능/효과

2) 채취된 시료의 수질 분석 결과 43개의 사방댐 중 5곳은 농업용수로 사용이 불가능하였다. 그중 1곳은 폐탄광 침출수의 영향을 받은 곳이었으며 나머지 4곳은 취수를 위해 사방댐에 물을 저수하는 과정에서 산림으로부터 유출된 낙엽 등의 유기물이 퇴적되어 부후가 진행된 곳이었다.
3) 유입수, 저류수, 유출수별로 수질인자 간 상관관계를 분석한 결과, 공통적으로 TOC와 산소 요구량의 상관성이 매우 높게 나타났으며 SS와 탁도, SS와 Chl-a, Chl-a 와 탁도의 상관성이 매우 높게 나타났다.
4) 유입수 및 유출수에서만 상관성이 높게 나타난 것들은 BOD와 SS, BOD와 Chl-a, BOD와 탁도, TOC와 Chl-a 등이었다. 이는 흐름이 느린 하천 내 미처리된 영양염류를 이용한 식물플랑크톤의 생장과 연관이 있는 것으로 추정된다.
5) 저류수가 있는 사방댐의 유출수와 유입수에 대해 회귀분석을 실시한 결과 선 SS와 탁도는 유출수에서 줄어드는 추세로 선행연구와 유사하였다. 또한, 사방댐 저류수를 통과한 유출수는 유입수에 비해 생화학적 분해가 가능한 유기물 함량은 줄어들었고 미생물 생체 기원 유기물 함량은 증가한 것으로 분석되었다.
0~677) µS/cm에 비해 다소 낮게 나타났다. BOD, COD, TOC, T-P의 평균값은 각각 0.52, 2.73, 1.34, 0.005mg/L로 위치별 평균 차이는 미미했다. 반면, T-N과 NO₃ -N은 계류수에서 각각 평균 0.
37 mg/L보다 높게 나타났다. SS의경우 유입수, 저류수, 유출수 순으로 평균 7.24, 3.29, 4.84 mg/L를 기록함으로써 위치별로 확연히 다른 결과를 보였다. 탁도도 SS와 비슷한 경향을 보였으며, Chl-a의 평균값은 유입수 0.
계류수(유입수와 유출수)는 BOD가 SS, Chl-a, 탁도 등과 매우 높은 양의 상관관계(p<0.01)를, TOC와 Chl-a (p<0.05)가 양의 상관관계를 나타냈다.
5) 저류수가 있는 사방댐의 유출수와 유입수에 대해 회귀분석을 실시한 결과 선 SS와 탁도는 유출수에서 줄어드는 추세로 선행연구와 유사하였다. 또한, 사방댐 저류수를 통과한 유출수는 유입수에 비해 생화학적 분해가 가능한 유기물 함량은 줄어들었고 미생물 생체 기원 유기물 함량은 증가한 것으로 분석되었다.
유입수에서는 pH와 EC (p<0.01), pH와 TOC (p<0.05)가 음의 상관관계를 가졌고 BOD와 TOC, BOD와 SS, BOD와 Chl-a, BOD와 탁도, TOC와 Chl-a, T-N과 NO3 -N, T-N과 T-P, NO3 -N과 T-P, SS와 Chl-a, SS와 탁도, Chl-a 와 탁도가 p<0.01로 매우 높은 양의 상관관계를 보였다.
01로 매우 높은 양의 상관관계를 보였다. 유출수에서는 유입수와 비슷한 양상을 보였지만 TOC와pH, TOC와 SS, TOC와 탁도의 상관성이 낮게 나타났다.
일반적으로 맑은 물에서 수온과 DO는 음의 상관관계로 나타난다. 이번 연구에서는 유입 수에서만 유의확률(p) 0.01 수준으로 음의 상관관계를 보였고 저류수 및 유출수에서는 상관관계를 보이지 않았다. 또한 상관계수가 유입수에 비해 낮게 나타나 온도에 비해 DO가 다소 높게 나타난 경향이 있어 맑은 유입수와 달리 저류수 및 유출수에서는 DO에 영향 주는 요인이 복합적인 것으로 추정되어 DO뿐만 아니라 다른 수질 인자도 함께 보아야 한다.
, 2004). 전반적으로, 수질인자 간 상관관계를 보면 유입수와 유출수는 비슷한 경향이 있지만 저류수는 판이한 양상을 보였다.
Table 1에서는 대구, 경북, 경남, 강원 순으로 사방댐 일련번호를 부여하였다. 조사대상 사방댐의 유역면적은 10.38~1629.52ha 범위를 보이며, 대부분 500 ha미만이었다. 사방댐 유역의 토지이용은 대부분 산림으로 나타났으나, 사방댐 (16)은 과수원이 약 22.
사방댐(41) 은 앞서 설명한 상류 폐탄광이 원인이고, 사방댐(30)의유출수 수질은 저류수 수질과 연관되는 것으로 판단된다. 종합적으로, 수질 분석을 실시한 43개 사방댐 중 90% 이상이 농업용수로서 적합한 것으로 나타났다.
, 2005). 즉, 사방댐 저류수를 통과한 유출수는 유입수에 비해 생화학적 분해 가능한 유기물 양은 줄어들었고 미생물 생체 기원 유기물 함량은 증가한 것으로 분석되었다.
이를 알아보기 위해 저류수가 있는 15개 사방댐의 유출수를 종속변수, 유입수를 독립변수로 설정하여 선형회귀분석을 하였다(Table 5). 회귀분석 결과 pH, DO, EC, BOD, T-N, NO₃ -N, T-P 등은 유입수와 유출수의 수질이 유사하게 나타나 사방댐이 수질에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
Figure 5는 BOD, COD, TOC, SS, Chl-a, 탁도 등 항목에 대한 유입·유출 비교이다. 회귀분석 결과, 기울기는 Chl-a (31.993), TOC(1.753), COD(1.289), 탁도(1.254), SS(0.871), BOD(0.918) 순으로 1:1 비율에서 많이 벗어난 것으로 나타났다. BOD와 COD는 모두 산소요구량을 측정하는 항목이 지만 전자는 미생물에 의한 유기물 분해, 즉 생화학적 분해이고 후자는 화학적 분해라는 차이가 있다.

후속연구

, 2017). 이 연구는 갈수기에 1회 측정한 자료를 근거로 분석되었다는 한계를 가지며, 추후 반복적인 측정 및 조사대상지를 확대하여 분석한다면 사방댐이 수질에 미치는 영향을 조금 더 정확하게 분석할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	불투과형 사방댐이 투과형과 복합형과 다른 점은?	2014년 개정된 사방기술교본에서는 사방댐을 크게 불투과형, 투과형, 복합형 사방댐으로 구분한다. 투과형과 복합형 사방댐은 토사를 전부 혹은 일부 통과시키는 반면 불투과형 사방댐은 모든 토사를 저류하며, 국내에서 시공된 사방댐의 약 87%가 여기에 속한다(Lee, 2017).
	계류에 체류되어 있는 유목의 특성은?	이러한 수질 문제는 유량이나 유속 감소에 따른 계류수의 정체, 낙엽 등 산림유기물의 퇴적 등이 주요 원인이다. 계류에 체류되어 있는 유목은 유기물과 토사를 퇴적시키고 어류및 수생곤충에게 서식공간을 제공한다(Seo et al., 2012).
	현장에서 시료의 수질 분석은 어떻게 실시되었는가?	시료의 수질 분석은 현장 분석과 실내 분석으로 나뉘어 실시하였다. 수온, 수소이온농도(pH), 용존산소량(DO), EC 는 현장에서 OTT사의 Hydrolab MS5를 이용하여 측정하였다. 생물화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 총유기탄소량(TOC), T-N, 암모니아성 질소(NH4-N), 질산성 질소(NO3 -N), T-P, 부유물질량(SS), Chl-a, 탁도 등수질항목은 실내에서 분석하였다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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