[논문]서화천유역 장기 수질모니터링을 통한 수질평가 연구

갈병석; 박재범; 문현생; 조소현; 주용은; 민경옥

doi:10.17663/jwr.2022.24.4.256

서화천유역 장기 수질모니터링을 통한 수질평가 연구
Water quality evaluation research through long-term water quality monitoring in Seohwa Stream Watershed 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.24 no.4, 2022년, pp.256 - 267

갈병석 ((주)다온솔루션) , 박재범 ((주)다온솔루션) , 문현생 (국립환경과학원 금강물환경연구소) , 조소현 (국립환경과학원 금강물환경연구소) , 주용은 (국립환경과학원 금강물환경연구소) , 민경옥 (국립환경과학원 금강물환경연구소)

초록
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본 연구는 대청호 상류에 있는 서화천 유역을 대상으로 지난 5년간 측정된 장기간의 수질모니터링 자료를 이용하여 수질 현황 및 추세를 분석하였다. 서화천 유역은 대청호의 녹조 발생 감소 및 수질 개선을 위한 사업이 진행되고 있으며 상수원 수질 관리를 위해서 지속적 관리가 필요하다. 현재 수질 평가는 수질 관리 지점을 파악하는 것이 목적이며 좋은물 등급과 통합수질지수(Water Quality Index, WQI)를 사용하였다. 추세 평가는 Mann-Kendall test와 Sen's Slope를 이용하여 수질 개선사업을 통한 효과를 평가하였다. 평가결과, 현재는 수질지수를 통해 수질 관리가 필요한 유역과 시기를 확인하였으며 추세분석을 통해 개선사업으로 인한 효과를 확인하였다. 본 연구를 통해 장기 수질모니터링 자료를 이용한 수질 현황 및 개선 효과를 검토할 수 있어 향후 비슷한 유형의 유역에서 적용 가능하리라 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study analyzed the current status and trend of water quality using long-term water quality monitoring data measured over the past 5 years in the Seohwacheon Basin, located upstream of Daecheong Lake. In the Seohwacheon Basin, a project is underway to reduce the occurrence of algal blooms in the Daecheong Lake and to improve water quality, and continuous management is required for water quality management. The current water quality evaluation aims to identify the water quality management point, and the good water grade and the integrated water quality index (WQI) were used. For trend evaluation, the effect of the water quality improvement project was evaluated using the Mann-Kendall test and Sen's Slope. As a result of the evaluation, the current water quality index was used to identify the watersheds and when to manage water quality, and the effect of the improvement project was confirmed through trend analysis. Through this study, it is possible to review the water quality status and improvement effect using long-term water quality monitoring data, so it is expected to be applicable to similar types of watersheds in the future.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Analysis Flowchart
그림 Fig. 2. Study area and sampling sites
그림 Fig. 3. Water Quality Improvement project status
표 Table 1. Water Quality Improvement project Status
표 Table 2. Appropriate criteria for water quality factors (NIER, 2013)
표 Table 3. Water quality by subwatershed
그림 Fig. 4. Water quality by subwatershed
그림 Fig. 5. Comparison of water quality
표 Table 4. Monthly WQI
그림 Fig. 6. Monthly WQI-Water Quality Comparison
그림 Fig. 7. Trend Analysis by All period Example T-P
표 Table 5. Analysis Trend of All Period
표 Table 6. Analysis Trend of Spring
표 Table 7. Analysis Trend of Summer
표 Table 8. Analysis Trend of Autumn
그림 Fig. 8. Trend Analysis by Period
표 Table 9. Analysis Trend of Winter

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 유역에서의 수질 관리를 위하여 현재 수질은 좋은물 기준과 수질지수로 평가하여 유역 내에서 수질이 좋지 않은 유역 선정 및 월별 평가를 통해 수질 관리가 필요한 시기를 평가하였다. 그리고 장기 추세 분석을 통해 유역에서 진행된 수질 개선대책으로 인한 영향 효과를 확인하여 향후 유역 내 수질 관리 대책 수립시 필요한 정보를 제공할 수 있었다.
본 연구에서는 장기간 측정된 수질 모니터링 자료를 이용하여 좋은물 기준과 수질지수를 통해 현재 수질 현황을 평가하고 통계기법을 통해 수질 경향성을 평가하였다. 수질지수는 단일 항목의 수질값보다 여러 가지 수질 항목들을 지수화하여 평가함으로써 보다 유역에서의 수질 현황을 잘 파악할 수 있는 장점을 가지고 있어 향후 유역에서의 수질관리에 활용성이 크리라 판단된다.
본 연구의 목적은 장기간 측정된 수질 모니터링 자료에 대하여 현재 유역의 수질평가와 수질저감 대책에 따른 수질변화 경향을 평가하여 대책의 효율성을 평가하고 적합한지 검토하는 것이 목적이다.

제안 방법

분석은 Mann-Kendall과 Sen's Slope를 이용하여 평가하였으며 유의수준 5% 이내의 경우 경향성이 있는 것으로 평가하였다. 분석 기간은 전기간(All Period)와 봄(3~5월), 여름(6~8월), 가을(9~11월), 겨울(12~2월)로 구분하여 계절별 분석을 수행하였다.
지점별 측정자료를 통해 장기간 수질 경향성을 분석하였다. 분석은 Mann-Kendall과 Sen's Slope를 이용하여 평가하였으며 유의수준 5% 이내의 경우 경향성이 있는 것으로 평가하였다.
금강물환경연구소는 서화천에서의 비점오염원 관리를 위해 지난 2017년 11월부터 현재(2022년 6월)까지 서화천 유역 22개 지점에서 청천시 월 1회, 강우시 12개 지점에서 수질 및 유량을 측정하고 있다. 채수한 시료의 수질분석은 BOD5, CODMn, TOC, SS, T-N, DTN, NO3-N, NH3-N, T-P, DTP, PO4-P의 11개 항목에 대해서 수질오염 공정시험기준에 따라 분석한다. 아래 Table 1.
본 연구에서의 수질지수는 환경부 실시간 수질정보시스템에서 적용하고 있는 RTWQI 방법을 이용하였다. 평가항목은 아래 Table 2.와 같이 실시간수질지수에서는 총 8개 수질 항목을 이용하여 산정되고 있으나 본 연구에서는 탁도를 제외한 7개 수질 항목 pH, DO, EC, 수온, TOC, T-N, T-P에 대해 평가항목으로 선정하였다. 해당 범위는 실시간 수질정보시스템의 값을 사용하였다.

대상 데이터

2017년 11월부터 2022년 6월까지 매월 측정한 청천시 수질 자료를 통해 수질 현황을 분석하였다. 수질은 BOD, T-N, T-P를 검토하였으며 아래 Table 3.
연구지역인 서화천 유역은 대청호로 유입되는 주요하천으로서 유역면적은 191.56㎢이며, 대청댐 중권역 면적 667.48 ㎢의 약 28.70%를 차지하고 있다. 행정구역상 충청북도 옥천군과 충청남도 금산군이 포함되며 유역의 주요 지류는 추풍천, 금산천, 금구천, 성당천, 서대천, 이백천이 있다.

데이터처리

분석은 Mann-Kendall과 Sen's Slope를 이용하여 평가하였으며 유의수준 5% 이내의 경우 경향성이 있는 것으로 평가하였다
2017년 11월부터 2022년 6월까지 매월 측정한 청천시 수질 자료를 통해 수질 현황을 분석하였다. 수질은 BOD, T-N, T-P를 검토하였으며 아래 Table 3.과 같이 평균, 최대, 최소 수질과 좋은물 기준과 수질지수를 평가하였다(Fig. 4.
장기 추세 분석은 통계적 기법인 Mann -Kendall test와 Sen's Slope를 이용하여 평가하는 것으로서 장기간 축적된 모니터링 자료를 이용하여 유역에서의 수질 변화를 분석한다

이론/모형

본 연구에서는 Mann-Kendall 검정의 유의수준 (a=0.05)에 따라 신뢰구간을 계산하였으며, 신뢰구간은 아래와 같다.
본 연구에서의 수질지수는 환경부 실시간 수질정보시스템에서 적용하고 있는 RTWQI 방법을 이용하였다. 평가항목은 아래 Table 2.
장래 수질 추세 분석은 Mann-Kendall과 Sen's slope을 이용하여 측정된 분석 자료를 전 기간, 계절별로 구분하여 수질 변화를 분석하였다

성능/효과

앞서 Fig. 3.과 Table 1.에서 서화천 유역에서 추진된 사업이 소유역 9~23에 집중되고 있고 특히, 금구천(소유역 12~19)에서는 비점오염원 저감사업(소유역 15)이 진행되어 BOD, T-P 저감 경향이 타 유역에 비해 뚜렷하게 나타나고 있다. T-N은 서화천 본류 하류인 소유역 11, 20, 22, 23에서의 감소가 많고 T-P는 소유역 16, 17, 19에서의 감소가 많아 방치 축분 제거 등으로 인한 수질 변화에 영향을 미친 것으로 판단된다.
장래 수질 추세 분석은 Mann-Kendall과 Sen's slope을 이용하여 측정된 분석 자료를 전 기간, 계절별로 구분하여 수질 변화를 분석하였다. 분석결과, 수질 개선대책이 추진된 옥천군 유역에서의 수질 개선 경향이 대책이 추진되지 않은 서화천 상류에 비해 감소되고 있는 유역이 많이 나타나고 있어 대책의 효과를 증명할 수 있는 좋은 자료가 되었다. 특히, 개선대책이 상대적으로 많이 추진되고 있고 현재 수질에서도 좋지 않은 유역인 금구천(소유역 12~19)에서의 감소 경향이 많이 나타나고 있다.
소유역별 평균 및 최대, 최소값을 검토한 결과, 소유역 12~19 사이의 수질이 타 유역에 비해 높게 나타나고 있는 것으로 평가되었다. 해당 소유역은 금구천 유역으로서 서화천 내 인구 및 도시화가 많이 진행된 곳이며 상류 축산 단지도 많이 분포되어 오염원이 많이 밀집된 지역이다.
수질지수 및 수질농도가 양호한 월을 평가하면 수질지수는 1월과 4월이 양호하고 BOD는 7월과 10월, T-P는 4월과 12월이 양호하게 나타났다. 불량한 월은 수질지수가 5~6월, BOD는 2월과 6월, T-P는 7~8월 불량하게 나타났다.
그러나 수질지수는 단일 항목만을 평가하는 것이 아닌 여러 항목을 복합적으로 검토함으로써 이러한 오류를 줄일수 있어 하천의 수질 상태를 보다 과학적으로 해석이 가능하다. 수질지수 평가결과, 수질지수가 상대적으로 낮은 금구천 유역(소유역 12~19)과 서화천 상류의 소유역 1, 2, 4, 5의 관리가 필요하며 시기적으로는 겨울철보다는 5, 6, 10월 강우로 인한 비점오염원 관리가 더 필요한 유역으로 판단된다.
수질지수 평가결과, 우수(Excellent) 2개, 양호(Good) 9개, 보통(Fair) 12개로 나타났다. 금구천 유역(소유역 12~19)은 41.
월별 평가결과, 수질지수는 평균 64.95로서 양호(Good)등급이며 BOD는 “좋음”(Ib), T-P는 “약간 좋음”(Ⅱ)을 나타내고 있다.
현재 수질 평가결과, 시기적으로 불량한 월이 수질지수가 5~6월, BOD는 2월과 6월, T-P는 7~8월 상대적으로 나쁘게 나타났다. BOD와 T-P의 수질 값이 나쁜 시기가 다르게 나타나는 것은 영향을 미치는 오염원이 다르기 때문으로서 단일 수질 항목을 평가할 때 이러한 문제점이 나타난다.

후속연구

5년간의 모니터링 기간을 통해 대책만의 효과라고 판단하기는 어려우나 서화천과 같은 오염원 변화가 크지 않은 농업지역이고 같은 기상 조건을 가질 때 대책으로 인한 변수를 고려한다면 대조군과의 비교시 대책의 효과는 확인할 수 있으리라 판단된다.
특히, 개선대책이 상대적으로 많이 추진되고 있고 현재 수질에서도 좋지 않은 유역인 금구천(소유역 12~19)에서의 감소 경향이 많이 나타나고 있다. 5년이라는 기간 동안 특수성으로 매년 강우의 패턴이 일정하지 않아 단정적으로 대책만의 효과로는 볼 수 없겠으나 서화천과 같이 유역에서의 개발 및 오염원 변화가 적은 농업지역의 유역에서 같은 기상 조건을 가지는 유역 내에서 대책으로 인한 변화 요인을 고려할 때 대책의 효과를 판단하는 근거로서 확인은 가능하리라 판단된다.
수질 개선이 필요한 유역에서는 관리 대책을 수립하기 전 모형을 구축하여 대책을 시나리오별로 모의하여 평가한다. 그러나, 대책이 추진된 유역에서의 수질 모니터링 자료가 있다면 수질 개선 여부를 수질 변화 추세 등을 검토하여 평가할 수 있다.
본 연구에서는 유역에서의 수질 관리를 위하여 현재 수질은 좋은물 기준과 수질지수로 평가하여 유역 내에서 수질이 좋지 않은 유역 선정 및 월별 평가를 통해 수질 관리가 필요한 시기를 평가하였다. 그리고 장기 추세 분석을 통해 유역에서 진행된 수질 개선대책으로 인한 영향 효과를 확인하여 향후 유역 내 수질 관리 대책 수립시 필요한 정보를 제공할 수 있었다.
수질지수는 단일 항목의 수질값보다 여러 가지 수질 항목들을 지수화하여 평가함으로써 보다 유역에서의 수질 현황을 잘 파악할 수 있는 장점을 가지고 있어 향후 유역에서의 수질관리에 활용성이 크리라 판단된다. 또한, 수질 추세분석은 수질 개선대책에 대한 효과를 대책이 진행되지 않은 지역과 비교함으로써 대책 효과에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 자료로 활용 가능하며 계절별 분석을 통해 어느 시기, 어떤 오염원이 더 영향이 있는지 평가 결과를 확인할 수 있어 향후 유역에서의 수질개선 대책 적용시 활용이 가능하리라 판단된다. 이러한 결과를 바탕으로 수계 내에서의 수질 모니터링의 중요성과 필요성을 한번 더 확인할 수 있어 물관리를 위해 주요 지점에서만이라도 장기적인 수질 모니터링은 지속적으로 추진되어야 한다고 판단된다.
분석된 자료의 평가는 현재 유역에서의 수질 현황을 통해 향후 지속적으로 수질 관리가 필요한 유역 내에서의 지점들을 검토할 수 있고 또한, 유역 내에서 추진되는 사업들로 인한 수질 개선 효과를 검토할 수 있다.
본 연구에서는 장기간 측정된 수질 모니터링 자료를 이용하여 좋은물 기준과 수질지수를 통해 현재 수질 현황을 평가하고 통계기법을 통해 수질 경향성을 평가하였다. 수질지수는 단일 항목의 수질값보다 여러 가지 수질 항목들을 지수화하여 평가함으로써 보다 유역에서의 수질 현황을 잘 파악할 수 있는 장점을 가지고 있어 향후 유역에서의 수질관리에 활용성이 크리라 판단된다. 또한, 수질 추세분석은 수질 개선대책에 대한 효과를 대책이 진행되지 않은 지역과 비교함으로써 대책 효과에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 자료로 활용 가능하며 계절별 분석을 통해 어느 시기, 어떤 오염원이 더 영향이 있는지 평가 결과를 확인할 수 있어 향후 유역에서의 수질개선 대책 적용시 활용이 가능하리라 판단된다.
또한, 수질 추세분석은 수질 개선대책에 대한 효과를 대책이 진행되지 않은 지역과 비교함으로써 대책 효과에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 자료로 활용 가능하며 계절별 분석을 통해 어느 시기, 어떤 오염원이 더 영향이 있는지 평가 결과를 확인할 수 있어 향후 유역에서의 수질개선 대책 적용시 활용이 가능하리라 판단된다. 이러한 결과를 바탕으로 수계 내에서의 수질 모니터링의 중요성과 필요성을 한번 더 확인할 수 있어 물관리를 위해 주요 지점에서만이라도 장기적인 수질 모니터링은 지속적으로 추진되어야 한다고 판단된다.

참고문헌 (17)

CCME. 2001, Canadian water quality guidelines for the protection of aquatic life: CCME Water Quality Index 1.0. ser's manual. In: Canadian Environmental quality guidelines. Canadian Council of Ministers of the Environment. Winnipeg. Manitoba.
Cho, Y.C., Park, M.J., Shin, K.Y., Choi, H.M., Kim, S.H., Yu, S.J. 2019a, A Study on Grade Classification forImprovement of Water Quality and Water Quality Characteristicsin the Han River Watershed Tributaries. Journal of Environment Impact Assess, 28(3): 215-230.
Cho, H.S., Son, J.Y., Kim, G.D., Shin, M.C., Cho, Y.C., Shin, K.S., Yu, S.J. 2019b, Non-parametric Trend Analysis Using Long-term Monitoring Data of Water Quality in Paldang Lake. Journal of Environment Impact Assess, 28(2): 83-100.
Hirsch, R.M., Slack J.R. 1984. A nonparametric trend test for seasonal data with serial dependence, Water Resources Research, National Institute of Environmental Research, 20(6): 727-732

상세보기
Jung, K.Y., Kim, M.J., Song, K.D., Seo, K.O., Hong, S.J., Chom S.H., Lee, Y.J., Kim, K.H. 2018, A Nonparametric Long-Term Trend Analysis Using Water Quality Monitoring Data in Nam-River. Journal of Environment Science International, 27(11): 1029-1048.
Kal, B.S., Park, J.B., Kim, S.H., In, T.H. 2017, Assessment of tributary water quality using integrated Water Quality Index. Journal of Wetlands Research 26(5): 796-801.
Kendall, M.G. 1975. Rank correlation methods, Charles Griffin, London
Kim, J.H., Chae, M.H., Yoon, J.H., Seok, K.S. 2021, Water Quality Similarity Evaluation in Geum River Using Water Quality Monitoring Network Data. Journal of Environment Impact Assess, 30(2): 75-88.
Kim J.H. 2001. Non-parametric trend analysis of stream quality in Nakdong River, Master's Thesis, Ewha Womans University, Seoul, Korea.
Kim, J.M., Jeong, H.G., Kim, H.R., Kim, Y.S., Yang, D.S. 2020, A Non-parametric Trend Analysis of Water Quality Using Water Environment Network Data in Nakdong River. Journal of Environment Impact Assess, 29(1): 61-77.
Kim, S.Y., 2008. Application of Mann-Kendall methods for the performance assessment of the total pollution load management of Geum river, Master's Thesis, Hanbat National University, Daejeon Metropolitan City.
Mann, H.B. 1945. Nonparametric tests against trend, Econometrica, 13, 245-249.

상세보기
NIER(National Institute of Environmental Research). 2013. Real time Water Quality data system construction and database enhancement(I).
Shin, S.H., Im, T.H., Kim, S.H., Shin, D.S., Kown, H.G. 2018, Consideration in applying Korean-Comprehensive Water Quality Index(K-CWQI) to assessement of water quality in the major tributaries of Gumho-river basin. Journal of Korean Society Hazard Mitigation, 18(2): 455-465.
USEPA(Unied States Environmental Protection Agency. 1976, Quality criteria for water.(263943). Office of Water Planning and Standards, Washington, DC.
Washington state department of ecology. 2002, http://www.ecy.wa.gov/programs/eap/fw_riv/docs/WQIOverview.html
Yu, J.H., Lee, H.S., Lim, B.R., Kang, J.H., Ahn, T.U., Shin, H.S. 2020, Analysis of Pollution Characteristics in the Mainstream and Its Tributaries of Gongneung Stream Using Water Quality Index and Pollution Load Data. Journal of Korean Society on Water Environment, 36(2): 125-136.

저자의 다른 논문 :

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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