[논문]남강댐 지역 Chl-a의 시공간적 분포특성 및 수질인자와의 상관관계 분석

김상민; 이승학

doi:10.5389/ksae.2024.66.6.071

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This study investigates the relationship between Chl-a concentration and various water quality factors, including temperature, nutrients (TN, TP), TOC, COD, and BOD, in the Namgang Dam region from 2007 to 2023. The correlation analysis between Chl-a and water quality parameters was conducted using t...

This study investigates the relationship between Chl-a concentration and various water quality factors, including temperature, nutrients (TN, TP), TOC, COD, and BOD, in the Namgang Dam region from 2007 to 2023. The correlation analysis between Chl-a and water quality parameters was conducted using the Pearson method, and the cluster analysis of Chl-a was performed using the average linkage method. At Namgang Dam Site 1, Chl-a concentration shows positive correlations with TOC (0.300), TP (0.302), BOD (0.272), and water temperature (0.309). At Site 2, Chl-a shows positive correlations with water temperature (0.273), COD (0.229), TP (0.379), and TOC (0.295). At Site 3, Chl-a concentration has significant positive correlations with COD (0.265), TOC (0.304), TP (0.277), and water temperature (0.302), indicating that these factors play important roles in the growth of phytoplankton. A strong correlation between Chl-a and both TOC and TP, with TP being a major contributor to algal growth, suggesting that phosphorus is a key limiting factor. Conversely, dissolved oxygen (DO) showed a negative correlation, indicating that as algal growth progresses, DO levels decrease, potentially impacting aquatic health negatively. Spatial distribution analysis showed that Chl-a levels were lower upstream and increased significantly downstream, influenced by reduced flow, higher temperatures, and nutrient inflow from agricultural and industrial activities. Dendrogram analysis indicated that certain sites along the Deokcheon and Namgang rivers exhibited similar Chl-a patterns, forming clusters, while the Geungho River site was distinct, suggesting unique water quality characteristics. These findings provide critical insights for predicting and managing algal blooms in the Namgang Dam area, emphasizing the importance of tailored regional water quality management strategies.

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그림 Fig. 1 Water quality monitoring stations in Namgang-Dam and Namgang watershed
표 Table 1 Water quality monitoring stations information for Chl-a in study watershed
그림 Fig. 2 Temporal changes in water temperature and Chlorophyll-a concentration at Namgang Dam stations from 2007 to 2023
표 Table 2 Correlation between Chl-a and other water quality parameters in Namgang Dam 1 station
그림 Fig. 3 Time series data of Chl-a and other water quality parameters at Namgang Dam 1 station
표 Table 3 Correlation between Chl-a and other water quality parameters in Namgang Dam 2 station
표 Table 4 Correlation between Chl-a and other water quality parameters in Namgang Dam 3 station
그림 Fig. 4 Spatial variation of Chl-a concentration in Namgang Dam and Namgang watersheds
그림 Fig. 6 TN box plot comparison between upstream and downstream stations of Namgang Dam
그림 Fig. 7 TP box plot comparison between upstream and downstream stations of Namgang Dam
그림 Fig. 5 Chl-a box plot comparison between upstream and downstream stations of Namgang Dam
그림 Fig. 8 Cluster dendrogram of Chl-a concentrations for study watershed

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 2007년부터 2023년까지의 남강댐 수질 관측 자료를 바탕으로 Chl-a 농도와 주요 수질 인자간 상관관계를 분석하고 남강 유역 23개 지점의 자료로부터 Chl-a 공간 분포 특성을 분석하고자 한다.
남강댐 유역의 녹조 문제를 해결하기 위해서는 남강댐 유역의 녹조발생 원인을 분석하고 이에 대한 대책을 마련하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 남강댐 유역과 하류에 위치한 남강 유역의 수질 관측지점에서 수집된 2007년부터 2023년까지의 자료를 바탕으로, Chl-a 농도와 수온, 영양염류 (TN, TP), TOC, COD, BOD 등 다양한 수질 인자 간의 상관관계를 분석하고 Chl-a의 공간분포를 분석하였다. 남감댐 3개 지점의 자료를 이용하여 수질항목간 상관관계를 분석하여 서부경남의 식수원이 되는 진양호의 녹조원인을 분석하는 자료를 제공하였으며, 대상유역의 23개 수질측정 지점의 자료를 이용하여 남강댐과 남강유역에 대한 공간적인 Chl-a의 특성을 파악하였다.
본 연구에서는 남강댐 및 인접 하류 구간에서 Chl-a 농도와 수질 인자 간의 상관관계를 규명함으로써, 해당 지역의 수질 관리를 위한 기초 자료를 제공하였다. Chl-a 농도 변화의 시공간적 특성을 파악한 결과, 수온과 영양염류, 특히 인이 조류 성장의 주요 요인임을 확인하였으며, 이를 바탕으로 남강댐 유역의 녹조 발생을 예측하고 관리하는 데 중요한 정보를 제공할 수 있을 것이다.

제안 방법

남강댐은 서부경남의 식수원으로 이용되고 있는 진양호에 위치하고 있으며, 최근 진양호의 녹조발생으로 인해 식수원에 대한 우려가 증가하고 있다. 진양호에 위치한 수질관측지점인 남강댐 1, 2, 3 지점에 대해 녹조발생의 원인이 되는 Chl-a의 시간에 따른 농도변화를 살펴보았다. 다음의 Fig.
남강댐과 상⋅하류 지점의 Chl-a의 공간 분포를 살펴보기 위해 2007년부터 2023년까지의 Chl-a 농도의 평균치를 계산하여 도시하였다 (Fig
4의 결과와 마찬가지로 상류 지점에서는 Chl-a 농도가 전반적으로 낮고 일정하게 분포하는 반면, 하류 지점에서는 Chl-a 농도가 급격히 증가하는 양상이 관찰되었다. 남강댐 하류 지점에서의 Chl-a 농도가 높은 이유를 찾기 위해 TN과 TP에 대한 box plot을 그려 변화양상을 살펴보았다 (Figs. 6, 7).
따라서 본 연구에서는 남강댐 유역과 하류에 위치한 남강 유역의 수질 관측지점에서 수집된 2007년부터 2023년까지의 자료를 바탕으로, Chl-a 농도와 수온, 영양염류 (TN, TP), TOC, COD, BOD 등 다양한 수질 인자 간의 상관관계를 분석하고 Chl-a의 공간분포를 분석하였다. 남감댐 3개 지점의 자료를 이용하여 수질항목간 상관관계를 분석하여 서부경남의 식수원이 되는 진양호의 녹조원인을 분석하는 자료를 제공하였으며, 대상유역의 23개 수질측정 지점의 자료를 이용하여 남강댐과 남강유역에 대한 공간적인 Chl-a의 특성을 파악하였다.

대상 데이터

남강댐 지점의 Chl-a와 수질항목간의 상관관계를 분석하기 위해 2012년부터 2023년까지의 자료를 이용하였다. 남강댐 1, 2, 3지점의 Chl-a 농도와 수질 인자간의 상관분석 결과는 다음의 Tables 2, 3, 4와 같다.

이론/모형

본 연구에서는 남강댐 유역의 Chl-a의 공간적 상관관계를 분석하기 위해 평균 연결법 (Average Linkage Method)을 적용한 군집 분석을 수행하였다. 평균 연결법은 각 샘플 간의 거리를 계산한 후, 두 클러스터 간의 평균 거리를 기준으로 새로운 클러스터를 형성하는 방법이다.

성능/효과

남강댐 1지점에서 Chl-a와 주요 수질 인자들 간의 상관관계를 보여준다. 분석 결과, Chl-a는 TOC (0.300), TP (0.302), BOD (0.272)와 양의 상관관계를 나타내었으며, 이는 해당 인자들이 지점에서 식물성 플랑크톤의 생장에 중요한 역할을 할 가능성이 있음을 시사한다. 특히, TOC와 Chl-a 간의 강한 상관관계는 유기물이 Chl-a 농도에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다.
특히, TP와 Chl-a 간의 상관관계는 지점별로 차이를 보였으나, 총인이 남강댐 지역에서 조류 성장에 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있다. 따라서 남강댐 1, 2, 3지점에서의 분석 결과를 종합하면, 유기물과 영양염류의 농도가 높을수록 조류 성장이 촉진되며, DO는 조류 성장을 억제하는 주요 인자로 작용하고 있음을 알 수 있다. 이를 통해 남강댐과 인접 구간의 수질 관리에서 DO, TOC, TP와 같은 인자들의 지속적인 관리가 필수적임을 확인할 수 있다.
대상유역에 대한 Chl-a 농도를 분석한 결과 Chl-a 농도는 수온과 영양염류 농도의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 특히, 여름철 수온이 상승할 때 Chl-a 농도가 급격히 증가하는 경향을 보였으며, 이는 수온이 식물성 플랑크톤의 생장을 촉진하는 주요 요인임을 시사한다.
TP (총인)과 Chl-a는 높은 상관성을 보여 남강댐 유역의 녹조관리를 위해 총인에 대한 오염원 관리가 필요함을 시시한다. 반면, DO (용존산소)는 Chl-a와 음의 상관관계를 보였는데, 이는 조류 성장이 진행됨에 따라 용존산소 농도가 감소하는 경향을 나타내며, 결과적으로 수생 생태계의 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 이러한 결과를 토대로 남강댐 유역의 녹조관리를 위해서는 TOC와 TP에 대한 오염원의 관리가 중요하며, 기후 변화에 따른 수온상승에 대한 대책이 필요함을 시사한다.
남강댐과 인접 하류 구간의 Chl-a 농도의 공간적 분포를 분석한 결과, 남강댐 상류 지점에서는 Chl-a 농도가 상대적으로 낮게 나타났으며, 하류로 갈수록 Chl-a 농도가 급격히 증가하는 경향을 보였다. 상류에서 하류로 갈수록 농도가 증가하는 이유를 파악하기 위해 구간별 오염원과 하수처리수 유입 등 오염원에 대한 분석이 필요하다.
특히 TOC와 TP는 유의미한 상관관계를 보여주며 중요한 영향을 미친다는 것을 시사한다. 남강댐 3지점의 경우 Chl-a 농도는 COD (0.265)와 유의미한 양의 상관관계를 보였으며, 이는 유기물 분해 과정에서 발생하는 물질이 식물플랑크톤 성장에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 또한 TOC (0.

후속연구

상⋅하류의 Chl-a 농도변화에 대한 보다 면밀한 분석을 위해서는 오염원의 분포와 유량, 유속 등 다양한 원인 인자에 대한 조사가 필요할 것으로 생각된다.
Chl-a는 조류예보의 기준이 되는 지표로 이용되고 있으며, 기존 연구결과를 살펴보면 Chl-a와 수질 인자 간의 상관관계가 지역별로 다르며, 계절과 환경 요인에 따라 큰 차이가 있다. 남강댐 유역의 녹조 문제를 해결하기 위해서는 남강댐 유역의 녹조발생 원인을 분석하고 이에 대한 대책을 마련하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 남강댐 유역과 하류에 위치한 남강 유역의 수질 관측지점에서 수집된 2007년부터 2023년까지의 자료를 바탕으로, Chl-a 농도와 수온, 영양염류 (TN, TP), TOC, COD, BOD 등 다양한 수질 인자 간의 상관관계를 분석하고 Chl-a의 공간분포를 분석하였다.
반면, DO (용존산소)는 Chl-a와 음의 상관관계를 보였는데, 이는 조류 성장이 진행됨에 따라 용존산소 농도가 감소하는 경향을 나타내며, 결과적으로 수생 생태계의 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 이러한 결과를 토대로 남강댐 유역의 녹조관리를 위해서는 TOC와 TP에 대한 오염원의 관리가 중요하며, 기후 변화에 따른 수온상승에 대한 대책이 필요함을 시사한다.
반면, 경호강 1지점은 다른 지점들과 독립적인 군집을 형성하였는데, 이는 경호강 1의 수질 특성이 다른 지점들과 차별화되어 있음을 보여준다. 이러한 공간적 분포 분석은 남강댐 유역의 녹조 발생 가능성을 예측하고, 지역별 맞춤형 수질 관리 방안을 수립하는 데 기초자료를 제공할 수 있을 것이다. 이와 같은 군집분석을 통해 지류, 지천별 Chl-a의 패턴을 파악하여 추후 오염원의 관리를 통한 녹조방지대책을 마련할 수 있을 것으로 생각된다.
이러한 공간적 분포 분석은 남강댐 유역의 녹조 발생 가능성을 예측하고, 지역별 맞춤형 수질 관리 방안을 수립하는 데 기초자료를 제공할 수 있을 것이다. 이와 같은 군집분석을 통해 지류, 지천별 Chl-a의 패턴을 파악하여 추후 오염원의 관리를 통한 녹조방지대책을 마련할 수 있을 것으로 생각된다.
본 연구에서는 남강댐 및 인접 하류 구간에서 Chl-a 농도와 수질 인자 간의 상관관계를 규명함으로써, 해당 지역의 수질 관리를 위한 기초 자료를 제공하였다. Chl-a 농도 변화의 시공간적 특성을 파악한 결과, 수온과 영양염류, 특히 인이 조류 성장의 주요 요인임을 확인하였으며, 이를 바탕으로 남강댐 유역의 녹조 발생을 예측하고 관리하는 데 중요한 정보를 제공할 수 있을 것이다. 향후 연구에서는 녹조발생에 보다 직접적인 원인이 되는 남조류에 대한 분석과 함께 오염원에 대한 정보를 토대로 수질 인자와 계절적 변화를 고려한 남강댐 유역에 대한 녹조 저감과 방지를 위한 오염원 관리 및 시나리오 별 저감대책과 영향 등을 분석할 필요가 있을 것으로 생각된다.
Chl-a 농도 변화의 시공간적 특성을 파악한 결과, 수온과 영양염류, 특히 인이 조류 성장의 주요 요인임을 확인하였으며, 이를 바탕으로 남강댐 유역의 녹조 발생을 예측하고 관리하는 데 중요한 정보를 제공할 수 있을 것이다. 향후 연구에서는 녹조발생에 보다 직접적인 원인이 되는 남조류에 대한 분석과 함께 오염원에 대한 정보를 토대로 수질 인자와 계절적 변화를 고려한 남강댐 유역에 대한 녹조 저감과 방지를 위한 오염원 관리 및 시나리오 별 저감대책과 영향 등을 분석할 필요가 있을 것으로 생각된다.

참고문헌 (16)

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