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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.52 No.6 pp.89-101
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2018.52.6.89

Comparison of Water Quality Before and After Four Major River Project for Water Monitoring Stations Located Near 8 Weirs in Nakdong River

Hyun Kyung Cho1,Hyo Jin Lim2,Sang Min Kim2,3*
1Graduate School, Gyeongsang National Univ., Jinju, 52828, Korea
2Dep. of Agricultural Engineering(Insti. of Agric. and Life Sci.), Gyeongsang National Univ., Jinju, 52828, Korea
3Institute of Agriculture and Life Science, Gyeongsang National Univ., Jinju, 52828, Korea
E-mail: smkim@gnu.ac.kr
*Corresponding author: Sang Min Kim
Tel: +82-55-772-1931
Fax: +82-55-772-1939
March 21, 2018 June 21, 2018 July 20, 2018

Abstract


The purpose of this study was to evaluate the variation of water quality in the Nakdong River by the Four major river projects. For this purpose, the nearest upstream water quality monitoring stations were selected and water quality data such as BOD, COD, SS, TN, TP, and TOC were collected for the before Four major river project(from January 2003 to November 2008), during the project(from September 2008 to April 2012) and after the project(from May 2012 to September 2017). As a result, the concentration of DO, BOD, COD, TN, and TOC after the project tend to be higher than the before project period. On the other hand, the SS and T-P values decreased after the project. Spatial analysis of BOD, COD, and TOC, which have large changes in water quality factor, by water quality grade, showed a tendency that water quality grade after the project was worse than before the project.



낙동강 8개 보 인근 수질측정 지점의 4대강 사업 전·후 수질 변동성 분석

조현경1,임효진2,김상민2,3*
1경상대학교 대학원 농공학과, 2경상대학교 지역환경기반공학과, 3경상대학교 부속 농업생명과학연구원

초록


본 연구는 4대강 사업에 따른 낙동강 수질의 변동성을 평가하기 위한 것으로, 낙동강에 건설된 8개 보 건설 전후의 수질을 비교, 분석하였다. 이를 위해 보에서 가장 인접한 상류 수질측정지점을 대상으 로 4대강 사업전(2003년 1월부터 2008년 11월), 사업중(2008년 9월부터 2012년 4월), 사업후(2012년 5월부터 2017년 9월)까지의 3개 기간에 대해 DO, BOD, COD, SS, T-N, T-P, TOC 등의 수질자료를 수집하였다. 4대강 사업전후 자료의 유의성 검증을 위해 대응검정 T-test를 95%의 신뢰구간에서 실시 한 결과 DO, BOD, COD, T-N, TOC는 사업 전보다 사업 후 수질 농도가 높아지는 경향이 있으며, 그 중 BOD, COD, TOC의 농도가 큰 차이를 보였다. 반면에 SS, T-P는 사업 전보다 사업 후 농도값 이 감소하였다. 수질인자 중 변화값이 큰 BOD, COD, TOC를 수질등급으로 나누어 공간적으로 분석 해 본 결과 사업전에 비해 사업후의 수질등급이 나빠지는 경향을 보였다.



    National Research Foundation of Korea
    2016-0988

    서론

    낙동강은 강원도 태백시에서 시작되어 영남지방을 통해 남해로 흐르는 우리나라 대표적인 수자원으로 서 유역 내 주요 상수원으로 이용되고 있다. 하지만 유역 내 대도시와 산업단지가 많이 분포하고, 강우 가 여름철에 집중되어 비교적 유량이 적은 갈수기에 는 수질관리에 많은 어려움이 있다. 낙동강은 2008 년부터 이상기후에 대비하여 홍수와 가뭄 같은 물 문제 해결과 하천공간을 합리적으로 정비해 이용을 최대화하고 수질 개선을 목적으로 하는 4대강사업이 진행되었으며, 전국 16개의 보중 8개의 보가 집중되 어있다(Park et al., 2010).

    4대강사업에 따른 4대강(한강, 낙동강, 금강, 영 산강)의 수질영향에 대한 연구사례를 살펴보면, Lee et al.(2017)은 4대강 보 담수 후의 급격한 환경변 화와 녹조가 창궐하게 된 이유를 고찰한 바 있으며, Shin et al.(2015)은 영산강에서의 조류 발생의 형 태를 파악할 수 있는 엽록소의 종류와 환경인자들을 찾아내어 4대강사업이 조류발생에 영향을 끼치는 것 을 고찰한 바 있으며, Lee(2014)은 4대강 사업 시점 의 변화를 한 단절적 비교시계열(interrupted time series analysis)로 분석하였고, 그 결과 수질개선은 한강에서만 단기적인 효과가 나타났을 뿐 지속되지 못하였으며, 전체적으로 목표한 수질개선 성과를 거 두지 못한 것으로 평가하였다.

    본 연구의 대상인 낙동강 유역의 4대강사업에 따 른 수질 영향에 대한 사례를 살펴보면 Lee(2017)은 4개의 보(강정보, 달성보, 합천보, 함안보)를 중심으 로 보 별 좌, 중, 우 3지점과 수심별 유기물, 영양 염류, Chl-a 분석을 수질오염공정시험법에 준하여 분석한 바 있으며, Lee et al.(2014)은 낙동강 중류 수계 강정고령보와 달성보의 퇴적물 용출 실험을 통 한 수질 특성을 조사 한 바 있으며, Jeong et al.(2016)은 낙동강 중, 상류에 위치한 4개의 보를 One way-ANOVA(일원변량분석) 방법을 이용하여 유의성 검증을 하고, 지점별로 수질 악화 및 개선 정도를 비교하였다.

    본 연구에서는 4대강사업으로 건설된 낙동강 유역 의 8개 보 건설 전후의 수질 영향을 분석하고, 하천 수 수질환경기준에 의한 낙동강 8개 보 인근 상류 지점의 공간적 수질변화를 분석하였다.

    재료 및 방법

    1 대상유역

    낙동강은 해발 1,567m의 강원도 태백산에서 발 원하여 총 길이가 525km인 강으로 안동호에 유입 된 후 서쪽으로 흘러 반변천, 미천, 내천을 비롯한 지류와 합류하고, 남쪽으로 흐르면서 영강, 병성천, 위천, 감천, 금호강, 회천, 황강, 남강과 합류한 후 동쪽으로 흐르며 밀양강 및 양산천에 합류 후 낙동 강 하굿둑을 통해 남해로 흘러 들어간다. 낙동강 유역은 22개 중권역, 195개 소권역으로 구분되고, 804개 하천을 포함하며, 유역면적 23,717km2의 유역 특성을 가지고 있다. 낙동강 유역 내 하천시 설물은 다목적댐 10개소(영주, 안동, 임하, 성덕, 군위, 보연산, 김천부항, 합천, 밀양, 남강)와 하굿 둑 1개소(좌안배수문, 우안배수문)가 위치하고 있다 (Kim & Choi, 2016). 4대강사업으로 설치된 8개의 보(상주, 낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창 녕, 창녕함안)가 위치하고 있으며, Fig. 1과 Table 1 은 4대강사업으로 설치된 8개의 보와 수질항목 분 석을 위해 선정한 8개의 수질총량측정지점, 보와 수질총량측정지점의 거리를 보여주고 있다.

    2 대상 자료

    국립환경과학원의 물환경연구소는 단위유역의 기 준부하량 준수 여부와 정확한 수질 평가를 위하여 2004년부터 단위유역 말단을 대상으로 수질·유량 총량측정망 사업을 운영하고 있다. 수질총량측정망 자료는 유량과 수질을 약 8일 간격으로 동시에 측 정하고 관측소별 용존산소(DO), 생화학적 산소요구 량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 부유물질(SS), 총질소(T-N), 총인(T-P), 총유기탄소(TOC) 등의 수질 농도 자료를 포함하고 있다(NIER, 2015). 본 연구에서는 유입지천별 각 수질항목의 특성을 분 석하기 위하여 국립환경과학원의 물환경정보시스템 (Water Information System, 2017)으로부터 2003년 1월부터 2017년 9월까지의 자료를 수집하여 이용하 였다.

    3 연구방법

    본 연구에서는 4대강사업으로 인한 낙동강 유역 보의 건설에 따른 낙동강 본류의 수질 특성을 분석 하기 위하여 낙동강에 위치한 8개의 보와 인접한 수 질총량측정지점 8곳을 선정하여 연구기간(2003년~ 2017년)에 대한 4대강사업 전, 중, 후의 수질총량측 정지점별 수질농도(DO, BOD, COD, SS, T-N, T-P, TOC)를 분석하였다. 수질자료는 물환경정보시스템 의 총량측정망 상세자료에서 구하였고, 총량측정망 은 수질자료와 유량, 수온, 전기전도도 등 총 11개 의 자료를 약 8일 간격으로 제공하였다. 연구기간 은 보사업기간을 중심으로 사업 전(2003년 1월~ 2008년 11월), 사업 중(2008년 9월~2012년 4월), 사업 후(2012년 5월~2017년 9월)로 구분하였고, 8개 보의 사업기간에 따라 사업 전과 사업 중의 기간이 겹치는 구간이 발생하였다.

    사업 전, 후의 유의성을 검증하기 위해 두 집단 의 평균값을 비교하는 대응표본 t검정을 이용하였 고, 정확한 유의확률값을 구하기 위해 통계프로그 램 SPSS를 이용하였다. 사업 전, 후의 평균값의 차이에 대한 신뢰구간은 95%로 유의확률이 0.05보 다 작으면 유의성을 가진다. 유의성이 있다고 판단 된 지점의 전, 중, 후 수질 농도의 그래프를 그려 전체적인 농도 값의 변화를 파악하였고, 수질항목 중 BOD, COD, T-P, TOC의 농도를 WAMIS에서 제공하는 수질등급으로 분류하여 보 건설 전, 후에 대한 공간별 수질현황을 분석하였다.

    결과 및 고찰

    1 낙동강 보 건설 전후의 하천 수질 비교

    다음의 Table 24대강 사업 전과 사업 후 각 기 간별 수질항목(DO, BOD, COD, SS, T-N, T-P, TOC) 에 대한 평균값과 사업전후의 농도차이(difference)를 산정한 결과를 보여주고 있다. 측정지점 8개를 평균 한 값을 살펴보면 DO, BOD, COD, TOC는 사업 전 에 비해 사업 후의 측정값이 높게 나타났으며, SS와 T-P는 감소했으며, T-N은 차이가 없는 것으로 나 타났다. BOD의 경우 평균적으로 0.3mg/L 증가했으 며, 낙본D(Nb_D)와 낙본E(Nb_E)지점에서 각각 0.8, 0.7mg/L 증가해 가장 큰 차이를 보였다. COD의 경 우 평균적으로 1.5mg/L 증가했으며, 낙본D(Nb_D), 낙본E(Nb_E), 낙본F(Nb_F)지점에서 각각 1.9, 2.3, 2.0mg/L 증가해 가장 큰 차이를 보였다. TOC의 경우 평균적으로 0.7mg/L 증가했으며, 낙본D(Nb_D)와 낙 본E(Nb_E) 지점에서 각각 1.1, 1.2mg/L 증가해 가장 큰 차이를 보였다. SS의 경우 평균적으로 9.8mg/L 감소했으며, 회천A(Hw_A)와 남강E(Na_E) 지점에서 각각 14.9, 15.3mg/L 감소해 가장 큰 차이를 보였 다. T-N의 경우 평균값에는 차이가 없었으며, 낙본 C(Nb_C), 위천B(Wi_B), 회천A(Hw_A) 지점에서는 감소를 나머지 지점에서는 소폭 증가하는 추세를 보 였다. T-P의 경우 모든 지점에서 측정값이 감소했으 며, 평균적으로 0.08mg/L 감소했으며, 위천B(Wi_B) 와 회천A(Hw_A) 지점에서 각각 0.14, 0.13mg/L 감 소해 가장 큰 차이를 보였다.

    2 낙동강 보 건설 전후의 수질인자 유의성 검정

    낙동강 보 건설 전후의 수질항목별 유의성 검정을 위하여 통계프로그램(SPSS)을 이용하여 대응표본 t 검정을 통해 사업 전후의 수질측정값의 차에 대한 표본평균이 정규분포를 따르는지를 분석하였다. 대 응표본 t검정은 비교 전, 후의 자료의 개수가 같아 야 하고 계절별로 차이나는 수질 농도를 고려하기 위해 월별로 4대강 사업 전, 후 값을 나열하여 검정 하였다. 사업 후의 자료의 개수가 사업 전보다 많기 때문에 검정 과정에서 제외되어 Table 2의 사업 후 평균값과 차이가 있으며, Table 2와 Table 3의 사 업 전후 농도 차이값이 다를 수 있다.

    다음의 Table 3은 유의성을 검정한 결과로 사업 전, 후의 차이값이며, 괄호는 유의확률값으로 0.05보 다 작으면 유의성을 가진다. 유의성을 검증한 결과, DO의 경우 낙본C(Nb_C) 지점을 제외하고는 모든 지 점에서 유의성을 가졌으며, 보 건설 전보다 증가하는 경향을 보였다. BOD는 낙본C(Nb_C), 낙본D(Nb_D), 낙본E(Nb_E), 낙본F(Nb_F), 회천A(Hw_A)에서 유의 성을 가지고, COD는 8개 지점 모두 유의성을 가지 며, 모든 지점에서 사업 후 농도가 증가하였다. TOC 의 경우는 낙본C(낙본C), 낙본D(낙본D), 낙본E(낙본 E), 낙본F(낙본F), 회천A(Hw_A)에서 유의성을 가지 며, 사업 후 농도가 증가하는 경향을 보였다. SS는 상류에 위치한 낙본C(Nb_C), 위천B(Wi_B)를 제외하 고 유의성을 가지고 모든지점에서 사업 후 농도가 감 소하였다. T-N은 낙본C(Nb_C), 위천B(Wi_B), 낙본 E(Nb_E), 남강E(Ng_E)에서 유의성을 가지며, 낙본 C(Nb_C), 위천B(Wi_B)에서는 사업 후 농도가 감소하 였고, 낙본E(Nb_E), 남강E(Ng_E)는 증가하였다. T-P 는 위천B(Wi_B)를 제외한 7개의 지점에서 유의성을 가지고, 사업 후 농도가 감소하는 경향을 보였다.

    다음의 Fig. 2, 3, 4는 낙동강 상, 중, 하류에 위 치한 상주보, 칠곡보, 창녕함안보의 상류지점 낙본 C(Nb_C), 낙본E(Nb_E), 남강E(Ng_E)의 BOD, COD, T-N, T-P, TOC의 시계열그래프를 4대강 사업 전, 사업 중, 사업 후의 구간으로 나누어 보여주고 있 다. 상주보, 칠곡보에서는 그래프에 사용된 수질인 자 5개 모두 유의성을 가지며, 창녕함안보는 BOD를 제외한 수질인자가 유의성을 가지는 것으로 분석되 었다. 상주보 상류에 위치한 낙본C(Nb_C) 지점의 경우 그래프로 보면 BOD와 COD는 공사후 다소 증 가하고 T-N과 T-P는 공사 후 다소 감소하는 결과 를 보여준다. 칠곡보의 상류에 위치한 낙본E(Nb_E) 지점의 경우 BOD와 COD는 공사 후 다소 증가하고 T-P는 공사 후 다소 감소하는 결과를 보여준다. 창 녕함안보의 상류에 위치한 남강E(Ng_E) 지점의 경 우 COD는 공사 후 다소 증가하고 T-P는 공사 후 다소 감소하는 결과를 보여준다.

    3 낙동강 보 건설 전후의 공간적 수질등급 비교

    다음의 Fig. 5는 본류에 위치한 8개의 보의 인 근 상류 지점에서 측정된 자료를 환경정책기본법 의 하천수 수질환경기준 등급으로 분류하여 하천 의 수질 등급 분포와 구간별 수질변화를 공간적으 로 분석한 그림이다. 수질 등급은 Ia(매우좋음), Ib(좋음), Ⅱ(약간좋음), Ⅲ(보통), Ⅳ(약간나쁨), Ⅴ(나쁨), Ⅵ(매우나쁨)이며, 각각의 수질항목에 대 한 기준(WAMIS, 2017)은 Table 4와 같다.

    하천의 수질 등급 분포를 4대강 사업 전, 후로 나타낸 결과, BOD는 낙본D(Nb_D)에서 1등급에서 2등급으로 낙본E(Nb_E), 낙본F(Nb_F)는 2등급에 서 3등급으로 하락하였다. COD는 낙본C(Nb_C)에 서 2등급에서 3등급으로 하락했고, 위천B(Wi_B)는 3등급에서 4등급으로 하락했으며, 낙본D(Nb_D), 낙 본E(Nb_E), 낙본F(Nb_F)는 2등급에서 4등급으로 하락하였다. TOC는 낙본D(Nb_D), 낙본E(Nb_E)에 서 2등급에서 3등급으로 하락하였고, 금호C(Gh_C), 회천A(Hw_A), 남강E(Ng_E)는 3등급에서 4등급으 로 하락하였다. T-P는 위천B(Wi_B)에서 4등급에 서 3등급으로 상승하였고, 낙본D(낙본D), 낙본E(낙 본E), 남강E(Ng_E)는 3등급에서 2등급으로 상승 하였으며, 금호C(Gh_C)는 5등급에서 4등급으로 상승하였다. 이를 통해 사업 전보다 T-P의 농도는 감소하고 BOD, COD, TOC의 농도가 증가한 것을 알 수 있으며, 금호강 부근 금호C(Gh_C)와 비교적 수질등급이 낮은 달성보, 합천창녕보 상류의 수질 개선 대책을 수립해야 할 것으로 판단된다.

    본 연구에서는 4대강사업이 진행됨에 따라 낙동강 의 수질의 변화를 분석하기 위해 8개의 보(상주보, 낙단보, 구미보, 칠곡보, 강정고령보, 달성보, 합천 창녕보, 창녕함안보)와 인접한 상류의 수질총량측정 지점의 7가지 수질항목(DO, BOD, COD, SS, T-N, T-P, TOC)의 2003년 1월부터 2017년 9월까지의 수질 농도 자료를 수집하여 4대강사업 전, 후의 수 질인자 농도들이 유의성을 가지고 있는지 검증하 기 위해 통계프로그램(SPSS)을 사용하여 대응표본 t검정 방법을 이용하였다. 그 결과 DO의 경우 낙 본C(Nb_C)를 제외하고 모든 지점에서 유의성을 가 졌으며 BOD는 낙본C(Nb_C), 낙본D(Nb_D), 낙본 E(Nb_E), 낙본F(Nb_F), 회천A(Hw_A)에서 유의성 을 가지고, COD의 경우 8개 지점 모두에서 유의성 을 가졌다. SS는 낙동강 본류의 상류에 위치한 낙본 C(Nb_C), 위천B(Wi_B)를 제외하고 유의성을 가지 며, 주로 감소하는 경향을 보였는데 이는 4대강 사 업 이후 유량이 줄어들어 유량과 상관관계를 가지는 SS의 농도가 감소하는 것으로 예측된다. 낙동강 상, 중, 하류에 위치한 상주보, 칠곡보, 창녕함안보의 상류지점 낙본C(Nb_C), 낙본E(Nb_E), 남강E(Ng_E) 의 BOD, COD, T-N, T-P, TOC의 시계열 그래프 를 나타낸 결과 BOD, COD, TOC는 수질농도가 증 가하는 경향을 보였고, T-P는 감소하였다. 그리고 BOD, COD, T-P, TOC의 사업 전, 후 수질자료를 환경정책기본법의 하천수 수질환경기준 등급으로 분 류하여 하천의 수질 등급 분포를 4대강 사업 전, 후 로 나타낸 결과 사업 전보다 T-P의 농도는 감소하 고 BOD, COD, TOC의 농도가 증가한 것을 알 수 있으며, 금호강 부근 금호C(Gh_C)와 비교적 수질등 급이 낮은 달성보, 합천창녕보 상류의 수질 개선 대 책을 수립해야 할 것으로 판단된다.

    본 연구의 분석 결과를 통해 4대강사업은 낙동강 수질의 농도 값이 증가, 감소하는데 영향을 주었다 고 예측해 볼 수 있다. 특히 낙동강 상류 보에 비해 수질농도가 높은 합천창녕보, 창녕함안보의 상류지 점 수질 관리가 필요한 것으로 분석된다. 본 연구에 서는 4대강 사업이 진행되는 동안 발생한 오염원의 변화, 가축분뇨처리장, 하수처리장 등의 변동사항과 방류수의 변화 등을 고려하지 않고 수질계측 지점의 수질변화를 공사 전후로 나누어 비교하였다는 한계 가 있다. 향후 오염원과 하수처리장 등 수질에 영향 을 미칠 수 있는 변화와 강우와 유출을 고려하여 수 질변화를 분석한다면 4대강 사업에 따른 수질변화를 보다 정량적으로 분석할 수 있을 것으로 생각된다.

    감사의 글

    본 연구는 한국연구재단 이공학 개인기초연구지원 사업 연구비지원(과제번호 2016-0988)에 의해 수행 되었습니다.

    Figure

    JALS-52-89_F1.gif

    Nakdong river basin stream network and main water quality monitoring stations and weir. (Built during the four major river project)

    JALS-52-89_F2.gif

    The comparison of water quality concentration for before and after four major rivers project in Nakbon C located upstream of Sangju-weir.

    JALS-52-89_F3.gif

    The comparison of water quality concentration for before and after four major rivers project in Nakbon E located upstream of Chilgok weir.

    JALS-52-89_F4.gif

    The comparison of water quality concentration for before and after four major rivers project in Namgang E located upstream of Changnyrong-Haman weir.

    JALS-52-89_F5.gif

    The comparison of spatial variation in water quality grade for BOD, COD, T-P, TOC between before and after four major rivers project in Nakdong river.

    Table

    Weir and nearby upstream water quality monitoring station in Nakdong river

    The comparison of average water quality concentration for before and after four major rivers project

    Significance T-test for water quality between before and after the four major rivers project

    Water quality standard of stream water according to the basic law of environmental policy

    Reference

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