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ISSN : 1225-4517(Print)
ISSN : 2287-3503(Online)
Journal of Environmental Science International Vol.28 No.3 pp.357-369
DOI : https://doi.org/10.5322/JESI.2019.28.3.357

Water Quality Level of the Living Environmental Standards and Regression Analysis in the Major Tributaries of the Nakdong River

Dong-hwan Kang, Yoon-hwan So,Kyeong-deok Park1), Il-kyu Kim2)*, Byung-Woo Kim3)
Environmental Research Institute, Pukyong National University, Busan 48547, Korea
1)Interdisciplinary Program of Marine Convergence Design, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
2)Department of Environmental Engineering, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
3)Water Resources Research Center, K-water Research Institute, Korea Water Resources Corporation, Daejeon 34045, Korea
Corresponding author: Il-kyu Kim, Department of Environmental Engineering, Pukyong National University, Busan 48547, Korea Phone : +82-51-629-6528 E-mail : kimilky523@gmail.com
12/12/2018 25/01/2019 14/02/2019

Abstract


In this study, the water quality components (pH, BOD, COD, TOC, SS, DO, TP) and the water quality, observed for 10 years (2008~2017) in the five tributaries of the Nakdong River with the highest flow rates, were analyzed. Monthly levels of the water quality components were estimated and regression functions were used to quantitatively explain the changes in the BOD and COD components, with respect to the TOC components. The results of analyzing the water quality levels in terms of the living environmental standards show that the lowest water quality was observed midstream (ST-3) and the highest water quality was observed upstream (ST-1 and ST-2). The regression function was estimated to be a linear function in all five tributaries, and the goodness of fit of the function was high upstream (ST-2), midstream (ST-3), and downstream (ST-4). According to the regression analysis using the observation data from 2008~2017, we found that the consumption of dissolved oxygen increased with an increase in organic matter in the major tributaries of the Nakdong River.



낙동강 주요 지류에서 생활환경 기준 수질 성분의 수질등급 및 회귀분석

강 동환, 소 윤환, 박 경덕1), 김 일규2)*, 김 병우3)
부경대학교 환경연구소
1)부경대학교 마린융합디자인협동과정
2)부경대학교 환경공학과
3)한국수자원공사 K-water연구원 물순환연구소
    Ministry of Land, Infrastructure and Transport
    18CTAP-C143448-01

    1. 서 론

    최근 국내 하천의 수질 관리는 4대강 권역(한강권역, 금강권역, 낙동강권역, 영산강·섬진강권역)에만 국한되 기보다는 4대강 권역의 상류와 중류 지역에 해당하는 지 류와 지천에 대한 수질 관리의 중요성이 높아지고 있다. 환경부에서는 ‘윗물살리기 마스터플랜’에서 지류와 지천 의 수질관리를 ‘윗물살리기’로 명칭하고 이에 대한 세부 사업을 추진하고 있다(Im and Son, 2016).

    최근에 4대강 권역에서 수행된 지류와 지천 관련 연구 로는 한강 수계의 14개 주요 지류하천에서 관측된 수질 자료를 이용하여 다변량통계분석기법을 통한 오염 요인 과 유역오염원을 종합적으로 평가(Kim and Lee, 2011), 금강 수계의 18개 지류에서 하천유량과 수질 모니터링 자료를 이용하여 오염물질의 정량적인 분석을 통한 수환 경 관리방안 제시(Lim et al., 2010), 금강 수계의 42개 하천에서 수질 및 유량 모니터링 자료에 의한 오염원 그 룹별 배출부하량 산정 및 수질개선이 필요한 하천 유역 의 선정(Cho et al., 2012), 영산강 수계 지류와 지천 중 66개 지점에서 수질자료의 통계 분석을 통한 영산강 하 천의 등급화 수행(Jung et al., 2013), 낙동강 수계의 38 개 지류에서 유량과 수질 자료를 이용하여 상관성 분석 을 통한 기준 유량과 기준수질농도를 지정하여 우선관리 지점 선정 연구(Na et al., 2015), 낙동강 지류 348개 하 천의 총 670개 지점에서 2010년 7월부터 2011년 1월까 지 7개월 동안 TOC와 COD를 측정하여 낙동강 수계의 유기물 분포 현황을 제시하고 상관관계 및 회귀분석을 통해 유기물 지표의 전환과 난분해성 유기물 관리의 기 초자료 제공(Kim et al., 2013), 낙동강 수계의 중점관리 하천 35개 지류와 지천의 수질 및 유량을 모니터링하고 수질오염농도, 발생부하량, 계절별 오염특성과 수질항목 간 상관관계 및 다중회귀분석을 통한 지류중심의 오염특 성을 확인한 연구(Na et al., 2016), 낙동강 지류와 지천 195개 지점에서 2015년도에 관측된 자료를 이용하여 수 질농도 및 오염부하량 등의 수질현황 분석(Im and Son, 2016), 낙동강 유역에서 중점관리지류·지천으로 관리되 고 있는 38개 지류·지천에 대한 하천의 유역 특성, 오염 원 특성 및 오염부하량 인자들을 추출한 다변량통계분석 을 수행하여 하천의 합리적인 관리 정책 수립을 위한 지 류와 지천의 유형화(Kim et al., 2018) 등이 수행되었다.

    기존에 수행된 선행 연구들은 4대강 권역에 해당하는 지류와 지천의 합리적인 관리를 위한 유량과 수질 농도 를 이용한 오염부하량 산정, 중점관리대상 지역 선정, 오 염원 파악 등을 연구하기 위해 다양한 통계분석기법을 적용하였다. 대부분의 연구들은 국지적인 지역(불특정 중권역, 일부 모니터링 선정 지점 등)에서 관측된 5년 이 하 기간 동안의 수질과 유량의 통계적인 연/계절 평균값 을 이용하여 수행되었다. 이러한 연구들을 보완하기 위 해서는 4대강 권역을 대표할 수 있는 지류와 지천을 선정 하고 대표적인 지류에서 관측된 수질 자료의 월평균값을 이용한 계절 변동과 오염 현황 분석이 필요하며, 또한 기 후 조건을 고려할 수 있는 10년 정도의 연속적인 관측 자 료를 이용해야 한다.

    본 연구에서는 낙동강 상류, 중류, 하류의 주요 지류인 내성천, 위천, 금호강, 남강, 밀양강에서 낙동강 본류에 합류하기 이전의 최종 관측 지점에서 10년(2008~2017 년) 동안 관측된 생활환경 기준 수질성분(pH, BOD, COD, TOC, SS, DO, T-P)을 5개 지류별로 기술통계 분 석하고, 지류별 10년 동안 생활환경 기준 수질 성분의 월 평균 값을 산정하여 계절별 변동 특성을 분석하였다. 또 한 생활환경 기준의 수질등급을 적용하여 7개 성분에 대 한 5개 지류의 월별 수질등급 변동을 파악하고, 회귀분석 을 통해 수질성분 사이의 상관성과 유기물 항목 사이의 특성 분석을 수행하였다.

    2. 연구 방법

    낙동강은 태백산 황지에서 발원하여 남해에서 바다로 흘러 들어가는 우리나라 제 2의 하천으로 유역 면적은 23,817 km2, 유로 연장은 525 km 정도이며, 낙동강 권 역에 포함되는 국가 및 지방 하천은 약 1,200여 개 정도 이고 소하천은 약 7,000여 개 정도이다(Na et al., 2016). 본 연구에서는 낙동강으로 유입되는 지류와 지천 중 유 량이 가장 많은 대표적인 5개 지류(상류부의 내성천과 위천, 중류부의 금호강, 하류부의 남강과 밀양강)에서 2008~2017년 동안 관측된 생활환경 기준 수질 성분을 정리하고 분석하였다. 내성천에는 14개, 위천에는 7개, 금호강에는 15개, 남강에는 14개, 밀양강에는 15개의 관 측소가 운영되고 있으며, 본 연구에서는 각각의 지류에 해당하는 관측소 중 낙동강 본류에 가장 근접한 최하류 부의 관측소 자료를 이용하였다. 본 연구에서는 내성천 3-1 관측소(ST-1), 위천6 관측소(ST-2), 금호강6 관측소 (ST-3), 남강4-1 관측소(ST-4), 밀양강3 관측소(ST-5) 가 선정되었다(Fig. 1). 5개 관측소에서 2008~2017년 동안 관측된 생활환경 기준 수질 성분(pH, BOD, COD, TOC, SS, DO, T-P) 자료의 월평균값을 산정하고 수질 성 분의 관측소별 box-whisker plots를 작성하였으며, 또한 7 개 성분에 대한 월별 수질등급을 산정하고 5개 관측소별 수질성분 사이의 회귀분석을 통해 상관성을 파악하였고 또한 유기물 항목 사이의 특성을 분석하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1. 낙동강 주요 지류에서 생활환경 기준 수질 성분의 월 변동 분석

    내성천(ST-1), 위천(ST-2), 금호강(ST-3), 남강 (ST-4), 밀양강(ST-5)에서 관측된 생활환경 기준 수질성 분의 10년(2008~2017년) 동안 월별 평균(성분별 120 개)을 구하여 box-whisker plots을 작성하였다(Fig. 2). pH 성분의 중앙값은 5개 지류 모두에서 6.5~8.5(매우 좋음)의 범위로 나타났으며, pH 8.5 이상의 높은 값들도 5개 지류 모두에서 나타났다. BOD 성분의 중앙값은 5개 지류 모두에서 5 mg/L 이하(보통)로 나타났으며, 내성천 과 밀양강에서 8 mg/L 이상의 이상치가 나타났다. COD 성분의 중앙값은 5개 지류에서 7 mg/L 이하(보통)로 나 타났으며, 금호강과 밀양강에서 11 mg/L 초과의 값이 나타났다. TOC 성분의 중앙값은 금호강을 제외한 4개 지류에서 4 mg/L 이하(약간 좋음)로 나타났으며, 금호강 과 밀양강에서 8 mg/L 초과하는 값이 나타났다. SS 성 분의 중앙값은 5개 지류 모두 25 mg/L 이하(매우 좋음) 로서 낮았으며, 내성천에서 100 mg/L 초과하는 이상치 가 나타났다. DO 성분의 중앙값은 5개 지류에서 7.5 mg/L 이상(매우 좋음)으로 나타났으며, 내성천과 밀양 강에서 5 mg/L 이하의 낮은 이상치가 나타났다. T-P 성 분의 중앙값은 금호강을 제외한 4개 지류 모두에서 0.1 mg/L 이하(약간 좋음)의 값을 보였으며, 금호강에서는 0.5 mg/L 이상의 높은 이상치가 나타났다. 생활환경 기 준 수질성분 중 BOD, COD, TOC, T-P 성분에 의한 오 염도는 금호강에서 가장 높은 것으로 판단되며, 다른 성 분들은 5개 지류에서 유사하게 나타났다.

    내성천(ST-1), 위천(ST-2), 금호강(ST-3), 남강 (ST-4), 밀양강(ST-5)에서 관측된 생활환경 기준 수질성 분에 대한 10년(2008~2017년) 동안의 자료(성분별 480 여개)를 월별로 평균하여 구한 값을 Table 1에 정리하였 다. 내성천에서 pH 성분은 7.5~8.1의 범위로 나타났으 며, 6월에 가장 높고 1월에 가장 낮았다. BOD 성분은 1.5~2.2 mg/L의 범위로 나타났으며, 5월에 가장 높고 9 월과 10월에 가장 낮았다. COD 성분은 2.0~5.2 mg/L 의 범위로 나타났으며, 7월에 가장 높고 1월에 가장 낮았 다. TOC 성분은 1.5~4.0 mg/L의 범위로 나타났으며, 7 월에 가장 높고 12월에 가장 낮았다. SS 성분은 3.7~21.9 mg/L의 범위로 나타났으며, 5월과 8월에 가장 높고 10월에 가장 낮았다. DO 성분은 7.7~13.1 mg/L의 범위로 나타났으며, 1월과 2월에 가장 높고 8월에 가장 낮았다. T-P 성분은 0.05~0.15 mg/L의 범위로 나타났 으며, 7월에 가장 높고 1월, 3월, 11월, 12월에 가장 낮았 다. 내성천에서 pH, BOD, COD, TOC, SS, T-P 성분은 여름에 높고 겨울에 낮게 나타났으며, DO 성분은 겨울 에 높고 여름에 낮은 경향을 보였다.

    위천에서 pH 성분은 7.6~8.2의 범위로 나타났으며, 10월에 가장 높고 1월에 가장 낮았다. BOD 성분은 1.0~2.6 mg/L의 범위로 나타났으며, 5월에 가장 높고 1 월에 가장 낮았다. COD 성분은 3.8~7.5 mg/L의 범위로 나타났으며, 7월과 8월에 가장 높고 1월에 가장 낮았다. TOC 성분은 2.6~5.4 mg/L의 범위로 나타났으며, 7월 에 가장 높고 1월에 가장 낮았다. SS 성분은 5.1~33.8 mg/L의 범위로 나타났으며, 7월에 가장 높고 1월에 가 장 낮았다. DO 성분은 8.2~14.5 mg/L의 범위로 나타났 으며, 1월에 가장 높고 7월에 가장 낮았다. T-P 성분은 0.02~0.09 mg/L의 범위로 나타났으며, 7월과 8월에 가 장 높고 1월과 12월에 가장 낮았다. 위천에서 pH, BOD, COD, TOC, SS, T-P 성분은 여름에 높고 겨울에 낮게 나타났으며, DO 성분은 겨울에 높고 여름에 낮은 경향 을 보였다.

    금호강에서 pH 성분은 7.7~8.5의 범위로 나타났으며, 7월에 가장 높고 1월에 가장 낮았다. BOD 성분은 2.1~5.0 mg/L의 범위로 나타났으며, 7월에 가장 높고 12월에 가장 낮았다. COD 성분은 7.2~10.9 mg/L의 범 위로 나타났으며, 7월에 가장 높고 12월에 가장 낮았다. TOC 성분은 5.3~7.8 mg/L의 범위로 나타났으며, 7월 에 가장 높고 12월에 가장 낮았다. SS 성분은 6.0~27.2 mg/L의 범위로 나타났으며, 8월에 가장 높고 1월에 가 장 낮았다. DO 성분은 8.6~13.6 mg/L의 범위로 나타났 으며, 1월에 가장 높고 8월에 가장 낮았다. T-P 성분은 0.24~0.38 mg/L의 범위로 나타났으며, 1월에 가장 높고 7월에 가장 낮았다. 금호강에서 pH, BOD, COD, TOC, SS 성분은 여름에 높고 겨울에 낮게 나타났으며, DO와 T-P 성분은 겨울에 높고 여름에 낮은 경향을 보였다.

    남강에서 pH 성분은 7.7~8.4의 범위로 나타났으며, 6 월에 가장 높고 2월에 가장 낮았다. BOD 성분은 1.9~3.8 mg/L의 범위로 나타났으며, 7월에 가장 높고 11월에 가장 낮았다. COD 성분은 5.2~7.2 mg/L의 범 위로 나타났으며, 7월에 가장 높고 1월, 11월, 12월에 가 장 낮았다. TOC 성분은 3.1~4.7 mg/L의 범위로 나타났 으며, 8월에 가장 높고 11월과 12월에 가장 낮았다. SS 성분은 7.5~30.4 mg/L의 범위로 나타났으며, 7월에 가 장 높고 1월에 가장 낮았다. DO 성분은 8.7~13.6 mg/L 의 범위로 나타났으며, 1월에 가장 높고 7월에 가장 낮았 다. T-P 성분은 0.05~0.10 mg/L의 범위로 나타났으며, 7월과 8월에 가장 높고 12월에 가장 낮았다. 남강에서 pH, BOD, COD, TOC, SS, T-P 성분은 여름에 높고 겨 울에 낮게 나타났으며, DO 성분은 겨울에 높고 여름에 낮은 경향을 보였다.

    밀양강에서 pH 성분은 7.8~8.3의 범위로 나타났으며, 6월에 가장 높고 1월, 8월, 12월에 가장 낮았다. BOD 성 분은 2.6~4.0 mg/L의 범위로 나타났으며, 2월과 3월에 가장 높고 10월과 11월에 가장 낮았다. COD 성분은 3.4~5.9 mg/L의 범위로 나타났으며, 6월에 가장 높고 1 월에 가장 낮았다. TOC 성분은 2.2~4.2 mg/L의 범위로 나타났으며, 6월과 7월에 가장 높고 1월과 12월에 가장 낮았다. SS 성분은 4.9~20.1 mg/L의 범위로 나타났으 며, 7월에 가장 높고 12월에 가장 낮았다. DO 성분은 7.9~13.1 mg/L의 범위로 나타났으며, 2월에 가장 높고 8월에 가장 낮았다. T-P 성분은 0.06~0.09 mg/L의 범위 로 나타났으며, 1월, 2월, 6월에 가장 높고 10월에 가장 낮았다. 밀양강에서 COD, TOC, SS 성분은 여름에 높 고 겨울에 낮게 나타났으며, DO 성분은 겨울에 높고 여 름에 낮은 경향을 보였다.

    3.2. 생활환경 기준 수질 성분별 수질등급 분석

    하천수의 생활환경 수질 성분과 그 기준은 Table 2에 제시되어 있으며, 수질등급은 I a (매우 좋음), I b (좋 음), II (약간 좋음), III (보통), IV (약간 나쁨), V (나쁨), VI (매우 나쁨)으로 구분한다. 낙동강 주요 지류에서 관 측된 생활환경 수질 성분의 10년 동안 월 평균값을 이용 하여 수질등급을 정리하였다. pH와 DO 성분은 모든 하 천에서 생활환경 기준의 I 등급에 해당하였으며, SS 성 분도 7월을 제외한 모든 시기에 생활환경 기준의 I 등급 을 유지하였다.

    낙동강 상류부에 위치한 내성천과 위천에서 BOD 성 분은 대부분 I 등급으로 5월과 6월에 II 등급으로 나타 났으며, 중류부에 해당하는 금호강과 하류부의 남강과 밀양강에서는 대부분 II~III 등급에 해당하였다. 낙동강 에서 BOD 성분의 수질등급은 상류부에 비해 중하류부 에 위치한 지류에서 낮으므로 낙동강 상류부에서 하류부 로 갈수록 수질이 나빠질 것으로 판단된다(Table 3).

    상류부의 내성천에서 COD 성분의 수질등급은 7월 (III 등급)을 제외하고는 모두 I 등급으로 나타나고 위천 에서는 I~IV 등급으로 계절별 변동이 심하고 5~8월의 수질이 약간 나쁜 것으로 나타났다. 중류부의 금호강에 서 COD 성분의 수질등급은 IV~V 정도로서 2~6월 사 이의 수질이 특히 나쁜 것으로 나타났다. 하류부의 남강 에서 COD 성분의 수질등급은 대부분 III 등급이지만 6~7 월에 IV등급을 보이고, 밀양강에서 수질등급은 I~III 등 급 정도로서 11~1월 사이에는 수질이 좋지만 2~3월과 6~7월에는 수질이 약간 나쁜 것으로 나타났다(Table 4).

    상류부의 내성천에서 TOC 성분의 수질등급은 7월 (II 등급)을 제외하고는 모두 I 등급으로 수질이 좋았으 며, 위천에서는 I~IV 등급 정도로서 계절별 변동이 심하 고 11~2월 사이의 수질이 좋고 6~8월 사이의 수질이 약 간 나쁜 것으로 나타났다. 중류부에 위치한 금호강에서 TOC 성분의 수질등급은 IV~V 등급 정도로서 2~8월 사 이의 수질이 특히 나쁜 것으로 나타났다. 하류부의 남강 에서 TOC 성분의 수질등급은 II~III 등급 정도로서 6~9 월에 III 등급을 보였으며, 밀양강에서 수질등급은 I~III 등급 정도로서 6~7월 사이에는 수질이 보통이지만 나머 지 시기에는 수질이 좋은 것으로 나타났다. 낙동강에서 유기물질의 유입은 중류부에 해당하는 금호강을 통해 다 량 유입되었을 것이며, 상류부와 하류부에서도 6~7월에 는 많은 양의 유기물질이 낙동강으로 유입되었을 것이다 (Table 5).

    상류부의 내성천에서 TP 성분의 수질등급은 7월(III 등급)을 제외하고는 모두 II 등급으로 수질이 좋았으며, 위천에서 TP 성분의 수질등급은 I~II 등급 정도로서 수 질이 좋은 것으로 나타났다. 중류부에 위치한 금호강에 서 TP 성분의 수질등급은 IV~V 등급 정도로서 수질이 나쁘고 1~3월 및 5~6월 사이의 수질이 특히 나쁜 것으로 나타났다. 하류부의 남강과 밀양강에서 TP 성분의 수질 등급은 모든 시기에 II 등급으로서 수질이 좋은 것으로 나타났다(Table 6).

    3.3. 낙동강 주요 지류에서 TOC, BOD, COD 성분의 회귀분석

    내성천, 위천, 금호강, 남강, 밀양강 관측소에서 측정 된 생활환경 기준 수질성분의 월 평균(120개)을 이용하 여 상관성 분석을 수행하였으며(Table 7), 또한 TOC 성 분에 의한 BOD와 COD 성분의 변화를 정량적으로 분석 하기 위해 회귀함수를 추정하였다(Fig. 34).

    모든 관측소에서 수질성분의 상관계수가 0.5 이상으 로 나타난 것은 BOD와 TOC 성분으로서, 내성천에서 0.52로서 가장 낮고 남강에서 0.77로서 가장 높았다. 이 는 낙동강 주요 지류에서 유기물 함량이 높아질수록 이 를 분해하기 위한 호기성 미생물의 활동량이 활발하여 생화학적 산소 요구량이 증가하였기 때문이다. COD와 TOC 성분의 상관계수는 위천, 금호강, 남강 관측소에서 각각 0.96, 0.86, 0.92로서 매우 높았으며, 이는 하천수 내 유기물 함량이 높아서 이를 분해하기 위해 소비되는 산소량이 증가하였음을 의미한다. BOD와 COD 성분의 상관계수는 위천, 금호강, 남강 관측소에서 각각 0.76, 0.85, 0.87로서 높았으며, 내성천과 밀양강 관측소에서 는 낮은 음의 상관성을 보였다. TOC와 DO 성분의 상관 계수는 내성천과 위천에서 -0.60과 061로서 높게 나 타났으며, 이는 유기물질이 하천에 유입되면 이를 분해 하는 호기성 미생물의 활동으로 인해 용존산소가 소모되 어 하천수 내 용존산소량이 감소하였기 때문이다. pH 성 분과 다른 성분 간의 상관계수는 모든 관측소에서 낮은 것으로 나타났으며, 이는 pH 성분의 계절 변화가 크지 않아서 다른 성분의 변화에 미치는 영향성이 낮았기 때 문이다. 기존의 연구 사례에서도 BOD 성분과 TOC 성 분의 상관계수가 0.5 이상으로 높았으며(Na et al., 2016), COD 성분과 TOC 성분의 상관계수도 0.796으 로 높게 나타났다(Kim et al., 2013). 이러한 상관성 분 석 결과를 근거로 하여 BOD, COD, TOC 성분에 대한 회귀함수를 추정하였다.

    TOC 성분에 의한 BOD 성분의 회귀함수를 추정한 결과, 5개 지류에서 모두 선형적으로 증가하는 함수로 나 타났다(Fig. 3). 선형함수의 적합도(R2)는 상류부의 위 천에서 0.46, 중류부의 금호강에서 0.54, 하류부의 남강 에서 0.60으로 높았으며, 상류부의 내성천에서는 0.27, 하류부의 밀양강에서는 0.36으로 낮았다. 회귀함수의 기 울기(TOC 성분의 증가에 BOD 성분의 증가율)는 내성 천에서 1.21, 위천에서 0.40, 금호강에서 0.86, 남강에서 0.76, 밀양강에서 1.43으로 추정되었으며, 이는 TOC 성 분이 동일하게 증가하더라도 낙동강 하류부의 밀양강에 서 BOD 성분의 증가율이 가장 높아짐을 의미하는 것이 다. 이는 하천으로 유기물질이 동일하게 유입된다면 금 호강이 하천의 부영양화로 인해 용존산소의 감소가 가장 크게 발생한다는 것이다. 낙동강의 주요 지류에서 과거 10년 동안 관측된 자료를 이용한 회귀분석에 의하면 하 천수 내 유기물질 함량이 증가할수록 생화학적 산소요구 량이 증가함을 알 수 있었다. TOC 성분에 의한 COD 성 분의 회귀함수를 추정한 결과, 5개 지류에서 모두 선형적 으로 증가하는 함수가 적합하였다(Fig. 4). 위천과 금호 강, 남강에서 선형함수의 적합도(결정계수)는 0.7 이상 으로 매우 높았으며, 상류부의 내성천에서는 COD 성분 값 1 mg/L 이하에서는 TOC 성분에 의한 COD 성분의 변화가 나타나지 않았으며, 하류부의 밀양강에서는 TOC 성분에 의한 COD 성분의 변화 경향이 2가지 형태 로 나타났다. 국내외에서 연구된 TOC와 COD의 회귀분 석 사례에서도 회귀함수의 결정계수가 0.61~0.67(Kim et al., 2013), 0.30~0.87(Choi et al., 2012), 0.55(Kim et al., 2007), 0.819~0.954(Byoun et al., 2008), 0.80(Yu et al., 1999) 등으로 보고된 바 있다. 본 연구에 서는 위천과 금호강, 남강 관측소에서 0.74~0.91 정도로 서 높게 나타났으며, 이러한 결과들을 이용하여 과거 COD 성분 자료를 TOC 성분으로 환산한다면 지류의 수 질관리 정책에 활용할 수 있을 것이다. 회귀함수의 기울 기(TOC 성분의 증가에 COD 성분의 증가율)는 내성천 에서 0.57, 위천에서 1.26, 금호강에서 1.20, 남강에서 1.35, 밀양강에서 0.63으로 추정되었으며, 이는 TOC 성 분이 동일하게 증가하더라도 낙동강 하류부의 남강에서 COD 성분의 증가율이 가장 높아짐을 의미하는 것이다. 낙동강의 주요 지류에서 과거 10년 동안 관측된 자료를 이용한 회귀분석에 의하면 하천수 내 유기물질 함량이 증가할수록 화학적으로 분해 가능한 유기물질을 산화시 키는데 필요한 산소요구량이 증가함을 알 수 있었으며, 또한 위천과 금호강, 남강에서는 TOC 성분만으로도 COD 성분의 변화량을 추정할 수 있을 것이다. 낙동강 주요 지류 중 상류부의 내성천과 하류부의 밀양강에 비 해 상류부의 위천과 중류부의 금호강, 하류부의 남강에 서 COD 성분이 BOD 성분의 값보다 높으므로 생물학적 으로 분해가 어려운 유기물질이 많았던 것으로 판단된다 (Kim et al., 2007;Choi et al., 2012;Kim et al., 2013). 이러한 경우에는 회귀분석을 통해 TOC 성분에 의한 BOD와 COD 성분의 변화가 선형적으로 더욱 잘 나타남 을 알 수 있었다.

    5. 결 론

    본 연구에서는 낙동강의 주요 지류(내성천, 위천, 금 호강, 남강, 밀양강)에서 2008~2017년 동안 관측된 생 활환경 기준 수질 성분(pH, BOD, COD, TOC, SS, DO, TP)에 대한 월 변동 분석과 수질등급 산정 및 회귀분석 을 수행하였으며, 이상의 연구를 통해 산출된 결론을 아 래와 같이 정리하였다.

    • 1) 낙동강 주요 지류인 5개 하천의 최하류부 관측소에 서 관측된 7개 수질 성분에 대한 월 변동 분석을 수행한 결과 상류부의 내성천과 위천, 하류부의 남강에서는 pH, BOD, COD, TOC, SS, T-P 성분은 여름에 높고 겨울에 낮았으며, DO 성분은 겨울에 높고 여름에 낮았다. 중류 부의 금호강에서는 pH, BOD, COD, TOC, SS 성분은 여름에 높고 겨울에 낮았으며, DO와 T-P 성분은 겨울에 높고 여름에 낮았다. 하류부의 밀양강에서는 COD, TOC, SS 성분은 여름에 높고 겨울에 낮았으며, DO 성 분은 겨울에 높고 여름에 낮았으며, pH, BOD, T-P 성분 은 계절적 특성이 뚜렷하게 나타나지 않았다.

    • 2) 하천수의 생활환경 기준 수질등급 분석한 결과 pH 와 DO 성분은 5개 하천에서 생활환경 기준의 I 등급에 해당하였으며, SS 성분도 7월을 제외한 모든 시기에 생 활환경 기준의 I 등급을 유지하였다. 낙동강 주요 지류 에서 BOD와 COD 성분의 수질등급은 상류부에 비해 중 하류부에 위치한 지류에서 낮아서 낙동강 상류부에서 하 류부로 갈수록 수질이 나쁜 것으로 나타났다. TOC 성분 의 수질등급을 분석한 결과 낙동강에서 유기물질의 유입 은 중류부에 해당하는 금호강을 통해 다량 유입되었을 것이며, 상류부와 하류부에서도 6~7월에는 많은 양의 유 기물질이 낙동강으로 유입되었을 것으로 판단된다. TP 성분의 수질등급을 분석한 결과 금호강의 수질등급이 IV~V 등급 정도로서 수질이 나쁘고 1~3월 및 5~6월 사 이의 수질이 특히 나쁜 것으로 나타났으며, 상류부와 하 류부의 지류에서는 TP 성분의 수질등급이 좋은 것으로 나타났다.

    • 3) TOC 성분에 의한 BOD와 COD 성분의 변화에 대 한 회귀분석을 수행한 결과 추정된 모든 함수가 선형적 으로 증가함을 보였다. 상류부의 위천과 중류부의 금호 강, 하류부의 남강에서 추정된 선형함수의 적합도가 높 았으며, 하천으로 유기물질의 유입에 의한 BOD 성분의 증가율은 금호강에서 가장 높았고 COD 성분의 증가율 은 남강에서 가장 높았던 것으로 추정되었다. 따라서 과 거 10년(2008~2017년) 동안 낙동강에서 유기물질에 의 한 용존산소의 소모량은 상류에 비해 중·하류부의 지류 에서 높게 나타났다.

    • 4) 본 연구에서는 낙동강 주요 지류와 생활환경 기준 수질 성분에 대한 통계적인 분석을 수행하였으며, 향후 연구에서는 월 변동 유량과 수질 성분을 이용하여 주요 지류별 오염부하량을 구하여 낙동강 본류에 대한 주요 지류의 월별 오염기여도를 산정하고자 한다.

    감사의 글

    본 연구는 국토교통부 국토교통기술촉진연구사업의 연구비지원(18CTAP-C143448-01)에 의해 수행되었습 니다.

    Figure

    JESI-28-3-357_F1.gif

    Major tributaries of the Nakdong river and station points.

    JESI-28-3-357_F2.gif

    Box-whisker plots of water quality components.

    JESI-28-3-357_F3.gif

    Results of regression analysis between TOC and BOD.

    JESI-28-3-357_F4.gif

    Results of regression analysis between TOC and COD.

    Table

    Monthly average value of water quality components

    Living environmental standards of stream water (MOE, 2017)

    Monthly water quality level of BOD concentration

    Monthly water quality level of COD concentration

    Monthly water quality level of TOC concentration

    Monthly water quality level of TP concentration

    Correlation coefficients between water quality components

    Reference

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