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ISSN : 1225-4517(Print)
ISSN : 2287-3503(Online)
Journal of Environmental Science International Vol.28 No.12 pp.1085-1099
DOI : https://doi.org/10.5322/JESI.2019.28.12.1085

Spatial and Temporal Variation of Characteristics and Pollution Assessment of Sediment in the Watersheds of Andong-Dam and Imha-Dam, Korea

Shin Kim, Hyun-Gi Jeong, Hyoung-Geun Kim, Ju-Eon Kim, Su-Jeong Park, Yong-Seok Kim, Deuk-Seok Yang*
Nakdong River Environment Research Center, National Institute of Environmental Research, Goryeong 40103, Korea
Corresponding author: Deuk-Seok Yang, Nakdong River Environment Research Center, National Institute of Environmental Research, Goryeong 40103, Korea Phone: +82-54-950-9720 E-mail: yds7055@korea.kr
30/07/2019 07/10/2019 18/11/2019

Abstract


We investigated the spatial and temporal variation in characteristics and pollution assessment of sediments in the watersheds of Andong-Dam and Imha-Dam, in Korea. Surface sediments were collected from six sites once a year for three years (2015-2017), and analyzed for organic matter (water content, IL, COD, TOC, TN, and TP), grain size, and concentration of trace metals (Al, Li, Zn, Cr, Pb, Cu, Ni, and As). Organic matter generally tended to increase, and was higher in the Andong watershed compare to Imha watershed. Surface sediments were mainly composed of silt. Coarse sediments were mainly distributed at the site adjacent to Andong-Dam, and showed fining after coarsening. Fine sediment were mainly distributed at the site adjacent to Imha-Dam, and were gradually coarsening. Concentration of trace metals generally tended to increase, and was higher for sites in watershed of Andong watershed (PLI > 1) than for sites in Imha watershed (PLI < 1). Trace metals in the study area were considered to be affected by fine sediment (silt), and contamination of trace metals was somewhat affected by Pb, and greatly affected by Zn and As.



안동댐과 임하댐 유역에서 퇴적물 특성 및 오염도의 시·공간적 변화

김 신, 정 현기, 김 형근, 김 주언, 박 수정, 김 용석, 양 득석*
국립환경과학원 낙동강물환경연구소

    1. 서 론

    인간의 활동에 따른 생활용수 및 산업 발달에 따른 공 업용수 증가 등에 따라 공공수역으로 유입되는 오염물질 이 축적되고 있으며 이에 따라 하천이나 호소 등의 자연 정화능력은 감소하고 있어 수질 및 퇴적 환경은 점차 악 화되고 있다. 유입된 오염물질은 다양한 경로를 통해 환 경으로 배출되는데 수계로 유입되는 경우 퇴적물에 축적 되게 되며, 재부유나 산화환원등과 같은 환경 내 물리·화 학적 변화에 의해 수층으로 재용출 되어 잠재적인 오염원 으로서 수질의 변화를 야기하기도 하고 수생생물에게도 해로운 영향을 미치게 된다(Alloway et al., 1988;Dekoev et al., 1997).

    수계에 유입되는 오염물질에 관한 연구는 수질과 퇴 적물을 대상으로 한 연구가 실시되고 있으며, 퇴적물은 단기간의 환경을 이해할 수 있는 수질과 달리 장기간의 환경을 기록하고 있는 저장소 역할을 하고 퇴적물 내 지 화학적 성분을 분석함으로서 환경 요인들의 제어를 비롯 한 환경변화를 이해할 수 있는 수단으로 이용될 수 있다 (Kim et al., 2001). 특히, 호소나 하천의 만입부와 같은 폐쇄성 수역의 오염은 유입부하원(외부부하)과 퇴적물로 부터의 오염 물질 등의 용출원(내부부하)으로 이루어지 므로 호소의 퇴적물이 수질에 미치는 영향을 파악하기 위해서는 우선적으로 퇴적물에 대한 정확하고 신뢰성 있 는 측정분석이 선행되어 오염정도를 정확히 파악하는 것 이 무엇보다도 중요하다(Park et al., 2001). 또한, 호소 와 같은 정체성 수역에서는 상대적으로 퇴적되는 오염물 질의 양이 많으며, 퇴적물의 오염도가 높을수록 용출되 는 영양염류의 양이 많아지기 때문에 부영양화에 대한 내부부하의 기여도가 커지게 된다(Lee and Lee, 2000;Kim, 2007). 따라서 호소의 환경 변화를 이해하기 위해 서는 퇴적물 내에 존재하는 유기물질과 금속류에 관한 연구가 수행되어야 한다.

    담수 수계 퇴적물에 관한 연구는 주로 하천을 대상으 로 실시되고 있으며, 그 중 퇴적물 환경기준과 비교 및 다 양한 오염 지수 산출을 통한 오염도 평가에 관한 연구가 활발히 시행되고 있다.(Lee et al., 2010;Lee et al., 2014;Kim, et al., 2015;Md et al., 2015;Shin et al., 2015;Kim, et al., 2019). 그리고 호소 퇴적물을 대상으 로 한 연구(Kim et al., 2005;Yi et al., 2012;Oh and Cho, 2015)들도 진행 중에 있지만 낙동강 지역에 해당 하는 호소의 퇴적물에 관한 연구는 다소 부족한 실정으 로 담수 퇴적물에 관한 기초 자료 및 정보를 확보하기 위 해서는 하천 뿐만 아니라 호소 및 댐이 건설된 지역의 정 체성 수역에 분포하는 퇴적물에 관한 연구가 실시되어야 한다.

    연구 지역은 안동시에 위치하는 안동댐과 임하댐 유 역으로서 낙동강 상류 지역에 인접해 있으며, 산업 및 농 업 용수, 식수를 비롯한 생활용수로서 이용되고 있는 다 목적댐이 건설된 지역으로 호소 내 환경 변화에 관한 연 구의 필요성이 높게 요구되고 있다. 이에 따라 본 연구 는 두 유역을 대상으로 시간과 공간에 따른 퇴적환경의 변화를 이해하기 위하여 표층 퇴적물을 채취하여 유기 물질, 입도, 미량금속 농도 및 오염도에 관한 분석을 실 시하였다. 유기물질 분석은 유기물 함량을 대변할 수 있 는 항목인 함수율(water content), 완전연소가능량인 IL (Ignition Loss), 화학적 산소 요구량인 COD (Chemical Oxygen Demand), 총유기탄소인 TOC (Total Organic Carbon), 총질소인 TN (Total Nitogen) 및 총인 TP (Total Phosphorus)을 대상으로 실시하였으며 입도는 모 래, 실트, 점토의 3성분으로 구분하고 평균입도를 산출하 였다. 미량금속은 Al, Li, Zn, Cr, Pb, Cu, Ni 및 As의 총 8종을 분석하여 퇴적물 오염평가 기준과 비교하고 농집 지수인 Igeo (index of geo-accumulation) 및 오염누적 지수인 PLI (Pollution Load Index)를 산출하여 오염도 를 평가하였다.

    본 연구는 표층 퇴적물 내 유기물질 함량, 입도 분포, 미량금속 농도 및 오염도 결과들을 바탕으로 연구 지역 인 안동댐 및 임하댐 유역에 분포하는 표층 퇴적물의 입 도, 유기물 및 미량 금속 등의 시·공간적 변화를 이해하 고 오염도 평가를 통하여 오염 현황을 파악하는데 목적 을 두었다. 또한 향후 하천 또는 호소 지역의 표층 퇴적물 분석을 통한 환경연구에 참고자료로 활용될 수 있으며, 나아가 퇴적물에 축적되는 유기물 및 미량금속 등의 오 염물질에 관한 효율적인 대체수단을 마련할 수 있는 기 초 자료로 이용될 수 있을 것으로 생각된다.

    2. 재료 및 방법

    2.1. 연구 지역

    연구 지역인 안동댐과 임하댐의 유역은 낙동강의 상 류 지역에 해당하며 서로 인접해 있다. 안동댐과 임하댐 유역은 총 면적 36,056 km2로서 안동댐 유역은 총 18개, 임하댐 유역은 17개 소유역으로 이루어져 있다. 그리고 안동댐 유역의 행정구역은 강원도 태백시, 경상북도 봉 화군, 안동시 일부 지역을 포함하며, 임하댐 유역은 경상 북도 영양군, 청송군, 안동시, 포항시 일부지역을 포함하 고 있다(Park et al., 2012). 본 연구에서는 안동댐(AS) 과 임하댐(IS) 유역에서 총 6개의 지점을 선정하여 2015 년 5월부터 2017년 5월까지 연간 1회씩 총 3회에 걸쳐 표층 퇴적물을 채취하였다. 안동댐 유역의 지점은 총 3개 로서 AS1은 안동시 성곡동에 위치하며 안동댐과 가장 인접한 지역이다. 그리고 AS2, AS3은 각각 안동시 임하 면 노산리와 임동면 마리에 위치한다. 임하댐 유역의 지 점 역시 총 3개로서 IS1은 안동시 임하면 천전리에 위치 하고 임하댐과 가장 인접한 지역이며 IS2, IS3은 각각 안 동시 임동면 중평리, 안동시 길안면 지례리에 위치하는 지점이다(Fig. 1).

    연구 지역에서 표층 퇴적물 시료 채취 당시 수질 다항 목 측정기인 YSI-600XLM을 이용하여 저층수의 수심, 수온, DO (Dissolve Oxygen) 및 pH를 측정하였다. 안 동댐 유역의 수심은 평균적으로 댐과 가장 인접한 지점 인 AS1에서 가장 깊으며 2017년에 3 지점 모두 가장 깊 은 수심이 나타났다. 그리고 임하댐 유역 또한 댐과 가장 인접한 지점인 IS1에서 수심이 가장 깊고 2017년에 가 장 깊은 수심이 나타나고 있다. 수온은 안동댐과 임하댐 유역의 모든 지점에서 유사하게 나타났으나 모든 지점에 서 2015년에 가장 높은 수온이 측정되었다. DO는 안동 댐 유역은 8.2 ~ 11.6 mg/L, 임하댐 유역은 7.8 ~ 10.6 mg/L의 범위로 안동댐에 위치한 지점들이 임하댐에 위 치하는 지점들에 비해 용존산소량이 비교적 높게 분포하 고 있으며 그중 AS1에서 2017년에 가장 높은 용존산소 량이 측정되었다. 또한 pH는 안동댐 유역은 7.6 ~ 8.2, 임하댐 유역은 7.6 ~ 8.7의 범위에서 변화하며 임하댐 유 역의 지점 IS1과 IS2에서 2015년에 최대값(8.7)이 측정 되었다(Table 1).

    2.2. 시료 채취 및 분석 방법

    본 연구에서는 중력식 채취기인 포나 그랩(ponar grab)을 이용하여 상부 3 cm에 해당하는 퇴적물 시료를 채취하였으며 각 지점에 위치하는 지역에서 중앙, 좌안 및 우안에 해당하는 약 5개의 세부 지점에서 표층 퇴적물 을 채취한 후 혼합하였다. 채취된 표층 퇴적물은 2 mm 체를 이용하여 체거름을 실시한 후 습시료 자체를 입도, 함수율, IL 및 COD 분석에 이용하였고, 풍건 후 분말화 한 건시료는 TOC, TN 및 TP 분석을 실시하였다. 그리 고 미량금속 농도 분석을 위하여 시료 채취 당시 현장에 서 150 ㎛ 체를 이용하여 체거름을 실시하여 동결 건조 를 시킨 후 분말화하여 중금속 함량 분석에 이용하였다.

    표층 퇴적물 내에 함유된 유기물질을 함량을 알아보기 위하여 함수율, IL, COD, TOC, TN 및 TP를 분석하였 다. 함수율은 습윤시료를 건조용기에 담고 무게를 측정 한 후 105 ~ 110℃에서 4시간 이상 건조시킨 후 습윤시 료의 무게와 건조 후 무게의 차이를 백분율로 나타내었 다. 완전 연소 가능량은 퇴적물 내 총유기물질 함량을 대 변하는 항목으로 이용되고 있으며, 약 105 ~ 110℃에서 건조시킨 시료를 도가니에 담고 무게를 측정한 다음 550 ℃에서 2시간 가열 후 시료 무게 차이를 백분율로 나타내 었다. COD는 퇴적물 시료에 0.1 N 과망간산포타슘 (KMnO4) 용액 100 mL, 10% 수산화소듐(NaOH) 용액 5 mL를 첨가 후 수욕조에서 60분간 가열하였다. 이 후 10% 아이오드포타슘(KI) 용액 10 mL 및 4% 아자이드 소듐(NaN3) 용액을 첨가 후 직경 110 mm, GF/C의 유 리섬유지를 이용하여 여과하였다. 여과된 시료에 30% 황산(H2SO4) 용액을 첨가 후 0.1N 싸이오황산소듐 (Na2S2O3) 용액으로 적정하여 COD의 함량을 구하였 다. TOC 및 TN은 건조되어 분말화 된 퇴적물 시료를 주석용기에 담아 정제수와 아황산(H2SO3)용액을 1:1로 비율로 조제 후 첨가하여 반응시킨 후 약 60℃에서 건조 시켰다. 건조된 시료는 고온연소(high temperature combution) 원리를 이용한 분석기기인 원소분석기 Vario MACRO를 이용하여 분석을 실시하였다. TP는 건조된 분말 퇴적물 시료를 450℃에서 3시간 강열하여 인을 산화시킨 후 3.5 N 염산(HCl) 용액을 넣어 16시간 동안 추출하였다. 추출액을 여과하고 pH를 조절한 다음, 헵타몰리브덴산암모늄사수화물((NH4)6Mo7O24·4H2O) 과 반응시킨 후 아스코르빈산(C6H8O6)으로 환원하여 생 성된 몰리브덴산의 흡광도를 880 nm에서 분석하였다.

    입도 분석은 퇴적물에 포함된 유기물을 제거하기 위 하여 과산화수소(H2O2, 6%)를 이용하여 전처리 과정을 거친 후 레이저 회절 패턴 차이를 측정하여 입도 분포를 산출 하는 자동입자크기 분석기인 Microtec S5300를 이 용하였다. 입도 분석 결과는 모래(sand), 실트(silt), 점토 (clay)의 세 성분의 퇴적물 조직구성을 누적 비율로 나타 내었다. 또한 평균입도(Mz; mean grian size)는 Folk and Ward(1957) 방법에 따라 Mz = (16th + 50th + 84th) / 3의 식을 이용한 산출 결과에 해당되는 퇴적물 유형을 구분하였다.

    미량금속 농도 분석을 위하여 분말화 된 퇴적물 시료 를 질산(HNO3), 과염소산(HClO4), 불산(HF)을 첨가하 여 퇴적물과 산이 완전히 분해될 때까지 가열하였다. 퇴 적물이 완전히 분해되면 약 20 mL의 질산용액(2%)를 가하여 휘발시켜 불산을 제거한 후 다시 질산 용액(2%) 을 가하여 용존 시켰다. 이와 같은 전처리 과정을 거친 후 ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry / Varian 720-ES)를 이용하여 퇴적물 내에 Al (aluminium), Li (lithium), Zn (zinc), Pb (lead), Cu (copper), Cr (chrome), Ni (nickel), As (Arsenic) 등 총 8 종류를 분석하였다.

    본 연구에 이용된 퇴적물 채취 방법과 입도, 유기물질 항목과 미량금속 농도의 분석 절차 및 방법은 국립환경 과학원의 ‘수질 오염 공정 시험 기준’ 중 ‘하천·호소 퇴적 물 공정 시험 기준’에 준하여 실시하였다(MOE, 2012).

    2.3. 미량금속 오염도 평가 방법

    연구 지역에서 분석된 총 8종의 미량금속의 농도를 이 용하여 오염도를 평가하기 위하여 퇴적물 오염평가 기준 과의 비교를 실시하였고 농집 지수인 Igeo과 PLI를 산출 하였다.

    퇴적물 오염평가 기준은 국립환경과학원에서 2015년 에 개정한 하천·호소 퇴적물 오염평가 기준 중 호소 퇴적 물 오염평가 기준을 이용하였으며 각 항목별 오염평가 기준은 Table 2와 같다(NIER, 2015). 호소 퇴적물 오염 평가 기준은 유기물은 Ⅳ등급을 초과할 시 심각하고 명 백한 오염으로 규정하고 있으며 금속류는 금속의 농도에 따라 저서생물에 미치는 영향을 총 4등급으로 분류한 것 으로 각 오염평가 기준에 Ⅰ등급은 저서생물에 독성이 나타날 가능성 거의 없음, Ⅱ등급은 독성이 나타날 가능 성 있음, Ⅲ등급은 독성이 나타날 가능성이 비교적 높음, Ⅳ등급은 독성이 나타날 가능성이 매우 높음으로 분류하 고 있다.

    오염지수인 Igeo는 금속의 상대적인 농축 정도를 나 타내는 지수로서 퇴적물의 오염도를 등급화하여 오염의 정도를 평가하는데 사용할 수 있으며 총 7가지의 등급으 로 구분된다. 아래의 식 (1)과 같이 계산되며 Msediment는 해당 금속의 농도, Mbackground은 해당금속의 배경농도로 보정을 위하여 상수 1.5를 곱한다(Muller, 1979).

    Igeo =log2 M sediment / ( M back ground × 1.5 )
    (1)

    PLI는 분석된 모든 금속류를 포함하여 해당 지역에 분포하는 전체적인 오염도를 평가할 수 있으며 아래의 식 (2) 와 같이 계산되며 값이 클수록 오염도가 높은 것을 시사한다. 이 식에서 M은 해당 금속 농도이며, Mreference 은 해당 금속의 배경농도를 의미한다(Tomlinson et al., 1980).

    PLI =  { ( M/M reference ) 1 × ( M/M reference ) 2 ( M/M reference ) } 1 / N
    (2)

    3. 결과 및 고찰

    3.1. 유기물질 함량 변화

    연구 지역의 유기물질의 함량을 파악하기 위하여 함 수율, IL, COD, TOC, TN, TP 항목의 분석 결과를 그래 프로 도시하였다(Fig. 2).

    함수율과 IL은 안동댐과 임하댐 유역에서 유사한 결 과가 나타났으며, 안동댐 유역에 위치한 지점들이 임하 댐 유역에 위치한 지점들에 비해 두 항목 모두 다소 높은 것으로 나타났다. 안동댐 유역에서는 안동댐과 인접한 지점인 AS1에서 함수율과 IL이 가장 높게 분포하고 있 으며 증가 후 감소하는 경향이 나타나고 있다. 임하댐 유 역의 지점 IS1과 IS2에서는 시간에 따라 증가 후 감소하 며 지점 IS3에서는 점차 감소하는 경향이 나타나고 있다. 또한 IL은 전 지점 및 기간에 걸쳐 퇴적물 오염평가 기준 Ⅳ 등급인 13%를 초과하는 지점은 나타나지 않았다 (Fig. 2a).

    COD 및 TOC 함량은 안동댐 유역이 임하댐 유역에 비해 높은 것으로 분석되었다. 안동댐 유역에서는 지점 AS1에서 두 항목 모두 가장 높게 나타났으며 시간에 따 라 감소하고 다시 증가하는 경향이 나타나는 반면 AS2, AS3에서는 시간에 따라 증가하고 이후 유사한 함량 변 화를 보이고 있다. 임하댐 유역은 전반적으로 시간에 따 라 점차 증가하며 변화하는 경향이 나타났으며 지점 IS2 에서는 2016년에 COD가 급증하는 반면 TOC는 감소하 고 다시 증가하는 경향이 나타났다(Fig. 2b).

    TN 및 TP 함량 역시 앞의 4개의 항목과 마찬가지로 안동댐 유역에서 비교적 높게 나타나고 있다. 안동댐 유 역에서는 지점 AS1에서 두 항목 모두 가장 높은 함량 분 포를 보이고 있으며 시간에 따라 점차 감소하는 경향을 보이는 지점 AS3을 제외한 두 지점에서는 감소 후 증가 하는 경향이 나타났다. 임하댐 유역은 IS3에서 비교적 높 은 함량 분포를 보이고 있으며 나머지 두 지점에서 TN은 점차 감소하는 경향을 보이는 반면 TP는 감소 후 증가하 는 경향을 보이고 있다. 또한 두 항목 모두 퇴적물 오염평 가 기준 Ⅳ 등급(TN : 5,600 mg/kg, TP : 1,600 mg/kg) 을 초과하는 지점은 나타나지 않았다(Fig. 2c).

    안동댐 유역이 임하댐 유역에 비해 유기물질 함량이 높게 분포하고 있으며 안동댐 유역은 댐과 인접한 지역 에서 임하댐 유역은 댐과 가장 먼 지점에서 유기물질 함 량이 높은 것으로 나타났으며 시간이 지남에 따라 감소 하고 다시 증가하는 경향이 나타나고 있다. 또한 IL, TN 및 TP의 함량이 호소 퇴적물 오염평가 기준 Ⅳ등급 미만 으로 나타나 심각하고 명백한 오염 수준은 아닌 것으로 해석된다.

    3.2. 입도 분포 변화

    연구 지역은 전반적으로 모래의 함량(avg. 8.9%)이 미약하고 실트의 함량(avg. 69.3%)이 우세하게 분포하 고 있다. 퇴적물 조성은 전반적으로 안동댐과 임하댐 유 역에서 유사한 함량 분포를 보이고 있지만 임하댐 유역 이 안동댐 유역에 비해 실트의 함량은 비교적 높고 모래 와 점토의 함량은 비교적 낮게 분포하고 있다. 안동댐 유 역에서는 평균적으로 안동댐과 가장 인접한 지점인 AS1 이 AS2과 AS3에 비해 모래의 함량은 높고 실트와 점토 의 함량은 낮게 분포하여 가장 조립한 퇴적물로 구성되 어 있다. 지점 AS1은 2016년에 모래의 함량이 급증하고 실트의 함량이 감소하는 반면 AS2와 AS3에서는 2016 년에는 점토의 함량이 증가하는 것으로 변화하였으며 2017년에는 모래의 함량이 다소 증가하고 점토의 함량 이 감소하는 변화 양상이 나타났다. 임하댐 유역에서는 평균적으로 임하댐과 가장 인접하는 지점인 IS1이 IS2 와 IS3에 비해 점토의 함량이 높게 분포하고 있어 다소 세립한 퇴적물로 구성되어 있다. 지점 IS1에서 시간에 따 라 모래의 함량은 큰 변화는 나타나지 않지만 실트의 함 량은 점차 감소하고 점토의 함량은 점차 증가하였으며 IS2에서는 모래의 함량이 점차 증가하며 실트와 점토의 함량은 증가 후 감소하였다. 그리고 지점 IS3은 시간에 따라 모래의 함량은 증가하고 감소하며 실트의 함량은 감소하고 점토의 함량은 점차 증가하는 변화 양상이 나 타났다(Fig. 3).

    평균입도의 분포 변화를 살펴보면 모든 지점에서 대 부분의 실트(4 ~ 63 ㎛)에 해당하는 것으로 나타났다. 안 동댐 유역에서는 지점 AS1은 가장 조립한 입도로서 2016년에 모래에 해당되는 평균입도가 나타났지만 이 후 세립화되는 경향이 나타났다. 그리고 다른 2개 지점 (AS2, AS3)은 시간에 따라 세립해지고 다시 조립해지는 경향을 보이고 있다. 임하댐 유역은 전반적으로 모든 지 점에서 시간에 따라 조립해지는 경향이 나타나고 있으며 댐과 가장 인접한 지점 IS1에서 가장 세립한 분포를 보이 고 있다(Fig. 4).

    입도 분석 결과, 전반적으로 실트 함량이 우세한 퇴적 물로 구성되어 있으며 안동댐 유역에서는 안동댐과 인접 한 지점에서 가장 조립하며 시간에 따라 세립화되고 조 립화되는 경향이 나타났다. 또한 임하댐 유역은 임하댐 과 인접한 지점에서 가장 세립한 입도 분포를 보이고 있 으며 시간에 따라 점차 조립화 되는 경향이 나타나고 있 다. 그리고 모래가 우세한 낙동·고령 중권역에서 세립사 가 우세하다는 연구결과(Kim et al., 2018)에 비해 매우 세립한 입도 분포가 나타났으며, 이 지역에 비해 수심이 깊고 유속의 영향을 낮게 받고 있기에 실트로 구성된 세 립질 퇴적물이 주로 분포하고 있는 것으로 판단된다.

    3.3. 미량금속 농도 및 오염도 변화

    안동댐 및 임하댐 유역에서 분석된 표층 퇴적물 내 미 량금속 농도를 국립환경과학원의 호소 퇴적물 오염평가 기준과 비교하였다(Fig. 5). Al과 Li 농도는 안동댐 유역 에서 각각 평균 10.4%, 67.6 mg/kg으로 평균 8.9%, 53.4 mg/kg으로 분석된 임하댐 유역에 비해 비교적 높 은 농도로 분포하고 있다. 안동댐 유역에서는 Al과 Li의 농도가 시간에 따라 점차 감소하는 지점 AS3을 제외한 두 지점에서 감소 후 증가하는 경향이 나타났으며 임하 댐 유역에서는 Al의 농도는 점차 감소하고 Li의 농도는 감소 후 증가하는 경향을 보이고 있다(Fig. 5a). Zn의 농 도는 안동댐 유역에서 평균 569.4 mg/kg으로 나타나 평 균 123.7 mg/kg 인 임하댐 유역에 비해 매우 높은 농도 로 분포하고 있는 것과 반대로 Cr의 농도는 안동댐 유역 (avg. 63.3 mg/kg)에 비해 임하댐 유역(avg. 80.4 mg/kg)에서 비교적 높은 농도가 분포하고 있다. 그리고 두 유역 모두 시간이 지남에 따라 전반적으로 감소 후 증 가하는 경향이 나타나고 있다. 또한 퇴적물 환경 기준과 비교하였을 때 Zn의 농도는 안동댐 유역의 모든 지점에 서 Ⅱ등급에 해당하여 저서생물에 독성이 나타날 가능성 이 있는 것으로 나타났지만 임하댐 유역은 모든 지점에 서 Ⅰ등급으로 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 거의 없는 것으로 나타났다. 그리고 Cr의 농도는 두 유역 모두 Ⅰ등급에 해당되는 것으로 나타났다(Fig. 5b). Pb와 Cu 의 농도는 안동댐 유역에서 평균 77.4 mg/kg, 41.37 mg/kg으로 임하댐 유역(avg. 30.1 mg/kg, 27.8 mg/kg) 에 비해 높은 농도로 분포하고 있으며 안동댐에서는 Pb 와 Cu의 농도가 감소 후 증가하며 임하댐 유역에서는 큰 변화가 나타나지 않는 Pb의 농도에 비해 Cu의 농도는 감 소 후 증가하는 경향이 나타났다. 그리고 Pb의 농도는 안 동댐 유역의 모든 지점과 기간에 Ⅱ등급에 해당하며 임 하댐은 Ⅰ등급에 해당하여 안동댐 유역에서 Pb에 의한 저서생물의 독성 가능성이 있는 것으로 해석된다. 또한 Cu의 농도는 두 유역 모두 Ⅰ등급에 해당하는 것으로 나 타났다(Fig. 5c). Ni과 As의 농도 역시 안동댐 유역이 임하댐 유역에 비해 비교적 높은 것으로 나타났으며 특 히 As의 농도는 안동댐 유역이 평균 85.1 mg/kg으로 16.1 mg/kg인 임하댐 유역에 비해 매우 높은 농도로 분 포하고 있다. 그리고 두 금속류 모두 모든 지점에서 감소 후 증가하는 경향이 나타났다. Ni의 농도는 모든 지점과 기간에 Ⅰ등급에 해당하는 것으로 나타났으며, As의 농 도는 임하댐 유역의 모든 지점과 기간에 Ⅰ등급에 해당 되는 반면 안동댐 유역에서는 모두 Ⅱ등급에 해당하며 특히 지점 AS2에서 2017년도에 Ⅲ등급에 해당하여 As 에 의한 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 비교적 높 은 것으로 평가되었다(Fig. 5d). 대부분의 금속류의 농도 는 임하댐 유역에 비해 안동댐 유역에서 높은 농도로 분 포하고 있으며 시간에 따라 감소 후 증가하는 경향이 전 반적으로 나타나고 있다. 미량금속 중 Zn과 Pb의 농도가 안동댐 유역의 모든 지점에서 연구 기간 동안 Ⅱ등급에 해당되어 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 있는 것으 로 해석되며, 특히 As의 농도는 퇴적물 오염평가 기준과 비교하여 저서생물에 독성이 나타날 가능성이 가장 높은 금속류인 것으로 판단된다.

    미량금속의 오염도를 평가하기 위하여 앞서 실시한 퇴적물 오염평가 기준의 비교 분석과 함께 농집 지수인 Igeo을 산출하여 각 금속류의 오염도를 등급화 하였다. Igeo 산출 결과 임하댐 유역은 연구 기간 동안 모든 지점 에서 practically unpolluted에 해당하는 것으로 나타나 총 8종의 미량금속에 의한 오염은 없는 것으로 평가되었 다. 그러나 안동댐 유역에서는 As > Zn > Pb 순으로 오 염도가 높은 것으로 나타났으며 특히 As의 경우 연구 기 간 동안 모든 지점에서 moderately polluted에 해당하여 연구 지역에서 가장 오염도가 높은 금속류인 것으로 판 단된다(Fig. 6).

    분석된 금속류에 의한 전체적인 오염도를 파악하기 위하여 PLI를 산출한 결과, 임하댐 유역은 연구 기간 동 안 모든 지점에서 1이하의 값으로 오염이 없는 상태에 해 당하는 것으로 나타난 반면 안동댐 유역은 연구 기간 동 안 모든 지점에서 1을 초과하는 값으로 오염이 내재되어 있는 것으로 해석된다. 안동댐 및 임하댐 유역의 모든 지 점은 시간이 지남에 따라 미량금속에 의한 오염도는 감 소 후 증가하는 경향이 나타났다. 특히 안동댐 유역에서 는 지점 AS2에서 2015년과 2017년도에 비교적 오염도 가 가장 높은 것으로 평가되었다(Fig. 7).

    연구 지역인 안동댐과 임하댐 유역에서 미량금속 농 도와 오염도는 전반적으로 감소 후 다시 증가하는 경향 이 나타났으며, 퇴적물 내 미량금속에 의한 오염은 Pb에 다소 영향을 받으며 특히 Zn과 As에 의해 큰 영향을 받 고 있는 것으로 판단된다. 특히 임하댐 유역에 비해 안동 댐 유역에 위치하는 지점들의 미량금속 농도와 오염도가 비교적 높은 것으로 나타났으며, 이와 같은 결과는 이전 연구결과(Seo et al., 2008)와 일치하며 안동댐 유역은 임하댐 유역에 비해 미량금속의 농도 및 오염도가 높은 뿐만 아니라 퇴적물에서 용출되는 미량금속의 농도 역시 대체적으로 높을 것으로 추정된다.

    3.4. 항목간의 상관관계 분석

    본 연구에서는 각 항목간의 상관관계를 알아보기 위 하여 입도 분석을 통한 모래, 실트 및 점토의 함량 비율과 평균입도, 유기물질 함량을 대변할 수 있는 항목인 함수 율, IL, COD, TOC, TN 및 TP 그리고 총 8종의 미량금 속 농도와 오염도(Igeo, PLI)를 대상으로 spss 20.0을 이 용하여 스피어만 상관계수(Spearman`s correlation coefficient) 분석을 실시하였다(Table 3). 안동댐 유역 은 평균입도와 모래는 0.850으로 높은 상관계수를 보이 며, 점토는 음의 상관계수(-0.817)가 나타났다. 그리고 유 기물질 항목은 함수율이 TOC, TN, TP와 높은 상관계수 (> 0.7)를 보이며, TOC는 TN과 TP와 0.8이상의 높은 상관계수가 나타났다. 안동댐 유역의 미량금속 농도는 전반적으로 실트의 함량과 양의 상관계수를 보이고 있으 며 실트의 함량은 PLI와도 0.567로 양의 상관계수가 나 타났다. 또한, PLI와 0.7 이상의 양의 상관계수가 나타나 는 금속류는 Li, Zn, Cr, Cu, As이며 그 중 오염도 평가 결과 오염이 내재되어 있는 금속류인 Zn과 As가 전체적 인 오염도에 영향을 주는 것으로 판단된다. 임하댐 유역 의 입도는 모래와는 양의 상관계수(-0.996), 점토와는 음 의 상관계수(-0.921)가 나타나고 있으며, TOC는 IL, TN과 0.5 이상의 높은 상관계수를 보이고 있다. 그리고 안동댐 유역에 비해 입도와 미량금속 농도의 상관관계는 비교적 약한 편이지만 Pb과 As는 점토와 0.7 이상의 높 은 상관계수를 보이고 있어 이 두 금속류는 입도의 영향 을 매우 높게 받고 있는 금속류인 것으로 해석되며, 오염 이 내재되어 있는 금속류인 Zn, Ni 및 As가 PLI와 강한 정상관관계로 나타나 미량금속 오염도에 큰 영향을 미치 는 금속류인 것으로 해석된다. 입도, 유기물질, 미량금속 의 농도 및 오염도의 모든 항목에 대한 상관관계 분석 결 과 유기물질 항목은 대부분 TOC와 상관관계가 높은 것 으로 나타났다. 그리고 미량금속 농도 및 오염도는 안동 댐 유역은 실트의 함량, 임하댐 유역은 점토의 함량에 영 향을 받고 있어 세립한 퇴적물이 미량금속에 영향을 주 는 것으로 판단된다. 이와 같은 결과는 표층 퇴적물 내 금 속의 농도 및 오염도는 세립한 실트 및 점토로 구성된 니 질 퇴적물과 큰 상관관계가 나타난다는 이전 연구 사례 (Kim et al., 2015;Kim et al., 2017)들과 유사한 결과 를 보여주고 있다. 또한 퇴적물 환경 기준 비교와 Igeo 산출 결과 오염이 내재되어 있는 것으로 해석되는 Zn과 As의 농도가 PLI와 높은 상관계수를 보이고 있어 퇴적 물 내 미량금속에 의한 오염은 두 금속류의 영향이 큰 것 으로 판단된다. 즉, 안동댐 및 임하댐 유역은 각각 실트와 점토 함량의 증가로 인하여 유기물질 및 미량금속의 농 도가 증가하고 퇴적물 내 금속류에 의한 오염은 Zn과 As 의 농도가 가장 큰 영향을 주는 것으로 사료된다.

    4. 결 론

    안동시에 위치하는 안동댐 및 임하댐 유역에서 각 3지 점(총 6지점)을 선정하여 2015년 ~ 2018년(총 3회)에 걸쳐 표층 퇴적물을 채취하고 함수율, IL, COD, TOC, TN, TP, 입도, 총 8종(Al, Li, Zn, Cr, Pb, Cu, Ni, and As)의 미량금속의 농도 및 오염도를 분석하여 퇴적 환경 의 시·공간적 변화를 파악하였다.

    • 1) 연구 지역의 퇴적물 내 유기물질은 대부분 시간에 따라 감소 후 다시 증가하는 경향이 나타났으며 임하댐 유역에 비해 안동댐 유역의 유기물질 함량이 높은 것으 로 나타났다. 그리고 IL, TN 및 TP의 함량이 호소 퇴적 물 오염평가 기준 Ⅳ등급 미만으로 나타나 심각하고 명 백한 오염은 아닌 것으로 해석된다.

    • 2) 입도는 주로 실트 함량이 우세한 퇴적물로 구성되 어 있으며 안동댐 유역에서는 안동댐과 인접한 지점에서 가장 조립하고 시간에 따라 세립화되고 조립화되는 경향 이 나타났다. 또한 임하댐 유역은 임하댐과 인접한 지점 에서 가장 세립한 입도 분포를 보이고 있으며 시간에 따 라 점차 조립화 되는 경향이 나타나고 있다.

    • 3) 연구지역의 미량금속 농도와 오염도는 전반적으로 감소 후 다시 증가하는 경향이 나타났다. 임하댐 유역의 모든 지점에서 Igeo가 오염이 없는 등급에 해당하며 PLI 가 1을 초과하지 않았지만 안동댐 유역은 전 지점에서 PLI가 1이상의 값으로 비교적 오염이 내재되어 있는 것 으로 해석된다.

    • 4) 안동댐 유역은 임하댐 유역에 비해 유기물질 함량, 미량금속 농도 및 오염도가 비교적 높으며, 이는 세립한 퇴적물인 실트의 함량에 의해 조절되는 것으로 나타났다. 그리고 미량금속 중 Zn, As의 농도가 퇴적물 내 미량금 속에 의한 오염에 큰 영향을 주고 있는 것으로 판단된다. 또한 유기물질 및 미량금속이 높게 분포하고 있는 안동 댐 유역에서는 향후 본 연구보다 더욱더 정밀한 퇴적물 조사 및 분석이 실시되어야 할 것으로 사료된다.

    감사의 글

    본 논문은 환경부의 재원으로 국립환경과학원의 지원 을 받아 수행하였습니다(NIER-2019-01-01-078).

    Figure

    JESI-28-12-1085_F1.gif

    Sampling sites in the study area (a: watershed of Andong Dam, b: watershed of Imha Dam).

    JESI-28-12-1085_F2.gif

    Organic matters content of surface sediments in the study area (a: water content and ignition loss, b: chemical oxygen demand and total organic carbon, c: total nitrogen and total phosphorus).

    JESI-28-12-1085_F3.gif

    Sediment composition (sand, silt and clay) of surface sediments in the study area.

    JESI-28-12-1085_F4.gif

    Mean grain size(㎛) of the surface sediments in the study area.

    JESI-28-12-1085_F5.gif

    Trace metals concentration and pollution levels of surface sediments in the study area (a: Al and Li, b: Zn and Cr, c: Pb and Cu, d: Ni and As).

    JESI-28-12-1085_F6.gif

    Index of geo-accumulation of surface sediments in the study area.

    JESI-28-12-1085_F7.gif

    Pollution load index of surface sediments in the study area(a: watershed of Andong-dam, b: watershed of Imha-dam).

    Table

    Depth, temperature, dissolve oxygen, pH of bottom water in the study area (a : sample sites of Andong Dam, b : sample sites of Imha Dam)

    Sediment pollution evaluation standard of National Institute of Environmental Research(NIER, 2015)

    Spearman’s correlation coefficient of grain size, organic matters, concentration of trace metals and PLI in the study area (a : watershed of Andong-Dam, b : watershed of Imha-Dam)

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