보 건설 후 낙동강 하류 물금 지역의 수환경 및 조류 발생 특성 변화

Variation of Water Environment and Algae Occurrence Characteristics After Weirs Construction at Mulgeum Site in Downstream of the Nakdong River

Article information

J. Korean Soc. Hazard Mitig. 2017;17(1):383-392
Publication date (electronic) : 2017 February 28
doi : https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2017.17.1.383
김영우*, 이재호**, 박태주***, 변임규
* Member, Department of Civil and Environmental Engineering, Pusan National University
** Environmental Researcher Water environment research Department, National Institute of Environment Research
*** Chair-professor, Institute for Environmental Technology and Industry, Pusan National University
****Corresponding Author, Member, Associate professor, Institute for Environmental Technology and Industry, Pusan National University (Tel: +82-70-8624-8717, Fax: +82-51-581-5035, E-mail: big815@pusan.ac.kr)
Received 2016 November 09; Revised 2016 November 11; Accepted 2016 December 16.

Abstract

홍수 예방과 하천 정비 및 유역 개발을 목적으로 낙동강 수계에 8개의 보가 건설되었고 이로 인해 낙동강의 수환경 및 수리학적 특성이 변화되었다. 따라서 본 연구는 보 건설 이후 물금지역의 수환경 인자와 조류발생 특성 변화에 대한 분석을 목적으로 수행하였다. 분석에 사용한 수질, 수리, 기상 자료는 보 건설 전과 후의 두 그룹으로 구분하였고, 자료의 신뢰도 향상을 위해 관리도 기법 적용과 태풍영향 기간 배제의 데이터 전처리 과정을 수행하였다. 보 건설 이전에는 BOD, TN, TP, 수온 그리고 유량이 클로로필-a 농도와 유의한 상관관계를 가졌으나 보 건설 이후에는 유량, 수온, TN이 유의한 상관관계를 가지지 않는 것으로 나타났다. 보 건설 이후 클로로필-a, BOD, TN, TP는 감소하는 경향을 보였으며, 수온과 TN은 계절별 우점종의 개체수 변화로 인해 클로로필-a와 유의한 상관관계를 나타내지 않았다. 보 건설 이후 물금지역의 남조류 개체수는 크게 증가하였고, 규조류 개체수는 감소하였다. 보 건설 이후 지속된 가뭄으로 유량의 계절적 특성이 나타나지 않아 유량과 클로로필-a의 유의한 상관관계도 나타나지 않았다. 보 건설 이후 수리 특성의 변화 및 수질 개선 그리고 가뭄 현상으로 인해 강수량과 일조시간도 클로로필-a와의 유의한 상관관계를 가지지 않는 것으로 분석되었다. 또한 클로로필-a와 남조류 개체수가 유의한 상관관계를 보이지 않으므로, 여름철 물금지역의 조류 발생 모니터링을 위해서는 남조류 개체수를 평가해야할 필요가 있다.

Trans Abstract

In the Nakdong River, 8 weirs were constructed to prevent flooding, restore the river and develope the river basin. Subsequently, water environment and hydraulic characteristics of the river have been changed. This study were performed to analyze the variation of water environment and algae occurrence characteristics after weirs construction at Mulgeum site. The water quality, hydraulic and climate data were classified into two group of before and after weirs construction. To improve reliability of the data, all data were preprocessed by control chart method and elimination of typhoon effect period. Before weirs construction, BOD, TN, TP, water temperature and volumetric flow rate had significant correlation with chlorophyll-a but TN, water temperature and volumetric flow rate did not have significant correlation with chlorophyll-a. After weirs construction, each concentration of chlorophyll-a, BOD, TN and TP showed decreasing tendency. TN and water temperature did not have significant correlation with chlorophyll-a after weirs construction because of significant variation of dominant algae species according to seasonal change. After weirs construction blue-green algae has highly increased but diatom has decreased. volumetric flow rate did not show seasonal characteristics after weirs construction and subsequently did not have significant correlation with chlorophyll-a due to continued drought of Nakdong River basin. Therefore, it was considered that the variation of hydraulic characteristics and dominant algae cell number, water quality improvement and drought lead to more complex correlation among water environment parameters after weirs construction. And as there is no significant correlation between chlorophyll-a and blue-green algae cell number, it is needed to evaluate bule green algae cell number for the monitoring of algae blooming in summer season at Mulgeum site.

1. 서론

우리나라는 용수 공급량의 91% 이상을 지표수에 의존하고 있으며, 특히 동남권 임해지역은 음용수를 포함한 전체 용수의 90% 이상을 낙동강 하류에서 취수하고 있다(NRBE office, 2006). 그러나 Hwang 등(2007)에 의하면 낙동강은 도시화와 산업화 등에 따른 오염물질 유입 부하 증가로 연중 부영양화 발생 빈도가 높은 편에 속하며, 1987년 낙동강 하구언의 건설 이후 낙동강 수계의 체류시간 증가와 기후변화에 의한 수온상승으로 갈수기에 조류의 대량 증식 현상이 자주 관찰되고 있다(Son, 2013; Joung et al., 2013; Cho and Shin, 1995). 또한 계절에 따른 수온 변화는 여름철 남조류의 우점 및 겨울철의 규조류 우점 등 조류종 군집의 계절별 천이 특성을 가져왔다(Joung et al., 2013; Bahk et al., 2001). 특히 봄, 겨울철의 저수온기에는 규조류의 대량 증식이 빈번히 보고되었으며, 고수온기에는 Microsystis 등의 남조류 증식과 녹조 현상으로 인한 시각적 불쾌감 및 상수원수에 미치는 악영향 등이 문제가 되고 있다(Son, 2013; Park et al., 2002). 식물성플랑크톤의 대량 증식은 수질 저하에 따른 정수처리장의 기능 악화와 수처리 비용 증가, 용존 산소 감소로 인한 수생태계 교란, 조류 독소에 의한 음용수의 안정성 문제 등을 야기할 수 있다. 과거 낙동강 하류지역의 빈번한 조류발생으로 인해 조류발생 패턴과 영향인자, 그리고 제어방안에 대한 연구가 많이 수행되었지만 대부분의 연구들은 Chlorophyll-a(Chl-a)와 개별 수질인자들과의 상관관계를 해석하는데 집중 하였다(Joung et al., 2013; Mi et al., 2002). 그러나 조류 발생은 수질인자뿐만 아니라 수리학적 특성과 기상 조건에 따라 복합적으로 변화하며, 우점종에 따라 수질인자의 영향도 달라질 수 있으므로 조류 발생은 수질, 수리 및 기상인자 등과 함께 조류종 개체수 및 시기별 우점종을 고려한 분석이 필요하다(Joung et al., 2013; Jae et al., 2014).

한편, 낙동강은 2009년부터 2012년까지 4대강 사업의 일환으로 기존의 하구언 이외에 8개의 보가 추가로 건설되어 운영되고 있으며 이로 인한 하천유역의 수리학적 환경 변화로 조류발생 특성 및 패턴의 변화가 예상되고 있다. 따라서 보 건설 이후 낙동강 수환경에서 조류 발생에 대한 분석이 지속적으로 필요한 실정이다(Jae et al., 2014).

따라서 본 연구는 낙동강 하류 물금지역의 수질과 수리 및 기상 인자와 함께 Chl-a와 조류종 개체수 자료를 이용하여 보 건설 이후 조류발생의 패턴 및 영향인자 변화를 분석하고자 하였다. 또한 낙동강 하류 물금지역의 우점종에 따른 시기를 구분하여 Chl-a와 조류종 개체수 및 수질인자의 상관관계 분석을 통해 향후 물금지역의 보 건설 이후 조류발생 평가 및 예측 모형 개발을 위한 지표를 마련하고자 하였다.

2. 재료 및 방법

2.1 대상 지점과 자료

본 연구의 대상 지역인 물금은 창녕함안보로부터 하류 약 35 km 지점, 낙동강 하구언으로부터 상류 약 27 km 지점에 위치하고 있다. 또한 부산을 비롯한 인근 지역의 음용수 취수 지역으로 낙동강의 수환경 보호를 위한 수질오염총량관리제도 단위유역 중 낙본 K 지점에 해당하며 환경부의 수질 및 수리 측정 대상 지점으로써 조류 발생을 포함한 수질 관리가 필요한 지역이다.

Fig. 1

Location of Mulgeum Site in Downstream of the Nakdong River

수환경 변화와 조류 발생 및 통계적 분석을 위한 자료는 Table 1과 같이 수질인자 6개 항목, 수리인자 1개 항목 그리고 기상인자 2개 항목 등 총 9개 수환경 인자들을 사용하였다. 분석에 사용된 모든 수환경 인자는 일(daily)자료를 기준으로 구축하였으며, 조류종 개체수 자료를 제외한 수질 자료는 국립환경과학원의 물금(낙본 K)지점 일반측정망 자료를 이용하였다. 조류종 개체수 자료는 부산시 상수도사업본부 수질연구소의 자료를 이용하였다.

Water Environment Parameters Used in this Study

수질인자의 경우, 1998년부터 2003년까지는 월 1회, 2004년 1월 이후는 주 1회의 주기로 측정된 자료를 이용하였으며, 수리인자는 국토교통부 월촌 수위관측소의 일(daily) 유량자료를 이용하였다. 기상인자는 기상청의 통계월보를 통해 부산지역의 일조시간과 강수량 자료를 분석에 이용하였다. 수리 및 기상 자료는 수질인자와 동일한 일자의 측정자료를 분석에 이용하였다.

2.2 분석 방법

본 연구의 수질, 수리, 기상인자 자료 구축은 국토교통부와 K-water의 4대강 사업 공사기간 자료를 통해 1998년부터 2008년까지를 보 건설 전, 2013년 이후를 보 건설 이후의 기간으로 구분하였다.

분석 전 자료의 이상치를 제거하고 신뢰도 상승을 목적으로 Fig. 2와 같이 수집된 자료의 전처리를 수행하였다(Lim et al., 2015). 먼저, 관리도 기법(Control Chart Method)을 적용하여 각 Chl-a 등 수질인자 변수들의 평균값에서 ±3σ 의 범위 내의 자료들을 대상으로 분석을 실시하기 위해(Yim et al., 2007) ±3σ 범위 외의 자료들을 제거하였으며, 다음으로 태풍에 의한 수질과 수리자료의 왜곡현상을 제거하기 위해 국내 상륙 태풍 중 가장 큰 영향을 주었던 2002년의 태풍 RUSA와 2003년의 태풍 MAEMI 시기를 대상으로 국가태풍센터 기준의 태풍영향기간에 해당하는 데이터를 제거하였다. 그에 따라 총 데이터(584일) 중 0.02%(12일)에 해당하는 측정 자료를 제외한 모든 데이터(572일)에 대해 분석을 수행하였다.

Fig. 2

The Proposed Data Preprocessing Step for Determining Statistically Optimized Regression Variables

보 건설 전, 후 조류발생 및 수환경 특성의 변화의 경우 변화 양상을 가시적으로 더 뚜렷하게 나타내기 위해 일 측정 데이터를 월 평균으로 처리하여 비교하였으며, Chl-a 농도와의 상관관계 분석의경우 보다 정확한 상관계수 도출을 위해 일 데이터를 사용하여 분석을 진행하였다. 따라서 물금지역의 보 건설 이후 조류발생 및 수환경 특성 변화는 Chl-a와 기간별 우점종 개체수를 포함한 보 건설 전, 후의 수질, 수리 및 기상인자 등 각 인자들의 월 평균 농도를 산정하여 비교 분석하였으며, 상관관계 분석은 SPSS ver.21을 사용하여 일자별로 측정된 자료를 통해 수질, 수리 및 기상 자료와 Chl-a 농도 사이의 Pearson 상관계수를 도출하여 분석하였다. 본 연구에서의 raw data는 항목마다 572개의 데이터를 대상으로 분석이 진행되었으므로 중심극한 정리(central limit theory)에 따라 표본의 수가 충분히 크므로 정규분포로 가정할 수 있다(Rinaman and William, 2008).

3. 결과 및 고찰

3.1 보 건설 후 물금지역의 수질인자와 조류발생 특성 변화

낙동강 하류 물금지역의 보 건설 전(1998.01∼2008.12), 후(2013.01∼2014.04)의 월 평균 수질인자 변화를 Chl-a 농도와 함께 Fig. 3에 나타내었다.

Fig. 3

Variation of Chlorophyll-a and Water Quality Parameters in Mulgeum Site Before(a) and After(b) Weirs Construction

5월에서 11월 사이의 Chl-a 농도는 보 건설 전, 후 모두 50 mg/m3 이하로 나타났다. 그러나 12월에서 3월 사이의 경우, 보 건설 전에는 100 mg/m3 이상의 고농도를 나타내었지만 보 건설 이후에는 50 mg/m3 이하의 월평균 농도를 나타내어 보 건설 전에 비해 큰 폭으로 농도가 감소한 것으로 분석되었다.

수질환경인자인 BOD, TN 및 TP의 평균농도는 보 건설 전 각각 2.54 mg/L, 3.04 mg/L 및 0.13 mg/L이며 보 건설 후는 각각 2.34 mg/L, 3.03 mg/L 및 0.059 mg/L로 나타나 보 건설 이후 기간에 수질이 점점 양호하게 나타났으며 특히 TP가 가장 현저하게 개선되었다. 이는 국내 하수처리장의 총인배출 허용기준의 강화와 이에 따른 인 제거시설의 확충에 따른 결과로 판단된다. 또한, TP의 경우 보 건설 전 7월을 기점으로 농도가 증가하는 경향을 보이는 구간이 나타났는데 이는 본 연구 지점인 물금이 여름철에 집중된 강우를 보이는 아시아 몬순기후의 영향을 받음에 따라 Fig. 5에서 보는 바와 같이 7, 8, 9월 강수량이 월 평균 200 mm 이상으로 많은 비가 내리며 함께 다량의 비점오염 물질이 유입되어 나타나는 현상으로 판단된다(Park et al., 2014; Cho and Shin, 1997; An et al., 2001).

Fig. 5

Variation of Chlorophyll-a and Climate Parameters in Mulgeum Site Before(a) and After(b) Weirs Construction

Table 2는 보 건설 전, 후 Chl-a와 수질인자의 상관관계 분석 결과를 나타내고 있다. Chl-a 농도는 BOD와 보 건설 전, 후 모두 0.816 및 0.684의 높은 상관계수 값을 가지며 유의한 상관관계(α=0.001) 를 나타냈다. BOD와 Chl-a의 높은 상관성은 대부분의 연구에서 제시되고 있으며, Park 등(2008)Seo 등(2013)은 수중 유기물의 주요 기원이 식물플랑크톤의 증식 즉 내부 유기물 부하에 따른 결과로 보고하였다. 따라서 본 연구에서 Chl-a 농도와 BOD 사이의 높은 상관계수는 식물플랑크톤이 늘어남에 따라 Chl-a농도가 증가하여 그 결과로 수중 유기물 BOD 농도가 증가 한 것으로 판단 할 수 있다. 조류는 일반적으로 수온이 증가하는 여름철에 성장하기 좋은 조건이 형성되는 것으로 알려져 있으며 Cao 등(2011)은 수온을 조류 증가의 주요한 원인으로 평가하고 가장 적합한 수온의 조건을 25.6∼26.5°C로 평가하고 있다. 하지만 보 건설 전 물금지역의 여름철 Chl-a 농도는 오히려 감소하는 경향을 보이고 Chl-a와 수온이 부의 상관관계(R=-0.696)를 나타냈으며, 보 건설 이후는 유의확률이 0.446으로 유의하지 않은 관계를 나타고 있다. 보 건설 전 물금 지역의 Chl-a 농도와 수온이 부의 상관관계를 나타내는 것은 여름철을 제외하면 규조류가 대부분 기간에 우점하며 갈수기에 저온성 규조류인 Stephanodiscus의 증식으로 고농도의 조류 농도가 나타난 결과로 판단된다(Son, 2013). 보 건설 이후의 Chl-a와 수온의 유의하지 않은 상관관계는 저수온기 규조류의 생체량이 현저히 줄어들었고, Chl-a 농도가 낮게 나타난 여름철의 남조류 개체수 증가에 따른 결과로 평가된다(Felip and Catalan, 2000). 따라서 보 건설 이후 조류 발생 특성 평가를 위해 수리, 기상인자 특성 변화와 함께 물금 지역의 우점종 개체수와 Chl-a 농도변화를 비교 분석하였다.

Correlation Analysis Between Chlorophyll-a and Water Quality Parameters Before and After Weir Construction at Mulgeum Site

3.2 보 건설 후 물금지역 유량 및 기상인자와 조류발생 특성 변화

Fig. 4는 낙동강 하류 물금지역의 보 건설 전(1998.01∼2008.12)과 후(2013.01∼2014.04)의 월평균 유량(volumetric flow rate, VFR)과 Chl-a 변화에 대해 나타내고 있다. 보 건설 전에는 6월 이후 VFR이 급격히 증가하고 있으며, 이로 인한 플러싱 방류효과가 여름철 Chl-a 농도의 감소에 큰 영향을 미친 것으로 판단된다. 그러나 보 건설 이후는 VFR의 변동 폭이 크지 않으며 Chl-a 농도는 VFR과 상관성 있는 패턴을 보이지 않고 있다. 따라서 보 건설 전의 월평균 유량은 아시아 몬순기후 지역에 속하는 우리나라의 기상 특성을 잘 반영하고 있다(Ahn et al., 2010). 보 건설 전의 최저 월평균 VFR은 3월의 104 m3/s, 최고 월평균 VFR은 7월의 1,460 m3/s로 1,356 m3/s의 편차를 보였다. 그러나 보 건설 이후는 최저 월평균 VFR이 4월의 785 m3/s, 최고 월 평균 VFR이 7월의 1,000 m3/s로 215 m3/s의 편차에 불과하였다. 이러한 차이는 낙동강 수계의 8개의 보 건설 이후 하천의 유량이 거의 일정하게 유지되면서 강수현상으로 인한 유량의 변동폭이 작아졌고, 월평균 Chl-a 농도 역시 유량의 변화에 크게 영향을 받지 않게 된 결과로 판단된다. Joung 등(2013)은 1989년부터 2010년까지 물금지역 유량과 Chl-a의 상관관계를 분석한 결과 서로 유의한 부의 상관성을 나타낸다고 하였는데, Table 3에 제시된 본 연구의 상관관계 분석 결과, 보 건설 이전에는 p-value=0.006로 유의함을 보였으나 보 건설 이후에는 p-value=0.250로 유의하지 않은 것으로 나타났다(Table 3). 따라서 보 건설 후의 조류 발생 변화 분석은 수질, 기상인자 및 우점종 분포 특성 등을 이용하는 것이 효과적일 것이다.

Fig. 4

Variation of Chlorophyll-a and Volumetric Flow Rate in Mulgeum Site Before(a) and After(b) Weirs Construction

Correlation Analysis Between Chlorophyll-a and Hydraulic/Climate Parameters Before and After Weir Construction at Mulgeum Site

Fig. 5는 낙동강 하류 물금 지역의 보 건설 전(1998.01∼2008.12)과 후(2013.01∼2014.04)의 월평균 강수량 및 일조시 간과 Chl-a 농도를 보여주고 있다. 보 건설 이전인 2008년까지의 월별 강수량 분포를 살펴보면 장마와 태풍의 영향을 받는 6월에서 9월까지 온대몬순기후 특성을 나타내고 있으나, 보 건설 이후에는 6월에서 9월까지의 강수량이 현저하게 감소한 특성을 나타내고 있다. 이는 2012년 이후 여름철 장마기간의 강수량 감소와 함께 태풍의 영향을 받지 않은 결과이며, 기후변화의 영향으로 평가되고 있다(Jung et al., 2015). 보 건설 전 6월, 7월, 8월의 Chl-a 월별 농도는 각각 29.69, 22.90, 24.06 mg/m3로 다른 시기에 비해 낮았으며, 이는 같은 시기의 강수량이 증가함에 따른 플러싱 효과에 의한 것으로 판단되며, Fig. 4의 VFR과 Chl-a 결과와 유사한 것으로 나타났다. 강수량의 증가는 플러싱 효과뿐만 아니라 비점오염원의 영양물질 유입량을 증가시켜 조류 성장에 유리한 조건을 형성하기도 하지만, 보 건설 전의 여름철 강수량 집중 현상은 플러싱 효과가 더욱 크게 작용했던 것으로 판단된다(Chong et al., 2015; Chung, 2004). 보 건설 후 6월, 7월, 8월의 Chl-a 월별 농도는 각각 31.18, 43.73, 30.43 mg/m3로 보 건설 전에 비해 약간 높은 값을 보여주었으며, 이는 강수량의 감소에 따른 비점오염물질 유입 효과의 증가와 보 건설에 따른 유량 변동폭의 감소에 의한 것으로 판단된다. 그러나 보 건설 후 여름철을 제외한 나머지 대부분의 기간에서 보 건설 전에 비해 Chl-a 농도가 감소한 결과를 보여주고 있다.

물금지역의 일조시간은 Chl-a의 변동과 정의 상관관계를 나타내는 기간도 있지만 월별로 다양한 발생 양상을 나타내는데 이는 보 건설 전 데이터의 경우 1998년부터 11년 동안의 데이터가 존재하지만 보 건설 후 데이터의 경우 2013년부터 2년이 채 안되는 기간의 데이터를 사용해 분석함에 따라 나타난 것으로 판단된다. Chl-a와 일조시간의 상관관계 분석결과 보 건설 전은 부의 약한 상관관계(R=-0.204)를 나타내고 보 건설 이후는 유의한 상관관계를 나타내지 않았다. 이러한 현상들은 이론적으로 조류가 생물학적 생장을 위해 광합성이 필요하며 이를 위한 일조시간이 조류발생 분석의 필수적 요소로 판단되지만 실제 하천의 조류 증식이 일조시간뿐만 아니라 수질, 수리 및 기상 등 다른 여러 수환경 인자들이 복합적인 영향을 미친 결과로 판단된다(Park et al., 2013; Lim et al., 2015).

3.3 보 건설 후 물금지역의 조류종 개체 수 특성 변화

Fig. 6은 보 건설 전(1998.01∼2008.12), 후(2013.01∼2014. 04) 낙동강 하류 물금지역의 월별 조류종 개체수 및 Chl-a 농도 변화를 나타내고 있다. Chl-a 평균농도는 보 건설 전 53.16 mg/m3에서 보 건설 후 32.99 mg/m3로 37.9% 감소했으며, 규조류 개체수 역시 평균 3,317 cell/mL에서 2,419 cell/mL로 27.1% 감소하여 보 건설 후 물금지역의 조류발생이 전반적으로 감소한 것으로 나타났다. 그러나 Chl-a 농도와 조류종 개체수의 감소율이 다르게 나타난 것은 물금지역의 시기별 우점종에 따라 종의 특성이 다르기 때문인 것으로 판단된다. 일반적으로 조류의 발생 지표로써 대부분의 조류들이 광합성에 이용하고 있는 Chl-a의 농도를 이용하지만, Chl-a 농도는 조류의 종별, 크기별 특성에 따라 발생하는 양의 차이를 보일 수 있기 때문에(Linda et al., 2009) 실제 하천의 조류발생 분석은 조류의 종별 발생 시기에 따라 Chl-a만으로는 한계가 있을 수 있으며 조류의 종별 개체수가 함께 고려되어야 한다. 특히 수체의 온도가 높을 때는 점도가 낮아져 조류의 생장에 유리하며(Da et al., 2005), Liu 등(2011)은 남조류의 대량증식이 20°C의 조건에서 나타난다고 보고하였는데 물금지역의 분석결과 6월부터 9월 사이의 고수온기에 남조류가 보 건설 전 평균 1,300 cell/mL에서 보 건설 후 2,419 cell/mL로 증가하여 여름철 녹조현상에 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. 이러한 결과는 2002년 이후 물금지역에서 조류의 생체량이 점진적인 감소 추세인 반면 우점종의 개체수는 증가하는 추세를 나타내며, 물금지역에서 연도별 조류 종 비율 중 남조류가 매년 증가하는 추세인 것으로 보고한 Son(2013)의 결과와도 부합한다. 보 건설 전 규조류 개체수의 월 평균농도는 2월에 9,421 cell/mL를 나타내는 등 12월부터 3월까지 상대적으로 높은 농도를 보였으며, 남조류가 우점하는 기간을 제외한 10월부터 5월까지 우점하고 있는 것으로 나타났다. 남조류 개체수의 경우 보 건설 전 6월에 총 조류 개체수(11,388 cell/mL)의 89.6%에 해당하는 10,202 cell/mL를 나타냈으며, 6월부터 9월까지 우점하였다. 한편 보 건설 후 규조류 개체수는 3월에 10,317 cell/mL로 가장 높았으며, 남조류 개체수는 7월에 15,573 cell/mL 등 6월∼8월 사이에 10,000 cell/mL 이상의 개체수를 보이며, 총 조류개체수의 88%이상이 남조류로 나타났다. 결과적으로 물금 지역의 규조류 개체수는 보 건설 후 크게 감소한 것으로 나타났으며, 이는 보 건설 이후 Chl-a 평균농도 감소의 주요한 원인으로 판단된다. 또한 보 건설 전 Chl-a의 농도가 낮게 나타난 하절기에 남조류 개체수가 급격하게 증가하는 현상이 관찰되었을 뿐만 아니라, 보 건설 후 Chl-a 농도가 상대적으로 일정하게 낮은 농도를 유지한 상황에서도 하절기의 남조류 개체수는 크게 증가한 것으로 나타났다.

Fig. 6

Variation of Chlorophyll-a and Cell Number of Algae in Mulgeum Site Before(a) and After(b) Weirs Construction

Table 4는 낙동강 하류 물금지역의 규조류, 녹조류 및 남조류의 개체수와 Chl-a 농도 사이의 상관관계를 Pearson 상관계수를 사용하여 나타낸 것이다. 분석 결과 Chl-a 농도는 규조류 및 녹조류 세포 개체수와 유의한 상관관계를 보이며 그 중 규조류 세포개체수와 가장 높은 상관관계(R=0.558)를 나타냈다. 그러나 Chl-a 농도와 남조류 개체수의 유의확률은 0.05 이하로 유의한 상관관계를 나타내지 않고 있는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 하절기 우점종인 남조류가 Chl-a 농도와 유의한 상관관계를 가지지 않으므로 하절기 조류 발생에 대한 지표로 남조류 개체수를 이용하는 것이 합리적 일 것이다. 그리고 상류지역 8개 보 건설에 따른 물금 지역의 조류 발생 패턴은 보 건설 전 저수온기(겨울~봄)의 고농도 Chl-a 농도 발생에서 보 건설 후 연중 상대적으로 변화폭이 작은 Chl-a 농도 발생과 고수온기(여름철) 남조류 개체수의 증가로 변화하였다. 따라서 보 건설 후 낙동강 하류 물금 지역의 조류 발생 지표로 저수온기에는 Chl-a 농도를 이용하고, 고수온기에는 남조류 개체수와 Chl-a를 함께 고려하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

Result of Correlation Analysis Between Chlorophyll-a and Algae Cell Number According to Its Species at Mulgeum Site in Downstream of the Nakdong River, South Korea

4. 결론

낙동강 본류 구간의 8개 보 건설에 따른 하류 물금 지역의 수환경 및 조류 개체수 변화에 대한 연구를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.

  • 1) 보 건설 후 물금지역의 규조류 개체수는 감소하였고 남조류 개체수는 크게 증가하는 등 계절별 우점종 개체수 변화가 나타났으며, 여름철 Chl-a 농도와 남조류 개체수가 유의한 상관관계를 가지지 않으므로 조류 발생 지료로써 저수온기에는 Chl-a 농도를 이용하고, 고수온기에는 남조류 개체수와 Chl-a를 함께 고려해야 할 것이다.

  • 2) 보 건설 후 매년 지속된 여름철 가뭄현상으로 일조시간과 강수량의 계절별 특성이 나타나지 않았고 계절에 따른 유량 변동도 크지 않아 Chl-a 농도와 유의한 상관관계를 보여주지 않았으나 보 건설 후 자료 구축 기간이 짧았으므로 향후 기상 자료와 조류 발생 특성에 대한 지속적인 모니터링이 필요할 것이다.

  • 3) 보 건설 후 물금지역 Chl-a, BOD, TN 및 TP의 평균농도가 감소하는 경향을 보이며 물금지역의 수질이 점차 개선되고 있는 결과를 나타냈으나, 보 건설 전 Chl-a와 유의한 상관관계를 나타낸 수온과 TN이 보 건설 이후 유의한 상관관계를 나타내지 않았는데, 이는 보 건설 후 물금지역 저온성 규조류의 생체량이 현저히 줄어들고 Chl-a 농도가 낮은 여름철의 남조류 개체수 증가에 의한 우점종 생장 특성 변화의 영향으로 판단된다.

감사의 글

이 논문은 부산대학교 기본연구지원사업(2년)에 의하여 연구되었으며, 한국연구재단 BK21플러스 사업의 일환으로 수행된 연구결과이다(21A20132012304).

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Article information Continued

Fig. 1

Location of Mulgeum Site in Downstream of the Nakdong River

Table 1

Water Environment Parameters Used in this Study

Classification Parameters source
Water Quality water temperature, BOD, TN, TP, chlorophyll a, Algae cell number ⋅National Institute of Environmental Research
⋅Busan water authority
Hydraulic Volumetric flow rate(VFR) ⋅Ministry of Land, Infrastructure and Transport
Climate Sunshine duration, Precipitation ⋅Meteorological Administration

Fig. 2

The Proposed Data Preprocessing Step for Determining Statistically Optimized Regression Variables

Fig. 3

Variation of Chlorophyll-a and Water Quality Parameters in Mulgeum Site Before(a) and After(b) Weirs Construction

Table 2

Correlation Analysis Between Chlorophyll-a and Water Quality Parameters Before and After Weir Construction at Mulgeum Site

W.T. BOD TN TP
Before R
p-value
-0.696
0.000
0.816
0.000
0.568
0.000
0.206
0.001
After R
p-value
0.105
0.446
0.684
0.000
0.192
0.160
0.593
0.000

Fig. 4

Variation of Chlorophyll-a and Volumetric Flow Rate in Mulgeum Site Before(a) and After(b) Weirs Construction

Table 3

Correlation Analysis Between Chlorophyll-a and Hydraulic/Climate Parameters Before and After Weir Construction at Mulgeum Site

VFR Precipitation Sunshine duration
Before weir construction R
p-value
-0.172
0.006
-0.093
0.143
-0.204
0.001
After weir construction R
p-value
-0.146
0.250
-0.144
0.294
0.170
0.215

Fig. 5

Variation of Chlorophyll-a and Climate Parameters in Mulgeum Site Before(a) and After(b) Weirs Construction

Table 4

Result of Correlation Analysis Between Chlorophyll-a and Algae Cell Number According to Its Species at Mulgeum Site in Downstream of the Nakdong River, South Korea

Diatom Green-algae Blue-green algae
R
p-value
0.558
0.000
0.487
0.000
0.069
0.588

Fig. 6

Variation of Chlorophyll-a and Cell Number of Algae in Mulgeum Site Before(a) and After(b) Weirs Construction