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지리 공간 자료의 다중회귀분석을 이용한 제주도 남측사면 용천수의 시기별 질산 성 질소 농도 예측
정윤영(Youn-Young Jung),고동찬(Dong-Chan Koh),강봉래(Bong-Rae Kang),고경석(Kyung-Suk Ko),유용재(Yong-Jae Yu) 대한자원환경지질학회 2011 자원환경지질 Vol.44 No.2
제주도 남측사면에서 산악지역부터 해안지역에 걸쳐 분포하는 용천수에 대해 풍수기와 갈수기의 2회에 걸쳐 측정된 NO3 농도를 수리지질학적 인자 및 토지 이용 특성 인자를 포함하는 공간 변수들의 다중선형 회귀모형으로 예측하였 다. 용천수의 NO3 농도는 평균 20 mg/L이며, <0.02~86 mg/L의 범위를 보여 인위적 오염의 정도가 매우 다양하다. 공간 변수는 용천수를 중심으로 원형 버퍼를 설정하여 추출하였으며, 수정결정계수 증가율과 원형 버퍼의 제한점을 고려하여 반경 400 m를 최적 범위로 설정하였다. 선택된 회귀 모형들은 p-값과 더빈-왓슨 통계치에 근거하여 모두 통 계적으로 유의하였다. 설명변수는 수정결정계수, Cp (total squared error), AIC (Akaike’s Information Criterion)등 을 기준으로 선택하였으며 변수들의 유의성과 다중공선성을 확인하여 최적 회귀 모형을 제시하였다. 일부 용천수들은 이상치로 확인되었으나 전체 시료의 10%이내였으며, 이들은 원형 버퍼를 사용하는 다중회귀분석의 한계를 지시한다 고 할 수 있다. 변수의 유의성 기준으로 선정된 최적 회귀 모형의 결정계수는 이상치 제거 전이 0.74-0.79, 제거 후가 0.86-0.87의 범위로 높은 설명력을 보여주었으며, 자연지역 면적 비율이 용천수의 NO3 농도에 가장 큰 영향력을 가지 는 것으로 나타났다. 용천수 NO3 농도에 대한 인위적 토지이용의 영향력은 최적 버퍼 반경에서 두 조사 시기 모두 과수원 > 주거지역 > 밭의 순으로 나타났다. 이러한 결과는 제주도 남측사면 용천수의 수질이 수리지질학적 인자보다 는 토지 이용 특성에 크게 좌우됨을 지시하며, 용천수의 오염 취약성이 주변의 지표 오염원, 특히 과수원 분포에 민감 함을 보여준다. Nitrate concentrations in springs at the southern slope of Jeju Island were predicted using multiple linear regression (MLR) of spatial variables including hydrogeological parameters and land use characteristics. Springs showed wide range of nitrate concentrations from <0.02 to 86 mg/L with a mean of 20 mg/L. Spatial variables were generated for the circular buffer when the optimal buffer radius was assigned as 400 m. Selected regression models were tested using the p values and Durbin-Watson statistics. Explanatory variables were selected using the adjusted R2, Cp (total squared error) and AIC (Akaike’s Information Criterion), and significance. In addition, mutual linear relations between variables were also considered. Small portion of springs, usually <10% of total samples, were identified as outliers indicating limitations of MLR using circular buffers. Adjusted R2 of the proposed models was improved from 0.75 to 0.87 when outliers were eliminated. In particular, the areal proportion of natural area had the greatest influence on the nitrate concentrations in springs. Among anthropogenic land uses, the influence of nitrate contamination is diminishing in the following order of orchard, residential area, and dry farmland. It is apparent quality of springs in the study area is likely to be controlled by land uses instead of hydrogeological parameters. Most of all, it is worth highlighting that the contamination susceptibility of springs is highly sensitive to nearby land uses, in particular, orchard.
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