통계분석을 이용한 간척담수호의 이화학적 수질 특성 분석

강의태 ( Eue-tae Kang ),이규상 ( Gyu-sang Lee ),주진철 ( Jin-chul Joo ),송성호 ( Sung-ho Song ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

농업용수 공급을 위해 만들어진 500만톤 이상의 간척 담수호 15개소의 수질 특성 파악을 위해 환경부 ‘물환경정보시스템’ 자료를 분석하였다. 자료의 통계분석 프로그램은 SPSS ver. 22 (IL, USA)를 활용하였으며, 각 담수호별 기본통계분석과 상관분석, 요인분석 등의 다변량 통계분석을 진행하였다. 기본통계분석을 통해 평균값, 중간값, 표준편차, 사분위수 등 빈도분석과 히스토그램 등의 그래프 분석을 진행하였으며, 수질자료 표준화(standardization) 후 Shapiro-wilk 검정기준으로 정규성 검증(normality test)을 실시하여 p>0.05이면 정규성 분포로 판정하였다. 유기 오염물질 분석 결과, 담수호별 COD, TOC 항목간 평균 농도 차이는 통계학적으로 유의(p<0.05)하고, 변동계수(coefficient of variation)도 큰 차이를 보였다. 이는 급격한 도시화 및 산업화로 인한 유기성 오염물질의 지속적 유입 때문으로 판단되며, 난분해성 유기 오염물질의 호내 축적은 내부 발생량 증가 등 담수호의 수질 관리에 어려움을 초래하고 있다. 또한 Chl-a 농도 분석 결과, 여름철 높은 변동계수를 보였으며 계절별 편차 역시 매우 큰 경향을 보였다. 이는 넓은 유역으로부터 다량의 비점오염물질이 유입되어 풍부한 먹이원(유기물 및 영양염류)이 존재하고, 정체수역 확대 등으로 인하여 여름철 과도한 조류 성장에 따른 영향으로 보인다. 상류유역으로부터 유입되는 외부기원 오염물질(BOD, COD)과 내부생성 유기물인 식물 플랑크톤 현존량 간에는 Pearson 상관계수가 높게 나타났다. 이는 두 인자가 높은 상관성을 의미하지만, 담수호 수질은 다양한 인자(수질 항목간, 온도 등 환경인자 등)와 시공간에 따른 복합적인 상호작용의 결과이기 때문에 보다 정밀한 조사 및 연구가 필요하다.

간척담수호 저층퇴적물의 오염물질 용출특성 분석

강의태 ( Eue-tae Kang ),이진경 ( Jin-kyung Lee ),김동억 ( Dong-oug Kim ),이규상 ( Gyu-sang Lee ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

담수호의 퇴적물 내에 포함된 영양염류는 용출을 통해 수체로 재유입 되어 내부부하를 가중시킬 우려가 있으며, 담수호의 수질관리 측면에서 퇴적물로부터 용출될 수 있는 영양염류의 양과 용출 조건을 파악하는 것이 필요하다. 간척담수호 2개 지점에서 퇴적물 샘플러를 이용하여 10 cm 이내의 퇴적토를 채취하였으며, 혐기 및 호기성 반응조에서 20일 동안 용출실험을 실시하였다. TP, DTP의 경우 호기 조건 대비 무산소 조건에서 용출량이 높게 나타났으며, 10일 이후부터 인의 용출이 활발한 것으로 나타났다. TP의 경우 용출량의 42.1~63.1%가 DTP의 형태, -68.4~13.6% 정도가 인산염(PO₄-P)의 형태로 용출되었다. 퇴적토내 TP와 용출된 TP 구성 성분의 합을 비교하면, 일부 오차가 발생하였다. 이러한 결과는 퇴적토 내 TP의 일부가 입자성 인으로 존재하여 상등액으로 용출되지 않기 때문으로 판단된다. TN 용출량의 경우 용출량의 94.0~128.2%가 암모니아성 질소의 형태로 용출되는 것으로 나타났으며, 비교적 다량의 용출량이 상등액으로 확산되는 것으로 조사되었다. 또한 채취된 퇴적토 내 오염물질 함량이 높을수록 상등수로의 용출량이 높으며, 무산소 및 호기 조건과 무관하게 용출되는 것으로 나타났다. 용출과정을 통해 수체로 재방출되는 성분은 그 형태에 따라 1차 생산자 성장에 필요한 영양분으로 활용될 개연성이 높다. 따라서 담수호의 녹조 발생 억제 등 수질관리를 위해서는 퇴적토 내 오염물질 제거 또는 용출 억제 방안 등에 대한 대책 마련이 필요할 것으로 사료된다.

해수유통 중인 간척담수호 화성호에서 식물플랑크톤의 군집과 적응전략에 대한 수문학적 영향

송태윤 ( Tae Yoon Song ),유만호 ( Man Ho Yoo ),이인호 ( In Ho Lee ),강의태 ( Eue Tae Kang ),김미옥 ( Mi Ok Kim ),최중기 ( Joong Ki Choi ) 한국하천호수학회 2014 생태와 환경 Vol.47 No.2

A survey was carried out to understand the influence of hydrology on the composition, abundance and adaptive strategies of phytoplankton in artificial Lake Hwaseong, an estuarine reservoir with seawater exchange through a sluice. Samples were collected seven times from May to October 2012. Hydrological events (seawater exchange, rainfall) resulted in a wide variation in salinity along with nutrients and turbidity. Shifts in the dominant phytoplankton composition occurred on every survey. Chlorophyll-a ranged from 9.7 to 104.1 μg L-1. Multivariate analysis allowed us to identify the four phases on phytoplankton community change. Phase I (May~June) was characterized by small-sized Gymnodinium sp. and Heterosigma akashiwo dominated in warm temperature and high salinity derived from seawater exchange, and followed by Cylindrotheca closterium blooms due to rainfall and winds during phase II (July and September). During phase III (August), the dominance of Oscillatoria spp. was correlated with high temperature and low salinity. Abundant cryptomonads were associated with lower temperature during phase IV (October). Adaptive strategies were identified in the phytoplankton as morphological and physiological characteristics. These strategies identified small-sized flagellates as CR-strategists, fast-growing opportunistic species, which might favor the weak stratification of lake due to the seawater exchange during phase I and IV. Dominant species during phase II and III were characterized with R-strategists, medium-sized stress-tolerant species, which might favor turbulence by river flow. The results indicate that stronger stratification following the termination of seawater exchange for the freshening might intensify the predominance of smaller flagellates. In conclusion, this study suggests that hydrology may drive phytoplankton community change and blooms through the controls of salinity, turbulence and nutrients.

다변량 통계분석을 이용한 국내 15개 대규모 담수호의 수질 분석 및 Chl-a 예측

이동휘(Dong Hwi Lee),강의태(Eue Tae Kang),주진철(Jin Chul Joo),고현우(Hyeon Woo Go),안채민(Chae Min Ahn),배용현(Yong Hyeon Bae),송광덕(Kwang Duck Song) 대한환경공학회 2022 대한환경공학회지 Vol.44 No.12

주택단지화된 농촌마을의 하수발생특성

김형중 ( Kim Hyung Joong ),김호일 ( Kim Ho Il ),김희수 ( Kim Hee Soo ),강의태 ( Kang Eue Tae ) 한국농공학회 2008 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2008 No.-

Attempts have been made to provide baseline data of wastewater quantity and quality in collective housing areas in rural village. The results of the study will be used to establish optimized wastewater treatment facilities in rural areas. Investigating measurements were carried out for five residental areas to quantify the unit loading factors of various pollutants. T he sewage discharge from the residential areas was sampled three days a week at five sites and during four seasons. The average unit sewage flow rate was 190 ℓ/capita/day, and the average unit pollutant loading for BOD₅, COD_Mn, SS, T-N, T-P were computed to be 36.9, 19.7, 19.6, 9.25, 0.86 g/capita/day, respectively.

2012년 농업용수 수질측정망조사 결과 분석

이인호 ( In Ho Lee ),이종택 ( Jong Taek Lee ),장규상 ( Kyu Sang Jang ),엄한용 ( Han Yong Um ),강의태 ( Eue Tae Kang ) 한국환경농학회 2013 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2013 No.-

농업용수 수질측정망조사는 전국의 주요 농업용 저수지를 대상으로 매년 4회 정기적으로 실시하는 조사이다. 조사내용은 대상 유역의 오염원과 환경기초시설현황, COD T-N, T-P 등 주요 수질항목들이다. 조사결과는 현재의 수질현황 파악과 향후 수질관리 정책 수립, 수질개선사업의 기초자료로 활용되고 있다. 2012년 봄철 장기가뭄, 여름철 이상고온, 3개 태풍 연속상륙 등 이상기후가 빈번해지면서 농업용수 관리기준인 호소 수질기준 Ⅳ등급(농업용수 관리기준)을 초과한 시설은 16.7%로 전년대비 2.9%가 증가 하였으며 평균 COD농도는 5.6 mg/l로 조사되었다. 지역별 수질현황은 대전과 충남지역이 평균 COD 7.4 mg/l, Ⅳ등급 초과시설이 34.9%로 가장 높았다. 반면에 수질이 가장 좋은 지역은 강원지역으로 평균 COD 3.7 mg/l로 조사되었다. 권역별 호소 Ⅳ등급 수질기준 초과율은 금강권역이 21.2%로 가장 높았으며 한강(17.6%), 낙동강(17.4%)순으로 나타났다. 권역별 평균 COD는 금강권역 6.4 mg/l, 영산 강권역 5.8 mg/l, 낙동강권역이 5.7mg/l로 농업용수 관리기준 이하의 수질을 보였다. 조사시기별 수질현황은 2분기(4∼6월)가 가장 나빴으며 원인은 장기간에 걸친 봄가뭄, 짧은 장마 이후 고수온과 일조량 증가 등으로 판단된다. 1분기(1∼3월)에 수질이 가장 양호하였으며 이는 낮 은 수온, 외부 오염원 유입량 감소, 안정된 수층 등의 영향으로 나타났다. 측정망시설의 주요 오염 원은 토지계(44.4%), 생활계(27.6%), 축산계(27.5)순으로 나타났다. 최근 10년간 오염원별 변화는 비점오염원인 토지계가 지속적으로 증가하고 생활계가 감소하는 추세를 보이고 있어 농촌비점오염 원 관리의 필요성이 증대되고 있다. 한편, 호소 Ⅳ등급 초과시설인 경우, 주오염원은 축산계 (49.3%)와 생활계(38.4%)로 나타나 보다 적극적인 점오염원 관리가 시급한 실정이다. 저수지의 영양상태는 R.V Vollenweider 방법와 한국형 부영양화지수(TSIKO)에 따라 분류하였다. R.V Vollenweider 방법을 이용한 호소의 영양상태는 중영양이 50.2%, 중부영양 37.8%, 부영양이 7.0%, 빈영양이 4.1%로 나타났다. TSIKO 에 의한 영양상태는 부영양으로 나타났다. 최근 10년간 농업용 저수지의 영양상태도 부영양상태로 조류발생에 취약한 것으로 나타났다. 농식·품부·환경부에서는 호소 Ⅳ등급(COD, T-P기준-삭제(T-N도 고려)) 초과시설에 대해 매년 중점관리 농업용 호소로 지정·관리하여 수질오염 감시 및 방지활동을 위한 다각적인 노력을 하고 있다. 농업용 저수지의 수질관리의 어려운 점은 농촌지역에 위치하여 생활하수를 처리할 수 있는 마을 하수도 부족과 가축분뇨에 대한 관리미흡으로 강우시 농경 비점오염원으로 유입되기 때문이다. 그 결과 호소 Ⅳ등급 초과시설의 주오염원이 생활계와 축산계로 조사되었다. 농업용저수지의 수질개선사업의 효율성을 높이기 위해서는 유입오염원 대책이 우선되어야 한다. 중점관리시설의 주오염원인 축산계 비점오염물질과 생활하수처리를 위한 마을하수도 설치가 우선 되어야 한다. 또한 농업 비점오염물질 저감을 위한 정책 발굴이 적극적으로 고려되어야 한다.

토지이용형태에 따른 농업비점오염원 강우유출수 내 유량가중평균농도의 통계학적 분석 및 고찰

고현우(Hyeon Woo Go),주진철(Jin Chul Joo),이동휘(Dong Hwi Lee),안채민(Chae Min Ahn),최선화(Sun Hwa Choi),강의태(Eue Tae Kang) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회지 Vol.43 No.10

목적: 본 연구에서는 다양한 실험조건 및 토지이용형태에서 조사된 농업비점오염원에서 배출되는 강우유출수를 논, 밭, 고랭지 밭, 비닐하우스로 구분한 후, 각 수질항목에 대한 유량가중평균농도(event mean concentrations, EMCs) 값을 통계학적으로 비교 · 분석하여 정량 · 정성적 특징을 규명해 강우유출수가 유입되는 하천 수질의 기여도 산정 시 보조 자료로 활용하고자 하며, 원단위(unit loads)는 환경부 오염총량기술지침(2019)원단위와 비교하여 산정된 원단위 범위의 신뢰성을 확보하고자 한다. 방법: 다양한 연구에서 조사된 EMCs 및 원단위를 토지이용형태에 따라 논, 밭, 고랭지 밭, 비닐하우스로 분류하였다. 이후 토지이용형태별로 분류된 EMCs와 원단위 데이터를 통계학적으로 비교 · 분석하였다. EMCs 값의 경우, ‘수질인자들의 토지이용형태별 EMCs값은 통계학적으로 유의한 수준에서 다르지 않다’인 귀무가설을 수립하고 통계학적 분석 결과 이분산으로(p< 0.05)으로 조사되어 Welch-test 검정법을 활용하였으며, Games-Howell 방법을 이용하여 사후검정을 실시하였고, 원단위는 환경부 오염총량기술지침(2019)원단위와 비교 · 검토하였다. 결과 및 토의 : 논, 밭, 고랭지 밭, 비닐하우스의 토지이용형태별 모든 수질항목에서 토지이용형태에 따라 다양한 EMCs 값을 나타냈으며, 대부분의 수질항목에서 고랭지 밭 > 밭 > 비닐하우스 > 논 순으로 EMCs 값이 감소하는 경향을 나타냈다. 토지이용형태에 따른 모든 수질항목의 변동계수(CV) 값은 0.5 이상의 높은 값을 나타내는 것으로 조사되었으며, 이러한 결과를 통해 농업비점오염의 경우 여러 자연적, 인위적 요인에 따른 복합적인 작용으로 인해 EMCs 값이 매우 다양하고 편차가 큰 것으로 판단된다. 사후분석 결과, 모든 수질항목에서 각기 다른 통계학적 유의성을 나타내었다. 이는 토지이용형태 뿐만 아니라 계절, 강우량, 선행무강우일수, 강우 유출률 등의 자연적요인과 경작주의 조작형태, 배출경로, 작물의 종류, 퇴비의 양 등의 인위적 요인이 복합적으로 결합되어 강우유출수의 유출특성에 영향을 미치며, 특히 고랭지 밭의 경우 경사도라는 독특한 지형적 특징을 가지고 있어 모든 수질항목에서 다른 토지이용형태와 통계학적으로 유의하게 다른 것으로 도출되었다(p< 0.05) 결론: 논, 밭, 비닐하우스 대비 오염도가 매우 높은 고랭지 밭에 대한 대책이 우선시되어야 한다고 판단되며, 토지이용형태 뿐만 아니라 계절, 강우량, 선행무강우일수, 강우 유출률 등의 자연적 요인과 경작주의 조작형태, 배출경로, 작물의 종류, 퇴비의 양 등의 인위적 요인이 복합적으로 결합되어 강우유출수의 유출특성에 영향을 미치며, 이를 규명하기 위한 추가적인 데이터 확보 및 연구가 필요하다고 판단된다. Objectives : In this study, the characteristics of stormwater runoff from agricultural nonpoint pollution sources investigated under various experimental conditions were evaluated among different land use types (e.g., paddy, field, field (alpine), and vinyl house), and event mean concentrations (EMCs) for each water quality parameter were statistically analyzed. These results can be used in calculating the contribution of stormwater runoff to water quality of receiving water body by performing quantitative and qualitative analysis. The unit loads calculated were compared with Ministry of Environment TMDL (2019) to secure the reliability of the calculated unit loads. Methods : EMCs and unit loads investigated in various studies were classified in terms of paddy, field, field (alpine), and vinyl house. Among various land use types, EMCs and unit loads were statistically analyzed quantitatively and qualitatively. For EMCs, a null hypothesis is that ‘EMCs of water quality parameters among different land use types are not different at a statistically significant level (α=0.05)’. Based on the results of statistical analysis, heteroscedasticity (p<0.05) and Welch-test method were consequently applied, and post hoc test was performed using the Games-Howell method. Finally, unit loads was compared and reviewed against the TMDL (2019) unit loads of the Ministry of Environment. Results and Discussion : Various EMCs in all water quality parameters were found among different land use types (i.e., paddy, field, field (alpine) and vinyl house). For most water quality parameters, EMCs tended to decrease in the order of field (alpine) > field > vinyl house > paddy. The coefficient of variance (CV) values of all water quality parameters were 0.5 or greater. Based on these results, EMCs in agricultural nonpoint source pollution are very diverse and deviated due to the combination of natural and artificial factors. Post hoc test results indicated different statistical significance among all water quality parameters. In addition to the land use types, both natural factors (i.e., season, rainfall, antecedent rainfall day, and, rainfall runoff rate) and artificial factors (i.e., cultivator manipulation, emission route, type of crop, and amount of compost) affect the characteristics of stormwater runoff. In particular, in the case of field (alpine) with prominent topographical feature of slope, and EMCs were statistically greater than those from other land use types in all water quality categories (p<0.05). Conclusions : Countermeasures for field (alpine)with greater EMCs than paddy, field and vinyl house, should be performed priority. EMCs were affected by a complex interaction between natural factors (i.e., season, rainfall, antecedent rainfall day, and, rainfall runoff rate) and artificial factors (i.e., cultivator manipulation, emission route, type of crop, and amount of compost), and additional data and research are required for further study to elucidate these complex interactions.