낙동강 중류수계의 인공보 내 영양염 물질수지에 관한 연구 = A Study on Nutrient Mass Balance of the Weir Sections in the Middle of Nakdong River Basin

국문 초록 (Abstract)

현재 낙동강 수계는 8개의 보가 완공됨에 따라 체류시간 등의 변화로 폐쇄성 수역의 특성을 갖게 될 것으로 판단되며, 지류하천을 통해 높은 부하량의 오염물질이 유입될 경우 부영양화 발생 등 수질악화가 급속히 진행될 가능성이 있다. 실제로 2012년 보 완공 후 낙동강 수계에서 하절기 부영양화, 녹조현상이 발생하여 이슈가 되었다. 이러한 하천에서의 부영양화 진행은 질소와 인의 큰 영향을 받으며, 영양염류는 도시하수, 생활폐수, 산업폐수 등이 유입되는 외부부하, 하천 내부 환경조건에 의해 발생되는 내부부하 등에 의해 발생한다.
본 연구에서는 낙동강 상류지역의 축산폐수, 농경지 유출수 등 비점오염원의 영향을 받는 강정고령보 수계와 금호강 유입으로 인한 생활폐수, 산업폐수의 영향이 있을 것으로 예상되는 달성보 수계를 대상으로 하여 2013년의 계절별 수질변화를 조사하고, 낙동강 중류수계의 유입 지류하천의 오염부하량을 조사하여 보 구간별 외부오염원의 영향을 조사하였다. 또한 보 내 침전물 조사, 영양염 용출조사를 통하여 내부오염원의 영향을 파악하고 강정고령보와 달성보의 영양염 물질수지를 수립하였다.
낙동강 중류수계의 유기물과 영양염류 오염부하는 달성보 상류에서 유입되는 금호강과 진천천 지류의 유입부하의 영향으로 낙동강 본류의 수질농도가 증가하는 것으로 나타나 낙동강 유역의 수질관리를 위해 낙동강으로 유입되는 지류하천의 수질개선, 관리대책이 필요할 것으로 판단된다. 각 보 내 침전물 조사에서는 SS, 질소, 인 모두 표면층에 비하여 심수층에서 침전농도가 1.5배~2배 정도 높게 나타났으며, 침전율(%/d)은 표면층에서 7.14 %/d~9.76 %/d, 심수층에서 1.68 %/d ~ 2.42 %/d로 다소 낮게 침전되는 것으로 조사되어 심수층의 SS가 쉽게 가라앉지 않고 부유하고 있는 경향을 나타냈다. 각 보의 침전물 용출실험에서는 시간이 지날수록 영양염의 용출농도가 증가하여 나타났으며, 질소의 용출농도가 인의 용출농도에 비하여 다소 높은 농도로 나타났다. 계절별 영향은 7월의 질소와 인의 용출속도가 4월에 비해 2배~3배 높게 조사되어, 수온과 DO농도와 밀접한 관계가 있는 용출 특성에 의해 하계의 높은 수온과 낮은 DO농도의 조건이 용출에 용이 했을 것으로 판단된다.
강정고령보와 달성보의 질소, 인의 물질수지에서는 전반적으로 4월과 7월 표면층과 심수층에서 축적이 발생하는 것으로 조사되었다. 반면 각 보 7월의 질소 물질수지에서는 표면층에서 축적이 감소하는 것으로 조사되었다. 이는 풍수기 7월에 각 보의 높은 방류량의 영향으로 유출부하가 높아 축적이 감소한 것으로 판단된다. 영양염 현존량은 표면층에 비하여 심수층 영양염 현존량이 2배~4배 높게 조사되었으며, 달성보의 비하여 강정고령보에서 높은 저수량으로 인해 영양염 현존량이 다소 높게 조사되었다.
결과적으로 높은 방류량을 나타내는 풍수기 7월의 생산층에서 축적이 감소하는 것으로 나타나 생산층에서의 축적은 보의 방류량 조절, 각 보 구간별 연계방류, 수질 개선 등으로 관리가 가능할 것으로 판단되지만, 영양염 현존량이 높게 나타난 분해층에서의 축적은 지속적으로 발생할 수 있을 것으로 판단되어 좀 더 명확한 물질수지 수립을 위한 수질모델화의 기초자료로 검토하여 낙동강 수계의 수질관리를 위한 자료로서 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, Nakdong river is supposed to make some changes of water quality due to construction of weirs. Especially, the middle of Nakdong river basin flowing through Deagu and Gumi have many industrial complexes and high density of population in this area. Actually, eutrophication and water bloom occurred by longer retention time of water body than that of prior to construction of weirs in the middle of Nakdong river basin. Eutrophication and algal bloom can be caused by nutrients such as nitrogen(N) and phosphorous(P) in the water body.
The purpose of this studies are to investigate water quality changes and to determine mass balance of nitrogen(N) and phosphorous(P) in the middle of Nakdong river, Gangjung-Goryeong Weir and Dalseong weir, in 2013.
Water quality of Dalseong weir section showed a worse level of contamination than that of Gangjung-Goryeong weir section for input loading of nutrients and organic matters from tributaries. Therefore, Nakdong river basin is needed to improve water quality and management of tributaries for the protection of water quality.
For the analysis of sediments near the weirs, sedimentation fluxes of SS, N and P were determined using sediment traps at water depths of 2m and 8m, respectively. Sedimentation fluxes of the hypolimnion represented 2~3 times higher than that of the epilimnion. Sinking rate(%/d) of SS, nitrogen and phosphorous of the hypolimion showed in the range of 1.68 %/d ~ 2.42 %/d. It is implied that the suspended matters seem to be floating in the water body.
In the release experiment of nutrients, The flux released of the T-N and T-P increased with time passes. Cumulative amount of nutrients release in July showed with 3~4 higher than that of in April. The reason was considered that release flux of nutrients is dependant on water temperature and DO concentration. And release of nutrients is easily released in the anaerobic condition and at high water temperature.
With analysis of mass balance for nutrients, the accumulated concentration of nutrients generally increased both the epilimnion and the hypolimnion. Whereas , the accumulated concentration of nitrogen in July decreased in the epilimnion at high outflow of weirs. Standing crop of nutrients in the hypolimnion showed also higher than that of in the epilimnion. And the standing crop of the Ganjung-Goryeong weir represented a higher value than that of Dalseong weir at high water storage.
In conclusion, accumulation of nutrients in the epilimnion is able to be managed by interconnection discharge of weir section and improvement of water quality. However, further management plan should be considered due to the consistent increase in the accumulation of nutrient in the hypolimnion.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 2. 이론적 배경 3
• 2.1 낙동강 현황 3
• 2.2 낙동강의 기온 5
• 2.3 낙동강 강우현황 7
• 2.4 인공보 현황 9
• 2.5 영양염류 12
• 2.5.1 질소(N) 12
• 2.5.2 인(P) 14
• 3. 연구내용 및 방법 16
• 3.1 조사지점 16
• 3.2 시료채취 및 보관 18
• 3.3 실험 및 분석방법 20
• 3.3.1 일반항목 분석 20
• 3.3.2 침전물 조사 21
• 3.3.3 퇴적물 용출실험 22
• 3.3.3.1 실험개요 22
• 3.3.3.2 용출량 도출 24
• 4. 결과 및 고찰 25
• 4.1 낙동강 중류수계의 수질변화 25
• 4.1.1 유량 변화 25
• 4.1.2 유기물의 농도변화 28
• 4.1.2.1 BOD 농도변화 28
• 4.1.2.2 COD 농도변화 30
• 4.1.2.3 TOC 농도변화 31
• 4.1.2.4 SS 농도변화 32
• 4.1.3 영양염류 농도변화 33
• 4.1.3.1 질소(N) 농도변화 33
• 4.1.3.2 인(P) 농도변화 37
• 4.1.4 Chlorophyll-a 농도변화 39
• 4.2 각 보의 상류유입 지점 수질변화 41
• 4.2.1 유기물 수질변화 41
• 4.2.2 영양염류 수질변화 43
• 4.2.3 SS‧Chl-a 수질변화 45
• 4.3 강정고령보‧달성보 내 수질변화 47
• 4.3.1 유기물 수질변화 47
• 4.3.2 영양염류 수질변화 49
• 4.4 수온‧용존산소 변화 51
• 4.4.1 수심별 수온 및 용존산소농도 51
• 4.4.2 수온과 용존산소농도의 상관관계 55
• 4.5 침전물 조사 56
• 4.5.1 침전물 SS농도 함류량 56
• 4.5.2 침전물 영양염류 58
• 4.5.2.1 침전물의 질소농도 함류량 58
• 4.5.2.2 침전물의 인농도 함류량 61
• 4.6 퇴적물 용출조사 64
• 4.6.1 질소 용출변화 64
• 4.6.1.1 총 질소(T-N)의 용출변화 64
• 4.6.1.2 암모니아성 질소(NH4+-N)의 용출변화 66
• 4.6.1.3 질산성 질소(NO3--N)의 용출변화 68
• 4.6.2 인 용출변화 70
• 4.6.2.1 총 인(T-P)의 용출변화 70
• 4.6.2.2 인산염 인(PO4--P)의 용출변화 72
• 4.7 각 보의 영양염 물질수지 74
• 4.7.1 물질수지의 개념 74
• 4.7.2 각 보의 물질수지 파라미터 산정 76
• 4.7.3 각 보의 영양염 물질수지 79
• 4.7.3.1 강정고령보 영양염 물질수지 79
• 4.7.3.2 달성보 영양염 물질수지 82
• 5. 결 론 85
• 참고문헌 87
• Abstract 90