Journal of Korean Society of Agricultural Engineers. 2024. 71–81
https://doi.org/10.5389/KSAE.2024.66.6.071

ABSTRACT


MAIN

Ⅰ. 서 론

우리나라는 1994년부터 조류발생의 빈도가 증가함에 따라, 유해녹조로부터 먹는 물의 안정성을 확보하기 위해서 1998년부터 주요 상수원수로 사용하고 있는 호소를 대상으로 “조류경보제”를 실시하여 왔다. 또한 2006년 이후에는 지방자치단체가 관리하는 호소를 포함하여 전국 22개의 호소로 확대하여 현재까지 이들 호소를 대상으로 “조류경보제”를 실행하고 있다 (Han et al., 2014). 녹조 발생에 영향을 미치는 요인은 물리적 요인, 화학적 요인, 생물학적 요인 및 기후 변화 요인으로 구분되며, 물리적 요인 중 가장 중요한 것은 수온, 체류시간, 광량으로 알려져 있다 (Dai et al., 2016; Kim et al., 2019). 화학적 요인 중 가장 중요한 것은 인 (phosphorus)과 질소 (nitrogen)와 같은 영양염류의 농도이다 (Kotak et al., 2000; Orihel et al., 2012; Newell et al., 2019; Chang et al., 2020; Jeon et al., 2022).

클로로필-a (Chl-a)는 조류예보를 위한 녹조류 발생을 판단하는 지표로 이용되고 있다. Chl-a는 수생 생태계의 건강과 동태를 이해하기 위해 다양한 수질 항목과 함께 분석되는 경우가 많으며, 영양염류 (질소(N)와 인(P)), 물리적 매개변수 (온도, 투명도, 탁도 등), 화학적 매개변수 (용존산소 (DO), pH, 전도도 등), 생물학적 지표 등과의 상관관계를 가질 수 있다. 클로로필 농도는 계절과 수온에 따라 달라지고 상관관계 역시 달라진다. Chl-a와 수질 항목 간의 상관관계 분석 연구 사례를 살펴보면, 호소에서의 영양염류와 Chl-a의 관계에 대한 연구에서는 총인 (TP)과 Chl-a 농도 간에 강한 양의 상관관계가 발견되었으며, 이는 인이 호소에서 조류 성장의 제한 요소임을 나타낸다. 질소 (N) 역시 양의 상관관계를 보였으나, 인에 비해 상관관계가 약한 것으로 분석되었다 (Jones and Bachmann, 1976). 또한 Çamdevýren et al. (2005)의 연구에서는 터키의 Camlidere 저수지를 대상으로 한 연구에서 Chl-a가 온도와 음의 상관관계, TP와 약한 음의 상관관계 (-0.582), BOD 및 COD와 각각 0.699, 0.43의 양의 상관관계를 나타낸다고 보고하였다. Wang et al. (2024)는 중국의 Zhanjiang Bay의 Chl-a 농도와 수질 항목들 간의 관계를 분석한 결과, Chl-a 농도는 계절에 따라 변하며 여름에 가장 높은 농도를 보였으며 봄철과 여름철에는 PO4-P와는 음의 상관관계를 보였다. Chl-a 분포에 영향을 미치는 주요 요인은 계절마다 다르며 영양물질의 이동, 기후 조건, 수리적 조건 등 다양한 요인에 의해 영향을 받는다고 분석하였다.

국내의 연구를 살펴보면, Jung and Kim (2017)은 낙동강 중하류 보 구간의 수질특성분석 연구에서 Chl-a와 수질인자의 상관관계를 분석한 결과, Chl-a와 대부분의 수질인자와 유의한 상관관계를 보였고, 각 연도별 하절기인 6월부터 9월까지는 PO4-P와 NH3-N와의 상관성이 크게 증가하였으며 비교적 적은 강수량과 높은 조류발생량이 기록된 2015년 하절기에는 모든 지점에서 PO4-P와의 상관성이 증가하여 하절기에 인의 영향이 큰 것으로 분석하였다.

Lim et al. (2015)은 1998년부터 2008년까지 낙동강 물금지점의 수질, 수리 및 기상 인자를 통해 조류발생의 주요 영향인자를 평가하고 chlorophyll-a (chl-a) 예측 모델을 도출하였으며, 예측 모형 도출 결과 BOD, DO 및 PO4-P 세 가지 인자가 주요한 역할을 한 것으로 보고하였다. 또한, 11년간 월 평균 Chl-a 농도를 평가한 결과, 겨울철이 103.39 mg/m³로 가장 높았으며, 봄철 59.51 mg/m³, 여름철 26.26 mg/m³, 가을철 33.27 mg/m³로 계절별 농도 차이가 뚜렷했으며, Pearson 상관계수 분석 결과, 수온, pH, DO, BOD, COD, T-N, NO3-N, PO4-P, 유량, 수심, 일사가 Chl-a 농도와 유의한 상관관계를 보였고, 특히 BOD, DO, 수온, pH, COD, PO4-P가 높은 상관관계를 나타냈다. Park and Cha (2013)의 연구에 따르면, 합천댐 상류수계인 황강A 단위유역의 황강본류 3개 지점과 지류 11개 지점을 대상으로 2007년부터 2010년까지의 수질자료를 이용하여 Chl-a와 주요수질 항목과의 상관관계를 분석한 결과, Chl-a와 수온과의 상관성은 아주 낮았으며, Chl-a와 유기물질을 나타내는 BOD5, CODMn, SS와의 상관계수는 다소 높은 것으로 나타났으며, Chl-a와 영양염류인 T-N과 T-P와의 상관성은 대체로 낮은 것으로 조사되었다. Song et al. (2012)은 영산강의 본류를 중심으로 9개 지점을 대상으로 2001년부터 2009년까지의 Chl-a 자료를 분석한 결과, 조류 발생의 경향은 COD와 같은 수질항목의 장기적 경향과 유사한 형태를 보이고 있으며 상관성분석에서 Chl-a와 COD는 유의한 양의 상관성을 보여주었으며, BOD와도 유의한 양의 상관성을 나타냈으며, 강수량, 방류량, 수온, 일조시간 등의 환경인자들과도 낮은 상관성을 나타낸 것으로 보고하였다. Yoon (2012)은 주암호를 대상으로 2011년부터 2012년까지의 2년간의 자료를 토대로 계절별 수질인자의 특성을 비교한 결과 주암호 1지점은 4계절 모두 Chl-a가 COD와 BOD에 가장 많은 영향을 받았으며, 주암호 2는 봄과 겨울에 Chl-a에 영향을 받았고, 주암호 3의 경우는 봄, 가을, 겨울에 COD, SS, BOD가 반복적으로 Chl-a와 높은 상관관계를 보여주고 있어 지배되는 경향을 보였다고 보고하였다.

이와 같이, Chl-a 농도와 다양한 수질 인자 간의 상관관계를 이해하는 것은 수질 관리 및 녹조 현상 예측에 필수적이다. 최근 기후 변화와 영양염류 오염의 증가로 인해 녹조 현상이 빈번히 발생하고 있으며, 특히 남조류 독소가 수체와 음용수에 미치는 영향에 대한 우려가 커지고 있다. 남강댐과 인접 하류 지역은 주요 상수원으로, 이 지역에서 녹조가 발생하면 수질 안전성에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 또한, 국내외 여러 연구에서 Chl-a와 특정 수질 인자 간의 상관관계가 지역별로 다르며, 계절과 환경 요인에 따라 큰 차이가 있는 것으로 보고되고 있다. 이러한 이유로 남강댐 유역의 녹조 문제에 대한 구체적이고 장기적인 수질 데이터를 통한 분석이 요구되고 있다.

따라서 본 연구는 2007년부터 2023년까지의 남강댐 수질 관측 자료를 바탕으로 Chl-a 농도와 주요 수질 인자간 상관관계를 분석하고 남강 유역 23개 지점의 자료로부터 Chl-a 공간 분포 특성을 분석하고자 한다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 대상지구

남강은 낙동강의 제1지류로 낙동강유역 남서쪽에 위치한 유역으로 남강댐을 경계로 상류는 남강댐 유역, 하류는 남강유역으로 구분된다. 남강댐 유역의 유역면적은 약 2,281.72 km2, 유역평균고도 427.60 m, 유역평균경사는 41.77 %이다. 남강 유역은 남강의 중하류를 포함하며, 남해로 흘러들어가는 남강의 본류를 따라 형성된 지역이다. 남강 유역은 낙동강의 지류 중 하나로, 유역면적은 약 1,185.08 km2, 유역평균고도 111.87 m, 유역평균경사는 35.44 %이다. 다음의 Fig. 1은 남강댐 유역과 남강 유역의 경계와 유역내에 위치한 23개 주요 수질관측지점을 보여주고 있다. 본 연구에서는 남강댐과 남강 유역의 수질관측소 중 Chl-a의 자료기간이 상대적으로 길고 결측값이 적은 23개 지점을 선정하였으며, Table 1에서 각 지점별 위치와 자료기간을 보여주고 있다. 환경부의 물환경정보시스템 (https://water.nier.go.kr/web)의 자료를 이용하여 23개 지점에 대한 Chl-a, 수온, 영양물질 (TN, TP), TOC, COD, BOD 등의 수질항목별 월자료를 수집하였다.

Table 1

Water quality monitoring stations information for Chl-a in study watershed

WatershedStation nameStation numberObservation starting date for Chl-aLatitudeLongitude
Namgang DamNamgangcheon2018A052007-0135°37'44.9"127°48'48.9"
Namgang DamHamyang Wicheon 12018A102007-0135°30'53.28"127°43'45.84"
Namgang DamHamyang Wicheon 22018A152007-0135°30'53.3"127°46'54.5"
Namgang DamRimcheon 12018A202007-0135°26'46.4"127°36'28.9"
Namgang DamRimcheon 22018A252007-0135°25'3.5"127°38'15.8"
Namgang DamImcheon2018A292012-0535°27'52"127°47'33.9"
Namgang DamGyeonghogang 12018A352007-0135°29'23.4"127°49'47.3"
Namgang DamYangchan 22018A402007-0135°17'45.8"127°58'53.7"
Namgang DamGyeonghogang 22018A452007-0135°16'56.4"127°57'40.4"
Namgang DamDeokcheongang 12018A502007-0135°16'36.72"127°50'9.91"
Namgang DamDeokcheongang 22018A552007-0135°15'48.8"127°53'44.5"
Namgang DamNamgangDam 12018B302007-0135°16'8"128°03'16.39"
Namgang DamNamgangDam 22018B202007-0135°15'48.89"127°98'75.28"
Namgang DamNamgangDam 32018B102007-0135°20'66.94"127°97'73.33"
NamgangNamgang 22019A102007-0135°10'44.95"128°5'58.38"
NamgangNamgang 32019A301997-0235°12'45.48"128°7'39.26"
NamgangNamgang 52019A402004-0335°18'47.6"128°17'44.6"
NamgangNamgang 62019A752004-0335°21'42.6"128°24'55.8"
NamgangNamgang 72019A802007-0135°23'23.28"128°25'49.1"
NamgangYeongcheongang 22019A202007-0135°9'47.52"128°9'21.24"
NamgangUiryeongcheon2019A502004-0435°18'57.1"128°17'1.96"
NamgangHamancheon 12019A602004-0235°15'18.9"128°25'31.8"
NamgangHamancheon 22019A702004-0235°19'50.9"128°24'2.9"
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Fig. 1

Water quality monitoring stations in Namgang-Dam and Namgang watershed

2. Pearson 상관계수 방법을 이용한 상관분석

Pearson 상관계수는 두 변수 간의 선형 상관관계를 측정하는 방법으로, -1에서 1 사이의 값을 가진다. 1에 가까울수록 강한 양의 상관관계를, -1에 가까울수록 강한 음의 상관관계를 의미한다. Pearson 상관계수는 다음의 식 (1)과 같다.

(1)
r=XX¯Y-Y¯XX¯2Y-Y¯2

여기서, 𝑟은 Pearson 상관계수이며, 𝑋와 𝑌는 상관관계를 분석하고자 하는 두 변수의 값이다. Xˉ와 Yˉ는 각각 변수 𝑋와 𝑌의 평균값을 나타낸다. 상관계수를 구하는 과정은 먼저 각 변수의 평균값 (Xˉ와 Yˉ)을 계산한 후, 각 데이터 점에서 해당 변수의 평균값을 뺀 편차를 구하고, 두 변수 간의 편차를 곱한 값을 계산하여 이를 합산한다. 또한, 각 변수의 편차 제곱을 구해 합산한 후, 앞서 구한 두 값의 곱의 제곱근으로 나누어 최종적으로 Pearson 상관계수를 도출한다. Jones and Bachmann (1976)에 따르면, Pearson 상관분석은 총인 (TP)과 Chl-a 같은 수질 항목 간의 관계를 이해하는 데 널리 사용된다.

3. 평균 연결법을 이용한 군집분석

본 연구에서는 남강댐 유역의 Chl-a의 공간적 상관관계를 분석하기 위해 평균 연결법 (Average Linkage Method)을 적용한 군집 분석을 수행하였다. 평균 연결법은 각 샘플 간의 거리를 계산한 후, 두 클러스터 간의 평균 거리를 기준으로 새로운 클러스터를 형성하는 방법이다. 본 연구에서는 각 샘플 간 거리를 산출하기 위해 유클리드 거리 (Euclidean Distance)를 사용하였다. 유클리드 거리는 두 지점 간의 거리를 계산하는 가장 일반적인 방법 중 하나로, 두 점 사이의 직선 거리를 나타낸다. 유클리드 거리는 다음의 식 (2)을 통해 계산되었다.

(2)
di,j=k=1pxik-xjk2

여기서, 𝑑(𝑖,𝑗 )는 두 샘플 𝑖와 𝑗간의 유클리드 거리이며, 𝑥𝑖𝑘와 𝑥𝑗𝑘는 각 샘플의 k번째 변수 (수질 인자)의 값이다. 이를 통해 각 샘플 간의 거리를 계산한 후, 평균 연결법을 적용하여 군집을 형성하였다. 두 클러스터 간의 평균 거리는 아래의 식 (3)에 따라 계산되었다.

(3)
DA,B=1ABaAbBda,b

여기서, 𝐷(𝐴,𝐵)는 클러스터 𝐴와 𝐵간의 평균 거리이며, ∣𝐴∣와 ∣𝐵∣는 각각 클러스터 𝐴와 𝐵에 속한 샘플의 수를 의미한다. 𝑑(𝑎,𝑏)는 클러스터 𝐴와 𝐵에 속한 두 샘플 𝑎와 𝑏간의 유클리드 거리를 나타낸다. 이와 같은 방식으로 군집 분석이 수행되며, 덴드로그램을 통해 각 샘플이 어떻게 그룹화되었는지 시각적으로 확인할 수 있다. 연구에 따르면, 이 방법은 수질 데이터와 같은 다차원 데이터를 분석할 때 효과적이며, 각 샘플 간의 유사성을 시각적으로 이해하는 데 유용하다 (Park and Cha, 2013).

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 남강댐 지점 Chl-a와 수온간 시간적 변화

남강댐은 서부경남의 식수원으로 이용되고 있는 진양호에 위치하고 있으며, 최근 진양호의 녹조발생으로 인해 식수원에 대한 우려가 증가하고 있다. 진양호에 위치한 수질관측지점인 남강댐 1, 2, 3 지점에 대해 녹조발생의 원인이 되는 Chl-a의 시간에 따른 농도변화를 살펴보았다. 다음의 Fig. 2는 2007년부터 2023년까지의 Chl-a의 농도변화를 수온과 함께 보여주고 있다. 여름철에는 수온이 상승함에 따라 Chl-a 농도도 함께 증가하는 경향을 보였으며, 이는 식물성 플랑크톤의 활성이 수온에 의해 촉진된 결과로 해석된다. 특히, 2009년, 2010년, 2016년, 2017년에 여름철에는 Chl-a 농도가 급격히 상승하였다. 반면, 겨울철에는 수온이 낮아지면서 Chl-a 농도의 증가가 둔화되는 경향이 나타났다. 이는 수온이 낮을 때 플랑크톤의 활동이 제한되어 Chl-a 농도의 변화가 크게 나타나지 않는 것을 의미한다. 그러나 2019년 이후부터는 여름철에는 수온이 높았음에도 불구하고 Chl-a 농도가 상대적으로 낮게 유지되었다.

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Fig. 2

Temporal changes in water temperature and Chlorophyll-a concentration at Namgang Dam stations from 2007 to 2023

2. 남강댐 지점 Chl-a와 수질항목간 상관관계 분석

남강댐 지점의 Chl-a와 수질항목간의 상관관계를 분석하기 위해 2012년부터 2023년까지의 자료를 이용하였다. 남강댐 1, 2, 3지점의 Chl-a 농도와 수질 인자간의 상관분석 결과는 다음의 Tables 2, 3, 4와 같다. 남강댐 1지점에서 Chl-a와 주요 수질 인자들 간의 상관관계를 보여준다. 분석 결과, Chl-a는 TOC (0.300), TP (0.302), BOD (0.272)와 양의 상관관계를 나타내었으며, 이는 해당 인자들이 지점에서 식물성 플랑크톤의 생장에 중요한 역할을 할 가능성이 있음을 시사한다. 특히, TOC와 Chl-a 간의 강한 상관관계는 유기물이 Chl-a 농도에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다. 수온 (0.309) 역시 Chl-a와 비교적 높은 상관관계를 보였으며, 이는 수온이 상승할수록 Chl-a 농도가 증가하는 경향과 일치한다. 남강댐 2지점의 경우 수온 (0.273), COD (0.229), TP (0.379), TOC (0.295)가 Chl-a 농도와 양의 상관관계를 나타낸다. 특히 TOC와 TP는 유의미한 상관관계를 보여주며 중요한 영향을 미친다는 것을 시사한다. 남강댐 3지점의 경우 Chl-a 농도는 COD (0.265)와 유의미한 양의 상관관계를 보였으며, 이는 유기물 분해 과정에서 발생하는 물질이 식물플랑크톤 성장에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 또한 TOC (0.304)와도 유의미한 상관관계를 나타내어, 총 유기 탄소가 Chl-a 농도에 영향을 주는 주요 요인 중 하나임을 알 수 있다. TP (0.277)와 Chl-a 간에는 중등도의 상관관계가 관찰되었다. 수온 (0.302)과 Chl-a 간의 상관관계는 여전히 유의미하지만, COD나 TOC와 비교했을 때 그 영향은 상대적으로 적었다. 기존의 국내 연구사례에서는 Chl-a와 수온, TP, TN, BOD, COD, SS 등 다양한 수질인자와 상관성이 있는 것으로 보고되었으며, 유역의 특성, 오염원, 기후조건, 수체의 조건 등 다양한 요인에 따라 상관성이 달라질 수 있다.

Table 2

Correlation between Chl-a and other water quality parameters in Namgang Dam 1 station

Water temp.DOBODCODSSTNTPTOCChl-a
Water temp.1
DO-0.736**1
BOD 0.234-0.3081
COD 0.541**-0.415*0.2911
SS 0.397-0.1430.1210.3001
TN-0.326 0.2540.0440.042-0.0561
TP 0.410*-0.2590.1400.399* 0.677** 0.0131
TOC 0.567-0.494**0.406*0.742** 0.333-0.0430.3461
Chl-a 0.309-0.1860.2720.240 0.166 0.0400.3020.3001
* p<0.05, ** p<0.01
Table 3

Correlation between Chl-a and other water quality parameters in Namgang Dam 2 station

Water temp.DOBODCODSSTNTPTOCChl-a
Water temp.1
DO-0.721**1
BOD 0.267-0.3121
COD 0.530**-0.411*0.3181
SS 0.337-0.1640.114 0.2351
TN-0.409* 0.2380.088-0.062-0.1631
TP 0.355*-0.2640.200 0.301 0.524**-0.0421
TOC 0.481**-0.461**0.451* 0.710** 0.272-0.0740.1881
Chl-a 0.273-0.1920.305* 0.229 0.150-0.0220.379**0.2951
* p<0.05, ** p<0.01
Table 4

Correlation between Chl-a and other water quality parameters in Namgang Dam 3 station

Water temp.DOBODCODSSTNTPTOCChl-a
Water temp.1
DO-0.756**1
BOD 0.312*-0.3181
COD 0.592**-0.475**0.412*1
SS 0.320-0.2000.277 0.375*1
TN-0.384* 0.2740.089-0.0270.0231
TP 0.405*-0.2570.249 0.393*0.444*-0.0331
TOC 0.610**-0.535**0.444* 0.788**0.332-0.1380.3911
Chl-a 0.302*-0.1900.416* 0.2650.140 0.0370.2770.304*1
* p<0.05, ** p<0.01

세 지점 모두 Chl-a와 DO (-0.186, -0.192, -0.190) 간의 음의 상관관계가 공통적으로 나타났다. 반면, TOC와 COD는 세 지점에서 모두 Chl-a와 양의 상관관계를 보였는데, 이는 유기물과 관련된 인자들이 조류 성장을 유도하는 주요 요인임을 나타낸다. 특히, TP와 Chl-a 간의 상관관계는 지점별로 차이를 보였으나, 총인이 남강댐 지역에서 조류 성장에 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있다. 따라서 남강댐 1, 2, 3지점에서의 분석 결과를 종합하면, 유기물과 영양염류의 농도가 높을수록 조류 성장이 촉진되며, DO는 조류 성장을 억제하는 주요 인자로 작용하고 있음을 알 수 있다. 이를 통해 남강댐과 인접 구간의 수질 관리에서 DO, TOC, TP와 같은 인자들의 지속적인 관리가 필수적임을 확인할 수 있다.

다음의 Fig. 3은 남강댐 1지점에 대해 Chl-a와 비교적 높은 상관관계를 보인 COD와 TP값을 그래프로 나타냈으며, TOC는 COD와 유사한 경향을 보여 그래프에서는 생략하였다. 남강댐 2, 3지점 또한 남강댐 1지점과 유사한 경향을 보였다.

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Fig. 3

Time series data of Chl-a and other water quality parameters at Namgang Dam 1 station

3. 남강댐 지점 상⋅하류의 Chl-a 농도 분포 및 군집분석

남강댐과 상⋅하류 지점의 Chl-a의 공간 분포를 살펴보기 위해 2007년부터 2023년까지의 Chl-a 농도의 평균치를 계산하여 도시하였다 (Fig. 4). 남강댐 상류 지점의 농도가 상대적으로 낮게 나타났으며 남강댐 하류로 갈수록 상대적으로 매우 높은 농도를 보였다. Fig. 5는 box plot을 이용하여 남강댐 상하류 23개 지점의 Chl-a를 비교한 결과를 보여주고 있다. Fig. 4의 결과와 마찬가지로 상류 지점에서는 Chl-a 농도가 전반적으로 낮고 일정하게 분포하는 반면, 하류 지점에서는 Chl-a 농도가 급격히 증가하는 양상이 관찰되었다. 남강댐 하류 지점에서의 Chl-a 농도가 높은 이유를 찾기 위해 TN과 TP에 대한 box plot을 그려 변화양상을 살펴보았다 (Figs. 6, 7). 상대적으로 하류지점의 농도가 높게 나타났으며, 상류에서는 함양위천 2지점과 람천 1지점의 영양염류가 높게 나타났다. 상⋅하류의 Chl-a 농도변화에 대한 보다 면밀한 분석을 위해서는 오염원의 분포와 유량, 유속 등 다양한 원인 인자에 대한 조사가 필요할 것으로 생각된다.

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Fig. 4

Spatial variation of Chl-a concentration in Namgang Dam and Namgang watersheds

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Fig. 5

Chl-a box plot comparison between upstream and downstream stations of Namgang Dam

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Fig. 6

TN box plot comparison between upstream and downstream stations of Namgang Dam

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Fig. 7

TP box plot comparison between upstream and downstream stations of Namgang Dam

다음의 Fig. 8은 남강댐과 남강유역의 23개 지점에 대한 군집분석 결과를 보여주고 있다. 덴드로그램 분석 결과 덕천강 1과 덕천강 2, 남강 2와 남강 3은 각각 유사한 Chl-a 농도 패턴을 보이며 근접한 군집을 형성하였다. 이는 해당 지점들이 유사한 환경 조건이나 오염원에 노출되어 있음을 시사하며, 덕천강과 남강 지점들은 동일한 수계 내에서 지리적, 환경적 요인이 Chl-a 농도의 유사성에 기여했음을 나타낸다. 반면, 경호강 1은 다른 지점들과 독립적인 군집을 형성하였다. 이는 경호강 1의 수질 특성이 다른 지점들과 차별화되어 있음을 의미하며, 이 지점이 다른 수질 인자나 오염원 분포의 영향을 받았을 가능성이 높다.

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Fig. 8

Cluster dendrogram of Chl-a concentrations for study watershed

Ⅳ. 요약 및 결론

남강댐은 서부경남의 주요 상수원으로 최근 기후 변화와 영양염류 오염의 증가로 인해 녹조 현상이 빈번히 발생하고 있다. Chl-a는 조류예보의 기준이 되는 지표로 이용되고 있으며, 기존 연구결과를 살펴보면 Chl-a와 수질 인자 간의 상관관계가 지역별로 다르며, 계절과 환경 요인에 따라 큰 차이가 있다. 남강댐 유역의 녹조 문제를 해결하기 위해서는 남강댐 유역의 녹조발생 원인을 분석하고 이에 대한 대책을 마련하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 남강댐 유역과 하류에 위치한 남강 유역의 수질 관측지점에서 수집된 2007년부터 2023년까지의 자료를 바탕으로, Chl-a 농도와 수온, 영양염류 (TN, TP), TOC, COD, BOD 등 다양한 수질 인자 간의 상관관계를 분석하고 Chl-a의 공간분포를 분석하였다. 남감댐 3개 지점의 자료를 이용하여 수질항목간 상관관계를 분석하여 서부경남의 식수원이 되는 진양호의 녹조원인을 분석하는 자료를 제공하였으며, 대상유역의 23개 수질측정 지점의 자료를 이용하여 남강댐과 남강유역에 대한 공간적인 Chl-a의 특성을 파악하였다.

대상유역에 대한 Chl-a 농도를 분석한 결과 Chl-a 농도는 수온과 영양염류 농도의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 특히, 여름철 수온이 상승할 때 Chl-a 농도가 급격히 증가하는 경향을 보였으며, 이는 수온이 식물성 플랑크톤의 생장을 촉진하는 주요 요인임을 시사한다. TOC와 TP는 Chl-a 농도와 높은 양의 상관관계를 보였으며, 이는 유기물과 인이 플랑크톤의 성장을 제한하는 주요 요소임을 나타낸다. TP (총인)과 Chl-a는 높은 상관성을 보여 남강댐 유역의 녹조관리를 위해 총인에 대한 오염원 관리가 필요함을 시시한다. 반면, DO (용존산소)는 Chl-a와 음의 상관관계를 보였는데, 이는 조류 성장이 진행됨에 따라 용존산소 농도가 감소하는 경향을 나타내며, 결과적으로 수생 생태계의 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 이러한 결과를 토대로 남강댐 유역의 녹조관리를 위해서는 TOC와 TP에 대한 오염원의 관리가 중요하며, 기후 변화에 따른 수온상승에 대한 대책이 필요함을 시사한다.

남강댐과 인접 하류 구간의 Chl-a 농도의 공간적 분포를 분석한 결과, 남강댐 상류 지점에서는 Chl-a 농도가 상대적으로 낮게 나타났으며, 하류로 갈수록 Chl-a 농도가 급격히 증가하는 경향을 보였다. 상류에서 하류로 갈수록 농도가 증가하는 이유를 파악하기 위해 구간별 오염원과 하수처리수 유입 등 오염원에 대한 분석이 필요하다. 덴드로그램 분석을 통해 덕천강과 남강의 일부 지점들은 유사한 Chl-a 농도 패턴을 보이며 근접한 군집을 형성하였다. 반면, 경호강 1지점은 다른 지점들과 독립적인 군집을 형성하였는데, 이는 경호강 1의 수질 특성이 다른 지점들과 차별화되어 있음을 보여준다. 이러한 공간적 분포 분석은 남강댐 유역의 녹조 발생 가능성을 예측하고, 지역별 맞춤형 수질 관리 방안을 수립하는 데 기초 자료를 제공할 수 있을 것이다. 이와 같은 군집분석을 통해 지류, 지천별 Chl-a의 패턴을 파악하여 추후 오염원의 관리를 통한 녹조방지대책을 마련할 수 있을 것으로 생각된다.

본 연구에서는 남강댐 및 인접 하류 구간에서 Chl-a 농도와 수질 인자 간의 상관관계를 규명함으로써, 해당 지역의 수질 관리를 위한 기초 자료를 제공하였다. Chl-a 농도 변화의 시공간적 특성을 파악한 결과, 수온과 영양염류, 특히 인이 조류 성장의 주요 요인임을 확인하였으며, 이를 바탕으로 남강댐 유역의 녹조 발생을 예측하고 관리하는 데 중요한 정보를 제공할 수 있을 것이다. 향후 연구에서는 녹조발생에 보다 직접적인 원인이 되는 남조류에 대한 분석과 함께 오염원에 대한 정보를 토대로 수질 인자와 계절적 변화를 고려한 남강댐 유역에 대한 녹조 저감과 방지를 위한 오염원 관리 및 시나리오별 저감대책과 영향 등을 분석할 필요가 있을 것으로 생각된다.

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