2.2.1. 주요 하천지점 수질 특성분석

분석에 활용된 수질자료는 환경부의 국가 측정망 자료로 서 일반측정지점의 경우 월 1회, 총량지점의 경우 8일 간 격으로 36회/년 측정한 자료이다(Table 1).

수질특성 분석항목은 유기오염 물질로 BOD₅, COD_mn, TOC, 영양염류 항목인 T-N, T-P NO₃-N, NH₄⁺-N, PO₄³-P, 부영양화로 인한 2차 생성물질인 Chl-a, 기타오염물질 특성 분석을 위한 pH, DO, EC, SS, 총대장균군, 분원성대장균군 군 15개 항목으로 2004년~2014년에 수질 측정자료 중 최 대·최소 5% 수질을 제외 연중평균농도변화를 도식화하여 유역별 수질의 변화를 분석하였다.

2.2.2. 비모수적 통계적분석 방법

수질자료는 여러 연구자들에 의해 다양한 통계방법과 수 치모델을 이용한 방법으로 경향분석되었으나 일반적으로 정규분포를 띠지 않기 때문에 수질의 경향은 비모수적인 통계방법을 적용하면 해석의 오차를 줄일 수 있다(^{Hirsch and Slack, 1984}). 이 중 보편적으로 이용되고 있는 맨-캔 달 검정법(Mann-Kendall Test)는 결측치가 경향에 영향을 주지 않으며(^{Kendall, 1975}; ^{Mann, 1945}) 본 연구에 활용될 계절 맨-캔달 검정법은 계절성과 비정규성을 보이는 자료 에 대해 검증력이 높다.

따라서 한강수계 내 단위유역별 수질변화 경향분석을 위 하여 통계적 경향분석 방법인 계절 맨-캔달 검정법(seasonal Mann-Kendall test)을 적용하였다. 이 방법은 상관계수인 캔달의 타우(Kendall's tau)를 구하여 그 유의성을 검증함으 로써 경향성의 유무를 파악하고 이에 수반되는 계절 캔달 기울기 통계량(seasonal Kendall slope estimator)을 구하여 경향의 정도를 판단하는 것이다(^{Gilbert, 1987}; ^{Helsel and Hirsch 1992}; ^{Lee and Park, 2009}). 각 계절에 대해 캔달 검정을 독립적으로 시행한 후, 각 결과들의 가중의 합을 구하여 하나의 경향 분석 결과를 도출해 냄으로써 계절성 을 배제하는 분석법이다(^{Hirsch et al., 1982}).

수질자료의 계절성을 활용하여 계절별 변화경향을 분석 하였다. 계절별 변화의 경향은 월별로 계절을 구분한 계절 맨-캔달 검정법을 활용하였으며 분석방법에 따른 경향성 비교를 위해 맨-캔달 검정법을 이용하여 우리나라의 4계절 기준으로 봄(3~5월), 여름(6월~8월), 가을(9월~11월), 겨울 (12월~2월) 구분하여 산정된 두 결과를 비교하였다.

2.2.3. 하천유량 조건에 따른 수질변화 경향성 분석

수질오염총량관리제도에서 단위유역별 목표수질을 설정 하는 기준유량에 대해서 BOD는 과거 10년 평균저수량을 설정하며, T-P는 과거 10년 평균 저수량 또는 평수량 중 총인의 수질이 악화되는 시기를 기준으로 목표수질을 산정 하여 관리하도록 하고 있다(^{MOE, 2010}). 따라서 단위유역 별 목표수질 설정시 유량시기 조건별 수질경향을 분석하였 다. 유량시기별 수질의 경향분석을 위한 유량자료는 환경부 수질총량측정망에서 8일 간격으로 측정하고 있는 유량자료 를 활용하였으며 하천유량 조건별 수질의 경향 분석방법은 연차별 저·평수기 기준유량 산정시 2개 년도씩 묶어 기준 유량을 산정하고 해당 기간 수질데이터의 중간값을 취해 선형회귀식을 이용하여 경향을 분석하였다.

2.2.4. 유역별 수질변화 특성 분석

계절 맨-캔달 검정법은 연구대상 기간 동안 선형 경향성 을 기본 가정으로 하기 때문에 특정기간내에 변화하는 경 향성을 파악하지 못한다(^{Kim and Park, 2002}). 따라서 이 를 보완하기 위하여 LOWESS(LOcally WEighted Scatter plot Smoother)를 통하여 분석기간 내 경향의 변화를 보이 는 시점을 파악하여 원인을 파악하였다.

또한 단위유역별·수질항목별 변화의 크기를 분석하기 위 하여 계절 캔달 기울기 통계량(Seasonal Kendall Slope estimator) 을 산출하였다.

3.2.1. 유기오염 및 영양염류의 수질 경향성 분석

하천내 대표적인 유기물질 지표인 BOD, COD, TOC와 영 양염류인 T-N, T-P의 수질경향분석은 2004년~2014년까지 8 일 간격으로 측정된 환경부 수질총량측정망 수질데이터를 가지고 계절 맨-캔달 검정법과 맨-캔달 검정을 통해 항목별 계절별 수질변화의 경향성을 분석하였다(Table 2~4).

단위유역별 수질측정항목별 경향성을 분석한 결과, 자료 의 선형 경향성을 기본 가정으로 하는 분석방법의 특성에 따라 증가와 감소가 함께 나타나는 유역, 하천의 수질 오 염도가 낮은 유역은 수질변화 경향을 분석할 수 없는 경우 가 항목별로 빈번하게 발생하였으며 특히 경향성 해석이 가능한 유역은 2012년 하수도법 공공하수처리시설의 BOD, T-P 방류수질기준 강화로 하천내 수질이 크게 개선되어 두 항목 모두 수질이 낮아지는 경향으로 나타났다.

또한 수질의 계절성을 낮춰 경향성을 분석하는 계절 맨- 캔달 검정법와 대조하여 계절별 경향성을 맨-캔달 검정법 으로 분석한 결과, 유량변동이 심한 여름철은 대부분 경향 을 분석할 수 없었으며 봄, 겨울철의 경향성이 계절 맨-캔 달 검정 결과와 유사한 추세를 보이는 것으로 나타났다.

3.2.2. 하천의 부영양화 유발물질의 수질 경향성 분석

호소, 하천의 부영양화 유발물질인 질산성질소(NO₃-N), 암모니아성질소(NH₄⁺-N), 인산염인(PO₄-P)과 부영양화로 인 한 2차 생성물질인 클로로필-a(Chl-a)의 수질경향성 분석결 과, 총인(T-N)의 경향 분석결과와 달리 NO₃-N의 경우 한강 하류에서 한탄A 단위유역을 제외하고 경향성을 확인되지 않았으며 NH₄⁺-N는 한강수계 대부분의 단위유역에서 개선 되는 경향성을 확인할 수 있었다. 또한 클로로필-a의 성장 제한인자인 N(NH₃-N), P(PO₄-P)의 경향성은 유사한 결론을 얻지 못하였다.

3.4.1. 시간적 농도경향 분석결과(LOWESS)

LOWESS 분석방법은 각 x값에 대해 이동직선(moving line)을 구하고 이로부터 y의 평활값을 얻은 후 이 평활점들 을 직선으로 연결한 것으로 이는 1차 또는 2차 회귀모형에 대한 가정없이 자료들을 회귀모형에 맞춰주는 경향 분석방 법이다. 따라서 위와 같이 경향성이 확인되지 않는 유역의 추세 또는 변화가 이루어지는 시점을 확인하기에 적합하다.(Table 6).

분석에 사용된 단위유역은 ^{Choi et al. (2015)}에 의해 한 강수계 내 수질 및 단위유역별 오염부하량 및 수질특성으로 분류된 군집분석, 요인분석 결과를 활용하였으며 4개 군집 중 대표 8개 단위유역을 대상으로 분석하였다(Table 7).

I그룹의 가평A, 임진B 단위유역은 계절 맨-캔달 검정 분 석결과에서는 대부분의 수질항목에서 경향성을 분석할 수 없었으나 BOD, TOC의 경우는 중권역 물관리기본계획3) 목표수질을 만족하며 연차별 큰 변동없는 수질이 나타났으 며 COD의 경우 연차별로 증가하는 것으로 나타났다. 한편 T-N의 경우 연차별 변동에 일정한 패턴이 없으며 임진B 유 역의 EC의 경우 연차별로 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 3),(Table 8).

II그룹의 문산A, 복하A 단위유역 LOWESS 분석결과, 유 기물질 BOD, COD, TOC의 연차별 수질이 계절에 따라 3 월경 최고수질, 10월경 최저 수질을 나타나며 동일한 변동 패턴으로 계절성을 나타냈으며 T-N의 경우 1월경(겨울) 최 고수질, 7월경(여름) 최저수질을 나타내는 것으로 분석되었 다. 또한 II그룹의 전기전도도는 하천 오염도가 높은 III그 룹에 비해서도 높은 수치를 나타냈으며 강수량이 적은 1월 경 최고수질, 8월경 최저수질을 나타내는 경향성을 보였다. 두 단위유역의 BOD, T-P 수질이 중권역 관리계획 목표수 질 기준을 상회하고 있는 것으로 나타났다(Fig. 4),(Table 9).

단위유역내 하천수질이 환경기초시설 방류량에 영향을 많이 받는 III그룹 한강I, 굴포A 단위유역은 다른 그룹과 달리 하천내 주요 오염물질의 계절성이 뚜렷하게 나타나지 않았으며 유기물질은 ‘08년 이후 수질이 점차 개선되었으 며 T-P의 경우 ’10년 이후 급감하였다(Fig. 5).

IV그룹의 안양A, 신천A 단위유역의 경우 유기물질 및 영양물질이 3월경(봄) 수질이 악화되고 10월경(가을) 수질 이 개선되는 계절성을 보였으며 주요 수질항목이 ‘08년 이 후 수질이 점차 개선되는 것으로 나타났다. 안양A 단위유 역의 경우 ’08년 이후 하천내 T-P농도가 급격하게 개선되 었으며 이는 단위유역내 하수처리시설의 방류수질 개선(하 수도법시행규칙 제3조제1항, 공공하수처리시설의 방류수 수질기준)에 의한 것으로 판단된다(Fig. 6).