2.1. 조사기간 및 조사지점

영랑호의 수심별 조사는 2014년 7월과 10월, 2015년 8 월, 2016년 5월과 8월, 총 5차에 걸쳐 실시하였다.

수질조사는 영랑호의 유일한 유입 하천인 장천과 영랑호 를 위치별로 3개 구간으로 구분하여 바다로부터 반대쪽의 상류부, 중앙부 그리고 하류부 지점으로 나누어 수심별로 조사하였다(Fig. 1). 수심별 조사는 표층으로부터 저층까지 상황에 따라서 0.5 m, 1 m, 2 m씩 구분하여 용존산소를 측 정하였으며 이화학적 수질분석은 표층과 2.5 m, 3.5 m, 저 층인 5 m에 대하여 시료 채취 후 수질항목에 따른 전처리 후 실험실로 운반하여 실시하였다.

Fig. 1. Sampling site of Lake Youngrang.

2.2. 수질분석 항목 및 분석방법

현장측정 항목중 수온은 디지털 수온계를 사용하여 측정 하였으며 용존산소(DO)와 pH, 전기전도도, 염분도는 Cable 이 장착된 현장 수질측정기(YSI, Pro S-DEPTH)를 사용하여 측정하였다. 유기물의 지표인 COD는 영랑호의 염분도가 해 수와 같은 수준인 30‰로서 수질오염공정시험법의 해수시험 법인 알칼리성 과망간산칼륨법에 따라 분석하였으며 황화물 분석은 해양환경공정시험기준 제 7항 황화수소 시험법에 따 라 분석하였다. 부영양 상태를 평가하기 위한 영양염류 분석 으로 총인과 총질소는 Alliance사의 FUTURA 3의 자동분석 장치를 이용하였고 Chl-a는 수질오염공정시험법(^{MOE. 2014}) 에 따라 분석하였다. 호수의 부영양화도 지수는 국립환경과 학원에서 한국의 호수를 대상으로 평가 개발한 한국형부영양 화지수(TSI_KO)를 사용하였다(^{Kim et al., 2012}).

TSI_KOCOD) = 5.8 + 64.4 log(COD mg/L)

TSI_KO(TP) = 114.6 + 43.3 log(TP mg/L)

TSI_KO(Chl-a) = 12.2 + 38.6log(Chl-a mg/m³)

위와 같은 한국형 부영양화 지수 산정식을 설명하면 3가 지 지표 중에서 외부 유입 유기물 지표인 COD에 50%의 가 중치를 주고 내부생성 유기물의 지표로서, 조류의 지표인 Chl-a와 그의 밀도를 좌우하는 TP를 각각 25%의 가중치를 주어 다음의 식으로 표시된다.

TSI_KO = 0.5TSI_KO(COD) + 0.25TSI_KO(Chl-a) + 0.25TSI_KO(TP)

이 결과를 바탕으로 4단계의 부영양화를 구분하여 호수 의 영양상태를 판정하면 Table 1과 같다.

3.1. 용존산소(DO) 및 저층 황화물(S) 분포

1차 조사결과 영랑호의 수심별 DO는 상류부 9.8 ~ 7.0 mg/L, 호수 중앙부 9.6 ~ 3.3 mg/L, 하류부에서 9.7 ~ 4.2 mg/L를 유 지하고 있었으며 상·중·하부 저층에서의 용존산소 고갈층은 나타나지 않았다.

2차 조사에서는 1차 조사와는 달리 바닥층에서의 용존산소 고갈을 볼 수 있었다. 상류부에서 수심별로 8.8 ~ 5.2 mg/L, 중앙부에서 8.5 ~ 0.4 mg/L, 하류부에서 8.5 ~ 0.6 mg/L의 분 포를 보여 주었다. 수심이 5 m인 중앙부와 하류부에서 표층의 DO가 8.5 mg/L이었으나 중층인 2.5 m에서는 3.9 mg/L로 급감했는데 이때 수온의 차이는 없었으나 염분도의 차이가 두 지점 모두 2‰로, 밀도 차이에 의한 현상으로 판단된다. (Fig. 2).

Fig. 2. Vertical distribution of dissolved oxygen in Lake Youngrang during study period.

3차 조사부터는 Cable이 장착된 용존산소 측정기를 사용 하여 수층 구간을 이전보다 세밀하게 나누어 DO 감소구간 을 조사하였다. 조사결과 수심이 낮은 상류부에서는 표층부 터 수심별로 9.7 ~ 5.1 mg/L의 분포를 보여주었다. 중앙부의 DO는 표층에서 3 m까지 9.4 ~ 6.1 mg/L로 감소하다가 이후 3.5 m에서 급속히 감소되어 2.6 mg/L, 4 m에서는 DO 고갈 층이 나타났다.

4차 조사에서는 수심별 DO의 차이는 있었지만 2, 3차 조 사와 같이 저층의 무산소층을 볼 수 없었다. 조사결과 상류 부에서는 전수층에서 풍부한 용존산소를 유지하고 있었으 며 중앙부에서는 표층에서 4 m까지 11.0 ~ 7.5 mg/L 이었으 며 바닥층인 5 m에서 5.8 mg/L였고 하류부에서도 유사한 경향을 보여주었다. 4차 조사시 수층별 용존산소 분포가 2, 3차와 다르게 조사되었는데 이때 두 지점의 평균 염분도는 28.7‰에서 32.1‰로 증가한 것으로 보아 영랑호 하류의 해 수 유입로를 통한 활발한 해수의 유입이 수질개선의 원인인 것으로 판단된다.

5차 조사에 따르면 이전인 4차 조사에 비해 수질 악화를 볼 수 있었으며 2, 3차 조사와 같은 양상을 보여 주었다. 상 류부에서도 표층의 DO가 8.7 mg/L에서 저층 3.5 mg/L로 뚜렷한 DO 감소를 볼 수 있었다. 중앙부와 하류부에서는 2,3차 조사와 같이 표층의 DO는 포화상태에서 감소되어 저 층부에서는 무산소상태가 유지되고 있었다.

영랑호 내의 황화물은 육상으로부터 유입되거나 자체 생 산된 유기물의 침전에 따라 퇴적된 유기물이 황산염환원박 테리아에 의해 분해되는 과정에서 주변의 산소가 고갈됨에 따라 다량 축적된다(^{Park et al., 2007}). 황산염박테리아 (Sulfate Reduction Bacteria)는 혐기성 상태를 보이는 퇴적토 나 하수처리장의 슬러지에 많이 분포되어 있으며 특히 인공 양식에 의해 오염된 해양성 퇴적물에 집중적으로 분포하고 있다고 보고되었다(^{Hyon et al., 2003}).

저층의 황화물의 분석결과 상류부에서는 황화물도 검출되 지 않았으나 중앙부와 하류부 저층에서는 무산소 상태와 비 례하여 황화물이 검출되었다. 수질조사 당시 산소가 충분한 4차 조사를 제외하고 저층의 시료는 분홍색으로 착색되어 있었으며 이취현상도 뚜렷하게 나타났다. 분석결과 중앙부 저층에서 무산소 상태인 2차와 3차 조사에서 8.6 mg/L, 7.2 mg/L이었으며 1차와 5차 조사에서 2.7 mg/L, 3.0 mg/L로 검출되었다. 하류부의 황화물 분포는 중앙부와 유사하였으나 농도는 낮게 나타났으며 저층의 퇴적물 형태에 따라 농도차 이가 있음을 알 수 있었다(Fig. 3).

Fig. 3. Bottom layer sulfides Distribution of middle section and downstream in Lake Youngrang.

Fig. 4는 중앙부와 하류부 저층의 용존산소와 황화물의 관계를 나타낸 그림으로 지점에 따라 농도의 차이는 있지만 혐기성 상태에서 황화물의 농도가 높아짐을 잘 보여주었으 며 용존산소가 4 mg/L 이상에서는 황화물이 검출되지 않았 다. 2008년 조사에서는 저층의 황화물 농도가 10 mg/L 이 상으로 보고된 바 있다(^{Kim et al., 2008}).

Fig. 4. The relation of DO and sulfides in Lake Youngrang.

3.2. 유기물 및 영양염류 분포

조사기간 중 영랑호의 상류 유입하천인 장천의 1 ~ 5차에 걸친 수질분석 결과 용존산소는 6.8 ~ 10.2 mg/L로 어류 서식 에 충분한 산소량을 보유하고 있었으며 COD는 1.5 ~ 2.8 mg/L, 총질소는 0.682 ~ 2.287 mg/L, 총인은 0.035 ~ 0.098 mg/L로 하천수 생활환경 평가기준 “약간좋음”의 II 등급 수준을 유 지하고 있다.

장천이 유입되는 영랑호 상류부의 COD 분포 중 1차에서 5차 조사에 걸친 수층별 평균 COD는 표층 2.2 mg/L, 중층 2.7 mg/L, 저층 3.6 mg/L로 저층이 가장 높았으며 4차 조사에서 평균 4.0 mg/L로 가장 높게 나타났고 전체 조사기간과 수층 평균 COD는 2.8 mg/L였다.

중앙부의 COD 수층별 평균은 0 m에서 2.8 mg/L, 2.5 m 에서 2.9 mg/L이었으며 이후 3.5m에서 3.7 mg/L로 증가하 였으며 5 m인 저층에서 7.4 mg/L로 높게 나타났다. 기간 별 평균치는 전체 평균 4.2 mg/L에 비해 2차 조사에서 7.3 mg/L로 가장 높게 나타났는데 이때의 저층 COD는 18.9 mg/L로 매우 높았다. 하류부의 COD 분포도 중류부와 유 사한 경향을 보여주었다.

부영양화의 주요 지표인 총인의 농도는 상류부에서 전체 조사기간 평균 범위는 0.039 mg/L ~ 0.053 mg/L이었으며 수 층별 농도는 0.043 mg/L ~ 0.054 mg/L로 저층에서 높았다. 중앙부의 조사기간별 수층 평균 범위는 0.036 mg/L ~ 0.078 mg/L로 2차 조사때 가장 높았으며 이때의 저층의 총인농 도는 0.1 mg/L로 전체 평균 농도인 0.051 mg/L에 비해 2배 이상 높았다. 하류부의 총인 농도를 평가하면 2차 조사시 수층 평균 농도는 0.108 mg/L로 전체 평균인 0.059 mg/L에 비해 약 2배 정도 높았으며 특히 이때의 수심별 농도분포는 표층에서 0.042 mg/L에서 수심이 깊어짐에 따라 2.5 m에서 0.076 mg/L, 3.5 m에서 0.124 mg/L, 바닥층인 5 m에서 0.19 mg/L로 급격하게 증가함을 알 수 있었다.

총인과 더불어 부영양화의 요인인 총 질소의 농도는 상 류부에서 수층별로 0.456 ~ 0.601 mg/L로 수층별로 유사한 수준이었으며 조사기간별 분포는 0.331 ~ 0.802 mg/L로 2차 조사에서 가장 높게 나타났으며 전체 평균 농도는 0.502 mg/L이었다. 중류부와 하류의 농도 분포는 총인의 분포와 유사한 수준이었으며 중류부의 수층 평균 분포는 전반적으 로 수심이 깊어지면서 증가하였으며 2차 조사에서는 표층 에서 0.549 mg/L이었으나 수심이 깊어지면서 급격하게 증 가하여 바닥층인 5 m에서는 3.973 mg/L으로 7배 이상 증 가함을 보여 주었다. 이는 하류부에서도 유사한 상태를 나 타냈다(Table 2).

Table 2. Vertical distribution of measured water quality parameters in Lake Youngrang during study period

3.3. 부영양화 지수

영랑호의 부영양화지수를 평가한 선행연구에 따르면 2007 년 영랑호의 TP, Chl-a, 투명도로 평가한 TSI 지수는 부영양 상태라고 보고되었다(^{Seo et al., 2007}). 본 연구에서 부영양 화지수를 연도별 평균값으로 평가한 결과 중앙부에서 2014 년과 2015년, 하류부에서 2015년에 부영양 상태였으며 그 외 나머지는 중영양상태를 보여주었다(Table 3).

3.4. 수질오염요인 평가

영랑호로 유입되는 수체는 동해로부터 유입수로를 통해 유입되는 해수와 상류의 장천으로 부터 유입되는 하천수가 있다. 수질에 영향을 주는 두가지 요인 중 우선 해수 혼입 에 대한 영향은 다음과 같다.

김등의 연구(^{Kim et al., 2008})에 따르면 2008년 영랑호 의 성층현상은 수온보다 염분의 차이가 주요원인인 것 같 다고 보고되었다. 이번 조사결과에 따르면 영랑호의 표층과 저층의 수온차이는 3 ~ 5°C정도였으며 수질악화 현상이 뚜 렷한 2차 조사 시 수온 차이가 나타나지 않았다. 이로서 영 랑호의 저층 용존산소 고갈은 본 조사에서도 염분농도의 차 이가 주요한 원인으로 보인다. 영랑호는 2008년 수질개선을 목적으로 해수를 유입시키는 갯터짐사업을 실시하였으며 이 후 지속적으로 해수가 유입되어 해수화가 진행되었으며 현 재 호수 전체 평균 염분농도는 29.6‰로 전 수층에 걸쳐 해수와 유사한 수준을 유지하고 있었다. 2007년 연구에 따 르면 2005년부터 2007년 사이 영랑호의 어류조사결과 일 차담수어 11종(34.38%), 주연성담수어 18종(56.25%), 해수어 3종(9.38%)으로 90% 이상이 담수어가 서식하는 것으로 조사 되었다(^{Choi et al., 2007}). 그러나 최근 조사보고(^{WREO, 2017})에 따르면 해수어 31.4%, 기수어 37.1%, 담수어 31.4% 로 해수어화가 진행되어가고 있다. 분석자료를 종합하여 영 랑호의 수질변화 요인을 평가해 본 결과 기간별로 염분도의 차이를 볼수 있었다. 해수위 및 물때 등의 차이에 의해 해 수 유입량이 다를 수 있으며 해수유입이 많아 염분도가 높 을 때는 영랑호 수질이 전반적으로 양호함을 알 수 있었으 며 반대로 염분도가 낮을 때는 수질이 악화되어 있음을 알 수 있었다. 본 연구에 있어서 조사기간에 따른 횟수는 3년 에 5회로 국한되어 보다 세밀한 영향을 볼 수 없어 아쉬움 이 있으며 향 후 지속적인 조사가 요구되는 바이다.

Fig. 5는 영랑호 수체의 분석항목간의 상관관계 분석을 통해 오염 원인을 평가한 그림이다. 염분농도와 수질과의 연관성을 평가하기 위하여 전체 조사기간 및 수심별 수질 분석 자료를 평균하여 염분농도와 DO, COD, TN, TP, Chl-a와의 관계를 평가하였다. 그 결과 R²는 0.63 ~ 0.95로 높게 나타났다. 특히 부영양화에 직접적으로 영향이 있는 TP와 Chl-a에서 0.8 이상으로 높았으며 TN이 0.63으로 가 장 낮았다. 결과적으로 영랑호의 용존산소는 해수 유입량이 많아 염분농도가 높을 때 높았으며 나머지 항목에서는 염 분농도와 반비례하는 것으로 조사되었다.

Fig. 5. The result of regression analysis between salinity and water quality parameters in Lake Youngrang during study period.

해수의 유입에 의한 영향과는 달리 상류의 장천의 유입이 영랑호 수질에 영향을 미치는 요인을 평가해 보았다. 영랑 호 유역의 강우시 오염물질 유출특성(^{Yun and Cho, 2005}) 과 영랑호로 유입되는 장천유역의 비점오염부하량 산정에 관한 연구(^{Yoon et al., 2005})에서 유역면적 4.72 km² 인 장천에서 SWMM 모델을 적용하여 1년간 유출량을 산정한 결과 1,140,086 m³으로 초당 평균 유입량은 0.036 m³/sec이 며 영랑호의 수표면적(1.02 km²)과 평균수심(4 m)으로 계 산한 호수내 수량은 4,080,000 m³으로 1년간 유출량과 비 교하면 장천의 체류시간은 4년으로 계산된다. 이는 춘천에 위치한 인공호인 의암호의 체류시간인 4일과(^{Lee, 2005}) 비 교하면 호수 수체에 비해서 유입량도 매우 적으며 장천의 평균수질도 하천수 수질기준 II등급의 약간좋음 상태임을 감안할 때 유입하천인 장천이 영랑호 수질에 미치는 영향 은 매우 낮을 것으로 판단되며 현재 영랑호의 수질은 해수 량의 혼입이 가장 큰 영향임을 알 수 있다.

현재 영랑호의 하부에 설치된 해수 유입수로는 위치상 상류로 부터의 완전한 혼입이 어려운 상태이며 해수 유입 수로를 통하여 해수를 상류로 유입시키면 밀도차에 의해 호 수의 순환이 활발해져 수질개선에 효과가 있을 것으로 판 단되며 이를 위한 추가적인 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.