1. Introduction
하천은 자연계에서 사회적 및 생태적인 측면에서 중요한 기능을 한다. 사회적으로 생활, 농업 및 공업용수 등 인간 의 생활에 필수적인 물을 제공할 뿐만
아니라 친수공간으 로서 인간이 쉽게 접근하여 문화 및 여가를 즐길 수 있는 공간을 제공해 준다. 또한, 생태적인 공간으로서 동·식물 및 미생물의 서식지이며,
홍수 조절 및 오염물질 정화 등 의 다양한 역할을 하고 있다.
지난 수십 년 동안 우리나라는 급격한 산업화와 경제발 전을 위한 국토개발로 하천의 오염이 심화되어 왔다. 또한, 유해물질이 하천으로 직접 유입되는
경우와 같은 대규모 수질오염사고가 발생하면서 오염사고 취약지역 및 주요 상 수원 등에 대해 지속적인 수질 모니터링 및 평가가 요구되 었다(Byoun et al., 2008). 이에 따라, 환경부 및 지자체에 서는 다양한 측정망을 운영하여 공공수역에 대한 수질현황 및 추세를 지속적으로 모니터링하고 있으며, 2015년
기준 총 2,233개의 수질측정망이 운영되고 있다. 그 중, 114개 지점을 중권역 대표지점으로 선정하여 여러 가지 수질 지 표로 7단계로 구분하여
수질을 관리하고 있을 뿐만 아니라, 수질오염총량관리제도가 시행으로 4대강 본류 및 주요 지 류의 시·도 경계점과 말단지점에는 수질총량측정망과 수질
측정망을 통합적으로 운영해오고 있다(Kim et al., 2012). 하지만, 넓은 유역 면적과 긴 유로를 가진 수계는 주변 환 경이 복잡하고, 오염배출원이 다변적이기 때문에 수질관리 가 어려운 실정이다(Jung et al., 2016; Yoon et al., 2006). 게다가, 대규모 하천은 수많은 지류들이 연결되어 있고, 이 러한 지류들은 거주지역과 가까운 곳에 위치해 있어 관리 또한 어려운 상황이다(Seo, 2009).
이러한 상황에서 물환경개선의 일환으로 우리나라 물환경 정책은 2015년까지 모든 하천의 85 %를 좋은물 기준인 II 등 급 이상으로 개선하는 정책을
목표로 하였으며(MOE, 2006), 이와 같은 목표를 달성하기 위하여 중권역별 대표지점에 하 천의 용도, 오염원 밀도, 지역개발정도, 환경기초시설 투자 정도, 수량 및 수질, 수중
생태계의 건전성 등을 고려하여 목표수질을 설정하여 관리해 오고 있어 이에 대한 평가가 필요한 것으로 판단된다(Lee et al., 2012; Yi, 2013). 또한, 2013년부터 환경정책기본법의 환경기준에 TOC가 하천 및 호소의 생활환경 기준으로 도입됨에 따라, COD가 환경기준 에서 제외되는 2016년부터
TOC의 목표수질 달성도 평가가 실시되기 때문에 2016년 이후의 TOC 달성도를 비교하기 위 해서는 이전 TOC 달성도 현황에 대한 자료가 필요할
것으 로 판단된다.
따라서, 본 연구에서는 중권역 대표지점에 설정된 목표수 질 중 유기물의 오염지표를 중심으로 목표수질 달성 여부 를 평가하였다. 목표수질 달성여부 평가는
유기물 항목인 TOC, BOD 및 COD 대해 수행하여 항목별 달성도를 비교 하였으며, 연도별 평가를 통해 목표수질 설정에 따라 수계 별 수질개선
여부에 대해서도 평가하였다.
2. Materials and Methods
2.1. 조사 지점
우리나라는 2015년 기준으로 운영되고 있는 2,233개의 수질측정망 지점 중 중권역 대표지점이 운영되고 있다. 본 연구의 조사대상 지점은 수질측정망
중 Fig. 1과 같이 114 개 지점이 중권역 대표지점으로 선정되어 운영되고 있다. 중권역 대표지점은 「수질 및 수생태계 보존에 관한 법률」 의 제10조 2에
따라 목표수질을 설정한 후, 이에 대한 달 성도를 평가하기 위한 지점으로 114개의 중권역 대표지점 중 한강, 낙동강, 금강 및 영산/섬진강 수계에
포함된 지점 은 각각 27, 33, 22 및 31개로 낙동강수계의 중권역 대표 지점이 가장 많다. 2013년부터 TOC 항목이 하천의 생활환 경 기준에
포함되었으며, 금강수계의 경우 TOC 항목에 대 한 중권역 대표지점이 2010년도에 10개에서 2011년에 22 개 지점으로 확대되었다.
Fig. 1. Water quality monitoring network for rivers.
2.2. 분석 방법
본 연구에서의 목표수질 달성도 평가항목은 하천의 생활 환경 기준 항목 중 BOD, COD, TOC이다. 2011년부터 금강 의 TOC에 대한 중권역
대표지점이 22개로 증가됨에 따라, 목표수질 달성도 평가는 2011년부터 2015년까지로 선정하였 다. TOC 항목은 2013년부터 환경기준에 포함되었지만,
2011년과 2012년의 TOC 데이터에 대해서도 2013년 TOC 환경기준을 적용하여 목표수질 달성도를 평가하였다. 목표수 질 달성도는 목표지점별
목표수질과 연평균 값을 비교하여 목표수질 달성지점 수에 대해 식 (1)과 같이 산정하였다.
각 항목에 대한 데이터는 물환경정보시스템을 통해 수집 하였으며, 수질에 영향을 미치는 환경기초시설 중 공공 하· 폐수처리시설에 대한 배출부하량은 전국오염원조사
자료를 이용하여 산정하였다. 또한, 평균값이 서로 다른 데이터의 변화정도를 비교 분석할 수 있는 변동계수(Coefficient of Variation,
CV)를 식(2)와 같이 산정하였으며, 통계분석은 SPSS ver. 20을 이용하였다.
2.3. 목표수질 현황
목표수질 달성도는 각 중권역 대표지점 연평균 값과 목 표수질 값을 비교하여 평가할 수 있다. 목표수질은 오염총 량관리 목표설정을 위한 기준치로서 하천
각 중권역 대표 지점의 특성을 고려하여 설정된 값이기 때문에 지점별로 목표수질이 다르게 설정되어있다. Table 1은 각 수계별로 I ~ IV 등급의 목표수질에 해당되는 중권역 대표지점 수를 나타낸 것이다. 금강의 경우 I 등급 이상을 목표로 한 지점 수가 50
%로 다른 수계에 비해 낮았으며, 영산강수계의 경 우 83.9 %로 다른 수계에 비해 목표수질의 I 등급 비중이 높은 것으로 나타났다.
Table 1. The number of site corresponding to water quality goal
|
River basin
|
Ia (%)
|
Ib (%)
|
II (%)
|
III (%)
|
IV (%)
|
Total
|
|
|
Han River
|
13 (48.2)
|
8 (29.6)
|
2 (7.4)
|
3 (11.1)
|
1 (3.7)
|
27
|
|
Nakdong River
|
9 (27.3)
|
15 (45.4)
|
5 (15.2)
|
3 (9.1)
|
1 (3.0)
|
33
|
|
Geum River
|
7 (31.8)
|
4 (18.2)
|
5 (22.7)
|
5 (22.7)
|
1 (4.6)
|
22
|
|
Yeongsan/Seomjin River
|
7 (22.6)
|
19 (61.3)
|
3 (9.7)
|
2 (6.4)
|
-
|
31
|
3. Results and Discussion
3.1. 농도 분포 특성
Fig. 2는 2011년에서 2015년까지 4대강 수계별 TOC, BOD 및 COD의 농도변화를 나타낸 그래프이다. 5년간 한강, 낙 동강, 금강 및 영산/섬진강
수계의 중권역 대표지점 TOC의 농도범위는 각각 0.4 ~ 6.2 mg/L, 0.6 ~ 6.6 mg/L, 1.1 ~ 9.0 mg/L 및 0.5 ~
8.3 mg/L로 나타나 수계별로 농도 차이가 있는 것으로 나타났다. 수계별 BOD 농도범위는 각각 0.3 ~ 7.2 mg/L, 0.3 ~ 4.3
mg/L, 0.5 ~ 7.2 mg/L 및 0.3 ~ 7.4 mg/L로 나 타나, BOD 농도범위는 큰 차이를 나타내지 않았으며, 수계 별 COD 농도범위는
각각 2.1 ~ 15.2 mg/L, 1.7 ~ 9.1 mg/L, 2.5 ~ 14.3 mg/L 및 0.6 ~ 15.0 mg/L로 나타났다.
Fig. 2. The variation of water quality of four major rivers from 2011 to 2015 (Boxes are intersected by median values and enclosed by the 25th and 75th values. Lines are extending to maximum and minimum).
2011년에서 2013년까지 한강수계 중권역 대표지점의 유 기물 평균 농도가 가장 낮은 것으로 나타났지만, 2014년에 는 낙동강수계 중권역 대표지점의
유기물 평균 농도가 가 장 낮은 것으로 나타났다. 하지만, 2015년에 BOD를 제외 한 유기물 오염지표에서 한강수계 중권역 대표지점의 농도 가 다시
가장 낮은 것으로 나타났다. 연도별 유기물 농도의 변화는 낙동강수계 중권역 대표지점이 가장 낮은 것으로 나타났으며(3.8 % < CV < 5.1 %),
한강수계의 연도별 유기물 변화가 가장 높은 것으로 나타났다(8.3 % < CV < 16.1 %). 금강수계의 경우 연도별 농도 변화는 상대적으로 낮은
것 (4.3 % < CV < 6.1 %)으로 나타났지만, 유기물의 평균 농 도가 다른 수계에 비해 현저히 높은 것으로 나타났다. 금 강수계에서만 BOD
및 COD 등급이 각각 II 및 III 등급 수준인 것으로 나타났으며, 나머지 수계의 BOD 및 COD 등급은 각각 Ib 및 II 등급 수준을 유지하고
있는 것으로 나타났다.
한강, 낙동강, 금강 및 영산/섬진강 수계의 중권역 대표지 점 중 본류에 위치한 중권역 대표지점의 TOC 평균 농도는 각각 2.2, 2.7, 3.6
및 2.4 mg/L, 지류 중권역 대표지점의 평균 농도는 각각 2.1, 2.9, 4.2 및 3.3 mg/L로 나타났다. BOD 평균 농도는 본류 중권역
대표지점의 경우 각각 1.5, 1.6, 1.9 및 1.5 mg/L, 지류 중권역 대표지점의 평균 농도 는 각각 1.2, 1.7, 2.5, 2.0 mg/L로
나타났다. COD의 경우, 본류 중권역 대표지점의 평균 농도는 각각 3.9, 5.1, 5.6 및 3.8 mg/L, 지류 중권역 대표지점의 평균 농도는
각각 3.9, 4.8, 6.2 및 5.4 mg/L로 나타나 본류보다 지류에서의 유기 물 농도가 전반적으로 높은 것으로 나타났다.
3.2. 수계별 목표수질 달성도 현황
Table 2는 한강, 낙동강, 금강 및 영산/섬진강 수계 중권 역 대표지점의 TOC, BOD 및 COD의 목표수질 달성 현황 을 나타낸 것이다. 2011년부터
2015년까지의 목표수질 달 성 현황을 평가한 것으로, 2013년에 TOC, BOD 및 COD 의 달성도가 가장 높은 것으로 나타났다. 항목별로 비교하
였을 때, 5년간 TOC, BOD 및 COD의 평균 목표수질 달성 도는 각각 60.1, 77.2 및 27.0 %로 COD의 목표수질 달성 도가 현저히
낮은 것으로 나타났다. 수계별 달성도를 비교 했을 때, 한강, 낙동강, 금강 및 영산/섬진강 수계의 TOC 달성도는 각각 82.2, 64.2, 35.5
및 58.7 %, BOD 달성도는 각각 79.3, 75.8, 80.9 및 72.9 %, COD 달성도는 각각 27.4 %, 30.9 %, 15.4
% 및 34.2 %로 나타났다. 수계별로는 BOD 의 달성도는 상대적으로 큰 차이를 나타내지 않았지만, TOC와 COD의 경우, 금강수계의 목표수질
달성도가 현저 히 낮은 것으로 나타났다.
Table 2. The attainment ratio of mid-watershed representative station corresponding to water quality goal
|
Item
|
River basin
|
The number of mid-watershed representative station
|
Attainment ratio (%)
|
|
|
2011
|
2012
|
2013
|
2014
|
2015
|
Average
|
|
|
TOC
|
Han River
|
27
|
88.9
|
77.8
|
92.6
|
74.1
|
77.8
|
82.2
|
|
Nakdong River
|
33
|
57.6
|
63.6
|
72.7
|
63.6
|
63.6
|
64.2
|
|
Geum River
|
22
|
31.8
|
18.2
|
45.5
|
36.4
|
45.5
|
35.5
|
|
Yeongsan/Seomjin River
|
31
|
61.3
|
64.5
|
64.5
|
48.4
|
54.8
|
58.7
|
|
Average
|
59.9
|
56.0
|
68.8
|
55.6
|
60.4
|
60.1
|
|
|
BOD
|
Han River
|
27
|
88.9
|
85.2
|
88.9
|
70.4
|
63.0
|
79.3
|
|
Nakdong River
|
33
|
84.8
|
75.8
|
72.7
|
69.7
|
75.8
|
75.8
|
|
Geum River
|
22
|
72.7
|
86.4
|
81.8
|
72.7
|
90.9
|
80.9
|
|
Yeongsan/Seomjin River
|
31
|
61.3
|
74.2
|
80.6
|
74.2
|
74.2
|
72.9
|
|
Average
|
76.9
|
80.4
|
81.0
|
71.7
|
76.0
|
77.2
|
|
|
COD
|
Han River
|
27
|
29.6
|
29.6
|
37.0
|
25.9
|
14.8
|
27.4
|
|
Nakdong River
|
33
|
27.3
|
36.4
|
42.4
|
27.3
|
21.2
|
30.9
|
|
Geum River
|
22
|
22.7
|
13.6
|
18.2
|
4.5
|
18.2
|
15.4
|
|
Yeongsan/Seomjin River
|
31
|
35.5
|
32.3
|
32.3
|
35.5
|
35.5
|
34.2
|
|
Average
|
28.8
|
28.0
|
32.5
|
23.3
|
22.4
|
27.0
|
한강, 낙동강, 금강 및 영산/섬진강 수계의 중권역 대표지 점 중 5년간 본류 중권역 대표지점의 TOC 평균 달성도는 각각 74.3, 65.7, 34.0
및 82.0 %, 지류 중권역 대표지점의 평균 달성도는 각각 92.0, 46.2, 30.0, 45.0 %로 나타났다. BOD의 본류 중권역 대표지점의
평균 달성도는 각각 65.7, 71.4, 94.0 및 86.0 %, 지류 중권역 대표지점의 평균 달성 도는 각각 94.0, 69.2, 70.0, 75.0
%로 나타났으며, COD의 경우, 본류 중권역 대표지점의 평균 달성도는 각각 20.0, 24.3, 10.0 및 56.0 %, 지류 중권역 대표지점의
평균 달성 도는 각각 34.0, 16.9, 20.0, 0 %로 나타나 수질과 마찬가지 로 본류 지점에서의 달성도가 높아 지류에서의 달성도 향 상을
위한 수질 관리가 우선되어야 할 것으로 판단된다.
COD의 목표수질 달성도가 TOC와 BOD 비해 상대적으 로 낮은 이유는 한강, 낙동강, 금강 및 영산/섬진강 수계 중권역 대표지점의 5년 평균 COD/BOD
비율은 2.72, 2.78, 2.67 및 2.54이며, COD/TOC 비율이 각각 1.87, 1.78, 1.61 및 1.66이지만, 하천 생활환경기준에서
COD/BOD 비율은 등급별로 1.1 ~ 2.0이고, COD/TOC 비율은 등급별로 1.0 ~ 1.5로 나타나 실제 수계에서의 COD 농도 비율이
생활환경 기준에서의 COD 농도 비율보다 높기 때문에 나타난 결과 로 판단된다. 또한, 각 수계별 하수처리장의 COD/BOD의 배출부하량을 평가한
결과(Fig. 3(a)), 한강, 낙동강, 금강 및 영산/섬진강 수계의 COD/BOD의 배출부하량 비율은 각 각 1.73, 2.96, 3.17, 2.04로 한강을 제외하고
생활환경기준 의 COD/BOD 비율 범위보다 높은 것으로 나타났다. 산업 폐수처리장의 2011 ~ 2014년의 COD/BOD의 평균 배출부하 량 비율은
각각 9.75, 5.70, 6.68 및 6.74로 나타나 생활환 경기준의 COD/BOD 비율보다 현저히 높을 뿐만 아니라 하수처리장보다도 크게 높은
것으로 나타났다(Fig. 3(b)). Lee et al. (2012)은 금강유역을 대상으로 토지이용별 비점 오염원 유출특성을 조사한 결과, COD/BOD의 유량가중평 균농도(Event Mean Concentration,
EMC) 비가 1.05 ~ 30.75 로 나타났으며, Jung et al. (2012)은 한강유역을 대상으로 비점오염원 유출특성을 조사한 결과, EMC의 COD/BOD 비율이 1.53 ~ 11.23으로 나타났다고 보고하였다. 생활환경
기준에서의 COD/BOD 비율보다 높은 비점오염원에 의한 강우유출수의 COD/BOD 비율 또한 COD 항목의 낮은 목 표수질 달성도에 영향을 미친
것으로 판단된다.
Fig. 3. The COD/BOD ratio of the effluent from sewage (a) and wastewater (b) treatment plant.
3.3. 월별 목표수질 달성도 비교
Fig. 4는 수계별로 2011년부터 2015년까지의 월별 목표 수질 달성도를 나타낸 그래프이다. 목표수질 달성도는 여름 철이 되면서 감소하는 경향이 나타났으며,
겨울철에 상승되 는 것으로 나타났다. 따라서, 목표수질 달성도는 계절적 영 향이 큰 것으로 나타났으며, 여름철에 달성도가 낮게 나타 난 것은 비점오염물질에
의한 영향이 큰 것으로 판단된다. 강우시 비점오염원에서 유출되는 비점오염물질 부하가 수 질에 미치는 영향은 하수처리효율이 향상되고 경제활동수 준이
높아질수록 증가하고 있으며, 4대강 수계에 대한 비 점오염물질 기여율이 2003년에는 42 ~ 69 %의 범위로 나타 났고 2015년에는 65 ~
70 %로 증가할 것이라고 보고하였을 뿐만 아니라(MOE, 2006), Lee et al. (2014)은 낙동강수계의 2011년 비점오염원에 의한 33개 중권역 평균 배출부하량이 5,888 kg/day라고 보고하여 하천 수질에 대한 비점오염원 의 영향이
큰 것을 확인할 수 있다. 실제 2011년부터 2015 년까지 월별 강수량과 월별 TOC, COD 및 BOD 달성도와 의 상관관계를 평가한 결과 각각
-0.482 (p<0.05), -0.420 (p<0.05) 및 -0.08 (p>0.05)로 나타나 TOC 및 COD 달성도 가 강수량과 유의한 상관관계를
나타내었다.
Fig. 4. Monthly attainment ratio of water pollutants in each river basin.
항목별 달성도 결과에서 BOD의 경우 영산/섬진강 수계 의 목표수질 달성도가 가장 낮은 것으로 나타났으며, 월별 목표수질 달성도를 보면, 특히 11
~ 1월에 다른 수계와의 목표수질 달성도가 크게 차이나는 것으로 나타났다. 따라 서, 영산/섬진강수계의 BOD 목표수질 달성도가 다른 수계 보다 낮은
것은 겨울철 달성도가 낮기 때문인 것으로 판단 된다. 하지만, 월별 평균 농도를 보면, 영산/섬진강수계의 11 ~ 1월 평균 BOD 농도는 다른 수계에
비해 크게 높지 않으며, 금강수계의 평균 BOD 농도보다는 오히려 낮은 것 을 확인할 수 있다. 하지만, 목표수질 달성도가 낮은 것은 한강, 낙동강,
금강 및 영산/섬진강 수계별 I 등급 이상 목 표수질이 각각 77.8, 72.7, 50.0 및 83.9 %로 영산/섬진강수 계의 목표수질이 가장 높기
때문인 것으로 판단된다.
COD 및 TOC의 경우 금강수계의 목표수질 달성도가 가 장 낮은 것으로 나타났으며, 월별로도 전반적으로 금강수계 의 목표수질 달성도가 가장 낮은
것으로 나타났다. 앞서 언급하였듯이, I 등급 이상의 목표수질 설정이 금강수계가 50.0 %로 가장 낮으며, I 등급과 II 등급의 농도차이는 1.0
mg/L이지만, 실제 금강수계와 다른 수계의 COD 및 TOC 평균 농도차이는 1.5 m/L 이상이기 때문에 달성도에서 큰 차이가 나타난 것으로 판단된다.