The Journal of
the Korean Society on Water Environment

The Journal of
the Korean Society on Water Environment

Bimonthly
  • ISSN : 2289-0971 (Print)
  • ISSN : 2289-098X (Online)
  • KCI Accredited Journal

Editorial Office


  1. 연세대학교 자연과학연구원, (Institute of Natural Sciences, Yonsei University)
  2. 연세대학교 지구시스템과학과 (Department of Earth System Sciences, Yonsei University)



Discharge, Seoul, Urban stream, Water chemistry

1. Introduction

인구가 밀집된 도시지역은 물 이용량 증가와 함께, 지하 수 배출을 요구하는 지하구조물의 증가, 빗물의 지하함양을 가로막는 불투수 표면 증가로 인한 지하수 감소를 겪고 있 다(Lee and Koo, 2007; Yun et al., 2014). 낮아진 지하수위 로 인한 하천 기저유출 감소는 기후변화와 함께 건천화 하 천(temporary river or stream) 증가의 주요 원인으로 평가 된다(Barron et al., 2013; Kalantari et al., 2017; Lee et al.,2010). 하천은 환경 및 생태적 기능유지를 위해 하천유지유 량(environmental flow) 이상의 통수량이 요구되는데(Kang, 2010; Kim and Chung, 2014), 하천유지용수 확보를 위해 외부 또는 하류의 물을 끌어와 통수하거나 하수처리장 방 류수 및 유출지하수를 하천에 공급하는 등 다양한 방법이 동원되고 있다(Bischel et al., 2013). 이외에도, 빗물 침투시 설 등을 이용해 빗물의 함양량을 증가시켜 물수지를 개선 하는 등의 기술개발이 이루어지고 있다(Moon et al, 2015).

하천 유량감소가 심각한 대도시 지역 또는 건조기후 지 역에서는 하수처리장 방류수의 하천 유량에 대한 기여율이 커지고 있다(Luthy et al, 2015). 하수처리장 방류수에 포함 된 미량 오염물질이 하천으로 공급되는 것에 대한 우려가 계속 제기되고 있으나(Mandaric et al., 2018; Tamura et al., 2017), 안정적 유량 공급에 따른 생태계 회복에 대한 긍정적 평가가 이루어지고 있다(Bischel et al., 2013; Luthy et al., 2015). 오염에 대한 우려는 폐수처리기술의 발전과 상시적 수질 모니터링으로 해소되고 있다. 한국의 경우, 주 요 하천에 수질관측지점을 두어 생물학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 총질소(T-N), 총인(T-P), 부유물질 (SS), 총유기탄소(TOC), 용존산소(DO), pH 및 유량을 약 8 일 간격으로 모니터링하고 있다(ME, 2017).

이와 같이, 도시 하천은 다양한 인간 활동, 도시 시설물, 치수 및 환경 관련 정책의 영향이 오랜 기간 누적되어 고 유의 복잡성을 보이며, 물수지와 지화학적 물질순환이 교란 되어 전체적인 파악이 어렵다(Chambers et al., 2016). 도시 가 성장하면서 주변부의 녹지 및 농경지는 주거 및 상업지 역으로 바뀌는데, 이런 도시 경계부(peri-urban area)는 물수 지와 물질순환의 주요 과정들이 급격하게 변화하여 홍수와 가뭄, 수질악화 등의 위험성이 커질 수 있다(Barron et al., 2013; Braud et al., 2013). 따라서, 도시 하천을 이해하기 위해서는 해당 지역의 고유한 환경 하에서, 관심물질의 기 원, 이동, 순환에 대해 정량적으로 이해하고, 공간적, 시간 적 다양성을 파악하는 것이 필요하다.

본 연구는 인구 약 6만의 소도시 과천과 약 천만명의 대 도시 서울의 남부를 흐르는 양재천을 대상으로, 수리화학적 특성에 영향을 미치는 요인을 파악하고자 하였다. 양재천의 유량과 주요 용존 이온의 농도 및 분포에 영향을 미치는 인자를 두 번의 시료채취 시점에 대하여 평가하였는데 (snapshot), 다양한 도시시설과 인간 활동의 영향을 받은 유 입수와 지천이 본류의 수리화학적 특성에 미치는 영향을 통계적 기법을 이용하여 분석하였다. 도시 인프라와 양재천 (receiving water)의 수리화학적 특성 사이의 상호관계에 대 한 본 연구는 양재천 유역의 물질순환을 이해하는데 중요한 기초자료가 될 것이며, 향후 도시 확장에 따른 변화를 유추 하는데 비교자료로서 활용가치가 높을 것으로 예상된다.

2. Materials and Methods

2.1. 연구지역

양재천은 관악산과 청계산에서 발원하여 경기도 과천시 와 서울시 남부를 흘러 탄천 하류로 유입된 후 한강으로 흘러가는 하천연장 12.34 km의 지방2급 하천이다(Fig. 1a) (HRFCO, 2018a). 두 개의 지방하천, 막계천과 여의천이 양 재천으로 유입되는데, 막계천은 과천저수지에서 방류된 후 1.77 km를 흘러 양재천 중상류 구간으로 남측에서 유입되 며, 여의천은 양재천 중하류 구간으로 남측에서 유입되는 하천연장 4.85 km의 한강 제3지류이다(HRFCO, 2018a). 여 의천은 2014년부터 양재천에서 일 9,500톤의 물을 끌어와 통수하여 유량을 확보하고 있다(Seocho-gu Office, personal communication). 이 외에 관문천, 삼거리천, 우면천, 형촌천 등 양재천으로 직접 유입되는 10개 이상의 소하천이 소하 천정비법에 따라 고시되어 있다.

Fig. 1. Information about the study area. (a) Map of watershed with streams, (b) Sampling locations and structures which can affect the hydrochemistry of the Yangjae stream.
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양재천 유역면적은 62.2 km2이며, 과천시 도심에 해당하 는 상류지역은 하천주변으로 대부분의 주거, 상업지역이 형 성되어 있다. 하천 일부가 복개되어 현재는 과천시 별양동 복개종점이 양재천 기점이다. 서울시에 해당하는 하류지역 은 고도로 도시화된 지역으로, 하도가 직강화 되어있고 유 입지천이 없다. 양재천 중류지역(막계천 합류지점~여의천 합류지점)은 도시 경계부로서, 화훼단지 등 농경지와 공원 지가 위치하며, 양재천 북측으로 대규모 아파트단지가 최근 조성되었고, 남측으로 도시개발이 예정되어 있다. 택지개발 로 인해 토지이용이 급격히 변하고 있으며, 도로, 저류조 등 각종 도시기반시설이 들어서고 있다. 또한, 양재천의 유 지유량 확보를 위해 상수원수, 지하철 유출지하수, 하수처 리장 방류수 등이 유입되고 있다.

2.2. 연구방법

연구지역의 수위, 유량, 강수량 및 수질 자료는 국토교통 부에서 발간한 2016년 수문조사연보(MOLIT, 2017), 한강 홍수통제소에서 제공되는 실시간 모니터링 자료(HRFCO, 2018b), 환경부 물환경정보시스템 제공자료(ME, 2018)를 사 용하였다. 각 관측지점의 위치는 Fig. 1(a)에 나타낸 바와 같다. 양재천 하류의 ‘대치교(Daechi-bridge Station)’는 1992 년부터 운영된 환경부의 하천수 수질(일반)측정망이며, 2015 년 12월 30일부터 수위관측망으로 운영되고 있고 2017년부 터 10분 단위 유량 실시간 관측이 이루어지고 있다. 중류 의 ‘한강H4(HR-H4 Station)’는 수질(총량)측정망으로, 약 8 일 간격으로 수질 및 유량 관측이 이루어지고 있다. 강수 량은 유역 내 강수량관측소인 ‘과천시(한국수자원공사)’ 자 료를 사용하였다.

강우 시 도시하천은 하수관 월류수, 노면축적물 유입 등 비점오염원의 영향을 크게 받으므로, 평상시와는 상이한 수 리화학적 특성을 나타낸다(Hasenmueller et al., 2017). 본 연구에서는 평상시 양재천의 수리화학적 특성에 영향을 미 치는 요인을 평가하기 위하여 강우 영향이 작은 건기의 두 시점을 선택하여 정밀조사를 실시하였다. 2017년 11월 19 일과 2018년 2월 27일 두 차례 양재천 본류 하천수(Y-1 ~ Y-15)와 지천 등 유입수(T-1 ~ T-10)를 채취, 분석하였다. 각 시료채취 시점의 선행무강우일수(Antecedent dry day, ADD)는 4일과 3일이고, 시료채취 지점은 Fig. 1(b)와 같다. 1차에는 3개 주요 지천(막계천(T-3), 우면천(T-6), 여의천 (T-10))에서 시료채취를, 2차에는 기존 시료채취 지점을 포 함하여 총 10개 유입수를 채취하였다. 소하천 중 삼거리천 (T-1), 뒷골천(T-4), 형촌천(T-9) 3개 지점과 유량이 풍부한 4개 유입구에서 채수를 실시하였다.

현장에서 수온, pH, 전기전도도(Electrical conductivity, EC), DO를 측정(Orionstar A329, Thermo)하였으며, 0.45 μm 멤 브레인 필터로 여과한 후 실험실에서 다음과 같은 화학분 석을 실시하였다. 알칼리도는 시료채취 후 24시간 이내에 0.01 N HCl을 이용한 적정법으로 측정하였으며, 중탄산이 온(HCO3-) 농도로 표현하였다. Cl-, SO42-, NO3-와 같은 음이 온은 이온크로마토그래피(Basic IC Plus 883, Metrohm)로 분석하였다. Na, Ca, Mg, K, SiO2 등 주원소 및 금속류는 농축질산을 이용해 pH 2 이하로 산처리한 후 유도결합플라 즈마 원자발광분석기(ICP-AES, iCAP 7000, Thermo)로 분 석하였다. 각 분석 시 인증표준물질을 이용해 오차율 ± 10 % 이내로 관리하였으며, 주요 이온성분에 대한 분석결과는 양이온-음이온 전하균형 ± 10 % 이내로 검증하였다.

3. Results and Discussion

3.1. 양재천 유입수 현황

양재천 종말점 인근에 위치한 수위관측지점(대치교)의 2016년 평수위는 해발고도 기준 5.90 m이며, 2016년 7월 4 일~ 5일 156 mm의 강우가 왔을 때(2016년 최대강우사상) 시자료 기준 9.32 m의 최고수위를 나타냈다(MOLIT, 2017). 평균 수심이 0.4 m 수준임을 감안할 때, 약 3.4 m 수위상승 은 양재천이 강우 영향을 크게 받고 있음을 나타낸다. 강 우 영향을 배제하기 위하여 ADD ≥ 3인 경우를 구분하여 살펴보면, 일평균 수위는 1.41 ~ 1.64 m (영점표고 4.464 m, n = 192)로 좁은 범위 내에서 나타났다(Fig. 2).

Fig. 2. Variation of water level in the Yangjae stream. Daily water level at the Daechi-bridge station in 2016 was plotted against daily rainfall at the Gwacheon station. The gray color means data was affected by rainfall, less than 3 of antecedent dry day.
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양재천 중-상류 구간에는 다수의 지천이 존재하고, 전 구 간에서 여러 가지 인위적인 유입수가 합류된다(Fig. 1). 탄천 등 3개 하천기본계획에 의하면(Gyeonggi-do Office, 2014), 양재천 중상류 구간에서 합류되는 막계천 종점 유량은 하 수처리장의 방류수 유입 직전 양재천 유량과 유사하였다 (0.146 m3/s and 0.113 m3/s). 양재천 기점에서 방류되는 상 수 원수의 2016년 일평균 방류량은 1,971 m3 (0.02 m3/s; Gwacheon City Office, personal communication), 하수처리 장의 2016년 일평균 방류수 유량은 19,748.3 m3 (0.23 m3/s; WWTP of Gwacheon City, 2018)로, 중류(한강H4) 유량 0.45 m3/s (중위수, ADD ≥ 3, n = 18)의 5 %와 51 %에 해 당하는 양이다(Fig. 3). 2017년 실시간 관측 자료(HRFCO, 2018b)에서 하류 일유량은 0.42 ± 0.20 m3/s (평균±표준편 차, ADD≥3, n = 180)로 중류 관측값 0.45 ± 0.18 m3/s (평 균±표준편차, ADD≥3, n = 16)과 유사하였다. 따라서, 양 재천은 하수처리장 방류수의 영향을 크게 받고 있는 것으 로 평가된다.

Fig. 3. Box plot of stream water flux at the HR-H4 station in comparison with major artificial discharges in 2016.
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지하철 역사 및 대형건축물에서 배출하는 유출지하수 또 한 양재천에 영향을 미칠 수 있다. 서울시 유출지하수의 92 %가 하천유지용수로 이용되는데, 배출시설 중 지하철에 서 발생하는 유출지하수의 양이 가장 많다(Lee and Yoon, 2018). 서울시 지하철역의 절반 가량이 100 m3/day 이하의 유출지하수를 배출하지만, 양재천 인근의 양재시민의숲역 (신분당선, 4,000 m3/day 이상)과 대치역(3호선, 1,000 m3/day 이상)은 유출량이 상당히 많다(Chung, 2010; Lee and Yoon, 2018). 2011년 운행을 시작한 신분당선은 유출지하수 전량 을 재이용하고 있어 여의천의 유량 증가에 크게 기여하고 있는 것으로 평가된다. 양재천 하류 구간에서 유출지하수가 유입되고 있지만, 중류-하류 간 유량 차이가 거의 없어 하 천 유량의 손실분을 보상하는 수준으로 예상된다. 반면, 양 재천 상류 및 막계천 인근의 지하철4호선은 유출지하수를 하천으로 배출하고 있지만 관련 자료가 확보되지 않아 평 가가 불가능하였다. 그러나, 시설물의 심도가 깊지 않아 배 출량이 크지 않을 것으로 추정된다.

3.2. 지천 및 하천유지용수의 수리화학적 특성

양재천 유입수의 EC는 390 ~ 7,398 μS/cm, 중위수 593 μS/cm로 넓은 범위를 나타냈다(Table 1). 매우 높은 EC를 나타낸 T-8지점을 제외한 9개 지점의 Na, Ca, SiO2, Cl, HCO3, NO3-N 등 9개 주요성분 농도와 pH에 대하여 SPSS 24 프로그램을 이용해 통계분석을 실시하였다. 군집분석 결과에서는, EC가 1,000 μS/cm 이상인 세 지점(T-1, 5, 9) 이 다른 집단으로 분석되었고, 나머지 중에는 EC가 가장 낮은 T-3(막계천)이 다른 지점들과 구분되었다(Fig. 4a). 주 성분 분석에서는, 2개의 주성분이 77.546 %의 설명력을 갖 는 것으로 나타났다(Table 2). 주성분1은 HCO3, SO4, SiO2, Ca의 영향을 크게 받아 암석 및 콘크리트 구조물과의 반응 을 지시하는 것으로 해석되는데, 특히 NO3-N에 대해 음의 상관관계(r = -0.759)를 갖는 것으로 나타났다. 반면, 주성분 2는 Na, K, Cl의 영향을 크게 받는 것으로 나타나 인간활 동으로 인한 쓰레기 및 폐수에 존재하는 전해물질(제설제 포함)의 영향을 지시하는 것으로 해석된다(Chambers et al., 2016; Rose, 2007). 각 유입수의 요인점수를 도시해보면(Fig. 4b), T-6(우면천), T-7, T-9(형촌천)지점이 주성분1의 영향을 크게, T-3(막계천)이 상대적으로 작게 받은 것으로 나타난 다. 반면, T-1(삼거리천), T-5, T-9(형촌천) 지점은 주성분2 의 영향을 크게 받은 것으로 나타난다.

Table 1. Chemical characteristics of stream water and inflows in the Yangjae stream
Main stream (n = 23) Inflows (n = 13)


Mean Median Min. Max. Mean Median Min. Max.

pH 7.47 7.48 6.91 7.89 7.73 7.62 7.15 8.42
DO 11.47 11.45 8.67 13.19 11.45 11.72 8.39 14.12
EC 498 499 262 719 1211 593 390 7398
Cl 62.1 59.7 18.8 108.8 248.3 62.6 49.3 2005
NO3-N 3.92 4.49 2.10 5.83 3.09 3.62 nd* 6.11
SO4 23.6 23.2 15.8 31.0 53.7 31.2 17.7 285
HCO3 88 83 65 117 115 113 40 189
Na 33.4 35.5 12.3 52.0 123.0 35.7 20.7 1047
K 7.78 7.91 2.86 10.70 10.91 7.06 4.29 51.08
Ca 35.1 36.0 25.9 43.1 56.4 53.6 28.4 91.6
Mg 6.98 7.15 5.02 9.17 18.68 9.42 5.45 125.3
SiO2 8.2 8.2 5.1 11.6 14.0 14.4 6.7 26.1
Sr 0.22 0.22 0.15 0.31 0.46 0.39 0.17 1.25
Mn 0.061 0.033 nd 0.153 0.077 0.020 nd 0.328

* Not detected

Fig. 4. Statistical analysis for water chemistry of inflow samples. (a) Cluster dendrogram by average linkage between groups, (b) Factor score plot by principle component analysis. The data from the first sampling period was indicated by the suffix “(1)”.
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Table 2. Rotated factor matrix of the principle components for inflows in the Yangjae stream
Component 1 Component 2

pH 0.580 -0.343
Cl -0.048 0.987
NO3-N -0.759 -0.072
SO4 0.913 0.152
HCO3 0.948 0.199
Na 0.099 0.974
K -0.097 0.858
Ca 0.760 0.616
Mg 0.106 0.756
SiO2 0.801 -0.247

% of Variance 38.957 % 38.589 %
Cumulative % 38.957 % 77.546 %

[i] Factors were treated with Varimax rotation with Kaiser normalization.

주성분1의 영향을 크게 받고 있는 T-6, 7, 9 지점은 모두 최근에 조성된 양재천변 북쪽 택지개발지구에서 유출되고 있다. 이 세 지점은 콘크리트 구조물의 영향으로 HCO3, SO4와 Ca 농도가 높은 것으로 판단된다. 높은 SiO2 농도를 통해 지하수 함량이 높다고 추정되며, 낮은 NO3-N 농도는 양재천 북측 대수층의 특성인 것으로 예상된다. 실제로, 양 재천 북측 유입수의 NO3-N 농도 평균은 1.17 ± 1.32 mg/L, 남측 평균은 4.73 ± 1.00 mg/L로, 유입방향에 따라 NO3-N 농도가 상이하였다(p < 0.001). 이는, 양재천 남측에 농경지 가 주로 분포하고 있어 토지이용의 차이가 주된 원인으로 추정된다.

T-8 지점은 다른 지점들과 용존 성분 농도 수준이 상이 하여 통계분석 시 제외하였으나, 주성분2에서 높은 상관계 수를 갖는 Na, Cl 성분의 농도가 다른 지점에 비해 8배 이상 높은 반면, 주성분1에서 높은 상관계수를 갖는 SiO2 농도(14.4 mg/L)는 중위수에 해당하며, 평균(14.0 mg/L)과 유사하였다. 따라서, T-8 지점은 T-1, 5, 9지점과 유사하게 주성분2의 영향을 크게 받는 것으로 추정된다. 높은 EC가 일시적 현상인지 확인하기 위하여, 29 mm의 강우사상 (2018년 5월 6일) 1일 후와 4일 후에 EC를 측정하였다. 강우 1일 후에 EC는 1,233 μS/cm로 2018년 2월의 7,398 μS/cm보다는 낮았으나, 당일의 양재천 본류(345 ~ 398 μS/cm)보다 약 4배 가량 높았다. 강우 4일 후에는 7,824 μS/cm의 EC를 나타내 일시적인 현상이 아닌 것으로 판단 된다.

T-3(막계천)은 과천저수지에서 흘러나오는 지류로서, 호소 수질의 영향을 크게 받아 다른 지천들과는 구분되는 수질특 성을 나타내었다(Fig. 4). 두 번의 시료채취 모두 유입수 중 최저 EC를 나타냈으며, HCO3, SO4, Ca, SiO2 농도가 다른 유입수에 비해 통계적으로 유의하게 낮았다(p < 0.05).

3.3. 양재천의 수리화학적 특성

최근 3년 간(2015년 ~ 2017년) 하류 수질(일반)관측망 자 료에 의하면(ME, 2018), 양재천은 중성~약알칼리성으로 III ~ IV등급의 수질을 나타냈는데, 총대장균군과 분원성대 장균군을 제외하면 보통 이상의 수질을 갖는다. EC 521 ± 84 μS/cm, T-N 5.82 ± 1.18 mg/L, NO3-N 4.94 ± 1.09 mg/L를 나타냈으며, 측정항목 간 상관관계 분석 결과 수온이 EC 및 T-N와 음의 상관관계를 나타내(r = -0.642 and -0.843, p < 0.001), 계절 영향을 받는 것으로 해석된다. 2016년 4월 부터 제공되는 중류의 수질(총량)관측망 자료를 포함하여, 계절에 따른 양재천 수질특성을 살펴보았다. Fig. 5에 나타 낸 바와 같이, EC와 T-N은 여름(6월~ 8월)에 값이 작고 겨울(12월~ 2월)에 컸다. 겨울철 EC는 다른 계절과 유의하 게(p < 0.05) 달랐는데, 특히 여름과 겨울은 99 % 신뢰수준 에서 상이하였다. 봄과 가을의 T-N은 차이가 없었으나, 여 름과 겨울은 유의한 차이를 나타냈다(p < 0.01). T-N은 중류 에서 평균값이 더 높았지만 통계적으로 유의하지 않았다. 그러나, EC는 중류보다 하류에서 높은 값을 나타내(p < 0.01), 전해물질과 질소의 오염원 및 경로가 다른 것으로 판단된다.

Fig. 5. Seasonal water chemistry (mean ± standard deviation) in the Yangjae stream for three years (2015 ~ 2017).
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두 번의 시료채취 및 분석 결과에서, 양재천 본류 EC는 평균 498 μS/cm로 262 ~ 719 μS/cm 범위에서 관찰되었으며 (Table 1), 2018년 2월에 측정한 결과가 2017년 11월보다 높았다(p < 0.001, Fig. 6). 이는 유량 차이에서 영향을 받은 것으로 유추되는데, 2017년 11월 시료채취 당일 하류(대치 교)의 일평균 유량은 0.53 m3/s이었으나, 2018년 2월 시료 채취일 유량은 절반수준인 0.28 m3/s 이었다. 본류와 유입수 를 비교해보면(Table 1), 대부분의 성분이 유량이 큰 본류 에서 유입수보다 낮은 농도와 좁은 범위를 나타냈다. 그 중, HCO3, Ca, SiO2 농도는 통계적으로 유의하게 낮았다(p < 0.05).

Fig. 6. Statistical analysis for main stream water chemistry. (a) Changes in EC by sampling location and period, (b) Cluster dendrogram by average linkage between groups. The data from the first sampling period (November 19, 2017) was indicated by open circle and the suffix “(1)”, and the one from the second sampling period (February 27, 2018) was done by closed circle and the suffix “(2)”.
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3.3.1. 공간적 특성

EC의 공간적 분포를 살펴보면(Fig. 6(a)), 부분적으로 상 승 및 하강을 반복하지만 Y-3 ~ Y-4 구간(Zone A)을 경계 로 크게 달라졌다. Y-3과 약 0.45 km 하류의 Y-4 지점 사 이에 EC가 크게 상승하는 것이 관찰되었는데, 두 지점 사 이에는 큰 유량을 갖는 하수처리장 방류수와 막계천(T-3), 간헐적으로 배수가 이루어지는 T-2가 유입된다. 2018년 2 월 측정 시, 하수처리장 방류수의 EC는 672 μS/cm로 Y-3 지점(376 μS/cm) 및 막계천(390 μS/cm)의 두 배에 가까운 수 치를 나타냈으며, Y-4 지점(584 μS/cm) 및 T-2(586 μS/cm) 보다도 약간 높았다. Y-4와 EC가 유사하며 상대적으로 작 은 유량을 간헐적으로 배출하는 T-2를 무시하고, Y-3과 막 계천의 EC를 동일한 값(380 μS/cm)으로 가정하여, 하수처 리장 방류수와 단순 혼합으로 Y-4와 같은 EC를 초래하는 혼합비를 계산하였다. 그 결과, 시료채취 당시 하수처리장 방류수의 기여율은 69.9 %에 달하였다. 2017년 11월에는 Y-3 지점과 막계천 간 EC 차이가 커(272 and 433 μS/cm), 위와 같은 단순한 가정에 의한 계산은 불가능하였다. 그러 나, Na, K, Cl 성분이 두 번의 시료채취 기간 모두 Y-3 ~ Y-4구간 사이에서 큰 농도 증가를 보였으며, 막계천에서 매우 낮은 농도를 나타낸 HCO3 성분은 2017년 11월에는 감소(81.7→65.9 mg/L), 2018년 2월에는 증가(90.3→109.8 mg/L)하는 상반된 경향을 나타냈다(Fig. 7). 따라서, 방류수 의 HCO3 함량은 다양하게 변하지만, Na, K, Cl 성분에 대 해서는 일관되게 기여가 크다고 판단된다.

Fig. 7. Changes in concentration of major constituents along the Yangjae stream. Circle means the value in main stream and bar indicates the one in inflows. Open symbol means the data from the first sampling period and black symbol does from the second sampling period.
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Y-4지점 이후 EC는 감소하였다가 Y-8 ~ Y-9 구간(Zone B)에서 약간의 상승을 보인다(Fig. 6a). 이 구간에는 가장 높은 EC를 나타낸 T-8 지점을 포함하여 양재천 양측으로 다수의 유입구가 존재한다. 유입수들의 유량이 작아 양재천 본류의 수리화학적 특성에 미치는 영향이 크지 않았지만, T-8 지점에서 양재천 본류 대비 20배 이상의 높은 농도를 나타낸 Na, Cl 성분에서는 그 영향이 나타난다. Y-8 ~ Y-9 구간 사이의 Na, Cl 농도 증가가 T-8의 유입에만 영향을 받는다고 가정하고 2018년 2월 시료채취 당시의 기여율을 계산해보면, 0.2 ~ 0.3 % 수준이다. 이 구간 내 여러 유입수 의 농도 다양성을 고려하더라도, T-8 지점의 양재천의 주 성분 농도에 대한 기여도는 1 % 미만으로 추정된다.

Y-13 ~ Y-14 구간(Zone C)은 지방하천 여의천(T-10)이 유 입되는 구간으로, 두 시료채취 시점 사이에 Y-13 인근에서 양재천 우안도로 개설공사가 시작되었다. 여의천의 전반적인 용존 이온 함량은 양재천 본류(Y-13 및 Y-14)와 유사하여(p > 0.10), 유출지하수 유입보다는 양재천에서 물을 끌어다 통 수시키는 것의 영향이 큰 것으로 판단된다. 2017년 11월에 는 Na, Cl 농도가 Y-9 지점 이후 낮아져 비슷한 수준을 유 지하였으나, 2018년 2월에는 Y-13 지점이 양재천 본류 전 구간 중 최고농도를 나타냈다. 도로공사를 시작하면서, 겨울 철 차량 통행을 위한 제설제의 사용, 비산먼지 감소를 위한 분무 등으로 양재천 수질이 영향을 받는 것으로 추정된다.

3.3.2. 용존 성분에 따른 특성

지각 구성의 주성분인 silicate minerals의 화학적 풍화과정 에서 용출되는 SiO2는 암석과의 반응시간을 간접적으로 지시 하는 인자다(Ide et al., 2018). 양재천 본류 SiO2 농도(8.2 ± 1.2 mg/L)는 지천 및 유입수(14.0 ± 5.1 mg/L)보다 통계적으로 낮아 유입수의 영향을 잘 나타낼 것으로 기대한 항목이다. 저수지 기원의 막계천(T-3)은 SiO2 농도가 유입수 중 가장 낮았으며, 상수원수의 영향을 크게 받고 있는 Y-1 지점과 유 사하였다(Fig. 7). 2017년 11월에는 양재천 중류 구간에서 SiO2 농도가 거의 일정하게 유지되다가 여의천(T-10) 유입에 따라 소폭 증가하였다. Y-3 ~ Y-4 구간(Zone A)에서 막계천 유입에 따른 SiO2 감소분이 하수처리장 방류수에 의해 보상 되는 것으로 추정되며, 이외의 구간에서는 지천 및 유입수 합류의 영향이 뚜렷이 관찰되지 않았다. 2018년 2월에는 지 천 및 유입수 합류에 따른 농도변화가 나타났는데, 이는 양 재천 유량이 절반수준으로 감소하여 본류 수리화학적 특성이 유입수 합류에 민감해졌기 때문으로 추정된다. 그러나, SiO2 농도가 높은 지천 및 유입수가 합류함에도 불구하고 양재천 본류의 SiO2 농도는 지속적으로 감소하는 추세를 나타내고 있어 그 원인에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

NO3-N는 EC와는 반대로 2017년 11월이 2018년 2월보다 높은 농도를 나타냈다(Fig. 7). Y-3 지점에서 농도는 거의 유사하였으나 2017년 11월에 Y-3 ~ Y-4 구간(Zone A)에서 농도가 크게 증가하였다. 막계천(T-3)의 NO3-N 농도가 본 류와 유사하게 11월에 6.11 mg/L, 2월에 2.88 mg/L로 큰 차 이를 나타내, 본류 NO3-N 농도에 주요한 영향을 미치는 것으로 추정된다. 하수처리장 방류수는 높은 기여율(69.9 %)에도 불구하고, 본류의 NO3-N 농도에 미치는 영향이 크 지 않은 것으로 생각된다. 하수처리장 방류수는 지난 3년 (2014년~ 2017년) 간 월평균 T-N 농도가 최소 6.991 mg/L 에서 최대 12.786 mg/L, 평균 9.417 mg/L로 넓은 분포를 나 타냈다(WWTP of Gwacheon City, 2018). 중랑천 및 탄천 에 위치한 하수처리장 방류수 유입에 따른 수질변화 연구 (Lee et al, 2016)에 의하면, 하수처리장 방류수에서 NO3-N 은 T-N의 35 ~ 57 % 비율을 차지하였다. 따라서, 2018년 2 월 시료채취 당시 하수처리장 방류수가 양재천 본류(2.10 ~ 2.54 mg/L)와 유사한 수준의 NO3-N 농도를 갖는 것이 가능 하다고 판단된다. Zone A 이후 양재천 중류구간의 NO3-N 농도는 좁은 범위 내의 값을 나타냈다. 유입수 중 NO3-N 농도가 특별히 높은 지점이 없으며, NO3-N 농도가 낮은 양재천 북측 유입수는 유량이 작기 때문에 본류에 미치는 영향이 작은 것으로 유추된다.

Fig. 8에 나타낸 바와 같이 하수처리장 방류수의 T-N은 양재천 하류(대치교)보다 높다. Cho and Kim (2018)에 의 하면, 낙동강유역 하수처리장 12개소의 방류수와 인근 수 질관측지점의 수질 상관관계 분석결과, 9개 지점에서 T-N 에 대해 약한 양의 상관관계(0.344≤r≤0.560)를 보였다. 양재천이 유입되는 탄천에서는 하수처리장 방류수가 하류 하천 NH4+-N의 주요 오염원이지만, δ15N-NO3-은 하천 하류 의 측정값과 상관관계를 갖지 않았다(Lee et al., 2016). 과 천시 하수처리장 방류수의 2007년~ 2009년 월평균 T-N 농 도와 동 기간 양재천 하류 T-N 관측값의 상관관계 분석 결과, 강한 양의 상관관계를 나타냈다(r = 0.7042). 그러나, 농도가 낮아진 최근 3년간(2015년~ 2017년) 자료에서는 상 관관계가 나타나지 않는다(r = 0.1175). 하수처리장 방류수 에서 NO3-N은 T-N의 절반가량을 차지하지만(Lee et al., 2016), 방류수 유입지점에서 9.5 km 떨어져 있는 양재천 하 류 관측지점에서는 90 % 이상으로 비율이 높아졌으며(2016 년 관측자료, n = 12; ME, 2018), 2018년 2월 측정 결과에 서도 Y-14와 Y-15 사이에 NO3-N 농도가 크게 증가하였다 (Fig. 7). 따라서, 하수처리장 방류수는 현재 양재천 NO3-N 변동을 유발하는 인자가 아닌 것으로 판단된다.

Fig. 8. Annual average of total nitrogen concentration at the Daechi-bridge Station and concentration of discharged effluent from the waste water treatment plant of Gwacheon City.
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4. Conclusion

한강의 제2지류인 양재천은 도시개발이 진행중인 서울 경계부와 고도로 도시화된 서울 남부를 흘러 탄천으로 유 입되는 도시하천이다. 강우 시 큰 수위변동을 나타내지만, 강우 영향이 없을 때는 하수처리장 방류수가 유량 유지에 크게 기여한다(양재천 중류 유량의 51 %). 건기인 2017년 11월과 2018년 2월, 2회에 걸쳐 양재천 본류 및 지천을 포 함한 각종 유입수의 수리화학적 특성을 분석한 결과, 유입 수는 본류보다 더 높고 넓은 범위의 EC를 나타냈다. 유량 이 작을 때, 양재천 본류의 수리화학적 특성은 유입수 합 류에 민감하게 반응하였다. 유량이 큰 하수처리장 방류수와 막계천(T-3) 합류 영향으로, Y-3 ~ Y-4 구간(Zone A)에서 양재천의 수리화학적 특성이 달라졌다. 그러나, 2018년 2월 시료채취 당시에는 하수처리장 방류수의 유량 기여율이 69.9 %로 상당히 높았음에도 불구하고, 본류 NO3-N 농도 변동과는 무관하였다. 중류구간의 최근 택지개발이 완료된 지역에서 유입되는 T-6, 7, 9 지점은 암석 및 콘크리트 구 조물과 반응한 지하수 함량이 높으며, T-1, 5, 9 및 T-8 지 점은 인간활동의 영향으로 Na, K, Cl 농도가 높은 것으로 유추된다. 가장 높은 EC를 보인 T-8은 본류 대비 20배 이 상의 Na, Cl 농도를 나타냈으나, 유량이 작아 Y-8 ~ Y-9구 간(Zone B) 내 기여율은 1 % 미만으로 추정된다. 양재천 물을 끌어와 통수시키는 여의천(T-10)은 양재천과 수리화학 적 특성이 유사하였다. 다양한 특성을 갖는 유입수의 합류 외에도, 양재천 주변의 택지개발, 도로공사 등 인위적 활동 역시 양재천의 수리화학적 특성에 영향을 미치고 있다. 2018년 2월에는 도로공사가 진행중인 Y-13 지점이 본류 중 가장 높은 EC-특히 Na 및 Cl 농도-를 나타냈고, 택지개 발이 완료된 중류구간 북측 유입수는 농경지로 이용되고 있는 남측보다 낮은 NO3-N 농도를 나타냈다. 남측의 농경 지 역시 개발이 예정되어 있어, 공사기간 및 공사완료 후 양재천의 수리화학적 변화가 예상된다. 본 연구는 현재 양재천 유역의 물수지 및 물질순환 이해에 기초자료를 제공하며, 계획되어 있는 택지개발 완료 후 변화를 평가 하는데 비교자료로서 중요하게 활용될 것으로 예상된다.

Acknowledgement

본 연구는 한국연구재단으로부터 연구비를 지원받아 수 행하였습니다(과제번호 NRF-2017R1D1A1B03032321). 이 에 감사드립니다.

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