1. Introduction
남세균(Cyanobacteria)또는 남조류(Blue-green algae)는 광 합성을 하는 원핵생물로 막을 기관으로 하는 세포 소기관이 없는 생물이다(John et al., 2015; Park, 2012). 남조류는 편모 를 갖고 있지 않으나 체내에 위공포(aerotope)를 갖고 있어 (Komárek and Anagnostidis, 1999) 물의 표면에 부유하는 특 성을 갖고 있으며, 군체나 사상체를 형성한다(NIER, 2017).
일반적으로 저수온성 규조류가 3 ~ 5월인 봄철에 주로 증 식하며, 수온이 상승하는 5 ~ 6월로 접어들면서 녹조류로 천 이가 이루어진다(Kim, 2014). 녹조류의 증식으로 인해 물속 의 pH가 상승하고 일사량이 증가하는 여름이 되면, 남조류 로 천이가 이루어진다(Han River Environment Research Center, 2013). 남조류는 한번 증식하면 수일 내로 대량 증식 하여 조류대발생(Algal bloom, 녹조현상)이 발생한다(NIER, 2017). 조류 경보제는 유해남조류 세포수를 매주 모니터링하 여 그 결과가 2회 연속으로 단계별 기준을 초과할 때 발령한 다. 상수원 구간에서는 ‘관심(1,000
cells/mL 이상)→경계 (10,000 cells/mL 이상)→조류대발생(1,000,000 cells/mL 이 상)’의 3단계로, 친수활동 구간에서는
‘관심→경계’의 2단계 로 구성되어 있다. 유해남조류는 조류 경보제와 관련하여 환 경부에서 지정한 Microcystis, Dolichospermum, Oscillatoria, Aphanizomenon 등 4 속의 분류군이다. 이는 독성물질을 배 출하여 유해한 영향을 줄 수 있는 남조류이다(ME, 2016a).
영천호는 경상북도 영천시 자양면에 위치하고 있고, 주요 유입하천은 자호천, 유출하천은 금호강이다. 댐 높이는 42 m, 댐 길이는 300 m, 저수면적은
6.9 km2, 총저수량은 103.2 백만 톤이다. 연간 용수공급량은 107.3 백만 톤으로 이 중 생활 및 공업용수로 80.3 백만 톤, 관개용수로 12.4
백만 톤, 하천유지용수로 14.6 백만 톤이 이용되고 있다. 경북 동남부 지역의 용수 수요 증가에 대처하기 위하여 건설된 영천댐 도 수로는 임하호와
길안천의 수원으로부터 25만 m3/일의 원수 를 영천호로 공급하고, 공급된 원수 중 16만 m3/일은 다시 안계댐 도수로를 통해 안계호로 공급하고 있다(Nakdong River Environment Research Center, 2014).
남조류 대발생을 제어하기 위해서는 호소 내의 영양염류를 관리하는 것도 중요하지만(Park et al., 2001), 특히 유역 면 적에 따른 유입량은 수체 내 영양염의 유입량을 결정하기 때 문에 매우 중요하다(Choi, 2018). 영천호의 경우 유역 면적이 작고 총 유입용수 중에서 상당 부분을 임하호의 도수로 용수 에 의존하고 있다. 영천호의 유해남조류 발생 저감을 위해서
는 임하호로부터 유입되는 도수로 용수와 유해남조류 발생 특성 및 상관관계를 분석하는 것이 필수적이다.
최근 남조류에 관한 연구는 꾸준히 지속되어오고 있지만 (Chung et al., 2017; Kim et al., 2015; Park et al., 2013), 영 천호를 대상으로 하는 남조류 관련 연구는 미흡한 실정이다. 이전 논문은 1998년 4월부터 1999년 3월까지 식물플랑크톤 과 이화학 요인을
분석한 연구(Kim and Kim, 2004), 2007년 영천호의 남조류 발생과 독소에 관한 연구 논문(Lee et al., 2008)과 남조류 독소인 microcystin-LR과 어류에서의 농축 여부를 다룬 연구 논문(Lee et al., 2009)이다. 이후 2016년에 Microcystis의 독성에 관한 연구(Lee et al., 2016)가 발표되었 다. 이에 영천호를 대상으로 남조류 발생과 이와 관련된 연 구가 필요하다고 판단된다.
본 연구는 도수로를 통해 유입되는 원수에 의한 영천호의 유해남조류 발생 영향 요인을 살펴보고, 이를 바탕으로 상수 원으로 이용되는 영천호의 효율적인
남조류 대발생의 저감 대책을 제안하고자 한다.
2. Material and Methods
2.1. 조사 지점 및 조사 시기
본 연구는 2017년 5월부터 2017년 11월까지 경상북도 영 천시 자양면 일대를 선정하여 수질 및 식물플랑크톤 조사를 실시하였다. 자호천 하류부터
영천호 댐축까지 5개 지점을 선정하여 Y-1부터 Y-5로 지점명을 선정하였다(Fig. 1). 유해 남조류가 대량 발생될 것으로 예측되는 6월부터 9월까지는 주 1회로 집중 조사를 실시하였고, 그 외 5월, 10월과 11월 은 월 2회
조사하였다. 한 달간 주 1 회 조사를 실시하였다.
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Y-1(자호천 하류): 경북 영천시 자양면 (E 129° 04′21.58″, N 36° 06′20.93″)
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Y-2(영천호 유입): 경북 영천시 자양면 (E 129° 04′18.09″, N 36° 06′23.15″)
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Y-3(영천호 상류): 경북 영천시 자양면 (E 129° 04′05.16″, N 36° 06′49.69″)
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Y-4(영천호 유출): 경북 영천시 자양면 (E 129° 03′09.11″, N 36° 05′11.39″)
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Y-5(영천호 댐축): 경북 영천시 자양면 (E 129° 00′46.96″, N 36° 03′53.55″)
Fig. 1. Map showing the sampling stations in the upper region of the Yeongcheon Lake.
2.2. 기상 및 수리·수문 환경과 이·화학적 수질 조사
영천호의 기상자료는 기상청(KMA, 2007), 저수량, 유입·유출량 자료는 국가수자원관리종합정보홈페이지(Han River Flood Control Office, 2017)에서 제공하는 자료를 수집하여 분석에 활용하였다. 오염원 및 오염부하량 산정은 아크지아 이에스(ArcGIS) 기반의 수문해석 프로그램인 아크하이드로
툴(ArcHydrotool)을 이용하여 산정하였다. 영천호 연구 지역 은 호소로 유입하는 주요 지천을 중심으로 구분하였다. 생활 계, 토지계, 산업계,
축산계별 오염원은 각 유역에 해당하는 행정구역을 추출하여 유역 내 포함되는 행정구역 점유율을 적 용하여 산정하였다. 오염부하량은 전국오염원조사자료(ME, 2012)를 사용하였고, 호소별 발생 및 배출부하량은 수계오염 총량관리기술지침(ME, 2007)에서 제시한 부하량 산정방법과 원단위를 적용하였다.
수질조사 항목 중 수온, 수소이온농도(pH), 용존산소농도 (DO)는 휴대용 수질자동측정기(YSI 556MPS)를 이용하여 현 장에서 측정하였다.
실험실 분석항목은 현장 시료를 분석 전까 지 냉암소에서 보관하였다. 화학적산소요구량(COD), 부유물 질(SS), 엽록소 a(Chl-a), 총인(TP)
및 총질소(TN) 등은 수질오 염공정시험기준에 제시된 방법으로 분석하였다(ME, 2016b).
2.3. 식물플랑크톤 및 남조류 조사
식물플랑크톤 분석을 위해 표층수에서 수심 1 m 이하의 시료를 채수하여 루골용액(Lugol’s solution)으로 현장에서 고정하였다. 실험실에서
48시간 이상 자연침강 시킨 후 상등 액을 제거하고 5배 이상 농축하였다. 정량분석은 농축된 시 료 1 mL를 서지위크래프터챔버(Sedgwick Rafter
chamber)에 서 10분 이상 침강시킨 후 광학현미경(M1, Carl Zeiss & ECLIPSE 80i, Nikon)을 이용하여 100배~ 400배로
검경 및 계수하였다.
각 분류군은 종별로 동정한 후 세포수를 계수하고 현존량은 단위부피(mL)당 세포수로 산출하였다. 식물플랑크톤과 남조 류의 종 동정은 John et al. (2011), Komárek and Anagnostidis (1999), Komárek and Anagnostidis (2005)와 Park (2012)을 준수하였고, Guiry and Guiry (2017)를 이용하여 검증하였다. 유해남조류 조사는 환경부에서 지정한 4 속의 분류군 (Microcystis, Dolichospermum, Oscillatoria, Aphanizomenon) 에 Cuspidothrix을 추가해 총 5 속을 지정하여 모니터링 하였 다. Cuspidothrix issatschenkoi는 머리카락처럼 가는 사상체로 투명한 말단세포를 가지고 있어 Aphanizomenon sp.와는 구분 되며, 독소생성이 가능한 분류군이다(Ryu, 2017).
2.4. 통계 분석
수질영향 인자 및 유해남조류 발생간의 상관성은 피어슨 상관계수를 이용하여 분석하였고, 통계적 유의수준(p-value) 0.05 미만으로 하였다.
유해남조류 발생과 환경 요인간의 관련성 해석의 분석 프 로그램은 WEKA(Waikato Environmental for Knowledge Analysis,
version 3.9)속의 의사결정트리(Decision tree) 기법 을 적용하였다. 의사결정트리 기법은 데이터 마이닝의 대표 적인 분류 기법 중
하나로서 하나의 종속변수에 대하여 여러 개의 입력변수가 계층적으로 어떠한 영향을 주는 지를 시각 화 모델로 표시해준다. 이는 종속변수에 영향을 미치는
요인 들의 관계를 트리 형태로 제공해주며, 그 결과는 직관적으로 해석될 수 있고 적용에 유용한 규칙들을 발견하는데 큰 장점 이 있다(Kim, 2012). 분석 항목으로는 기온, 강수량, 일조시 간, 유입량, 오염부하량, 수온, pH, DO, COD, TOC, SS, Chl-a, TN, TP, TFe의
15개 요인을 선별하였고, 영향해석 목 표 항목은 각 지점의 유해남조류 개체수로 하였다.
3. Results and Discussion
3.1. 기상 및 수리·수문 환경 조사
조사 기간 동안 영천호의 유역 내 일 기온은 –0.4 ~ 28.9 °C 범위이었고, 평균 기온은 21.9±6.8 °C이었다. 조사 기간 동안 누적
강수량은 454.1 mm이었으며, 평균 일조시간은 7.3±4.3시 간으로 조사되었다. 영천호의 저수위는 평균 146.6±1.3 EL.m 로 최대 148.8
EL.m, 최소 144.4 EL.m이었다. 유입량은 평균 6.1±4.0 m3/sec로 최대 23.8 m3/sec, 최소 4.2 m3/sec이었고, 방 류량은 평균 6.2±1.4 m3/sec로 최대 8.1 m3/sec, 최소 3.4 m3/sec 로 각각 조사되었다(Fig. 2).
Fig. 2. Daily fluctuations of air temperature, 7 days precipitation, daylight hours, water level, inflow and outflow reach of the Yeongcheon Lake from the survey period.
영천호 유역의 생활계 오염원 현황은 총 인구 3,238명, 하수 도 보급률은 11.3 %이었다. 유역 내 축산계 오염원의 경우, 한 우, 젖소, 돼지,
말, 사슴, 가금 등 총 가축의 수가 1,930마리였으 며, 축종별로 한우가 가장 많았다. 유역 내 토지 이용현황은 임야의 비율이 가장 많이 차지하고
있으며, 그 외 기타, 전, 답, 대지 순으로 나타났다. 유역 내 산업계·양식계·매립계 오염원은 없었다(ME, 2012). 영천호 유역에서 발생부하량은 축산계와 토지계가 가장 높은 비중을 차지하였고, 배출부하량 은 토지계의 비중이 가장 높았다. 총 발생부하량 중 BOD
부하 량은 16.0 kg/일로 가장 높았으며, 다음으로 TN 발생부하량이 9.0 kg/일, TP 발생부하량은 1.2 kg/일 순이었다. 배출부하량은
TN 배출부하량이 7.2 kg/일로 가장 높았으며, 다음으로 BOD 부하량이 6.9 kg/일, TP 배출부하량은 0.5 kg/일 순이었다 (Nakdong River Environment Research Center, 2014).
3.2. 이·화학적 수질 조사
수온은 조사 기간 동안 영천호 도수로 유입부인 Y-2지점 에서 가장 낮았으며, 영천호 유출부인 Y-4지점에서 가장 높 았다. 수소이온농도(pH)는
자호천 하류부인 Y-1지점과 영천 호 도수로 유입부인 Y-2지점에서 pH가 가장 낮았으며, 영천 호 유출부인 Y-4지점에서 가장 높았다. 용존산소(DO)는
영 천호 유출부인 Y-4지점에서 DO가 가장 낮았으며, 영천호 상 류부인 Y-3지점에서 가장 높았다.
유기오염물질 지표인 화학적산소요구량(COD)은 자호천 하류부인 Y-1지점에서 COD가 가장 낮아 호소환경기준 등급 은 약간좋음(II)에 해당되었다.
이를 제외한 나머지 지점은 모두 약간나쁨(IV)의 등급에 해당되었다. 총유기탄소(TOC) 는 자호천 하류부인 Y-1지점에서 가장 낮았으며, 이를 제외
한 나머지 지점들은 비교적 유사한 값을 보여 화학적산소요 구량(COD)의 지점별 변화와 유사한 경향을 나타냈다. 부유 물질농도(SS)는 자호천 하류부인
Y-1지점에서 SS가 가장 낮 았으며, 호소환경기준 등급의 매우좋음(Ia)에 해당되었다. 이를 제외한 나머지 지점은 모두 약간좋음(II)의 등급에
해 당되었다. 조류발생정도를 나타내는 엽록소 a(Chl-a) 농도는 전 지점에서 모두 평균 5.0 mg/m3이하로 낮았다.
총질소(TN)는 4개 지점이 유사한 값을 나타내었고 모두 호소환경기준 등급의 매우나쁨(VI)에 해당되었다. 총인(TP) 은 조사 기간 동안 영천호
도수로 유입부인 Y-2지점은 호소 환경기준 등급의 약간좋음(II)에 해당되며, 자호천 하류부인 Y-1지점, 영천호 유출부인 Y-4지점은 보통(III)의
등급, 영천 호 상류부인 Y-3지점은 약간나쁨(IV)의 등급에 해당되어 조 사 지점별로 차이를 보였다. 총철(TFe)은 영천호 유출부인 Y-4지점에서
가장 낮은 값을 보인 반면, 도수로 유입부인 Y-2지점에서 가장 높은 값을 보였다(Table 1).
Table 1. Physical and chemical characteristics of LakeYeongcheon determined during the experimental period. The values indicate mean, standard deviation and range (maximum and minimum)
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Factors/Sampling stations
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Y-1
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Y-2
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Y-3
|
Y-4
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Water Temperature (°C)
|
19.9±4.5
(25.2/5.9)
|
15.0±2.7
(19.3/10.4)
|
16.3±2.7
(21.0/11.9)
|
23.0±4.3
(29.0/10.2)
|
|
pH
|
7.2±0.4
(7.8/6.4)
|
7.2±0.3
(7.9/6.6)
|
7.3±0.4
(8.1/6.7)
|
7.9±0.5
(8.8/6.9)
|
|
DO (mg/ℓ)
|
9.9±1.8
(13.2/5.6)
|
10.8±1.6
(13.1/7.5)
|
11.9±1.7
(15.8/8.5)
|
9.4±1.0
(11.2/7.5)
|
|
COD (mg/ℓ)
|
3.7±2.2
(10.9/1.8)
|
5.9±0.8
(7.4/4.6)
|
5.6±1.3
(10.6/4.2)
|
5.7±1.2
(10.0/4.0)
|
|
TOC (mg/ℓ)
|
1.9±0.9
(4.8/1.1)
|
3.8±0.3
(4.3/3.1)
|
3.7±0.3
(4.5/3.2)
|
3.5±0.6
(5.9/3.0)
|
|
SS (mg/ℓ)
|
1.0±0.9
(3.2/0.2)
|
1.9±1.6
(5.0/0.1)
|
1.5±1.0
(4.0/0.2)
|
2.6±1.3
(5.9/0.3)
|
|
Chl-a (mg/m3)
|
1.9±1.1
(5.0/-)
|
1.8±1.9
(6.2/-)
|
2.2±2.1
(9.6/0.4)
|
4.2±2.9
(12.1/0.1)
|
|
T-N (mg/ℓ)
|
2.8±1.5
(5.4/0.6)
|
2.2±0.7
(3.8/0.8)
|
2.4±1.1
(5.2/1.1)
|
2.2±0.9
(3.8/0.5)
|
|
T-P (mg/ℓ)
|
0.031±0.021
(0.076/-)
|
0.025±0.009
(0.046/0.009)
|
0.051±0.111
(0.557/0.011)
|
0.039±0.038
(0.200/0.010)
|
|
T-Fe (mg/ℓ)
|
0.028±0.043
(0.153/-)
|
0.051±0.064
(0.286/-)
|
0.042±0.051
(0.222/-)
|
0.018±0.015
(0.040/-)
|
3.3. 식물플랑크톤 및 유해남조류 조사
식물플랑크톤의 월별 출현종수는 5월에 76종으로 가장 적 었고, 7월에 96종으로 가장 많았다. 식물플랑크톤을 규조류, 녹조류, 남조류 및 기타 조류로
구분하는 경우, 규조류의 구 성비는 41.1 ~ 59.2 %로 높았다. 규조류는 5월과 7월에 45종 씩 출현하여 각각 전체의 59.2 %와 46.9
%이었다. 녹조류는 18 ~ 29종이 출현하여 규조류 다음으로 구성비가 높았다. 남 조류는 5월에 11월에 각각 5종, 6종이 출현하였고, 6월부터
10월까지는 12 ~ 13종으로 출현하여 전체의 13.3 ~ 16.4 %의 구성비를 보였다.
조사지점별 출현종수는, 영천호 유출부인 Y-4지점에서 총 116종이 출현하여 가장 많았으며, 영천호 유입부인 Y-2지점 에서 총 83종이 출현하여
가장 적은 종수를 보였다. 분류군 별 출현종수는 4개 전 지점에서 규조류가 40 % 이상을 차지 하며 가장 많았으며, 다음으로 녹조류, 남조류, 기타조류
순 이었다. 녹조류는 전체의 28 % 이상을 차지하였고, 남조류는 7 % 이상, 기타조류는 6 % 이상을 차지하였다.
식물플랑크톤의 우점종은 5월에는 규조류인 Fragilaria crotonensis가 우점하였으며, 전체 현존량의 33.7 %를 차지하 였다. 6월, 7월, 8월과 9월에는 남조류의 Aphanocapsa sp.가 우 점하였으며, 전체 현존량의 16.3 %(6월), 53.5 %(7월), 19.4 % (8월)와 32.0 %(9월)를 차지하였다. 이후
10월에는 은편모조 류인 Rhodomonas sp.가 우점하였으며, 전체 현존량의 15.2 % 를 차지하였다. 11월에는 다시 규조류의 Fragilaria crotonensis 가 우점하였으며, 전체 현존량의 28.4 %를 차지하였다. 지점 별 우점종은 Y-1지점은 규조류 Fragilaria capucina(16.9 %) 가 우점하였으며, Y-2지점, Y-3지점과 Y-4지점은 모두 남조 류 Aphanocapsa sp.가 우점하였고, 전체 현존량의 43.8 %, 34.0 %, 33.3 %를 각각 차지하였다.
식물플랑크톤 현존량은 9월에 가장 높았고, 5월에 가장 낮았 다. 5월은 879 ~ 3,372 cells/mL로 평균 1,566 cells/mL이었다
(Fig 3). 6월은 2,029 ~ 3,958 cells/mL로 평균 2,647 cells/mL, 7월은 316 ~ 7,973 cells/mL로 평균 3,248
cells/mL이었다. 8 월은 470 ~ 7,301 cells/mL로 평균 2,361 cells/mL이었고, 9월 은 585 ~ 12,514 cells/mL로
평균 3,608 cells/mL이었다. 10월 은 298 ~ 4,504 cells/mL로 평균 1,741 cells/mL이었고, 11월 은 205
~ 4,497 cells/mL로 평균 2,727 cells/mL이었다.
Fig. 3. Change of phytoplankton standing crops by survey period andfour sampling stations of the Yeongcheon Lake.
Y-1지점의 평균 현존량은 1,306 cells/mL(185 ~ 8,240 cells/mL)이었으며, Y-2지점은 평균 1,904 cells/mL(306
~ 11,102 cells/mL), Y-3지점은 평균 1,781 cells/mL(422 ~ 9,669 cells/mL), Y-4지점에서 평균 6,865
cells/mL(1,277 ~ 25,580 cells/mL)이었다. 영천호 유출부인 Y-4지점의 평균 현존량은 타 정점에 비해 다소 높았으며, 나머지
지점의 평 균 현존량은 비교적 유사하였다.
유해남조류의 출현종수는 5월에서 9월까지 점차적으로 증 가하였으며, 그 이후 감소하는 경향을 보였다(Fig 4.). 유해남 조류 월별 평균 현존량과 조사시기별 현존량은 다음과 같다. 5월에는 평균 60 cells/mL(0 ~ 190 cells/mL)였으며,
6월에는 평 균 31 cells/mL(0 ~ 166 cells/mL), 7월에는 평균 232 cells/mL (0 ~ 1,669 cells/mL),
8월에는 평균 755 cells/mL(0 ~ 3,890 cells/mL), 9월에는 평균 1,425 cells/mL(0 ~ 6,626 cells/mL),
10월에는 평균 265 cells/mL(0 ~ 813 cells/mL), 11월에는 평 균 227 cells/mL(0 ~ 655 cells/mL)로
조사되었다.
Fig. 4. Change of harmful cyanobacteria standing crops by survey period and five sampling stations of the Yeongcheon Lake.
5월에는 Oscillatoria limosa가 전체 유해남조류 현존량의 100.0 %를 차지하며 현저하게 우점하는 양상을 보였다. 6월 과 7월에는 Microcystis aeruginosa가 전체 유해남조류 현존 량의 50.8 %(6월)와 78.4 %(7월)를 각각 차지하며 높은 우점 도를 나타냈다. 8월부터 11월까지는 모두 Aphanizomenon flos-aquae가 현존량 62.6 %(8월), 74.0 %(9월), 33.5 %(10월) 와 72.9 %(11월)를 각각 차지하여 우점하는 양상을 보였다.
조사지점별 유해남조류 현존량은 영천호 유출부인 Y-4지점 에서는 유해남조류의 평균 현존량이 1,086 cells/mL로 조사되 어 가장 높았으며,
Y-5지점, Y-2지점, Y-3지점과 Y-1지점이 평균 현존량 1,005 cells/mL, 150 cells/mL, 119 cells/mL, 16
cells/mL로 그 뒤를 이었다. 조사지점별로 유해남조류 우점도 가 높은 종은 Y-1지점은 Oscillatoria limosa, Y-2와 Y-3지점은 모두 Microcystis aeruginosa가 이었다. Y-4와 Y-5에서는 Aphanizomenon flos-aquae가 우세하였다.
3.4. 통계 분석
수환경 요인과 유해남조류 발생량과의 상관관계를 피어슨 상관계수(Pearson Correlation Coefficient)를 사용하여 이변 량으로 분석한
결과, 도수로를 통해 영천호로 유입되는 Y-2 지점은 수온, 유입량, COD부하량, TOC부하량이 유해남조류 현존량과 유의미한 양의 상관관계(p<0.05)를
보였다. 반면 자호천의 하류부인 Y-1지점은 유해남조류 현존량과 환경 요 인간의 유의미한 상관관계를 보이지 않은 것으로 나타났으 며, 이는 타 지점에
비해 극히 낮은 유해남조류의 발생량이 원인인 것으로 판단되었다. 영천호 유출부인 Y-4지점은 Y-2 지점의 TP부하량과 TOC부하량, Y-2지점의
유해남조류 현존 량, Y-3지점의 유해남조류 현존량과 유의미한 양의 상관관 계(p<0.05)를 보이는 것으로 나타났다.
Y-4지점의 유해남조류 현존량과 관련된 데이터 마이닝 분 석 결과, 영천호의 유해남조류 현존량은 임하호에서 유입되 는 도수로의 TP부하량과 유해남조류
현존량에 의해 영향을 받는 것으로 판단되었다. 데이터 마이닝 상관계수(Correlation coefficient)는 0.484이었다. 평균절대오차(Mean
absolute error)는 989.2이었고, 평균제곱근오차(Root mean squared error)는 1497.3이었다.
Y-4지점의 유해남조류 현존량을 목표인자로 할 경우 (+)인 자로 Y-2지점의 TP부하량과 Y-2지점의 유해남조류 현존량 으로 나타났으며, (-)인자는
Y-4지점의 COD로 나타났다. 일 반적으로 COD는 조류의 성장에 양의 상관성을 갖는다고 알 려져 있다(Kim, 2015; Seo et al., 2013). 따라서 Y-4 지점의 유해남조류 현존량에 (-) 인자로 분석된 COD 값을 고찰하였 다. 분석한 자료의 대부분의 COD는 유해남조류 현존량은
양의 상관성을 나타냈으나, 표준편차로부터 오차 범위가 가 장 컸던 8월 16일, 9월 5일, 9월 12일의 결과 값은 유해남조 류 현존량과 경향이
달랐다. 9월 5일과 9월 12일 조사에서는 COD가 각각 4.1 mg/L와 4.0 mg/L로 평균보다 낮은 값을 보 인 반면, 유해남조류 현존량은
3,933 cell/mL와 6,626 cells/mL로 전 조사 시기 동안 가장 높은 것으로 분석되었다. COD가 10 mg/L로 가장 높았던 8월
16일 조사에서 유해남 조류 현존량이 357 cells/mL로 비교적 낮았다. 이러한 결과 로 인해 데이터 마이닝 분석에서 COD가 Y-4지점의 유해남
조류 현존량에 영향을 미치는 (-)인자로 나타난 것으로 판단 된다. 오차 범위가 큰 조사 일자의 결과를 제외하고 데이터 마이닝을 분석하는 경우는,
COD가 (-)인자로 나타나지 않았 다. 이는 Chl-a와 조류현존량 간의 관계가 항상 양의 상관성 을 보이지 않는 것처럼, COD와 유해남조류 현존량의
관계 도 항상 양의 상관성을 보이지 않는 경우가 있기 때문으로 사료된다. 이러한 오차 범위를 최대한 줄이기 위해서는 추가 조사를 통해 다량의 데이터를
확보하여 비교·분석 해보아 야 할 것으로 사료된다.
의사결정트리를 바탕으로 Y-4지점의 유해남조류 발생에 관한 Table 3과 같은 모형식이 도출되었으며, 모형식으로 유 추한 예측값을 실제 측정값과 비교해 본 결과 유사한 패턴을 보이는 것으로 나타났다. 이 결과를 바탕으로
Y-4지점의 유 해남조류 발생량을 모형식 값과 확인하였다(Fig. 5).
Table 3. Model formula of harmful cyanobacteria in Y-4 derived from data mining
Fig. 5. Comparison of cyanobacteria decision tree regression formula and the Y-4 cyanobacteria cells
이는 Chl-a와 조류현존량 간의 관계가 항상 양의 상관성을 보이지 않는 것처럼, COD와 유해남조류 현존량의 관계도 항상 양의 상관성을 보이지 않는
경우가 있기 때문으로 사료된다.
5월부터 11월까지 조사 기간 동안 도수로로부터 유입되는 Y-2지점의 유해남조류 현존량의 평균값은 151 cells/mL이었 다. 이를 근거로 하여
Y-4지점의 유해남조류 발생량 변화와 TP부하량과의 관계를 Table 3의 모형식에 적용하여 아래의 세 부분으로 가정하여 예측하였다. Table 2.
Table 2. Correlation between the number of harmful Cyanobacteria cells in Yeongcheon Lake and water quality factors
|
Factors/Sites
|
Y-1
|
Y-2
|
Y-3
|
|
|
Water Temperature
|
-0.028
|
0.609** |
0.094
|
|
pH
|
-0.433
|
0.364
|
0.146
|
|
DO
|
0.015
|
-0.645** |
-0.574** |
|
Chl-a |
0.000
|
-0.147
|
-0.233
|
|
COD
|
0.017
|
0.356
|
-0.253
|
|
SS
|
-0.141
|
-0.246
|
-0.167
|
|
T-N
|
-0.218
|
-0.199
|
0.223
|
|
T-P
|
-0.414
|
0.333
|
-0.073
|
|
TOC
|
-0.284
|
0.224
|
-0.059
|
|
Fe
|
-0.220
|
0.362
|
0.159
|
|
Inflow
|
-0.115
|
0.544** |
-0.025
|
|
Air Temperature
|
0.002
|
-0.102
|
0.047
|
|
Precipitation
|
-0.130
|
-0.027
|
0.065
|
|
Daylight hours
|
0.190
|
0.069
|
-0.158
|
|
Y-1 COD loading
|
-0.108
|
/
|
0.019
|
|
Y-1 TN loading
|
-0.130
|
/
|
0.043
|
|
Y-1 TP loading
|
-0.164
|
/
|
0.064
|
|
Y-1 TOC loading
|
-0.136
|
/
|
0.050
|
|
Y-1 Fe loading
|
-0.128
|
/
|
0.023
|
|
Y-2 COD loading
|
/
|
0.461* |
0.262
|
|
Y-2 TN loading
|
/
|
-0.138
|
-0.009
|
|
Y-2 TP loading
|
/
|
0.365
|
0.659** |
|
Y-2 TOC loading
|
/
|
0.435* |
0.493* |
|
Y-2 Fe loading
|
/
|
0.363
|
0.191
|
|
Y-1 Cyanobacteria cells
|
1
|
/
|
-0.247
|
|
Y-2 Cyanobacteria cells
|
/
|
1
|
0.779** |
|
Y-3 Cyanobacteria cells
|
/
|
/
|
0.684** |
|
Y-4 Cyanobacteria cells
|
/
|
/
|
1
|
Y-2지점으로부터 유입되는 유해남조류의 세포수가 0 cells/mL일 경우에 Y-4지점의 유해남조류 세포수가 10,000 cells/mL 이하로 발생하기
위해서는 Y-2지점의 TP부하량이 55.6 kg/day 이하로 유지되어야 할 것이다. Y-2지점의 TP부 하량이 32.2 kg/day 이하로 유지될
경우에는 5,000 cells/mL 이하로, Y-2지점의 TP부하량이 13.3 kg/day 이하로 유지될 경우에 1,000 cells/mL 이하로
줄어드는 것으로 예측되었다.
Y-2지점으로부터 유입되는 유해남조류의 세포수가 151 cells/mL일 경우에 Y-4지점의 유해남조류 세포수가 10,000 cells/mL 이하로
발생하기 위해서는 Y-2지점의 TP부하량이 51.7 kg/day 이하로 유지되어야 할 것이다. Y-2지점의 TP부 하량이 28.2 kg/day 이하로
유지될 경우에는 5,000 cells/mL 이하로, Y-2지점의 TP부하량이 9.5 kg/day 이하로 유지될 경 우에 1,000 cells/mL
이하로 줄어드는 것으로 예측되었다.
Y-2지점으로부터 유입되는 유해남조류의 세포수가 644 cells/mL일 경우에 Y-4지점의 유해남조류 세포수가 10,000 cells/mL 이하로
발생하기 위해서는 Y-2지점의 TP부하량이 39.0 kg/day 이하로 유지되어야 할 것이다. Y-2지점의 TP부 하량이 15.6 kg/day 이하일
경우에는 5,000 cells/mL 이하로 줄어드는 것으로 예측되었다. Y-2지점으로부터 유입되는 유 해남조류의 세포수가 520 cells/mL일
경우, Y-2지점의 TP부 하량에 관계없이 Y-4지점의 유해남조류 세포수는 항상 1,000 cells/mL 이상 유지될 것으로 보였다(Fig. 6).
Fig. 6. Changes in the number of Y-4 cyanobacteria cells according to Y-2 TP loading
Y-2지점은 임하호에서 도수로를 통해 유입되는 지점이므 로 임하호의 수질을 영천호와 비교해보았다. 임하호 유역의 수질자료는 환경부의 물환경정보시스템의
자료를 이용하였 으며(ME, 2017), 본 연구의 조사시기와 가장 근접한 조사일 자를 선정하여 비교·분석하였다. 조사 기간 동안 임하호의 평균 수온은 23.2±4.5 °C로 최대 28
°C, 최소 17 °C이었으며, Y-2지점간의 수온 차이가 큰 것으로 조사되었다. 수소이온 농도와 용존산소 등 전체적으로 수온을 제외한 수질은 비교
적 유사한 경향을 보이는 것으로 조사되었다. 이는 임하호 지점의 채수 시 2 m이내의 표층수를 대상으로 조사가 이루 어진 반면, Y-2지점의 도수로
유입수는 그보다 수심이 낮은 중층 이하의 물이 유입되기 때문에 차이를 보인 것으로 판단 된다.
영천호의 유해남조류 발생량을 줄이기 위해서는 영양염 유 입을 최소화하는 방안이 요구되며(Lee et al., 2018) 특히, 도 수로를 통해 유입되는 인부하량을 우선적으로 줄여야한다. 임하호와 영천호와 같이 유역에 대도시가 없는 소규모 호소 에서는 가축분뇨의 특성상
TP와 같은 오염부하량이 매우 높 기 때문에 소량이 유출되더라도 그 영향이 매우 크다(Park, 2016). 이러한 오염원 유입을 저감시키기 위해서는 대규모 호수와는 다른 호수 유역관리 정비대책이 필요한 것으로 판 단된다. 비점오염원 저감을 위한 유역환경
관리로는 우선 축 산분뇨가 유역의 가장 중요한 오염원으로 평가되므로(Shin, 2017), 축산분뇨를 수거하여 처리하는 체제가 수질개선을 위 해 최우선적으로 투자하여야 할 대상이 되어야 할 것으로 판 단된다(Lee, 2010). 이를 위해 강우시 축산분뇨의 유출을 막 는 저장시설을 갖추고 이를 퇴비화하는 시스템을 확충하는 방안을 들 수 있다(Bae and Hwang, 2012).
농경지의 비료 유출을 저감하기 위해서 비료 사용량을 줄 이는 계몽이 우선적으로 이루어져야 할 것이다. 또한 농경지 의 토용 분석을 거쳐 토양에 필요한
양만 비료를 시비하도록 하는 기술지원도 비점오염원 저감 대책이 된다. 농경지의 인 유출은 인을 흡착한 표토의 유실에 의해 일어나므로 표토의 보호 또한
비점오염원을 저감할 수 있는 방안이다. 특히 임 하호 유역의 특성을 고려할 때 농경지 유출량을 저감하여 미 세토사의 유실을 억제함으로써 TP와 같은
입자성 비점오염 물질과 관련이 높은 비점오염물질 부하를 줄이고 탁수발생 을 억제하는 것이 중요하다고 판단된다(Choi et al., 2015).
또한 위치적 조건에 따라 외부오염원 차단과 내부오염원 제거가 필요한데, 외부오염원을 차단하는 공법은 수계로 유 입되는 점·비점오염원의 유입을 최소화하며
유입 전 영양 염류를 제거하여 차단하는 것이고, 내부오염원 제거는 수계 내 조류성장을 촉진하는 환경요인들을 교란시키거나 조류를 직접 제거하는 공법
등이 있다(Byeon et al., 2016).