2.1 조사지점 및 조사시기

본 연구는 부산 북동쪽의 기장군 정관면에 위치한 좌광천 중류의 4개 지점에 대해 실시하였다. 좌광천은 부산광역시 기장군 정관면 병산리에서 발원하여 분지 내에 위치한 정관면을 서에서 동으로 가로지르는 하천으로, 하천 연장은 총 14.5 km이며 유역 면적은 약 43.65 km²이다^{(BDI, 2006)}. 좌광천 중상류에는 인구 약 86,000명, 면적 약 13.75 km²의 신도시가 형성되어 있으며 신도시의 동쪽은 산업단지가 조성되어 있는데 유역의 대부분은 분류식 하수관거로 정비되어 있으며 분지의 특성 상 분지 내에 내린 강우의 대부분은 좌광천으로 유입된다.

좌광천의 중류 부근에는 하수처리장(부산환경공단 정관사업소)가 위치하여 신도시와 산업단지 등에서의 하수를 처리하여 좌광천으로 방류하고 있다. 본 연구의 조사지점에는 정관 신도시와 산업단지 등을 통과한 후의 하천수가 흐르며, 조사지점 중 두 지점(St.1, St.2)은 하수처리수가 방류되기 전, 나머지 두 지점(St.3, St.4)은 하수처리수가 방류된 후의 지점이다. 각 지점 간의 이격 거리는 약 1 km 내외이며 하상구조는 자갈과 돌로 이루어져 있고 양안이 석재로 정비된 인공적인 하천으로 각 조사지점의 물리적 조건 등은 거의 유사하다. 각 조사지점의 인근에는 몇 개의 지류가 유입되고 있으나 대부분 건천이다.

Fig. 2. Monthly rainfall variation in the study sites (Gigang-gun area).

각 지점에 대하여 2019년 2월, 5월, 8월, 11월 총 4회에 걸쳐 조사를 실시하였으며 가능한 한 강우가 많은 시기를 피해서 조사를 실시하였다. 조사시기 중 2월과 5월은 비교적 강우가 부족한 시기였고 8월과 11월은 강우가 상대적으로 풍부한 시기였다.

2.2 조사방법

하천 수질은 4개의 조사지점에서 현장 측정 및 채수 후 실험실 분석을 통해 pH, DO, 수온, 전도도, 유기물질(BOD, COD, TOC), 영양염류(질소, 인) 등 18개 항목에 대하여 분석하였으며, 하수처리수의 수질은 부산환경공단의 공개 자료를 인용하였다. 하천 수질 중 pH, DO, 수온, 전도도는 현장에서 현장측정기(YSI 556MPS)로 측정하였으며, 나머지 항목은 시료채취 후 냉암상태를 유지하여 실험실로 운반하여 분석하였다. BOD는 전극법에 의한 용존산소 측정법, COD는 산성 과망간산칼륨법, TOC는 TOC 분석기(Shimadzu, TOC-LCPH)를 활용한 고온연소산화법, 총부유물질(TSS)은 유리섬유여과지(GF/C) 여과에 의한 중량측정법, 탁도는 탁도계(Hach, 2100AN)에 의한 측정 그리고 총질소(T-N), 총인(T-P) 성분에 대해서는 연속흐름법에 의한 자동분석기(Bltec, AACS)를 이용하여 분석하였다.

하수처리수 방류에 따른 부착조류 과다번성 현상의 여부를 살펴보기 위하여 하상의 부착물질도 정량 채집하였으며 부착물질은 조사 지점마다 직경 약 10~20 cm의 자갈 4개를 일정 간격으로 채취한 후 각각 25 cm², 총 100 cm²의 면적을 칫솔로 긁어내어 채집하고 증류수를 가하여 250 mL로 하였으며, 수질오염공정기준(^{NIER, 2018})에 따라 클로로필 a(Chl-a)를 분석하였고, Standard Method ^{(APHA, 2009)}에 따라 Ash Free Dry Weight(AFDW)를 구하고, 참고로 독립영양지수(Autotrophic Index, AI)도 구하였다. 독립영양지수는 하상 부착물질 중 AFDW의 클로로필 a에 대한 비를 말하며, 용해성 또는 입자성 유기물질의 농도가 높을 경우 부착조류 외의 박테리아, 원생동물 등의 클로로필 a를 함유하지 않는 생물이 증가하여 부착물질에서 클로로필 a의 비율이 낮아지게 되고, 대체로 AI가 100 이상이면 유기물에 의한 오염이 의심된다^{(Weber, 1973)}. AI는 일반적으로 50~200의 값을 나타내는 경우가 보통이며, 이 이상일 경우에는 부착생물 군집이 종속영양적 특성을 나타내는 것으로 알려져 있다(^{APHA, 2009}; Weber, 1973).

유속과 수심은 각 조사지점마다 현장의 부착조류 기질(자갈)을 채집한 4개의 위치에서 직접 측정하였으며 프로펠러형 유속계(Swoffer, US/2100)와 자를 이용하여 측정하였고, 수질오염공정시험기준(^{NIER, 2018})에 따라 수심 0.4 m 미만일 경우 수표면 60% 아래에서 측정하였고, 수심 0.4 m 이상일 경우 수표면 20% 와 80% 아래 지점을 각각 측정 후 평균하여 산출하였고 4개 위치의 측정값을 평균하였다(Table 3).

4개 지점 하천수의 유량은 하수처리수가 방류되기 전인 St.2 지점 인근에서 하도가 직강화되어 있고, 하상이 상대적으로 평탄한 곳을 선정하여 유속-면적법에 따라 측정하여 St.1과 St.2의 유량을 구하였으며, 하수처리수 방류 후의 지점인 St.3와 St.4에서의 유량은 방류 전의 유량에 하수처리수 방류량을 더하여 구하였다.

저서성 대형무척추동물은 생물측정망 조사 및 평가지침(NIER, 2019)에 따라 채집하고 분석하였는데, 정량채집망인 Suber Net(망목 1 mm, 30 cm×30 cm)으로 지점 당 3회 채집하였으며 현장에서 고정 후 실험실로 운반 후 관련 도감에 의거하여 분류하였다. 종 수준까지 분류가 어려운 종은 외부형태가 확연히 구별되는 개체에 대하여 임의로 상위 단계의 분류군인 과나 속 등의 수준에서 sp.1의 형태로 정리하였다. 종의 동정은 ^{Kwon et al. (2003)}, ^{Merritt and Cummins (1996)}, ^{Won et al. (2005)} 등의 문헌을 참고하였다. 저서성 대형무척추동물 조사 자료를 토대로 하여 종다양성지수^{(Pielou, 1969)}, 우점도지수^{(McNaughton, 1967)}, 종풍부도지수^{(Margalef, 1958)} 그리고 한국 환경부에서 제시한 수생태계 건강성 지표의 하나인 저서성 대형무척추동물 평가지수(Benthic Macroinvertebrate Index, BMI)를 국립환경과학원의 지침^{(NIER, 2019)}에 따라 산정하였다(Table 1).

Table 1. Ecological indices of benthic macroinvertebrates used in this study

Indices	Formula
Species Diversity Index(H’)	H’ = , ()	Ni : Number of individuals belonging to i species N : Total number of individuals
Dominance Index(DI)	DI =	N 1 : Number of dominant species individuals N 2 : Number of subdominant species individuals  N : Total number of individuals
Species Richness Index(RI)	RI =	S : Total number of species  N : Total number of individuals
Benthic Macroinvertebrate Index(BMI)	MI   si : saprobic value of the species i   hi : frequency of the species i   gi : indicator weight value of the species i	Index range	states
		80 ≦ BMI ≦ 100	very good
		65 ≦ BMI ＜ 80	good
		50 ≦ BMI ＜ 65	normal
		35 ≦ BMI ＜ 50	bad
		0 ≦ BMI ＜ 35	very bad

3.1 하수처리수

부산환경공단 정관사업소는 2008년 3월 준공되었으며, 처리구역은 약 7.2 km²이며 처리용량은 40,000 m³/day인 하수처리시설을 갖추고 있다. 주처리공법은 대우건설에서 개발한 Daewoo Nutrient Removal (DNR) 공법인데 반응조는 슬러지탈질조(무산소조), 혐기성조, 무산소조, 호기성조로 구성되며, 2차침전지 슬러지가 전단의 슬러지 탈질조로 반송되어 질산성 질소가 제거된 후 1차 침전지 유출수와 함께 혐기성조로 유입되어 혐기성조에서의 인 방출이 증가되도록 구성된 것이 특징인 공법이다. 2018년에는 일평균 23,810 m³/day의 하수를 처리하였으며, 방류수의 연평균 BOD와 COD는 각각 2.9 mg/L, 10.3 mg/L으로 생물학적 처리의 특성상 BOD/ COD비가 0.28 정도로 매우 낮다. 방류수의 2018년의 연평균 총질소 농도는 7.625 mg/L, 연평균 총인 농도는 0.228 mg/L를 나타내었다. BOD, COD, SS는 상대적으로 연중 안정적인 값을 나타내는 반면 총질소와 총인의 경우 변동폭이 다소 큰 편이다.

Fig. 3. Main treatment process in the Jeonggwan sewage treatment plant (DNR process).

3.2 수리 특성

하천수의 유량은 조사일 이전 강우량이 비교적 적었던 2019년 2월과 5월에는 하수처리수 방류 전 지점(St.1, St.2)에서는 10,400~12,000 m³/day, 방류 후의 지점(St.3, St.4)에서 31,700~32,500 m³/day로 방류 지점 하류 유량의 약 65%를 하수처리수가 차지하였다. 조사일 이전 강우량이 많았던 2019년 8월과 11월에는 상류로부터의 유량이 증가하여 방류 전 지점에서는 42,100~52,200 m³/day, 방류 후 지점에서는 63,800~77,400 m³/day이었고 유량의 약 33%만이 하수처리수로 구성되었다.

Fig. 4. Average daily effluent flow and its water quality in Jeonggwan sewage treatment plant (BECO, 2019). 

평균 유속은 하수처리수 방류 전 지점(St.1, St.2)에서 0.160~0.273 m/sec 범위, 평균은 0.23 m/sec 였으나, 방류 후 지점에서는 0.328~0.478 m/sec 범위였고 평균은 0.38 m/sec로 조사되었다. 평균 수심은 하수처리수 방류 전 지점에서는 0.153~0.350 m 범위이고 평균은 0.25 m이었고, 방류 후 지점에서는 0.255~0.510 m 범위이고 평균이 0.35 m로 나타나, 하수처리수 방류 후에 평균적으로 유속은 약 65% 증가, 수심은 약 40% 증가되었다.

3.3 하천 수질

수온은 하수처리수 방류 전인 St.1, St.2에서 각각 평균 20.4 ℃, 19.3 ℃, 방류 후인 St.3, St.4 에서 각각 평균 23.2 ℃, 22.6 ℃로 하수처리수 방류 후 약 3 ℃의 수온이 상승되었다. 특히 동절기인 2월에는 방류 전 지점에서 약 8.7~9.1 ℃였던 하천수가 방류 후의 지점에서 14~15 ℃로 측정되어 하수처리수의 영향으로 약 5.5 ℃의 수온 상승을 나타내었다.

용존산소(DO)는 St.1, St.2에서 평균 11.5 mg/L, St.3, St.4에서는 각각 10.1 mg/L, 10.6 mg/L를 나타내어 하수처리수 방류 이후의 지점에서 약 1 mg/L 내외의 DO 농도 감소가 나타났으나 방류 전 및 방류 후 지점들 모두 포화농도에 가까운 높은 용존산소 농도를 나타내었다.

총부유물질(TSS)은 St.1, St.2에서는 각각 평균 5.9 mg/L, 4.3 mg/L이었으나, St.3, St.4 에서는 각각 평균 7.5 mg/L, 7.8 mg/L으로 평균적으로는 약간의 상승을 나타내었으며 채수 시기에 따라서 불규칙한 패턴을 보였으나 항상 한국의 환경정책기본법 생활환경기준(이하 동일 기준 인용)의 매우좋음(Ⅰa) 등급을 나타내어 생태환경에 큰 영향을 미치지는 않았을 것으로 판단된다. 탁도도 평균적으로는 하수처리수 방류 이후의 지점들에서 0.8~0.9 NTU 가량 상승하였으나 8월 조사 시에는 하수처리수 방류 후의 지점들에서 약간의 탁도가 감소하였다.

유기물질 지표인 BOD, COD, TOC는 하수처리수 방류 후의 지점들에서 확연히 증가되었다. BOD 평균은 St.1, St.2에서의 각각 1.5 mg/L, 1.3 mg/L으로 좋음(Ⅰb) 등급이었으나, St.3, St.4에서는 각각 3.2 mg/L, 3.0 mg/L으로 약 100% 이상 증가된 값을 나타내어 좋음(Ⅰb)~약간좋음(Ⅱ) 등급을 나타 내었다. COD 평균은 방류 전 지점인 St.1, St.2에서 각각 4.3 mg/L, 4.2 mg/L으로 약간좋음(Ⅱ) 등급을 나타내었으나, 방류 후 지점인 St.3, St.4에서는 각각 9.5 mg/L, 9.1 mg/L를 나타내어 약 100% 이상 증가된 값을 나타내어 약간나쁨(Ⅳ) 등급으로 악화되었다. 특히 TOC 평균은 St.1, St.2에서는 각각 1.7 mg/L, 1.8 mg/L으로 매우좋음(Ⅰa) 등급이었으나 St.3, St.4에서는 각각 5.3 mg/L, 5.2 mg/L를 나타내어 약 200%의 큰 폭으로 증가되어 약간나쁨(Ⅳ) 등급으로 악화되었다.

전기전도도도 하수처리수가 혼합된 후 평균적으로 약 150 μS/cm (약 40%) 정도 상승하여 하수처리수 유입에 따라 약간의 염류 농도 증가가 나타났다.

Fig. 5. Water quality of the study sites according to the location and time of sampling.

총질소(T-N) 평균은 St.1, St.2에서 각각 2.078 mg/L, 2.223 mg/L이었으나, 방류 후 지점인 St.3, St.4에서는 5.630 mg/L, 5.540 mg/L를 나타내어 약 3.4 mg/L(약 160%) 이상 증가되었다.

총인(T-P)평균은 St.1, St.2에서 각각 0.057 mg/L, 0.045 mg/L으로 약간좋음(Ⅱ) 등급이었으나, 방류 후 지점인 St.3, St.4에서는 0.209 mg/L, 0.212 mg/L를 나타내어 약 0.16 mg/L(약 310%) 이상의 증가된 값을 나타내어 약간나쁨(Ⅳ) 등급을 나타내었고 수질 항목 중에서는 가장 큰 폭의 변화를 보였다.

하수처리수 방류 후의 지점에서 수온 증가, 유기물질 및 영양염류 농도 증가 등으로 전반적인 수질이 악화되었는데, 하수처리수 방류 전의 하천수의 유량이 10,400~52,200 m³/day으로 아주 작아 하수처리수의 방류량(2018년 평균 23,810 m³/day)에 의해 큰 변화가 유발되었기 때문이다.

3.4 하상 부착물질

하천 바닥의 부착조류의 양은 자갈 표면의 부착물질의 Chl-a양으로 조사하였는데, 조사 결과 St.3와 St.4에서의 부착조류 농도는 상류의 St.1, St.2와 비교할 때 2월에는 감소, 5월과 8월에는 큰 폭으로 증가하였으며 11월에는 큰 차이가 없었으며 별도로 측정한 AFDW도 비슷한 결과를 나타내었다. 하수처리수 방류 후 질소와 인과 같은 영양염류 농도가 증가되어 부착조류의 과다한 성장이 예상되었으나 하수처리수 유입 전후 지점에서의 Chl-a 양의 변화가 일관된 패턴을 보이지 않는 것은 부착조류의 번성에 영양염류와 같은 수질적 요인 외에 강우에 의한 전단력, 수심에 따른 태양광 감소 등 다른 변수가 함께 작용하기 때문으로 생각된다. 특히 강우가 거의 없는 동절기에 좌광천의 St.1, St.2에서의 부착조류 증가는 부족한 강우량 때문에 과다 성장한 부착조류를 제거할 수류의 전단력이 없는 점이 주요한 원인으로 생각된다^{(Merigoux and Doledec, 2004)}.

부착조류의 성장에 영향을 미치는 요인으로는 유속, 영양염류, 태양광 등 많은 요인이 제기되고 있다. 영양염류에 관해서는 ^{Dodds et al. (1997)}에 의하면 부착조류의 Chl-a농도를 100 mg/m² 이하로 제어하기 위해 총질소는 0.35 mg/L, 총인은 0.03 mg/L 이하의 값을 제안하였는데, 하수처리수 방류 전 지점인 St.1, St.2에서 총질소는 각각 평균 2.078 mg/L, 2.223 mg/L으로 이 기준을 훨씬 상회하였고, 총인은 St.1, St.2에서 각각 평균 0.057 mg/L, 0.045 mg/L으로 약간 상회하고 있어 하수처리수 방류 전 지점에서도 부착조류가 성장하기에 충분한 양의 영양염류가 존재하기 때문에 부착조류 성장 및 사멸에 의한 환경악화는 수질 외에 유속이나 태양광 등 다른 요인이 더 크게 영향을 미칠 것으로 생각된다.

독립영양지수(Autotrophic Index)는 2월~5월까지는 AI 값이 73~158을 나타내어 광합성에 의한 부착조류의 증가가 주된 부착물질 성장의 원인이 되었고, 11월부터는 AI값이 439~568로 매우 높아 하절기에 생성된 부착조류를 먹이로 하는 생물이 증가하는 종속영양적 물질대사가 부착물질 증가의 주된 원인이 되는 것을 확인할 수 있었다.

3.5 저서성 대형무척추동물 군집

저서성 대형무척추동물은 조사기간 동안 총 7,982개체, 총 30종을 채집하고 동정하였으며 이 중 환형동물문이 4,224개체로 전체의 52.9%를 차지하였고, 이어서 절지동물 곤충강이 2,848개체(35.7%), 편형동물문이 540개체(6.8%), 연체동물문이 350개체(4.4%), 기타 저서성 대형무척추동물이 20개체(0.3%) 채집되었다.

시기별로는 2월에 채집된 생물이 총 5,023개체로 전체의 62.9%를 차지하여 과반수 이상의 생물이 2월에 집중적으로 출현하였다. 또한 2월의 5,023개체 중 대부분의 생물은 실지렁이(총 3,963개체)로 2월 출현생물의 79%로, 2월에는 오염내성종인 실지렁이가 대량 번성하는 경향을 나타내고 있었다. 이어서 5월에는 1,176개체(14.7%), 8월에는 761개체(9.5%), 11월에는 1,022개체(12.8%)의 저서성 대형무척추동물이 채집되었다. 출현종수는 2월에 총 16종, 5월에 19종, 8월에 21종, 11월에 23종 출현하여 후반기로 갈수록 많은 종이 출현하는 경향을 보였다. 동절기 갈수기인 2월에는 실지렁이와 같은 특정종이 과다 출현하고 전체 종수는 감소하여 동절기의 갈수기에 좌광천의 하천생태계의 다양성이 크게 악화되고 있었다.

각 조사지점별 저서성 대형무척추동물 분포를 살펴보면 하수처리수 방류 전 지점인 St.1, St.2에서는 환형동물문이 각각 807 개체(63.9%), 1525 개체(66.9%)였으며, 절지동물문 곤충류는 각각 307개체(24.9%), 562 개체(24.6%)를 나타내어 전반적으로 환형동물문이 과다하게 우점하는 경향이 컸다. 반면에 하수처리수 방류된 후의 지점인 St.3, St.4에서는 환형동물문이 각각 1,000 개체(41.1%), 892 개체(44.5%)였고, 절지동물문 곤충류는 각각 1,102 개체(45.3%), 877 개체(43.7%)를 나타내어 하수처리수가 방류된 이후에는 환형동물문의 개체수가 줄고 절지동물문 곤충강의 수가 증가하는 경향을 보였다.

Fig. 6. Benthic macroinvertebrate community composition of the study sites (black numbers, total numbers of individuals; red numbers, total number of species).

하수처리수 방류 전 지점들(St.1, St.2)과 방류 후 지점들(St.3, St.4)의 저서성 대형무척추동물의 출현종 변화를 살펴보면 플라나리아(Dugesia japonica)의 개체수는 방류 전 지점들에서는 각각 37개체, 21개체이나 방류 후 지점들에서는 311개체, 166개체로 크게 증가하였고, 물달팽이(Radix auricularia)는 방류 전 지점들에서는 각각 107개체, 162개체이었으나 방류 후 지점들에서는 8개체, 57개체로 감소하였다. 또한 깔따구류 중 2개 종(Chironomidae sp.1, Chironomidae sp.3)의 개체수는 방류 전 지점들에서는 각각 총 92개체, 총 114개체였으나 방류 후 지점들에서는 각각 총 606개체, 총 472개체로 크게 증가하였다. 그리고 줄날도래과의 일종인 줄날도래(Hydropsyche kozhantschikovi), 흰점줄날도래(Hydropsyche valvata), 꼬마줄날도래(Cheumatopsyche brevilineata) 역시 하수처리수 방류 후의 지점들에서 크게 증가하였는데 방류 전 지점들(St.1, St.2)에서는 세 종을 합쳐서 각각 총 9개체, 총 10개체이었으나 방류 후 지점들에서는 세 종을 합쳐 각각 총 84개체, 총 97개체로 방류 후의 지점들에서 큰 폭으로 증가하였다. 국립환경과학원의 자료^{(NIER, 2019)}에 따르면 플라나리아는 오탁지수 0.7, 지표가중치 3의 비교적 맑은 물의 지표종이고, 물달팽이는 오탁지수 1.6, 지표가중치 2의 광범위하게 출현하는 생물이며 상기의 깔따구류 2종 역시 오탁지수 1.7, 지표가중치 1의 광범위하게 출현하는 생물이다. 그리고 줄날도래과의 3개 종은 오탁지수 0.4~0.8, 지표가중치 3~4로서 양호한 수질의 지표종이다.

조사지점별 제1우점종과 제2우점종을 살펴보면 2월에는 St.1과 St.2에서 실지렁이(Limnodrilus gotoi)가 각각 90%, 96%로 매우 높은 우점률을 보였으나 하수처리수 방류 후의 St.3과 St.4에서는 실지렁이(Limnodrilus gotoi)가 우점종이긴 하지만 각각 62%, 71%로 우점률이 낮아지는 결과를 보였다. 이것은 동절기 갈수기로 인한 극단적인 환경 악화가 하수처리수가 방류됨에 따라 어느정도 완화되었다는 것을 의미한다. 5월, 8월, 11월에는 대체적으로 개똥하루살이(Baetis fuscatus), 깔따구류, 플라나리아 등이 우점하는 경우가 많았다. 개똥하루살이 등 광범위한 수질에 널리 분포하는 종들이 5월, 8월, 11월에 우점하는 반면 2월에는 실지렁이 등의 오염수지표종이 극단적으로 우점하는 것을 살펴볼 때 동절기 갈수기에 조사지점의 생태환경이 상당히 열악하다는 것을 알 수 있다.

섭식기능군(FFGs)과 서식기능군(HOGs)은 먹이자원의 특성과 서식처의 환경특성을 반영하는데(^{Cummins, 1973}; ^{Ward, 1992}) 하수처리수 방류 전과 방류 후 지점들에서의 출현종의 변화는 크게 없었으나 몇 종의 개체수는 크게 변동하였다.

섭식기능군(FFGs)의 측면에서는 총 30종 중 22종이 모아먹는 무리-주워먹는 무리(collector-gatherers), 3종이 모아먹는 무리-걸러먹는 무리(collector-filterers)로 전체 출현종수의 83%가 모아먹는 무리에 속하였다. 출현개체수의 측면에서는 총 7928개체 중 7699개체가 모아먹는 무리-주워먹는 무리에 속하였고, 200개체가 모아먹는 무리-걸러먹는 무리에 속하여 전체 개체수의 99.6%가 모아먹는 무리에 속하여 조사지점 전반에 걸쳐 상당히 단순한 생물상 구성을 나타내었는데 조사지점이 하천의 중하류로 낙엽 등 굵은 유기입자가 거의 없고 인공적인 수로 정비로 획일적인 하상과 수변 구조 그리고 수변 식생의 부재 등 단순한 생물 서식처 조건이 그 원인으로 생각된다.

하수처리수 방류 전 지점에서는 모아먹는 무리-주워먹는 무리가 총 18종 3497개체였고, 모아먹는 무리-걸러먹는 무리가 총 3종 19개체였으며, 방류 후 지점에서는 모아먹는 무리-주워먹는 무리가 총 19종 4202개체, 모아먹는 무리-걸러먹는 무리가 총 3종 181개체로, 하수처리수가 방류된 후의 지점에서 줄날도래(Hydropsyche kozhantschikovi)와 같은 모아먹는 무리-걸러먹는 무리의 개체수 증가가 특징적이었는데, 하수처리수 유입으로 미세한 유기물질과 유속의 증가가 그 원인으로 생각된다(^{An et al., 2018}). 모아먹는 무리-주워먹는 무리 중에서는 깔따구류가 하수처리수 방류 후에 크게 증가하였는데, 하수처리수 중의 유기물이 하상을 주로 구성하고 있는 자갈 등에 침전 흡착되어 이를 먹이로 하는 깔다구류에 유리한 환경이 생성되는 것으로 판단된다.

서식기능군(HOGs)의 측면에서는 총 30종의 출현종 중 기는 무리(sprawlers) 및 붙는 무리(clingers)에 속하는 종이 총 10종으로 가장 다양하였으며, 기는 무리 및 굴파는 무리(burrowers)에 해당하는 종이 총 7종으로 그 다음으로 다양하였다. 출현개체수의 측면에서는 굴파는 무리가 총 4204 개체 출현하여 가장 많았으나 출현 종수는 2종에 불과하였고, 그 대부분은 실지렁이였다. 굴파는 무리는 주로 0.05 m/s 이하의 유속에서 서식되는 것으로 보고되어 있다^{(Kim, 2014)}. 실지렁이를 비롯한 빈모류는 모래 이하의 미세한 입자의 하상조건에서 다른 종에 비해 경쟁력이 뛰어난 종류로서^{(Yoon et al., 1992)}, 2월의 갈수기에 국지적으로 아주 낮은 유속 혹은 체류되는 구간이 발생하고 미립자가 하상에 축적되는 등 이상적인 번성조건이 형성되어 조사지점에서 기회적으로 우점하게 되는 현상이 나타났기 때문으로 판단된다.

하수처리수 방류 전⋅후 지점간의 출현종의 변화는 거의 없었으나, 하수처리수 방류 후에 기는 무리 및 굴파는 무리에 해당하는 종이 방류 전 지점 총 269 개체에서 방류 후 지점 총 1222 개체로 증가하였고, 줄날도래과의 붙는 무리에 속하는 종이 방류 전 지점 총 32 개체에서 방류 후 지점 총 220 개체로 증가하였다. 하수처리 방류 후의 지점들에서는 하수처리수 안의 미세한 유기물 입자 등이 하천변 등에 축적되어 굴파는 무리에 유리한 환경이 형성되며, 하수처리수 유입으로 인한 유속 증가로 붙는 무리의 수가 증가하는 것으로 판단된다.

Fig. 7. Ecological Indices of the study sites according to the location and time of sampling.

출현개체수는 모든 지점에서 2월에 크게 증가하는 특징을 보였는데 실지렁이류 단일종이 대량 증식한 것이 주요 원인이었으며, 동절기 갈수기의 유량이 부족한 하천환경이 실지렁이류와 같은 기회성 생물의 대량 증식을 초래하고 있었다. 출현종수는 하수처리수 방류 전의 St.1, St.2에서는 평균 12종이었으나, 하수처리수 방류 후의 St.3, St.4에서는 각각 평균 13종, 16종으로 출현종수의 증가가 관찰되었다. 군집분석 결과 종다양성의 경우는 St.1, St.2에서는 각각 평균 1.942, 1.809이었으나, 하수처리수 방류 후의 St.3, St.4에서는 각각 평균 2.532, 2.498로 증가되었다. 종풍부도는 St.1, St.2에서는 각각 평균 2.042, 1.986이었으나, 하수처리수 방류 후의 St.3, St.4에서는 각각 평균 2.100, 2.152로 큰 증가는 없었다. 우점도지수는 St.1, St.2에서는 각각 평균 0.745, 0.753이었으나, 하수처리수 방류 후의 St.3, St.4에서는 각각 평균 0.628, 0.610으로 약간 감소되었다.

종다양성은 출현종의 분포의 균등성이 고려된 지수인데 반해 종 풍부도는 출현개체수에 대한 출현종의 많고 적음만을 고려한 지수임을 고려하면, 하수처리수 방류 후의 생태환경의 특징이 출현종수의 일방적인 증가라기보다는 출현종간 개체수의 균둥성이 더 높아진다는 것을 의미한다. 또한 우점도지수도 하수처리수 방류 후의 지점에서 다소 낮아지는 점을 볼 때 하수처리수의 하천생태환경이 방류 전보다 생태계의 안정성, 다양성 측면에서 좀 더 양호한 결과를 나타낸다고 볼 수 있다.

저서성 대형무척추동물 평가지수(BMI)는 출현생물의 수질지표성과 가중치 등을 종합하여 그 하천의 수질을 생물학적으로 판단하는 지표인데^{(NIER, 2019)}, 하수처리수 방류 전의 St.1, St.2에서는 46.9~77.5의 범위를 나타내었고 평균은 각각 58.2, 64.0이었고, 표준편차는 각각 10.3, 12.7이었으며, 하수처리수 방류 후의 St.3, St.4 에서는 55.4~76.0의 범위를 나타내었고, 표준편차는 각각 5.7, 9.9였다. 하수처리 방류 전 2개 지점의 BMI 전체 평균은 61.1이었고, 방류 후 2개 지점의 BMI 전체 평균은 62.7로 전체 평균은 유사하나 하수처리수 방류 후 BMI의 표준편차가 약 47% 감소한 것으로 나타났다.

유기물질, 염양염류 등 하수처리수 방류 전⋅후 지점의 수질 차이가 있음에도 각 지점 간 BMI 평균값이 큰 차이가 없으며 하수처리 방류 후의 지점에서 오히려 BMI 값의 표준편차가 감소한 것은 하수처리수 방류 후의 지점들에서 통상의 수질 조사 시에 확인할 수 없는 다양한 요인들이 하천생태계에 긍정적으로 관여한다는 것을 의미한다. 즉 단편적인 수질조사에서 고려할 수 없는 하상 공극 등 미소생태계에서의 수질이나 유속 증가로 인한 하상에의 용존산소 공급 원활, 비점오염물질 등 외부오염 유입 시의 수질의 안정성 등이 하수처리수 방류 후의 조사지점에서 BMI 값에 긍정적으로 작용한 것으로 판단된다.

조사지점의 수질 및 수리 항목과 저서성 대형무척추동물 지표간의 상관성을 Table 11에 Pearson 상관계수로 나타내었다. 유속은 유의도 0.01 수준에서 BOD 등의 수질항목과 높은 상관성을 보이는데 하수처리수 방류에 따른 유속 및 수질오염도가 동시 상승한 결과에 의한 것이다. 수심 및 유량은 저서성 대형무척추동물의 출현종수, 다양도지수, 종풍부도와 유의도 0.01 또는 0.05 수준에서 0.581~0.785 범위의 다소 강한 상관관계를 보이고 있었다. 조사 지점의 수심은 0.15~0.51 m 범위, 유량은 10,404~77,406 m³/day의 낮은 범위에서 변동하였으므로, 높은 상관관계의 의미는 수심, 유량이 증가할수록 하천의 출현종수, 다양도지수, 종풍부도 증가가 유발된다기보다는 갈수기에 지나치게 낮아지는 수심과 유량이 이러한 지표에 악영향을 끼친다는 것을 의미한다고 판단된다. BOD, COD, TOC 등 유기물 항목은 저서성 대형무척추동물의 생태지표와 큰 상관성을 보이지는 않았는데, 조사대상 하천의 BOD는 1.0~3.9 mg/L, COD는 2.8~10.3 mg/L, TOC는 1.4~6.2 mg/L 범위였으며, 하수처리수로 인한 이 정도 범위에서의 유기물질량 변동은 저서성 대형무척추동물의 생태지표에 큰 영향을 미치지는 않는다는 것으로 판단된다. 다만 COD의 경우 출현종수와 유의도 0.05 수준에서 0.526의 양의 상관계수를 나타내었는데, 이것은 COD와 출현종수와의 상관관계라기보다는 하수처리수 방류로 유속⋅유량 및 유기물질량이 동시에 증가하므로 이러한 다른 요인이 개입한 결과로 해석하는 것이 옳을 것이다. 총질소와 총인도 저서성 대형무척추동물의 생태지표와 큰 상관관계를 보이지는 않았다. 다만 총인과 출현종수간에 유의도 0.01 수준에서 0.626의 상관계수가 특이하게 나타났는데 이것은 유속⋅유량⋅수심이 가장 증가하였던 8월 조사 시에 하수처리장 방류수 유입 후 하천 지점의 총인이 나머지 조사기간의 0.030~0.189 mg/L에 비해, 0.4 mg/L으로 증가하는 특이값이 발생하여 상관계수에 영향을 미친 결과로, 총인과 출현 종수간에 특별한 양의 상관관계가 있다고는 볼 수는 없다.

결론적으로 하수처리수 방류로 인한 유기물질 및 영양염류 등의 증가는 저서성 대형무척추동물의 생태지표 악화를 유발하지 않았으며, 오히려 하수처리수 방류로 인한 유속⋅유량⋅수심이 적정하게 유지됨으로써 서식지 물환경의 안정성 등 생태계에 긍정적인이 면이 좀 더 우세하게 나타났는데 이는 저서성 대형무척추동물의 밀도는 수심, 유속, 하상기질, 수질, 수온과 같은 복잡한 환경요인과 관련되어 있기 때문으로 생각되고^{(Kong and Kim, 2017)}, ^{Merigoux and Doledec (2004)}에 의한 하천 생물상에 미치는 수류의 전단력(shear stress)과 프루드수(Froude number)의 중요성에 대한 연구 결과와도 관련이 있을 것으로 판단된다.