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과제명 한강(본류 및 북한강)수계 수중생태계 수질모델인자 조사
기관명 환경부 담당부서 국립환경과학원 연구혁신기획과
전화번호 032-560-7720 연구기간 2007-04-05 ~ 2007-12-15
연구분야 자연환경,생물자원보전
개요 ◦ “한강수계 물관리종합대책”(1998)에서 한강수계의 오염총량관리제가 도입되었으며, “한강수계상수원 수질개선 및 주민지원 등에 관한 법률”에서 한강수계에 대한 오염총량관리제 시행을 규정
     - 오염총량관리는 과학적인 기술지원의 바탕에서 추진이 가능한 제도로서, 특히 오염원과 수질간의 인과관계를 모의하고 재현하는 수질모델이 필요하며 그 정확도를 높이기 위해서는 해당수계의 변수와 인자에 대한 실측조사가 필요
   ◦ 국내에서 수질예측모델 구동사례는 다수 있으나 그 모델의 인자에 대한 실측사례는 빈약한 실정이며, 한강수계의 경우 선행 연구사례를 찾아보기 어려움
   ◦ 따라서 우리 부에서는 한강수계 수중 생태계의 주요 매개변수 및 반응계수에 대한 조사를 용역으로 추진하여, 그 결과를 오염총량관리를 위한 하천수질모델의 보정·검증 자료로 이용하고, 기 구축 한「한강유역통합관리시스템」의 수질모델을 구축하는데 활용하고자 함

계약정보

과제정보
수행기관 강원대학교 산학협력단 [대학]
수행연구원 김범철 계약일자 2007-04-05
계약방식 제한경쟁입찰에 의한 계약 계약금액 127,000,000원

연구결과 정보

과제정보
제목 한강(본류 및 북한강)수계 수중생태계 수질모델인자 조사
연구보고서
목차 제 1 장 서  론  1

1.1 연구배경 및 필요성 1
1.2 연구범위 2
1.2.1 조사내용 2
1.2.2 대상지점 3
1.2.3 조사항목 및 방법 4

제 2 장 물리적 요인  6

2.1 서론 6
2.2 물리적 요인의 조사방법 7
2.3 결과 및 고찰 8

제 3 장 수중환경 요인 15

3.1 서 론  15
3.2 일반수질 항목 15
3.2.1 조사방법 15
3.2.2 정도관리 16
3.2.3 결과 및 고찰 18
3.3 매개변수 및 반응계수 50
3.3.1 BOD 분해속도 50
3.3.1.1 서론 50
3.3.1.2 실험방법 50
3.3.1.3 결과 및 고찰 51
3.3.2 유기탄소 분해속도 56
3.3.2.1 서론 56
3.3.2.2 실험방법 56
3.3.2.3 결과 및 고찰 58
3.3.3 유기인 분해속도 81
3.3.3.1 서론 81
3.3.3.2 실험방법 82
3.3.3.3 결과 및 고찰 83
3.3.4 유기질소 분해속도 102
3.3.4.1 서론 102
3.3.4.2 실험방법 102
3.3.4.3 결과 및 고찰 104
3.3.5 부유물질 침강속도 114
3.3.5.1 서론 114
3.3.5.2 실험방법 114
3.3.5.3 결과 및 고찰 116

제 4 장 생물환경 요인 130

4.1 식물플랑크톤 130
4.1.1 식물플랑크톤 군집구조 및 현존량 130
4.1.1.1 서론 130
4.1.1.2 실험방법 131
4.1.1.3 결과 및 고찰 132
4.1.2 식물플랑크톤 군집의 총생산성 143
4.1.2.1 서론 143
4.1.2.2 실험방법 143
4.1.2.3 결과 및 고찰 148
4.1.3 식물플랑크톤 군집의 성장최적광도, 동화계수  151
4.1.3.1 서론 151
4.1.3.2 실험방법 151
4.1.3.3 결과 및 고찰 152
4.1.4 식물플랑크톤 군집의 C, N, P, Chl.a 함량비  155
4.1.4.1 서론 155
4.1.4.2 실험방법 156
4.1.4.3 결과 및 고찰 156
4.1.5 식물플랑크톤 군집의 호흡률 161
4.1.5.1 서론 161
4.1.5.2 실험방법 162
4.1.5.3 결과 및 고찰 162
4.1.6 식물플랑크톤 우점종의 질소 및 인 반포화상수 167
4.1.6.1 서론 167
4.1.6.2 실험방법 167
4.1.6.3 결과 및 고찰 168
4.1.7 식물플랑크톤 군집의 분비율 174
4.1.7.1 서론 174
4.1.7.2 실험방법 175
4.1.7.3 결과 및 고찰 176
4.2 동물플랑크톤 180
4.2.1 동물플랑크톤 군집구조 및 현존량  180
4.2.1.1 서론 180
4.2.1.2 실험방법 180
4.2.1.3 결과 및 고찰 181
4.2.2 동물플랑크톤 군집의 C, N, P 함량비  198
4.2.2.1 서론 198
4.2.2.2 실험방법 198
4.2.2.3 결과 및 고찰 198

제 5장 연구결과의 활용방안 202

제 6장 참고문헌 204
초록
요 약 문 Ⅰ. 제 목 한강(본류 및 북한강)수계 수중생태계 수질 모델인자 조사 Ⅱ. 연구배경 및 필요성 새롭게 수립되는 “물환경관리 기본계획”에서는 생태적으로 건강한 하천과 유해물질로부터 안전한 물환경 조성을 목표로 하고 있다. 이러한 정책목표의 달성은 과학적인 기술지원의 바탕위에서 시행되는 오염총량관리 및 수중생태계 관리로부터 가능하다. 오염총량관리는 수계별 환경기초자료는 물론 각 수계별 특성에 따른 환경 인자의 영향을 고려한 모델링과 같은 과학적인 기술지원이 필요하다. 또한 수중 생태계는 물리·화학·생물학적으로 매우 복잡한 시스템으로 구성되어 있으며, 또한 시·공간적으로 변화하는 특성을 지니고 있어 수중생태계를 수학적으로 기술하고 수치해석법으로 풀어나가는 수질모델링작업이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 한강(본류 및 북한강)수계 수중생태계의 주요 매개변수 및 반응계수를 조사하여, 그 결과를 오염총량관리를 위한 한강의 수질모델 개발의 보정·검증 자료로 이용하도록 한다. Ⅲ. 연구 범위 및 대상지점 조사 지점은 한강수계 본류구간의 본류 2지점(노량진, 행주)과 지류 4지점(왕숙천4, 탄천4, 중랑천4, 안양천5), 북한강수계의 본류 5지점(소양호, 춘천호, 의암호, 청평호, 팔당호)과 지류 5지점(소양강1, 소양댐방류수, 가평천3, 홍천강2, 조종천3)으로 총 16지점이다. 조사범위는 크게 4부분으로 물리적요인(제 2장), 수중환경요인(제 3장), 식물플랑크톤(4.1절)과 동물플랑크톤(4.2절)의 수중환경 및 생물환경의 반응계수 및 매개변수 조사이다. 현장조사는 1회 실시하였으며, 조사 측정 기준은 여주수위표 지점의 2006년 유황을 참고하여 기준유량을 산정하였다. 물리적 요인 조사는 수온, pH, DO, 전기전도도를 전체 지점에 대해 측정하였으며, 수중환경요인은 수질변수와 반응계수 조사부분으로 나누어 실시하였다. 수질변수에는 POC, DOC, CODCr CODMn, BOD5, TSS, NSSS, Chl.a, TN, NH3-N, NO2-N, NO3-N, TP, DTP, DIP에 대한 항목을 측정하였으며, RPOC, RDOC, RPON, RDON, RPOP, RDOP 항목을 추가하여 측정하였다. 반응계수 조사에는 탄소의 경우 본류에 한해 BOD 1st-order 분해속도상수, 본류 지점을 대상으로 TOC, POC, DOC의 1st-order 분해속도상수, LPOC, LDOC의 1st-order 분해속도상수, 인의 경우 TOP의 1st-order 분해속도상수, 여러 모델을 적용한 OP의 1st-order 분해속도상수, 질소의 경우 TON의 1st-order 분해속도상수, LDON의 1st-order 분해속도상수, NH3-N 질산화속도상수, NO2-N 질산화속도 상수를 측정하였다. 또한 Seston, POC, PON, POP의 침전속도와 조류의 침전속도와 침전율을 측정하였다. 생물환경요인은 식물플랑크톤과 동물플랑크톤으로 나누어 조사하였다. 식물플랑크톤의 경우 현존량은 총 개체수의 현존량 및 생체량과 제 1∼3 우점종의 종별 개체수 및 생체량을 측정하였으며, 물질함량은 군집의 건조중량에 대한 탄소, 질소, 인, Chl.a(식물플랑크톤)의 함량을 구하였고 반응계수 조사항목으로는 군집의 총생산성, 성장최적광도, 동화계수, 군집호흡률, 분비율, 제 1∼3 우점종의 질소와 인 반포화상수를 조사하였다. 동물플랑크톤의 경우 현존량은 총개체수의 현존량 및 생체량과 제 1∼3 우점종의 종별 개체수 및 생체량을 측정하였으며, 물질함량은 군집의 건조중량에 대한 탄소, 질소, 인, Chl.a(식물플랑크톤)의 함량을 구하였다. Ⅳ. 연구결과 1. 물리적 요인 북한강수계에서의 용존산소는 7.0∼12.8 ㎎O2·L-1 의 범위를 보였으며, 한강수계 본류구간에서 0.5∼11.4 ㎎O2·L-1 의 범위로 북한강수계보다 낮은 용존산소를 나타냈다. pH의 범위는 조사기간 동안 6.8∼8.0이었으며, 모든 지점에서 비슷한 값을 보였다. 전기전도도는 4월 조사시에 64.8∼661.0 mS·cm-1 의 범위를 보였으며, 8월 조사는 63.6∼474.9 mS·cm-1 의 범위로 4월 조사보다 낮은 값을 나타냈고, 10월 조사에서도 60.2∼449.0 mS·cm-1 의 범위로 8월과 비슷한 양상을 보였다. 4월 조사에서의 흡광계수는 0.5∼2.6 m-1의 범위로 노량진에서 가장 높은 값을 보였으며, 춘천호에서 가장 낮았다. 8월 조사시에는 집중강우 이후에 조사하여 모든 조사지점에서 높은 흡광계수를 나타냈다. 10월 조사의 경우에도 소양호에서 방류되는 탁수로 의암호의 흡광계수가 2.13 m-1로 다른 호수에 비하여 혼탁한 것으로 나타났다. 2. 수중환경 요인 ① 일반수질항목 TSS의 농도는 계절에 따른 변동이 크게 나타났으며 1.2∼170.0 ㎎·L-1의 범위를 보였다. VSS는 0.85∼30.5 ㎎·L-1의 범위를 나타냈으며 8월 조사에서 각 지점별 부유물질의 농도가 매우 높게 나타났다. 북한강보다 한강수계 본류구간에서 더 높은 chl-a 농도를 보였으며 상류보다 하류에서 농도가 증가하는 경향을 나타냈다. 한강(본류 및 북한강)수계의 유기물 오염도를 살펴본 결과 4월 조사시에 북한강의 경우 5.32∼9.49 ㎎O2·L-1의 범위였으며, 한강수계 본류구간의 경우 9.20∼23.71 ㎎·L-1로 더 높은 값을 보여 유기물의 양이 많음을 확인할 수 있었다. 8월 조사시에는 강우의 영향으로 BOD가 작게 나타났는데, 북한강의 경우 농도 범위가 0.5∼2.9 ㎎O2·L-1이었으며, 한강수계 본류구간은 0.4∼16.8 ㎎O2·L-1의 범위를 보였다. 10월 조사시에는 모든 지점의 유기물 양이 감소하는 경향을 보였다. BOD의 경우 0.3∼3.3 ㎎O2·L-1의 농도범위를 보였으며, 조사시기 중 가장 낮은 농도범위였다. 북한강수계와 한강수계 본류구간에서의 유기물 농도는 지점별, 계절별로 차이를 나타냈다. 북한강수계 본류지점의 POC, DOC농도는 각각 0.84(± 0.19) mgC·L-1, 1.48(± 0.18) mgC·L-1로 나타났으나, 하류의 한강수계 본류구간의 경우 POC, DOC농도가 각각 1.80(± 0.05) mgC·L-1, 2.60(± 0.21) mgC·L-1로 상류보다 높게 나타났다. 지류하천은 한강수계 본류구간에 위치한 4개 하천이 상류의 지류하천보다 높은 농도를 나타냈다. 북한강수계에 위치한 지류하천의 POC, DOC농도는 각각 0.90(± 0.14) mgC·L-1, 1.54(± 0.13) mgC·L-1였으며, 한강수계 본류구간에 위치한 지류하천은 각각 4.12(± 4.65) mgC·L-1, 4.45(± 0.58) mgC·L-1였다. 유기물농도의 계절적인 변화는 지점에 따라 다르게 나타났다. 북한강수계에서 TP에 대한 RDOP의 비율을 살펴보면 4월에 5%로 조사기간 중에 가장 낮은 비율을 나타냈으며, 8월에 15%로 가장 높은 비율을 나타냈다. 한강수계 본류구간의 경우 1∼2%의 비율을 보여 한강수계 본류구간에 분해가 쉬운 용존성 유기물이 더 많이 존재함을 확인하였다. RPOP의 경우도 북한강수계가 43∼49%, 한강 본류수계가 15∼32%로 북한강수계에 난분해성 인이 더 많음을 시사하였다. 북한강수계 본류의 TN 농도 분포는 4월 조사시 0.99∼1.35 mgN·L-1 , 8월 조사시 1.11∼1.68 mgN·L-1, 12월 조사시 1.11∼1.42 mgN·L-1의 범위를 보였고, 지류는 4월 조사시 1.02∼2.57 mgN·L-1, 8월 조사시 1.02∼2.21 mgN·L-1, 10월 조사시 1.25∼2.01 mgN·L-1의 범위를 보였다. 한강수계 본류구간의 노량진과 행주가 각각 4월 조사시 2.79 mgN·L-1, 2.25 mgN·L-1, 8월 조사시 3.54 mgN·L-1, 3.45 mgN·L-1, 10월 조사시 2.77 mgN·L-1, 2.33 mgN·L-1이다. ② 매개변수 및 반응계수 탈산소계수는 북한강수계의 경우 호수 지점 에서는 4월 조사시에 0.06∼0.20 day-1의 범위로 나타났으며 한강수계 본류구간에서는 높은 탈산소계수(0.25∼0.30 day-1)가 나타났다. 각 수계의 지류는 북한강의 경우 0.15∼0.38 day-1의 범위를 보였으며, 한강은 0.16∼0.40 day-1의 범위를 보였다. 8월 조사시에는 북한강수계의 호수지점에서 탈산소계수가 0.07∼0.2 day-1로 4월 조사시보다 높아졌으며, 한강수계 본류구간에서는 낮아지는 경향을 보였다. 지류 지점의 경우는 4월 조사와 큰 차이를 보이지 않았다. 10월 조사의 경우는 북한강수계의 호수지점이 0.04∼0.05 day-1로 낮은 탈산소계수를 나타냈으며 노량진과 행주지점이 각각 0.07, 0.08 day-1로 북한강수계의 호수보다 높은 탈산소계수를 나타냈다. 또한 각 수계의 지류 지점도 조사 기간 중 가장 낮은 탈산소계수를 보였다. 북한강수계 본류의 TOC분해속도는 0.024(± 0.011) day-1로 한강수계 본류구간의 분해속도 0.018(± 0.007) day-1보다 빠르게 나타났다. 지류하천의 경우에는 북한강수계의 지류하천이 0.015(± 0.008) day-1, 한강수계 본류구간의 지류하천이 0.019(± 0.008) day-1로 한강수계의 하천들이 더 빠르게 나타났다. POC분해속도는 평균 0.027 day-1로 금강수계(평균 0.053 day-1)에 비해 느린 분해속도를 나타냈으나, 영산강수계(평균 0.029 day-1), 섬진강수계(평균 0.027 day-1)와는 유사한 분해속도를 나타냈다. DOC분해속도의 경우에는 금강수계(평균 0.016 day-1), 영산강수계(평균 0.015 day-1), 섬진강수계(평균 0.015 day-1)보다 느린 평균 0.012 day-1를 나타냈다. 북한강수계 본류 지점에서의 LPOC분해속도는 평균 0.146(±0.064) day-1로 나타났다. 한강수계 본류구간에서는 평균 0.115(± 0.050) day-1로 북한강수계 본류지점보다 느린 분해속도를 나타냈다. 북한강수계 본류지점에서의 LDOC 분해속도는 평균 0.118(± 0.056) day-1로 나타났으며, 한강수계 본류구간에서는 평균 0.125(± 0.076) day-1로 북한강수계 본류지점보다 빠른 분해속도를 나타냈다. TOP 분해속도는 한강(본류 및 북한강)수계의 경우 평균 0.037 day-1의 분해속도를 보였으며, 영산강>금강, 한강>섬진강수계 순으로 차이가 남을 알 수 있다. 한강(본류 및 북한강)은 영산강보다 유기인 분해속도가 느리며 섬진강보다 빠른 것을 알 수 있다. 입자성 유기인이 용존 무기인으로 가수 분해되는 모델(POP-DIP)의 POP 분해속도 계수는 kPOP1는 0.015∼0.081 day-1의 범위를 보였으며, 평균 0.043 ± 0.020 day-1였다. 북한강수계와 한강수계 본류구간을 비교해보면 북한강의 경우 평균 0.031±0.008 day-1였으며, 한강수계 본류구간의 경우 0.071±0.008 day-1로써 한강수계 본류구간의 분해속도가 더 빠름을 확인하였다. POP 분해속도 계수(KPOP2)는 DOP 분해속도 계수(KDOP2)보다 매우 작은 값을 보였다. 이는 입자성 유기인의 분해속도는 느리고, 그에 비해 용존 유기인 분해속도는 매우 빠르게 일어나므로 수체 내 용존 유기인 농도는 축적되지 않고 바로 용존 무기인으로 분해가 일어난다는 것을 의미한다. 한강(본류 및 북한강)수계의 POP에서 DOP로의 분해속도 계수(KPOP3)는 평균 0.046 d-1의이었다. DOP에서 DIP로의 분해속도 계수(KDOP3)는 0.366 day-1였으며, POP에서 DIP로의 분해속도 계수(KPOP3')는 0.044 day-1였다. TON 분해속도계수는 북한강수계에서 4월 조사가 0.049(±0.028) day-1, 8월 조사시 0.072(±0.036) day-1, 10월 조사시 0.058(±0.009) day-1로 나타났다. 반면 한강수계 본류구간에서는 4월 조사시 0.081(±0.008) day-1, 8월 조사시 0.143(±0.009) day-1, 10월 조사시 0.129(±0.006) day-1로 나타났다. LDON 분해속도계수는 북한강수계에서 4월 조사가 0.1266(±0.008) day-1, 8월 조사시 0.102(±0.018) day-1, 10월 조사시 0.086(±0.016) day-1로 나타났다. 반면 한강수계 본류구간에서는 4월 조사시 0.13(±0.007) day-1, 8월 조사시 0.118(±0.009) day-1, 10월 조사시 0.127(±0.008) day-1로 나타났다. 암모니아분해속도(KNH3)는 북한강수계는 가장 낮은 분해속도 값을 보였고, 한강수계 본류구간는 영산강수계와 비슷한 분해속도 값으로 나타났다(북한강수계<금강수계<섬진강수계<영산강수계< 한강수계 본류구간). 부유물질 침강속도는 강우전 시기에는 지점간의 침강속도의 차이가 크지는 않았다. 그러나 강우 후 조사에서는 지점 간에 차이가 나타났는데 특히 춘천호의 경우 seston과 PP, POC의 침강속도가 다른 지점에 비해 느리게 나타났다. 기존에 조사된 다른 수계의 침강속도와 비교한 결과 전 항목에서 10∼100배 작게 나타났다. 이는 조사지점이 호수가 대부분이어서 하천과는 달리 입자성 물질이 적기 때문으로 판단된다. 특히 seston과 PP가 다른 수계에 비해 매우 작게 나타났고 PN은 차이가 크지 않았다. 3. 생물환경 요인 ① 식물플랑크톤 한강에서 2007년 4월 조사에서 식물플랑크톤은 총 24속 36종이 출현하였으며, 남세균이 2속 2종, 규조류는 13속 20종, 녹조류가 5속 7종, 그 외에 4속 7종이 출현하였다. 북한강수계에서는 규조류인 Asterionella formosa, 한강수계 본류구간에서는 Cyclotella sp. 종이 주요 우점종이었으며, 조사지점 대부분 규조류의 세포밀도가 가장 높았다. 강우의 경향이 컸던 8월 조사에서 식물플랑크톤은 총 23속 30종이 출현하였으며 그 중 남세균이 3속 2종으로 가장 적은 종이 출현하였으며, 규조류가 10속 12종으로 가장 많은 종이 출현하였다. 녹조류는 8속 10족이 출현하였으며, 4월 조사보다 출현종은 적었지만 녹조류와 남세균이 증가한 것을 확인하였다. 10월의 경우 식물플랑크톤은 총 26속 32종이 출현하였으며 그 중 남세균이 4속 5종으로 가장 적은 종이 출현하였으나 이전 조사보다 출현종 수가 증가하였다. 규조류가 10속 13종으로 가장 많은 종이 출현하였으며, 녹조류는 10속 11족이 출현하였다. 한강(본류 및 북한강)수계에서 식물플랑크톤에 의한 일차생산은 56∼2,398 gC·m-2·day-1의 범위로 금강수계(40∼4,556 gC·m-2·day-1)나 낙동강수계(262∼2,977 gC·m-2·day-1)보다는 낮은 범위를 나타냈다. 최적광도는 4월에 330∼600 μE·m-2·sec-1, 8월은 510∼590 μE·m-2·sec-1, 10월은 310∼390 μE·m-2·sec-1를 각각 나타냈다. 동화계수는 0.57∼9.36 gC·gChl-1·hr-1의 넓은 범위를 보였는데, 북한강수계와 한강수계 본류구간은 뚜렷하게 구분되었다. 북한강수계(소양∼청평)의 동화계수는 낮은 반면에, 한강하류(노량진, 행주대교)는 매우 높은 동화계수를 보였다. 식물플랑크톤 군집의 C:N:P 비는 수환경에서 생물체 내 원소비로 알려진 Redfield ratio의 106C: 16N: 1P와 비교하여 평가하였다. 한강수계에서 C:N:P 비는 98C:13N:1P로 나타났으며, 북한강수계에서 171C: 19N:1P로 인의 함량이 낮고 탄소의 함량이 높음을 알 수 있었다. 한강수계의 호흡률은 0.06∼0.39(평균 0.16) day-1의 범위를 보였으며, 노량진에서 가장 높은 값을 보였다. 군집의 호흡율을 비교한 결과, 문헌의 값과 비슷한 범위를 보이는 것을 알 수 있었다. 이전에 연구된 2004년 낙동강수계의 호흡률 0.05∼0.58(0.18) day-1, 2007년 금강수계 호흡률 0.06∼1.19(0.25) day-1, 영산강·섬진강수계 0.02∼0.86(0.24) day-1, 0.02∼0.39 (0.16) day-1 와 비교한 결과 금강수계>영산강수계>낙동강수계>섬진강, 한강(본류 및 북한강)수계 순으로 나타났다. 한강(본류 및 북한강)수계에서 분비율은 다른 수계에 비해 낮게 나타났다. 하루에 분비되는 비율이 0.010 day-1 이하로 매우 낮으며, 이는 금강, 낙동강, 영산강수계보다도 매우 낮은 비율이다. ② 동물플랑크톤 소양호부터 행주대교까지 7개의 조사지점과 3회(4월∼10월)에 걸친 조사에서 총 출현한 동물플랑크톤은 3분류군 47종으로 갑각류 7종, 윤충류 23종(미동정종 종 포함), 원생동물 17종(미동정종 종 포함)이었다. 동물플랑크톤 생체량은 갑각류의 출현 유무에 따라 크게 영향을 받았다. 춘천호와 의암호는 1차 조사시기에, 소양호에서는 2차 조사시기에 높은 생체량을 보였다. 팔당호를 비롯한 팔당하류의 조사지점에서는 봄철인 1차 조사시기에 높은 생체량을 보였다. 개체수로의 우점종은 갑각류인 B. longirostis, Nauplius 및 윤충류인 Polyarthra trigla, Testudinella patina, Synchaeta stylata, Rotaris rotatoria 등으로 나타났다. 생체량으로의 우점종은 대부분이 갑각류로 나타났으나, 행주대교 지점의 1∼2차 조사, 팔당호의 2차조사에서는 윤충류이었다. 또한, 팔당호의 3차 조사에서는 원생동물인 Tintinnidium cylindrata가 총 생체량의 78.0%를 차지하여 우점종으로 분석되었다. 동물플랑크톤의 탄소(C) 함량을 살펴보면, 366.7∼524.7 mgC·gD.W.-1의 범위를 보였으며, 질소(N)의 경우는 69.1∼116.2 mgN·gD.W.-1의 범위를 보였으며, 평균 87.3 mgN ·gD.W.-1였다. 인(P)의 함량은 평균 0.40 mgP·gD.W.-1였으며, 북한강수계에서 0.39 mgP·gD.W-1, 한강수계 본류구간에서 0.45 mgP·gD.W-1로 한강수계 본류구간의 동물플랑크톤 인 함량이 더 높은 것으로 나타났다.
 

요 약 문

Ⅰ. 제 목
한강(본류 및 북한강)수계 수중생태계 수질 모델인자 조사

Ⅱ. 연구배경 및 필요성
새롭게 수립되는 “물환경관리 기본계획”에서는 생태적으로 건강한 하천과 유해물질로부터 안전한 물환경 조성을 목표로 하고 있다. 이러한 정책목표의 달성은 과학적인 기술지원의 바탕위에서 시행되는 오염총량관리 및 수중생태계 관리로부터 가능하다. 오염총량관리는 수계별 환경기초자료는 물론 각 수계별 특성에 따른 환경 인자의 영향을 고려한 모델링과 같은 과학적인 기술지원이 필요하다. 또한 수중 생태계는 물리·화학·생물학적으로 매우 복잡한 시스템으로 구성되어 있으며, 또한 시·공간적으로 변화하는 특성을 지니고 있어 수중생태계를 수학적으로 기술하고 수치해석법으로 풀어나가는 수질모델링작업이 필수적이다. 
따라서 본 연구에서는 한강(본류 및 북한강)수계 수중생태계의 주요 매개변수 및 반응계수를 조사하여, 그 결과를 오염총량관리를 위한 한강의 수질모델 개발의 보정·검증 자료로 이용하도록 한다.

Ⅲ. 연구 범위 및 대상지점
조사 지점은 한강수계 본류구간의 본류 2지점(노량진, 행주)과 지류 4지점(왕숙천4, 탄천4, 중랑천4, 안양천5), 북한강수계의 본류 5지점(소양호, 춘천호, 의암호, 청평호, 팔당호)과 지류 5지점(소양강1, 소양댐방류수, 가평천3, 홍천강2, 조종천3)으로 총 16지점이다.
조사범위는 크게 4부분으로 물리적요인(제 2장), 수중환경요인(제 3장), 식물플랑크톤(4.1절)과 동물플랑크톤(4.2절)의 수중환경 및 생물환경의 반응계수 및 매개변수 조사이다. 현장조사는 1회 실시하였으며, 조사 측정 기준은 여주수위표 지점의 2006년 유황을 참고하여 기준유량을 산정하였다.
물리적 요인 조사는 수온, pH, DO, 전기전도도를 전체 지점에 대해 측정하였으며, 수중환경요인은 수질변수와 반응계수 조사부분으로 나누어 실시하였다. 수질변수에는 POC, DOC, CODCr CODMn, BOD5, TSS, NSSS, Chl.a, TN, NH3-N, NO2-N, NO3-N,

 
TP, DTP, DIP에 대한 항목을 측정하였으며, RPOC, RDOC, RPON, RDON, RPOP, RDOP 항목을 추가하여 측정하였다. 
반응계수 조사에는 탄소의 경우 본류에 한해 BOD 1st-order 분해속도상수, 본류 지점을 대상으로 TOC, POC, DOC의 1st-order 분해속도상수, LPOC, LDOC의 1st-order 분해속도상수, 인의 경우 TOP의 1st-order 분해속도상수, 여러 모델을 적용한 OP의 1st-order 분해속도상수, 질소의 경우 TON의 1st-order 분해속도상수, LDON의 1st-order 분해속도상수, NH3-N 질산화속도상수, NO2-N 질산화속도 상수를 측정하였다. 또한 Seston, POC, PON, POP의 침전속도와 조류의 침전속도와 침전율을 측정하였다.
생물환경요인은 식물플랑크톤과 동물플랑크톤으로 나누어 조사하였다. 식물플랑크톤의 경우 현존량은 총 개체수의 현존량 및 생체량과 제 1∼3 우점종의 종별 개체수 및 생체량을 측정하였으며, 물질함량은 군집의 건조중량에 대한 탄소, 질소, 인, Chl.a(식물플랑크톤)의 함량을 구하였고 반응계수 조사항목으로는 군집의 총생산성, 성장최적광도, 동화계수, 군집호흡률, 분비율, 제 1∼3 우점종의 질소와 인 반포화상수를 조사하였다. 동물플랑크톤의 경우 현존량은 총개체수의 현존량 및 생체량과 제 1∼3 우점종의 종별 개체수 및 생체량을 측정하였으며, 물질함량은 군집의 건조중량에 대한 탄소, 질소, 인, Chl.a(식물플랑크톤)의 함량을 구하였다.

Ⅳ. 연구결과
1. 물리적 요인
북한강수계에서의 용존산소는 7.0∼12.8 ㎎O2·L-1 의 범위를 보였으며, 한강수계 본류구간에서 0.5∼11.4 ㎎O2·L-1 의 범위로 북한강수계보다 낮은 용존산소를 나타냈다. pH의 범위는 조사기간 동안 6.8∼8.0이었으며, 모든 지점에서 비슷한 값을 보였다. 전기전도도는 4월 조사시에 64.8∼661.0 mS·cm-1 의 범위를 보였으며, 8월 조사는 63.6∼474.9 mS·cm-1 의 범위로 4월 조사보다 낮은 값을 나타냈고, 10월 조사에서도 60.2∼449.0 mS·cm-1 의 범위로 8월과 비슷한 양상을 보였다. 
4월 조사에서의 흡광계수는 0.5∼2.6 m-1의 범위로 노량진에서 가장 높은 값을 보였으며, 춘천호에서 가장 낮았다. 8월 조사시에는 집중강우 이후에 조사하여 모든 조사지점에서 높은 흡광계수를 나타냈다. 10월 조사의 경우에도 소양호에서 방류되는 탁수로 의암호의 흡광계수가 2.13 m-1로 다른 호수에 비하여 혼탁한 것으로 나타났다. 


2. 수중환경 요인
① 일반수질항목
TSS의 농도는 계절에 따른 변동이 크게 나타났으며 1.2∼170.0 ㎎·L-1의 범위를 보였다. VSS는 0.85∼30.5 ㎎·L-1의 범위를 나타냈으며 8월 조사에서 각 지점별 부유물질의 농도가 매우 높게 나타났다. 북한강보다 한강수계 본류구간에서 더 높은 chl-a 농도를 보였으며 상류보다 하류에서 농도가 증가하는 경향을 나타냈다.
한강(본류 및 북한강)수계의 유기물 오염도를 살펴본 결과 4월 조사시에 북한강의 경우 5.32∼9.49 ㎎O2·L-1의 범위였으며, 한강수계 본류구간의 경우 9.20∼23.71 ㎎·L-1로 더 높은 값을 보여 유기물의 양이 많음을 확인할 수 있었다. 8월 조사시에는 강우의 영향으로 BOD가 작게 나타났는데, 북한강의 경우 농도 범위가 0.5∼2.9  ㎎O2·L-1이었으며, 한강수계 본류구간은 0.4∼16.8 ㎎O2·L-1의 범위를 보였다. 10월 조사시에는 모든 지점의 유기물 양이 감소하는 경향을 보였다. BOD의 경우 0.3∼3.3 ㎎O2·L-1의 농도범위를 보였으며, 조사시기 중 가장 낮은 농도범위였다.
북한강수계와 한강수계 본류구간에서의 유기물 농도는 지점별, 계절별로 차이를 나타냈다. 북한강수계 본류지점의 POC, DOC농도는 각각 0.84(± 0.19) mgC·L-1, 1.48(± 0.18) mgC·L-1로 나타났으나, 하류의 한강수계 본류구간의 경우 POC, DOC농도가 각각 1.80(± 0.05) mgC·L-1, 2.60(± 0.21) mgC·L-1로 상류보다 높게 나타났다.
지류하천은 한강수계 본류구간에 위치한 4개 하천이 상류의 지류하천보다 높은 농도를 나타냈다. 북한강수계에 위치한 지류하천의 POC, DOC농도는 각각 0.90(± 0.14) mgC·L-1, 1.54(± 0.13) mgC·L-1였으며, 한강수계 본류구간에 위치한 지류하천은 각각 4.12(± 4.65) mgC·L-1, 4.45(± 0.58) mgC·L-1였다. 유기물농도의 계절적인 변화는 지점에 따라 다르게 나타났다.
북한강수계에서 TP에 대한 RDOP의 비율을 살펴보면 4월에 5%로 조사기간 중에 가장 낮은 비율을 나타냈으며, 8월에 15%로 가장 높은 비율을 나타냈다.
한강수계 본류구간의 경우 1∼2%의 비율을 보여 한강수계 본류구간에 분해가 쉬운 용존성 유기물이 더 많이 존재함을 확인하였다. RPOP의 경우도 북한강수계가 43∼49%, 한강 본류수계가 15∼32%로 북한강수계에 난분해성 인이 더 많음을 시사하였다.
북한강수계 본류의 TN 농도 분포는 4월 조사시 0.99∼1.35 mgN·L-1 , 8월 조사시 1.11∼1.68 mgN·L-1, 12월 조사시 1.11∼1.42 mgN·L-1의 범위를 보였고, 지류는 4월 조사시 1.02∼2.57 mgN·L-1, 8월 조사시 1.02∼2.21 mgN·L-1, 10월 조사시 1.25∼2.01 


mgN·L-1의 범위를 보였다. 한강수계 본류구간의 노량진과 행주가 각각 4월 조사시 2.79 mgN·L-1, 2.25 mgN·L-1, 8월 조사시 3.54 mgN·L-1, 3.45 mgN·L-1, 10월 조사시 2.77 mgN·L-1, 2.33 mgN·L-1이다.

② 매개변수 및 반응계수
탈산소계수는 북한강수계의 경우 호수 지점 에서는 4월 조사시에 0.06∼0.20 day-1의 범위로 나타났으며 한강수계 본류구간에서는 높은 탈산소계수(0.25∼0.30 day-1)가 나타났다. 각 수계의 지류는 북한강의 경우 0.15∼0.38 day-1의 범위를 보였으며, 한강은 0.16∼0.40 day-1의 범위를 보였다. 8월 조사시에는 북한강수계의 호수지점에서 탈산소계수가 0.07∼0.2 day-1로 4월 조사시보다 높아졌으며, 한강수계 본류구간에서는 낮아지는 경향을 보였다. 지류 지점의 경우는 4월 조사와 큰 차이를 보이지 않았다. 10월 조사의 경우는 북한강수계의 호수지점이 0.04∼0.05 day-1로 낮은 탈산소계수를 나타냈으며 노량진과 행주지점이 각각 0.07, 0.08 day-1로 북한강수계의 호수보다 높은 탈산소계수를 나타냈다. 또한 각 수계의 지류 지점도 조사 기간 중 가장 낮은 탈산소계수를 보였다. 
북한강수계 본류의 TOC분해속도는 0.024(± 0.011) day-1로 한강수계 본류구간의 분해속도 0.018(± 0.007) day-1보다 빠르게 나타났다. 지류하천의 경우에는 북한강수계의 지류하천이 0.015(± 0.008) day-1, 한강수계 본류구간의 지류하천이 0.019(± 0.008) day-1로 한강수계의 하천들이 더 빠르게 나타났다. POC분해속도는 평균 0.027 day-1로 금강수계(평균 0.053 day-1)에 비해 느린 분해속도를 나타냈으나, 영산강수계(평균 0.029 day-1), 섬진강수계(평균 0.027 day-1)와는 유사한 분해속도를 나타냈다. 
DOC분해속도의 경우에는 금강수계(평균 0.016 day-1), 영산강수계(평균 0.015 day-1), 섬진강수계(평균 0.015 day-1)보다 느린 평균 0.012 day-1를 나타냈다. 북한강수계 본류 지점에서의 LPOC분해속도는 평균 0.146(±0.064) day-1로 나타났다.
한강수계 본류구간에서는 평균 0.115(± 0.050) day-1로 북한강수계 본류지점보다 느린 분해속도를 나타냈다. 북한강수계 본류지점에서의 LDOC 분해속도는 평균 0.118(± 0.056) day-1로 나타났으며, 한강수계 본류구간에서는 평균 0.125(± 0.076) day-1로 북한강수계 본류지점보다 빠른 분해속도를 나타냈다. 
TOP 분해속도는 한강(본류 및 북한강)수계의 경우 평균 0.037 day-1의 분해속도를 보였으며, 영산강>금강, 한강>섬진강수계 순으로 차이가 남을 알 수 있다.


한강(본류 및 북한강)은 영산강보다 유기인 분해속도가 느리며 섬진강보다 빠른 것을 알 수 있다. 입자성 유기인이 용존 무기인으로 가수 분해되는 모델(POP-DIP)의 POP 분해속도 계수는 kPOP1는 0.015∼0.081 day-1의 범위를 보였으며, 평균 0.043 ± 0.020 day-1였다. 북한강수계와 한강수계 본류구간을 비교해보면 북한강의 경우 평균 0.031±0.008 day-1였으며, 한강수계 본류구간의 경우 0.071±0.008 day-1로써 한강수계 본류구간의 분해속도가 더 빠름을 확인하였다. POP 분해속도 계수(KPOP2)는 DOP 분해속도 계수(KDOP2)보다 매우 작은 값을 보였다. 이는 입자성 유기인의 분해속도는 느리고, 그에 비해 용존 유기인 분해속도는 매우 빠르게 일어나므로 수체 내 용존 유기인 농도는 축적되지 않고 바로 용존 무기인으로 분해가 일어난다는 것을 의미한다. 한강(본류 및 북한강)수계의 POP에서 DOP로의 분해속도 계수(KPOP3)는 평균 0.046 d-1의이었다. DOP에서 DIP로의 분해속도 계수(KDOP3)는 0.366 day-1였으며, POP에서 DIP로의 분해속도 계수(KPOP3')는 0.044 day-1였다. 
TON 분해속도계수는 북한강수계에서 4월 조사가 0.049(±0.028) day-1, 8월 조사시 0.072(±0.036) day-1, 10월 조사시 0.058(±0.009) day-1로 나타났다. 반면 한강수계 본류구간에서는 4월 조사시 0.081(±0.008) day-1, 8월 조사시 0.143(±0.009) day-1, 10월 조사시 0.129(±0.006) day-1로 나타났다.  LDON 분해속도계수는 북한강수계에서 4월 조사가 0.1266(±0.008) day-1, 8월 조사시 0.102(±0.018) day-1, 10월 조사시 0.086(±0.016) day-1로 나타났다. 반면 한강수계 본류구간에서는 4월 조사시 0.13(±0.007) day-1, 8월 조사시 0.118(±0.009) day-1, 10월 조사시 0.127(±0.008) day-1로 나타났다. 암모니아분해속도(KNH3)는 북한강수계는 가장 낮은 분해속도 값을 보였고, 한강수계 본류구간는 영산강수계와 비슷한 분해속도 값으로 나타났다(북한강수계<금강수계<섬진강수계<영산강수계< 한강수계 본류구간).
부유물질 침강속도는 강우전 시기에는 지점간의 침강속도의 차이가 크지는 않았다. 그러나 강우 후 조사에서는 지점 간에 차이가 나타났는데 특히 춘천호의 경우 seston과 PP, POC의 침강속도가 다른 지점에 비해 느리게 나타났다. 
기존에 조사된 다른 수계의 침강속도와 비교한 결과 전 항목에서 10∼100배 작게 나타났다. 이는 조사지점이 호수가 대부분이어서 하천과는 달리 입자성 물질이 적기 때문으로 판단된다. 특히 seston과 PP가 다른 수계에 비해 매우 작게 나타났고 PN은 차이가 크지 않았다.



3. 생물환경 요인
① 식물플랑크톤
한강에서 2007년 4월 조사에서 식물플랑크톤은 총 24속 36종이 출현하였으며, 남세균이 2속 2종, 규조류는 13속 20종, 녹조류가 5속 7종, 그 외에 4속 7종이 출현하였다. 북한강수계에서는 규조류인 Asterionella formosa, 한강수계 본류구간에서는 Cyclotella sp. 종이 주요 우점종이었으며, 조사지점 대부분 규조류의 세포밀도가 가장 높았다. 강우의 경향이 컸던 8월 조사에서 식물플랑크톤은 총 23속 30종이 출현하였으며 그 중 남세균이 3속 2종으로 가장 적은 종이 출현하였으며, 규조류가 10속 12종으로 가장 많은 종이 출현하였다. 녹조류는 8속 10족이 출현하였으며, 4월 조사보다 출현종은 적었지만 녹조류와 남세균이 증가한 것을 확인하였다. 10월의 경우 식물플랑크톤은 총 26속 32종이 출현하였으며 그 중 남세균이 4속 5종으로 가장 적은 종이 출현하였으나 이전 조사보다 출현종 수가 증가하였다. 규조류가 10속 13종으로 가장 많은 종이 출현하였으며, 녹조류는 10속 11족이 출현하였다.
한강(본류 및 북한강)수계에서 식물플랑크톤에 의한 일차생산은 56∼2,398 gC·m-2·day-1의 범위로 금강수계(40∼4,556 gC·m-2·day-1)나 낙동강수계(262∼2,977 gC·m-2·day-1)보다는 낮은 범위를 나타냈다. 최적광도는 4월에 330∼600 μE·m-2·sec-1, 8월은 510∼590 μE·m-2·sec-1, 10월은 310∼390 μE·m-2·sec-1를 각각 나타냈다. 동화계수는 0.57∼9.36 gC·gChl-1·hr-1의 넓은 범위를 보였는데, 북한강수계와 한강수계 본류구간은 뚜렷하게 구분되었다. 북한강수계(소양∼청평)의 동화계수는 낮은 반면에, 한강하류(노량진, 행주대교)는 매우 높은 동화계수를 보였다. 식물플랑크톤 군집의 C:N:P 비는 수환경에서 생물체 내 원소비로 알려진 Redfield ratio의 106C: 16N: 1P와 비교하여 평가하였다. 한강수계에서 C:N:P 비는 98C:13N:1P로 나타났으며, 북한강수계에서 171C: 19N:1P로 인의 함량이 낮고 탄소의 함량이 높음을 알 수 있었다. 한강수계의 호흡률은 0.06∼0.39(평균 0.16) day-1의 범위를 보였으며, 노량진에서 가장 높은 값을 보였다. 군집의 호흡율을 비교한 결과, 문헌의 값과 비슷한 범위를 보이는 것을 알 수 있었다. 
이전에 연구된 2004년 낙동강수계의 호흡률 0.05∼0.58(0.18) day-1, 2007년 금강수계 호흡률 0.06∼1.19(0.25) day-1, 영산강·섬진강수계 0.02∼0.86(0.24) day-1, 0.02∼0.39 (0.16) day-1 와 비교한 결과 금강수계>영산강수계>낙동강수계>섬진강, 한강(본류 및 북한강)수계 순으로 나타났다. 한강(본류 및 북한강)수계에서 분비율은 다른 수계에 비해 낮게 나타났다.


 하루에 분비되는 비율이 0.010 day-1 이하로 매우 낮으며, 이는 금강, 낙동강, 영산강수계보다도 매우 낮은 비율이다. 

② 동물플랑크톤
소양호부터 행주대교까지 7개의 조사지점과 3회(4월∼10월)에 걸친 조사에서 총 출현한 동물플랑크톤은 3분류군 47종으로 갑각류 7종, 윤충류 23종(미동정종 종 포함), 원생동물 17종(미동정종 종 포함)이었다. 동물플랑크톤 생체량은 갑각류의 출현 유무에 따라 크게 영향을 받았다. 춘천호와 의암호는 1차 조사시기에, 소양호에서는 2차 조사시기에 높은 생체량을 보였다. 팔당호를 비롯한 팔당하류의 조사지점에서는 봄철인 1차 조사시기에 높은 생체량을 보였다. 개체수로의 우점종은 갑각류인 B. longirostis, Nauplius 및 윤충류인 Polyarthra trigla, Testudinella patina, Synchaeta stylata, Rotaris rotatoria 등으로 나타났다. 생체량으로의 우점종은 대부분이 갑각류로 나타났으나, 행주대교 지점의 1∼2차 조사, 팔당호의 2차조사에서는 윤충류이었다. 또한, 팔당호의 3차 조사에서는 원생동물인  Tintinnidium cylindrata가 총 생체량의 78.0%를 차지하여 우점종으로 분석되었다. 
동물플랑크톤의 탄소(C) 함량을 살펴보면, 366.7∼524.7 mgC·gD.W.-1의 범위를 보였으며, 질소(N)의 경우는 69.1∼116.2 mgN·gD.W.-1의 범위를 보였으며, 평균 87.3 mgN ·gD.W.-1였다. 인(P)의 함량은 평균 0.40 mgP·gD.W.-1였으며, 북한강수계에서 0.39 mgP·gD.W-1, 한강수계 본류구간에서 0.45 mgP·gD.W-1로 한강수계 본류구간의 동물플랑크톤 인 함량이 더 높은 것으로 나타났다.
주제어 한강수계, 수중생태계, 수질모델인자
제작일 2007-12-15
발행년도 2007년

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