Effects of Physical Parameters on Water Quality in Agricultural Reservoirs

농업용 저수지의 물리적 인자가 수질에 미치는 영향

The effect of physical parameters on water quality was analyzed using monitoring data of 193 agricultural reservoirs. The retention time of reservoirs ($t_d$) ranged between 10 and 140 days, and the ratio of drainage area (DA) to reservoir surface area (SA) was between 10 and 120. Both ratios of DA/SA and total area (TA)/ reservoir storage (ST) in Korean agricultural reservoirs were relatively greater than those in natural lakes in other countries. As retention time was plotted against DA/SA ratio, it was shorter in Korean reservoirs than natural lakes. The semi-logarithmic relationship between TA/SA and t>$t_d$ was $t_d\;=\;42.21(TA/ST)^{-1}$ (n = 50, $R^2\;=\;0.89$). While areal loading of total phosphorus (TP) was below $4\;gTP{\cdot}m^{-2}{\cdot}yr^{-1}$ in general, it exceeded $10\;gTP{\cdot}m^{-2}{\cdot}yr^{-1}$ in reservoirs where DA/SA ratio was greater than 100, which implies that areal loading of TP increases as DA/SA ratio increases. Chl-a concentration was positively related with the mean depth of reservoir, implying the higher Chl-a concentration with deeper the mean depth. Therefore, the deeper reservoir might be advantageous in water quality management perspective if other morphological conditions are similar. The empirical regression equation using physical parameters was also suggested in the estimation of TP concentration in the reservoirs. Combined information presented in this paper might be applicable to the water quality management in agricultural reservoirs.

이상으로 농업기반공사에서 운영중인 193개소의 농업용 저수지에 있어서 저수지의 물리적 인자가 저수지의 수질에 미치는 영향에 대하여 고찰해 본 결과, 우리나라의 농업용 저수지는 외국의 자연호수에 비하여 유역면적이 상대적으로 크기 때문에 많은 영양염류의 유입가능성이 큰 것으로 나타났으며, 유역면적에 대한 호소 표면적 비율이 비슷한 외국호소와 비교하여 볼 때 체류기간이 작은 것으로 나타났다. 유역면적에 대한 저수지 면적 비율(DA/SA)과 수리학적 체류기간(td)과의 회귀분석 결과 관계식은 $t_d\;=\;42.21(TA/ST)^{-1.0}\;(R^2\;=\;0.89)$로써 역비례의 관계를 나타내었다. 유효저수량을 $t-d$로 나누어 일유출량을 구한 결과 관계식은 $Q_d\;TA/42.21$로써 일 평균 유입량은 총 면적에 선형적인 비례관계를 나타내었으며, Modified Tank 모형에 의한 예측치와 매우 유사한 값을 나타내었다. 연간 표면적당 인 부하율은$4\;gT-Pm^{-2}yr^{-1}$ 이하가 전체 농업용 저수지의 52%를 차지하여 가장 일반적인 연간 표면적당 인 부하율이었으나, DA/SA의 비율이 100 이상의 경우에는 $4\;gT-Pm^{-2}yr^{-1}$이하가 차지하는 비율이 0%, $10\;gT-Pm^{-2}yr^{-1}$ 이상이 차지하는 비율이 100%로서, DA/SA의 비율이 커질수록 연간표면적당 인 부하율은 일반적으로 증가하는 것으로 나타났다. 수심은 Chl-a의 농도에 영향을 주는 물리적인자인데 일반적으로 수심이 깊을수록 Chl-a의 농도는　감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 경향은 Chl-a의　농도가 $10\;{\mu}g/l$이하와 $40\;{\mu}g/l$이상에서 뚜렷하게 구분이　되었으며, 일반적으로 우리 나라의 농업용 저수지 계획시 수심을 깊게 할수록 저수지 부영양화 관리에는 유리할 것으로 나타났다. 호소내에서의 총인 농도를 종속변수로 하고 배출부하량과 유효저수량,　저수지 표면적,　유역면적에 대한 저수지 표면적을 독립변수로 하여 회귀분석한 결과 관계식은 $C\;=\;6.03{\times}W^{0.68}{\times}V^{-0.53}{\times}SA^{-0.21}{\times}(DA/SA)^{-0.50}$이며 $R^2$가 61%의 설명력을 나타내어 농업용 저수지의 인 농도 경향을 예측하는데 사용 가능할　것으로 생각된다. 이상의 결과로서 우리 나라 농업용 저수지의 수질예측에 있어는 복잡한 유출모형이나 유역모형, 호소수질모형 등을 사용하기보다는 본 연구에서와　같이 기존자료를 분석하여 도출한 경험적 관계식을 사용하면 비교적 적은 노력으로도 상당히 신뢰성있게 예측하여 수질관리에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.