합천호의 장기간 (2002~2017) 부영양화 특성, 경험적 모델 분석 및 몬순강도에 따른 시공간적 이화학적 수질 변이

Long-term (2002~2017) Eutropication Characteristics, Empirical Model Analysis in Hapcheon Reservoir, and the Spatio-temporal Variabilities Depending on the Intensity of the Monsoon

본 연구는 합천호에서 2002~2017년까지 16년간의 장기간 동안 수질변수를 이용하여 부영양화 특성, 경험적 모델분석 및 몬순강도에 따른 수질변이 특성을 분석하였다. 장기간의 연별 수질 분석에서 합천호는 중영양~부영양 상태로 분석되었고, 계절별 수질분석에서 부영양화 현상은 하절기 이후 심화되는 것으로 나타났다. 장기간의 수질변이 특성은 유역의 점오염원 및 비점 오염원이 크게 변하지 않는 상황 하에서 매년 강우 사상 (집중 강우 vs. 약한 강우) 및 계절적인 강우강도에 의해 조절되는 것으로 분석되었다. 총인(TP), 총질소(TN), 생물학적 산소요구량(BOD) 및 이온 농도변화는 건기해(Dry year)와 홍수해 (Wet year)의 비교분석에서 뚜렷한 차이를 보여 영양염류, 유기물 농도 및 이온농도 변동에 가장 중요한 역할을 하는 것으로 분석되었다. 특히, 수질 변수 중 매년 영양염 지표(TP, TN), 유기물 지표(BOD, COD), 총 부유물질 농도 및 1차생산력의 지표 (Chl-a)는 강수량과 정 상관관계를 보였다. 녹조의 지표인 Chl-a 농도는 총인, 총질소, 및 BOD와 높은 상관관계를 보여, 타 호수처럼 영양염의 과도한 증가시기에 Chl-a농도가 낮아지는 특성과는 차이를 보였다. Log-전환된 총질소, 총인 및 Chl-a에 대한 경험적 모델(Empirical model) 분석에 따르면, Chl-a 농도는 인(phosphorus) 농도에 의해 1차적으로 조절되며, 질소(N)농도는 유의한 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 이는 $Log_{10}TN$, $Log_{10}TP$, $Log_{10}CHL$의 상류, 중류, 하류구간에 대한 공간적 회귀분석에서 총인과 Chl-a는 p <0.005의 유의적인 상관관계를 나타내었으나 총질소와 Chl-a는 p > 0.005의 결과를 보여, 녹조번성에 대해 인(P)이 핵심역할을 하는 것으로 분석 되었다. 또한, 총질소와 총인 모두 Chl-a와 댐에 가까운 하류구간(Lacustrine zone)에 비해 상류구간(Riverine zone)에서 더 유의적인 결과를 보여, 상류역에서 무기성 부유물의 농도의 영향에 의한 광제한 효과(Light limitation)가 거의 나타나지 않는 것으로 분석되었다.

The objective of this study was to analyze eutrophication characteristics, empirical model analysis, and variation of water quality according to monsoon intensity in Hapcheon Reservoir for 16 years from 2002 to 2017. Long-term annual water quality analysis showed that Hapcheon Reservoir was in a meso-nutrition to eutrophic condition, and the eutrophic state intensified after the summer monsoon. Annual rainfall volume (high vs. low rainfall) and the seasonal intensity in each year were the key factors that regulate the long-term water quality variation provided that there is no significant change of the point- and non-point source in the watershed. Dry years and wet years showed significant differences in the concentrations of TP, TN, BOD, and conductivity, indicating that precipitation had the most direct influence on nutrients and organic matter dynamics. Nutrient indicators (TP, TN), organic pollution indicators (BOD, COD), total suspended solids, and chlorophyll-a (Chl-a), which was an estimator of primary productivity, had significant positive relations (p<0.05) with precipitation. The Chl-a concentration, which is an indicator of green algae, was highly correlated with TP, TN, and BOD, which differed from other lakes that showed the lower Chl-a concentration when nutrients increased excessively. Empirical model analysis of log-transformed TN, TP, and Chl-a indicated that the Chl-a concentration was linearly regulated by phosphorus concentration, but not by nitrogen concentration. Spatial regression analysis of the riverine, transition, and lacustrine zones of $log_{10}TN$, $log_{10}TP$, and $log_{10}CHL$ showed that TN and Chl-a had significant relations (p<0.005) while TN and Chl-a had p > 0.05, indicating that phosphorus had a key role in the algal growth. Moreover, the higher correlation of both $log_{10}TP$ and $log_{10}TN$ to $log_{10}CHL$ in the riverine zone than the lacustrine zone indicated that there was little impact of inorganic suspended solids on the light limitation in the riverine zone.