Spatio-temporal Fluctuations with Influences of Inflowing Tributary Streams on Water Quality in Daecheong Reservoir

The objectives of this study were to analyze the longitudinal gradient and temporal variations of water quality in Daecheong Reservoir in relation to the major inflowing streams from the watershed, during 2001~2010. For the study, we selected 7 main-stream sites of the reservoir along the main axis of the reservoir, from the headwater to the dam and 8 tributary streams. In-reservoir nutrients of TN and TP showed longitudinal declines from the headwater to the dam, which results in a distinct zonation of the riverine ($R_z$, M1~M3), transition ($T_z$, M4~M6), and lacustrine zone ($L_z$, M7) in water quality, as shown in other foreign reservoirs. Chlorophyll-a (CHL) and BOD as an indicator of organic matter, were maximum in the $T_z$. Concentration of total phosphorus (TP) was the highest (8.52 $mg\;L^{-1}$) on March in the $R_z$, and was the highest (165 ${\mu}g\;L^{-1}$) in the $L_z$ on July. Values of TN was the maximum (377 ${\mu}g\;L^{-1}$) on August in the $R_z$, and was the highest (3.76 $mg\;L^{-1}$) in the $L_z$ on August. Ionic dilution was evident during September~October, after the monsoon rain. The mean ratios of TN : TP, as an indicator of limiting factor, were 88, which indicates that nitrogen is a surplus for phytoplankton growth in this system. Nutrient analysis of inflowing streams showed that major nutrient sources were headwater streams of T1~T2 and Ockcheon-Stream of T5, and the most influential inflowing stream to the reservoir was T5, which is located in the mid-reservoir, and is directly influenced by the waste-water treatment plants. The key parameters, influenced by the monsoon rain, were TP and suspended solids (SS). Empirical models of trophic variables indicated that variations of CHL in the $R_z$ ($R^2$=0.044, p=0.264) and $T_z$ ($R^2$=0.126, p=0.054) were not accounted by TN, but were significant (p=0.032) in the $L_z$. The variation of the log-transformed $I_r$-CHL was not accounted ($R^2$=0.258, p=0.110) by $I_w$-TN of inflowing streams, but was determined ($R^2$=0.567, p=0.005) by $I_w$-TP of inflowing streams. In other words, TP inputs from the inflowing streams were the major determinants on the in-reservoir phytoplankton growth. Regression analysis of TN : TP suggested that the ratio was determined by P, rather than N. Overall, our data suggest that TP and suspended solids, during the summer flood period, should be reduced from the eutrophication control and P-input from Ockcheon-Stream should be controlled for water quality improvement.

대청호의 시공간적 수질 변화 특성 및 호수내 유입지천의 영향

본 연구는 대청호 본류유역 7개 지점과 대청호 유입지류 8개 지점을 선정하여 2001년부터 2010년까지 측정된 환경부 수질자료를 분석해 시 공간적 변이를 파악하고, 더불어 대청호 유입 지류에 의한 대청호 수질의 영향을 분석하였다. 본류 수역의 연평균 수질 자료 분석결과에 따르면, 질소(N) 및 인(P)의 농도는 호수대 내에서 상류역에서 댐(M7)으로 갈수록 거리에 따라 1차 함수적으로 감소하는 경향을 보였다. 호수내 유수대(M1~M3), 전이대(M4~M6) 및 정수대(M7)의 TN과 TP는 외국 인공호들과 마찬가지로 뚜렷한 Zonation 패턴을 보였다. 반면, 호수내 유기물 지표로서 엽록소(CHL)와 BOD는 TN과 TP의 구간별 연속적 감소 패턴과는 달리 전이대에서 최고치를 보였다. 유수대에서는 몬순 집중강우기인 8월에 TP가 377 ${\mu}gL^{-1}$로서 최대치를 보였으나, 정수대에서는 7월에 165 ${\mu}gL^{-1}$로서 최대치를 보였다. 한편, 유수대의 TN은 3월 최대치(8.52 $mg\;L^{-1}$)를 보였으며, 정수대의 TN은 본류에 비해 상대적으로 낮은 수치를 보였고, 최대치는 8월 (3.76 $mg\;L^{-1}$)에 관측되었다. 집중강우에 의한 이온희석현상은 9~10월에 극명하게 나타났다. 호수내 제한요인의 평가지표로서 이용되는 TN : TP 비는 88 이상으로서 이미 대청호는 질소가 과잉공급 상태인 것으로 사료되었다. 몬순강우에 따라 호수의 수질은 악화되는 경향을 보였으며, TP와 SS가 강우에 가장 민감하게 반응하였고, CHL은 정수대의 변이 폭이 높게 나타났다. 호수내로 유입되는 지천의 영향평가에 따르면, 도심형 하천이자 농공단지와 하수처리장의 영향을 받고 있는 T1, T2 및 호수내에 가장 큰 영향을 줄 것으로 사료되는 옥천천(T5)의 오염도가 가장 높게 나타났다. 호수의 경험적 모델 분석에 다르면, 호수내에서 CHL의 변이는 유수대($R_z$: $R_2$=0.044, p=0.264)와 전이대 ($T_z$: $R_2$=0.126, p=0.054)에서 TN에 의해 통계학적 유의성을 보이지 않았으나, 정수대($L_z$)에서 질소는 조류 생장에 억제효과($R_2$=0.458, p=0.032)를 가질 수 있는 것으로 나타났다. 한편, 유입 지천($I_w$)의 TN은 호수내($I_r$)의 CHL의 변이에 통계학적으로 유의성이 없는 것으로 나타났고($R_2$=0.258, p=0.110), 유입 지천($I_w$)의 TP는 호수내($I_r$)의 CHL의 변이에 통계학적으로 유의성이 있는 것으로 나타났다 ($R_2$=0.567, p=0.005). 즉, 지천의 TP 유입은 대청호의 조류 생장에 직접적으로 영향을 주는 것을 의미하였다. 한편, 대청호의 TN : TP 비는 지천의 TN보다는 TP에 의한 영향을 받는 것으로 나타나 결국 TN : TP 비는 직접적으로 인(P)의 농도에 의해 조절되는 것으로 나타났다. 따라서 호수내의 여름철 TP와 SS 유입을 최소화 시키고, 높은 인이 유입되는 도심형 하천(옥천천)의 수질 개선이 대청호의 수질 개선에 큰 도움을 줄 것으로 사료되었다.