Statistical Analyses of Long-Term Water Quality Variation in the Geumgang-Reservoir: Focused on the TP Load by Migrating Birds Excrement

Spatio-temporal variations of long-term water qualities (COD, SS, $Chl-{\alpha}$, N-related nutrients (TN, TDN, $NO_3^-$, $NH_4^+$), P-related nutrients (TP, TDP, $PO_4^{3-}$)) at two stations (St. SD, St. GG) in the Geumgang Reservoir were investigated from August 2001 to July 2008. Statistical methods such as t-test, factor analysis, and multi-regression analysis were applied to the water quality data in the reservoir as well as mass balances on TP. From the temporal comparisons of the water qualities between 2002 and 2007, average concentrations of $NH_4^+$, $PO_4^{3-}$, and TDP gradually decreased down by 60%, 24%, 52% in 2007. However, those of TP and $Chl-{\alpha}$ increased to 99% and 423% during the period. From the spatial comparisons between the two stations, St. GG showed higher concentrations for all of the N- and P-related nutrients than in St. SD, while opposite result for the $Chl-{\alpha}$. The factor analysis showed that "the seasonal variations of N- and P-related nutrients" were the two dominant factors occupying 49% of total variances of water qualities. Based on this result, multi-regression analysis executed for the two most influential parameters (TP and $Chl-{\alpha}$) focusing on the seasonal variations of these parameters: SS and $Chl-{\alpha}$ has contributed decisively to the concentrations of TP during the wet and dry season, respectively. On the other hand, COD and TP has been important for the $Chl-{\alpha}$ during the wet and dry season, respectively. From the established mass balances of TP loadings in the Geumgang Reservoir, Other Sources (60%) occupied the greatest contribution and Fluvial Input (38%) and Sediment (1%) during the wet season. However, both Fluvial Water (48%) and Other Sources (47%) supplied comparable amount of inputs and Sediment (5%) showed significantly increased input during the dry seasons. Recently especially during the dry winter seasons, migrating bird's excretion was estimated to contribute up to 8% of total TP input and 21% of Other Sources.

금강호의 장기 수질 변화요인 분석: 철새배설물에 의한 TP부하의 중요성

금강호의 시.공간적인 수질변화와 이러한 변화에 영향을 주는 요인을 알아보기 위해 강경과 하구언에서 2001년 8월부터 2008년 7월까지 보고된 수질자료(COD, SS, $Chl-{\alpha}$, TN, TDN, $NO_3^-$, $NH_4^-$, TP, TDP, $PO_4^{3-}$)를 통계적으로 비교 분석하였다. 통계분석으로는 평균비교, 요인분석, 중회귀분석 등을 수행하였으며 TP에 관하여 물질수지를 계산하였다. 조사기간 동안 금강호 내에서 각 수질항목들의 시간적인 변화를 평균농도변화로서 살펴보면 2002년에 비하여 2007년에 $NH_4^+$는 60%, $PO_4^{3-}$는 24%, 그리고 TDP는 52% 감소한 반면, TP와 $Chl-{\alpha}$는 각각 99%, 423% 증가하였다. 공간적으로는 강경이 하구언보다 질소계열과 인계열의 농도가 높은 반면, $Chl-{\alpha}$는 반대경향을 보였다. 금강호내에서 수질에 영향을 미치는 가장 중요한 요인들을 판단하기 위하여 요인분석을 수행한 결과, "질소계열(TN, TDN, $NO_3^-$, $NH_4^+$)과 인계열(TP, TDP, $PO_4^{3-}$)의 계절적인 변화"가 전체분석 자료의 49%를 설명할 수 있는 것으로 나타나 가장 중요한 수질요인으로 분석되었다. 이중 금강호에서 최근 농도가 증가하고 있는 TP와 이로 인한 $Chl-{\alpha}$의 변화에 대한 중회귀분석결과, TP의 농도변화에 가장 큰 영향을 미치는 항목은 계절적으로 풍수기에는 SS, 갈수기에는 $Chl-{\alpha}$인 것으로 밝혀졌다. 이는 풍수기에는 강물에 포함된 입자성인에 의한 TP의 유입이, 갈수기에는 식물플랑크톤의 성장에 의한 TP의 소모가 TP의 농도변화에 영향을 준다고 해석되었다. 반면 $Chl-{\alpha}$의 농도는 풍수기에는 COD가, 갈수기에는 TP가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타남으로서 풍수기에는 상류측에서 물리적으로 유입된 식물 플랑크톤의 영향이 하류측에 직접된 것으로 판단되며, 갈수기의 $Chl-{\alpha}$의 농도변화는 TP의 농도에 의해 결정됨을 보였다. 결과적으로 금강호에서 TP는 지속적으로 증가하고 있고, 계절적으로 갈수기에 $Chl-{\alpha}$의 증가에 중요한 인자인것으로 나타났다. 이러한 TP의 호수 내 유출입양을 정량적으로 파악하기 위해 계절적으로 풍수기와 갈수기로 구분하여 물질수지를 계산한 결과, 풍수기 동안 가장 중요한 공급원은 강물에 의한 유입량(38%)이었고, 대부분은 이외의 기타공급원(Other Sources)이 60%를 차지하였으며 퇴적물로부터 공급량은 1% 정도로 미미하였다. 그 반면, 갈수기 동안에는 강물과 기타 공급원에 인한 부하량이 각각 48%와 47%로 유사하게 차지하였고, 퇴적물로부터의 공급량은 5%로 증가하였다. 수질이 악화되는 갈수기인 경우 기타 공급원 중 특히 철새로 인한 공급량은 유입 TP공급량의 최대 8%, 기타 공급원의 최대 21%를 차지하는 것으로 추산되었다.