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1 조류전문가포럼운영을통한 조류관리체계개선연구 최종보고서

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3 조류전문가포럼운영을통한 조류관리체계개선연구 최종보고서

4 제출문 환경부장관귀하 본보고서를 조류전문가포럼운영을통한조류관리체계개선 연구 사업의최종보고서로제출합니다 연구기관 : ( 사) 한국물환경학회 연구수행기간 : ~ 책임연구원: 공동수( 경기대학교) 연구원: 황순진( 건국대학교) 주기재( 부산대학교) 오희목( 한국생명공학연구원) 이학영( 전남대학교) 연구보조원: 김진영( 경기대학교) 김필재( 경기대학교) 김아름( 경기대학교) 권용주( 경기대학교)

5 목 차 제1 장과업개요 1 제1 절목적 1 제2 절범위 1 제3 절추진방법 1 제4 절내용 2 제2 장연구결과 3 제1 절국내 외조류발생현황및특성 3 1. 남조류발생기작과영향인자 3 2. 국내현황 8 3. 외국의현황 35 제2 절국외조류관리제도, 법령사례및제도개선연구 우리나라의조류관리 각국의조류관리제도고찰 조류관리시사점및정책방향 140 제3 절국내외녹조제어및조류활용기술 부영양화 녹조제어기술 미세조류바이오디젤 158 제4절조류관리 R&D 방향및로드맵 조류발생과영향 조류관리를위한수생태계의이해 조류관리 R&D 의필요성 조류관리 R&D 국내외현황 조류관리 R&D 목표, 비젼, 내용 185 참고문헌 191 발표자료

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7 제1장과업개요 제1절목적 11년겨울철북한강조류발생으로인한수돗물냄새문제등 기후변화와관련하여조류발생증가가우려됨에따라국내 외조류발생현황과기후변화영향을분석 연구 국외조류관리체계및조류저감기술적용등해외사례조사 를통해국내도입가능한조류기술및조류관리제도의개선 방안을마련 제2절범위 과업수행기간: 2월 13일 12월 31 일( 약 11 개월) 제3절추진방법 조류전문가포럼주제별세션구성및운영 기존조류전문가포럼위원을중심으로관계공무원및산 학 계의수생태, 호소관리, 수처리등관련전문가위주로 30인 내외로구성 필요에따라연구진이외관계전문가를참여하도록함 조류전문가포럼개최 연 4회개최하는것을원칙으로하되필요시수시개최 과제별로연구내용에대한주제발표및패널토의진행 세부과제별연구수행 세부과제별로연구책임자가해당분야의연구를수행하고각 과제와관련된포럼에대하여기획( 주제선정, 등 ) 전문가섭외 - 1 -

8 세부과제별로연구책임자가연구결과및포럼결과를취합하 제4절내용 여보고서작성 조류발생우심수역별조류관리방안제시 대상수역 : 수계별조류우심구간 - 한강수계 : 북한강의암호~ 팔당댐구간 - 낙동강수계 : 낙동강본류중하류구간 - 금강수계 : 대청호 - 영산강 섬진강수계: 영산강본류중하류구간, 주암호 대상수역별조류관리방안마련 - 조류발생의시 공간적특성및원인분석 - 조류저감및적정관리방안제시 조류관리제도개선을위한과학적지원 조류중점관리지역지정방향제시 - 이수형태, 유역환경, 조류발생정도와수질및생태에대한 영향도를종합검토하여조류중점관리지역지정방향제시 조류경보제개선방향제시 - 조류에의한수질, 생태, 이수에대한영향도등을검토하여 적정관리수준마련 - 2 -

9 제2장연구결과 제1절조류발생우심수역별조류관리방안 1. 한강수계 가. 기후및담수환경변화와조류발생 UN 기후변화협약이온실가스로정의한이산화탄소(CO 2 ), 메탄 (CH 4 ), 아산화질소(N 2 O), 수소불화탄소(HFC), 과불화탄소(PFC), 육 불화황 (SF 6 ) 등은기후변화를유발하는물질로서, 현재까지보고된많 은연구결과들에따르면온실가스에의한기후변화가전지구적으로 진행되고있다는것은부정하기어렵다. IPCC (Intergovernmental panel for climate change: 정부간기후변화위원회) 는지구온난화에의 해금세기말까지지구표면온도가 1~4 증가할것이며, 아울러대 기중 CO 2 농도는 750ppm 까지증가할것이라고보고하였다(IPCC, 2007). 지난 100 년간 ( ) 지구의평균기온은 0.74 증가 하였고, 현재의추세대로화석연료의존적인인간활동이지속된다면 2100년경에는지구의평균기온이 6.4 증가할것으로전망했다. 우 리나라의경우도지난 100년간지구의평균기온증가의 2배가넘는 1.5 가상승한것으로확인되었다(Meteorological Research Institute, 2004). 기후변화의가장큰원인인지구온난화는생태계내수문, 물리, 화 학적제반특성을변화시키고, 를주게될것으로예상된다. 그결과생물의활성과다양성에변화 특히수생태계에서온도변화는물이라는 매질의특성상육상생태계보다변화가매우느리지만일단영향이나 타나면그파급효과는훨씬크게된다. 예를들면, 수온증가는물의물 리화학적특성에가장빠르고민감하게반응하는 1차생산자인조류의 생리학적상태를변화시키고나아가생태학적으로종조성과천이에영 - 3 -

10 향을미치며, 이에따라먹이사슬을통해최상위영양단계에있는어 류까지도영향을줄수있다 (2005; Hutchins et al., 2007). 일반적으로부영양온대수역에서전형적인조류천이는겨울과봄에 규조류와녹조류, 여름에남조류와녹조류, 가을에남조류와규조류가 우점하는양상을나타낸다(Reynolds, 1984). 아울러이러한수역에서 조류와함께동물플랑크톤의천이는수생태계내의생물적요인과무 생물적요인간의상호작용의결과로연속성을갖기때문에예측이가 능한것으로이해되고있다 (Sommer et al., 1986). 그러나기후변화 에따른수온상승으로인해여름철고수온기의조류발달과천이보다 는겨울철~ 봄철저수온기에서의영향이더클것으로예상된다 (Weyhenmeyer, 2001). 또한겨울철의전후에서의전반적인수온상 승에따라남조류와같은조류가더욱오랫동안수계에우점할가능 성이있다. 최근우리나라북한강수계에서겨울철(2011년 11 월) 의 남조류대발생은늦가을~ 겨울동안평균기온의상승과함께강수량 감소로인한체류시간의증가등과관련된기후변화의영향이어느정 도있었던것으로추정되고있다 (You et al., 2013). 한편최근북한강수계에서겨울철에발생했던남조류의과다증식으 로인한녹조현상은상수원수로이용하는팔당호에서이취미문제를 크게유발시켰으며, 그로인해상수원관리에큰어려움을야기한바 있다. 조사결과주요원인종은남조류 Anabaena spiroides 1) 로보고되 었다( 유등, 2012). 이때의 geosmin 농도는평균 160 ng/l으로검출 되었고, 11월말에는최고 1,640 ng/l까지검출되어먹는물수질감시 항목( 환경부, 2009) 관리기준( 호소수의경우관리기준없음) 인 20 ng/l를 8배에서 82 배까지초과하였다. 또한 2009년부터 2011년까지 팔당호를포함한한강수계의이취미물질보고자료에따르면 2-MIB 와 geosmin의농도는각각 0~72.3 ng/l, 0~70.2 ng/l으로검출되었 다( 이와최, 2012)

11 팔당호는남한강, 북한강, 경안천 3개하천이유입되고있으나대부 분의유입량은남한강과북한강이차지하고있다. 팔당호에서는 1990 년대이후기상조건, 영양염류유입등조류생장에영향을미치는조 건의변화에따라주기적으로조류의발생과소멸이반복되고있다( 김 등, 2009). 환경부는조류에대한관리강화를위하여 1998년부터조 류( 예) 경보제를시행하고있는데, 이를시행한이후팔당호에서는 2011년기준총 172 일간조류주의보가발령되었으며, 조류발생일수가 점차적으로증가추세에있다. 기후변화에따른수질과생물의영향에대한연구가다양하게진행 되어왔다. 예를들면, CO 2 증가에의한조류성장률증가 (Hutchins et al., 2007), 1999), 수온증가에따른조류우점종변화(Lomas and Gilbert, 수온증가에따른영양염과조류및어류등의생물군집변화 (McKee et al., 2003) 과성장률의변화 다. 그리고수온변화에따른조류군집의종조성 (Noiri et al., 2005) 등은그러한연구의결과들이 최근에는북유럽을중심으로기후변화에따른겨울철온난화와조 류발생및천이에대한연구가진행되었다. 스웨덴에서는 1990년대이 후본격적인겨울철온난화에따라호수에서의봄철조류의발생이빨 라지고, 이에따른여름철조류역시더욱빨리발생하였다 (Weyhenmeyer, 2001). 이러한시기에장기간관찰한연구에따르면, 북유럽의겨울철온난화는인접한북대서양의식물플랑크톤및동물플 랑크톤의현존량변화를야기했고또한그지역의여러담수호에서먹 이망구조의변화를가져온원인으로결론을내리고있다 (Reid et al., 19989). 기후변화와기온상승에따른영향이여름철보다는겨울철저수온기 의조류에미치는영향이좀더클것으로예상되는바, 이러한영향 으로서겨울철전후의전반적인수온상승과함께남조류와같은조류 가더욱오랫동안수계에우점할가능성이충분히내재되어있을것이 다. 지난몇십년동안우리나라수생태계의부영양화진행과더불어 기후변화로인해지난 100년간 1.5 가상승한사실에비추어한강하 류수계의전반적인우점조류의종천이적변화양상과겨울철저수온기 - 5 -

12 에서조류의종천이가실제로진행되어온것으로파악된다. 지금까지국내에서겨울철남조류에대한정보는별로알려진바가없으며, 특히저수온기에남조류의대발생에대한보고는거의없는실정이다. 나. 남조류발생영향요인및결과 (1) 남조류발생영향요인및과정 식물플랑크톤의성장과천이는기본적으로수온, 광도, 제한영양염 의농도와밀접한관련이있으며, 수체의안정성을변화시키는강우와 동물플랑크톤에의한섭식압또한중요한영향요인이다 (Hutchinson, 1957). 군집구성은계절에따라봄, 가을, 겨울에는낮은수온과광에 서경쟁력이높은규조류가우점하고여름에는높은수온과광을선호 하는남조류가우점한다고알려져있다(Sommer et al., 1986). 최근에 는기후변화에따른수온상승, 성층현상강화, 대기중 CO 2 농도상 승, 체류시간증가등으로수생태계에서남조류의우점도와기간이증 가되며계절적으로식물플랑크톤발생패턴이변화하고있다 (Paerl and Huisman, 2009). 생태학적관점에서남조류는다른분류군과다른여러생리생태적 특성을가진다. 자연적또는인위적으로나타나는환경변화에적응력 이높으며경쟁우위에존재하여대발생될가능성이높다 (Paerl and Fulton, 2006). 남조류는종에따라질소를고정하거나세포내공포 의크기를조절하여부력을조절한다고알려져있으며 (Chu et al., 2007). 이는성장환경이불리할때수직적분포를변화시켜영양염을 보충하는등의장점을가진다. 종구성이변화되기도한다. 이를통해수체내남조류의생물량및 - 6 -

13 < 그림 1-1> 남조류대량발생의동태에대한물리, 화학, 생물학적환경요인들의 상호작용에대한개념도. 남조류발생에는다양한요소들이관여하는데물리적요인으로온 도, 빛, 체류시간, 물의혼합등이있으며, 화학적요인으로는영양염 ( 질소, 인과같은 macronutrient 와철, 금속이온과같은미량원소포 함), 유기물질, 염분도등, 생물학적요인으로는포식자에의한섭식, 미생물과의상호작용, 타생물과의공생작용등을포함한다. 이처럼남 조류뿐만아니라조류의성장과발달에미치는요인들은다양하며 실제로현장에서이러한요소들의적절한조합이이루어졌을때는대 발생의가능성이상존한다. (2) 남조류에의한이취미및독소물질 남조류는 geosmin, 2-MIB와같은이취미물질과 microcystin, anatoxin 등의독소를생성한다고알려져있다. 해남조류는수표면에 과다증식이유리한유 bloom을일으켜수중탁도를증가시키며수층 산소를소비하여다른생물의성장을방해하고이취미와독소를생산 - 7 -

14 하여공중보건을위협하기도한다 (Paerl and Huisman, 2009). 기본적으로부영양화현상의결과로나타나는수생태계내조류과 다증식은물에서의흙냄새와곰팡이냄새등과같은이취미 (off-flavor material) 와밀접한관계가있다. 이취미발생의주요원 인인조류나방선균등의생물유래냄새발생과함께수중의저층환 경에서의혐기성상태에서발생하는황화수소같은것도냄새발생의 원인으로보고되었다. 시작되어방대한연구가진행되어왔으며, 와관련한체외분비물질및영향, 연구의대상이되고있다. 조류에대한분류및생태학적연구는일찍부터 조류의이취미물질과독소 부산물의영향등은최근에활발한 수중에서특정한조류는증식활동을통해물속에맛과냄새를유발 하는체외효소를분비한다(Mallevialle and Suffet, 1987). < 표 1-1> 과같이담수조류중남조류가 45%, 녹조류가 20%, 규조류은 21%, 편모조류는 14% 가이취미를유발한다고보고되어있다(Barnett, 1984; 류, 1994; 정, 2009). 살아있는조류는세포내저장, 체외분비, 분해산물배출등 al., 1967). 3 가지형태로이취미물질을발산시킨다(Jenkins et - 8 -

15 < 표 1-1> 이취미발생조류종에따른발취농도 냄새의원인물질에관련한연구는상당히오래전부터진행되었으나, GC-MS 등을이용한분석기술의지속적인발전으로인해 1960년대 이후에는미량의이취미물질측정이가능하게됨으로써부영양화된 수계에서의조류에의한이취미물질인 geosmin과 2-MIB의구조역 시밝혀지게되었다(Mallevialle and Suffet, 1987). 이러한시기에 geosmin은 Gerber and Lechevalier(1965) 에의해방선균 - 9 -

16 Streptomyces griseus Lp-16으로부터분리한물질에서처음으로발 견되었고, 화합물이 C 12 H 22 O 로밝혀지고, 구조식이 Trans-1,10-dimethyl-trans-9-decalol 이라는것을밝혀냈으며, 방 선균이외에도 geosmin을발생하는대표적인이취미원인조류인 Anabaena sp. 와 Aphanizomenon sp. 에의해서도흙냄새와곰팡이냄 새가생산된다는것을보고하였다. 그리고 geosmin 이외에도조류나 방선균등의생물에서유래한또다른이취미물질인 2-MIB (2-Methylisoborneol) 도화합물이 C 11 H 20 O 라는것이밝혀졌으며, 이 취미와관련된연구에서꾸준히보고되어왔다 (Berglind et al., 1983). Geosmin과 2-MIB 는일반적인정수공정에서는잘산화되지않는데, 이는모두 3 차알콜구조를가지고있기때문이며, 이들물질은극도로 낮은최저감지농도를갖는다는이유로인해상수원의이취미발생문 제와관련하여가장중요한물질로연구되고있다. Geosmin과 2-MIB 는기존의여러가지정수공정에서약 20% 정도제거되어질수있는 데, 불과몇 ng/l에서도사람에따라불쾌한맛과냄새를유발하므로 극미량까지처리할수있는공정이요구된다. 이들물질의흙냄새와 곰팡이냄새등에대한최저감지농도는개인에따라차이가나타나 며, 대표적인이취미물질인 geosmin과 2-MIB의특징과여러보고에 따른인체의감지농도는 < 표 1-2> 와같다(Gagné et al., 1999)

17 < 표 1-2> Geosmin과 2-MIB 의특성. Geosmin과 2-MIB는 Chl-a를합성하는 isoprenoid 경로에서생성 되는부산물로알려져있는데(< 그림 1-2>), 이취미물질의생성량은 isoprenoid 의생성단계와밀접한관련이있으며, isoprenoid 경로에서 질소와인이충분히공급되는경우그생산량이특히증가하는것으로 보고되었다(Nase et al., 1985). 남조류 Oscillatoria tenuis 를이용한 실험결과에따르면, geosmin의생성특성은조류에의해생성되어대 부분이조류세포내에축적되어존재하는데, 일부의 geosmin 만이체 외로배출되는특성을나타냈으며, 서더많은 1988). 호기성조건보다는혐기성조건에 geosmin 을생성하는것으로나타났다(Wu and Jüttner, 또한조류의최적성장온도조건에서는가장적은양의 geosmin 을생성되었으며, 최적성장조건범위가아닌상태에서는 geosmin 의생성량이증가하는것으로나타남에따라외부의환경조건 이 geosmin 의생성량에영향을미친다고할수있다. 그러므로조류의 대사산물로서의 geosmin은조류가성장을함에따라체내에축적되어

18 지는데, 조류의지수성장기와안정기의시기에는체외로거의배출되지않지만, 조류의성장이쇠퇴기에접어들면체내에축적된 geosmin 이지속적으로배출되는것으로알려져있다. 따라서이취미문제를해결하기위해서는이러한성장단계에따른배출특성을이해할필요가있다. < 그림 1-2> 이취미물질의생성경로. 또한대사작용의부산물로독성물질을배출하여육상생물에유해작 용을끼치는경우도있는데 Microcystis aeruginosa, M. viridis, Anabaena flos-aquae 등이여기에해당되며물과함께인체에흡수될 경우신경계또는간세포에악영향을미칠수있다. 참고로국내에주 로출현하는주요남조류와생성하는독소종류는 < 표 1-3> 과같다

19 < 표 1-3> 남조류종별배출독성물질과대상기관 < 그림 1-3> Microcystin 구조 < 그림 1-3> 은남조류가배출하는독소중대표격인 microcystin의 가장일반적인형태의화학구조를나타낸것이다. 두개의치환기에결합하는아미노산종류에따라 붉은색으로표시된 70여종이상의변종

20 (variants) 있는것으로알려져있으며그림왼쪽의 Adda기가독성을 나타내는작용기이다. 여러변종들중 microcystin-lr의독성이가장 높은것으로평가되어있다. 세계보건기구(WHO) 에서는간독소인 microcystin-lr 에대해급성독성(1.0 μg/l) 과만성독성(0.1 μg/l) 권 고기준을정하고있으며, 우리나라는기준을정하고있지않으나상수 원에서조류경보제를통한감시체계를갖추고있다. < 그림 1-4> 는 microcystin과유사한구조와간독성을나타내는물 질인노둘라린(Nodularin) 의화학구조를나타낸것이다. 주로 Nodularia 에의해서만들어진다. < 그림 1-4> Nodularin 구조 < 그림 1-5> Anatoxin-a 구조 < 그림 1-6> Anatoxin-a(s) 구조

21 < 그림 1-5> 및 < 그림 1-6> 은남조류중 Anabaena에의해생성 되는독소인 Anatoxin-a와 Anatoxin-a(s) 의화학구조를나타낸것 이다. 주로신경계통에작용하는독소이며 Anatoxin-a(s) 의경우침 샘(salivary) 을자극하기도한다. 다. 한강수계의기상 수리수문학적현황 (1) 기상변화 가) 의암호 1998년부터 2012년까지의월별기온은 -9.5 ~ 26.0 를나타냈으 며, 연평균기온은 1998년 12.2 로가장높았으며 2012년 10.7 로 가장낮은것으로나타났다. 월별강수량은 1~933 mm 를나타냈으며, 연평균최대강수량의경우 2011년에 169 mm, 최소강수량은 1998 년 39 mm 로나타났으며, 연평균강수량의경우근소하게증가하고있 는것으로나타났다. 월별일조시간은 58~255 시간으로나타났으며, 연평균최대일조시간은 1999년 192 시간, 최소일조시간의경우 2007 년 151 시간으로나타났다(< 그림 1-7>). 나) 청평호 청평댐권역의기온과일조시간은춘천기상관측소자료를활용하여위 의의암댐권역자료와동일하다. 강수량의경우가평군건설교통과자 료를활용하였다. 1998년부터 2012년까지월별강수량은 1~1,035 mm 를나타냈으며, 연평균최대강수량의경우 2011년에 207 mm, 최 소강수량은 2002년 103 mm 로나타났다. 청평댐권역의연평균강수 량은근소하게증가하는것으로나타났다(< 그림 1-8>)

22 < 그림 1-7> 의암, 청평댐권역기온, 일조시간변화및의암 댐권역강수량현황. < 그림 1-8> 청평댐권역강수량변화 현황. 다) 팔당호 팔당댐권역의 1998년부터 2012년까지의월별기온은 -8.4 ~ 를나타냈으며, 연평균기온은 1998년 12.5 로가장높았으며 2005년 11.3 로가장낮은것으로나타났다. 월별강수량은 2~1,058 mm 를나타냈으며, 연평균최대강수량의경우 2011년에 183 mm, 최 소강수량은 2000년 80 mm 로나타났다. 팔당댐권역의연평균강수량 역시근소하게증가하는것으로나타났다. 월별일조시간은 49~329시 간으로나타났으며, 연평균최대일조시간은 2002년 246 시간, 최소일 조시간은 2007년 146 시간으로나타났다(< 그림 1-9>)

23 < 그림 1-9> 팔당댐권역기온, 강수 량, 일조시간변화현 황. < 그림 1-10> 의암댐권역유입량 과방류량변화현 황. ( 2) 수리수문학적변화 가) 의암호 의암댐권역의 1998년부터 2012년까지월별유입량은 41~1,327천 톤으로나타났으며, 연평균최대유입량은 2011년 250 천톤, 최소유입 량은 2001년 119 천톤으로나타났다. 월별방류량은 40~1,326천톤으 로나타났으며, 연평균최대방류량은 2011년 250 천톤, 최소방류량은

24 2012년 118 천톤으로나타났다(< 그림 1-10>). 나) 청평호 청평댐권역의유입량과방류량을조사하였다. 1998년부터 2012년 까지월별유입량은 46~1,732 천톤으로나타났으며, 연평균최대유입 량은 2011년 370 천톤, 최소유입량은 2001년 159 천톤으로나타났다. 월별방류량은 45~1,730 천톤으로나타났으며, 연평균최대방류량은 2011년 370 천톤, 최소방류량은 2001년 160 천톤으로나타났다(< 그 림 1-11>). < 그림 1-11> 청평댐권역유입량 < 그림 1-12> 팔당댐권역유입 과방류량변화현 량과방류량변 황. 화현황. 다) 팔당호 팔당댐권역의유입량과방류량을조사하였다. 1998년부터 2012년 까지월별유입량은 99~4,750 천톤으로나타났으며, 연평균최대유입 량은 2011년 868 천톤, 최소유입량은 2001년 312 천톤으로나타났다. 월별방류량은 103~4,706 천톤으로나타났으며, 연평균최대방류량은

25 2011년 868 천톤, 최소방류량은 2001년 312 천톤으로나타났다(< 그림 1-12>). 라. 한강수계주요댐호의수질변동현황 호소의부영양도를평가하기위해 Carlson(1977) 의방법을이용하여 1995년부터 2012년까지 Chl-a, TP, TN 자료를바탕으로부영양화지 수(TSI) 로전환하여영양상태를평가하였다. 부영양화도지수를이용 한호소의부영양화도평가평가는 TSI 0~30: 빈영양, 30~50: 중영양, 50~70: 부영양, >70: 과영양상태로호소의영양상태를나타낼수있 다. 의암호의부영양도 TSI(CHL) 는 2001년부터 2012년까지대부분 30~60 의범위로중영양및부영양상태에있었음을나타내었다. 하지 만 TSI(TN) 은 1995년부터 2001년까지모두 50이상을초과하며부영 양상태를보여주었으며 70이상을초과하며과영양상태에도달한기 간도있었다. TSI(TP) 의경우 40이상 70의범위로대부분부영양상 태를유지하고있었다. 청평호의부영양도 TSI(CHL) 는 20이상 70이하로중영양및부영양 상태를유지하고있었다. TSI(TP) 의경우대부분 20이상 70이하로 중영양및부영양상태를나타내었으나, 1995, 2000, 2006, 2007, 2010년은최대 TSI(TP) 가 70이상의과영양상태를나타내기도하였 다. 하지만 TSI(TN) 의경우 1995년부터 2012년까지모든기간이큰 변동없이 50 이상을초과하며부영양상태있었음을나타내었다. 팔당호의부영양도 TSI(CHL) 는 2001년부터 2012년까지 50~70의 범위를나타내며부영양상태를나타내었다. TSI(TP) 역시대부분 50~70 의범위로부영양상태에있었음을나타내었다. TSI(TN) 는모 든기간에서 60 이상을초과하며부영양상태를나타내었다. 결과를종 합해보면의암호의부영양화지수(TSI) 는수질요인간부영양지수가 큰차이를보이지는않았다 (< 그림 1-13>)

26 부영양지수(TSI) 를통해의암호, 청평호, 팔당호는대부분중영양 및부영양상태로나타났으며, 특히 TSI(TN) 은다른지수에비해높 게나타나수질요인간의차이를보였다. 또한팔당호의모든부영양 지수가 50 을초과하며다른의암호, 청평호보다높은값을나타내며 호수별영양상태에있어서차이가있는것으로분석되었다. < 그림 1-13> 한강수계의암호, 청평호, 팔당호의부영양(TSI) 지수변화(1995년-2012 년)

27 마. 한강수계주요댐호의조류변화특성 지난 1995년부터 2012년까지의 18 년동안분석한자료에따르면, 수 도권주민들의주요상수원인팔당호는상류수역인의암호와청평호에 비해서최근까지측정된 TN, TP, Chl-a자료를이용한부영양지수분 석을통해지속적으로부영양화가진행되는경향이나타났다. 근 또한최 5년간조류현존량조사를통해한강수계조류발생이가능한수역에 서는 Microcystis 보다는 Anabaena 대발생의가능성이커지는경향 (< 그림 1-14>) 이있다. < 그림 1-14> 한강수계의암호, 청평호, 팔당호의조류현존량변화(2008년 년)

28 바. 한강수계식물플랑크톤과환경요인과의관계 (1) 상관관계분석 한강수계 7개정점에서 2012년 5월부터 2013년 4월까지조사된환 경요인과식물플랑크톤군집분석결과 2) 를토대로식물플랑크톤군집 과환경요인과의상관성을분석한결과, 남조 Anabaena crassa (r=0.342) 와총남조류현존량 (r=0.356) 은수온에대하여유의한 양의상관성을보였다. 규조류는 TP (r=0.237) 등에대해서, 녹조류 는 ph(r=0.224), TP(r=0.687) 등에대해서는모두양의상관관계를 나타났다. 조사기간동안총식물플랑크톤현존량에대해서는수온 (r=0.219), ph(r=0.296), TP(r=0.290) 등이양의상관관계를보였 다. 종합적으로, 남조및 Anabaena crassa 등은수온에대하여높한 상관성을보였고, 총현존량도수온과상관성을나타냈다. 또한총현 존량과나머지조류는모두 (< 표 1-4>). TP 등에대하여양의상관성을보였다 < 표 1-4> 한강수계의식물플랑크톤과환경요인과의상관분석결과(2012)

29 (2) 다변량분석 식물플랑크톤군집분포와환경적인변수와의관계를알아보기위하 여 CCA 분석을수행하였다. 식물플랑크톤종은출현빈도가 2회미만 인종은제외하였다. Axis 1, Axis 2, Axis 3 의고유치(eigenvalue) 는 각각 0.604, 0.512, 0.464로 Monte Carlo test 결과모두유의한결과 를나타냈으며 (p<0.05), 총설명력은 17.0% 로나타났다. Axis 1 과수온은가장높은상관성을나타냈다(r=0.892, p<0.01). 그밖에 DO, DOC, TOC, COD, NO3-N 등총 13개요인이 Axis 1과 유의한상관성을나타냈다. Axis 2와 DIN, NH3-N, DTN 등총 8개 요인이유의한상관성을나타냈다. 전반적으로 ordination 공간에서계 절별로구분하였을때지점들의분포는분명하게나타났다(< 그림 1-15>). 수온등으로인해공간상 Axis 2 의오른쪽에는여름, 왼쪽 에는겨울로나누어졌으며봄과가을은중간에분포하였다. 종의분포 를살펴보면, 겨울철에는분포되어있는종이 Cyclotella, Synedra 속 등의규조류와 Cryptomonas 와 Rhodomonas 속의갈색편모조류로이 루어져있었다. 그외계절은다양한분류군이분포하였다. 그중남조 류 A. crassa는 Axis 1 과가까워수온, TOC, COD 등과밀접한관계 가있었으며 8 월에의암호와가까운분포를보였다. Ordination 공간에 서지점들의분포는호수별로구분하였을때에는명확하게나타나지 않았다

30 < 그림 1-15> 환경요인와식물플랑크톤종간의 Canonical correspondence analysis (CCA) 결과 (3) 환경요인과식물플랑크톤간의관계 환경요인과식물플랑크톤간의관계를알아보기위해상관분석을진 행하였다. Chl-a 는기온, 강우량, 수온, TP, NO 3 -N, BOD, COD와강 한양의상관성을보였고 POC, TOC와약한양의상관성을나타냈으 며 DO, NH 3 -N 와약한음의상관성을보였다. 식물플랑크톤총세포 밀도는기온, 강우량, 수온, POC, TOC와강한양의상관성을나타냈 으며 COD 와약한양의상관성을보였다. 남조류세포밀도는기온, 강 우량, 수온, COD와강한양의상관성을나타냈으며 NO 3 -N, TOC와 약한양의상관성을보였다. 출현남조류중특히 A. circinalis 세포밀 도는기온, 강우량, 수온과강한양의상관성을보였으며특히강우량 과상관성이높았다(< 표 1-5>). 식물플랑크톤과유기물의높은상관 성은식물플랑크톤의성장결과유기물의농도가증가하기때문인것 으로판단된다. 종합적으로식물플랑크톤전체생물량을대표하는

31 Chl-a는기상뿐만아니라영양염농도와상관성을보이며관련성이있으나남조류의성장은영양염농도보다기상에의해큰영향을받는것으로판단된다. < 표 1-5>. 환경요인과조류발생간의상관분석(Pearson correlation coefficients) (4) 환경요인-식물플랑크톤-이취미물질간의관계 환경요인, 식물플랑크톤, 이취미물질간의상관분석을실시한결과, geosmin 은강우량, 식물플랑크톤총세포밀도, 남조류세포밀도, A. circinalis 세포밀도, 규조류세포밀도와높은양의상관성을보였으며 기온, chl-a, 기타조류세포밀도와낮은양의상관성을나타냈다. 2-MIB 는일사량, ph, NO2-N, 을보였으며전기전도도, 녹조류세포밀도와높은양의상관성 기타조류세포밀도와낮은양의상관성을나 타냈다(< 표 1-6>). 이를통해 geosmin의발생은남조류의성장과 강한상관성을보이나 의해발생하는것으로예상되었다. 2-MIB는남조류가아닌다른요인과의관계에

32 < 표 1-6> 환경요인, 조류발생및이취미발생간의상관관계(Pearson correlation coefficients)

33 사. 한강수계 Anabaena 휴먼포자발생현황 염주말목 (Nostocales) 에속하는남조류는수중에서영양세포가과다 증식할뿐만아니라휴면포자의일종인 akinete를형성하여영양세포 를존속시키는생존전략(< 그림 1-16>) 을가지고있다(Head et al., 1999). 염주말목은사상체로서세포사(trichome) 의대부분은광합성을 하는영양세포로구성되어있다. 또한영양세포는환경조건이변화할 때에는 heterocyst와 akinete 로분화된다(Li et al., 2000). Heterocyst 는대기중의질소를고정하여유기질산염으로전환할수있어, 수계 내에질소영양염이결핍되었을때질소원을공급하는역할을한다 (Marsac et al., 2001). 이러한기능은수계내에서영양염결핍시성 장에제한을받지않고염주말목이우점하는데중요한기능을한다 (Adams and Duggan, 1999). 저수온또는건조등과같이부적합한수중환경에처했을때, 영양 세포는 akinete 로분화하여악조건을극복한다(Van Dok and Hart, 1996; Li et al., 1997; Baker and Belifemine, 2000; Gladyshev et al., 2002). Akinete 는두꺼운세포막과영양물질을함유하고있어악 조건에서도장기간생존할수있으며, 이후환경조건의회복시다시 발아(germination) 하고증식하여영양세포를다시형성한다(Hori et al., 1997). 따라서 akinete는수계내에서매년되풀이하여남조류과 다증식을유발시키는씨앗(seed) 으로서의중요한역할을하고있다 (Hori et al., 2002). 따라서 heterocyst와 akinete 두종류의기능성 세포에의해염주말목은수계내에서다른식물플랑크톤보다우세하게 분포할수있다. Akinete 의발아는온도, 인산염, 질산염, 광도, 건조등의다양한환 경조건하에서연구되어왔다(Van Dok and Hart, 1997). 로다른종의 그결과서 akinete는서로다른환경요인에서발아하는다소상이 한결과를얻었으며, 이에따라 Van Dok and Hart(1997) 는다양한 종을대상으로여러환경요인에관한체계적인연구가이루어져야 akinete 의발아특성을좀더정확히파악할수있다고제안하였다

34 < 그림 1-16> 남조류 Anabaena 의추정생활사. 한강수계에서 2012년 5월부터 2013년 4월까지 7개지점에서 Anabaena sp. 휴면포자현존량조사결과에따르면3), St.1( 공지천유 출부) 의휴면포자현존량은 2012년 5월에는 25 ± 17 cells/g을나타 내며, 낮은분포를보였으나, 2012년 6 월(415 ± 187 cells/g) 부터 2012년 7 월까지급격히증가하여, 2012년 7월에는 660 ± 160 cells/g 로모든지점중가장높은휴면포자현존량을나타냈다. 이후 2012년 9월부터 2013년 4월까지 100 cells/g이하의현존량을나타냈 다( 그림 17). St.2( 의암댐앞) 의휴면포자현존량은 2012년 5 월, 6월에각각 5 ± 5 cells/g, 45 ± 23 cells/g 로낮은분포를보였다. 2012년 7 월, 8월에 는 100 cells/g이상의현존량을보이며완만한증가를하다가 9월에 595 ± 171 cells/g 의높은현존량을보이며급격히증가하였다 년 10월부터 2013년 2월까지 150 cells/g이상의현존량을유지하였다 ( 그림 17). St.3( 청평댐앞) 의휴면포자현존량은 2012년 5월부터 8월까지 25 ± 28부터 115 ± 68 cells/g 까지의범위를나타내며, 현존량의뚜렷한 차이가보이지않았다. 하지만 2012년 9월에급격히증가하여 875 ± 3)

35 275 cells/g 의현존량을나타내며모든지점중가장높은휴면포자 현존량을나타냈고, 이후 2012년 10월부터 2013년 3월까지는 18 ~ 163 cells/g 의범위를나타내며완만한현존량차이를보였다( 그림 ). 공지천, 의암호, 청평호를제외한나머지지점 St.4, St.5, St.6, St.7( 삼봉리, 능내리, 팔당댐앞, 신원리) 에서의현존량은조사기 간동안약 50 cells/g 이하로비교적낮은현존량을보였다( 그림 17). 7 개의조사지점의휴면포자현존량의차이를보이는이유는한강수 계상류에위치하고있는수문학적특징및지형적인요인, 유수의흐 름이복합적으로작용하는물리적인작용에의한것으로사료된다. 한영양세포에서휴면포자로형성이나휴면포자에서영양세포로형성 되는과정이천천히이루어지며, 또 형성된휴면포자는물과비중이거의 차이가없기때문에퇴적층까지침강하는데걸리는시간도고려되어야 할요인으로사료된다(Hori et al., 2002). 조사기간중 Anabaena sp. 휴면포자의현존량은휴면포자형성시기와발아시기에현존량증감의 변화가뚜렷하게나타났으며, 계절적인경향성을파악할수있었다. 따 라서, 계절적휴면포자의현존량변화를토대로휴면포자의형성과발 아시기를간접적으로예측할수있었다. Anderson and Morel(1979), Sako et al(1985) 은휴면포자의높은발아율이나타난직후영양세포 의대발생이일어난다고보고하였다. 게휴면포자의높은밀도를나타낸이후, 이연구결과에서도이와유사하 영양세포의높은밀도를나 타냈다. 또한이러한 Anabaena의대발생이후, 밀도가감소함에따라 휴면포자의밀도증가가일어난것으로보아, 이영양세포간의상관성이있음을보여주었다. 휴면포자의발아및형성

36 < 그림 1-17> 한강수계휴면포자분포(St.1: 공지천유출부, St.2: 의암댐앞, St.3: 청평댐앞, St.4: 삼봉리, St.5: 능내리, St.6: 팔당댐앞, St.7: 신원 리 ) 4) 4)

37 아. 한강수계유해조류및이취미물질관리전략 (1) 기후변화측면대응전략 의암댐권역의 1998년부터 2012년까지의 15년동안의월평균기온 변화는 < 그림 1-18> 과같다. 최근까지기후변화에따라연간최대 기온이유의하게(p<0.05, r=0.256) 증가하는경향을나타냈다. 또한 남조류가집중발생한 2011년 11월의경우다른해보다높은기온을 보이는것으로나타났으며, 11월의기온이해마다조금씩증가하는추 세를보였다(p<0.05, r=0.203). 수온의경우매년연간최저수온이 점차적으로증가하는경향을나타냈다(p<0.05, r=0.433). 이러한양 상은기후변화와함께수온도점차적으로증가하고있다는사실을나 타낸다. 그러므로기후변화에따른수중의생물상변화와연계하여, 이 취미원인조류도변화가예상됨에따라기후변화의진행과함께조류 종의변화에대한조사가앞으로장기적인계획하에지속적으로진행 되어야할것이다

38 < 그림 1-18> 의암댐권역기온및수온의변화 (1998년-2012 년). 청평댐권역의기온변화는의암댐권역의자료와서로동일하다(< 그 림 1-19>). 1998년부터 2012년까지수온의경우도의암댐권역과같 이매년연간최저수온이점차적으로증가하는경향을나타냈다 (p<0.05, r=0.280)

39 < 그림 1-19> 청평댐권역수온변화 (1998년-2012 년). 팔당댐권역의 1998년부터 2012년까지의 15년동안의월평균기온 변화는 < 그림 1-20> 과같다. 1998~2012년까지의기온변화는기후 변화에따라연간최대기온이유의한수준에서점차적으로증가하는 경향을나타냈다(p<0.05, r=0.404). 또한팔당호에서남조류가집중 발생하여이취미문제가크게제기되었던 2011년 11월의경우에다른 해보다가장높은기온을보이는것으로나타남에따라당시의조류 대발생문제는기후변화에따른저수온기의온도가점차적으로증가함 으로써향후저수온기조류발생문제에대한대비를사전에진행할 필요성이요구된다. 아울러팔당호권역도의암댐권역과청평댐권역과 마찬가지로 11월의기온이매년조금씩증가하는추세를보였다 (p<0.05, r=0.253)

40 < 그림 1-20> 팔당댐권역의기온및수온변화 (1998년-2012 년 ). (2) 수질관리측면대응전략 지난 1995년부터 2012년까지의 18년동안의 TN과 TP의평균농도 는의암호에서각각 2.17 mg/l와 μg/l, 청평호에서각각 1.87 mg/l와 μg/l, 팔당호에서각각 2.14 mg/l와 μg/l로조사 되었으며, 팔당호에서의 TP농도가의암호와청평호에비해서높게나 타났다. 또한 2011 년환경부자료의분석을통해의암호, 청평호, 팔당 호수역의수질에영향을미치는일일평균방류량이 500톤규모의하 수처리시설에서방류되는 TN과 TP의연간평균농도는각각 9.23 mg/l와 μg/l 로조사되었다(< 그림 1-21>). 이는 2011년전 국적으로 TN과 TP의연간평균방류수농도가각각 11.9 mg/l와 μg/l 이므로, 이보다는낮은수준이지만 2012년환경부가고시 한기준인 TN과 TP의평균방류수농도가각각 20 mg/l와 μg /L이기때문에 TP의경우에는약 1/2 이상의감소가요구된다. 그러 므로현재까지는이들수역에흘러들어가는하수처리방류수가한강수

41 계내영양염농도증가의주요인중하나로판단됨에따라, 장처리효율증대및방류수수질관리가요구되는실정이다. 특히, 하수처리 팔당호에서의영양염증가는팔당호수역의분원하수처리장과 더불어팔당호수역수질에직접적인영향을미치는경안천수역에위 치한약 11 개소의하수처리장방류수에기인한것으로판단되므로, 처 리효율증대가요구된다. 또한유입하천수질개선필요성증대에따 라남양주시에위치한묵현천의화도하수처리장에대한하수처리장의 처리용량부족과하수관로의노후개선을통해하수처리장에의한폐 수의무단방류와같은문제를해결해야하는필요성이시급하다. < 그림 1-21> 2011 년한강수계의하수처리현황

42 (3) 조류발생측면대응전략 한강수계에서분리한 Anabaena 휴면포자(Akinete) 양염농도조건, 발아는높은영 특히높은농도의질소영양염이존재하는조건하에 서발아가더욱촉진되는것으로조사되었다. 특히의암호와청평호에 서조사된높은질소영양염수준은 Anabaena 휴면포자발아에큰영 향을주었을것으로판단된다. 수중에서남조류휴면포자의발아를통해대량증식으로이어지는 과정을(< 그림 1-22>) 고려할때이러한연구결과는매우의미있 는자료로서한강수계의남조류대발생을이해하는데뒷받침되어진다. 이러한결과와상호연관지어최근팔당호에서발생한남조류 Anabaena 대발생과이취미문제는의암호와청평호등상류수역에서 의활발한휴면포자발아와더불어, 발아한영양세포가하류수역인팔 당호에도달한이후수중에존재하는높은농도의인에의해서수중 영양세포의폭발적인생장을촉진한것으로판단되어진다. 그러나이 러한결과는향후보다지속적이고심도있는현장조사및연구를통 해확인및보완되어야할것으로사료된다. 한강수계의유해남조류대발생및이취미물질을조기에예방을하기 위한고려사항으로서수온이 25 내외를보이는 5 월~10월사이에이 취미원인조류 Anabaena 가주로발아와함께증식을통한대발생가 능성이있으며, 이러한시기에하수처리방류수배출인근지역에서 좀더집중하여발생할가능성이있으므로시기적, 이루어져야할것이다. 지역적인대비가

43 < 그림 1-21> 한강수계에서남조류 Anabaena 휴면포자의발아및조류증식. (4) 취정수장관리측면대응전략 조류에의한이취미발생에대한측면에서고려할때이와관련하여 취정수장에대한관리대책을마련할필요성이있다. 선행연구에서한 강수계분리종과분양종모두남조류가성장하는동안이취미물질을 세포내에축적하며세포사멸시세포외로배출되는것으로조사되었 다 5). 따라서남조류대발생기간에취수및정수시최대한남조류세 포를파괴하지않도록주의가필요하며, 이에대한취, 정수기술개발 이요구됨과함께대부분의조류는 geosmin을대부분체내에축적하 고있고성장의대수기중기~ 말기의체외로배출하여수중의 geosmin 양이급격히증가하므로유해남조류대발생이끝날무렵에는발생수 역의취수보다는다른곳에서취수하는것이상수원공급시이취미물 질에대한문제를극복할수있을것으로본다. 그리고정수장의고도처리시설의조속한설치가절실하며, 녹조발생시 이에대응하는취정수장관리운영매뉴얼을마련및보완하고체계화 할필요성이있다. 최근 2012년 3월환경부에서는정수장조류대응 지침을마련하여배포한바있는데, 이지침에대해서는향후내용을 5)

44 보완할필요성이있다고판단된다( 부록 3. 정수장조류대응가이드라 인 ). 마지막으로취수장의광역화또는네트워크화를통해거미줄처럼서 로연결된공동망을구축하는것이필요하다고본다. 조류대발생이 모든수역에서동시에발생하는것은아니기때문에조류대발생과함 께이취미발생시해당수역으로부터원거리에위치한취수장에서의상 수원취수및공급을통해좀더안전한상수원수를이용할수있을 것으로사료된다. (5) 조사연구측면대응전략 지난 1995년부터 2012년까지의 18 년동안분석한자료에따르면, 수도권주민들의주요상수원인팔당호는상류수역인의암호와청평호 에비해서최근까지측정된 TN, TP, Chl-a자료를이용한부영양지수 분석을통해지속적으로부영양화가진행되는경향이나타났다. 최근 또한 5년간조류현존량조사를통해한강수계조류발생이가능한수역 에서는 Microcystis 보다는 Anabaena 대발생의가능성이커지는경향 이있으므로, 이에대한맞춤형대책과저감이요구되어진다. 그러므로 수질관리측면과조류발생측면에서논의한질소저감에대한검토가 필요하며, 이는향후이들수역에서의조사연구를통하여확인하고이 를활용하여대책을제시할필요가있다 년서울시상수도연구원의보고에따르면, 2004년 1월부터 2010년 12월까지한강의 6개취수원수를대상으로이취미물질을주 1 회모니터링한결과, 2-MIB는연평균 2.7~10.0 ng/l( 최고 51.3 ng/l), Geosmin은연평균 3.7~6.6 ng/l( 최고 ng/l) 였으며, 다 른냄새물질은거의검출되지않음으로서한강상수원의주요이취미 유발물질은 geosmin과 2-MIB 인것으로조사되었다. 이때의조사기 간에취수원에서 2-MIB 는주로겨울에서봄에이르는시기(1~5 월) 동안의기간에걸쳐농도가 10 ng/l 를초과하였고, geosmin은연간 20~50일정도에서농도가 10 ng/l를초과하여발생하는것으로나타

45 났다. 이러한조사를통해서 2-MIB는연도별감소추세를보였으며 2009년부터는거의 10 ng/l 를초과하지않았지만, geosmin은 2004년 1월부터 2010년 12 월까지의기간동안증가추세를나타냈다. 따라서 한강수역의조류의이취미조사를하는관점에서최근추세가 2-MIB 유발조류보다는 geosmin을유발하는조류가우점하며조류종의천이 가진행되고있다고보여지는데, 이에따라 geosmin을생성하는조류 의모니터링에좀더적합한조사방법을강구할필요성이요구된다. 아울러한강수계에접하는주요지천의식물플랑크톤과더불어부착조 류에의한이취미발생에대한조사도함께진행되어질필요성이매우 크다. 현재 한강수계유해조류발생원인및저감에대한연구( 한강수계 관리위원회, ) 의일환으로진행중인남조류휴면포자연구 는한강수계의 Anabaena 대발생에대한맞춤형연구로서앞으로실내, 외에서의휴면포자연구를이용한원인분석및장기적인모니터링이 더욱더요구되는실정이다. 유해남조류발생의근원적, 이와함께조류관련연구의확대를통한 종합적이해및그에맞는저감대책수립 이필요하다. 이러한일련의과정으로서 쾌적하고안전한물환경조성 을위한효율적조류관리대책및기술개발( 조류종합관리시스템연 구) 가더욱체계적이고효율적으로진행되어야할것으로요구되어진 다. (6) 정책방안제언 묵현천화도하수처리장의사례에서알수있는것처럼향후에는노 후화된하수처리시설을고도처리로전환 함께처리운영기술발전시키고, (A2O, SBR 등) 하는노력과 처리장시설수증가등을통해평균 방류수질농도를점진적으로낮추어갈필요성이있다. 그리고팔당호 의조류대발생관리와매우밀접하게연관된경안천에대한수질관리 에는상수원지역의특성상추가오염으로부터비교적자유로운기술 적용이필요할것으로사료된다. 이러한기술적용에는여러가지기

46 술이제시될수있는데, 와인의추가적인제거, 부유습지또는인공습지의조성을통한질소 바람을이용한표층수와저층수혼합에따른 산소공급을통하여퇴적층의유기물분해를가속화하고, 는회수및재이용이가능한환경친화적인흡착 기술과접목을통한상승효과를기대해볼수있으며, 제거및회수기술적용도고려해볼수있다. 이러한곳에 ball을투여하여다른 환경친화적조류 조류관리제도의효율성향상이요구되는바이러한것에는조류경 보제개선을통한효율화, 수질기준합리화, 이취미와더불어유해조류 의주요한대사산물인조류독소기준마련해야할것이다. 특히조류 에의한이취미발생과조류독소발생은서로간에유의한상관관계를 갖는바이에대한조사와연구가병행되어야할것으로여겨진다. 취미와독소의검출을위한 려할때하나의 검출의간편성과효율성에, 인지원이필요하다. 이 kit의개발이각각진행되고있는점을고 kit를이용하여이취미와독소의검출에이용하는것도 비용절감적측면에서도이에대한국가적

47 참고문헌 김진근, 이송희, 방호희, 황수옥 팔당호의조류발생특성. 대한 환경공학회지 31: 유경아. 변명섭, 윤석제, 이주환, 박지형 북한강수계식물플랑 크톤증식특성과이취미물질(Geosmin) 과의상관성. 한국하천호수 학회춘계학술발표대회. 이은정, 최일환 팔당수계식물플랑크톤의종변화및이취미물 질분석. 한국하천호수학회춘계학술발표대회. Adams, D.G. and P.S. Duggan Tansley review No Heterocyst and akinete differentiation in cyanobacteria. New Phytologist 144: Anderson, D.M. and F.M. M. Morel The seeding of two red tide blooms by the germination of benthic Gonyaulax tamarensis hypnocysts. Estuarine and Coastal Marine science 8: Berglind, L., I. J. Johnsen, K. Ormerod, O. M. Skulberg Oscillatoria Brevis (Kutz) Gom. and some other especially odoriferous benthic cyanophytes in Norwegian inland waters. Water Science and Technology 15: Chu Z., X. Jin, B. Yang and Q. Zeng Buoyancy regulation of Microcystis flos-aquae during phosphorus-limited and nitrogen-limited growth. Journal of Plankton Research 29: Gagné, F., J. Ridal, C. Blaise, and B. Brownlee Toxicological effects of geosmin and 2-Methylisoborneol on rainbow trout hepatocytes. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 63: Gerber, N. N. and H. A. Lechevalier Geosmin, and

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51 2. 낙동강수계 낙동강은유로연장약 521 km로서대한민국에서두번째로긴강 이고, 유역면적이전체국토의약 25% 를차지하는수계이다. 국내의 다른강과달리낙동강은하상의경사도가매우낮아정체현상이심각 한것으로알려져있다 (Joo et al. 2007b). 하상의경사도는상류에서 하류에이르는하천바닥경사를말하는하상구배로나타내어진다. 상구배는수평거리에대하여수직낙차 하 ( 垂直落差 ) 로나타내는경우가 많다. < 그림 2-1> 에서낙동강하상의평균구배는 17/10,000 (10,000m당 17m 가낮아지는것을의미) 정도로서매우완만하며, 가 장경사가심한곳은태백산맥중의물길로서하상구배 46/10,000 도이고, 태백산맥을지나퇴적암지대에들어오게되면하상구배는 3/10,000 정도로서매우완만해진다. 정 중류나하류에서는경사가더욱 완만해지고마지막 160 km 구간에서는하상구배 1/10,000로낮아진 다 ( 낙동강물환경연구소 2008). 이것은다른큰강들인양쯔강 (1:22), 나일강 (1:30), 라인강 (1:14), 템스강(1:8) 과비교하였을 때, 매우큰수치임을알수있다 (Joo et al 2007a). < 그림 2-1> 낙동강의구간별하상구배 (( 건설부 1993), X축의하상고는하천바 닥의해발고도를의미 )

52 강우특징을살펴보면, 한국의장마는일본의바이유 (Baiu) 와중국 의메이유 (Meiyu) 의사이에놓여있지만, 장마에영향을주는기단이 북태평양고기압기단, 오호츠크해기단, 열대몬순기단, 온대대륙성기 단, 한대기단이영향을미치며, 지배하는강수량, 기온, 일사량, 상대 습도, 전운량, 바람의동서및남북성운등강제인자가복잡하고시작 시기나종료를구분하기어렵다 ( 하경자등. 2005). 한반도의강우는 장마와함께년평균 이상이여름 3 4개의태풍등에의해서연강우량의 60% (6-8 월) 에집중되는경향을보이고있다. 낙동강유역은국외의큰면적의강유역의특성과는달리면적이 매우작음에도불구하고, 주변지형적특성과극동아시아의기상학적 특성때문에상류- 중류부 ( 안동, 구미, 대구일대) 지역과하류지역 및해안지역의강우량분포에서있어서차이가발생하고있다 (Chang and Kwon 2007). 낙동강집수역내에분포하는기상관측소에서측정 된연평균강수량은지역별로편차를보였으며, 평균약 1250 mm ( 범위 : mm) 수준의강수량이발생하였다 ( 김종원등. 2009). 내륙분지에해당하는안동, 의성, 구미, 영천, 대구지역은집수 역의평균강수량이하이고, 서는평균강수량보다많았다 소백산맥이인접한지역과남해안지역에 (< 그림 2-2>)

53 < 그림 2-2> Distribution of summer precipitation at 187 stations in Korea, (Chang and Kwon 2007). 낙동강은유량조절, 홍수예방, 수자원확보등을위하여주요지류에 안동, 임하, 합천, 남강댐과같은다목적댐이건설되었으며강하구에 는하구둑을건설하여조절강 (regulated river system) 을이룬다. 댐 과하구둑이연계된인위적으로조절되는수체인낙동강은기후변화와 그에따른강우패턴의변화에직접적인영향을받는다. 따라서수자원 관리정책을비롯한수생태계관리방안측면에서댐-강-방류량의변

54 화와그에따른유량의변화가낙동강의수질에어떤영향을미치는지 살펴볼필요성이있다 ( 주기재등. 2008) 년 낙동강살리기 사 업의일환으로홍수방지, 수자원확보, 레크레이션공간확보등을위해 설치된 8 개의보가건설되었다. 이외에도하천변의정리, 준설작업등 을통하여는낙동강의수리, 대한연구가필요하다(< 그림 2-3>). 수문학적인특성의변화를가져와이에 < 그림 2-3> 낙동강의조절강생태계 낙동강의완만한경사, 느린유속, 하계의집중강우, 공업화산업화 에따른인구의증가, 화를가속화시키는요소이다. 농경지등에서유입되는영양염류등은부영양 낙동강의수질관리측면에서특정식물플 랑크톤종의대번성은민감한요소로작용하고있다. 하계에편중된강우 ( 장마, 집중호우, 태풍등) 의기상적인특성은, 수계내의환경요소인수온, 수소이온농도 (ph), 전기전도도, 용존산소 (DO) 는큰폭으로감소시키며, 탁도, 영양염류및규소 (SiO 2 ) 등과같 은수치를증가시킨다. 클로로필 a (chlorophyll a) 의경우총인, 총질 소의농도가높아도홍수에의해서탁도가증가하고수체의체류시간 이감소하는경우낮게나타나는특성을보인다 ( 박성배등. 2002). 특히홍수전후에출현할확률이높은여름철남조류의대번성에서 우점종으로출현하고있는 Microcystis aeruginosa 는독성남조류로분 류되어있어낙동강수질관리에있어서민감한요소로작용한다(< 그

55 림 2-4>). < 그림 2-4> 낙동강물금에서의남조류대번성과 Microcystis aeruginosa의비 율 낙동강의여름철강우량은댐저수량과방류량, 인영향을미친다. 서연간차이를보인다. 하천유량에직접적 이와같은유량의차이는식물플랑크톤천이과정에 낙동강의강우량이적어유량이적을시여름 철의남조류의번성이나타날확률이높은반면, 넘어강의유량이풍부할시, 적은것으로나타난다. 체류시간의증가, 강우량이적정량을 남조류가씻겨나감으로써번성할여건이 특히다목적댐을이용한인위적인유량조절은 영양염류유입은부영양화를가속화시키며이는식 물플랑크톤군집에도영향을미쳐, 여름철남조류 (cyanobacteria) 의 번성뿐만아니라겨울철규조류 (diatom) 의번성에영향을미친다 (Jeong et al., 2007)

56 < 그림 2-5> 유량에따른낙동강식물플랑크톤천이모식도 남조류의번성은전세계적으로여름철식수원관리의문제로여겨져 왔다. 특히남조류의대표적인것으로 Anabaena, Microcystis 등은대 표적인담수남조류종의하나로그번성요건에대한연구는다양한관 점에서연구되어졌다. 여름철, 특히 30도이상의높은수온과적은유 량, 높은광도는 Microcystis bloom에의한수화현상을유발시키는외 적요인으로작용한다 이후부터 (Ha et al. 1998, Ha et al. 1999). 1990년대 2010년대초반까지의낙동강 Microcystis 와여러이화학적 특징, 기상, 수문학적인특징을비교하여보면, 이조건을만족하고있 다. 특히인위적인조건인댐방류량과음의관계를보여조절방류의 가능성을보여주고있다 (< 그림 2-5>). 이와같은남조류의번성은 심미적인측면에서불쾌감을유발시키고있으며, 특정 strain (e.g. M. aeruginosa KNU, M. aeruginosa NIER10001 등) 은조류독소 microcystin 을생성, 분비하는것으로알려져있으며 ( 이현경등. 2003), 남조독소는경제적, 는대표적담수성유해조류대발생 ( 최애란등. 2002). 공중보건학적으로심각한문제를일으키 (HABs) 의원인종으로알려져있다

57 < 그림 2-6> 년낙동강물금에서의 Microcystis aeruginosa 개체수 와주요조건과의 SOM (self-organizing map) 결과 ( 미발표자료) Microcystis aeruginosa 의우점현상을기상학적요소와비교하여보 면여름철전반에걸쳐나타나는누적일조량과여러주간에걸친평균 수온이장기적으로영향을미치는것으로나타났다. 수온의경우조사 일로부터 3 주간평균수온이능가할수록개체수가증가하였다. 누적일 주량은 3 주간증가할수록개체수가증가하는것으로나타났다(< 그림 2-7>). < 그림 2-7> Microcystis aeruginosa와누적일조량및수온과의상관관계

58 낙동강의 Microcystis aeruginosa 의출현시개체수와조류경보제를 비교하여보면이차이는확연하다. 3주간평균수온이 25 이상, 2주 간누적일조량이 217 MJ/m 2 이상인경우는여름철홍수이후의가뭄 시기로해당시기에조류경보제의대번성에해당하는개체수가출현하 는경우가높게나타났다(< 표 2-1>). < 표 2-1> 낙동강물금에서의수온, 누적일조량조건에따른 Microcystis aeruginosa 개체수 No. WT IA 3주평균주누적수온 Cell density (cells/ml) 2 일조량 0.5k~5k 5k~1 mil (500~5000) (5000~ 백만 ) >1 mil ( 백만 ) Note 1 High Large Summer drought 2 High Small Low Large Summer season 4 Low Small Cool period (Early summer and fall) Joo et al., unpuvlished data 낙동강의규조류는 6월부터 9월의여름을제외한전시기에우점하 며특히 Stephanodiscus, Aulacoseira, Cyclotella 와 Fragilaria 의 속이전체식물플랑크톤개체수의 4개의 70% 를나타낸다 (Ha et al. 2003). 특히해마다반복되는겨울철 Stephanodiscus 의대번성의경우 11월 부터나타나기시작하여 1 2 월에최고생체량을기록하며, 낮은온도 와정체시간의증가, 서대번성이발생한다. 이처럼, 규조류를섭식하는동물플랑크톤이적은환경에 조절강으로서의성격이강한낙동강하천생태계의유량이나 강수량의변화는수질과직결되며, 가장우선적으로접근해볼수있는 문제라고할수있다. 1990년대초반에식수원인낙동강하류에서여 름가뭄으로인한수온상승과체류시간의상승으로인해남조류의대

59 번성이수년간관측되었다. 이에대한지속적인점오염원관리, 하수처 리, 조정지댐건설등과같은수질개선노력과풍부한강우량등의영향 으로남조류우점현상이감소되는모습을보이고있다(< 그림 2-9>). Total Dams vs Jindong vs Chl.a 2001~: Namgang Dam discharge is added a Discharge (CMS) Years Total dam discharge (four dams) Jindong discharge < 그림 2-8> 낙동강의전체댐방류량, 진동유량과물금에서의클로로필-a. ( 붉은색원은 1990 년대초남조류대번성시기, 미발표자료) Chlorophyll ) -1 g m( L 이러한식물플랑크톤의대번성과관련하여여러가지조절가능성에 대해서연구가되어왔다. 여름철몬순과태풍등에의해강우량이많 을시풍부한댐저수량으로전환되고방류량을통하여유량을조절, 배수 (flushing) 또는희석 (dilution) 을통하여겨울철 Stephanodiscus 의번성에대한음의상관관계 것에대해서는연구된사례가있다 유사한연구에서는유전자프로그래밍 (n=105, r=-0.36, p<0.01) 를가지는 (Jeong et al. 2007). 한편다른 (Genetic Programming, GP) 을 이용하여낙동강규조류 S. hantzschii 의대번성모델을개발하였다. 이모델에서는민감도분석을통하여여러가지인자들의규조류에대 한영향성을평가하였으며, 특히안동댐에서의방류량이겨울철규조 류제어에큰역할을할수있는가능성에대해설명하였다. 또한낙 동강에서겨울철식물플랑크톤의번성이질소나인의영향보다는규조 류성장에직접적인영향을줄수있는규산염농도에더큰영향성을

60 가지는것으로나타났다 (Kim et al. 2007). Annual tot 엽록소 a 댐방류량 강우량 Years Annual ) -1 3sec (m Jeong et al., KSCE Journal of Civil Engineering (in press) < 그림 2-9> 댐방류량및강우량에따른낙동강하구 ( 물금) 의클로로필 a 변화 (Jeong et al., 2011) 0 a Annual ) -1 g m( L 낙동강생태계를대상으로한여름철남조류예측모형을이용한모 델결과에따르면, 수온상승이여름철남조류대번성시기를증대시 킬수있음이밝혀졌다. 가뭄이든해인 1994 년, 2001 년, 2008 년, 2013 년의경우, 강우량이풍부한다른년도에비해상대적으로높은 클로로필 a 의값이측정되었다. 2011년 4 대강살리기공사이후, 변화한 낙동강의환경은기존의연구결과에대한활용에보다조심스러운접 근을요구하고있다. 4대강살리기사업은 2009년 11월부터 2 년간의사업기간동안, 낙동 강에준설, 제방공사, 저류지조성등의하천정비사업이진행되었다. 공사기간에해당하는 2009년부터 2011년사이의장기모니터링결과 를보면, 탁도가증가하였다. 특히여름홍수발생시 600NTU를넘는 탁도를기록하였다. 탁도의증가에따라, 식물플랑크톤의생물량도감 소하는것으로나타났다. 2009년겨울부터클로로필 a가감소하는모 습을보이고있으며, 이것은 2012 년까지영향을미치고있다(< 그림 2-10>). 또한공사가완료된이후에도, 낙동강에설치된 8개의보는 강의환경변화를가져왔다. 보설치이후의체류시간의증가는강의 중-하류의남조류대번성을야기할것이라는우려는사업직후부터진

61 행되어왔으며, 실제보건설이후의강의체류시간증가에따른클로 로필 a의농도변화를예측하는연구결과에따르면강의중-하류의에 서식물플랑크톤농도가증가할것으로예측하였다 (Seo et al, 2012). Turb idity (N TU ) g/l m (a ) C hloro p ) U T (N ity id rb u T ) L / ìg ( a l- y h p ro lo h C 물금적포 Ye ars 왜관 Y ears < 그림 2-10> 2004~2012년낙동강물금에서의탁도및클로로필 a ( 미발표자 료 ) 연강우량에따라수질항목연간변이가나타나는낙동강에서, 화에따른홍수, 기후변 가뭄빈도의증가는영양염류의농도및식물플랑크 톤변화에직접적으로영향을줄수있다. 낙동강생태계를대상으로 한여름철남조류예측모형을이용한모델결과에따르면, 수온 3 증가와댐방류량을 10 CMS 감소시, 남조류번성시기가길어질수있 는것으로나타났다(< 그림 2-11>). 이를통하여온난화에의한온도 상승이여름철남조류대번성시기를증대시킬수있음이밝혀졌다. 따라서기후변화에따른식물플랑크톤의성장및저감은수온상승으 로인한식물플랑크톤의증가라는측면과강우패턴의변화에따른댐 의저수공간확보및효율적방류전략등복합적요인에의해결정

62 될수있다 ( 주기재, 정광석 2011). < 그림 2-11> 1994 년도낙동강하류( 물금) 에서식물플랑크톤대번성예측모형결과 (3 정도의수온상승과댐방류량감소를모의한결과 ) 실제 2013년 7 10월사이의클로로필 a의변화량을살펴보면물 금, 하남과같은강의하류에위치하는곳이외에, 중류에해당하는적 포, 고령, 왜관등에서도클로로필 a의농도가 50 μg/l를넘어가는경 우가관찰되었다. 이와같은남조류의번성을저감하기위하여 7~10 월사이에주요댐과보의방류량을일시적으로늘리는조절방류가이 루어졌다

63 < 그림 2-12> 2013 년낙동강유역의강우량 (A) 과진동유량 (B), 낙동강주요보 의조절방류 ( 노란색및파란색, 미발표자료) 남조류의대번성은수온과강우량, 빛과영양염류의농도등, 다양한 요인이영향을미친다. 특히 2013년도의낙동강유역의여름철강우량 은 605 mm로 20년평균강우량인 865 mm에미치지못하는가뭄이 었으며, 수온또한 27.1 로높게나타나는등남조류가대번성하기 유리한환경이이루어졌다(< 그림 2-11>). 조절방류에따른클로로필 a의변화는지점별로차이가있는것으로관찰되었다. 과에대한과학적검토가부족하며, 하다(< 그림 2-12>). 하지만방류효 표준화된조사방법론정립이필요

64 < 그림 2-13> 2013년 7 9월낙동강중- 하류 ( 물금, 하남, 남지, 적포, 왜관, 고령) 의 클로로필 a, 수소이온농도 (ph) ( 미발표자료) 지구온난화에따른기후변화는한반도의강우량에영향을미친다. 여름집중강우기에년강우량의 에대비하여주요강및지류에댐및보, 달하였다. 60% 가집중되는한반도는가뭄과홍수 저수지등의수리시설이발 낙동강의경우, 안동, 임하, 합천, 남강댐과같은다목적댐외하구 둑에의해강전체의유량이조절되어왔다. 가뭄발생시적정유량을 유지하기위한조절방류효과에대한연구가진행되어왔으며, 실제

65 2008 년겨울철유량조절을통한수질개선효과가나타났다. 하지만 2013년여름철발생한남조류의대번성시조절방류를통한효과는 2 5 이상을유지하는수온과부영양화된환경, 풍부한광조건, 늘어난 체류시간등의조건속에서일시적인효과를보였다. 또한계속되는가 뭄속에서댐방류는겨울및봄가뭄발생시수자원확보에대한우려를 가져왔다. 때문에기존의조절방류모델에댐-보-하구둑을연결하여 보다효과적인조절방류계획을수립할필요가있다. 본연구결과를종합해보면, 낙동강을기존의강이아닌새로운강으 로인식하고변화하는하천에대한과학적이고체계적인수체및수생 태계의변화에대한분석이필요하며, 동시에서식처다양성등을확 보하기위한노력이필요하다. 이를위해환경부, 국토부, 민간전문가 등의긴밀한연구협력체계가요구된다. 향후추진과제 1. 남조대발생모니터링 1) 8 개의보중심의보니터링 ( 보상, 하류) 2) 3) 대발생구간의표준모니터링체계확립 가) 대표성이있는지점선정 나) 보상류구간의종 횡적생체량분포파악 다) 수심별생체량분포파악 대발생권의환경요인파악 가) 기상: 발생권의일조량, 유역의강우량 나) 수문: 해당지점의주요환경요인파악 ( 체류시간, 방류량, 저수량, 지천유입량등) 다) 주요남조대발생지역의비점오염원및점오염원유입평가 2. 남조발생모델구축 1) 과거낙동강의민, 관의신뢰성있는자료를취합하여신뢰성을

66 평가 2) 4 대강이전과의남조발생공통점과차이점, 그원인파악 3) 과거, 현재를연결하는신뢰성있는남조발생모델구축 ( 생태 모델개발 ) 3. 남조발생예보연구 1) 기상, 수온, 영양염류와남조발생간의관계 (4 대강사업후의해당물환경연구소등의실측자료) 2) 4 대강사업후주요지점별추가적으로발생한남조발생의평가 (2011 년이후) 3) 현행조류경보제에다른외적환경요인을포함한남조대발생 가능성예보 4. 방류조절및강우효과분석 1) 문제점 : 2013년 7~9월사이 3 회에걸쳐상류의댐방류시, 관 련대학, 연구소등에적절한통보가없어진행되어그당시의조 사자료및수문환경을재평가하여향후방류전략수립시참조 2) 향후방류 2~3일전에사전연락을통하여낙동강을연구하는대 학, 연구소등에서방류효과에대한주요지점별기초적인육수학적 자료를확보할필요가있음. 특히간단한자동측정장비를설치하여 지표가되는전기전도도, 엽록소 a, 탁도등을방류기간에매 10분 간격으로측정하여희석정도를평가. 3) 방류시낙동강주요지점별남조대번성의특징파악하고일부 구간의경우 4 대강사업으로조성된생태하천(backwater) 등에서 의남조류분포를파악할필요 4) 계절별예상강우량, 지점별적정유지유량확보방안 주요댐저수량등을고려하여번성예상 5) 최대씻김효과 (flushing) 를얻기위한각댐및보의방류시기 조절

67 5. 기후변화와남조발생 1) 장기적인관점에서지구온난화에따른가뭄, 홍수, 수온상승등 에따른남조발생빈도및정도모델링. 저수지화된낙동강의경우 일조량이충분하고수온이높은시기의수온을자동으로측정하여 수온요인이남조번성에미치는영향을상시고려 2) 남조발생저감을위한황토살포, 감효과모델링 생물관리등여러방법의저 6. 오염원유입저감노력과남조대발생전후수질 ( 취수원) 관리 1) 유역내오염부하가많은지점과남조대발생지점과의상관관계 비교와더불어남조의생리생태적접근과대발생지점파악 2) 합관리 남조발생과오염총량제와같은유역관리측면에서접근하여통 3) 남조발생전후취수장의정수효율성평가 ( 약품투입량평가) 4) 6-7 월의장마시강우이후첫강우현상발생시를전후하여식 물플랑크톤과영양염류와의관계를 실험적으로파악 7-8개의보의원수를취수하여

68 참고문헌 건설교통부, 한국수자원공사 이수조사보고서: 낙동강유역조사 건설교통부 ; 한국수자원공사, 과천. 김종원, 류승원, 이진국, 박정원, 이율경, 심재원, 강영훈, 김수경, 주기 재, 김구연, 도윤호, 이찬우, 윤주덕 하천생태학그리고낙동 강. 계명대학교출판부, 대구. 낙동강물환경연구소 낙동강본류및주요지천의홍수시저류공 간으로서의습지평가: 최종보고서. 국립환경과학원, 낙동강물환경 연구소, 고령군. 박성배, 이상균, 장광현, 정광석, 주기재 장마기의강우가낙동 강하류 ( 물금) 수질에미치는영향. Korean Journal of Limnlolgy 35: 손정화, 장종경, 손태석, 신현석 낙동강본류의천변저류지및 습지의수리특성연구. 대한토목학회학술대회: 이은주, 김주원, 김고운, 서성은, 조경제 낙동강홍수범람시우 포늪의홍수저류량과수질정화능평가. 한국물환경학회 2005:469. 이현경, 김준호, 유순애, 안태석, 김치경, 이동훈 독소생성 Microcystis 검출을위한 PCR primer 의평가. Korean Journal of Microbiology 39: 주기재, 김동균, 윤주덕, 정광석 기후변화와담수생태계: 변화 와대응. 대한환경공학회 30: 주기재, 정광석 기후변화교과서. 도요새. 서울특별시 최애란, 오희목, 이진애 낙동강하류수계의독성 Microcystis 생태연구. Algae 17: 하경자, 윤경숙, 전종갑, 박정규 하계몬순기간중의장마의시

69 작, 종료및세기의정의. 한국기상학회지 41: Chang, H. and W.-T. Kwon Spatial variations of summer precipitation trends in South Korea, Environmental Research Letters 2:1-9. Chung, S. W., I. H. Ko, and Y. K. Kim Effect of reservoir flushing on downstream river water quality. Journal of Environmental Management 86: Ha, K., E.-A. Cho, H.-W. Kim, and G.-J. Joo Microcystis bloom formation in the lower Nakdong River, South Korea: importance of hydrodynamics and nutrient loading. Marine and Freshwater Research 50: Ha, K., M.-H. Jang, and G.-J. Joo Winter Stephanodiscus bloom development in the Nakdong River regulated by an estuary dam and tributaries Hydrobiologia : Ha, K., H.-W. Kim, and G.-J. Joo The phytoplankton succession in the lower part of hypertrophic Nakdong River (Mulgum), South Korea. Hydrobiologia : Jeong, K.-S., D.-G. Hong, M.-S. Byeon, J.-C. Jeong, H.-G. Kim, D.-K. Kim, and G.-J. Joo. 2010a. Stream modification patterns in a river basin: Field survey and self-organizing map (SOM) application. Ecological Informatics 5: Jeong, K.-S., D.-K. Kim, H.-S. Shin, J.-D. Yoon, H.-W. Kim, and G.-J. Joo Impact of summer rainfall on the seasonal water quality variation (chlorophyll a) in the regulated Nakdong River. KSCE Journal of Civil Engineering 15: Jeong, K. S., D. K. Kim, H. S. Shin, H. W. Kim, H. Cao, M. H. Jang, and G. J. Joo. 2010b. Flow Regulation for Water Quality (chlorophyll a) Improvement. Environmental research

70 4: Jeong, K.-S., Kim, D.-K., and Joo, G.-J Delayed influence of dam storage and discharge on the determination of seasonal proliferations of Microcystis aeruginosa and Stephanodiscus hantzschii in a regulated river system of the lower Nakdong River (South Korea). Water Research 41(6), Joo, G.-J. 2007a. Research on the distribution of plankton in the Nakdong estuary area No , Korea Water Resources Corporation, Busan. Joo, G.-J., H.-S. Shin, S.-D. Kim, J.-W. Kim, H.-W. Kim, and S.-Y. Yoon. 2007b. Assessment for Storage Capacity of Riverine Wetlands in the Nakdong River During Flood Event , Nakdong River Water Environment Research Center, Goryeong. Kim, D. K., K. S. Jeong, P. A. Whigham, and G. J. Joo Winter diatom blooms in a regulated river in South Korea: explanations based on evolutionary computation. Freshwater Biology 52: Mitrovic, S., B. Chessman, A. Davie, E. Avery, and N. Ryan Development of blooms of Cyclotella meneghiniana and Nitzschia spp. (Bacillariophyceae) in a shallow river and estimation of effective suppression flows. Hydrobiologia 596: Mitrovic, S. M., L. Hardwick, and F. Dorani Use of flow management to mitigate cyanobacterial blooms in the Lower Darling River, Australia. Journal of Plankton Research 33: Svensson, C. and R. Berndtsson CHARACTERIZATION OF

71 EXTREME RAINFALL IN AN EAST ASIAN MONSOON-CLIMATE CATCHMENT IN THE UPPER REACHES OF THE HUAI RIVER, CHINA. Pages John Wiley & Sons, Ltd. Seo D, Kim M, Ahn J.H Prediction of Chlorophyll-a changes due to Weir Constructions in the Nakdong River Using EFDC-WASP Modelling. Environ. Eng. Res. 17(2): Walker, K. F. and M. C. Thoms Environmental effects of flow regulation on the lower river Murray, Australia. Pages John Wiley & Sons, Ltd Webster, I. T., B. S. Sherman, M. Bormans, and G. Jones Management strategies for cyanobacterial blooms in an impounded lowland river. REGULATED RIVERS: RESEARCH & MANAGEMENT 16:

72 3. 금강수계 가. 녹조특성 (1) 녹조( 綠潮, green tide) 산업화에따라표면수의수질은생물학적인부영양화와독성물질에 의한오염으로악화되고있다. 증상으로보아부영양화(eutrophication) 대청호등주요호수들은생태학적인 상태에이른것으로판단된 다. 부영양화는영양염류의유입이증가하여일어나는현상으로서, 이 들증가로조류(algae) 는급속히성장하여흔히녹조( 綠潮, green tide) 로불리는수화( 水華, algal bloom, water bloom) 를형성하게된 다. 즉, 녹조는부영양화된호소나유속이느린하천에서부유성의조 류가대량증식하여물빛이현저하게녹색으로변화되는현상을가리 키는말이다. 부영양화의문제점은수중일차생산량의증가뿐아니라 일차생산자가유독성의특정남조류 (blue-green algae, cyanobacteria, 남세균) 로변하는데있다( 이등, 2013). 조류의번성은영양염류중인이나질소의농도에따라결정되며, 부분의담수호에서인이더욱중요하게작용하는것으로알려져있다 (Schindler, 1974; Schindler, 1977; Schindler et al., 2008; Ahn et al., 2013). 더구나대청호, 대 팔당호등의대형인공호는수심이깊어 하절기에성층(stratification) 현상을보이며, 이때심층은산소가고갈 됨에따라환원적상태로변하여저니(sediment) 에쌓여있던침전상 인산염화합물의용해도가증가한다. 결과적으로다량의인이용출되어 수중인의농도를높임으로서조류발생을촉진하게되며, 일반적으로 부영양화된호소에서는대부분 Microcystis sp., Anabaena sp., Oscillatoria sp., Aphanizomenon sp., Phormidium 류가우점하는것으로알려져있다. sp. 에속하는남조

73 (2) 남조류(blue-green algae, cyanobacteria) 남조류는약 35 억년전에지구상에출현했다고알려져있다. 남조 류가장기간퇴적하여형성된박편상석회암화석인 stromatolite 가이 시기의지층에서발견되었다. 일부남조류는혐기적인환경에서도생 육이가능하며, 혐기적또는호기적으로질소고정을할수있고, 물또 는황화수소를이용하여광합성을할수있으므로지구상에서처음으 로산소를발생한생물이라고여겨진다. 크게번성하여유기물과산소를축적시켰으며, 남조류는원시지구환경에서 대기중의오존층이형 성되어많은생명체들이해면과육지로진출하는데크게공헌한것으 로판단된다. 우리나라수계에서가장흔하게문제를일으키는남조류인 Microcystis sp. 의경우군체를형성하고, 남조류독소를생산할수있 으며, 기낭이있어일주성수직이동등의특성을갖는다(Oh et al., 1998; Oh et al., 1999; Oh et al., 2001; Codd et al., 2005). Anabaena (MIB) 또한 sp. 는질소고정능이있으며, geosmin, 2-methylisoborneol 등의취기물질을생성함으로써수자원으로서의가치를하락시 킨다. 특히 Microcystis sp. 등이생산하는독성물질인 microcystin은 물고기, 가축뿐만아니라인간에게도해를줄수있다. WHO ( 세계보 건기구) 는음용수의 microcystin 허용기준을 1 μg/l 이하로규제하고 있다 (Oh et al., 2000; Srivastava, 2013). (3) 녹조의문제점 주로남조류에의한녹조발생의문제점은다음과같다 (Oh et al., 2007). 1) 시각적영향으로서착색또는스컴형성, 죽은물고기등으 로인한시각적인불쾌감유발및레크리에이션활동의저해, 2) 공중 위생상의문제로서남조류독소에의한인체및가축에의건강상의손 상, 악취로불쾌감유발, 3) 생태학적인영향으로서생태계파괴로인한 토종동물의사멸또는서식처이동, 개체군변화, 먹이손실, 4) 경제 적인손실로서레크리에이션활동및여행의저해로인한지역경제적 손실, 농업용수, 산업용수부족으로인한경제적손실, 5) 동물건강에

74 미치는영향: 남조류독소에의한가축이나야생동물의폐사, 대량증 식한조류의분해동안수중용존산소감소로인한물고기및수중생 물의폐사, 그리고 6) 상수원에미치는영향: 남조류독소발생, 악취생 성, 상수처리과정중의여과지폐쇄, 응집침전저해등이있다. 조류대발생은정수장의침전사를막히게할뿐만아니라정수과정에 서활성탄처리에의한막대한비용지출의경제적부담이있다. 로 실제 1990년대후반호주에서조류대발생에의한수자원관리등의비용 부담은약 2000 억원으로추정하고있으며, 수산양식업및관광에끼 치는손실은더욱큰것으로보고되었다 (Atech Group, 2000). 나. 국내외녹조발생현황 (1) 국내외녹조발생 미국은지난 1970, 80년대호소부영양화에의한수질문제를해결 하기위하여조류의생리 생태에관한집중적인연구및환경기초시설 에대한대폭적인투자등을통하여남조류수화를성공적으로해결한 바있으며, 전세계적으로이분야의대표적선진국이라할수있다. 실제로오대호로유입되는하 폐수의방류수인농도를 1 mg/l 이하로 정하고환경기초시설의증설등을통하여이를엄격히지키도록유도 한결과 1990 년대에들어만족할만한수질을얻게되었다. 이와함께 다양한수처리기술및부영양화방지기술들이 pilot 수준또는전체 호소수준에서이루어지고있으며많은평가자료를축적하여적용성과 응용성을증대시키고있다. 미국을포함하는북아메리카대륙의호소 는대부분자연적으로만들어진자연호소이므로호수주변의지형이완 만하고자연적인습지형태를많이포함하여인공습지( 미국, EPA) 는자연습지( 예: Everglades, 미국플로리다) 를이용한자연적인정화 방법을적용하는사례가많다. 유럽또한녹조발생이빈번한지역이다. 또 영국은남조류가생산하는 독소가다른생물에미치는영향, 독소의생분해등의연구를 Dundee

75 대학의 Codd 박사팀이집중적으로수행하고있으며(Codd et al., 2005), 2002 년영국환경청에서 Blue-green algae in inland waters: Assessment and control of risks to public health 를발간하여수질 관리에활용하고있다(SEHP, 2002). 또한, 인공습지또는습지에서 식생을매개체로이용하여오염물질및중금속을정화하는사례( 폴란 드), 모래와식생을동시에응용하는 sand-plant 시스템( 스위스), 부 착조류와수생식물을이용하는기술( 스웨덴), 인공연못형태의저류조 를이용하는기술( 노르웨이), 인공습지, 식생완충대(buffer-strip), 소 규모의하수를처리하는복합적( 식생, 조류, 어류, 폭기등) 기법을응 용하는사례( 스웨덴) 들이연구되고있고, 용된사례가있다. 이중많은부분들이실제적 일본의경우, 대표적으로 1,200 만인구의식수원인비와호( 琵琶湖, Lake Biwa) 는 1987 년이후녹조발생으로문제가되고있으며, 일본정 부는 25년간의장기연구계획을수립하여호수의수질개선을위한연 구개발에많은투자를하고있다. 일본의 Watanabe 박사팀은녹조발 생남조류의분자적분류체계확립, 독소생산의생리 생태적특성규 명등의연구를활발히수행하고있다(Tanabe et al., 2009). 또다른 방법론적접근은생태학적이론과원칙을바탕으로자연생태계의기능 과특성( 즉, 물질의재순환, 피드백조절, 항상성개념등) 을기초로 하여, 생태학과, 환경공학, 토목공학등이접목된생태공학적기술들도 개발 적용하고있다. 일본에서많이시행되고있으며, 하천의자연정화공법을이용한정화기술의적용은 특히다양한공법의자연형하천정화 기술들( 역간산화접촉법, 자연형호안정비, 미생물부착여재의이용 등) 이적용되고있다. 우리나라는호소의부영양화에의한수질오염이전국적으로크게문 제되고있으며, 1996년하절기에는중부지방의중요한상수원인대청 호에서처음으로조류발생경보가발령되기에이르렀다. 이러한문제는 급속한산업화와인구증가및생활수준의향상에따른축산폐수, 농경 유출수, 생활하수, 공장폐수등의증가로유기 무기영양염류의과다 유입에따른조류나수중식물의급속한생장으로일어나게된다. 그러

76 나수중식물의분포는수심이낮은곳에한정되므로수심이깊은호수 나저수지에서는주로미세조류의증식이문제의초점이되고있다. 국내의녹조발생에따른문제점은이취미(taste and odor), 장해등과같이상수원에대한문제들로국한되고있으며, 한피해사례는전무한상태이다. 정수처리 독소에대 지구온난화에의하여앞으로도계속대기중이산화탄소농도증가, 수온상승이예상되는바향후녹조발생은더욱심해질것으로전망된 다. 실제로미국오대호중하나인 Lake Erie는 1970년대적절한수 질관리로녹조가자취를감추었으나, 2011 년다시녹조가출현하였고, 이는농경유출수, 바있다(Michalak et al., 2013). 수온상승등의기상요소가주요원인으로밝혀진 또한전세계적으로급속한산업화가 진행중인나라들을중심으로호소나강의부영양화는여전히주요한 환경문제로남아있다. (2) 대청호녹조발생특성 1980 년금강상류부에댐의준공으로형성된대청호는우리나라의 대형인공댐호들중에서부영양화가급속히진행된호수라고할수있 다. 대청호는유역면적 4,134 km2, 저수용량 1,490백만m3에달하는대 형호수로대전광역시, 충청남북도, 전라북도의지역에상수및공업용 수, 농업용수를공급할뿐만아니라관광, 발전등에이용되는중요한 수자원이다( 대전환경지청, 1988). 대청호의부영양화가진행됨에따라하절기에대규모의수화 (algal bloom) 가빈번하게발생하고있다. 수화를일으키는조류는 Anabaena sp., Microcystis aeruginosa, Oscillatoria sp. 등으로분류학상원핵생 물인남조류(blue-green algae) 에속하며수표면에 scum 을형성하고, 이취미발생으로상수원의질을저하시키며, 정수비용의증가나 trihalomethanes (THMs) 의발생잠재력이증가하는등의문제를야 기시킨다. 대청호의남조류수화발생이예상되는하절기에수질에대한집중적 인모니터링및기상자료에의하여수화발생과환경요인과의관계를

77 파악하였고, 수화발생의 예측에 의한 수질관리의 방안에 대하여 조사 한 바 있다(오와 김, 1995). 조사수역으로는 대청호 본류의 최하단으 로 충북 청원군 문의면 덕유리에 위치한 대청댐축(Dam정점)과 정체수 역으로서 규모가 크며 상수원으로 이용되는 청주취수탑이 위치한 충청 북도 청원군 문의면(청주정점) 및 대전취수탑이 위치한 대전시 동구 추동(대전정점)을 선정하였다(<그림 3-1>). 조사시기는 과거의 대청 호 수질자료를 바탕으로 하절기 수화발생이 예상되는 1993년 8월 2일 부터 10월 16일까지 총 76일 중에서 휴일을 제외한 59일간이며, 조사 시각은 오전 10시에서 12시사이에 조사정점별로 동일하였다. <그림 3-1> 대청호 조사지점 담수생태계에서 대개의 경우 수중 인은 조류생장의 제한요인으로 작

78 용함이알려져있다(Schindler et al., 1971). 따라서, 조류의생장조절 이나제거방안을강구하기위해서는수중인산염의출처, 농도, 존재형 태등에대한자료를필요로한다. 정체수역인대전과청주정점에서 총인과인의농도및일별변화의폭이크게나타났으며, 는대체로많은강우가있은후점차증가하다가 총인의농도 3-4일이경과하여 최고에달하며, 이어서점차감소하는경향을보였다(< 그림 3-2>). 이는강우시집수역으로부터유입되는인이호수내인농도증가의주 요인으로작용함을시사하는것이다

79 <그림 3-2> 기상자료와 인 농도의 변화(막대: 강수량, 인산염인; 선: 수온, 총인)

80 조류의대량발생은결국엽록소 a 농도증가로나타나며하절기에 조류의종조성은남조류에의해절대우점하므로, 하절기에엽록소 a 농도증가는남조류대량발생과밀접한관련이있다(< 그림 3-3>). 조류의번성은강우시기와관련이있는것으로보인다. 즉, 집중적인 강우가있은후엽록소 a 농도가점차증가하다가 일후최 고조에달함을볼수있다(< 그림 3-3>, < 표 3-1>). 이러한결과는 강우에의하여대청호상류의광범위한집수역으로부터각종영양염 류가호수로유입되면서조류대량발생의원인자로작용하기때문으로 사료된다

81 < 그림 3-3> Amount of precipitation and change of chl-a at each site. Short arrow indicates the maximum of chl-a after a heavy rain

82 이를뒷받침하는사실로서대청호의집수역으로부터상대적으로원 거리에위치한하류부의 Dam과청주정점은하루정도늦게엽록소 농도가최대치에도달하였다. 집중적인강우가그친후최대엽록소 a 농도에이르는기간동안의수질특성으로서수온은평균 를유지하였다. McQueen and Lean (1987) 이 St. George 호수에 서과거수년간의자료를분석한결과남조류의발생백분율은수온이 21 를초과할때높은비율로나타남을보고하였음을볼때대청호에 서 8, 9월의수온은각기 25.3, 25.2 로서남조류대량발생에충분 하다고판단된다. 또한, 광량의대체자료인수평면일사량은 MJ/m 2 에이르러 8월과 9월의평균값인 MJ/m 2 보다높았 다. 즉, 조류성장의제한요인으로작용하는인이충분히공급되면서수 온과광량조건이양호한상태에서남조류는급속히번성하며, 로수표면에 판단된다. a 그결과 algal scum을일으키고종종이취미를발생시키는것으로 < 표 3-1> Characteristics of elapsed days, water temperature and radiation to reach the highest content of chl-a after a heavy rain Rain y day Prec ipitat ion ( mm) Elapsed days Cheon Taejo Dam gju n Dam Chl-a (ug/l) Cheon gju Taejo n Dam Water temp. ( ) Cheon gju Taejo n Dam Radiation (MJ/m 2 ) Cheon Taejo gju n A ug. 2,3,4 A ug. 8,9,1 0 A ug. 20,21 Sep Mean

83 조류경보제가본격적으로시행된대청호에서 주의보가발령된이후로발령일수는 1997년처음으로조류 2011년까지다소감소하는추세 에있었으나, 2012 년에는다소증가하는경향을보였다(< 그림 3-4>). < 그림 3-4> Alarmed days according to the Alarm System for Algal Bloom at 3 sites in Daechung Reservoir during a period of year Abbreviations are as follows: Dae, Daechung Reservoir; Hoe, Hoenam; Choo, Choodong; Moon, Moonue. 다. 녹조제어기술 부영양화호소에서녹조발생을억제하기위하여흔히사용될수있 는방법은물리적, 화학적, 생물학적그리고이들의복합적사용에의 한기술로크게구분된다(< 표 3-2>,< 표 3-3>). 국내외에서개발 소개된기술이종합적으로보고된바있으며 (Cooke et al., 1993; Holdren et al., 2001; Oh et al., 2007; KEC, 2012), 이들의기술적

84 특성, 장 단기적효과, 생태계에미치는효과등은다음과같다. (1) 물리적제어 가) 심층폭기 심층폭기(hypolimnetic aeration) 는수온약층(thermocline) 아래에 위치한혐기적상태의심층에공기를불어넣는방법이다. 산소가많아 지면저니(sediment) 로부터인의용출이감소하고, 철과망간과같은 환원물질의양도감소하게된다. 실제로수중폭기의이용은대청호, 달방댐등에서수행되거나수행중에있다. 미국캘리포니아주의 Casitas 호, 독일 Krupunder호등에서사용되었으나시설및유지비용 의문제로대규모로시설하기에는어려움이있는것으로알려져있다. 나) 저질토도포저질토는많은영양염류를함유하고있기때문에저질토를합성수지나토양등으로호수바닥을도포하여저질토에서나오는영양물질을차단하는방법이다. 저서생물에영향을주고비용이많이들며저질토에서발생하는가스를처리해야하는등의단점이있다. 다) 저질토의준설 저질토준설(dredging) 의경우, 물보다 10,000-1,000,000배의인이 녹아있는저니를준설하여인을제거하는방법이다. 저니에다량의 영양염류가농축되어있는경우에효과적이다. 스웨덴 Trummen 호, 체 코등에서성공사례가보고된바있으나, 처리비용이많이들고, 수중 생물상에미치는영향, 준설된저니의처리등이문제점으로지적되고 있다. 그밖에저질의안정화( 독일), 희석(Moses 호, 미국워싱턴), lake flushing ( 미국, 네덜란드) 등의기술이적용된사례가있다. 라) 외부의수류를이용한물교환율향상영양염류의농도가낮은물을호소로끌어들여, 교환율을높이고체류시간을짧게하여생물체가호소내에서생성되고, 축적되는것을

85 막는다. 그러나이방법은많은양의물을필요로하는단점이있다. 마) 영양염류농도가높은심층수의방류 영양염류의농도가높은심층수를방출하면영양염류의체류시간을 짧게하는효과가있다. 수심이깊은호소에서매우효과적이다. 이방 법은수심이깊은호소에서매우효과적이다 (Lee et al., 2010). 바) 초음파처리 초음파처리기술은남조류의미세소기관인기낭(gas vesicle) 을파 괴하여부력조절능력을상실케함으로써, 호소바닥에가라앉게하여, 빛을이용한광합성을원천적으로차단함으로써결과적으로남조류의 생장을억제하는기술이다(Ahn et al., 2003). 또한초음파는기낭파 괴뿐만아니라남조류의세포분열을억제하는효과도있었다. 수심이깊지않고투명도가높아, 따라서 광합성차단효과를크게기대하기 어려운호소에서도초음파에의한남조류의제어는충분히가능하다. 이기술은녹조가발생하기이전에사전예방조처로서매우효과적인 방법이나, 경우도있기때문에, 일부호소에서는단일기술에의한효과가뚜렷하지않은 남조류의생장을억제하거나사멸능력이있는규 산질다공체, 세라믹, 미생물소재, 식물추출물을복합적으로이용하여 담수에서녹조발생을억제시킬수있다. 사) 녹조제거선활용 남조류를여과제거할수있는미세체를장착한녹조제거선을활용 하여수표면에형성된남조류덩어리를제거할수있다. 녹조제거선은 5 개의흡입, 집수, 여과, 회수및초음파장치와 2개의선박본체및 부속장치로구성되어수심이얕은곳(1 m) 까지접근할수있어효과 적으로수표면에떠있는조류를제거할수있는장점이있다 (Shin, 2009)

86 아) 가압부상법 가압부상법은 μm 의미세기포를응집제와함께수체내가압, 분사시켜유기물의화학적침전및부상과유기물산화및살균효과를 동시에유도하여수계에서조류와영양염류를제거하는기술로대청호 와팔당호에적용된사례가있다 (KWRC, 2008). 자) 차광막설치 만입된지역등에서차광막을설치하여조류의광합성기작에필요 한빛을차단함으로써조류의증식을억제하는방법이다. 소규모호 소나제한된지역에만적용가능한단점이있다. 차) 연속원심분리 원심력의작용으로수계의조류를분리, 정제, 농축하는장치로필터 나부품의교환없이연속적인사용이가능하나, 용성과경제성이부족한단점이있다. 처리용량이적어실 (2) 화학적제어가) 살조물질이용살조제(algicide) 로서흔히사용되는것은황산구리(CuSO 4, CuSO 4 5H 2 O) 로서구리는조류의광합성을억제하고질소대사를변화시키는작용이있는것으로알려져있다. 황산구리는일시적으로조류제거에효과가있으나반복적인사용에의하여장기적으로는어류에독성을보이고용존산소를고갈시키는부정적결과를초래할수있다. 조류제거를위하여흔히사용되는살조제인 CuSO 4 는과량사용시수중생물에미치는악영향으로인하여엄격한관리하에사용되어야한다 (1-2 mg CuSO 4 /L 이하). 나) 인의불활성화 인의불활성화는 aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 14H2O) 등을가하여 수주( 水柱, water column) 의인을침전시키고, 저니의인을불활성화

87 하는것으로조류의발생을억제하는효과가매우크다. 특히, 성층을 형성하는수심이깊은호수에서지속적인효과가나타나는것으로알 려져있다. 미국오하이오주의 Twin Lakes 와독일, 네덜란드등에서 적용된바있으나, ph 6이하의조건에서다량존재하는 Al(OH) 2 나 Al 3 + 는수중생물에독성이있을수있다. 다) 인의흡착규산질다공체는인을흡착하는성질이있어, 부영양화의주범이며미세조류의생장에가장중요한영양인자로작용하는인의농도를감소시키는역할을한다. 실제로세라믹소재는미세조류중에서도남조류에대한선택적제어효과를보였다 (Oh et al., 2000). (3) 생물학적조류제어 가) 천적생물이용 생태계내에는녹조원인생물인식물플랑크톤의자연적인포식자가 공존하고있으므로, 이들을선택적으로증가시키면녹조의초기성장 을억제할수있다. 천적생물의이용법은이러한조류의먹이연쇄와 경쟁특성을이용해조류를제어하는방법이다. 동물플랑크톤의섭식 효과를이용한방법(Nam et al., 2011), 담수에서식하는조개( 참재 첩) 의식물플랑크톤섭식효과를이용한방법(Hwang et al., 2004) 등 이있다. 그러나새로운종을이식할때에는수생태계가외래종도입 에의해받는잠재적인영향에대하여사전에충분한검토가있어야 한다. 나) 살조생물이용 생물을이용한방법으로는어류조절을통한조류제어( 독일, 캐나다, 미국, 네덜란드) 와수생식물의제거를통한유기물오염원제어( 미국, 스웨덴, 네덜란드) 는시행된사례가많으며, 최근에들어와수생식물과 조류의경쟁을이용한조류제어방법에대한연구가진행되고있으며, 자연시스템의일부를직접이용한다는측면에서기대효과가매우크

88 다. 특히, Milligan and Cosper (1994) 는연안의 brown tide" 유발 조류로알려진 Aureococcus anophagefferens 에특이적으로반응하는 바이러스를분리함으로서생물살조제(bioalgicide) 를이용한생물학적 조류제어의가능성을보였다. 국내에서개발된남조류제어생물제재 (Kim et al., 2004; Kim et al., 2005; Kim et al., 2007) 등이있다. 다) 미생물생장조절물질이용 박테리아의군집연구로부터시작되어최근 주목되고있는 미생물생태학분야에서 quorum sensing (QS, 정족수인식현상) 은세포의개체 수를인식하여일정수준이상이되면 inducer ( 유도물질) 를세포외부 로방출하여세포의특정유전자발현을촉진하여세포증식을유도하 는현상으로자연계에서생물막(biofilm), 등에서볼수있다 (Bachofen and Schenk, 1998). 녹조(cyanobacterial bloom) QS 에의한생물의대량증식에대하여주로단세포성의세균을대 상으로많이연구되고있으나, 량발생기작에대한 호소부영양화에관련되어남세균의대 QS계연구등분자생물학적연구는극소수그룹 에의해수행되고있다. 현재까지남세균및조류의 quorum sensing계 에대한연구는몇건의연구결과 (Chlamydomonas reinhardtii & Gloeothece PCC 6909) 이외에는극히미흡한실정이다. 따라서수중 생태계에서 biofilm 의형성, 녹조발생등미생물의집단적증식을효율 적으로억제하기위해서는생물상호간신호전달체계를구명하고, 자수준에서 QS 의활동방해, QS의저해인자투여등유전체학과생태 학의복합체라할수있는 분 ecogenomics ( 생태유전체학) 에기초한새 로운개념의환경정화및생태계복원기술개발이필요하다. 라) 생분해성제재 녹조발생억제물질로알려진 lysine은 50 μg/l 농도로처리할경우 효과가있다고보고되었으나(Takamura et al. 2004), 분자수준에서작 용하는 QS 저해인자(inhibitor) 는약 10 ng/l의극히낮은농도에서도 효과를나타낸다

89 마) 식물이용 식물( 예: 미나리, 개구리밥, 부레옥잠, 줄, 부들, 갈대등) 을이용하 여수질을개선하는연구가상당히많이진척되었으며이를적용한중 소규모의사례도여러곳이있다( 예: 팔당호). 호소내인공식물섬 ( 예: 팔당호, 경포호, 파로호등에서의시행) 이적용된사례가있으며, 이들의경관향상및호소내생물들의피난, 은신처를제고하는역할 이주목받고있다. 또한해캄류(Zygnematales) 는질산성염류와인산 성염류농도가높은작은도랑등에서많이서식하고있는분류군으 로활성도가높기때문에염류흡수력이뛰어난것으로확인되고있 다. (4) 기타 황토살포( 예: 팔당호, 대청호), 조류펜스의이용( 예: 서낙동강), 전 자선조사(Kang et al., 2003) 등의녹조제어기술이있다. 황토살포 는황토의콜로이드입자가수표면의녹조와함께영양물질인인과질 소를흡착하고강과호수바닥으로가라앉는성질을이용한다. 그러나 황토에는중금속도포함한경우가있어이들이하천에유입되면정수 과정을통해제거하기어려워지는단점이있어황토살포에관련된관 련연구와유해성분규정강화가필요하다. 조류펜스의경우, 조류저감 효과가지속적으로유지되기위해서는효과적인기계의설치와주기적 인역세척과같은유지관리가필요하고, 또한조류번성시기를예측하 여조류펜스가효율적으로활용되어야한다 (Joo et al., 2003)

90 < 표 3-2> Summary of various techniques for the control and mitigation of algal bloom (Holdren et al., 2001) Category Technique Descriptive notes Physical techniques Chemical techniques Aeration or oxygen Mechanical maintenance of oxygen level addition Artificial or Water movement to enhance mixing and/or a u g m e n t e d prevent stratification circulation Physical obstruction of rooted plant growths Bottom sealing and/or sediment-water interaction Dilution and/orincreased flow to dilute or minimize retention of flushing Dredging Hydroraking rotovation Harvesting, or cutting Partitioning undesirable materials Removal of sediments under wet or dry conditions ordisturbance of sediments, often with removal of rooted plants, to disrupt growth pulling, Reduction of plant growths by mechanical means, with or without removal from the lake forcreation of in-lake areas, such as forebays and pollutant capture created wetlands, to capture incoming pollutants Removal of targeted waters for discharge or Selective withdrawal intake Drying or flooding of target areas to aid or Water level control eliminate target species Biocidal chemical Addition of inhibitory substances intended to treatment eliminate target species Addition of compounds that alter sediment Chemical sediment features to limit plant growths or control treatment chemical exchange reactions Introduction of suspended pigments to create Dye addition light inhibition of plant growth Chemical complexing and usually precipitation of Nutrient inactivation nutrients, normally phosphorus N u t r i e n taddition of nutrients to enhance productivity or supplementation alter nutrient ratios to affect algal composition Addition of chemicals to adjust ph, oxidize Other chemical compounds, flocculate and settle solids, or affect treatments chemical habitat features Biological techniques Biomanipulation Facilitation of biological interactions to alter ecosystem processes Restrictions on human actions directed at Others Rules and regulations minimizing impacts on lakes and lake users

91 < 표 3-3> Summary of various techniques for the control and mitigation of algal bloom conducted in Korea (KEC, 2012) Category Technique Developer Physical techniques Chemical techniques Biological techniques Others Sola water circulation system Contactless plasma system Ultrasonic algae control system Integrated submersible pressure flotation technique Portable pressure flotation device S-DAF flotation separation Multistage pressure filter waster purifying system Ultrasonic algae control system Red clay spraying ship Hybrid electrochemical stream diffusion system Aeration and agitation circulation system Natural inorganic coagulant complex method Ozone micro-bubble method Chlorine dioxide processing Predatory natural enemy utilization technique Algicidal Medi-Tide Complex microbial agent application Natural algicidal agent application technique Combined system with underwater coagulation-flotation and plant island Water quality decontaminant and annular flow system Algae monitoring system package Algal concentration measuring system Ecoco Jarwon Electronics Rapsys GeoMarine Shingang Hi-Tech KED Eson E&L, K-1 EcoTech KRIBB Sangseung Global KC Rivertech Biotop Korea GCM Korea Ox Engineering Chemopia Rural Research Institute (RRI) Hanyang University Kunnong MCE Korea Earth-En, Eco-Top Daekyung Aqua Service BL process JMENB

92 라. 녹조제어의전략적접근 남조류는지구상에서오랜진화의과정을거치고, 수중생태계에서 1 차생산자의중요한역할을수행한다. 녹조의문제는남조류를포함한 조류즉, 1 차생산자의양이너무많고, 특정남조류가우점한다는데 있다. 따라서특정남조류의분포를줄이기위해서는이들의생리, 생 태적특성을고려한저감방안이도출, 적용되어야한다. 또한녹조제 어의다양한기술은현장적용시녹조제어효과(effectiveness), 생태 위해성(ecological risk), 논리적실현가능성(feasibility), 경제성 (economic cost), 려하여평가되어야한다. 대중의인식(public perception) 등을종합적으로고 (1) 장단기적대책병행추진 호소부영양화방지를위해서무엇보다중요하며기본적인것은부영 양화의원인이되는영양염류중에서특히인과질소의유입을제한하 는것이다. 즉, 호소의자정능력에의해수질을양호한상태로유지할 수있는영양염류의유입허용량을정하고, 이를실천하기위해서는 필요한하수처리장의증설과처리수준을설정하여준수하도록하는 것이필요하다( 호소외적대책). 그러나이의실천을위해서는장기간 의시일과막대한재정적지원이필요할뿐만아니라, 이러한방법에 의하여크고작은모든호소를관리할수는없으므로단기적이며국지 적인호소부영양화방지대책의병행이필요하다. 더욱이우리나라의 경우호소부영양화문제의심각함과긴급성에비추어단기적인수질 개선책의수립과실천이절실히요구되고있다( 호소내적대책). 조류는수중생태계의 고있으나, 1차생산자로서생태적으로중요한위치를점하 하절기에일부남조류의대량번성에의한수화가문제시되 고있다. 따라서생태계의먹이연쇄및남조류의생리 생태적특성을 고려한환경친화적인남조류의선택적제거기술개발이필요하다. 화발생조류인남조류는체내에이취미물질및독소를함유한경우가 많으므로대량발생한남조류를사멸시키는것은유독물질의방출에 수

93 의한수질악화의가능성이크다. 예방기술의개발이바람직하다. 따라서조류대발생을억제하는사전 (2) 모니터링기반상황별최적기술의선별적용 조류발생을사전에예측할수있는예측모델및모니터링기술이많 이개발되고있다 (Ahn et al., 2011; Joung et al., 2011; Srivastava et al., 2013). 따라서이들모니터링을바탕으로수계의상황에맞게 시기별로적절한조류제어기술을선별하여적용하는것이효과적이 다. 일례로, 대청호에서 2006 년에조사된녹조발생현황(< 그림 3-5>) 에서보는바와같이녹조가발생하기이전이 6월경에는호소 내외의과량존재하는인제거가중요하다. 녹조발생이시작되는 7월 경에는녹조증식을억제할수있는초음파처리기술, 기술등이적용될수있다. 천적생물이용 녹조가대량으로증식한상태에서는독소 나이취미물질의유출을방지하기위하여가능한세포를파괴하지않 은상태에서녹조를수거하여수계밖으로제거하는것이효과적이다. 전반적으로남조류발생이예상되는시기에는남조류독소및이취미 물질에대한조사를강화하여수질안전성확보여부를판단하는것이 중요하다

94 < 그림 3-5> A time-specific strategy to control cyanobacterial bloom. Figures show the variation of cyanobacterial genera (a) and concentrations of chlorophyll a and 8 microcystins (b) in Daechung Reservoir from June to October,

95 (3) 복합적녹조제어기술활용 구미환경선진국에서부영양호소의수질관리를위해서다양한기술 개발이이루어졌고(< 표 3-2>), 국내에서도녹조제어의다양한기술 이개발소개된바있다(< 표 3-3>). 그러나호소별수리 수문학적특 성에따라적용기술에차이가있으며, 한계가있다. 단일기술로는녹조제어효과에 따라서조류제어의효율성을높이기위해서는호소의특 성에따른적용기술의차별화및기술의복합적적용이필요하다. 한, 대부분의부영양호소는상수원또는농 공 생활용수로이용되므로 조류제어제사용시수중생태계에미치는영향및환경안전성평가가 필수적으로병행되어야한다. 또 (4) 민관산학연협력및국민운동추진 환경오염은인구증가, 산업화등에따른오염물질의배출증가에의 한것이므로, 학생, 일반국민, 산업체등을대상으로교육및홍보를 강화하여환경개선의효과를높여야한다. 일례로우리나라는과거환 경부에서기획한쓰레기분리수거제도에따라서국민의적극적협조에 의해가정에서분리되는쓰레기의분리및수거에의하여환경을개선 하고, 자원재활용의성공적경험을갖고있다

96 마. 정책적제안 2012 년에이어올해에도전국적으로녹조( 綠潮, algal bloom, green-tide) 발생이심하다. 녹조는주로광합성생물인남조류의대 량증식에의한것으로이들의번성에는수중이산화탄소, 영양염류( 질 소, 인등), 높은수온, 풍부한일조량등이중요한요소로작용한다. 지구온난화에의하여앞으로도계속대기중이산화탄소농도증가, 수온상승이예상되는바향후녹조발생은더욱심해질것으로전망된 다. 실제로미국오대호중하나인이리호는 1970년대적절한수질관 리로녹조가자취를감추었으나, 2011 년다시녹조가출현하였고, 이 는농경유출수, 있다(2013, 오). 수온상승등의기상요소가주요원인으로밝혀진바 녹조발생수원지의지표수를상수원으로이용하고있는우리로서는 녹조에대하여더욱철저한관리대책이필요하다. 녹조는발생이빈 번한 8-10 월사이에집중조명을받다가, 자연적으로소멸되는 11월 경이후로는국민의관심밖으로멀어지기때문에, 한근본적이고장기적인해결책마련이미비하였다. 는연례적으로하절기에주요환경현안으로등장하면서도, 뚜렷한해결의실마리를찾지못하고있다. 지속적논의에의 그래서인지녹조 아직까지 우리나라는하절기집중강우에의한홍수피해를최소화하기위하여 홍수통제소를운영하여효율적으로대처하고있다. 이와같이국가적 환경현안의해결을위해가칭 국가녹조관리센터 를설치하여, 상시적 으로관련제도의개선, 통합적이며체계적인기술개발추진, 현장적용 기술발굴, 가필요하다. 교육및홍보등의역할을중심적으로담당하는전담기구 국가녹조관리센터 는환경부, 국토교통부, 한국수자원공사, 한국농어 촌공사, 지자체등의녹조관련업무를총괄하여다음과같이수질관리 의종합적연계, 조정기능이부여되어야한다. 첫째, 녹조의근본적 해결을위해서는장기적으로질소, 인등영양염류의유입을줄여야 하며, 이에대한관리및통제기능이있어야한다. 관련전문가들의

97 중지를모아우리나라수계의특성을고려하여방류수수질기준을정 하고, 특히비점오염원의비중이높은우리나라에서는이에대한현실 적방안이마련되어야하며, 이들의실천을위한노력이지속적으로 추진되어야한다. 둘째, 단기적대책으로서기개발된녹조제어기술의 현장적용및상용화를추진하고, 녹조제어를위해서는필요시댐이나 보의방류권한도있어야한다. 2012년환경부주관조류저감기술종합 발표회에서는국내외의 22 개기술이소개된바있다. 각기술이녹조 발생의어느단계에, 어떻게작용하는가에대한평가를토대로수계에 적합한실용성있는기술이선발, 적용되어야한다. 셋째, 우리나라의 선진 ICT( 정보통신기술), 환경기술(ET), 조류학등생명공학기술(BT) 등을결합한융 복합기술개발의장을마련하여야한다. 즉, 녹조관리 는어느 1-2 개의단편적기술적용으로는해결이어려우므로, 하 폐수 방류수관리, 비점오염원관리, 댐이나보의수위조절, 남조류의생리 생태적특성활용등다양한기술의통합적적용방안을모색하여야 한다. 넷째, 환경오염은인구증가, 산업화등에따른오염물질의배출 증가에의한것이므로, 학생, 일반국민, 산업체등을대상으로교육 및홍보를강화하여환경개선의효과를높여야한다. 우리나라는과거 환경부에서기획한쓰레기분리수거제도에따라서국민의적극적협조 에의해가정에서분리되는쓰레기의분리및수거에의하여환경을 개선하고, 자원재활용의성공적경험을갖고있다. 다섯째, 자연상태 에서녹조발생의생리 생태적, 유전체적통찰에의하여가능한미세조 류의생장조절은녹조제어뿐만아니라미세조류대량배양에의한조 류 biomass 의증산에도유용하다고할수있다. 녹조또는대량생산 된미세조류 biomass 는에너지, 비료, 의약활성물질등고부가물질 로활용될수있다. 즉, 전세계적환경문제로등장한녹조, 적조문제 의해결, 지구온난화기체인이산화탄소의저감, 하 폐수의고차처리 등에기여하고, 한편으로는미세조류의대량배양에의한바이오연료 생산등다양한유용물질의생산에폭넓게활용될수있다. 끝으로녹조를일으키는주요조류종인남조류는지구상에서가장 오랜세월동안진화를거친생물로아직까지녹조문제를완전히해결

98 하기위한기술개발은충분하지못하다. 그러나녹조를구성하는남조 류는척결의대상이라기보다수계에상존하는광합성생물이므로, 리에게해를주지않을정도의효율적수질관리목표가현실적이고경 제적부담도적을것이다. 결론적으로상기와같은전담기구의설치와 운영에의하여녹조관련다양한과학적연구결과를바탕으로조직적으 로, 체계적으로대책을마련하고, 민 관 산 학 연이협력하여실천을위 해노력한다면보다효과적인녹조관리가가능할것이다. 우

99 4. 영산강 섬진강수계 가. 유역현황 한반도의서남부지역에서남해로흐르는영산강과섬진강은노령산 맥에의해금강수계와분수되고소백산맥의지리정맥에의해낙동강수 계와분수되어영산강 섬진강수계를형성하고있지만유역의생활형태, 강의이용, 주변지형과이에따른수력학적인상이함등뚜렷이구분 되는차이점을가지고있어이용과관리에동일한대책과상이한처방 이필요하다. 영산강 섬진강수계에는우리나라의대표적인평야들이산재해있어 산업시대이전의시기에는인구도많이부양하여농업과생활용수로 활용하기위한수자원의개발이이루어졌었다. 이후잉여농산물의생 산을위해집약적농법을시행하면서농업용댐이많이건설되었고유 역의상수원수확보를위한댐도조성되었다. 이들댐은하천과강의 흐름을왜곡하여다양한문제를유발하였는데특히영양염류와오염물 질의유입과축적에의한수질의악화는수자원의이용성을크게제한 하였다. 그중조류의대번성에의한수질악화는영산강 섬진강수계의 호소를중심으로지속적으로발생하고있어수자원관리에많은문제 를제기하고있다. 영산강 섬진강수계에서조류발생우심수역은광주광역시의상수원수 로이용되고있는동복호, 전남과광주의상수원수와농업용수등으로 이용되고있는주암호, 그리고 4대강사업으로조성된영산강하류의 승촌보와죽산보이다. 그런데승촌보와죽산보는조성된지얼마되지 않아발생의원인분석과패턴파악이충분히이루어지지않고있어조 류발생과관리방안을제시하는것이의미가없는것으로판단되어금 년의과제에서는주암호와동복호의조류발생과관리방안에대해정리 하였다. 주암호와동복호는섬진강수계에위치하고있으며(< 그림 4-1>)

100 그제원은 < 표 4-1> 과같다. < 그림 4-1> 주암호와동복호의위치와수계 < 표 4-1> 주암호와동복호의제원. 주암호는섬진강의제 1지류인보성강중류에위치하고있으며유역 면적 1,010km2이고유역은 5 개의시 군( 보성군, 화순군, 순천시, 담양군,

101 장흥군) 에걸쳐있으며저수용량은 707 백만톤( 본댐 457 백만톤, 조절 지댐 250 만톤) 이다. 주암호의본댐과조절지댐에서공급되는용수는 일 118만톤으로전남서부권에 64 만톤, 전남동부권에 54만을공급하고 있어명실상부한호남권의대표상수원이다. 급수인구는 120 만명( 주암 취수장 82 만명, 이사천취수장 38 만명) 이며급수지역은광주광역시, 나 주시, 화순군, 목포시, 순천시, 여수시, 고흥군, 보성군, 광양시등으로 1 개광역시, 5 개시, 3 개군을포함하고있다. 본댐( 이하주암댐) 의행정구역권은보성군, 화순군, 순천시등으로 이들 3 개시 군이전체유역면적의약 82% 를차지하고있다( 보성군 km2, 화순군 km2, 순천시 km2, 장흥군 km2, 담양 군 59.8 km2). 주암호로유입되는하천의현황은국가하천 1개와 48개의지방하천 으로이루어져있다(< 그림 4-2>). < 그림 4-2> 주암호와동복호의유입하천

102 국가하천인보성강에는상류에보성강댐이있는데유역을변경시켜 득량만을거쳐남해로유입되므로보성강의상류수는하류로거의유 입되지않는다. 보성강의가장큰지류는동복천으로상류에동복댐을 갖고있는데동복댐의물은광주광역시의상수원으로이용되고있어 보성강으로유입되는수량은한정적이다. 송광천은주암호의중류로 유입되는지천으로축산오염이심한하천이었으나최근에는유역의축 사가많이정리되었다. 보성강의지류인동복천상류에위치한동복댐은광주시의상수전용 댐으로 1971년높이 19.3 m, 길이 m의소규모댐으로조성되 었었는데유역인구의팽창과물수요증가로 1985년원래의댐바로 아래에총저수량 99.5 백만톤, 유효저수량 92백만톤규모의상수전용 댐으로건설되었다. 양군과화순군에걸쳐있다. 일평균 상수원의 행정구역으로는전남화순군에속하며유역은담 27만톤의상수원수를용연정수장으로이송하여광주광역시 60% 정도를담당하고있다. 주요유입천은길성천, 남천, 이서천, 내북천, 동복천등인데무등산 과백아산등에서발원한산지하천으로오염은거의없고동복댐의 주변인구밀집지역과농경지에서유입되는오염원에의한오염부하가 있다. (1) 수질현황 주암호는유역에대도시나산업시설이거의없고산림으로둘러싸여 생활하수와산업폐수등으로인한오염은크지않다( 주암호의주변토 지점유비: 산림 72.9%, 농경지 17.1%, 대지 1.8%, 기타 8.2%). 대표 적인오염원은산림과주변의농경지, 유출또는배출되는오염이다. 그리고소규모의축산시설에서 또한주암호는평지를흐르는하천에 조성된평균체류시간이긴호소로상류에서하류까지조류를포함한 오염원의확산속도가느려상류와중류에비교적높은조류발생이나 오염이있어도댐앞에서는양호한수질을보이는경우가많다. 그러나,

103 집중강우등으로인한수문방류시에는흐름이형성되면서상류나중 류의오염물질( 영양물질포함) 이하류로급격히확산되어하류와댐앞 의수질을악화시키기도한다. 주암호의최근 10년간수질은 COD( 화학적산소요구량) 기준으로 2.5~3.8 mg/l 을나타냈으며, 평균수질은 2.8 mg/l로 Ⅰb( 좋음) 등급, BOD( 생물학적산소요구량) 는 0.6~1.2 mg/l이며평균 0.9 mg/l로 Ⅰ a( 매우좋음) 등급의수질로나타나호수의수질이전반적으로양호한 수준임을보여주었다. 호수의저수량에따른수질변화는강우로만수위에가까운저수량일 땐 COD( 화학적산소요구량) 와 T-P( 총인) 의농도가높게나타났고갈 수시기엔 T-N( 총질소) 의농도가증가하는양상을나타냈다. 주암호유역의최근평균강수량은 1,062.2 mm였으며 2008년을제 외한조사기간동안 1,100 mm이상의강수량을보여주었다. 강우의시 기별분석에서는우리나라의대부분지역에서와마찬가지로 7~9월중 에전체강우량의 68.5% 가집중되어용수확보와수질관리에 7~9월 강우의중요성을확인할수있었다(< 표 4-2>). < 표 4-2> 최근 12 년간주암호유역의강수현황. 연도연강수량 1~3월 4~6월 7~9월 10~12월 , , , , , , , , , , , , 평균

104 주암호의주요수질오염원은유역의생활계배출수이다. 주암호의 주요 6개하천지역에거주하는인구는약 36,000여명으로보성강 (22,422 명) 과동복천(7,301 명) 의인구비가전체의약 83% 를차지하 고있다. 이들지역의유역면적은보성강이 440 km2, 동복천이 261 km2, 송광천이 69 km2, 외남천이 61 km2, 내남천이 16 km2, 신평천이 10km2로송광 사관광단지를포함하고있는신평천을제외하면유역의인구와유역 의면적이거의비례한다. 토지이용에따른오염원유입도주요오염원이었는데, 주암호유역 의토지이용현황은산림( 임야) 이73%, 논 12%, 밭 6%, 대지 1%, 기 타 8% 로산림이대부분을차지하였다(< 표 4-3>). 결국주암호의오 염원관리에는비점오염원의관리가중요하다는것을파악할수있다. < 표 4-3> 주암호유역의토지이용현황. 분류 계 보성강 동복천 송광천 외남천 내남천 신평천 계 전 답 대지 임야 기타 ( 단위 : km2, 2006 년말기준) 축산계의오염원은주로보성강에서유입되는데주암호로유입되는 지천중보성강과동복천유역의가축두수가전체두수의약 84.5% 차지한다. 가축종류별로는가금> 돼지> 한우> 젖소순이며, BOD부하 량이높은축종은젖소> 한우> 돼지> 가금순이다(< 표 4-4>)

105 < 표 4-4> 주암호유역의축산현황. 분류계보성강동복천송광천외남천내남천 BOD부하 / 마리 계 368, ,378 94,818 4,742 51, 한우 13,883 10,359 2, g/ 일 젖소 2,308 1, g/ 일 돼지 16,432 8,225 5,203 1,964 1, g/ 일 가금 335, ,263 87,025 1,700 50, g/ 일 ( 단위 : 마리수, 2006 년말기준) 산업계오염은보성강, 외남천, 송광천에서일부배출되며, 기타하 천의발생량은미미한수준이다. 따라서오염원별발생및배출부하량에서주암호의주요하천의오 염원발생부하량은축산계가가장많으나, 지계가가장높다. 실제배출되는부하량은토 전체발생부하량에대한배출부하량은 T-N이 61.9% 로가장높고, BOD 30.5%, T-P 26.6% 순이며, 하천별배출부하량기여율은보성강, 동복천, 송광천 3개하천의배출부하량이전체배출부하량의 90% 이 상을차지한다(< 표 4-5>). < 표 4-5> 주암호유역오염원배출부하량. 구분 계 발생 2, T-N ( kg/ 일) T-P 62.8 ( kg/ 일) BOD 2,226. ( kg/ 일) 4 생활계축산계토지계 배출 ( 비율) 발생 1,366.8 (48.0) (81.6) 44.9 (71.4) (39.0) 15, , ,136.6 배출 ( 비율) 발생 1,639.4 (10.4) (18.1) 55.6 (5.7) 1,067.3 (8.8) 6, , ,610.6 배출 ( 비율) 6,743.7 (99.4) 2,961.8 (100.5) (103.9) 3,547.1 (98.2) 발생배출비

106 주암호와탐진호의오염부하중점오염원은환경기초시설의확충과 하수처리구역의증가로 2003년을기준으로뚜렷한감소추세를보였지 만동복호는점오염원의추세에변동이거의없다가 로감소의추세가나타났다(< 그림 4-3>). 2005년을기준으 < 그림 4-3> 주암호와동복호의생활계오염원발생추세. 오염에더큰의미를가지는비점오염원은유역별배출부하량이미 세하지만증가하는추세를나타내비점오염관리의중요성을확인시켜 주었다. 동복호도유역에대도시나산업시설이거의없고산림으로둘러싸여 생활하수와산업폐수등으로인한오염은크지않다. 은산림과주변의농경지, 배출되는오염이다. 대표적인오염원 그리고소규모의축산시설에서유출또는 동복호의최근 10년간수질은 Ⅰb( 좋음) 등급의수질로나타나호수

107 의수질이전반적으로양호한수준임을보여주었다. 동복호유역의최근 10년강수량은최악의가뭄이었던 2008년을제 외한조사기간동안 1,100 mm이상의강수량을보여주었다. 강우의시 기별분석에서는우리나라의대부분지역에서와마찬가지로 7~9월중 에전체강우량의 70% 가집중되어용수확보와수질관리에 7~9월강 우의중요성을확인할수있었다. 동복호의주요수질오염원은유역의생활계배출수이다. 따른오염원유입도주요오염원이다. 는비점오염원의관리가중요하다는것을알수있다. 동복호의점오염원부하는 토지이용에 따라서동복호의오염원관리에 2005년을기준으로감소의추세가나타 났다(< 그림 4-3>). 그러나비점오염원은유역별배출부하량이미세 하지만증가하는추세를나타내비점오염관리의중요성을확인시켜주 었다. (2) 조류발생현황 주암호의조류경보제가시작된것은 년, 그리고탐진호는 2009 년부터이다. 1998년부터이고동복호는 년이후주암호와동복호에서는몇차례의조류주의보와경보 가발령되었다. 조류경보제는남조류의세포수와클로로필의농도에의해등급이결 정되는데, 주암호에서조류예보나경보의발령을좌우하는요소는클 로로필의농도였다(< 그림 4-4>). 대부분의경우남조류의세포수는 조류주의보의수준인 500 cells/ ml이나조류경보의수준인 5,000 cells/ ml 이상의밀도를보여주었으나클로로필의농도가조류주의보의 기준농도이하였다. 1998년부터 2001년까지남조류의세포수가 500 cells/ ml을상회한경우가종종있었지만클로로필의농도는대부분 15 mg/ m3이하로나타나조류주의보가발령되지않았다

108 < 그림 4-4> 년주암호의남조류세포와클로로필농도. < 그림 4-5> 년의주암호조류주의보발령현황. 그런데 2002년 8월말태풍루사가 1,217mm의강우를기록하면서주 암호상류의동복호에서높은밀도로서식하던 Peridinium 이주암호로 유입되면서클로로필의농도를급격하게증가시켰다. 결국남조류에 의한클로로필농도기여가낮아조류주의보에미치지못했던주암호 가 Peridinium 에의한클로로필농도증가로조류주의보발령의기준

109 을초과하면서 2002년 9월9 일~11월4일까지 8주간조류주의보가발령 되었다(< 그림 4-5>). 2003년에는전년에유입되어꾸준히클로로필 의농도를유지시킨 Peridinium에의해 Chl-a농도가 362 mg/ m3까지 상승하면서 6 월에남조류가큰폭( 최대 7700 cells/ ml) 으로증가한시 기에조류주의보 3차례 76 일간발령되었다. 이후 2004년에도 Peridinium에의한조류주의보가 2 주간발령되었다. 그런데 2005년부 터 Peridinium 의개체수가급감하고남조류인 Anabaena 와 Aphanizomenon 의개체수가증가하면서다시개체수는초과하나클로 로필의기준을충족하지못해 되지않았다 년동안조류경보가발령 2007년에는남조류의개체수와클로로필에의한조류주의보가 19일 동안발령되었다. 그리고 2008년의낮은강우량에따른조류주의보의 발령이없다가 2009 년에주암호최초로조류경보가발령되었다(< 그림 4-6>). < 그림 4-6> 2009 년의조류경보와남조류세포수, 클로로필농도. 그런데조류의수직분포에서대부분의개체가수심 10 m 이상의표수층에집중되어저층에서취수가되면서조류경보에따른상수원수의이취미와독성문제는발생하지않았다

110 2010 년에는남조류(Aphanizomenon) 와규조류(Synedra) 에의해클 로로필의농도가유지되면서 37 일간조류주의보가발령되었다(< 그림 4-7>). < 그림 4-7> 2010 년주암호의조류주의보와대표종. 이상의결과에서주암호의조류경보제는남조류에의한요인보다다 른조류의기여에의한요인이더많은것을알수있다. 주암호의조 류주의보와경보에대한남조류세포수의상관을조사한결과는 4-6> 과같다. < 표 이표에서도주암호는남조류의세포수보다비남조류의 클로로필에의해결정되고있음을보여주고있다. 주암호와는대조적 으로영천호와대청호는조류주의보나조류경보시에남조류세포의 기여가더큰것으로나타났다

111 < 표 4-6> 조류주의보와경보시남조류의기여정도. 구 분 팔당호 운문호 영천호 대청호 주암호 조류주의보 r No 조류경보 r No 결론적으로주암호에서비남조류에의한클로로필농도의비중은매 우커서(< 그림 4-8>) 당초의조류경보제가의도한것을나타내지못 하는상황이되고있다. < 그림 4-8> 주암호에서남조류, Peridinium 세포수와클로로필농도 동복호의조류주의보와경보도 2004 년이전에는비남조류( 특히 Peridinium) 에의한클로로필농도에의해크게의존하였다(< 그림 4-9>). 그런데 2007년이후의조류주의보는남조류에의한것으로나타나 앞으로동복호관리에남조류에대한많은관심이요구되고있다. 탐진호에서도남조류의세포수는조류주의보의기준을초과하고있 지만클로로필의농도가낮아지금까지한번도경보가발령되지않았

112 다(< 그림 4-10>). < 그림 4-9> 동복호에서남조류세포와클로로필의농도 < 그림 4-10> 탐진호에서남조류의세포와클로로필의농도

113 (3) 조류발생의원인분석 조류발생의원인분석을위해이화학적요인과클로로필농도의연변 화를추적한결과 TP 의영향이상대적으로큰것으로나타났다(< 그림 4-11>). < 그림 4-11> 주암호에서이화학적요인과클로로필의변동. 1998년부터 2010년까지주암호의 TN, TP, ph, COD와클로로필의 연변화를분석한결과 TN과 ph는낮은상관성을보여주었고 COD와 TP 와는비교적높은상관성을보여주었다. 2007년의연간분석에서도 TN의영향이크게나타났는데조류주의 보가발령된시기에댐방류가이루어지면서클로로필의농도는증가하 고 TN 은감소하는비정상적인패턴을나타냈다(< 그림 4-12>). 따라 서원인의분석과대응방안등을강구할때는수질, 수리, 수문학적인 요인들을모두고려해야함을알수있다

114 < 그림 4-12>. 수리, 수문, 수질과클로로필의농도. 주암호조류발생에서특기할것은 7-9 월강우량이다(< 표 4-7>). 2001년부터 2010년사이의 7-9월강우와조류경보에는특징적인현 상이관찰되었는데그기간의강우량이 류주의보나조류경보가발령되었다. 1,000 mm를초과한해에는조 < 표 4-7> 주암호조류발생과 7-9월강우량 년도 평균 연강수량 1,312 1,880 1,939 1,777 1,134 1,721 1, ,517-1,581 1~3월 ~6월 ~9월 504 1,217 1,118 1, , ,013 1, ~12월 조류경보 - 주의보주의보주의보 - - 주의보 - 경보주의보

115 (4) 조류관리방안 ( 가) 관계기관협력 각수계의관리에책임이있는관계기관이정기적으로회의를갖고 각기관의역할을점검하고대책을강구한다면의미있는사전적대책 이될것이다. 선제적대응을위한연구에서주암호는 TP, 수온, 기온의변동에서 높은수준의예측을할수있었는데(< 그림 4-13>), 추가적인요인의 추가와검증을통해더높은수준의예측을할수있다면선제적대응 을할수있을것이다. < 그림 4-13> 주암호클로로필예측모델의주요인자. 주암호와동복호의조류발생은 6-9월의강우량에크게의존하므로 이때의집중강우가조류발생을유발하는매커니즘을규명하여이에따