낙동강 8개보의 녹조발생 원인과 저감 방안

박청길

부경대학교 명예교수

1, 서론

녹조현상(錄藻現象)이란 주로 여름철에 녹색을 띠는 조류(藻類)가 대량으로 증식하여 물빛깔이 청남색이나 녹색으로 변하는 현상이고, 흔히 출현하는 종은 남조류이다. (환경부 물환경정보시스템)

정부는 4대강살리기사업을 하면서 장래 물 부족사태를 대비하여 수자원확보를 위한다고 2011년 12월에 4대강에 16개보를 설치하는 공사를 완공하였다. 이중 낙동강에 8개 보를 설치하고 물을 가두기 시작한지 6개월이 지난 2012년 6월에 함안보에서 녹조현상이 처음 나타난 것을 시작으로 8월에는 합천보, 달성보, 강정보로 녹조가 북상하고 그 후 칠곡보, 구미보, 낙단보를 거쳐 최 상류에 있는 상주보까지 남조류가 대번성하는 녹조현상이 나타났다.

그후 2013년 여름철에도 8개보에 녹조현상이 발생하였고, 2014년 여름철에도 녹조현상이 발생하여 연래행사가 되어버렸다.

따라서 낙동강에 설치된 8개보에 녹조가 발생하는 현황과 원인을 구명하고 그 저감대책을 마련하고 저 한다.

2. 녹조현상 발생현황

2014년도 여름철에 낙동강 8개보에 녹조발생현황은 표1 과 같다.

전 구간에서 남조류 개체수가 0~112,735cells/mL범위로 칠곡보에서

가장 많은 개체수를 보였으며 낙단보에서 가장 적은 개체수를 보였다. 조사시기별로는 7월28일 조사에서 가장 많은 개체수를 보였다.

환경부 조류예보제 발령기준으로 조류경보가 발령되는 남조류 개체수 5000cells/mL 이상이 되는 곳은 상류 상주보와 낙단보를 제외한 6개보에서 6월16일부터 8월11일 사이에 7,875~112,735cells/L범위로 매우 높은 남조류개체수를 보였다.

표1. 2014년도 낙동강8개보 녹조발생 현황(남조류개체수,cells/mL)

월일 지점	상주보	낙단보	구미보	칠곡보	강정보	달성보	합천보	함안보
6월16일	210	630	5790	27693	54845	38460	34746	23472
7월14일	0	3	911	12040	26932	12910	10307	18142
7월28일	1020	0	4720	112735	15800	101845	19595	31335
8월4일	0	0	2720	72935	12450	23425	89835	7875
8월11일	0	0	935	1760	29380	11875	17115	14150
8월28일	0	0	115	0	0	0	970	0

자료출처 : 환경부 물환경정보시스템 홈페이지

녹조현상이 가장심했던 시기인 7월23일에 강정보에서 수심별로 수질조사를 실시한 결과는 표2와 같다.

지점명	채수수심 (m)	수온 (℃)	용존산소 (mg/L)	pH
강정 3	0	27.7	10.2	8.6
	4,7	26.4	3.6	7.3
	7.1	25.1	0.3	7.0
강정 5	0	27.5	9.7	8.6
	6.0	26.1	2.0	6.8
	9.0	21.4	0.3	6.7
강정 7	0	27.9	10.3	8.7
	4.4	26.4	3.0	7.2
	6.6	25.3	0.7	6.6

표 2. 강정보의 수심별 수질조사결과 (2014.7.23.)

자료출처: 환경부 물환경정보시스템 홈페이지

표2 에서 보면 각 조사지점에서의 저층에서 용존산소가 0.3~0.7mg/L로 빈산소상태를 나타내고 있었다. 저층에서의 pH는 6.6~7.0으로 표층의 pH 8.6~8.7보다 산성을 띠고 있었다. 이것은 대량으로 발생한 식물플랑크톤이 저층에서 썩으면서 산소를 소모해버렸고 그때 발생된 탄산에 의해 pH는 산성화 되어있었다.

이결과를 보면 여름철에 녹조현상이 심화되면 물 빛깔은 짙은 초록색을 띠며 저층에서는 물이 썩어 빈산소수괴가 형성되어 물고기도 살 수 없는 환경이 되고 있음을 알 수 있다.

2014년도 낙동강 8개보에서 월별 지점별 남조류 개체수분포는 표3과 같고     chlorophyll-a 농도분포는 표4와 같다.

남조류 발생은 5월에 시작해서 11월에 거의 소멸되는 것으로 나타났다. 지점별로는 합천보에서 년 평균 가장 높은 개체수분포를 보였으며 상주보에서 가장 낮은 분포를 보였다.

부영양화 정도를 나타내는 chlorophyll-a 농도분포는 2.4~76.0ug/L범위로 달성보가 가장 높고 상주보가 가장 낮은 농도를 보였다.

표3. 월별 지점별  남조류 개체수 분포(cells/L)

년월 지점	상주보	낙단보	구미보	칠곡보	강정보	달성보	합천보	함안보
2014.1	0	0	0	0	0	0	534	15
2	0	0	0	0	0	0	0	0
3	0	0	0	0	0	0	0	0
4	0	0	0	0	0	0	0	0
5	0	0	0	45	225	76	127	211
6	165	463	1740	13642	51383	83762	87920	18114
7	645	936	2109	18508	16139	27908	17372	22705
8	0	424	971	15098	22923	6586	17380	10879
9	360	244	393	1231	1549	1628	7369	6048
10	80	179	175	628	464	665	2734	1648
11	196	0	0	0	56	34	49	104
12	0	0	0	63	0	0	0	0
평균	121	201	476	4353	8110	10306	11687	5158

표4. 월별 지점별  chldrophyll-a 농도분포(ug/L)

년월 지점	상주보	낙단보	구미보	칠곡보	강정보	달성보	합천보	함안보
2014.1	11.0	23.0	13.2	27.5	23.0	32.5	28.8	20.0
2	17.5	14.6	10.9	56.5	33.0	41.2	44.8	30.9
3	17.5	23.0	13.3	32.7	33.0	46.4	42.3	45.0
4	20.0	18.8	14.6	16.0	15.2	25.1	24.8	21.5
5	11.5	14.2	20.1	12.8	12.3	15.7	17.8	31.2
6	12.3	11.9	7.4	16.8	16.3	29.5	25.0	27.1
7	8.8	8.6	8.9	18.3	13.4	19.6	24.0	43.7
8	9.4	15.5	15.7	17.0	23.1	19.3	22.9	13.9
9	21.6	32.7	37.9	16.7	23.0	22.5	31.4	35.4
10	31.2	16.9	16.6	21.1	20.7	20.3	32.3	38.9
11	9.6	16.9	18.7	41.9	54.8	51.6	44.2	30.0
12	2.4	6.4	15.5	52.0	76.0	74.1	31.0	10.9
평균	13.8	14.9	14.2	26.9	28.9	32.2	28.9	28.6

자료출처: 환경부 물환경정보시스템 홈페이지

년도별 지점별 남조류개체수분포는 표5와 같고 chlorophyll-a분포는 표6과 같다.

년도별 지점별 남조류 개체수 분포와 chlorophyll-a분포를 그림으로 표시하면 그림1과 그림2와 같다.

표5. 년도별 지점별 남조류 개체수 분포 (cells/mL)

년도 지점	상주보	낙단보	구미보	칠곡보	강정보	달성보	합천보	함안보
2012	166	766	1412	1121	1017	981	5026	4057
2013	166	1076	1285	725	1923	4506	5296	4691
2014	121	201	476	4353	8110	10301	11687	5158

표6. 년도별 지점별  chlorophyll-a 농도분포(ug/L)

년도 지점	상주보	낙단보	구미보	칠곡보	강정보	달성보	합천보	함안보
2012	10.4	14.8	14.6	20.5	22.4	34.0	35.0	38.5
2013	17.7	23.8	23.2	22.9	22.2	33.3	31.5	32.8
2014	13.8	14.9	14.2	26.9	28.9	32.2	28.9	28.6

자료출처: 환경부 물환경정보센터 홈페이지

년도별 남조류 개체수분포를 보면 2012년도에서 2014년도로 갈수록 해마다 점차로 증가하는 경향을 볼 수 있다.

지점별 남조류 개체수분포는 상류 상주보가 가장 낮고 합천보가 가장 높은 분포를 보였다,

년도별 chlorophyll-a분포는 큰 변동이 없었다.

지점별로는 달성보가 가장 높았고 상주보가 가장 낮았다. 그러나 전 구간에서 부영양단계기준 10ug/L을 초과하고 있었다.

그림1.년도별 지점별  남조류 개체수 분포(cells/L)

그림2. 년도별 지점별  chlorophyll-a 농도분포(ug/L)

3. 녹조현상의 발생원인과 저감방안

녹조현상(錄藻現象)은 주로 여름철에 녹색을 띠는 조류(藻類)가 대량으로 증식하여 물 빗깔이 청남색이나 녹색으로 변하는 현상으로 흔히 출현하는 종은 남조류이다. (환경부 물환경정보시스템)

해수의 적조현상(赤潮現象)은 해수에 편모조류가 대량 발생하여 물 빗깔이 적색으로 변하는 현상이다.

담수의 녹조현상과 해수의 적조현상은 모두 부영양화가 진행되는 과정에서 발생되는 조류의 종류에 따라 녹색 또는 적색으로 나타나는 것이다.

따라서 부영양화현상을 일으키는 원인을 살펴보고 그 저감 방안을 마련 하고저한다.

부영양화현상을 일으키는 원인으로는 첫째는 영양염류 특히 총인 농도의 증가이고 둘째로는 물의 정체현상의 지표인 체류시간의 증가이고 셋째로는 수온상승이다.

첫째, 영양염류 중 총인(TP)의 농도가 부영양화에 미치는 영향을 보면 수리학적조건 즉 체류시간이 같은 수역에서는 총인의 농도와 부영양화정도를 나타내는 Chlorophyll-a 농도는 비례하는 관계를 가지고 있다.

호소의 부영양단계의 총인기준 (US EPA)에서 빈영양단계는 총인의 농도가 0.01mg/L 이하, 중영양단계는 0.01~0.02mg/L 이고  부영양단계는 0.02mg/L 이상으로 되어있다.

하천의 경우 부영양단계기준은   Mackenthun (1969)에 의하면 흐르는 구간에는 0.1 mg/L 이고  정체구간에는 0.05 mg/L 를 적용하고 있다.

2008년 4대강사업 착공 이전의 낙동강에서는  흐르는 하천구간인 상주에서 남지까지는 총인의 농도가 가장 낮은 상주에서 Chlorophyll-a 농도가 가장 낮았고 총인의 농도가 증가하는 하류로 갈수록 Chlorophyll-a 농도가 높아지는 경향이었다.(박,2010)

수역에 적용되는 총인의 부영양단계 기준은 정체된 호수인지 흐르는 하천인지에 따라 다르고 하천 중에서도 흐르는 구간과 정체 구간에 따라 다르게 적용되고 있다. 호수는 하천에 비하여 총인의 농도가 1/5정도로 낮은 농도에서도 부영양단계에 도달하고, 하천의 경우도 정체구간에서는 흐르는 구간에 비하여 1/2정도로 낮은 농도에서도 부영양단계에 도달한다.

따라서 낙동강 상류 상주와 구미는 총인의 농도가 0.061~0.072 mg/L로 하천의 흐르는 구간에 적용되는 총인의 부영양단계기준 0.1 mg/L 에 미달됨으로  Chlorophyll-a 농도는 5~8 ug/L로 부영양단계 기준 10 ug/L 이하였다.

낙동강 하류의 물금은 총인 농도가 평균 0.095 mg/L로 하천의 흐르는 구간에 적용되는 기준인 0.1 mg/L 에는 미달이지만 Chlorophyll-a 농도는 평균 52 ug/L로 과영양단계에 이르고 있었다. 물금수역은 하구둑으로 정체된수역이기 때문에 하천의 정체구간에 적용되는 총인의 부영양단계 기준 0.05mg/L 을 적용하면 기준을 초과하고 있기 때문이다.

낙동강 중류인 고령은 총인의 농도가 평균 0.166mg/L로 하천의 흐르는 구간에 적용되는 총인의 부영양단계기준 0.1 mg/L 를 초과하고 있었기 때문에 Chlorophyll-a 농도가 평균 25 ug/L 로 부영양단계기준 10 ug/L를 훨씬 초과하고 있었다.(박,2010)

둘째, 물의 정체현상이 부영양화에 미치는 영향을 보면 하구둑, 보, 댐 등 저수구조물로 물을 가두게 되면 저수용량이 증가하게 된다.

저수용량이 증가하면 물의 체류시간(저수용량/일당유입수량)이 증가하게 되고 그 결과 희석율(1/체류시간)이 감소하게 된다.

식물플랑크톤의 최대비성장율(1/day)이 희석율(1/day)보다 큰 수체는  식물플랑크톤의 발생량이 유출량보다 많아 집적이 가능해져서 호소적 특성을 갖는다. 낙동강 8개보의 체류시간은 11.0~32.4일 범위이고 평균 18.4일임으로 평균 희석율은 0.054/day이다.(김좌관,2009).

남조류 Microcystis의  최대비성장율은 1.03/day (국립환경연구원,2003)이고 8개보의 평균희석율은 0.054/day임으로 조류의 최대비성장율이 희석율보다 20배 이상 커서 식물플랑크톤의 발생량이 유출량보다 많아 집적이 가능해져서 부영양화를 촉진시킬 수 있다. 희석율이 조류 최대비성장율 1.03/day와 같아지는 체류시간은 1일 이므로 이는 저수용량이 하루유입수량과 같게 되는 것임으로 보의 수문을 완전히 개방하여 물이 자연스럽게 흐르는 상태를 유지해야한다,

셋째, 수온이 상승하면 일반적으로 식물플랑크톤의 성장속도가 증가하여 부영양화를 촉진시킨다. 특히 남조류는 수온이 25℃ 이상이 되면 최대성장속도를 가짐으로 낙동강에서는 수온이 25℃ 이상이 되는 6월에서 9월 사이에 녹조현상 즉 남조류대번성현상이 나타난다.

따라서 부영양화저감대책으로는 보의 수문을 완전히 개방해서 물이 흐르는 상태를 유지해야한다.

총인의 농도를 하천의 정체구간에 적용되는 부영양화단계기준 0.05mg/L 이하로 저감시켜야한다.

4. 요약

낙동강 8개보의 건설로 인하여 저류체적이 증가하여  체류시간이 평균18.4일로 증가하여  호수화 현상이 일어났다. 남조류 최대비성장율이 1.03/day로 보의 희석율 0.05/day보다 20배 이상 커서  발생된 조류가 유출되지 않고 집적할 수 있기 때문에 조류발생 밀도가 증가하여 부영양화를 촉진시키는 결과를 낳게 되어 낙동강 전 구간에서 부영양화가  심화되고 하계에는 남조현상이  빈발하고 있다.

낙동강8개보의 희석율이 남조류 최대비성장율 1.03/day와 같아지는 체류시간은 1일이다. 체류시간 1일 이하가 되면 보의 희석율이 조류 최대비성장율 보다 커져서 발생된 조류의 유출이 촉진됨으로 조류밀도가 감소하여 부영양화 진행속도를 줄일 수 있다.

따라서  부영양화 저감대책으로 보의 수문을 완전히 개방하여  체류시간을 1일 이하로 저감시켜야한다.

또한 총인의 농도를  하천의 정체구간에 적용되는 부영양단계기준 0.05mg/L이하로 저감시켜야한다.

참고문헌

국립환경연구원(2003) 낙동강 수생태계 수질모델 인자조사.

김좌관(2009) 낙동강 보건설이 수질 등에 미치는 영향, 낙동강 제27집,28~40.

박청길(2010) 고인물이 썩는 이유, 낙동강 제28집 20~30.

Mackenthum,Kenneth M.(1969) The practice of water pollution biology,

FWPCA,p.19.