낙동강8개보건설이 부영향화에 미치는 영향과      저감방안

박청길

부경대학교 명예교수

1. 서론

강물은 본래 흐르도록 되어있고 흘러가야한다.

흐르는 강물을 둑, 보, 댐 등으로 막아서 물을 가두어 두게 되면 그 물은 부영양화에 의해 썩게 마련이다.

호수와 같이 고인 물에 질소와 인과 같은 영양염류가 유입되어 식물성부유생물의 발생량이 점점 증가하여 호수가 점진적으로 썩어가는 현상 즉 호수의 노화현상을 부영양화현상 이라고 한다. 호수도 생명체처럼 태어날 때에는 맑고 깨끗했지만 세월이 지남에 따라 탁해지고 흐려져서 결국 썩어 호수의 일생을 마치게 된다. 호수가 태어나서 늙어 죽을 때까지의 경과 시간인 호수의 수명은 호수가 태어난 곳의 환경상태와 수질관리 형태에 따라 차이가 있다. 오염된 도시근처 보다는 물 맑고 공기 좋은 산간벽지에서 태어나면 수명이 길고, 도시근처에서 태어났더라도 평소 수질관리를 잘하면 그만큼 수명이 연장될 수 있다.

수자원 확보를 위해 둑, 보, 댐으로 강물을 막아야할 때에는 오염이 되지 않은 강의 상류에서 하는 것이 원칙이다. 강의 상류에는 부영양화 원인물질인 질소나 인 화합물질의 농도가 아주 낮아서 부영양화 진행속도가 매우 느리기 때문에 상당기간 동안 맑은 상태의 수질을 유지할 수 있다.

오염된 강의 중류나 하류에서 둑, 보, 댐으로 물을 가두게 되면 부영양화가 급진되어 물을 가둔지 일 년도 되지 않아 물이 썩게 된다는 사실은 낙동강 하구둑의 실예에서 알 수 있다.(박청길,1988)

그럼에도 불구하고 정부는 4대강살리기사업을 하면서 장래 물 부족사태를 대비하여 수자원확보를 위한다고 4대강에 16개보가 2011년 12월에 완공되었다. 이중 낙동강에 8개보를 설치하고 물을 가두기 시작한지 6개월이 지난 2012년 6월에 함안보 에서 부영양화현상으로 남조류가 대번성하는 녹조현상이 처음 나타난 것을 시작으로 8월에는 함안보, 달성보로 녹조가 북상하고 그 후 칠곡보, 구미보, 낙단보를 거쳐 상류에 있는 상주보 까지 녹조현상이 나타났다.  그후 2013년 여름철에도 8개보에 녹조현상이 발생하였고 2014년 여름철에도 녹조현상이 발생하여 연래행사가 되어버렸다.

따라서 낙동강에 설치된 8개보가 부영양화에 미치는 영향을 구명하고 부영양화현상 저감 방안을 마련하고 저 한다.

2. 재료 및 방법

2-1. 조사지점

낙동강 상류에서 하류에 이르는 7개 조사지점은 환경부 수질측정망 지점중에서 선정하였고 조사지점의 위치와 지점에 물의 정체현상에 영향을 미치는 보 및 하구둑 명은 다음과 같다.

1) 상주: 경북 상주시 사벌면 퇴강리    (상주보)

2) 구미: 경북 구미시 오태동           (칠곡보)

3) 왜관: 경북 칠곡군 왜관읍           (강정보)

4) 고령: 경북 고령군 선산면 삼대리    (달성보)

5) 남지: 경남 함안군 칠서면 계내리    (함안보)

6) 삼랑진: 경남 밀양시 삼랑진읍 삼랑리(하구둑)

7) 물금: 경남 양산시 물금읍 물금리    (하구둑)

2-2. 수질조사 방법

수질조사항목은 부영양화와 관련이 있는 chlorophyll-a 와 총인을 선정하였다.

수질조사자료는 보 건설 이전의 자료는 부산시 낙동강조사월보의 1977년부터 2005년 간의 자료를 이용하였다.(부산광역시,1977~2005)

보건설 이후의 자료는 환경부 물환경정보시스탬에서 2012년부터 2014년도 간의 자료를 이용하였다.(환경부,2012~2014)

3. 낙동강 8개보 건설전후의 부영양화현상 비교

3-1. 보 건설전의 낙동강의 부영양화현상

낙동강 8개보 건설 이전인 1997년부터 2005년도 간에 년도별 지점별 chlorophyll-a 농도분포 조사결과는 표1과 같고 총인 농도분포는 표2와 같다.(부산광역시,1997~2005)

1997년부터 2005년도 간의 지점별 chlorophyll-a 농도의 평균값을 그림으로 나타낸 것이 그림1과 같고, 지점별 총인 농도의 평균값을 그림으로 나타낸 것은 그림2 와 같다.

표 1. 낙동강 지점별 년도별 Chlorophyll-a 농도변동  (㎍/L)

년도 지점	상주	구미	왜관	고령	남지	삼랑진	물금
1997	7	9	15	44	73	87	78
1998	6	5	9	18	25	35	39
1999	3	8	8	25	38	52	54
2000	5	10	13	28	29	37	39
2001	4	10	16	26	45	64	71
2002	7	8	8	22	39	41	44
2003	6	10	8	19	26	46	45
2004	6	8	14	25	42	61	55
2005	3	6	9	17	34	49	46
평균	5	8	11	25	39	52	52

표 2. 낙동강의 지점별 년도별 총인(TP) 농도 변동 (mg/L)

년도 지점	상주	구미	왜관	고령	남지	삼랑진	물금
1997	0.076	0.105	0.152	0.291	0.213	0.250	0.212
1998	0.085	0.099	0.116	0.196	0.124	0.101	0.095
1999	0.080	0.073	0.133	0.183	0.137	0.108	0.104
2000	0.044	0.056	0.060	0.141	0.106	0.083	0.082
2001	0.038	0.052	0.058	0.116	0.071	0.068	0.066
2002	0.088	0.104	0.106	0.189	0.125	0.138	0.119
2003	0.063	0.072	0.076	0.122	0.079	0.074	0.068
2004	0.036	0.042	0.064	0.134	0.075	0.053	0.051
2005	0.041	0.045	0.061	0.120	0.087	0.083	0.061
평균	0.061	0.072	0.092	0.166	0.113	0.106	0.095

그림 1. 지점별 chlorophyll-a 평균농도분포(1997~2005)(ug/L)

그림2. 지점별 총인 평균농도분포(1997~2005)(mg/L)

Chlorophyll-a의 경우 3~87ug/L범위로 년도별로는 큰 차이가 없었으나 지점별로는 상주에서 평균 5ug/L이고 물금에서 평균 52ug/L로 상류에서 하류로 내려 갈수록 점점 증가하고 있으며 하구둑호의 영향권에 있는 삼랑진과 물금 수역에서 가장 높은 농도를 보였다.

총인의 경우는 0.036~0.291mg/L범위로 낙동강에서 가장 큰 오염원인 금호강 합류지점인 고령에서 평균 0.166mg/L로 가장 높은 농도를 보였고 상주에서 평균 0.061mg/L 이고 물금에서 평균 0.095mg/L로 그 상류와 하류로 갈수록 점차 낮아지는 경향을 보였다.

낙동강 상류인 상주와 구미 지점의 총인 농도는 평균 0.061~0.072mg/L로 하천의 흐르는 구간에 적용되는 부영양단계기준 0.1mg/L이하였음으로 chlorophyll-a 농도는 평균 5~8ug/L로 부영양단계 기준 10㎍/L 이하를 나타내고 있었다.

물금과 삼랑진수역에서는 총인의 농도는 평균 0.095~0.106mg/L로 고령보다는 훨씬 낮은 농도였으나 chlorophyll-a 농도는 고령보다 높은 52ug/L로 낙동강 전 구간에서 가장 높은 농도를 보였다. 물금수역은 하구둑으로 인하여 물이 정체된 수역이기 때문에 하천의 정체구간에 적용되는 총인의 부영양단계기준 0.05mg/L를 적용하면 기준을 초과하고 있었기 때문이다.

고령은 총인의농도가 평균 0.166mg/L로 하천의 흐르는 구간에 적용되는 총인의 부영양단계기준 0.1mg/L를 초과하고 있었기 때문에 chlorophyll-a농도가 평균 25ug/L로 부영양단계기준 10ug/L를 훨씬 초과하고 있었다.

3-2. 보 건설 이후의 부영양화현상

낙동강의 8개보 건설후의 2012년부터 2014년간의 년도별 지점별 chlorophyll-a 농도분포는 표3과 같고 총인의 농도분포는 표4와 같다.(환경부,2012~2014)

2012년부터 2014년간의 지점별 chlorophyll-a 농도 평균값을 그림으로 나타낸 것이 그림3과 같고 총인의 평균값을 그림으로 나타낸 것은 그림4와 같다.보건설전후의 chlorophyll-a 및 총인농도분포 비교는 그림5 및 그림6과 같다.

보건설후 낙동강 전구간의 chlorophyll-a 평균농도는 5.8~33.0ug/L범위로 상류 상주에서 5.8ug/L로 가장낮은 농도를 보였으며 보건설전의 5ug/L과 거의 비슷한 농도를 보였다.

구미는 22.7ug/L이고 왜관은 22.5ug/L로 보건설전의 구미는 8ug/L이고 왜관은 11ug/L이었던 것과 비교하면 2배 이상 높은 농도를 보였다.

하류 물금은 33.0ug/L로 보건설전의 52ug/L보다 낮은 농도를 보였다.

상주는 보건설후 물의 정체현상이 있었으나 총인의 평균농도가 0.031mg/L로 하천의 정체구간에 적용되는 총인의 부영양단계 기준 0.05mg/L이하였음으로  chlorophyll-a농도가 5.8ug/L로 부영양단계기준 10ug/L이하였다.

구미는 보건설후 총인의 평균농도가 0.066mg/L로 보건설전의 0.072mg/L보다 낮았지만 하천의 정체구간에 적용되는 총인의 부영양단계기준 0.05mg/L를 초과하고 있었기 때문에 chlorophyll-a 농도가 22.7ug/L로 보건설전의 8ug/L보다 2배 이상 높은 농도를 보였다.

고령 이하 물금까지는 총인의 평균농도가 0.068~0.069mg/L범위로 보건설전의 0.095~0.166mg/L보다 훨씬 낮아졌지만 하천의 정체구간에 적용되는 총인의 부영양단계기준 0.05mg/L를 초과하고 있었기 때문에 chlorophyll-a농도는 30.1~33.0ug/L로 부영양단계기준 10ug/L를 훨씬 초과하고 있었다.

년도 지점	상주	구미	왜관	고령	남지	삼랑진	물금
2012	5.3	17.7	20.0	28.6	34.3	40.9	41.5
2013	5.1	21.6	20.2	31.5	30.0	27.0	29.6
2014	6.9	28.9	27.4	32,5	26.0	24.6	27.9
평균	5,8	22.7	22.5	30.9	30.1	30.8	33.0

표3. 년도별 지점별 chlorophyll-a 농도분포(ug/L)

년도 지점	상주	구미	왜관	고령	남지	삼랑진	물금
2012	0.030	0.081	0.058	0.096	0.098	0.091	0.086
2013	0.038	0.055	0.048	0.059	0.059	0.060	0.064
2014	0.026	0.061	0.044	0.051	0.051	0.052	0.054
평균	0.031	0.066	0.050	0.069	0.069	0.068	0.068

표4. 년도별 지점별 총인 농도분포 (mg/L)

그림3. 지점별 chlorophyll-a 평균농도분포(2012~2014)(ug/L)

그림4. 지점별 총인 평균농도분포 (2012~2014)(mg/L)

그림5. 보건설전후의 지점별 chlorophyll-a평균농도비교(ug/L)

그림6. 보건설전후의 지점별 총인 평균농도 비교(mg/L)

4. 부영양화현상의 발생원인 및 저감 방안

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

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)은 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.

낙동강 8개보 건설 이전에는 표1과 표2 에서 보는바와 같이 흐르는 하천구간인 상주에서 남지까지는 총인의 농도가 가장 낮은 상주에서 chlorophyll-a 농도가 가장 낮았고 총인의 농도가 증가하는 하류로 갈수록 chlorophyll-a 농도가 높아지는 경향이었다.

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 0.02mg/L에서도 부영양단계에 도달하고, 하천의 경우도 정체구간에서는 흐르는 구간에 비하여 1/2정도로 낮은 0.05mg/L에서도 부영양단계에 도달한다.

따라서 낙동강 상류의 상주와 구미는 총인의 농도가 평균 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 미달되지만 chlorophyll-a 농도는 평균 52 ug/L로 과영양단계에 이르고 있었다. 물금수역은 하구둑으로 정체된 수역이기 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.

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 11~32일 범위이고 평균 18일임으로 평균희석율은 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. 그래서 표3과 표4 에서 보는바와 같이 낙동강8개보 건설이후에는 총인의 농도가 하천의 정체구간에 적용되는 부영양단계기준 0.05mg/L 이하인 상주를 제외한 낙동강 전 구간에서 부영양화가 심화되어 있었다.

희석율이 조류 최대비성장율 1.03/day와 같아지는 체류시간이 1일이므로 이는 저수용량이 하루유입수량과 같게 되는 것임으로 보의 수문을 완전히 개방하여 물이 자연스럽게 흐르는 상태를 유지해야한다.

따라서 부영양화 저감대책으로는 보의 수문을 완전히 개방하여 물이 자연스럽게 흐르는 상태를 유지해야한다.

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

4. 요약

낙동강 8개보의 건설로 인하여 저류체적이 증가하여  체류시간이 평균18일로 증가하고 희석율이 평균 0.054/day로 감소하였다. 남조류 최대비성장율이 1.03/day로 보의 평균 희석율 0.054/day보다 20배 이상 커서  조류발생량이 유출량을 초과하여 집적할 수 있기 때문에 조류발생 밀도가 증가하여 부영양화를 촉진시켰다. 그 결과 총인의 농도가 하천의 정체구간에 적용되는 부영양단계기준 0.05mg/L이하인 상주를 제외한 낙동강 전 구간에서 부영양화가 심화되어 있었고 하계에는 남조류가 대번성하는 녹조현상이 빈발하고 있었다.

낙동강8개보의 희석율이 남조류 최대비성장율 1.03/day와 같아지는 체류시간은 1일이다. 체류시간 1일 이하가 되면 보의 희석율이 조류의 최대비성장율보다 커져서 조류의 유출량이 발생량을 초과함으로 조류밀도가 감소하여 부영양화 진행속도를 줄일 수 있다.

따라서 부영양화현상 저감대책으로 보의 수문을 완전히 개방하여 체류시간을 1일 이하로 감소시켜야한다.

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

참고문헌

국립환경연구원(2003) 낙동강 수중생태계 수질모델 인자조사.

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

박청길(1988) 하구둑 완공이후의 낙동강 수질오염, 낙동강 제7집,23~31.

부산광역시(1997~2005) 낙동강조사월보 제1호~제108호.

환경부(2012~2014) 물환경정보시스템 홈페이지

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

FWPCA,p.19.