1.서 론

지난 50년 동안 수도권의 급격한 인구 집중 현상과 함께 폭발적으로 증가하는 물류수요를 충족하기 위하여 아산만 해안은 대규모 항만과 항로 건설 사업이 진행 중에 있으며, 이와 함께 증가하는 용수를 확보하기 위하여 아산만주변 해 안에 대형 방조제와 호수가 건설되었고, 방조제 호수 배출 수가 아산만으로 직접 유입되고 있는 실정이다(Fig. 1).

아산만의 해양 연구는 동물플랑크톤(Lee et al., 2006), 식물 플랑크톤(Yi et al., 2007; Jeong et al., 2011), 동식물플랑크톤 (Park et al., 2008)에 대해 수행되었고, 장기적인 수질변화 연 구가 보고되었다(Park et al., 2007). 이러한 보고들은 공통적 으로 아산만의 수질악화가 빠른 속도로 진행 중임을 지적하 고 있다. 따라서 지금 시점에서 아산만의 부영양화의 주된 원인으로 간주되고 있는 육상기원 공급원의 상대적인 중요 성을 이해하기 위한 연구가 필요하다.

아산만과 같은 연안환경은 파랑과 조석과 같이 단주기적 인 변화와 함께 홍수기와 갈수기와 같이 중장기적인 변화도 있으며, 다양한 해저지형과 복잡한 수심변화 등 매우 복잡 한 환경이다. 특히, 연안환경은 강물을 통해 유입된 담수가 해수와 급격하게 혼합되는 매우 역동적인 환경이다. 이렇게 환경인자의 변동성이 매우 큰 연안환경에서 물질의 거동을 이해하기 위해 box 모델을 이용한 물질수지 연구들이 수행 되어져 왔으며, 금강하구(Kim et al., 2000; Jeong et al., 2010), 곰소만(Jeong et al., 2006), 새만금 방조제(Jeong, 2011)에서 영 양염의 장기적인 물질수지를 설명하는데 사용되었다. 아산 만의 경우 연안을 따라 여러 곳에 대형 방조제가 조성되어 있고, 주변에 산업단지 등이 집중되어 분포하고 있어 만 내 의 수질변화를 이해하기 위해서는 물질수지 연구가 반드시 수반되어야 한다.

이 연구는 아산만과 주변 방조제의 수질 변화를 조사하여 계절적인 변화를 알아보고, 물질수지 분석을 통해 만의 수 질변화에 대한 원인을 해석하고자 한다.

2.재료 및 방법

2.1.지역 개괄

아산만은 경기도 서남단과 충청남도 서북단 사이에 위치 하고 있으며, 동서방향으로 길이 40 km, 너비 최소 2.2 km 규 모의 만이다(Fig. 1). 아산만은 한반도 전체의 기후영향에 따 라 겨울에는 북서계절풍의 영향을 받고, 여름철에는 온대 몬순의 영향을 받아 6 - 8월 홍수기에 연중 강우량의 55 % 이 상이 집중되며, 평균 6.1 m(최대 9.6 m)의 비교적 큰 조차를 나타낸다. 아산만은 70년대 이후 동측 해안에 안성천 하구를 막아 만든 아산호(1973년 완공)를 시작으로 하여 이후 남양 호(1975년 완공), 석문호(1975년 완공), 삽교호(1979년 완공) 순으로 대형 방조제와 인공 담수 호수(이후 방조제 호수로 표현)가 조성되었다. 이들 방조제 호수들의 방류수는 주변 지역의 산업화와 도시화 등과 함께 지속적으로 연안환경에 영향을 주고 있다(Lee and Lee, 1997).

2.2.시료 채취 및 현장측정 항목

2.2.1.해수 시료 채취 및 현장측정 항목

아산만 해역에 대한 조사는 2011년 12월 2일, 2012년 4월 29일과 7월 17일, 2013년 2월 14일에 수행되었으며, 총 11개 정점(S1~S11)에서 표층수와 저층수를 채수하였다(Fig. 1). 표 층시료는 양동이를 사용하여 채수하였고, 저층시료는 니스 킨 채수기를 이용하여 저층 바닥으로부터 1 m 떨어진 수층 을 채수하였다. 해수시료는 1 L 폴리에틸렌 병에 담아 얼음 이 담겨진 아이스박스에 보관한 후 실험실로 옮겨 분석 전 까지 -20°C 이하에서 동결 보관하였으며, 1주일 이내에 분석 하였다.

2.2.2.해수시료 분석 방법

수온, 염분, 용존산소, pH는 현장에서 즉시 휴대용측정기 (YSI 85, Orion 3 Star)를 이용하여 측정하였고, 부유물질(SS), 엽록소-a(Chl-a), NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P에 대한 분석은 해양환 경공정시험기준(MLTMA, 2010)과 Standards Method(APHA, 2012) 을 따랐다. 정량은 흡광광도계(UV-1750, Shimadzu)를 사용하 였다.

2.2.3.육상 시료 채취 및 분석 방법

아산만 주변의 주요 담수공급원의 대표 지점(F1~F5)에서 표층수를 해양수질과 동일한 시기에 동일한 방법으로 채수 하여 분석하였다(Fig. 1).

2.3.육상기원 물질 부하량 계산

아산호, 삽교호, 남양호, 석문호의 담수배출량은 실측 자 료(PROOF, 2010)를 사용했고, 화성호는 비유량법으로 배출 량을 추산하였다. 배출부하량은 수질분석을 통해 얻은 계절 적인 실측 농도에 방조제 배출량을 곱한 값으로 계산하였 다.

2.4.물질수지

아산만 전체를 내만(Bay1), 중앙(Bay2), 외만(Bay3)해역으 로 구분하고(Fig. 1), 물과 염분수지를 확인한 후, NH₄-N, NO₃-N 및 PO₄-P 수지를 계산하였다. 이렇게 얻은 결과를 동 시에 수행한 해양 및 담수수질과 비교 검정하였다.

2.4.1.물질수지를 위한 가정

물질수지는 아산만을 세 개(Bay1, Bay2, Bay3)의 박스로 가 정하고(Fig. 1), 각 박스 내로 유·출입하는 물질의 이동량을 계산하여 산정하였다. 물질의 이동량을 계산하기 위해 먼저 물의 이동량을 계산하였고, 이를 위해 다음과 같은 몇 가지 가정을 하였다. ➀ 아산만의 물수지는 정상상태를 유지한다. ➁ 아산만으로 유입하는 물의 유입원은 주변 방조제의 방류 와 지하수 유입, 그리고 만으로 직접 떨어지는 강우이며, 유 출원은 만에서 증발에 의한 소모와 만외로 배출되는 잔차류 이다. ➂ 염분은 보존적인 인자로 아산만 내에서 퇴적물이나 생물활동 또는 그밖에 다른 과정에 의해서 제거되거나 생성 되지 않는다. ➃ 이 연구의 정점 S1 - S2는 Bay1을, 정점 S3 - S5는 Bay2를, 정점 S6 - S8은 Bay3을 대표하고, 정점 S9 - S11 은 만외를 대표한다. 또한 정점 F1 - F5는 각 방조제의 배출 수를 대표한다.

2.4.2.물수지와 염분수지

아산만의 물수지가 정상상태라고 가정하면, 각각의 박스 로 유․출입되는 물량은 같아야 하므로 다음과 같은 식으로 표현된다.

여기에서 T는 방조제 배출량, E는 만 내 증발량, P는 만으 로 직접 떨어지는 강수량, G는 지하수 유입량, R은 잔차 유 동량을 의미한다. 그리고 Q_{1, 2, 3}은 Bay1, Bay2, Bay3에서 이 동하는 물량을 의미한다. 방조제 배출량 자료 중 아산호, 삽 교호, 남양호, 석문호는 기존 문헌 자료를 이용하였고(PROOF, 2010), 화성호의 배출량은 아산호의 집수면적과 화성호의 집 수면적을 비교하여 산정하였다. 증발량은 현장에서 직접 측정 된 자료가 없어 인천기상대 자료(KMA; http://www.kma.go.kr) 를 사용하였고, 강수량자료는 아산만에서 가장 가까운 강청 관측소 자료(WAMIS; http://www.wamis.go.kr)를 사용하였다. 지하수 유입량은 실측된 자료는 없으나, 아산만에서 Ra 방 사능비를 분석할 결과 지하수의 영향을 받고 있는 것으로 보고된 바 있어(KORDI, 2009) 기존의 연구 자료를 인용하였 다. 우리나라의 여자만, 마산만, 가막만에서 지하수 유입량 을 연구한 결과들은 하천의 유량이 적으면 상대적으로 하천 의 유량에 비하여 지하수 유입량의 비율이 커지는 경향을 보였다(Hwang et al., 2005; Lee et al., 2009; Hwang et al., 2010) (Table 1). 따라서 아산만의 방조제 배출량과 유사한 범위를 보이는 마산만의 연구 자료를 인용하였다. 아산만의 지하수 유입량은 마산만의 하천을 통한 유동량과 지하수를 통한 유 동량의 비율을 적용하여 산정하였다. Bay1과 Bay2의 지하수 유입량은 마산만의 안쪽 자료를 인용하여 방조제 배출량에 2.08을 곱하여 산정했고, Bay3의 지하수 유입량은 마산만의 외만 자료를 인용하여 방조제 배출량에 11.50을 곱하여 산정 하였다. 마지막으로 잔차 유동량은 유입량과 유출량의 차이 로 계산하였다.

각각의 박스에서 담수의 체류시간(t)은 박스 내 염분(S_in), 박스 바깥쪽 염분(S_out), 박스 체적(V)을 이용하여 산정한 담 수의 존재량(V_f)을 잔차 유동량으로 나누어 다음과 같이 표 현된다.

염분의 이동량은 산정된 물량에 각 시스템의 염분농도를 곱하여 계산하였다. 또한 염분의 이동은 조석에 의한 해수의 교환에 의해서도 이루어지므로 식(5) - (7)을 이용하여 Bay1, Bay2, Bay3에서 해수 교환량(Q_M)을 산정하였다.

여기에서 S_{1, 2, 3}은 Bay1, Bay2, Bay3에서 염분 농도를 의미 하고, SO는 외해역의 염분농도를 의미한다.

2.4.3.NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P 수지

아산만의 Bay1, Bay2, Bay3에서 영양염 수지는 완성된 물 수지를 바탕으로 각 시스템에서 유․출입되는 물량에 영양염 농도를 곱하여 산정하였다. 지하수를 통한 영양염의 이동량 은 물의 이동량과 마찬가지로 기존의 연구결과들을 인용하 여 적용하였다(Table 1). 지하수를 통한 NH₄-N의 유입량은 방 조제 배출수를 통해 유입되는 NH₄-N의 이동량에 Bay1과 Bay2는 0.91을 Bay3은 5.18을 곱하여 산정하였다. 이와 마찬 가지로 PO₄-P는 Bay1과 Bay2는 0.42를 Bay3은 1.32를 곱하여 산정하였다. 저층 퇴적물 내 환원환경에서는 DIN의 대부분 이 NH₄-N으로 존재하기 때문에 지하수를 통한 NO₃-N의 이 동량은 없는 것으로 가정하였다(Swarzenski et al., 2007).

여기에서 C_{1, 2, 3}은 Bay1, Bay2, Bay3에서 영양염 농도를 의 미하고, C_O는 외해역의 영양염 농도를 의미한다. ΔC는 각각 의 Bay1, Bay2, Bay3에서 생지화학적 과정을 거쳐 생성되거 나 제거되는 양을 의미하는 순유동량으로, 음의 값이면 제 거를, 양의 값이면 생성을 의미한다.

3.결 과

3.1.물질수지

3.1.1.물수지와 염분수지

아산만의 물수지와 염분수지는 Fig. 2에 정리하였다. 아산 만으로 유입되는 방조제 배출수는 공간적으로 아산호와 삽 교호가 위치한 Bay1에서 가장 많고, 시기적으로는 여름철인 7월에 가장 많은 배출량을 보였다. 대기로 유·출입되는 강수 량은 7월이 가장 많고, 증발량은 4월과 12월이 많은 것으로 나타났다. 잔차 유동량은 방조제 배출량이 높은 7월에 가장 높게 나타났으며, 해수 교환량도 7월에 가장 높게 나타났다. 지하수 유입량을 아산만 전체 면적으로 나누면 5.4(4월) - 53.6(7월) m³/m²·year의 범위로 여자만의 87 m³/m²·year(Hwang et al., 2005), 마산만의 24 m³/m²·year(Lee et al., 2009), 가막만의 35 m³/m²·year(Hwang et al., 2010), Florida mid-bay의 7.0 m³/m²/year (Corbett et al., 1999), Point Judith(Rhode Island)의 5.6 m³/m²/year (Scott and Moran, 2001) 등 여러 지역들에서 보고된 범위 안 에 포함된다. 아산만으로 유출입되는 각 시스템의 물 유동 량은 해수 교환량이 가장 크게 나타났으며, 담수의 평균 체 류시간은 4월에 4.8일, 7월에 2.0일, 12월에 4.8일로 산정되 었다.

아산만에서 증발과 강수, 방조제 배출수, 지하수 유입에 의한 염분의 총량 변화는 없는 것으로 간주하였으며, 염분 수지는 잔차 유동량을 통해 각 박스 밖으로 유출되는 양과 해수 교환에 의해 박스 안팎으로 유·출입되는 양으로 산정 하였다. 염분은 보존적인 물질이기 때문에 각 박스에서 잔 차 유동량에 의해 이동되는 양과 해수 교환에 의해 이동되 는 양은 동일하게 나타나고 있으며, 잔차 유동량과 해수 교 환량이 가장 많은 7월에 염분의 유동량이 가장 높게 나타났 다.

3.1.2.영양염 수지

아산만의 영양염 수지는 Fig. 2-5에 정리하였다. 또한 각 박스에서 영양염의 평균에 대한 95 % 신뢰구간의 상한 값과 하한 값을 물질수지 식(8, 9, 10)에 적용하여 각 박스에서 영 양염의 순유동량(ΔNH₄-N, ΔNO₃-N, ΔPO₄-P) 범위를 제시하 였다(Table 2).

NH₄-N의 순유동량은 4월에는 Bay1에서는 제거되고 Bay2 와 Bay3에서는 생성됨을 보였다. 7월에는 모든 구역에서 생 성되는 것으로 나타났으며, 12월에는 Bay1에서는 생성되고 Bay2와 Bay3에서는 제거됨을 보였다(Fig. 3). Bay1에서 Bay3 까지 평균적으로 4월에는 0.18 g/m²·day, 7월에 0.82 g/m²·day, 12월에 0.00 g/m²·day를 보였다.

NO₃-N의 순유동량은 4월에 Bay1에서는 제거되고 Bay2와 Bay3에서는 생성됨을 보였다. 7월에는 Bay1과 Bay3에서는 생성되고, Bay2에서는 제거됨을 보였다. 12월에는 모든 구 역에서 생성됨을 보였다(Fig. 4). Bay1에서 Bay3까지 평균 적으로 4월에는 -0.17 g/m²·day, 7월에 0.53 g/m²·day, 12월에 0.02 g/m2·day를 보였다.

PO₄-P의 순유동량은 4월에 Bay1에서는 제거되고 Bay2와 Bay3에서는 생성됨을 보였다. 7월에는 Bay1과 Bay2에서는 생성되고, Bay3에서는 제거됨을 보였다. 12월에는 모든 구 역에서 생성됨을 보였다(Fig. 5). Bay1에서 Bay3까지 평균 적으로 4월에는 -0.05 g/m²·day, 7월에 0.06 g/m²·day, 12월에 0.00 g/m²·day를 보였다.

3.2.해양수질

전체적인 계절 변화는 여름철 홍수기(2012년 7월)에 염분 은 낮고, 대부분의 수질항목들은 높은 값을 보였으며(Table 3), 특히 7월에 아산만의 중앙해역(Bay2의 표층)에서 상대적 으로 낮은 염분과 높은 영양염이 나타났으며, 외만(Bay3의 표층)에서 높은 Chl-a의 농도를 보였다(Fig. 6-10).

3.3.방조제호수 수질

전체적인 시간과 공간에 따른 각각의 방조제 호수의 수질 은 다양하였으나(Table 4), 각 호수의 환경조건(집수면적, 저 수용량)과 나이(조성이후 시간경과)는 모든 조사 시기에 NH₄-N과 NO₃-N의 농도와 양의 상관관계를 보였다(Fig. 11-14).

4.토 론

조사 기간 동안 아산만의 계절적인 수질변화 중 특징적인 것은 Chl-a와 영양염의 농도가 주로 7월에 높게 나타났고 (Table 3), 특히 동일시기에 만의 바깥쪽인 Bay3 해역에서 상 대적으로 높은 Chl-a의 농도가 관측되었다는 점이다(Fig. 7). 이 연구에서는 이러한 원인을 이해하기 위해서 몇 가지 질 문과 가능한 해석을 시도하였다.

4.1.왜 7월 홍수기에 영양염의 농도가 높아졌나?

4.1.1.육상기원 공급원: 방조제 배출수 부하량

아산만 주변의 대형 방조제 호수의 수질변화를 보면, 영양염 마다 조사시기별로 각각 다른 특성을 보인다(Table 4). NO₃-N의 경우 화성호와 석문호는 7월에 높았고 남양호, 아산호, 삽교호 는 12월에 높았다. NH₄-N은 화성호와 석문호는 7월에 높고 남 양호, 아산호, 삽교호는 4월에 높게 나타났다. PO₄-P는 모든 호 수에서 7월에 높게 나타났다. 그러나 방조제 호수의 방류수 배 출량과 연계하여 영양염의 배출부하량을 산정해 보면 모든 호 수에서 7월에 가장 높았다(Table 5). 특히 7월은 방조제 호수의 배출부하량이 다른 계절에 비하여 수 배-수백 배 높기 때문에 단기간에 많은 양이 아산만으로 배출된다는 것을 알 수 있다.

4.1.2.육상기원 공급원: 방조제 호수의 수질 특성

아산만 주변의 각 방조제 호수의 환경조건(집수면적, 저 수용량)과 나이(조성이후 시간경과)는 본 조사 기간 동안 측 정된 NH₄-N과 NO₃-N의 농도와 양의 상관관계를 보였다 (Table 4, Fig. 11-14).

이러한 수질 현상이 기존의 문헌 자료에서도 나타나는지 알아보기 위해 각 방조제 호수의 수질 자료를 수집하여 본 연구와 동일한 방법으로 비교하였다. 과거의 수질 자료를 정리해 보면, NH₄-N과 NO₃-N의 농도는 거의 모든 방조제 호 수에서 여름철 홍수기에 높고, 용존산소는 갈수기에 높게 나타났으며, pH, Chl-a, PO₄-P는 호수마다 다양하게 나타났다 (Table 6). 각 방조제의 환경조건(집수면적, 저수용량)과 나 이(조성이후 시간경과)는 홍수기와 갈수기 동안 예외 없이 NH₄-N과 NO₃-N과 양의 상관관계를 보였다(Fig. 15-18). 이 결 과는 본 조사를 통해 얻은 방조제의 나이와 환경조건과도 같은 경향성을 보이고 있어, 이러한 현상이 본 조사 기간 동 안에 얻은 일회성 현상이 아니라 대형 방조제 호수가 조성된 이후 시간 경과에 의한 일관된 현상이라고 판단된다.

4.2.왜 아산만의 중앙해역에서 높은 농도의 영양염이 관측 되었나?

첫 번째 의문에서 영양염은 여름철 홍수기인 7월에 방조 제 호수에서 단기간 집중되어 아산만으로 대량 배출된다는 사실이 확인되었다. 또한 이들 방조제 호수의 영양염 배출부 하량을 보면 내만에 위치한 아산호와 삽교호가 다른 방조제 호수들에 비하여 최소 5배에서 최대 40배 정도로 높기 때문 에 아산만에서 영양염의 공간적인 분포는 내만에서 가장 높 고 외해쪽으로 가면서 점차 낮아지는 경향을 보일 것이다. 아산만에서 이러한 영양염의 공간적인 분포는 7월을 제외한 나머지 조사시기에 잘 나타나고 있다. 그러나 7월의 경우, 영 양염의 농도는 만의 중앙에서 상대적으로 높은 농도를 보였 고 Chl-a의 농도는 외만에서 높은 농도를 보였다(Fig. 7-10). 물질수지 분석 결과에서는 7월에 만의 중앙(Bay2)에서 NH₄-N 과 PO₄-P가 생성됨을 보였고, NO₃-N은 제거됨을 보였다. 이 러한 물질수지 결과는 NO₃-N은 만의 중앙에서 탈질산화 등 과 같은 과정을 거쳐 소모되는 양이 자체 공급보다 더 큼을 의미하며, NH₄-N과 PO₄-P의 경우에는 만의 중앙에서 퇴적물 용출 등에 의해 공급되거나 물질수지에서 고려되지 못한 다 른 외부 공급이 있음을 암시한다. 따라서 7월에 아산만에서 Chl-a와 영양염의 공간적인 분포는 만내에 위치한 아산호와 삽교호 방조제의 배출수 이외에 다른 해석이 필요하다.

아산만은 동서방향으로 약 40 km에 달하는 긴 만이고, 내 만은 상대적으로 좁고 외해쪽으로 가면서 넓어지는 형태이 며, 규모가 가장 큰 대형 방조제(아산호, 삽교호)가 동측인 내만에 위치하고 있어 이곳에서 영양염의 배출부하량이 가 장 크다(Table 5). 그러나 본 연구에서 관측된 Bay2(중앙해역) 에서 7월에 발견된 매우 낮은 염분 분포(Fig. 6)는 육상에서 대량의 담수가 공급된다는 것을 강력하게 시사한다. 이와 동시에 높은 영양염(Fig. 8-10) 농도까지 출현하고 있다. 본 조사 결과 중 아산만의 중앙해역에서 염분을 감소시키고 영 양염을 증가시킬 수 있는 가장 유력한 호보는 남양호의 배 출수를 고려해 볼 수 있다.

아산만의 북측 해안에는 화성호와 남양호가 위치하고 있 는데 이 두 방조제 호수는 집수면적이 서로 유사하기 때문 에 영양염의 농도나 부하량도 서로 비슷할 것으로 예상되지 만 남양호의 배출부하량이 화성호 보다 크다(Table 5). 화성 호는 남양호보다 더 늦게 조성되었고, 더구나 갑문이 열린 상태에서 해수가 교환되고 있기 때문에 수질이 양호한 상태 로 유지된 반면, 남양호는 조성 이후 갑문이 닫힌 상태로 유 지되어 수질이 빨리 악화되었을 것으로 추측된다. 여기에 더하여 남양호는 아산만의 폭이 좁은 구간으로 담수를 배출 하기 때문에 상대적으로 담수의 영향을 가중 시킬 수 있는 지리적인 위치에 있다. 따라서 상대적으로 적은 양의 담수 가 배출되더라도 일시적으로 중앙해역의 염분을 감소시킬 수 있을 것으로 보인다. 그러나 남양호의 영양염 배출부하량 은 아산호와 삽교호를 합친 배출부하량의 4.3 - 11.7 %에 불과 하므로 남양호의 배출수만으로 여름철 아산만 수질의 공간 분포를 해석하는 것은 무리가 있다.

아산만의 중앙해역에서 염분의 감소와 영양염의 증가를 유발시킬 수 있는 다른 공급원으로는 남양호의 남측에 있는 포승하수처리장(시설용량 40,000 m³/일)과 연결된 배수로의 유출수를 고려해 볼 수 있다. 이 배수로는 아산국가산업단 지 경기포승지구의 중앙을 가로질러 배후에 있는 농경지까 지 연결되어 있어서 도심 산단 및 농경지의 비점오염물질이 유입될 수 있는 구조로 되어 있으며, 특히 하수처리장의 배 출구와 연결되어 있기 때문에 집중 강우시 하수처리용량을 초과한 미처리된 하수가 배수로로 배출될 경우 고농도의 영 양염을 포함하는 하수가 아산만으로 유입될 가능성이 있다. 또한 하수관거의 불량으로 인해 도시하수가 누수되어 기인 되었을 가능성도 배제할 수 없다.

또 다른 발생원으로는 만의 저층 퇴적물로부터 용출을 고 려해 볼 수 있으나, 본 조사에서 관측된 이 해역의 저층수는 표층수보다 오히려 영양염의 농도가 더 낮게 관측되었으며, 저층에서 빈산소상태가 발생했을 것이라는 증거도 없다. 따 라서 강력한 조석으로 인한 해수유동 현상까지 고려하면, 퇴적물 저층의 용출현상은 가능성이 매우 낮다. 그러므로 영양염이 해저 퇴적물에서 용출되었다고 판단하기 보다는 높은 농도의 영양염을 함유한 담수가 해수 표층을 통해 아 산만의 중앙해역으로 유입되었을 가능성이 높다.

4.3.왜 방조제의 나이와 영양염 농도는 상관관계를 가지는가?

본 조사의 모든 기간 동안 NH₄-N과 NO₃-N 농도는 각 방조 제 호수의 집수면적, 저수용량 및 나이(조성이후 시간경과)와 양의 상관관계를 보였다(Fig. 11-14). 또한 문헌 자료도 동일한 경향을 보였다. 이러한 경향을 정리하면, 방조제의 규모가 크 고, 나이가 오래되면 방조제 호수의 수질이 악화되고, 특히 저층에 퇴적된 유기물이 축적되어 저층수의 NH₄-N과 다른 영 양염 농도가 증가한다는 보편적인 경향을 알 수 있다. 우리나 라에 건설된 200여개에 달하는 방조제 호수는 건설이후 담수 호수의 수질이 악화되고 있다는 것은 기존 자료에서 확인할 수 있다(Table 7). 방조제 건설 이후 여름철 성층현상으로 인 한 저층의 빈산소층(hypoxia) 출현과 영양염(NH₄-N, PO₄-P 등) 의 용출현상은 시화방조제 (Han et al., 1997; Park et al., 1997; Jang et al., 2011)와 새만금방조제(Kim, 2014; Jeong and Yang, 2015)에서 보고되었고, 최근에는 실내 실험을 통해 NH₄-N의 저층 용출 현상을 확인하였다(Ki, 2011). 특히 Yang(2014)은 금 강하구둑 조성 이후 내측 호수에서 NH₄-N의 농도가 767 % 증 가했다고 보고하였다. PO₄-P의 경우에는 방조제 호수의 특성 과 뚜렷한 상관성을 보이지 않고 있는데, 이러한 이유는 이들 방조제 호수에서 PO₄-P가 식물플랑크톤의 제한인자로 작용하 고 있으므로 새롭게 공급된 PO₄-P가 빠르게 식물플랑크톤으 로 동화되었기 때문일 것이다.

4.4.아산만의 외만에서 7월에 높은 식물플랑크톤 출현 현상을 설명하기 위한 시나리오 작성

노후한 방조제 호수의 저층에는 시간이 경과되면서 유기 물이 축적되고, 이들 유기물의 산화과정에서 산소가 대량으 로 소모되어 결국 저층의 산소가 결핍되게 될 것이다. 특히 여름철에 수온 성층에 의해 이러한 빈산소층이 발생되면 저 층에서 영양염의 용출을 가속화시킬 것이다. 이러한 상황에 서 여름철 홍수기에 방조제 갑문의 개방과 함께 대량의 방 출수가 해양으로 유입되면 낮은 염분과 높은 영양염이 관측 될 것이다. 아산만의 가장 안쪽인 동측 해안에서 가장 규모 가 큰 아산호와 삽교호의 배출부하량은 7월에 전체 방조제 호수의 영양염 배출부하량의 71 - 88 %를 차지하고 있으나, 동일시기에 아산만의 중앙해역에서 명백하게 낮은 염분과 높은 영양염 농도의 출현은 기존 배출부하량 자료에서 표시 하고 있지 못하는 추가적인 공급원이 만의 중앙해역에 존재 한다는 것을 의미한다. 따라서 가능한 공급원으로 남양호를 고려해 볼 수 있으나, 남양호의 영양염 배출부하량이 아산 호와 삽교호 보다 8.5 - 23.5배 낮으므로 남양호의 배출수만 으로는 현실적으로 중앙해역에서 상대적으로 높은 영양염 농도의 출현을 기대하기 어렵다. 따라서 다른 추가적인 공 급원을 고려해야 한다. 여기에 가장 적합한 후보로 남양호 의 남측에 위치한 하수처리장 배출구와 연결된 배수로에 관 심을 두어야 한다. 이 배수로는 하수처리장에서 배출되는 처리수뿐만 아니라 집중 강우시 하수처리용량을 초과하여 배출되는 미처리하수나 불량한 하수관거의 누수로 인한 미 처리하수의 유입 등 주변 도시와 산단지역 및 농경지로부터 비점오염물질이 유입될 가능성이 높다. 이런 경우 본 조사 를 통해 관측된 아산만 중앙해역에서 발생하는 낮은 염분과 높은 영양염이 발생될 수 있다. 따라서 7월에 아산만에서 관 측된 영양염과 Chl-a의 공간적인 분포는 아산호와 삽교호에 서 배출된 담수가 만의 외측으로 확장되면서 남양호 및 남 양호 남측 주변 지역의 비점오염물질을 포함한 배수로의 배 출수와 혼합되어 중앙해역에서 낮은 염분과 높은 영양염을 나타냈고, 이들이 외만으로 확장되면서 식물플랑크톤의 성 장을 촉진시킨 결과로 판단된다.

5.결 론

아산만의 해양수질과 주변 방조제 호수의 담수수질에 대 한 실측자료와 물질수지 결과를 배경으로 아산만의 수질 분 포를 해석하였다. 아산만의 조사 시기 중 7월에 중앙해역에 서 영양염의 증가가 발견되었고, 염분 및 영양염의 공간적 인 분포 양상과 물질수지 결과를 바탕으로 그 원인은 대형 방조제 호수와 비점오염을 포함하는 배수로의 배출수로 추 정되었다. 5개의 방조제 호수의 배출수와 집수면적, 저수용 량 및 나이(조성 후 경과된 시간)는 NH₄-N과 NO₃-N 농도와 강한 양의 상관관계를 가지며, 동일한 경향을 과거자료에서 도 재확인할 수 있었다. 이로서 아산만의 외만에서 관측된 여름철 높은 식물플랑크톤의 발생원인은 노후한 대형 방조 제 호수(아산호, 삽교호, 남양호)와 비점오염을 포함하는 배 수로의 배출수로 설명이 가능하다.

본 연구 결과를 바탕으로 향후 대형 방조제 호수가 조성 된 지역의 해양수질에 대한 몇 가지 관리방안을 제시하고자 한다. 첫째, 최대한 많은 방조제 관련 수질 자료를 수집하는 것이 필요하다. 현재와 같이 대형 방조제 몇 곳만 관리해서 는 해양수질의 악화현상을 설명하지 못한다. 둘째, 방조제 호수의 수질자료를 공유할 필요성 있다. 방조제의 관리주체 가 단일화되어야 하고, 해양수질관리를 위한 강력한 연계시 스템이 필요하다. 이러한 이유는 국내에 조성된 200여개의 방조제별 관리주체가 다르며, 자료의 일관성을 찾기가 쉽지 않고, 책임소재 또한 불분명하여 해결방안도 찾을 수 없기 때문이다. 따라서 연안환경관리에 대한 통일성이 필요하다. 셋째, 효율적이고 현실적인 모니터링 체계가 필요하다. 자동 연속관측 또는 지역 학교 및 연구기관과 연계한 유인관측을 통하여 수온, 혼탁도, 용존산소 농도, 염분만 측정하여도 수 많은 수질문제를 쉽게 해결할 수도 있다. 다섯째, 끝으로 대 형 방조제 관리를 연안환경관리의 한 부분으로 채택하여 종 합적인 해양수질관리 시스템이 만들어져야 할 것이다.