1. 서 론
화학적산소요구량(COD)은 일반적으로 해수중 유기물질을 나타내는 중요한 지표로서 수질환경 변수로 이용된다(Aoki et al., 2004;Huang et al., 2014). 대도시 주변 생활하수, 농축산 용수 및 산업폐수 등으로 대량의 유기물질은 호수와 강으로 배출되고, 이는 집중강우 후 강 하구와 같은 특정지역에서 높게 나타나며 시간이 경과함에 따라 조석간만에 의한 해류 순환으로 연안으로 확산된다(Kim and Jang, 2016).
해수중 COD는 육상의 폐기물과 식물플랑크톤의 대발생 으로 기인된 유기쇄설물에 의하여 결정된다(Baek, 2014). 수 질오염과 관련한 유기물 기원을 규명하는 연구는 하천에서 주로 수행되었으며 해양에서는 연구가 매우 미흡한 실정이 다. 국내에서는 시화호, 만 및 하구를 중심으로 한 육상오염 원 기원 COD 분포율에 관한 연구(Shin et al., 1995;Jeong et al., 2005;Hong et al., 2007;Jang et al., 2011;Jung et al., 2016)가 수행되었으며, 국외에서는 튀니지 연안 표층수의 무기 및 유기 오염원 투입과 COD 증가(Drira et al., 2016), 동중국해 창진 하구의 식물플랑크톤 기인 유기물 소비(Wang et al., 2016), 물질수지 산정연구로 양자강 유역(Shen et al., 2000), 리가만(Savchuk, 2002), 체사피크만(Boynton et al., 1995) 등 해 역 및 만을 대상으로 연구가 수행되었다.
육상에서 배출되는 오염물질의 운송에 중요한 역할을 하 는 하천은 일정한 오염원을 구성하는 반면 표층수 유출은 계절적 현상을 나타내며 주로 유역 내의 기후에 의해 영향 을 받는다(Singh et al., 2004). 우리나라 연안의 수질오염은 강 우가 집중되는 시기인 하계에 내륙의 하천으로부터 배출되 는 오염물질의 양이 많아 연안의 부영양화를 가속시키는 외 부요인이 큰 비중을 차지하고 있다(Cho et al., 1998). 부영양 화는 외부로부터 다량의 영양염이 유입됨으로 인해 식물플 랑크톤을 포함한 미생물이 번성하여 적조와 같은 생태계 파 괴 현상이 일어나기도 하고, 육상에서 유래 한 유기물은 빈 산소수괴(hypoxic zone) 형성과 유지에 중요한 역할을 할 수 있다. 투명도가 상대적으로 낮고 식물성 플랑크톤 성장에 유리한 하구해역의 표층수는 상당한 양의 영양물과 육상 유 기물을 전달하여 식물 플랑크톤을 대량 발생시키며(Guo et al., 2009), 식물플랑크톤 기인 유기물 비율이 높을수록 미생 물 산소 소비를 더욱 활성화시켜 빈산소수괴 형성을 촉진하 게 된다(Carstensen et al., 2014;Wang et al., 2016).
식물플랑크톤 기인 유기물의 일부는 호흡 및 다른 생물들 의 섭식활동에 의해 이용되거나 자기분해 등에 의해 용존성 유기물로 배출되고, 나머지는 침전되면서 퇴적층에 쌓여 퇴 적상 유기물이 된다. 이러한 내부 기인과 하천에서 유입되는 외부 기인의 퇴적상 유기물은 다시 환경변화에 의해 용존성 형태로 변환되어 수중으로 용출되고 해수중 COD 농도 결정 에 영향을 미치게 된다(Kairesalo et al., 1995;Shim et al., 2013).
큰 강을 접하고 있는 하구해역에서는 그 지역적 특성으로 인해 수질환경에 미치는 인위적 영향은 더욱 클 것이다(Kim et al., 2015). 하구는 담수와 해수가 혼합되는 완충지대로서 주기적인 양상으로 지속적으로 변화를 일으키고 있으며, 상 대적으로 외부의 영향을 쉽게 받는 해역으로 알려져 있다. 하구에서의 수질평가는 하천의 오염 부하인자와 해수유동 에 의한 변화, 저층에서의 기여도, 내부 물질대사 등 여러 요인에 의해서 지배되고 있고, 이들 지역은 계절적 특징이 뚜렷하게 나타난다. 이와 같은 오염은 유기물 오염지표 항 목인 COD 농도의 결정에도 큰 영향을 미친다.
특정 해역의 해수중 COD 농도는 하천수 유입에 의한 외 래성 COD와 해역자체 내부 생산에 의한 자생 COD의 합으 로 나타나게 되며(Straskrabova et al., 1993), 자생 COD와 외래 성 COD가 어느 정도로 기여하는 가를 파악하는 것은 수질 관리 대책을 결정하는데 중요한 관점이 될 것이다(Morioka, 1980). 다변량 통계분석은 수질을 결정하는 복잡한 영향인자 에 대한 관계를 평가 및 해석하기 위한 유용한 방법이며, 계 절성과 관련된 자연적 및 인위적 요인에 의해 야기된 시간 적 및 공간적 변동을 검증하는데 유용하다(Singh et al., 2004;Lim et al., 2015). 따라서 본 연구에서는 우리나라의 5개 주요 하구에서 얻은 3년간(2014-2016)의 조사결과를 다변량 통계 기법으로 분석하여 하구해역 수질의 공간적, 시간적 변화를 이해하고 COD 농도를 결정하는 요인을 밝히고자 하였다.
2. 재료 및 방법
본 연구는 국립수산과학원 수산시험연구 사업인 어장환 경모니터링의 일환으로 2014년에서 2016년에 결처 3년간 수 행한 조사 결과이다. 조사는 매년 해수 6회(2월, 4월, 6월, 8 월, 10월 및 12월), 퇴적물은 2회(2월과 8월) 수행하였으며, 한강하구(HE, Han River estuary) 5개, 금강 하구(GE, Geum River estuary) 4개, 영산강 하구(YE, Yeongsan River estuary) 4 개, 섬진강하구(SE, Seomjin River estuary) 4개 그리고 낙동강 하구(NE, Nakdong River estuary)의 6개 정점 등 5개 하구에서 총 23개 정점(Fig. 1)에서 얻은 결과를 이용하였다. 해수는 니 스킨 채수기를 이용하여 표층과 저층 시료를 채취하여 현장 에서 전 처리한 후 냉동 보관하였으며, 퇴적물 시료는 그랩 형 채니기을 이용하여 표층 퇴적물을 채취하여 즉시 냉동 보관하였다. 그리고 염분은 CTD(Seaberd 19 plus)를 이용하여 현장에서 수직 관측하였으며, 그 외 모든 항목은 실험실에 서 해양환경공정시험기준(MOF, 2013)에서 제시된 방법에 준 하여 분석하였다. 클로로필-a(Chl-a) 농도는 아세톤 추출법에 준하여 형광측정기로 분석하였으며, 화학적산소요구량(COD) 는 과망간산칼륨을 사용해 소모된 과망간산칼륨의 양으로 부터 유기물량을 산정하였다.
용존성무기질소(DIN)는 암모니아성질소, 아질산성질소, 질 산성질소의 합으로 산정하였으며, 암모니아성질소는 인도페 놀 청색법, 아질산성질소는 a-NED법, 질산성질소는 Cu-Cd 칼럼을 이용한 아질산성질소 환원법으로 분석하였다. 용존 무기인(DIP)은 아스코르빈산을 이용한 몰리브덴 청법으로 분석하였다.
부영양화지수(EI, Eutrophication index)는 수질을 평가하는 자료로서 식(1)으로 산정하였으며(Quan et al., 2005), EI가 1 이상이면 부영양상태로 평가된다.
조사 자료의 모든 통계처리(상관관계, 주성분분석 및 회 귀분석)는 SPSS for windows 18.0 프로그램을 이용하였으며, 추정된 상관계수(R2)와 유의수준 p-값으로 적합도를 판단하 였다.
3. 결 과
3.1 수질인자의 하구별 및 시기별 농도분포
2014~2016년에 걸친 3년간의 분석치를 평균하여 하구별 및 조사월별로 해수중 COD, 염분, 클로로필-a과 해저 퇴적층 COD의 농도분포를 Table 1에서 나타내었다. 염분은 한강하 구 20.88~31.90(29.58), 금강하구 19.16~30.64(27.42), 영산강하 구 20.45~31.64(28.10), 섬진강하구 22.11~32.97(30.37), 낙동강 하구 26.59~34.27(31.41)의 범위로 나타났으며, 해수중 COD는 한강하구 1.32~3.64(2.44) mg/L, 금강하구 2.09~4.31(2.94) mg/L, 영 산강하구 1.13~4.49(2.22) mg/L, 섬진강하구 1.11~2.43(1.59) mg/L, 낙동강하구 0.65~4.02(1.74) mg/L의 범위로 나타났다. 클로로필-a 는 한강하구 0.24~6.39(1.54) μg/L, 금강하구 0.88~7.54(3.23) μg/L, 영산강하구 2.05~85.55(19.23) μg/L, 섬진강하구 3.39~24.75(10.67) μg/L, 낙동강하구 0.77~15.79(3.57) μg/L의 범위로 나타났다. 그 리고 해저 퇴적층의 COD는 한강하구 1.00~5.02(2.05) mg/g, 금강 하구 5.80~15.59(10.38) mg/g, 영산강하구 7.92~15.62(11.31) mg/g, 섬진강하구 8.17~23.02(13.96) mg/g, 낙동강하구 7.48~15.78(12.27) mg/g의 범위로 나타났다.
염분은 금강하구와 영산강하구에서 추계인 10월에 가장 낮은 분포를 나타내었으나, 그 외 하구에서는 하계인 8월에 가장 낮은 분포를 나타내었다. 클로로필-a는 한강하구와 금 강하구에서는 춘계인 4월에 높게, 영산강하구, 섬진강하구 및 낙동강하구에서는 하계인 6월과 8월에 높게 나타났으며, 전체적으로 동계인 12월에 낮게 나타났다. 한강하구에서 전 체적으로 다른 하구에 비해 낮은 클로로필-a의 농도분포를 나타내었으며, 영산강하구와 섬진강하구에서 10 μg/L 이상으 로 높게 나타났다.
해수중 COD는 한강하구에서는 2월, 금강하구는 4월에 높 은 값을 나타내었으며, 섬진강하구, 영산강하구 및 낙동강하 구에서는 8월에 높게 나타났으며, 한강하구를 제외하고 전 체적으로 갈수기인 2월에 낮은 경향으로 나타났다. 금강하 구에서 전체적으로 2 mg/L을 초과하는 분포를 나타내었으 며, 섬진강하구에서는 전체적으로 2 mg/L 이하로 다른 하구 에 비해 낮은 분포를 나타내었다. 해저 퇴적층의 COD는 전 반적으로 연평균 10 mg/g 이상으로 나타났으나, 한강하구에 서는 2.05 mg/g로 매우 낮게 나타났다.
하구별 및 조사시기별 EI는 Fig. 2와 Table 1에서 나타내고 있다. 연평균 EI는 한강하구에서 가장 높게 나타났으며, 그 외 금강하구>영산강하구>섬진강하구>낙동강하구 순으로 낮게 나타났다. 낙동강하구와 섬진강하구에서 2~6월에 EI가 1 이하로 나타났으나 그 외는 전체적으로 1을 초과한 부영 양 상태로 나타났다. 5개 하구의 조사월별 EI는 10월에 가장 높게, 그리고 8월>12월>6월>2월>4월 순으로 낮게 나타 났다.
3.2 수질인자의 하구별 및 시기별 공간변동
2월과 8월의 하구 수질인자 농도의 공간분포를 Fig. 3~7에 서 나타내었다. 2월 한강하구에서의 염분은 30.07~31.36의 범 위로 하구입구와 연안에서의 농도 차는 크지 않았으나, 하 구입구(정점 1)에서 연안(정점 3~5)으로 갈수록 점차 높아지 는 경향으로 나타났다. 클로로필-a는 역으로 하구입구에서 가장 먼 정점인 5에서 가장 낮은 분포를 나타내었다. 해수중 COD는 하구의 북서쪽(정점 2)에서 남동쪽으로 갈수록 점차 높아졌으며, 해저 퇴적층의 COD 와는 상반되는 경향으로 나 타났다. 8월에는 염분은 20.88~30.00의 범위로 하구 입구와 연안에서의 농도차가 크게 나타났다. 농도는 하구입구에서 연안으로 갈수록 점차 낮아졌으며, 해수중 COD의 경우와는 상반되는 경향으로 나타났다. 해저 퇴적층의 COD와 클로로 필-a의 분포는 연안 쪽에서 낮게 하구로 갈수록 높아지는 경 향으로 나타났다(Fig. 3).
금강하구에서 2월 염분은 27.44~30.64의 범위로 하구입구 (정점 1)에서 연안(정점 4)으로 갈수록 점차 높아졌으며, 클 로로필-a는 하구입구와 연안 쪽에서 낮은 분포를 나타내었 다. 해수중 COD는 염분의 경우와 상반되는 농도 분포를 나 타내었으며, 해저 퇴적층의 COD는 염분의 경우와 유사한 경 향으로 나타났다. 8월 염분은 25.46~27.77의 범위로 하구 전 반적으로 저염수(30 이하) 상태를 나타내었으며, 하구입구에 서 연안 쪽으로 갈수록 점차 높아지는 분포를 나타내었다. 클로로필-a 및 해저 퇴적층의 COD는 염분의 경우와 유사한 분포를 나타내었으며, 해수중 COD는 염분의 경우와 상반되 는 경향으로 나타났다(Fig. 4).
영산강하구에서 2월 염분은 27.31~31.18의 범위로 하구의 남동쪽(정점 4)에서 북서쪽(정점 1) 연안으로 갈수록 점차 높 아지는 분포를 보였으며, 해수중 COD, 해저 퇴적층의 COD 및 클로로필-a는 염분의 경우와 상반되는 경향으로 나타났 다. 하계인 8월 염분은 27.30~30.61의 범위로 남동쪽에서 북 서쪽 연안으로 갈수록 점차 높아졌으며, 해수중 COD, 해저 퇴적층의 COD 및 클로로필-a는 하구의 북서쪽에서 남동쪽 연안으로 갈수록 점차 높아지는 분포를 나타내었다(Fig. 5).
섬진강하구에서 2월 염분은 31.91~32.97의 범위로 전체적 으로 농도 차는 크지 않았으나, 하구입구(정점 1)에서 연안 쪽(정점 4)으로 갈수록 점차 높아지는 분포를 나타내었다. 클로로필-a, 해수중 COD 및 해저 퇴적층의 COD는 염분의 경우와는 상반되는 경향으로 나타났으며, 하구입구에서 연 안 쪽으로 갈수록 점차 낮아지는 농도분포를 나타내었다. 8 월 염분은 22.11~29.41의 범위로 하구 전반적으로 저염수 상 태를 나타내었으며, 하구입구에서 연안으로 갈수록 점차 높 아지는 분포를 나타내었으며, 해저 퇴적층의 COD는 염분의 경우와 상반되는 경향으로 나타났다. 해수중 COD와 클로로 필-a는 북서쪽 입구와 연안 쪽에서 높은 분포를 나타내었으 며, 북동쪽 해역에서 낮게 나타났다(Fig. 6).
낙동강하구에서 2월 염분은 32.70~34.27의 범위로 하구의 북서쪽(정점 2와 3)에서 남동쪽(정점 4) 연안으로 갈수록 점 차 높아지는 분포를 나타내었으며, 해저 퇴적층의 COD는 염 분의 경우와 유사한 경향으로 나타났다. 해수중 COD와 클로 로필-a는 하구입구에서 높게, 연안 쪽으로 갈수록 낮아지는 분포를 나타내었다. 8월의 염분은 27.30~30.61의 범위로 하구 의 북서쪽에서 낮게, 남동쪽으로 갈수록 높아졌으며, 클로로 필-a는 하구의 서남쪽(정점 6)에서 낮게, 북동쪽(정점 1)에서 높게 나타났다. 해수중 COD는 클로로필-a의 분포와 유사하 게 나타났으나, 해저 퇴적층 COD는 염분의 경우와 유사한 경향으로 나타났다(Fig. 7).
춘계인 4월과 추계인 10월의 하구 수질인자 농도의 공간 분포를 Fig. 8~12에서 나타내었다. 한강하구에서 염분은 4월 (27.46~31.90)과 10월(26.09~30.89) 모두 하구 입구(정점 1)에서 낮게, 연안(정점 3~5)으로 갈수록 점차 높아지는 분포를 나 타내었으며, 해수중 COD와 해저 퇴적층 COD는 하구입구에 서 연안으로 갈수록 점차 낮아졌다. 클로로필-a도 4월과 10 월 모두 북서쪽(정점 2)에서 남동쪽(정점 4)인 연안으로 갈수 록 점차 낮아지는 분포를 나타내었다(Fig. 8). 금강하구에서 염분은 4월(26.51~29.48)과 10월(19.16~28.70) 모두 하구 입구 (정점 1)에서 연안(정점 4)으로 갈수록 점차 높아지는 분포 를 나타내었으며, 해수중 COD와 클로로필-a는 4월과 10월 모두 염분의 경우와 상반되는 경향으로 나타났다(Fig. 9).
영산강하구에서 염분은 4월(25.61~31.60)과 10월(20.45~28.65) 모두 하구 입구(정점 4)에서 연안(정점 1)으로 갈수록 점차 높아지는 분포를 나타내었으며, 해수중 COD와 클로로필-a는 염분과는 상반되는 분포를 나타내었다(Fig. 10). 섬진강하구 에서 염분은 4월(28.85~32.36)과 10월(25.30~30.95) 모두 하구 입구(정점 1)에서 연안(정점 4)으로 갈수록 점차 높아졌으 며, 클로로필-a의 경우와 유사한 경향으로 나타났다. 해수중 COD는 하구입구에서 높게, 하구의 북동쪽(정점 2)과 남서쪽 (정점 4)으로 갈수록 점차 낮아지는 경향으로 나타났다(Fig. 11).
낙동강하구에서 염분은 4월(26.59~32.42)에는 하구중앙(정 점 2)에서 낮게 나타났으며, 좌우 연안 쪽(정점 4와 6)으로 갈수록 높아지는 분포를 나타내었다. 해수중 COD와 클로로 필-a는 염분의 경우와 상반되는 경향으로 나타났다. 10월 (28.01~30.95)에는 하구중앙에서 남동쪽(정점 4) 연안으로 갈 수록 점차 높아지는 분포를 나타내었으며, 해수중 COD는 연 안쪽의 중앙(정점 5)에서 하구입구 중앙과 남동쪽 연안으로 갈수록 높아지는 분포를 나타내었다. 클로로필-a는 하구의 북서쪽(정점 3)과 북동쪽(정점 1)에서 연안으로 갈수록 높아 지는 분포를 나타내었다(Fig. 12).
3.3 수질인자별 단순 선형 회귀분석
2014~2016년 전조사정점에서 해수중 COD 농도에 대하여 계절별 및 하구별로 구분하여 선형 회귀분석한 결과를 Table 2와 3, 그리고 Fig. 13과 14에서 나타내었다. 회귀식은 f = y0+a×x로서 f는 종속변수로서 해수중 COD 농도, x는 독립변 수로서 각각의 수질인자(염분, 클로로필-a, 해저 퇴적층의 COD)를 나타내었으며, 회귀식을 통해 해수중 COD와 수질인 자와의 관계를 분석하였다. 상관계수(R2)의 유의수준(p)는 1% 와 5 % 이하 기준으로 하였다.
조사월별로 보면, 해수중 COD는 2월에는 염분과 해저 퇴 적층의 COD와 유의한 상관관계를 나타내었으며, 두 인자 모 두 음의 상관관계(염분; R2=0.3841, p<0.0001, 해저 퇴적층 COD; R2=0.2306, p<0.0001)를 나타내었다. 4월의 해수중 COD는 염분과 클로로필-a와 유의한 관계를 나타내었으며, 염분은 음(R2=0.1518, p=0.0013)의 상관관계, 클로로필-a와는 양(R2=0.1491, p=0.0015)의 상관관계를 나타내었다. 6월에 해 수중 COD는 염분과 유의한 음의 상관관계(R2=0.4629, p<0.0001)를 나타내었으며, 8월에는 염분, 클로로필-a 및 해저 퇴적층의 COD 등 모든 항목에서 해수중 COD와 유의성이 있는 관계를 나타내었다. 염분과 해저 퇴적층의 COD와는 약 한 음의 상관관계(염분; R2=0.0783, p=0.024, 해저 퇴적층의 COD; R2=0.0764, p=0.0258)를 나타내었으며, 클로로필-a와는 약한 양의 상관관계(R2=0.1222, p=0.0043)를 나타내었다. 10월 과 12월의 해수중 COD는 염분과 유의한 관계를 나타내었으 며, 음의 상관관계(10월; R2=0.3985, p<0.0001, 12월; R2=0.2245, p<0.0001)를 나타내었다(Table 2).
하구별로 나타난 해수중 COD는 한강하구에서는 염분과 유의한 음의 상관관계(R2=0.2088, p=0.0001)를 나타내었다. 금 강하구에서는 염분과 클로로필-a와 유의한 관계를 나타내었 으며, 염분과는 음(R2=0.2223, p<0.0001)의 상관관계, 클로로 필-a와는 양(R2=0.2477, p<0.0001)의 상관관계를 나타내었다. 영산강과 섬진강하구에서는 해수중 COD는 염분, 클로로필-a 와 유의한 관계를 나타내었으며, 염분은 음의 상관관계(YE; R2=0.2534, p<0.0001, SE; R2=0.1238, p=0.0024)를 나타내었 으며, 클로로필-a와는 약한 양의 상관관계(YE; R2=0.0849, p=0.013, SE; R2=0.1148, p=0.0036)를 나타내었다. 낙동강하구 에서는 염분과 클로로필-a와 유의한 관계를 나타내었으며, 염분은 음의 상관관계(R2=0.1977, p<0.0001)를 나타내었으며, 클로로필-a와는 강한 양의 상관관계(R2=0.4626, p<0.0001)를 나타내었다(Table 3).
각각의 정점에서 조사월별로 3년간(2014-2016년)의 결과를 평균한 자료를 이용하여 해수중 COD 농도에 대응하는 염 분, 클로로필-a 및 해저 퇴적층 COD 농도의 분산분포를 Fig. 13과 14에서 나타내었다. 해수중 COD에 대한 해저 퇴적층의 COD 농도분포를 보면, 2월과 8월 모두 유의한 관계를 나타 내었으며, 기울기(a)는 음의 방향으로 2월(a= -0.6506)이 8월 (a= -0.233)에 비해 약 3배 높게 나타났다(Fig. 13). 하구별로는 모두 유의하지 않은 것으로 나타났다.
염분에 대응하는 해수중 COD의 분산분포는 5개 하구 모 두 음의 방향으로 나타났으며(Fig. 14), 기울기에서 보인 감 소율은 섬진강하구(a= -0.0451)에서 가장 낮게 나타났으며, 낙 동강하구에서 가장 높게(a= -0.1437) 나타났다. 조사시기별로 는 8월에 가장 낮은 감소율(a= -0.0687)을 나타내었으며, 10 월>12월>4월>6월>2월의 순으로 감소하는 것으로 나타났 다(Fig. 14). 클로로필-a의 경우는 한강하구를 제외한 4개 하 구에서 양의 방향으로 증가하는 경향을 나타내었으며, 기울 기에서 보인 증가율은 섬진강하구와 영산강하구에서 낮게 (SE; a=0.01, YE; a=0.0131), 금강하구와 낙동강하구에서 높게 (GE; a=0.1337, NE; a=0.1648) 나타났다. 조사시기별로는 4월 과 8월 모두 유의한 수준으로 양의 방향으로 나타났으며, 증 가율은 8월(a=0.0191)에 비해 4월(a=0.0953)에 높게 나타났다.
4. 고 찰
하구에서 해수중 유기물(COD) 기원을 평가하기 위해 하 구로 유입되는 외래성 유기물과 식물플랑크톤 기인 유기물 및 해저 퇴적층에서 발생하는 유기물 등 자생 유기물로 구 분하여 5개의 하구해역에 미치는 영향을 알아보았다. 육상 에서 유입되는 유기오염물 량은 해수중 COD의 농도 결정에 크게 영향을 미친다. 이는 하구의 지리적 특성과 인접 환경 에 따라 차이를 나타낼 수 있으며, 담수의 유입량에 따라 유 동적으로 육지-해양간 물질 순환에 큰 역할을 할 것이다 (Humborg et al., 1997;Jeong et al., 2013). 실제로 하구의 수질 자료를 이용한 요인분석 자료를 보면, 전체적으로 하천수 유입부하요인이 40% 내외, 물질대사 인자가 20 % 미만, 그 외 해저 퇴적층으로부터 재부유에 의한 오염과 식물플랑크 톤의 일차생산으로 대표되는 생물학적 요인이 각각 10% 내 외로 결정되는 것으로 나타났다(Shin et al., 1995;Park et al., 2001;Jeong et al., 2005;Kim, 2006).
하구에서 해수중 COD의 농도를 결정하는 주요 수질인자 는 염분과 클로로필-a가 경쟁적으로 작용하며, 해저 퇴적층 의 유기물도 2차적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구에서 5개 하구 전 정점의 조사결과(N=390)를 이용하여 수질인자간 상관관계를 분석한 결과 해수중 COD는 염분(R= -0.510, p=0.000)과 해저 퇴적층의 COD(R= -0.253, p=0.005)와 는 음의 상관성을 나타내었으며, 클로로필-a과는 약한 양의 상관성(R=0.159, p=0.002)을 나타내었다. 염분은 해저 퇴적층 의 COD와도 약한 양의 상관성(R=0.172, p=0.057)을 나타내었 다. 해수중 COD와 염분 및 클로로필-a에서 나타난 강한 유 의한 상관관계는 해수의 물리적인 작용이 유기물 분포에 영 향을 줌을 알 수 있으며(Maciejewska and Pempkowiak, 2014), 해저 퇴적층의 COD와의 유의한 상관관계는 유기금속 착화 합물이나 응집·침전과 같은 화학적 과정을 거쳐, 유기물이 해수로 재 용출되는 특성을 나타낸다고 볼 수 있다.
이들 수질인자를 이용하여 주성분분석을 한 결과(Table 4), Kaiser 정규화가 있는 베리멕스로 회전된 성분행렬은 크게 2개 의 요인(factor)으로 전체 67.8%(factor 1=39.7%, factor 2=28.1%) 를 설명하는 것으로 나타났다. 요인 1은 염분을 중심으로 해 수의 COD와는 음의 상관관계, 해저 퇴적층 COD와는 양의 상관관계를 강하게 나타내었으며, 클로로필-a과는 상관성이 아주 약한 것으로 나타났다. 요인 2는 클로로필-a를 중심으 로 해수의 COD와는 양의 상관관계를 나타내었으며, 해저 퇴 적층의 COD와도 약한 양의 상관관계를 나타내었다.
하구는 육상에서 공급되는 담수와 해수가 혼합되는 곳으 로 물리-화학-생물학적 요소가 복잡하게 상호작용을 하며 연 안에서 생태계의 하위단계인 식물플랑크톤의 기초생산력은 하천으로부터 공급되는 용존성 영양염의 농도 변화와 소비 율에 직접적으로 영향을 받는다(Humborg et al., 1997;Simpson et al., 1982). 따라서 염분 농도의 증감은 해수중 COD의 농도 를 결정하는데 크게 영향을 미치지만 동시에 해저 퇴적층 COD의 농도에도 직접적으로 영향을 미친다. 또한 하천으로 부터 유입되는 영양염의 증가는 부가적으로 식물플랑크톤 의 증가에도 2차적으로 기여할 수 있기 때문에 결국 하구에 서 해수중 COD 농도의 결정에 가장 크게 영향을 미칠 수 있 는 수질인자는 염분으로 생각할 수 있다.
수질 인자들의 거동은 계절별 및 하구별로 차이를 나타낼 수 있는데, 본 연구에서는 해수중 COD의 농도에 대한 각 수 질인자들의 관계식(선형 회귀식)을 통해 분석하였다(Table 2 와 3). 조사 시기에 따른 해수중 COD의 농도변동은 전체적 으로 염분의 영향을 받는 것으로 나타났으나, 4월과 8월에는 클로로필-a의 영향도 함께 받는 것으로 나타났다. 즉 해수의 COD 농도는 전 계절에 걸쳐 담수와 해수의 혼합에 의한 보 존적 특성을 보이는 반면, 춘계인 4월과 하계인 8월에는 식 물플랑크톤의 활발한 증식이 해수중 COD의 농도를 더욱 높 아지게 하는 요인으로 생각할 수 있다.
하구에서의 방류패턴을 보면 10월-3월은 하천의 유하량이 적은 갈수기이며, 4월-6월은 유하량이 보통수준, 7월-9월은 유하량이 많은 홍수기로 구분된다. 하구해역에서 담수의 평 균 체류시간은 0.3~10.0일의 범위로 강우가 집중된 여름철에 는 1 day 내외의 짧은 체류시간을 나타낸 반면, 동계 갈수기 에 가장 긴 평균체류시간을 나타내었다(Lee and Jeon, 2009). 하계에 현저히 빨라진 담수의 체류 환경에서 유입담수와 해 수의 혼합은 활발하고 빠르게 외해역으로 확산되는 것으로 생각할 수 있으며, 그 결과 회귀식(f)의 기울기(a)는 다른 계절 에 비해 현저히 낮게(a= -0.0687, R2=0.0783) 나타난 것으로 생 각할 수 있다. 반면에 담수의 평균 체류시간이 가장 긴 동계 인 갈수기에는 염분 회귀선의 기울기는 가장 높게(a= -0.2208, R2=0.3841) 나타났다. 해저 퇴적층의 COD는 2월(a= -0.6506, R2=0.2306)이 8월(a= -0.233, R2=0.0764)에 비해 기울기가 약 3배 정도 높게 나타났으며, 이는 해저 퇴적층에서 용승하여 해 수중에 정체되는 유기물량이 많기 때문에 나타낸 결과로 생 각할 수 있다.
클로로필-a가 해수의 COD와 유의한 회귀식을 나타낸 4월 과 8월에는 식물플랑크톤의 일차생산이 왕성한 시기로서 이 러한 특성이 잘 반영된 것으로 생각할 수 있다. 기울기는 8 월에 비해 4월이 약 5배 높게 나타났으며, 클로로필-a의 농 도도 4월에 높게 나타났다. 클로로필-a의 상관계수에서도 이 러한 특성이 반영되어 높게 나타났으며, 4월과 8월에는 해수 COD의 농도를 결정하는 인자는 염분과 함께 클로로필-a가 기여함을 알 수 있으며 식물플랑크톤의 일차 생산에 의한 유기물 증가를 나타내는 것으로 볼 수 있다.
하구에서 해수중 COD의 농도분포를 조사월별로 나타난 공간적 변화는 일차적으로 하천으로부터 공급되는 담수와 해수의 물리적 혼합에 의해 조절되며, 그 결과 해수중 COD 의 농도구배는 하구에서 외해역으로 갈수록 감소하는 일정 한 공간변화를 나타내었다. 5개의 하구에서 해수중 COD는 전체적으로 염분과 클로로필-a와 유의한 회귀식을 나타내었 다. 유속이 빠른 하천의 하류에서의 유기물은 대부분 상류 에 위치한 대도시와 같은 오염원이 원인이 된다. 그러나 유 속이 느린 하천의 하구에서는 유기물 유입 보다는 해역 내 부에서 자가 생성되는 식물플랑크톤에 의한 유기물도 중요 성을 나타낸다. 이러한 경향은 하구의 지리적 특성에 따라 그 차이를 명확하게 나타내었다.
낙동강하구에서는 낙동강 하구둑의 축조로 유속이 과거 에 비해 현저하게 느려졌고, 총유기부하량도 식물플랑크톤 에 의한 자가생성 유기물이 40 % 이상으로 외부 기원유기물 과 비슷한 기여도를 나타내었다(Shin et al., 1995). 본 연구에 서도 클로로필-a와의 회귀선 기울기가 염분의 경우와 유사 하게 높은 값(a=0.1648, p<0.0001)으로 상관성(R2=0.4626) 높 게 나타나 기여도가 큰 것으로 생각할 수 있다.
한강하구는 다른 4개의 하구와는 다르게 하굿둑이 건설되 지 않아 조수의 출입이 자유로우며, 한강은 유역면적과 유 량이 우리나라에서 가장 규모가 크기 때문에 연안으로 유입 되는 유기물 부하량은 다른 하구에 비해 절대적으로 많을 것이다. 그 결과 해수중 COD의 연평균 농도 및 부영양화지 수인 EI 값도 다른 하구에 비해 높게 나타났으며, 염분이 해 수중 COD의 농도를 결정하는 주요인자로 나타났다.
금강하구에서도 한강하구의 경우와 유사하게 해수중 COD의 농도와 EI 값은 높게 나타났으나, 금강하구의 해수중 COD 량을 결정하는 수질인자는 염분과 함께 클로로필-a에 의한 기여(a=0.1337, R2=0.2477)도 높은 것으로 나타났다. 금 강하구에 유입되는 부하량은 담수의 유입에 의한 영향이 가 장 크며, 식물플랑크톤의 일차생산으로 대표되는 생물학적 요인이 유입 담수의 기여율에 비해 약 0.5배 정도인 것으로 보고되었으며(Jeong et al., 2005), 이는 본 연구와 상응하는 결 과로 얻어졌다. 그 외 영산강하구에서는 금강하구의 경우와 유사하게 염분과 클로로필-a와 유의한 관계를 나타내었으나, 염분에서 나타낸 높은 기여(a= -0.1268, R2=0.2534)로 담수 유 입이 해수 COD 농도를 결정하는 주요 요인인 것으로 생각 할 수 있다.
섬진강하구는 광양만과 접하면서 섬진강 하류일대와 광양 만이 하나의 광활한 기수구역을 형성하고 있으나, 섬진강 본 류에는 대도시가 인접하지 않아 생활하수 및 공장폐수의 영 향이 적다(Kim et al., 2008). 해수중 COD와의 관계식에서 염 분과 클로로필-a 모두 낮은 기여(염분; a= -0.0451, R2=0.1238, Chl-a; a=0.0131, R2=0.1148)를 나타내어 이들 요인의 영향이 적을 것으로 생각할 수 있으며, 이는 다른 하구에 비해 비교 적 낮게 나타난 해수중 COD의 농도와 EI의 값에서도 고려 할 수 있었다.
