1. 서 론

해양환경측정망은 ^「해양환경 보전 및 활용에 관한 법 률_」제18조 제1항과 ^「해양환경관리법_」제9조 제1항에 따라 구성･운영되는 해양환경 정기조사이다. 따라서 해양환경측 정망은 국가와 국민이 해양환경의 현황과 추세를 파악하고, 오염원 확인과 추적에 활용할 수 있는 기초자료로서 해양환 경정책의 수립, 이행과 평가에 전반적으로 활용되는 유일한 국가 공인 해양수질 정기조사 자료이기 때문에 신뢰성과 객 관성 확보가 무엇보다 중요하다. 예를 들어, 해양환경측정망 은 해양환경종합계획을 비롯한 환경관리해역 기본계획과 해역별 관리계획의 계획 수립 기초 조사로 활용되고 있고, 9 개 해역별 관리계획과 4개 연안오염총량관리 기본계획의 관 리목표 수립과 평가에도 이용된다.

미국의 경우, 청정수법(CWA: Clean Water Act)에 따라 주 (州)마다 손상된 수역 목록(303(d) list)을 작성하게 하고, 해당 수역에 대해 총량규제인 오염총량관리(TMDL: Total Maximum Daily Loads) 계획을 세우게 한다. 주정부는 손상된 수역을 식별할 때 연방규정(40 C.F.R. §130.7(b) (5))에 따라 “기존의, 쉽게 이용가능한 모든 정보(AERAI: all existing and readily available information)”를 활용하는데, 이는 주정부가 사용할 데이터와 정보를 선택할 수 없으며, 다른 데이터와 정보를 의도적으로 무시할 수 없음을 의미한다. 주정부는 303(d) 목 록 작성뿐만 아니라 CWA 섹션 305(b) 수질평가, CWA 섹션 319 비점오염원 프로그램에 따라 수행된 평가에서도 소위 말하는 AERAI를 활용한다. AERAI는 법적 용어는 아니지만 미국 환경정책에서 흔히 사용되는 용어로, 주정부 환경국의 심의를 통해 목표 달성 평가, 규제 기준 해당 여부 등 정책 에 활용된다.

우리나라의 경우 수질 분야 해양환경정책에 활용할 수 있 는 AERAI로 현재 해양환경측정망이 유일하므로, 해양환경 측정망의 정도관리가 더욱 중요하다고 할 수 있다. 해양환 경측정망의 조사 범위인 하구와 연안역은 조석주기에 따라 수층의 혼합과 해수 유동이 활발하므로 보다 정확한 수질측 정 결과를 얻기 위해서는 시료 채취 시 조석주기를 고려해 야 한다. 조위에 따라 해역의 수질 특성이 크게 달라진다면, 조석효과를 고려하지 않고 확보한 수질자료를 활용하여 정 책을 수립･평가하는 것이 바람직하지 않기 때문이다.

본 연구에서는 우리나라 연안수질조사 시 미치는 조석효 과를 파악하고, 개선 방향을 제언하고자 한다. 이를 위해 해 외 선행연구와 국내 여건을 분석하여 시사점과 한계점을 정 리했다. 이어 실제 국내 연안수질조사 사례를 통해 조석효 과를 알아보고자 해양환경측정망 마산만 조사자료를 분석 하여 실태를 파악하고, 개선이 필요한 문제점을 도출하였다.

2. 이론적 배경

2.1 해외 선행연구

조위에 따라 연안수질조사 결과가 달라질 수 있으므로 조사 시 조석을 고려해야 함을 연구한 해외 사례는 Table 2과 같다.

Kaplovsky(1957)는 미국 델라웨어 강 하구에서 정점별 영양 염 조사를 한 결과, 정조(간조 또는 만조) 시 동일한 조석조 건하에 시료를 채취해야 해야 정점간 차이를 줄이고, 그렇지 않을 때보다 훨씬 유효한 결과를 제공한다고 결론지었다.

캐나다 환경부장관 협의회(CCME: Canadian Council of Ministers of the Environment)의 수질지표인 CCME WQI 가이 드라인에서는 표층수 채취 시 해류, 조석, 파랑, 홍수 등을 고려할 것을 명시하고 있는데, 시계열 자료를 취득하기 위 해서는 반드시 같은 조석주기에 채수할 것을 명시했다 (CCME, 2016).

Fortune and Mauraud(2015)가 호주 다윈하버 하구 중 Jones Creek에서 조석에 따른 수질변화를 연구한 결과, 탁도, pH, DO 등 수질항목 측정값의 결과가 조석(조금과 사리, 밀물과 썰물)에 따라 차이가 크게 나타났음을 분석했고, 수질 시료 는 동일한 조석주기(소조)에 만조 전후 3시간 이내에 채취할 것을 권장했다. 또한 수질조사 결과를 해석할 때 조석이 수 질항목에 미친 영향에 대한 이해가 필요하다고 명시했다.

Cornelisen et al.(2011)는 뉴질랜드 노스랜드 지역의회(NRC: Northland Regional Council)의 연안수질자료를 분석하여 조석 이 염분, 탁도, 용존 영양염 등 수질변수에 큰 영향을 미칠 수 있음을 파악했다. 그러므로 같은 조석조건에서 시료를 채취할 것을 권장했으며, 이를 수행하기 어려울 경우에는 조석효과를 명시하여 결과 해석에 도움이 되도록 했다.

Nascimento et al.(2021)는 중조차 환경인 포르투갈 Sado 강 하구에서 대조와 소조에 따른 연안수질 변화를 측정했는데, 조석주기에 따라 수질측정값이 크게 영향을 받는 것으로 관 찰되었다. 영양염과 부유물질 등은 간조시에 높은 값을 보 이는 특성이 있으므로 오염측정을 위해 간조시 측정할 것을 권장했다.

2.2 국내 여건

해양환경측정망은 해양수산부고시인 ^「해양환경측정망 구성·운영계획_」에 따라 운영한다. 같은 고시에서 현장조사 및 시료채취에 대한 사항을 다루고 있으며, 여기서 다루지 않는 사항은 국립수산과학원 고시인 ^「해양환경공정시험기 준_」을 따른다.

^「해양환경측정망 구성·운영계획_」에서는 시료채취시기 를 정할 때, “시료채취 시 조사해역의 조석ㆍ조류, 기상상태, 강우 등에 의한 담수유입량의 변화, 시료채취 정점 및 인근 해역에서의 공사 상황 등을 사전에 고려하여 수질이 대표적 인 상태라고 판단되는 시기에 채수하는 것을 원칙”으로 할 것을 명시했으며, 가능한 한 조사월(2, 5, 8, 11월) 초순에 시 료채취할 것을 권장한다.

^「해양환경공정시험기준_」에서는 시료채취시기에 대해 조금 더 자세히 다룬다. ^「해양환경공정시험기준_」은 ^「해 양환경공정시험기준 고시_」를 통해 고시되며, 조사대상에 따라 ^「해수공정시험기준_」, ^「퇴적물공정시험기준_」, ^「해 양생물공정시험기준_」, ^「해양폐기물공정시험기준_」등으 로 세분화되며, 본 연구에서는 연구목적에 따라 ^「해수공정 시험기준_」을 살펴보았다. ^「해수공정시험기준_」에서는 하 구 및 연안역을 포함하여 해역의 수질측정값은 조석에 따라 염분, pH, 탁도, 영양염, 용존산소, 유기물 등의 변화가 크기 때문에 조석효과를 고려하여 시료채취 할 것을 명시한다. 서로 다른 조석주기에 채취한 시료에서 부유물질, 엽록소 농도 등을 비교하는 것은 무의미하다고도 적시되어 있다. 또한 이상적인 시료채취 시기로 조석중간 시기를 권장한다. 이는 정조시의 측정값은 극단적일 수 있기 때문이며, 조석 표, 인근 지역의 조석, 기존 자료 등을 활용하여 조석주기를 파악하도록 한다. 집중 감시 대상 해역의 경우, 여러 선박을 동원하여 가능한 한 동시관측을 하고, 대조기, 소조기 2차례 의 시료를 추가 취득할 것을 권장한다.

3. 분석결과 및 해석

3.1 분석 개요

조위에 따른 수질관측값 차이를 알아보기 위해 국립해양조 사원 바다누리 조위관측소 자료와 해양환경공단 해양환경측 정망 자료를 이용했다. 분석항목은 WQI(Water Quality Index) 산정에 필요한 수온, 염분, 용존산소(DO: Dissolved Oxygen), 용존무기질소(DIN: Dissolved Inorgani Nitrogen), 용존무기인 (DIP: Dissolved Inorganic Phosphorus), 엽록소-a(Chl-a: Chlorophyll a), 투명도와 ^「해양환경관리법 시행령_」제12조의 오염물질 총량규제항목인 화학적 산소요구량(COD: Chemical Oxygen Demand), 총질소(TN: Total Nitrogen), 총인(TP: Total Phosphorus) 와 해양산성화지표인 수소이온농도지수(pH: power of Hydrogen) 등 12개 물질의 표층과 저층 농도의 평균이다. 분석대상 기 간은 2014~2020년이며, 연 4회(2, 5, 8, 11월) 자료를 모두 활 용했다. 분석 및 해석 기준에 따라 월별이 아닌 계절별 구분 이 필요한 경우에는 2월을 겨울, 5월을 봄, 8월을 여름, 11월 을 가을로 대치했다. 조사팀의 일정에 따라 3월에 채수를 한 경우가 있었으며, 이는 2월 자료로 보았다. 분석대상 공간은 마산만 특별관리해역 관리구역으로 설정했다. 분석정점은 Fig. 1에서 보는 바와 같이 조위자료는 마산 조위관측소 지 점이며, 연안수질자료는 마산만 특별관리해역 관리구역 내 에 위치한 해양환경측정망 마산만1~15정점, 진해만1~2정점, 행암만1~4정점, 등 총 21개 정점이다.

마산 조위관측소 1분 단위 자료 중 해양환경측정망 조사 일자와 겹치는 86일의 자료를 추출한 뒤, 각 일자별 조석을 파악했다. 조위에 따라 고조·저조 전후 2시간을 정조시 (STAND), 나머지 구간을 조석중간(MID)으로 그룹화했다. 이 후 해양환경측정망 조사 시점(분단위)과 매칭하여 해양환경 측정망 시료 수집을 어떤 조석주기에 했는지 구분했다. 총 588회의 측정횟수 중 정조시 조사가 215회, 조석중간의 조사 가 373회였다.

정조시와 조석중간 그룹 간 수질측정값이 다른 특성을 보 이는지 알아보기 위하여 두 그룹의 평균비교 검정법인 독립 표본 t-test를 수행했다. 분석을 위해 통계 패키지 SAS^® 9.4를 이용했다.

3.2 분석 결과

이하의 표들은 바틀렛 검정을 통해 등분산 검정을 수행한 후, 각 분산 가정에 해당하는 t-test의 유의확률(p-value)을 나 타낸다. 연구자가 정한 유의수준(α)보다 유의확률이 낮을 경 우, 귀무가설을 기각할 수 있다. 유의수준은 일반적으로 5 % 또는 10 %로 설정한다. 본 연구의 귀무가설은 ‘정조시 조사 한 수질측정값과 조석중간에 조사한 수질측정값 간 특성 차 이가 없다’이다.

먼저, Table 2의 정점별 조석에 따른 측정항목별 t-test 결 과를 살펴보면, 252회의 검정 조합 중 15회, 5.9 %가 유의수 준 5 % 하에서 정조시와 조석중간 그룹 간 수질측정값의 특 성이 다르다고 할 수 있었다. 마산만1정점의 경우, pH, DIN, TN 세 항목이 조석에 따라 다른 특성을 보인다고 할 수 있 다. 이어 행암만2정점(수온, TP)과 마산만2정점(COD, Chl-a) 에서 각각 2회 귀무가설을 기각했다.

Table 2를 측정항목별로 해석할 경우, Chl-a가 4회(마산만2, 5, 6, 9정점)로 귀무가설을 기각하는 경우가 가장 많았다. 총 량규제항목인 COD, TN, TP는 각각 2회, 1회, 2회 귀무가설을 기각했다.

유의수준을 조금 더 유연하게 설정하여 10 %로 본다면, 귀무가설을 기각하는 경우는 252회의 검정 조합 중 37회, 14.6 %를 차지한다.

이어서 연도별 월별 조석에 따른 측정항목별 t-test 결과가 Table 3에 나타나 있다. 총 336회의 검정 조합 중 75회, 22.3 % 가 유의수준 5 % 하에서 정조시와 조석중간 그룹 간 수질측 정값 특성차이를 보인다고 할 수 있다.

Table 3을 측정항목별로 해석할 경우, 유의수준 5 % 하에 서 귀무가설을 기각하는 경우가 각 측정항목마다 26회의 검 정 중 최소 2회(DO)에서 최대 11회(TN, TP)로 나타났다. 귀무 가설 기각 횟수가 높은 순은 TN, TP(이상 11회), COD(이상 9 회), 염분, 부유물질(이상 7회) 등이다. 총량규제항목인 COD, TN, TP의 귀무가설 기각 경우가 많다는 점이 주목할 만하다.

유의수준을 조금 더 유연하게 설정하여 10 % 하에서 해석 한다면, 귀무가설을 기각하는 경우는 336회의 검정 조합 중 103회, 30.6 %를 차지한다.

끝으로 Table 4는 계절별 조석조건에 따른 측정항목별 t-test 결과다. 해총 48회의 검정 조합 중 12회, 25.0 %가 유의 수준 5 % 하에서 정조시와 조석중간 그룹 간 수질측정값 특 성차이를 보인다고 할 수 있다.

유의수준 5 % 하에서의 귀무가설 기각 횟수는 계절별 12 회의 측정항목별 검정 중 봄 5회, 여름 3회, 가을 1회, 겨울 3 회이다. 예를 들어 봄의 경우, pH, DO, COD, SS, 투명도 총 5 개의 측정항목이 정조시와 조석중간 그룹 간 특성차이를 보 인다고 할 수 있다.

Table 4를 측정항목별로 해석할 때 가장 많은 횟수의 귀무 가설 기각을 한 측정항목은 COD로, 사계절 중 가을을 제외 한 세 계절에서 조석조건에 따른 수질측정값 특성차이를 보 인다고 할 수 있다(유의수준 5 % 하).

3.3 해석

분석을 통해 귀무가설을 기각하는 경우가 무시할 수 없는 수준으로 나타났기 때문에, 정조시와 조석중간의 수질측정 값의 특성이 같다고 할 수 없다는 결과를 얻었다. 이에 실제 측정값 차이가 얼마나 나타나는지 알아보기 위해 Table 5에 분석에 이용한 자료 중 마산만 특별관리해역 연안오염총량 관리 관리기준점인 5개 정점(마산만1-2, 진해만1-2, 행암만1) 의 측정값을 조석주기별로 정리하였다.

관리대상 오염물질 중 하나인 COD의 경우, 조석구분 없 는 기존 평균값과 정조시 또는 조석중간의 평균값 간 최소 0.006 ㎎/L에서 최대 0.366 ㎎/L의 차이를 보였다.

COD 외 측정항목별 조석에 따른 최대 수치 차이는 수온 4.24℃, 염분 2.99, pH 0.154, DO 1.805 ㎎/L, DIN 0.102 ㎎/L, TN 0.119 ㎎/L, DIP 0.009 ㎎/L, TP 0.012 ㎎/L, SS 2.528 ㎎/L, Chl-a 4.119 ㎍/L, 투명도 0.911 m이다. 이는 평균값 간의 차이이기 때문에 실제 각 관측치는 더 큰 차이가 나타날 수 있다.

Table 6는 마산만 특별관리해역 연안오염총량관리 관리기 준점 5개 정점(마산만1-2, 진해만1-2, 행암만1)의 조석에 따른 평균을 비교한 결과이다. COD의 경우, 정조시와 조석중간 평균값 간 최대 차이는 1.089 ㎎/L이다(2018년). 전체와 정조 시 평균값 간 최대 차이는 1.033 ㎎/L(2018년), 전체와 조석중 간 평균값 간 최대 차이는 0.212 ㎎/L이다(2014년).

제3차 연안오염총량관리 수립 당시 관리목표 설정 과정에 서 COD 목표를 2.1 ㎎/L, 2.19 ㎎/L, 2.23 ㎎/L 중 어떤 농도로 정할지를 두고 마산만 특별관리해역 민관산학협의회에서 치열한 논의를 했음을 고려하면 0.366 ㎎/L의 차이는 매우 큰 차이임을 알 수 있다. 마산만 특별관리해역 연안오염총량관 리의 관리목표는 기하평균으로 산출하고, 본 연구는 산술평 균을 이용했으므로 평균결과값의 범위 차이는 있겠으나 해 양수질 관련 정책상의 목표 또는 기준이 0.01 ㎎/L 단위의 값 에 영향을 받는다는 사실은 여전하므로 보다 정확한 수질조 사 값을 제공하기 위해 측정의 정확도를 높여야 하며, 이를 위해 조석주기를 고려한 시료채취를 제안한다.

4. 결 론

해양에서 관측되는 주요 인자들은 시공간적으로 상당한 차이를 보여 장기적인 변화 양상을 살펴보기 위해서는 동일 한 조건에서 시료를 채취하는 것이 중요하다(Lee et al., 2021;Lee et al., 2023). 마산만의 경우 평균 수심은 약 15 m이고, 평 균 조차는 약 1.3 m로 현장조사 시 조석도 고려할 필요가 있 다. 본 연구에서는 해양 관측에서 중요한 고려 요소 중 하나 인 조석에 의한 자료의 영향 여부를 파악하였으며, 연안오 염총량관리 지표인 COD를 포함한 일부 인자의 경우 정조시 와 조석중간 평균 값 간에 차이를 보였다. 2014~2020년 마 산만 특별관리해역 내 해양환경측정망 조사 중 정점별로는 6.6 %, 연도별 월별로는 22.3 %가 조석주기에 따른 측정값 특 성 차이가 있다고 정리할 수 있었다.

선행연구를 통해 살펴본 결과, 같은 정조시 조석조건일 때, 특히 만조시 연안수질조사를 해야한다고 권장하는 경우 가 많았으나, 우리나라 ^「해양환경공정시험기준_」에서는 평 균적인 상황에 대한 자료 확보를 위해 조석중간에 시료채취 할 것을 권장하고 있었다. 실제 해양환경측정망 조사시기의 조석 현황을 분석한 결과, 2014~2020년 총 588회의 조사 중 215번은 정조시, 373번은 조석중간에 조사되었다.

현재 해양환경측정망 결과로 제공하는 자료에서는 조사 시간을 분단위까지 표기한다. 조사정점과 가까운 조위관측 소의 자료를 활용해 해양환경측정망 조사가 어느 조석주기 에 이루어졌는지 대략적으로 알 수 있으나 Fig. 1에서도 보 이듯이 조위관측소가 많지 않다보니 실제 해양환경측정망 조사정점과 조위차가 발생할 수 밖에 없고 이는 해양환경측 정망 조사시기의 정확한 조석조건을 알기 어렵다는 의미이 다. 당장 모든 해양환경측정망 조사시기의 조석조건을 동일 화하기 어렵기 때문에, 해양환경측정망 결과 공표시 조석조 건을 명시하는 방안도 고려할 수 있다.

해양환경측정망 운영 사업을 통해서 조사되고 있는 마산 만의 조사 정점은 진해만 일부(2개 정점)와 행암만(4개 정점) 을 포함하여 총 21개 정점이다. 마산만의 조사 해역 범위와 조사 정점수를 고려했을 때 한정된 조사 시간으로 인하여 조석을 고려하여 현장조사를 실시하는 데에는 한계가 있을 것으로 보인다. 그러나 마산만 해양환경의 장기적인 변화 양상을 파악하기 위해서는 가용한 수준에서 조석을 고려한 조사가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 최대한 조석조건을 동일시하기 위한 측면에서는 조사정점을 늘리는 것보다 조 사선박 추가와 조사인원 충원을 통해 같은 해역에서는 같은 시기에 조사하는 것이 바람직하고, 이를 매계절 매해 지속 적으로 조사하여 시계열 자료를 쌓을 수 있도록 관리할 것 을 제안한다. 이와 같은 조사방식의 변경은 도입까지 시일 이 걸리므로, 현재로서 제안할 수 있는 방안으로는 대표정 점을 지정･운영하는 것을 들 수 있다. 해역별로 해양환경 파 악에 있어 대표성을 띄거나, 연안오염총량관리 관리기준점 과 같이 이미 정책의 시행･평가에 활용되고 있는 정점을 대 표정점으로 지정하고, 다른 정점은 기타정점으로 구분하여 해역 내에서라도 대표정점은 우선 동일한 조석주기에 조사 하는 방안을 고려할 수 있다.

끝으로, 본 연구에서는 마산만 특별관리해역 내 정점들을 대상으로 연도별 표층･저층 측정값의 평균을 정조와 조석중 간 2개 그룹으로 나누어 비교했다. 후속연구에서는 분석지 역을 전국 연안으로 확대, 수질조사값을 표층과 저층 값 각 각으로 분리, 분석시기를 계절별⸱연도별, 고조･저조･조석중 간 3개 그룹으로 나누는 등 분석방법을 세분화하여 분석할 필요가 있다.