팔당호 轉移帶의 藻類發生이 湖心部 수질에 미치는 영향

Abstract

국내의 대표적인 하천형 인공호인 팔당호에 흘러드는 3개 지천 중 유량과 오염부하의 비중이 가장 큰 남한강의 하류 팔당호 轉移帶는 봄철 低水期에 藻類발생으로 인하여 전이대 유입전의 상류보다 유기물오염이 현저하게 악화된다. 남한강 전이대의 내부생산에 의한 유기물 오염부하가 팔당호 湖心帶의 저수기 수질에 미치는 영향을 분석한 주요 결과는 다음과 같다. 1974년 댐 축조 이후 2005년까지 32년간의 팔당호 물 收支 분석결과, 총유입량은 연평균 555.9CMS이었으며, 남한강 312.3CMS(56.2%), 북한강 232.7CMS(41.9%), 경안천 10.9CMS(2.0%)의 비중 순이었다. 유입수가 팔당호에 체류하는 기간은 연평균 5.3일이었으며 동절기에는 15일 내외, 하절기에는 2일 내외였다. 충주댐이 축조된 1986년 이후 남한강의 저수기 河川維持水 공급량이 증가함에 따라 저수기 팔당호 유입수량 중 북한강의 비중이 상대적으로 감소돼 왔다. 2002년 이후에는 더욱 그 비중이 줄었는바 북한지역을 유역으로 하는 화천댐 유역의 강수량은 줄지 않았음에도 방류량이 예년에 비해 39%나 줄었기 때문이다. 그 결과 팔당호 유입수량 중 남한강이 차지하는 비중이 늘어나 팔당호 호심대의 수질에 미치는 저·갈수기 남한강 영향도 더 커졌다. 미 육군공병단(Army Corps of Engineering)의 수공학센타(HEC: Hydrologic Engineering Center)에서 개발한 수문해석 프로그램인 HEC-RAS(River Analysis System)모형으로 남한강의 수리를 분석한 결과와 전기전도도의 변화 양상으로 볼 때 전이대의 특성을 뚜렷이 보이는 구역은 남한강의 이포대교로부터 팔당호 합류부(북한강과 합류하기 전 상류 약 4㎞지점)까지 약 20km의 停水區間이었다. HEC-RAS로 도출한 수리계수를 적용하여 수질모델 QUALKO에서 산출한 결과 충주댐부터 이포대교까지 유속은 2005년 4～6월의 저수기(하류부 평균유량 142CMS)에 0.5m/s 내외이고 유달시간은 약 2일에 불과하나, 이포대교 이후 전이대의 유속은 0.05m/s 내외로 느려짐에 따라 체류시간은 약 4일로 늘었다. 한편 2006년 3～6월의 저수기(하류부 평균유량 176CMS)에는 전이대 유속은 0.06m/s내외이고 체류시간은 약 3일 이었다. 남한강 본류의 저수기 수온은 中層水가 방류되는 충주댐 직하류에서는 10℃ 수준으로 차가우나 팔당댐 유입부에 도달하면 20℃ 수준까지 올라갔다. 한편 식물플랑크톤의 생장에 필수적인 영양염류인 燐 성분도 전이대 유입부에서는 總燐기준으로 0.05㎎/L 내외의 富營養(Eutrophic)수준을 보이고 있다. 이와 같이 저수기 전이대에서는 물이 정체되고 수온도 올라가 있으며 인 성분도 많아 조류가 生長하기에 적절한 물리·화학적 여건이 조성된다. 그 결과 원주시를 관통하는 섬강이 합류된 이후 부영양화 상태를 보이던 엽록소(Chl.) 농도는 하류의 전이대에서는 저수기에 조류발생으로 50mg/m3 내외의 過營養(Hypertrophic) 상태였고, 발생된 조류의 광합성 영향으로 pH는 9.0 내외로 상승하는 한편 용존산소는 140% 정도의 과포화상태를 보였다. 優占種은 硅藻類의 Cyclotella로서 전체 군집에서 차지하는 우점도는 약 70%였다. 남한강 전이대에서 저수기에 발생하는 조류가 팔당호 호심대의 유기물 오염에 미치는 영향을 결정론적 수질모델(하천구간에 대한 수리모의 HEC-RAS, 수질모의 QUALKO, 호소구간에 대한 수리·수질모의 WASP5)로 모의하는 한편 이들 결정론적 모델보다 간편하게 모의할 수 있는 경험론적 수질모델을 구성하여 수질을 모의한 결과 두 방법 모두 유의한 수준으로 실측치들과 부합하는 것으로 나타났다. QUALKO 수질모델링 결과 남한강 하류부에서 조류발생이 BOD5 농도에 미치는 영향도는 외부 BOD5 부하에 비해 6～8배나 높은 것으로 나타났고 CODMn의 경우에는 5～7배나 높았다. 저수기에 발생된 조류는 전이대 유기물 오염(CODMn, BOD5)의 약 70%를 차지하고, 환경부 수질측정망 팔당댐 2지점(남양주시 조안면 능내리: 댐으로부터 약 500미터 상류, 한국수자원공사의 팔당 광역취수구 북방 80미터쯤 이격된 호심부 수역)를 기준으로 할 때 유기물 오염에도 약 50%의 영향을 주는 것으로 분석되었다. 이러한 결과로 볼 때 저수기에 달천, 섬강 등 상류하천의 높은 인 부하의 영향은 유속이 빠른 남한강 상류 流水域 구간에서는 거의 나타나지 않지만 물의 정체가 길어지는 하류의 停水域 전이대로 이어지면서 조류발생을 유발하여 수질을 악화시키는 것으로 볼 수 있다. 따라서 봄철 저수기의 팔당호 수질을 개선함에 있어서는 조류발생의 주요 제한인자인 인 부하의 감축이 관건이라 할 수 있다. 燐 단순수지모델에서 팔당호는 현재의 총인부하를 60% 감축하여야 中營養 상태로 개선될 수 있으며, 貧營養 상태로 개선하기 위해서는 인 부하를 80%정도까지 감축하여야 되는 것으로 분석되었다.; Water quality characteristics of the transitional zone (TZ) within the confluence zone of the Namhan River and the river-reservoir Paldang were investigated. Water quality and scenario analyses were performed using existing water-quality models such as QUALKO and an empirical model developed in this study to describe the effect of the TZ to the main reservoir sector. The length of the TZ of the Namhan River was about 20 km. The water flow velocity at the TZ during the low-flow seasons was about 0.05 m/s and the hydraulic residence time was about 4 days, water temperature in the low-flow season (April~June) was about 20 ℃. The phosphorous concentration was around 0.05 mg/L. The physical and chemical conditions above mentioned were favorable for algal growth. Consequently, the chlorophyll concentration in the TZ was as high as 50 mg/m3 in the low-flow season which falls in the hypertrophic level. In the same season, the pH value was about 9 and dissolved oxygen was over saturated (140 %) because of the high algal production. The dominant genus was Cyclotella, which occupied 70 % of the total community. A water-quality modeling by QUALKO showed that, during low-flow seasons, the autochthonous BOD5 load by algal growth in the TZ was estimated to be 6 to 8 times greater than the allochthonous BOD5 load. The QUALKO, WASP5 and empirical models showed that the algal growth at the TZ in the low-flow season contributed 70 % of the organic pollution at the downstream in the Namhan River and 50 % of that at the damsite of the Lake Paldang. These results meant that a phosphorus control is much more important than an external organic material management to ameliorate the water quality in the low-flow season at the transitional zone of the Namhan River and the Lake Paldang. The empirical model also predicted that 60 % and 80 % of phosphorus load should be curtailed to ameliorate the present eutrophic state to mesotrophic state and oligotrophic state respectively.