다변량통계분석을이용한수질오염총량관리단위유역별오염물질 ...koreascience.or.kr/article/JAKO201514734948407.pdf · 다변량통계분석을이용한수질오염총량관리단위유역별오염물질배출특성분석-

Journal of Korean Society on Water Environment, Vol. 31, No. 6, pp. 700-714 (November, 2015)

pISSN 2289-0971 eISSN 2289-098X http://dx.doi.org/10.15681/KSWE.2015.31.6.700

한국물환경학회지 제31권 제6호, 2015

다변량통계분석을 이용한 수질오염총량관리 단위유역별 오염물질 배출특성 분석- 한강수계를 중심으로 -

최옥연*,**․김기훈**․한인섭**,†

*국립환경과학원 물환경연구부 유역총량과

**서울시립대학교 환경공학과

A Study on the Spatial Strength and Cluster Analysis at the Unit Watershed for the Management of Total Maximum Daily Loads

Ok Youn Choi*,**․Ki Hoon Kim**․Ihn Sup Han**,†

*Watershed and Total Load Management Research Division, National Institute of Environmental Research**Department of Environmental Engineering, University of Seoul

(Received 5 November 2015, Revised 23 November 2015, Accepted 25 November 2015)

Abstract

The characteristic of the water quality and pollutant discharge was analyzed at the units watershed of the total amount

management in Han-river basin, and after classified in a similar area by multivariate statistical analysis, the main trend such as

the water quality trend and pollutant discharge characteristic were analyzed. As a result of this study, the density of the

pollutant at the unit watershed is not necessarily identified as discharge density, and the primary management watershed and

targeted substances were analyzed depending on the operating status of the environmental infrastructure in watershed and the

main pollution factor and discharge path per pollutants. As a result of cluster analysis, watersheds were classified into four

groups according to discharge characteristics. It will be used when selecting target area of primary management that is

appropriate to the characteristics of each river and establishing efficient water quality improvement plans.

Key words : Cluster analysis, Discharge load characteristics, Factor analysis, Pollution discharge, TMDLs, Unit watershed

1. Introduction1)

수질오염총량관리제는 기존의 오염물질 배출시설 농도규

제 정책의 한계를 개선하고 하천의 물관리 목적에 맞는 수

질을 조기에 달성하고자 도입된 유역관리방안으로 해당 유

역으로부터 배출되는 오염물질의 총량을 관리하여 목표수

질을 달성 또는 유지하고자 하는 제도이다.

환경부에서 광역시도 경계지점의 목표수질을 고시하고

광역시･도지사는 기본계획을 통하여 경계지점의 목표수질

을 달성할 수 있도록 단위유역별･지자체별 배출총량을 할

당하게 된다(MOE, 2014a).

오염물질의 배출량이 배출 총량을 초과하는 지역에서는

환경기초시설의 신증설 및 비점저감시설 등과 같은 배출부

하량 저감계획을 수립하여 단위유역･지자체별 부하량을 관

리하고 있다. 하지만 일부 지역은 저감계획 수립이 제한적

†To whom correspondence should be addressed.

[email protected]

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이며 부하량 저감 효과가 큰 환경기초시설의 신설 등은 설

치에 한계가 있고 오히려 새로운 유역 내 오염원으로 전락

하기도 한다. 이처럼 지역의 오염원 배출 특성을 고려하지

않은 삭감계획은 수질개선 효과가 나타나지 않을 수 있다.

따라서 효율적인 총량관리를 위해서는 우선 수계 내 오염

원 및 배출특성분석을 통한 유역 내 배출부하량 및 수질

증가에 대한 주요 요인분석이 요구된다.

기존의 연구들에서 다양한 통계분석을 이용하여 수계 내

수질특성을 분류하였다. Cho et al. (2012)은 금강유역의 유

량과 BOD 수질자료를 활용하여 하천그룹화 분석을 통해

유역을 분류하였으며 Lim (1999)은 금강유역을 대상으로

다변량 수질분석을 실시함으로서 각 수질관측 지점 간의

수질특성을 파악하고 주요 오염물질을 확인할 수 있었다.

또한 다변량 통계분석기법을 이용하여 Sohn and Park

(2012)은 가평천과 신천을 대상으로 강수량에 따른 수질변

동 특성을 분석하였으며, Lee and Kim (2011)는 한강수계

내 지류하천별 오염원과 수질현황을 가지고 군집분석을 통

해 하천을 특성별로 분류하고 분류된 그룹별로 수질오염요

인을 평가하였다.

하지만 오염원의 공간분포에 따른 특성 분석을 활용한

단위유역별 오염원의 밀도 분석은 오염원의 배출경로가 반

다변량통계분석을 이용한 수질오염총량관리 단위유역별 오염물질 배출특성 분석 - 한강수계를 중심으로 -

Journal of Korean Society on Water Environment, Vol. 31, No. 6, 2015

701

영되지 않아 분석결과 해석에 오류를 가져올 수 있으며,

하천 수질자료의 단순 비교･분석은 원인해석이 명확하지

못하므로 대안을 제시하기에는 한계가 있다.

따라서 본 연구에서는 수질오염총량관리 단위유역별 말

단 수질 측정 자료와 오염원 및 배출부하량 자료를 토대로

단위유역별 수질 및 오염물질 배출특성을 분석하고 다변량

통계 분석을 통해 유역특성이 유사한 지역을 분류하여 수

질경향 및 오염물질 배출특성 등 주요 요인을 분석하고자

한다. 연구의 결과는 향후 우선 관리지역 선정 및 부하량

저감계획 수립 시 활용할 수 있을 것이라 기대된다.

2. Materials and Methods

2.1. 연구대상 지역

한강수계는 북한강, 남한강, 경안천, 한강본류, 임진강수

계로 구성되어 있으며 전체 유역면적은 26,018 km2, 유로연

장은 481.7 km로 15개의 국가하천과 776개의 지방하천으로

이루어져 있다(MOE, 2014b).

본 연구의 조사대상지역은 한강수계의 강원도 지역을 제

외한 수질오염총량관리 1단계 기본계획의 대상지역 32개

단위유역을 대상으로 하였으며 유역면적은 8,510.5 km2, 행

정구역은 경기도, 서울특별시, 인천광역시 등 3개 광역시･

도를 포함하고 있다(Fig. 1).

하천 내 수질특성분석을 위한 대상유역은 해수유통구간

인 한강J 단위유역을 제외한 31개 단위유역 말단 수질측정

지점의 5년간 수질 측정자료를 분석하였으며, 단위유역별

오염원 및 오염부하량 분석은 한강수계 수질오염총량관리

시행계획 2013년도 이행평가 결과를 활용하였다. (Anyang-si,

2014; Anseong-si, 2014; Bucheon-si, 2014; Dongducheon-si,

2014; Gapyeong-gun, 2014; Gimpo-si, 2014; Guri-si, 2014;

Gunpo-si, 2014; Gwacheon-si, 2014; Gwangju-si, 2014;

Gwangmyeong-si, 2014; Goyang-si, 2014; Hanam-si, 2014;

Fig. 1. Streams in the han-river basin.

Icheon-si, 2014; In-cheon Metropolitan City, 2014; Namyang-

ju-si, 2014; Paju-si, 2014; Pocheon-si, 2014; Siheung-si,

2014; Seongnam-si, 2014; Seoul, 2015; Uijeongbu-si, 2014;

Uiwang-si, 2014; Yangju-si, 2014; Yangpyeong-gun, 2014;

Yeoju-si, 2014; Yeoncheon-gun, 2014; Yongin-si, 2014;).

2.2. 연구 방법

2.2.1. 오염원 및 부하량 발생･배출 특성분석

단위유역별 배출특성과 주요 오염물질을 파악하기 위하

여 단위유역별 오염원밀도, 오염원별 배출부하밀도를 분석

하고 향후 유역관리방안을 모색하기 위하여 오염원별 배출

율, 환경기초시설의 기여도 등의 오염물질 배출특성을 분석

하였다.

수계 내에서 오염원은 밀집되어 있을수록 수계에 미칠

수 있는 영향이 크다(Park et al., 2012). 오염원 밀도는 단

위면적당 오염원의 밀도(pollution source size/km2)로 수질

오염원 중 주요 오염원인 생활계, 축산계, 산업계, 토지계

와 그 밖의 기타오염원1)에 대하여 산정하였다.

단위유역별 상대적인 수치의 비교를 위하여 축산계, 토지

계의 경우 대표 축종인 ‘한우’ 발생 원단위와 ‘대지’ 발생

원단위를 기준으로 환산하여 산정하였다.

오염물질의 배출부하특성 분석을 위하여 단위유역별 배

출부하량을 해당 단위유역의 면적을 기준으로 오염원 그룹

별, 점･비점배출부하량 밀도를 산정하였다. 배출된 오염물

질의 수계영향을 종합적으로 평가하기 위해서는 유역의 유

달율 및 하천유량 등을 고려하여야 하나, 유역으로부터의

오염물질 배출부하량 특성으로 그 범위를 한정하고 분석하

였다. 따라서 유역으로 배출되는 오염물질 유달율과 하천유

량이 동일하다고 가정하고 배출부하량 밀도를 산정할 경우

배출부하밀도가 큰 지역일수록 하천 수질에 미치는 영향은

크다고 분석된다(Park et al., 2012).

또한 발생부하량 대비 배출부하량비를 분석한 오염원별

배출율, 단위유역 내 하수처리율 및 단위유역 내 점배출부

하량 중 기초시설에 따른 배출부하량의 기여도를 분석하였

다. 이와 같은 유역 내 배출특성은 향후 부하량 삭감가능

지역 및 수질개선 우선지역 선정 시 활용할 수 있을 것으

로 사료된다. 단위유역별 하수처리율의 경우 비율이 낮을수

록 향후 처리구역 확대 등을 통한 삭감가능률이 높음을 의

미하고 기초시설 배출부하기여도는 단위유역 전체 점부하

량 중에서 기초시설 배출부하량의 비율을 분석한 값으로

비율이 높을수록 삭감가능률이 높음을 의미한다.

2.2.2. 주요 하천지점 수질 특성분석

분석에 활용된 수질자료는 환경부의 국가 측정망 자료로

서 일반측정지점의 경우 월 1회, 총량지점의 경우 8일 간

격으로 36회/년 측정한 자료이다(Table 1).

수질특성 분석항목은 수온, pH, EC, DO, BOD5, CODmn,

1) 수질오염총량관리 기술지침에서 구분하는 오염원그룹 생활계,

축산계, 산업계, 토지계, 양식계, 매립계에서 본 연구에서는 주

요 오염원을 제외한 양식계, 매립계를 기타오염원으로 분류함

최옥연․김기훈․한인섭


702

Table 1. Target areas for the characteristic analysis of water quality

Main basin Unit watershed Mark

Sampling site name*

Name of TMDLs measurement pointsName of general

measurement points

The up

stream of

Han-river

South

Han-river

Hangang D hgD Hangang D (Wonju-si, Gangwon-do) Wonju

Cheongmi A chmA Cheongmi A (Yeoju-si, Gyeonggi-do) Cheongmicheon

Seomgang B sgB Seomgang B (Wonju-si, Gangwon-do) Seomgang4-1

Yanghwa A yhA Yanghwa A (Yeoju-si, Gyeonggi-do) Yanghwacheon2

Bokha A bhA Bokha A (Yeoju-si, Gyeonggi-do) Bokhacheon3

Hangang E hgE Hangang E (Yeoju-si, Gyeonggi-do) Ipobo

Heukcheon A hehA Heukcheon A (Yangpyyeong-gun, Gyeonggi-do) Heukcheon2

Paldang

Lake

Gyeongan A gaA Gyeongan A (Gwangju-si, Gyeonggi-do) Gyeongancheon3

Gyeongan B gaB Gyeongan B (Gwangju-si, Gyeonggi-do) Gyeongancheon5

North

Han-river

Bukhan C bukC Bukhan C (Chuncheon-si, Gangwon-do) Chunseongkyo

Gapyeong A gpA Gapyeong A (Gapyeong-gun, Gyeonggi-do) Gapyeongcheon3

Hongcheon A hocA Hongcheon A (Hongcheon-gun, Gangwon-do) Hongcheongaung6

Bukhan D bukD Bukhan D (Gapyeong-gun, Gyeonggi-do) Cheongpyeong, Namisum

Jojong A jojA Jojong A (Gapyeong-gun, Gyeonggi-do) Jojongcheon3

The down stream of

Han-river

Hangang F hgF Hangang F (Namyangju-si, Gyeonggi-do (Paldang bridge)) Paldang (Paldang bridge)

Wangsuk A wsA Wangsuk A (Guri-si, Gyeonggi-do) Wangsukcheon4

Hangang G hgG Hangang G (Gangdong-gu, Seoul Metroplitan city) Guui

Tancheon A tanA Tancheon A (Seongnam-si, Gyeonggi-do) Tancheon4

Junglang A JlA Junglang A (Dobong-gu, Seoul Metroplitan city) Junglangcheon2

Hangang H hgH Hangang H (Yongsan-gu, Seoul Metroplitan city) Noryangjin

Anyang A ayA Anyang A (Guro-gu, Seoul Metroplitan city) Anyangcheon4

Hangang I hgI Hangang I (Goyang-si, Gyeonggi-do) Haengju

Gulpo A gulA Gulpo A (Gyeang-gu, Incheon Metroplitan city) Gulpocheon2

Gokleung A gocA Gokleung A (paju-si, Gyeonggi-do) Gongleungcheon3

Hangang J seawater circulation section

The Imjin-river

Hantan A htA Hantan A (Cheorwon-gun, angwon-do) Hantangang1A

Yeongpyeong A ypA Yeongpyeong A (Yeoncheon-gun, Gyeonggi-do) Yeongpyeong cheon3

Shincheon A scA Shincheon A (Yeoncheon-gun, Gyeonggi-do) Shincheon3

Hantan B htB Hantan B (Yeoncheon-gun, Gyeonggi-do) Hantangang3-1

Imjin A ijA ImjinA (Yeoncheon-gun, Gyeonggi-do) Imjingang1

Imjin B ijB ImjinB (paju-si, Gyeonggi-do) Imjingang3

Moonsan A msA Moonsan A (paju-si, Gyeonggi-do) Moonsan3

※ TMDLs measurement points (measured data of 8-Day intervals) : Temperature, pH, EC, DO, BOD5, CODmn, SS, T-N, T-P, TOC

※ General measurement points (measured data of 1-month intervals) : NO3-N, NH4+-N, PO4-P, Chl-a, Total Coliform, Fecal Coliform

SS, T-N, T-P, TOC와 호소, 하천의 부영양화 유발물질인

NO3-N, NH4+-N, PO4-P와 부영양화로 인한 2차 생성물질인

Chl-a의 15개 항목을 대상으로 2009년~2013년 우기(6월~9

월)를 제외한 연중평균농도변화를 도식화하여 물리･화학적

으로 유역별 수질의 변화를 분석하였다. 또한 한강J 단위유

역 수질은 한강본류 말단 지점으로 해수에 의한 영향을 받

아 오염원에 의한 수질특성을 반영하지 못하기 때문에 분

석에서 제외하였다.

2.2.3. 자료의 통계적 분석

자료의 통계적 분석을 위하여 통계처리 프로그램인 SPSS

(ver 17.0)를 이용하여 다변량 통계분석 중에 하나인 군집

분석(cluster analysis)을 실시하고 각 군집별 요인분석을 통

해 단위유역별 주요 오염물질을 파악하였다.

군집분석(cluster analysis)이란 각 객체(대상)간의 유사성

을 측정하여 유사성이 높은 집단을 분류하고, 군집에 속한

집단과 타 집단 간의 상이성을 규명하는 통계분석방법이다.

군집분석은 어떤 가정을 검정하는 것이 아니라 단순히 자

료의 패턴을 찾는 방법으로 종류에는 크게 비계층적 군집

분석(k-평균 군집분석)과 계층적 군집분석으로 나눌 수 있

다. 본 연구에서는 개별대상 간의 거리에 의하여 가장 가

까이 있는 대상들로부터 결합해 감으로서 군집의 형성과정

을 정확하게 파악할 수 있는 계층적 군집분석을 사용하였다.

요인분석방법은 주성분 분석과 공통요인분석을 포함하며

요인분석은 정보의 손실을 최소화하면서 여러 변수들 사이

에 상관되어 있는 변수들 간의 복잡한 구조를 분석하는데

목적을 두고 있다. 수질에 영향을 미치는 요인분석 시 요

인의 추출은 각 변수간의 상관행렬을 이용하였고, 최초 요

인을 추출한 뒤 회전시키지 않는 요인 행렬로부터 몇 개의

요인을 추출하기 위하여 고유치가 최소 1.0 이상의 요인을



703

Table 2. Distribution of pollution sources of the watershed

Unit watershed

Area (km2)Population

(person)

Water use

(m3/d)

Livestock

(cattle heads)

Industrial

Waste water

(m3/d)

Fish farm

(m3)

Leachate

(m3/d)

Environment

fundamental facilities

Basin

(A)

Site

(B)Number

Capacity

(m3/d)

Han

river

upper

stream

gpA 307.0 8.9 17,164 7,275.5 10,686 145.5 4,657 - 1 1,300

hehA 313.7 16.8 27,571 8,446.3 19,371 620.2 20,150 - 20 8,188

gaA 198.4 33.8 197,701 73,945.7 18,002 4,907.3 280 98.8 12 66,480

gaB 249.1 41.8 244,879 78,422.9 14,821 5,666.4 - 0.5 9 68,810

bhA 309.5 50.4 173,961 64,201.1 72,566 60,984.9 2,026 33.0 42 50,765

sgB 138.5 7.4 5,158 1,581.8 5,699 369.3 8,995 26.7 5 998

yhA 181.3 24.1 42,828 16,777.8 74,594 1,081.1 - - 4 3,600

jojA 260.3 14.5 26,399 11,026.3 10,206 659.3 2,332 - 6 5,820

chmA 408.8 45.9 61,548 22,072.9 176,476 649.9 4,787 - 14 20,145

hocA 65.7 1.9 1,112 450.1 175 - - - 2 180

bukC 3.9 0.3 75 20.4 50 2.0 - - - -

bukD 185.7 10.7 14,129 5,699.5 11,681 433.4 393 57.4 5 13,300

hgD 1.0 0.1 8 2.2 1 - - - - -

hgE 454.5 46.6 87,594 28,142.8 45,833 989.7 16,203 53.3 33 27,702

Han

river

down

stream

hgF 758.6 58.6 202,727 60,349.9 20,608 1,637.1 455 - 40 126,590

wsA 274.1 37.4 547,107 2,849.7 9,926 9,889.2 8,174 - 9 281,865

tanA 204.0 65.7 1,413,333 15,274.6 848 17,488.8 254 47.0 4 617,500

JlA 118.7 21.2 457,486 599.7 2,066 1,722.4 - - 3 213,300

ayA 216.9 83.0 2,203,757 16,967.3 2,931 3,418.5 5,529 - 6 650,600

gocA 260.7 44.3 371,756 43,328.9 18,452 20,114.7 3,731 - 7 137,690

gulA 131.5 62.0 1,588,895 92,227.3 1,183 26,476.4 - 14.5 3 913,100

hgG 138.2 15.9 238,667 32,760.3 6,540 8,909.8 8,373 - 1 768

hgH 428.9 215.1 6,110,110 144,074.8 1,429 43,084.6 1,719 37.4 6 2,844,230

hgI 278.9 128.8 3,923,085 430,033.7 1,787 18,564.0 5,855 324.1 4 3,006,500

hgJ 359.7 87.9 1,178,688 125,650.0 27,904 11,224.4 22,385 - 10 470,446

Im jin

stream

ijA 234.4 8.7 5,723 584,261.7 16,806 175.3 2,195 - 4 2,405

ijB 523.1 32.8 34,125 110,701.6 63,311 80,144.0 28,654 - 11 125,145

htA 9.6 0.8 1,800 396,864.4 4,933 7.4 - - 1 700

htB 397.3 19.8 42,717 65,318.1 52,653 1,058.4 17,982 0.5 9 18,450

ypA 569.5 54.6 146,815 1,789,441.0 120,723 26,714.2 20,554 - 15 56,084

scA 343.2 48.0 274,177 1,053,328.4 72,294 96,126.5 7,260 1,664.3 13 182,541

msA 185.8 24.7 87,940 359,597.5 22,360 49,343.0 3,339 - 9 29,600

추출하였다. 요인을 설명할 수 있도록 단위유역별 오염원의

배출특성 등을 가지고 주요인을 알아보기 위하여 요인 축

을 회전시켰다. 요인 회전방법은 다른 요인과 상호 독립적

이며 하나의 요인에 높게 적재되는 변수의 수를 줄여서 요

인을 해석하는데 도움을 주는 varimax방식을 적용하였다

(Song, 2009).

3. Results and Discussion

3.1. 오염부하 발생 및 배출밀도

3.1.1. 단위유역별 오염원 밀도

한강수계 1단계 수질총량관리 대상지역의 전체 면적은

8,510.4 km2이고 유역면적이 가장 큰 단위유역은 한강F로

전체 대상유역의 8.9%를 차지하며, 한강D 유역은 전체 대

상유역의 1% 미만으로 최소 면적을 가진 유역으로 나타났

다. 대상유역 중 인구가 가장 많은 지역은 한강H 단위유역

으로 행정구역상 서울시 강남구, 성동구 일대, 경기도 과천

시, 구리시, 성남시, 하남시, 의정부시 일부가 포함된다. 또

한 물사용량이 가장 많은 지역은 한강I 단위유역이며, 산업

계 폐수배출량이 가장 많은 지역은 신천A 단위유역으로

행정구역상 동두천시, 파주시, 양주시, 포천시, 연천군 등이

포함되어 있으며 산업단지가 밀집한 지역에 해당된다. 축산

사육두수가 가장 많은 지역은 청미A 단위유역으로 행정구

역상 용인시, 안성시, 이천시, 여주군에 해당하며 대도시에

서 가까운 도농지역이 포함된다(Table 2).

오염원의 공간적 분포와 밀집도를 평가하기 위하여 단위

면적당 오염원의 밀도를 분석하였으며 그 결과는 Table 3

과 같다. 단위유역 면적 중 일반적으로 배출시설이 위치하

는 ‘대지’지목 면적비율이 가장 큰 지역은 한강H 단위유역

으로 50.1%를 차지하였으며, 가장 작은 지역은 가평A 단

위유역으로 2.9%의 비율을 보였다.

한강H 단위유역은 단위면적당 인구밀도 및 물사용량의



704

Table 3. The main pollutant density of the han river watershed

Unit watershed

Basin (km2) Density for Basin Density for Site

Basin

(A)

Site

(B)

B/A

(%)

Population

density

(per/km2)

Water use

(m3/d/km2)

Livestock

(cattle

heads/km2)

Industrial

Waste water

(m3/d/km2)

Population

density

(per/sitekm2)

Water use

(m3/d/site

km2)

Industrial

Waste water

(m3/d/sitekm2)

Han

river

upper

stream

gpA 307.0 8.9 2.9 55.9 23.7 34.8 0.5 1,919 813.5 16.3

hehA 313.7 16.8 5.3 87.9 26.9 61.7 2.0 1,645 504.1 37.0

gaA 198.4 33.8 17.0 996.6 372.8 90.8 24.7 5,852 2,188.7 145.2

gaB 249.1 41.8 16.8 983.1 314.9 59.5 22.7 5,863 1,877.6 135.7

bhA 309.5 50.4 16.3 562.0 207.4 234.4 197.0 3,450 1,273.2 1,209.4

sgB 138.5 7.4 5.4 37.2 11.4 41.1 2.7 693 212.4 49.6

yhA 181.3 24.1 13.3 236.3 92.6 411.5 6.0 1,776 695.8 44.8

jojA 260.3 14.5 5.6 101.4 42.4 39.2 2.5 1,822 760.8 45.5

chmA 408.8 45.9 11.2 150.5 54.0 431.7 1.6 1,340 480.5 14.1

hocA 65.7 1.9 2.9 16.9 6.8 2.7 - 593 240.0 -

bukC 3.9 0.3 6.6 19.1 5.2 12.8 0.5 290 78.9 7.7

bukD 185.7 10.7 5.7 76.1 30.7 62.9 2.3 1,325 534.4 40.6

hgD 1.0 0.1 5.0 7.6 2.1 1.0 - 152 41.9 -

hgE 454.5 46.6 10.3 192.7 61.9 100.8 2.2 1,880 603.9 21.2

Han river

down

stream

hgF 758.6 58.6 7.7 267.3 79.6 27.2 2.2 3,460 1,030.1 27.9

wsA 274.1 37.4 13.6 1,996.2 525.7 36.2 36.1 14,643 3,856.0 264.7

tanA 204.0 65.7 32.2 6,929.1 2,108.3 4.2 85.7 21,524 6,549.2 266.3

JlA 118.7 21.2 17.9 3,853.0 1,058.2 17.4 14.5 21,557 5,920.7 81.2

ayA 216.9 83.0 38.3 10,158.1 2,693.1 13.5 15.8 26,551 7,039.3 41.2

gocA 260.7 44.3 17.0 1,426.2 424.7 70.8 77.2 8,383 2,496.4 453.6

gulA 131.5 62.0 47.2 12,086.2 3,018.8 9.0 201.4 25,625 6,400.5 427.0

hgG 138.2 15.9 11.5 1,726.6 472.5 47.3 64.5 14,976 4,098.7 559.1

hgH 428.9 215.1 50.1 14,246.4 4,172.3 3.3 100.5 28,410 8,320.4 200.3

hgI 278.9 128.8 46.2 14,067.3 3,777.0 6.4 66.6 30,454 8,176.9 144.1

hgJ 359.7 87.9 24.4 3,276.8 999.7 77.6 31.2 13,415 4,092.8 127.8

Im jin

stream

ijA 234.4 8.7 3.7 24.4 12.2 71.7 0.7 658 327.6 20.2

ijB 523.1 32.8 6.3 65.2 29.2 121.0 153.2 1,039 465.0 2,439.9

htA 9.6 0.8 8.5 186.7 62.2 511.8 0.8 2,197 731.9 9.0

htB 397.3 19.8 5.0 107.5 42.7 132.5 2.7 2,153 855.1 53.3

ypA 569.5 54.6 9.6 257.8 76.1 212.0 46.9 2,690 794.0 489.5

scA 343.2 48.0 14.0 798.9 268.7 210.7 280.1 5,718 1,923.3 2,004.6

msA 185.8 24.7 13.3 473.4 176.4 120.4 265.6 3,557 1,325.2 1,996.0

밀도가 가장 높았으며, 단위면적당 축산 사육두수의 밀도가

높은 단위유역은 한탄A와 청미A 단위유역, 산업계 폐수배

출밀도가 높은 지역은 신천A와 문산A 단위유역으로 나타

났다. 생활계 인구 및 산업시설의 입지 조건이 토지계 지

목 상 ‘대지2)’에 위치하는 특성을 고려하여 대지면적당 오

염원 밀도를 비교할 경우 인구밀도가 가장 높은 단위유역

은 한강I, 물사용량의 밀도는 한강H, 산업계 폐수배출량은

임진B 단위유역의 밀도가 가장 높은 것으로 평가되었다.

3.1.2. 오염배출부하량 밀도

단위유역별 주요 오염물질의 배출부하량 밀도는 총량대

상물질인 BOD와 T-P로 나누어 분석하였으며 결과는 Table 4,

2) 수질오염총량관리기술지침 토지계 발생원단위 ‘대지’는 대지,

공장용지, 학교용지, 도로(도로사면제외), 철도용지(철도선로

및 사면제외), 주차장, 주유소용지, 창고용지, 체육용지(골프장,

스키장 제외), 유원지, 종교용지, 사적지를 포함

Table 5와 같다. 단위면적당 생활계 오염물질 배출부하량 밀

도는 BOD 0.11~65.90 kg/d/km2, T-P 0.008~9.409 kg/d/km2

의 범위를 보이며 최대 밀도와 최소 밀도간의 큰 차이를

보였다. 생활계 오염배출부하량 밀도가 높은 지역은 행정구

역상 서울시가 포함된 한강H, 한강I, 탄천A, 중랑A 단위유

역과 인천시, 부천시가 주요 행정구역에 포함되는 굴포A

단위유역으로 해당지역은 인구 및 물사용량 밀도도 높지만

100만 ton/d 이상의 환경기초시설이 위치하는 곳으로 기초

시설의 배출부하에 따른 영향이 높다. 단위면적당 축산계

BOD, T-P 배출부하량 밀도가 가장 높은 지역은 양화A 지

역으로 나타났다. 이는 축산계 배출부하량이 가장 많은 지

역은 청미A 단위유역으로 양화A 축산계 배출부하량에 2.1

배 많은 부하량을 배출하지만 양화A 유역면적이 청미A의

절반에 조금 못 미치기 때문에 축산 사육두수에 의한 오염

배출부하량 밀도는 양화A 단위유역에 집중도가 높은 것으로

분석되었다. 산업계 오염배출부하량 밀도의 범위는 BOD



705

Table 4. The rate of BOD discharge load per pollutants

Unit watershed

Pollution discharge load size

(kg/d)

Pollution discharge load density

(kg/d/km2)

Pollution discharge

load density

(kg/d/sitekm2)

Population Livestock Industrial Land use Etc. Population Livestock Industrial Land use Etc. Population Industrial

Han

river

upper

stream

gpA 181.1 580.7 0.6 771.3 8.7 0.59 1.89 0.00 2.51 0.0 20.25 0.07

hehA 152.0 840.5 17.1 1,448.8 12.9 0.48 2.68 0.05 4.62 0.0 9.07 1.02

gaA 980.6 502.4 21.1 2,967.3 0.1 4.94 2.53 0.11 14.96 0.0 29.02 0.62

gaB 455.8 1,104.1 15.2 3,605.2 0.2 1.83 4.43 0.06 14.47 0.0 10.91 0.36

bhA 1,210.8 5,251.9 242.1 4,382.9 0.6 3.91 16.97 0.78 14.16 0.0 24.01 4.80

sgB 67.1 215.7 16.1 640.7 11.1 0.48 1.56 0.12 4.63 0.1 9.02 2.16

yhA 783.0 3917.7 14.5 2,072.8 0.0 4.32 21.61 0.08 11.44 - 32.47 0.60

jojA 309.6 561.1 6.0 1,246.5 0.9 1.19 2.16 0.02 4.79 0.0 21.36 0.42

chmA 1,106.1 8,159.3 19.4 4,042.7 21.4 2.71 19.96 0.05 9.89 0.1 24.08 0.42

hocA 7.2 15.6 0.0 161.2 0.0 0.11 0.24 0.00 2.45 - 3.83 0.00

bukC 0.7 3.9 0.0 22.2 0.0 0.18 0.98 0.01 5.65 - 2.67 0.12

bukD 171.7 771.6 2.2 943.8 1.0 0.92 4.15 0.01 5.08 0.0 16.10 0.21

hgD 0.2 0.1 0.0 4.5 0.0 0.19 0.12 0.00 4.29 - 3.81 0.00

hgE 1,013.1 2,174.2 23.8 4,018.7 15.7 2.23 4.78 0.05 8.84 0.0 21.74 0.51

Han

river

down

stream

hgF 1,184.9 1,010.7 22.1 5,398.3 0.1 1.56 1.33 0.03 7.12 0.0 20.22 0.38

wsA 1,561.0 477.2 59.2 3,632.9 1.1 5.70 1.74 0.22 13.26 0.0 41.78 1.58

tanA 5,149.8 77.0 86.5 7,806.6 3.0 25.25 0.38 0.42 38.27 0.0 78.43 1.32

JlA 2,589.1 118.6 29.4 2,766.2 0.0 21.81 1.00 0.25 23.30 - 122.00 1.39

ayA 3,608.6 257.4 101.1 8,288.3 9.3 16.63 1.19 0.47 38.20 0.0 43.48 1.22

gocA 2,747.4 892.6 90.8 3,866.1 0.4 10.54 3.42 0.35 14.83 0.0 61.96 2.05

gulA 3,699.7 58.9 247.7 8,820.9 0.0 28.14 0.45 1.88 67.10 - 59.67 3.99

hgG 1,870.5 491.9 335.4 710.0 648.6 13.53 3.56 2.43 5.14 4.7 117.38 21.05

hgH 25,315.3 56.4 274.7 25,748.0 48.0 59.03 0.13 0.64 60.03 0.1 117.71 1.28

hgI 18,379.0 85.0 237.2 21,524.9 11.8 65.90 0.30 0.85 77.18 0.0 142.67 1.84

hgJ 9,505.2 1,316.8 202.3 7,908.7 6.2 26.42 3.66 0.56 21.99 0.0 108.18 2.30

Im jin

stream

ijA 58.2 781.7 1.6 745.7 7.7 0.25 3.34 0.01 3.18 0.0 6.69 0.19

ijB 640.5 2,799.7 306.7 2,874.3 133.4 1.22 5.35 0.59 5.49 0.3 19.50 9.34

htA 21.8 154.1 0.3 70.4 0.0 2.26 15.99 0.03 7.30 - 26.62 0.35

htB 372.7 2,052.3 14.5 1,838.7 76.8 0.94 5.17 0.04 4.63 0.2 18.78 0.73

ypA 2,846.8 4,665.7 153.7 5,064.1 124.5 5.00 8.19 0.27 8.89 0.2 52.17 2.82

scA 2,519.3 3,800.8 2459.6 5,183.3 2.1 7.34 11.08 7.17 15.10 0.0 52.54 51.29

msA 564.9 970.6 77.0 2,114.6 10.3 3.04 5.22 0.41 11.38 0.1 22.85 3.11

Table 5. The rate of T-P discharge load per pollutants

Unit watershed


(kg/d)


(kg/d/km2)

Pollution discharge

load density

(kg/d/sitekm2)


Han

river

upper

stream

gpA 7.99 32.14 0.05 56.87 0.45 0.026 0.105 0.000 0.185 0.001 0.893 0.005

hehA 10.59 46.48 1.04 81.61 0.67 0.034 0.148 0.003 0.260 0.002 0.632 0.062

gaA 54.48 30.43 2.48 99.64 0.00 0.275 0.153 0.012 0.502 0.000 1.612 0.073

gaB 37.95 62.55 0.88 121.04 0.02 0.152 0.251 0.004 0.486 0.000 0.909 0.021

bhA 65.98 397.15 6.50 167.95 0.02 0.213 1.283 0.021 0.543 0.000 1.308 0.129

sgB 3.54 11.63 0.21 35.24 0.58 0.026 0.084 0.002 0.254 0.004 0.476 0.028

yhA 37.94 321.45 1.70 90.28 0.00 0.209 1.773 0.009 0.498 0.000 1.573 0.070

jojA 14.37 31.85 0.78 62.93 0.05 0.055 0.122 0.003 0.242 0.000 0.991 0.054

chmA 49.70 669.01 1.55 182.97 1.11 0.122 1.636 0.004 0.448 0.003 1.082 0.034

hocA 0.80 0.71 - 12.53 0.00 0.012 0.011 0.000 0.191 0.000 0.426 0.000

bukC 0.03 0.20 0.00 1.05 0.00 0.008 0.051 0.001 0.266 0.000 0.120 0.008

bukD 8.90 38.20 0.30 47.21 0.04 0.048 0.206 0.002 0.254 0.000 0.835 0.028

hgD 0.01 0.01 - 0.27 0.00 0.009 0.006 0.000 0.255 0.000 0.171 0.000

hgE 47.35 154.70 1.24 173.27 0.82 0.104 0.340 0.003 0.381 0.002 1.016 0.027



706

Table 5. The rate of T-P discharge load per pollutants (continue)

Unit watershed


(kg/d)


(kg/d/km2)

Pollution discharge

load density

(kg/d/sitekm2)


Han

river

down

stream

hgF 60.48 61.15 1.26 238.05 0.00 0.080 0.081 0.002 0.314 0.000 1.032 0.022

wsA 104.20 31.25 4.62 164.88 0.06 0.380 0.114 0.017 0.602 0.000 2.789 0.124

tanA 421.36 4.95 8.12 365.51 0.25 2.066 0.024 0.040 1.792 0.001 6.417 0.124

JlA 87.17 7.76 1.74 89.66 0.00 0.734 0.065 0.015 0.755 0.000 4.107 0.082

ayA 149.91 15.09 5.02 262.07 0.48 0.691 0.070 0.023 1.208 0.002 1.806 0.060

gocA 153.28 58.50 3.88 144.56 0.03 0.588 0.224 0.015 0.555 0.000 3.457 0.087

gulA 550.67 4.86 38.84 734.40 0.00 4.189 0.037 0.295 5.586 0.000 8.881 0.626

hgG 35.69 19.94 5.35 50.24 0.11 0.258 0.144 0.039 0.363 0.001 2.240 0.336

hgH 3,081.36 3.85 46.02 1,845.42 2.50 7.185 0.009 0.107 4.303 0.006 14.327 0.214

hgI 2,623.96 4.46 47.99 2,101.23 2.24 9.409 0.016 0.172 7.535 0.008 20.369 0.373

hgJ 380.67 93.69 10.40 272.81 0.32 1.058 0.260 0.029 0.758 0.001 4.333 0.118

Im jin

stream

ijA 4.73 51.34 0.07 51.97 0.40 0.020 0.219 0.000 0.222 0.002 0.543 0.009

ijB 37.31 222.38 28.00 163.57 6.94 0.071 0.425 0.054 0.313 0.013 1.136 0.853

htA 0.85 11.79 0.01 3.87 0.00 0.089 1.223 0.001 0.402 0.000 1.042 0.009

htB 26.94 147.52 0.89 118.95 3.99 0.068 0.371 0.002 0.299 0.010 1.357 0.045

ypA 104.60 400.19 6.38 208.30 6.56 0.184 0.703 0.011 0.366 0.012 1.917 0.117

scA 78.59 292.18 34.85 172.57 0.11 0.229 0.851 0.102 0.503 0.000 1.639 0.727

msA 35.81 87.69 3.48 81.19 0.54 0.193 0.472 0.019 0.437 0.003 1.448 0.141

Table 6. The existing reduction of pollution discharge load

Unit watershed

Pollution discharge rate (%)Pollution discharge load density

(kg/d/km2) Sewage

treatment

rate

(%)

Ratio of Load

Contribution

for WWTP (%)BOD T-P BOD T-P

Population Livestock Industrial Population Livestock IndustrialPoint

source

Non-

point

source

Point

source

Non-

point

source

BOD T-P

Han

river

upper

stream

gpA 12.4 10.3 0.1 19.6 7.4 0.8 0.80 4.23 0.039 9.565 93.2 1.9 3.7

hehA 8.1 8.2 3.0 19.5 5.7 15.2 0.69 7.18 0.045 7.531 94.9 8.3 5.8

gaA 6.2 5.3 1.9 12.4 3.2 8.8 5.42 17.12 0.300 3.772 94.3 17.8 9.3

gaB 2.7 14.1 0.3 7.6 10.3 4.1 2.95 17.85 0.214 4.048 98.5 25.9 10.8

bhA 9.0 13.7 0.8 17.1 11.2 0.7 9.06 26.76 0.696 8.375 97.6 5.7 2.2

sgB 19.0 7.2 27.4 34.0 4.5 30.3 0.73 6.14 0.034 6.243 98.8 1.4 1.0

yhA 24.2 9.9 0.7 39.7 8.8 0.8 7.47 29.98 0.715 13.347 93.3 0.7 0.6

jojA 13.7 10.4 3.2 22.5 6.8 27.1 1.71 6.45 0.086 6.035 94.8 1.3 0.8

chmA 22.9 8.8 0.5 34.7 7.6 1.0 3.40 29.25 0.328 16.765 94.1 2.4 2.0

hocA 7.8 16.9 0.0 29.0 11.2 0.0 0.17 2.63 0.016 6.942 100.0 0.0 0.0

bukC 14.6 14.5 0.0 23.3 10.6 0.4 0.43 6.38 0.021 4.639 88.5 - -

bukD 14.8 12.5 0.2 26.8 7.7 3.7 1.32 8.86 0.069 7.680 93.3 20.1 8.5

hgD 41.7 21.0 0.0 64.3 14.3 0.0 0.23 4.38 0.010 5.156 100.0 - -

hgE 16.6 9.0 5.2 27.0 7.4 2.0 2.69 13.25 0.169 6.450 94.7 3.5 4.1

Han

river

down

stream

hgF 8.5 9.3 8.3 15.5 7.1 15.0 1.49 8.55 0.090 4.999 93.6 30.2 47.4

wsA 4.6 9.1 1.1 11.4 7.3 3.8 7.84 13.07 0.596 3.791 88.4 38.8 61.3

tanA 5.3 17.2 1.7 16.1 13.6 12.0 23.12 41.21 2.782 3.543 92.6 60.5 83.0

JlA 9.2 10.9 14.3 11.8 8.5 23.9 14.29 32.06 0.718 4.764 84.1 0.0 43.1

ayA 2.5 16.6 0.5 4.1 12.6 0.4 19.65 36.88 0.951 2.725 66.6 25.1 61.2

gocA 11.4 9.2 0.4 22.9 7.1 0.7 10.96 18.18 0.640 4.360 93.6 16.0 4.1

gulA 3.8 9.4 2.4 21.7 7.9 0.5 62.38 35.19 9.105 2.126 77.4 51.9 86.0

hgG 12.5 14.2 20.6 9.0 7.4 16.5 8.62 20.72 0.268 4.662 73.0 0.0 -

hgH 6.1 7.5 0.6 28.9 5.8 15.2 50.35 69.60 9.778 3.652 95.1 83.1 97.4

hgI 7.2 9.0 8.3 40.0 5.8 71.0 89.74 54.54 15.566 3.406 92.0 76.2 96.0

hgJ 12.2 8.9 5.0 18.2 7.5 16.2 24.95 27.70 1.096 4.139 89.8 12.1 24.0



707

Table 6. The existing reduction of pollution discharge load (continue)

Unit watershed

Pollution discharge rate (%)Pollution discharge load density

(kg/d/km2) Sewage

treatment

rate

(%)

Ratio of Load

Contribution

for WWTP (%)BOD T-P BOD T-P

Population Livestock Industrial Population Livestock IndustrialPoint

source

Non-

point

source

Point

source

Non-

point

source

BOD T-P

Im jin

stream

ijA 9.6 9.1 0.5 26.1 6.9 1.9 0.29 6.52 0.022 11.868 57.6 2.9 20.1

ijB 24.4 8.3 0.3 47.7 7.2 1.0 2.23 10.68 0.201 10.747 59.8 32.2 33.5

htA 17.3 5.9 51.8 23.6 5.0 21.2 2.29 23.30 0.089 19.106 69.3 61.5 87.5

htB 9.9 7.4 2.2 25.0 5.9 8.8 1.50 9.46 0.152 11.999 84.4 18.2 55.0

ypA 30.2 7.3 1.1 72.5 7.8 2.4 6.49 16.08 0.334 9.824 95.0 1.8 7.0

scA 12.1 10.0 2.7 13.5 8.3 2.3 14.25 26.44 0.529 8.277 92.2 20.8 23.2

msA 8.8 8.2 0.1 19.1 8.0 0.2 4.09 16.03 0.345 5.850 96.4 11.1 7.8

※ Pollution discharge rate = Pollution discharge load size (kg/d) ÷ Pollution occurrence load size (kg/d) Sewage treatment rate = Sewage treatment area (km2)

÷ Watershed Total area (km2)

※ Ratio of load contribution waste water treatment Plant (WWTP) = Pollution discharge load of Environment Fundamental (kg/d) ÷ Watershed Total Pollution

discharge load (kg/d)

0.00~7.17 kg/d/km2, T-P 0.000~0.295 kg/d/km2로 BOD의

경우 신천A 단위유역이 다른 단위유역에 비해 상대적으로

높은 것으로 분석되었으며, T-P의 경우 굴포A 단위유역의

밀도가 높았다. 이는 유역 내 입지한 업체의 폐수특성과

관련하여 신천A 단위유역은 섬유, 피혁제조 업체들이 많은

비중을 차지하여 난분해성 고분자 유기물질을 다량 함유한

폐수가 발생하므로 BOD의 배출밀도가 높으며 굴포A 단위

유역은 금속가공업체들이 주요 산업체를 이루기 때문에 T-P

의 배출밀도가 높은 것으로 사료된다(WEMS, 2014). 토지계

BOD, T-P 배출부하량 밀도가 높은 지역은 한강H, 한강I,

굴포A 유역으로 대지면적 비율이 높은 지역으로 나타났다.

3.1.3. 그 밖의 부하량 배출특성

향후 수질개선을 위하여 우선순위 선정 및 삭감계획 수

립 시 활용 가능한 배출특성으로 단위유역별 점･비점 배출

부하량 밀도, 발생부하량 대비 배출부하량을 분석한 배출율

(%), 하수처리구역비율을 분석한 하수처리율(%), 점배출부

하량 대비 기초시설의 배출량의 비율을 분석한 기초시설부

하기여율(%)은 Table 6과 같다.

오염물질 발생량이 대부분 배출되는 토지계를 제외한 생

활계, 축산계, 산업계의 배출율(%)은 배출율이 클수록 향후

처리형태의 변경 등 저감 가능한 오염물질이 많을 것으로

사료된다. 분석 결과, 생활계는 한강D 유역을 제외하고 BOD,

T-P 모두 영평A, 양화A, 임진B, 청미A의 단위유역에서 높

게 나타냈다. 축산계는 탄천A, 안양A, 홍천A, 경안B 단위유

역에서 높은 비율을 나타냈다. 산업계의 경우 BOD는 한탄

A, 섬강B, 한강G 단위유역, T-P는 한강I, 섬강B, 조종A, 중

랑A 단위유역에서 높은 값을 나타났다. 하지만 산업계 T-P

부하량 분석결과 한강I, 중랑A 유역은 산업계 폐수방류량이

처리되는 하수처리시설의 ‘13년 방류수질3)의 영향을 받은

것으로 나타났다.

3) 할당대상시설은 이행평가 기준(별표2) ‘할당시설의 배출부하량

산정 및 평가방법’에 준하여 산정 [환경부 고시 제2014-71호,

2014.4.30., 일부 개정]

하수처리율의 경우 임진A, 임진B 단위유역의 처리율이

낮고, 기초시설의 배출부하기여도는 한강H, 한강I 유역이

높았다.

3.2. 단위유역별 수질오염 특성

3.2.1. 유기오염 및 영양염류 오염특성

Fig. 2는 2007년~2013년에 우기(6월~9월)를 제외한 기간

동안 연구대상인 31개 단위유역의 지점별 최소 80개~최대

160개의 측정자료를 가지고 수질오염도를 분석하여 box형

그래프로 나타낸 결과이다. 유기오염 및 영양염류 수질항목

의 경우, 한강하류 지류 중에 대규모 환경기초시설의 방류

구가 위치한 굴포A, 탄천A, 중랑A, 안양A, 왕숙A 단위유

역의 수질오염도가 높았다. 또한 굴포A 단위유역의 DO 농도

는 3.9~6.9 mg/L로 타 단위유역의 평균 12.0 mg/L보다 현

저히 낮고, T-P 농도는 연구대상지역 평균 수질 0.12 mg/L

에 비해 약 18배 높은 수질이 나타났다. 이는 건기 시 굴

포A 단위유역 유량은 말단 측정지점으로부터 상류 약 3.5

km지점의 굴포천하수종말처리장(90만 m3/d) 방류농도에 지

배적인 영향을 받으며 한강본류 말단에 합류되는 지천으로

서 유량 정체를 나타내는 수리적 특성에 따라 나타나는 현

상이라 판단된다. 굴포A, 안양A, 왕숙A, 탄천A, 신천A 유

역말단 T-N, NH4+-N 농도가 높게 나타났다. NH4

+-N는 독

성물질이며 질소로 산화되기 위하여 산소를 고갈시키는 물

질로 미국 등 선진국은 배출허용기준 0.5~5.0 mg/L 내에서

엄격히 관리하고 있으나 우리나라는 관리기준이 없는 실정

이다(Lee and Kim, 2011).

3.2.2. 시공간적 수질오염 특성

Fig. 3은 같은 기간 동안 수온, BOD5, CODmn, T-N, T-P,

PO4-P, Chl-a 연차별 증가율을 분석한 결과로서 대부분 지

역의 수질이 개선되고 있으나 임진강 유역의 영평A, 임진

A, 임진B 단위유역의 BOD5, CODmn가 증가하는 추세를 보

였으며 굴포A 단위유역은 T-P, PO4-P, Chl-a, 수온이 매년

증가하고 있는 것으로 나타났다.



708

(a) Temperature (b) DO

(c) EC (d) TOC

(e) BOD (f) COD

Fig. 2. Water quality variations in each site, 2009-2013.

(a) Temperature, (b) DO, (c) EC, (d) TOC, (e) BOD, (f) COD, (g) T-N, (h) NH4+-N, (i) T-P, (j) PO4-P, (k)

Chl-a, (l) SS, (m) Total Coliform Viability, (n) Fecal coliform bacteria



709

(g) T-N (h) NH4+-N

(i) T-P (j) PO4-P

(k) Chl-a (l) SS

Fig. 2. Water quality variations in each site, 2009-2013. (continue)

(a) Temperature, (b) DO, (c) EC, (d) TOC, (e) BOD, (f) COD, (g) T-N, (h) NH4+-N, (i) T-P, (j) PO4-P, (k)

Chl-a, (l) SS, (m) Total Coliform Viability, (n) Fecal coliform bacteria



710

(m) Total Coliform Viability (n) Fecal coliform bacteria

Fig. 2. Water quality variations in each site, 2009-2013. (continue)

(a) Temperature, (b) DO, (c) EC, (d) TOC, (e) BOD, (f) COD, (g) T-N, (h) NH4+-N, (i) T-P, (j) PO4-P, (k) Chl-a,

(l) SS, (m) Total Coliform Viability, (n) Fecal coliform bacteria

(a) The upstream of Han-river (b) The downstream of Han-river and lmjin-river

Fig. 3. Water quality variation rate in each site, 2009-2013. (a) The upstream of Han-river, (b) The downstream of Han-river

and lmjin-river.

한강수계 지류와 본류의 수질을 비교한 결과, 지천의 평

균수질이 본류에 비해 높게 나타났다. 이는 지천 내 축산

계, 산업계 등 오염원이 집중되어 있으며 본류에 비해 하

천유량이 적어 수질이 높으며 상대적으로 본류의 주요 오

염물질은 생활계이고 밀도가 높지만 배출의 형태가 처리장

을 거쳐 유량이 높은 본류로 유입되기 때문에 지천의 수질

이 높을 것으로 판단된다.

3.3. 다변량통계분석 결과

3.3.1. 군집분석

군집분석 방법은 계층화분석법을 적용하였으며, 이상 값

의 영향을 적게 받아 특이한 객체들이 포함되어 있는 경우

의 군집화에 효과적인 중심연결법을 선택하였다. 계층적 군

집분석의 경우 자료의 편차가 크면 분석이 어려운 점이 있

어 분석의 변수로 단위유역별 하천 14개 수질항목과 배출

부하량 특성분석(BOD, T-P) 결과를 표준화 한 후에 각각

군집분석을 실시하였다. Fig. 4는 부하량 배출특성으로 군

집분석을 한 결과를 덴드로그램(dendrogram)으로 도식화한

결과이며 Fig. 5는 단위유역별 수질특성으로 군집분석을 한

결과이다.

군집의 해석은 하위수준의 군집(cluster)일수록 그 특성이

세분화 되는 것을 확인할 수 있었으며 본 연구의 목적에

따라 단위유역 군집특성이 명확하게 구분되는 5수준의 군

집을 가지고 이를 다시 군집 분석한 결과 Fig. 6의 결과를

얻을 수 있었다.

군집분석 결과 25수준에서 2개의 그룹과 10수준에서 4개

의 하위그룹(subgroup)으로 분류할 수 있었다(Fig. 6). 대부

분의 군집분석의 목적은 하위그룹에 특성을 포괄할 수 있



711

(a) BOD (b) T-P

Fig. 4. Similarity dendrogram for the unit watershed resulted for cluster analysis using pollution density data (2013).

(a) BOD, (b) T-P

Fig. 5. Similarity dendrogram for the unit watershed resulted

for cluster analysis using water quality data.

Fig. 6. Similarity dendrogram for the unit watershed resulted for

cluster analysis using complex cluster analysis resulted.



712

Table 7. The result of the factor analysis and characteristic analysis each cluster

Group I II III IV

Unit Watershed

heE, hehA, gpA, bukD,

sgB, bukC, gaB, jojA,

ijA, ijB hgG, hgF

gaA, gocA, htB, msA,

ypA, wsA, bhA, jlAhgH, hgI, gulA

ayA, tanA, hgD, hocA,

chmA, htA, yhA, scA

Eigenvalue 5 3 2 4

Cumulative

(%)91.3 100 100 98.0

Factor

1 BOD, COD, T-P

BOD (Pollution discharge

load density of land use),

T-P (Pollution discharge

load density of population),


load density of land use)


load density of Industial),


load density of Industial),

BOD, COD, TOC, NO3-N,

T-N, NH4+-N, T-P, PO4-P

T-P (Non-point source pollution

discharge load density),


load density of population)

T-P, PO4-P, Total Coliforms,

Fecal Coliforms

2


load density of population),


load density of population)

BOD (Point source pollution


BOD (Non-point source

pollution discharge

load density)


load density of Land use),


load density of Land use),

BOD (Point source pollution

discharge load density)

T-P (Non-point source pollution


Ratio of load contribution for

WWTP(BOD, T-P), SS, Chl-a

T-N, NH4+-N, EC

3BOD (Pollution discharge

load density of land use)

EC, TOC, BOD,

COD, SS, PO4-P-

BOD (load density of

Livestock),

T-P (load density of Livestock)

4T-P (Pollution discharge

load density of livestock)- -

BOD pollution discharge rate,

Ratio of load contribution for

WWTP(T-P)

5BOD (Point source pollution

discharge load density)- - -

※ Water quality station factors : Temperature, BOD, COD, T-P, PO4-P, EC, TOC, SS, T-N, NH4+-N, NO3-N, Total Coliform, Fecal Coliform

※ Pollutants source factors : BOD Pollution discharge load density (Population, Livestock, Industial, Land use) (kg/d/km2), T-P Pollution discharge load

density (Population, Livestock, Industial, Land use) (kg/d/km2), Point source Pollution discharge load density (BOD, T-P) (kg/d/km

2), Non-point source

Pollution discharge load density (BOD, T-P), pollution discharge rate (BOD, T-P), Ratio of load contribution for WWTP (BOD, T-P)

※ Principal component Analysis factor loading more than 0.8

는 상위그룹으로 분류하는데 있으나 본 연구의 목적 상 군

집의 특징이 나타나 향후 수질개선 우선지역 및 개선방안

모색에 활용할 수 있는 15수준에서 4개의 군집 수를 결정

하였다.

3.3.2. 요인분석

각 군집의 결과해석을 위하여 분류된 그룹별 요인분석을

수행하였다. 요인추출 결과 4개 그룹에 대한 수질항목 및

부하량 변동에 주요인으로 Table 7과 같이 조사되었다.

추출된 요인의 수는 대부분 4~5개이며 요인의 설명력을

나타낸 고유값의 누적율이 80% 이상으로 요인을 설명하기

에 충분하다고 할 수 있다. 또한 KMO 값이 0.7이상으로 1

에 가까울수록 표본의 상관이 요인분석에 적합한 것으로

나타난다.

요인분석 결과, I~III 그룹에 공통적으로 수질항목 요인

COD, 오염물질 배출특성요인에 토지계(BOD, T-P)의 영향

을 받는 것으로 나타났으며Ⅰ그룹은 배출부하량 밀도가 낮은

그룹으로 단위면적당 BOD 배출밀도가 평균 11.7 kg/d/km2

(최소 5.0~최대 29.3)로 II그룹 평균 26.1 kg/d/km2, III그룹

120.6 kg/d/km2, IV그룹 33.1 kg/d/km2 중 가장 낮았다. 또

한 그룹 내 단위유역별 주요 오염원은 토지계, 축산계 오

염원으로 배출부하량 전체 배출량의 84%이상을 나타냈다.

따라서 토지계, 축산계 오염원의 배출 특성에 따라 전체

배출부하량 중 점배출부하량의 비율은 BOD 14.4% (최소

4.3%~최대 29.4%), T-P 1.8% (최소 0.2%~최대 5.5%) 비율

로 4개 그룹 중 가장 낮은 비율이 나타났다. 수질 특성으

로는 비강우기 기간의 그룹 평균 수질이 BOD 1.16 mg/L,

T-P 0.04 mg/L으로 하천 생활환경 기준에 좋음(Ιb)에 해당

하였다.

II그룹의 오염원 및 배출부하량 특성은 I그룹에 비해 생

활계 BOD, T-P 배출부하량이 증가하여 전체 BOD 배출부

하량 중 점배출부하량의 비율은 28.6% (최소 13.7%~최대

37.7%), T-P 6.7% (최소 1.2%~최대 13.7%) 비율을 보였다.

수질 특성으로는 그룹 내 T-N 평균 농도가 6.61 mg/L (4.43

mg/L~8.59 mg/L) 이상으로 Ι그룹 평균 농도 2.6 mg/L보다

약 3배 높은 수치를 보였다. 또한 EC가 수질변동 주요인으

로 평균 482.8 μs/cm로 4개 그룹 중 가장 높았으며 SS농

도는 평균 23.9 mg/L로 연구대상유역 평균 SS 6.58 mg/L



713

대비 3.6배 높았다.

III그룹은 단위면적당 인구, 물사용량이 가장 높은 지역으

로 단위면적 당 오염물질 배출밀도가 BOD 120 kg/d/km2

(최소 97.6~최대 144.3), T-P 14.55 kg/d/km2 (최소 11.24~

최대 18.98)이다. 또한 BOD 배출부하량의 56.0%, T-P 배

출부하량의 78.6%가 점배출부하량에 해당되며 기초시설 배

출부하량이 단위유역 내 전체 배출량에 미치는 기여도는

BOD 70.4%, T-P 93.1%로 나타났다.

IV그룹은 주요 오염원은 생활계, 축산계로 BOD, T-P 배

출부하밀도가 큰 유역으로 비강우기간의 분원성대장균군

및 총대장균군의 수질농도가 I그룹에 비해 약 16배 높게

나타났다.

따라서 부하량 우선 저감지역을 선정할 경우, I그룹은 배

출부하량 밀도가 낮은 단위유역으로 대부분 한강상류 및

임진강 상류가 해당되어 부하량 저감 우선지역을 고려할

때 제외되며 III,IV그룹이 우선 대상지역에 선정된다. III그

룹은 오염물질의 밀도가 높고 오염물질 배출특성 요인으로

환경기초시설의 영향을 받는 유역으로 부하량 저감계획 수

립시 1차적으로 환경기초시설의 배출농도 저감 방안을 고

려할 수 있다.

4. Conclusion

수질오염총량관리 지역의 효율적인 유역관리를 위하여

단위유역별 할당부하량 내에서의 개발과 저감계획을 이용

한 오염물질의 관리가 중요하다. 따라서 본 연구는 단위유

역별 오염물질 특성을 고려하여 오염물질을 관리하고 저

감계획을 수립하는 데 활용하고자 오염원 그룹별 밀도, 오

염물질 배출부하량 밀도 및 수질특성 분석을 실시하였으

며 이를 가지고 군집분석과 군집별 주요 요인분석을 실시

하였다.

본 연구의 결과 단위유역별 오염원 및 오염물질 배출부

하량 밀도를 비교 하였을 때 오염물질의 배출경로에 따라

최종 배출유역이 달라지므로 오염원 밀도 비율과 배출부하

량 밀도 비율이 일치하는 것은 아니었으며 유역내 환경기

초시설의 유･무와 운영현황에 따라 그룹별 주요 요인으로

나타났다. 오염물질의 배출특성 및 수질특성을 가지고 군집

분석 및 요인분석을 실시한 결과, 분류된 4개의 군집별로

주요 요인들을 대상으로 우선 배출부하량 삭감지역과 대상

오염원을 확인할 수 있었다.

또한 단위유역별 동일한 배출부하량 밀도라도 오염원에

따라 하천수질에 미치는 영향이 달라 요인분석결과가 다르

므로 향후 이를 고려하여 하천별 특성에 맞는 중점관리 대

상지역 선정 및 효율적인 수질개선 계획의 수립 시 활용할

수 있을 것이다.

다만 하천으로 유입된 오염물질의 영향정도 등을 보다

명확하게 분석하기 위해서는 하천수질에 대한 오염물질별

기여도와 유량에 따른 유출특성을 고려하여 연구되어야 할

것이다.

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