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J Korean Soc Environ Eng > Volume 47(1); 2025 > Article
세종특별자치시 주요 지류하천 수질 특성 및 수질 개선을 위한 등급화 방안 연구: 월별 수질지수 개발 및 적용

Abstract

This study performed a comprehensive assessment of water quality in four major tributaries - Yeongicheon, Samsungcheon, Bangchukcheon, and Jecheon - in Sejong Special Self-Governing City. The aim was to guide the development of effective river management policies and improve water quality for the first time. Monthly data from the city's water quality monitoring system, from January 2022 to June 2024, were analyzed. The study evaluated 11 water quality parameters. Additionally, we compared BOD and TOC, analyzed correlations between nutrient levels and organic pollutants, performed principal component analysis, and calculated a water quality index, and applied the Monthly Water Quality Index methodology. The results showed that the average water quality index ratings for all four rivers were classified as “Excellent,” aligning with trends observed in living environment standards. However, ratings derived from living environment standards showed greater variability than those from the water quality index, indicating the necessity for a combined water quality index to enhance river management strategies. Seasonal analysis revealed a decline in water quality during the rainy season, emphasizing the need for targeted management during this period. Among the tributaries, Yeongicheon, a rural stream, showed a greater need for nutrient management than the other urban streams, highlighting the importance of controlling non-point source pollution in its vicinity for comprehensive water quality improvement. The water quality demonstrated a tendency to decline during the rainy season, underscoring the necessity for enhanced water quality management during this period. Among the tributaries, Yeongicheon, a rural stream, exhibited a heightened requirement for nutrient management compared to the remaining three urban streams, indicating that effective control of non-point source pollution in the surrounding areas is essential for the comprehensive water quality management of these tributaries. In addition, the use of Monthly Water Quality Index developed in this study is recommended to calculate the water quality index with monthly water quality data.

요약

본 연구에서는 하천의 효과적인 관리와 하천 수질 개선 관련 정책 수립을 위하여 세종특별자치시 주요 지류 하천 4곳을 대상으로 종합적인 수질평가를 최초로 수행하였다. 연기천, 삼성천, 방축천, 제천의 2022년 1월~2024년 6월까지 11개 수질 항목 대상으로 월별로 운영한 시 자체 수질측정망 자료를 이용하여 월별 수질지수 개발, 산정 및 생활환경기준과의 비교, 유기물의 산화율 비교, 통계 분석 등을 수행하였다. 연구 결과 네 하천에서 평균 월별 수질지수 등급은 모두 “우수” 등급으로 생활환경기준과 비슷한 경향을 보였으나, 생활환경기준으로 산정한 등급이 수질지수 등급보다 변동이 큰 것을 보아 효율적인 하천 관리를 위해서는 여러 수질 항목들을 통합한 수질지수의 활용이 필요하다고 검토되었다. 계절성 분석 결과 우기 때 집중 수질 관리가 필요하다고 판단되었고, 도심 하천보다 비도심 하천인 연기천에서 영양염류의 관리와 비점오염원 관리가 효과적인 수질관리 및 개선에 필요함을 확인하였다. 하천 수질은 우기 때 악화되는 경향을 보여 이 기간 동안에는 강화된 수질관리가 필요하고, 4개 하천들 중에서는 도심 하천인 나머지 3개의 하천보다는 주변에 논밭이 존재하는 연기천에서 영양염류의 관리가 좀 더 필요한 것으로 나타났으며, 지류하천의 효과적인 수질관리를 위하여 주변 비점오염원의 제어가 필요하다고 판단된다. 또한 월별 수질측정 자료를 사용하여 수질지수 산정 시, 본 연구에서 개발한 월별 수질지수의 사용이 권장된다.

1. 서 론

우리나라에서는 「환경정책기본법」제22조(환경상태의 조사・평가 등), 「물환경보전법」제9조(수질의 상시측정 등), 「수자원의 조사・계획 및 관리에 관한 법률」제9조(수문조사의 실시)등에 근거하여 물환경측정망을 설치, 운영하여 하천, 호소 등을 관리하고 있다. 물환경측정망은 수질측정망, 총량측정망, 자동측정망, 퇴적물측정망, 방사성물질측정망, 생물측정망, 비점오염물질측정망, 유량조사망으로 나뉘고 각각의 목적에 따라 환경청, 물환경연구소, 보건환경연구원 등 법률에 의한 조사기관들이 물환경측정망을 운영하고 있으며, 그 결과는 물환경정보시스템을 통하여 누구나 볼 수 있도록 공개하고 있다[1].
현재 우리나라 하천의 등급은 「환경정책기본법 시행령」 생활환경기준에 따라 수소이온농도(pH), 생물화학적산소요구량(BOD), 총유기탄소량(TOC), 부유물질량(SS), 용존산소량(DO), 총인(T-P), 총대장균군, 분원성대장균군의 8개 항목 별로 7개 등급(매우좋음∼매우나쁨)으로 나눠 평가하고 있고(Table 1), 각 하천 유역의 말단을 중심으로 선정된 중권역 대표지점별 산정하고 있는 하천 수질관리 지표는 모든 항목을 통합한 지표가 아닌 BOD, T-P만을 이용하여 각 하천의 목표기준 달성 여부를 평가하고 있다[2, 4]. 이와 같은 평가방법의 경우, 하천별 BOD와 T-P 등급이 각각 차이가 나게 되는 경우가 생길 수 있으며, 다른 항목에 대한 수질평가가 반영되지 않아 종합적인 하천 수질관리에 문제점이 생길 수 있다.
이를 보완하기 위하여 여러 나라에서는 수질지수, 또는 수질평가지수(WQI, Water Quality Index)를 개발하여 사용하고 있다. 미국 환경청(EPA, Environmental Protection Agency)에서는 수질평가지수란, 여러 항목들을 통합하여 수질자료를 종합 평가하고 정책결정권자나 시민들이 하천 수질을 쉽게 이해할 수 있도록 수질자료를 종합 평가한 이후에 수질상태를 하나의 점수로 간단하게 표현한 것이라고 정의하고 있다[4, 6-7]. 수질평가지수는 측정 항목의 농도를 각각 직접적으로 사용하지 않아 단순하며, 각 항목이 수질에 미치는 영향들을 고려하여 수질을 종합 평가할 수 있다는 장점이 있다. 국내에서는 환경부에서 수질지수를 만들어 자동측정망 운영 자료를 실시간 수질지수로 전환하여 간단한 등급으로 표현하고 있으며 [2], 최근 이를 이용한 연구가 증가하고 있다. 낙동강 지류하천 수질평가 연구[4]에서는 19개 하천의 2013년에서 2015년까지 3년 동안 측정한 수질자료를 이용하여 통합수질지수를 산정해 수질평가를 하였으며, 낙동강 수질에 대한 경향성 평가 연구[9]에서는 낙동강수계 본류의 오염총량측정망 12개 지점의 2004년에서 2022년까지의 수질 자료에 대한 수질평가지수 산정 및 Mann-Kendall test를 활용한 경향성 분석이 이루어졌다. 또한 남한강 주요 지류의 수질평가 적용성 검토에 대한 연구 [10] 에서는 남한강 하류의 주요 지류하천 4개의 2010년부터 2019년까지의 수질측정 자료를 활용하여 월평균 수질지수를 산정하고, CV(Coefficient of Variation)를 이용하여 생활환경기준과 비교하였다. 수질지수와 군집분석을 활용한 서울시 주요 하천 수질 평가 연구 [16] 에서는 서울시내 17개 국가 물환경측정망 지점의 2015년에서 2017년까지 3년 동안 생산한 수질자료를 이용하여 수질지수를 산정하고, Ward 연결법 및 SOM(Self organizing map)을 이용한 계층적 군집분석을 통해 수질특성에 따른 하천 그룹을 형성하였다.
본 연구에서는 하천의 효과적인 관리와 하천 수질 개선을 위한 정책 수립을 위하여 하천 수질의 종합적인 평가를 수행하였다. 특히 지류는 본류와 비교하였을 때 유량이 부족하고 오염원이 인접한 경우가 많으며, 오염원에 의한 영향이 크게 나타나는 특성이 있어 지속적인 수질관리가 필요하다. 국내에서는 4대강(한강, 금강, 영산강, 낙동강) 주요 지류하천에 대한 수질 모니터링이 꾸준히 수행되고 있으며, 이를 활용한 연구들이 수행되고 있다. 최근 수행된 연구로는 한강 수계 지류하천 15개에 대하여 2017년 1월부터 12월까지 평균 8일 간격 이내로 조사된 수질자료의 주성분 분석과 군집분석을 통한 하천 등급화를 수행한 연구 [17], 낙동강 수계 지류하천 38개에 대하여 2013년에서 2022년까지 10년 동안의 수질 추세와 필요 관리물질 평가, 물질별 상관성 분석 등을 수행한 연구[18]가 있으며, 한강 유역의 다양한 토지 이용에 따른 지류하천에서의 탈질화 속도와 그 제어 요인을 연구하여 수질관리에서의 토지 이용 관리의 중요성을 강조한 연구가 있다[21]. 그러나 세종특별자치시는 2012년 출범된 후 도시 건설이 급속도로 진행되면서 하천 주변 환경에도 큰 변화가 있었던 특수한 도시지만, 세종특별자치시 지류하천의 통합 수질평가에 대한 연구는 수행되지 않았다. 특히 본 연구에서는 국가 물환경측정망에서 운영 중인 지류하천 외로, 도시가 형성되면서 시민들에게 밀접해져 오염도가 우려되는 도심 하천 3곳과 비교적 도시와는 거리가 있지만 주변에 논밭이 존재하는 비도심 하천 1곳을 선정하여 수질을 비교하였다. 본 연구에서는 세종특별자치시 4대 지류하천의 2022년 1월에서 2024년 6월까지 월별 자체적으로 수행한 수질 조사 자료를 바탕으로 수질지수(WQI)를 산정하여 생활환경기준과 비교하고, 총유기탄소(TOC)와 생물화학적산소요구량(BOD)의 산화율 비교 및 조사항목 간 상관관계, 각 하천 수질에 주로 영향을 주는 항목을 판단하기 위한 주성분 분석(PCA, Principal component analysis) 등 다변량통계분석을 실시하여 지류의 수질상태를 종합 검토 및 평가하였다. 또한 기존 환경부에서 사용하고 있는 실시간 수질지수(RT(Real time)-WQI)를 변형하여 측정주기가 월별인 자료에 적용할 수 있는 월별 수질지수(WQI)를 새로 개발하고 이를 산정하여 서로 비교 평가하였다.

2. 연구방법

2.1. 조사지점 선정

본 연구의 조사지점은 연기천, 삼성천, 방축천, 제천으로 총 4개 지류지천이다. 세종특별자치시에 위치하고 있는 하천 가운데 수계의 특성을 반영하고 수질변화 경향을 파악할 수 있는 하천 연장 5 km이상 지방하천 중에서, 환경부에서 총괄하여 운영하고 있는 국가 수질측정망 중복지점을 제외하고 시민들과 밀접한 하천을 중심으로 조사지점을 선정하였다. 지점별 지도와 세부 정보는 Fig. 1, Table 2에 기술하였다. 방축천, 제천, 삼성천은 도시와 밀접한 하천이고 연기천은 논과 밭에 밀접한 하천으로 구분할 수 있다.

2.2. 시 수질측정망 운영 및 자료

시 자체 수질측정망 조사주기는 월 1회이며, 「물환경측정망 설치・운영 계획」(환경부 고시), 「수질오염공정시험기준」(국립환경과학원 고시)에 따라서 시료를 채취하였다. 조사항목은 현장측정 항목 4종(수온, pH, 용존산소량(DO), 전기전도도(EC))과 실험실 분석 항목 7종(부유물질(SS), 생물화학적산소요구량(BOD), 총유기탄소량(TOC), 총질소(T-N), 총인(T-P), 총대장균군수, 분원성대장균군수)이다. 각 항목별 실험 방법 및 실험장비는 Table 3과 같다.
연구에 사용된 자료는 2022년 1월부터 2024년 6월까지의 하천 수질조사 자료이며, 연기천의 경우 2022년 6월에 수량 부족으로 채수가 불가해 수질조사를 수행하지 못하여 총 29개월 자료를 분석하였고, 삼성천의 경우 총 30개월 자료를 분석하였다. 방축천과 제천은 2023년 11월부터 2024년 6월까지의 수질자료를 사용하였으며, 각각 총 8개월의 자료를 분석하였다.

2.3. 월별 수질지수 개발 및 평가

연구에서 사용된 수질지수(WQI)는 전세계에서 널리 사용되고 있는 캐나다 환경부의 수질관리위원회(CCME, Canadian Council Ministers of the Environment)에서 개발된 지수(CCME-WQI)를 대한민국 환경부에서 2013년 국내 환경을 고려하여 재개발한 지수이다[3, 22].
NSF-WQI는 지수산정 시 사용되는 변수가 고정되어 있고, NSF-WQI와 Bascaron-WQI는 개별 오염물질의 농도에 따라 각 항목별 점수가 산정되며 이를 합친 종합 점수를 산정하는 방식을 따르는데, CCME-WQI는 다른 여러 수질지수와 비교했을 때 특히 각 나라 및 지역의 실정에 맞춰 유연하게 지수 산정식의 항목 결정이 가능하고, 오염물질 관리 목적을 위한 기준 외에 인위적인 점수 구간을 나누지 않아 다른 수질지수보다 객관적인 점수 산정이 가능하다는 장점이 있는 지표로, 선정된 개별 항목의 측정된 값들의 수질기준에 도달한 정도와 횟수에 의해 결정된다[3, 20, 22]. 국내에서 운영되는 수질측정망은 목적에 따라 조사항목이 상이해 NSF-WQI 등 다른 수질지수와는 달리 항목 조정이 가능한 CCME-WQI가[22] 국내에 효과적으로 활용될 수 있기 때문에, 이를 재개발한 지수를 국내에서 공식 사용하고 있다. 한편 CCME-WQI에는 한계도 존재하는데, 기준 초과 빈도만을 반영하는 방식으로 산출되는 F2 지표의 한계[23], 가중치 없이 비선형적인 방법으로 산출하는 CCME-WQI에 대한 한계가 존재한다[24].
환경부에서는 수온, pH, DO, 전기전도도, TOC, T-N, T-P, 탁도 총 8개를 이용하여 수질지수를 실시간으로 산정하고 있으나[2, 4], 본 연구에서는 탁도를 제외한 7개 항목에 대해 평가항목으로 산정하여 수질자료에 대한 수질지수를 계산하였다. 또한 환경부에서 사용하고 있는 실시간 수질지수를 본 연구에 적용할 때 생기는 한계를 보완하기 위하여 F2와 F3을 변형한 월별 수질지수를 개발하여 두개의 지수를 비교하였다. 실시간 수질지수는 기존에 측정되고 있던 수질 항목 자료들을 종합적인 수질 정보를 제공하는 하나의 지수로 변환하여 수질 항목별 기준치와 비교해 F1, F2, F3 factor를 사용하여 계산하며, 계산식은 (1)~(7)과 같다.
(1)
F1(scope)=(number of failed variablestotal number of variables)×100
(2)
F2(frequency)=(number of failed teststotal number of tests)×100
(3)
excursioni=(failed test valueobjective)i1
(4)
excursioni=(objectivefailed test value)i1
(5)
nse=i=1nexcursionitotal number of tests
(6)
F3(amplitude)=nse0.01nse+0.01
(7)
WQI=100F12+F22+F323
여기서 F1은 기준치를 위반하는 수질항목의 개수를 전체 측정하고 있는 수질항목의 개수로 나누어 산정한 분율이고, F2는 각 수질항목별 측정주기 동안 기준치를 위반한 항목들의 총 횟수를 총 측정횟수로 나누어 산정한 분율이며, F3은 각 수질항목별로 기준치를 위반한 정도를 분율화한 요소의 합으로 계산한다[3, 4, 19]. F3을 계산할 때는 (5)식의 nse (Normalized sum of excursions)를 대입하여 산정하며, excursion은 기준치에 부적합한 농도가 기준치를 초과할 경우 (3)식을 이용하고, 기준치 미만일 경우 (4)식을 이용하여 계산한다.
월별 수질지수 산정도 동일한 방식으로 진행하되, F2의 경우 (8)식을 사용한다. 실시간 수질지수에 쓰이는 F2와 다르게 분모에 해당하는 총 측정횟수를 산정할 때, 측정하는 수질항목의 개수와 데이터가 존재하는 월의 개수를 곱한다. 마찬가지로 F3를 산정할 때 nse의 분모도 (9)식을 사용하여 동일한 방식으로 총 측정횟수를 산정한다.
(8)
F2(frequency)=(number of failed teststotal number of variables×number of months data exists)×100
(9)
nse=i=1nexcursionitotal number of variables×number of months data exists
수질지수 산정에 사용한 항목별 기준치는 Table 4와 같고 수질지수의 등급은 “우수”, “양호”, “보통”, “주의”, “불량” 총 5개로 구분되며, Table 5에 기술하였다. 수질 생활환경기준은 7개 등급이므로, 이를 1(Ia, Ib), 2(II), 3(III), 4(IV, V), 5(VI)로 묶어 5개 등급으로 통일하여 수질지수와 비교하였다.

2.4. 통계분석

본 연구에서는 통계프로그램인 R(version 3.6.3)을 이용하여 통계 분석하였다. 먼저 자료 개수가 1,000개보다 적기 때문에 Kolomogorov-Smirnov test를 이용하여 정규성 검정을 실시하였다. 그 결과 방축천 및 제천에서는 모든 수질항목에서 정규분포를 따른다고 나왔고, 삼성천에서는 부유물질과 분원성대장균군수에서, 연기천에서는 총대장균군수와 분원성대장균군수에서 p-value값이 0.05보다 작아 자료가 정규분포를 따르지 않는 것으로 나타났으며 그 외의 항목에서는 정규분포를 따른다고 나타났다. 본 연구에서는 수질자료를 표준화하여 통계분석을 수행하였다. 각 하천별 주요 항목들의 기술통계량을 계산해 수질상태를 알아보았고, 영양염류인 T-N, T-P와 유기물질에 대한 오염지표인 BOD, TOC 사이에 어느 정도의 밀접한 관계가 있는지를 판단하기 위하여 Pearson 상관분석, 집단 간 차이가 있는지 판단하기 위하여 T-test를 수행하였다. 이 때, 유의수준을 0.05로 선정하여 p-value 값이 0.05보다 작으면 통계적으로 유의미하다고 판단하였다. 또한 다변량 통계기법인 주성분분석(PCA)을 수행하여 하천의 수질 특성을 살펴보았다.

2.5. 유기물질 오염지표 산화율 비교

BOD와 TOC는 대표적인 유기물 오염도 지표이다. BOD의 경우 오랜 기간 동안 수질의 유기물 농도를 간접적으로 나타내는 지표로 사용되어 왔지만, 최소 5일간의 용존산소 소모량을 측정하여 계산하고 그 과정에서 잔류염소, 질산화 미생물 등 간섭물질의 영향을 받을 수도 있으며 난분해성 물질에 대한 측정이 어렵다는 한계가 있다[12]. 이를 보완하기 위하여 기기로 수중의 유기탄소를 이산화탄소로 산화시켜 정량하여 나타내는 TOC가 생분해성 유기물 뿐만 아니라 난분해성 유기물의 양도 나타낼 수 있어 유기물 오염도 지표로 적용되고 있다 [5]. 따라서 BOD와 TOC의 비교는 생분해성 유기물량(BOD)과 생분해성 및 난분해성 유기물량(TOC)의 비교라고 할 수 있다.
BOD는 유기물질 함량을 유기물질이 산화될 때 소모되는 산소량을 측정하여 간접적으로 산소량(mg O2/L)으로 나타낸 것이고, TOC는 탄소량(mg C/L)으로 나타내기 때문에 BOD와 TOC의 정확한 비교를 위해서는 산소요구량을 탄소량으로 환산(BOD-C)할 필요가 있다[5, 8]. 환산할 때는 탄소 분자량(12)과 산소 분자량(32)의 비를 이용하여 환산했으며, 이렇게 환산한 BOD-C 값을 TOC 값으로 나누어 (BOD-C)/TOC(%) 값을 산정하여 산화율을 비교하였고 TOC에서 BOD-C 값을 빼서 난분해성 유기물질의 양으로 간주하였다. (BOD-C)/TOC(%)값이 클수록 생분해성 물질이 차지하는 비율이 커지고, 값이 작아질수록 난분해성 물질이 차지하는 비율이 커진다고 볼 수 있다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 주요 항목 기술통계량

2022년 1월부터 2024년 6월까지의 수질측정망 운영결과 중 주요 항목 4종의 평균, 중위값, 최소값, 최대값 등의 기술 통계량을 Table 6에 나타내었으며, Box plot은 Fig. 2와 같다. 삼성천의 BOD 및 TOC의 평균값은 각각 1.3 mg/L, 2.2 mg/L이고, 연기천은 1.3 mg/L, 2.3 mg/L, 방축천은 1.6 mg/L, 1.9 mg/L, 제천은 1.6 mg/L, 1.7 mg/L로 네 개의 하천에서 평균값들의 편차가 35 % 이내로 거의 비슷했으나, 삼성천의 T-N 및 T-P의 평균값은 각각 1.459 mg/L, 0.031 mg/L, 연기천은 2.074 mg/L, 0.069 mg/L, 방축천은 2.559 mg/L, 0.043 mg/L, 제천은 1.920 mg/L, 0.027 mg/L로 네 개의 하천에서 평균값들의 편차가 최소 40 % 이상 차이가 나는 것을 확인하였다. 연기천은 다른 도심 하천 대비 주변에 축사나 비료 등의 비점오염원이 존재하는 비도심 하천이기 때문에 영양염류인 T-N, T-P 농도가 더 높은 것으로 판단된다. 한편, TOC의 경우에도 영양염류보다 뚜렷하진 않지만, 우기시 비도심 하천에서 도심하천보다 더 값이 커지는 경향이 있는 것으로 판단된다.
Fig. 2의 Box plot을 보면, BOD 값은 조사대상 하천에서 전반적으로 다른 항목보다는 비슷한 값들의 분포를 보이는 것을 볼 수 있다. 이를 통계적으로 검증하기 위하여 BOD 값 기준으로 T-test 검정한 결과, 네 개의 하천에서 모두 p-value가 0.05보다 커 통계적으로 유의하지 않은 결과를 얻어 세 하천에서 큰 차이가 없음을 확인하였다. 한편 비도심 하천으로 분류된 연기천과 도심 하천으로 분류된 세 곳에 대해 T-test로 수질을 비교한 결과, TOC의 경우 삼성천과는 차이가 없었고 방축천, 제천과는 차이가 있는 것을 확인하였다. T-N의 경우에는 제천과는 차이가 없었고, 삼성천, 방축천과는 차이가 있는 것을 확인하였으며, T-P의 경우 연기천과 세 하천이 모두 차이가 있음을 확인하였다. 특히 방축천과 제천은 다른 하천 대비 수질이 비슷한 분포를 보이는데, 두 하천은 건천의 성질을 갖고 있어 금강에서 취수하여 수량을 일부 보존해 도시 경관 목적으로 흐르게 하고 있는 도시 하천이기에 수질이 비슷한 것으로 판단된다. 또한 두 하천을 서로 비교해보면, BOD 외 다른 항목들에서 방축천보다 제천에서의 값이 낮다는 것을 확인하였는데, 이는 제천의 채수 지점이 방축천과 세종호수공원의 방류수가 합쳐진 후의 제천의 하류에 위치하기 때문으로 판단된다. 보통 상류에서 하류로 갈수록 오염원의 영향으로 수질이 악화되는 경향을 보이지만[9] 방축천과 제천의 경우에는 상류에서 하류로 가는 중간에 비교적 수질이 좋은 호소수가 방류되어 물의 희석효과가 발생하여 상류(방축천)보다 하류(제천)에서 수질이 좋은 경향이 있는 것으로 판단된다.

3.2. 주요 항목 계절변화

각 하천의 수질 자료에 대하여 계절성을 평가하였다. 본 연구에서 봄은 3~5월, 여름은 6~8월, 가을은 9~11월, 겨울은 12~2월로 구분하였다. BOD, TOC, T-N, T-P에 대하여 2022년 1월~2024년 6월까지 월별 변화를 그래프(Fig. 4)로 나타내어 계절별 변동을 살펴보았다. BOD는 여름철에 값이 낮아지고 겨울철에 값이 높아지는 경향을 보이고, TOC는 여름철에 값이 높아지는 경향을 보인다. T-N의 경우 봄, 가을철보다 여름, 겨울철에 값이 높아지는 경향을 보이고, T-P의 경우 2022년도 삼성천에서 11월에 값이 제일 높았던 것을 제외하고는 여름철에 값이 높아지는 경향을 보인다. 계절 변화의 원인 파악을 위하여 기상청 홈페이지에서 강수량과 기온 자료를 추출해 조사대상 기간 동안의 월별 평균값을 그래프로 나타내었다(Fig. 3). 해당기간 동안 세종특별자치시는 월평균 142.4 mm의 강수량, 13.5 oC의 기온을 보이며, 강수량의 경우 여름철에 총 강수량의 60 %이상을 차지하고 겨울철에 총 강수량의 10%이하를 차지하는 특징을 나타내어 강수량의 계절 편중현상이 심함을 알 수 있었다. 수질을 나타내는 항목별로 계절별 변동 특성이 나타나는 것들이 있는데, 이는 보통 기온과 강수량에 직간접적으로 영향을 받아 변동하는 것으로 보이며, 특히 여름철 우기에 강수가 집중되면 주변에 축사, 농지 등 비점오염원이 근접한 지류하천의 경우 오염원의 영향을 크게 받아 수질이 악화되는 경향을 보이거나, 겨울철에 수량이 적고 오염물질 유입이 있을 때 수질이 좋지 않아지는 경향을 보이기도 한다[4, 10].

3.3. 유기물질 오염지표 산화율 비교

각 하천의 수질자료에서 (BOD-C)/TOC(%)값과 TOC-(BOD-C)값을 계산하여 월별 평균 낸 값의 결과를 Table 7에 기술하였다. 네 개의 하천 중에서 (BOD-C)/TOC(%)의 평균값이 가장 작은 하천은 연기천으로 23.2 %이며, 도심 하천으로 분류된 삼성천은 27.4 %, 방축천은 32.6 %, 제천은 34.5 %이다. 분석결과로 보아, 주변에 논, 밭, 축사 등이 존재하는 하천의 경우 도심 하천보다 난분해성 물질들이 차지하는 비율이 대체로 큰 것으로 판단된다. 월별 변화를 보면, 여름철에 값이 작아지고, 겨울철에 값이 커지는 경향을 보인다. 또한, TOC-(BOD-C)값이 여름철에 커지는 것을 보아 여름철 편중된 강수에 의해 주변의 다양한 비점오염물질들, 특히 난분해성 물질들이 하천으로 흘러 들어와 이와 같은 경향을 보이는 것으로 판단된다.

3.4. 영양염류와 유기오염물질 간 상관관계 분석

선행연구 [13] 에서는 수질측정지점의 자료에서 수질항목 간 상관관계를 살펴보았으며, 그 중 유기물질 지표인 BOD, COD, TOC와 영양염류 지표인 T-P 간 상관성이 높은 것으로 나타났다. 본 연구에서는 하천별 측정자료에서 영양염류와 유기오염물질 간 상관관계를 분석하였다. 각 하천별 T-N, T-P와 BOD, TOC간 상관관계를 분석한 결과, 삼성천에서 BOD와 T-N, 연기천에서 TOC와 T-P간 Pearson correlation coefficient가 각각 0.478(p-value * <0.05), 0.8288(p-value * <0.05)로 서로 상관성이 높으며 양의 상관관계가 있음을 확인하였다(Table 8, Fig. 5). 또한 TOC에서 BOD-C값을 뺀 값을 난분해성 유기물질의 양으로 보고 그것과 T-N, T-P와의 상관관계를 본 결과, 연기천 T-P에서 p-value가 0.0001보다 작고 Pearson correlation coefficient가 0.812로 TOC와 T-P에서 본 것과 같이 양의 상관관계가 있음을 확인하였다. 따라서 연기천에서 난분해성 유기물질은 T-P와 연관이 있다고 판단된다. 주변 오염원을 고려하였을 때 질소 성분은 비료와 분뇨, 인 성분은 합성세제, 농약 등으로 부터 유래된 오염물질로 보이며, 인 성분은 순환이 질소에 비해 느리고 물리∙화학적 방식으로 고착되어 비교적 질소보다 분해가 어려워[14, 15] 난분해성 유기물질과 T-P가 서로 연관이 있다고 판단된다. 그 외 T-N, T-P와 BOD, TOC간 상관관계에서는 p-value값이 0.05보다 크게 나타나 통계적으로 유의하지 않음을 확인하였다.

3.5. 주성분 분석(PCA)

주성분 분석은 데이터의 차원을 축소하고 특징을 추출하는 데 사용되는 통계적 방법 중 하나이다. 이 분석방법은 여러 개의 요인을 통합하여 단순화시켜서 종합적인 특성을 살필 수 있다는 장점이 있다[13]. 조사대상 하천 중에서 1년 이상 수질 측정 결과값이 있는 연기천과 삼성천에 대하여 주성분 분석을 실시하였다. 표준화된 데이터를 사용하여 주성분을 추출하였고 고유값, 비율, 그리고 누적 기여율을 산출한 결과는 Table 9과 같다. 두 하천에서 고유치가 1.0 이상인 주성분은 각각 4개가 추출되었다. 삼성천에서는 4개의 주성분이 전체 수질 변동에 대하여 79.7 %, 연기천에서는 4개의 주성분이 77.7 %를 설명할 수 있는 것으로 나타났다.
주성분 분석으로 고유벡터, 가중치를 확인하였으며 각 변수들의 주성분 공간에서의 좌표를 Table 10에 기술하였고, 주성분과 데이터 변수 간의 상관관계를 보여주는 행렬도를 Fig. 6에 도식화하여 살펴보았다. 삼성천에서는 주성분 1에서 온도, DO, BOD, TOC가 주요 변수로 볼 수 있고, 온도와 TOC는 같은 방향의 벡터를 갖는 정의 상관관계, 온도와 DO, BOD와는 다른 방향의 벡터를 갖는 부의 상관관계인 것을 확인하였다. 삼성천의 주성분 2에서는 SS, T-P, 주성분 3에서는 총대장균군과 분원성대장균군, 주성분 4에서는 T-N이 상대적으로 관련이 있는 변수로 판단된다. 연기천의 주성분 1에서는 온도, DO, BOD, TOC, T-P가 상관성이 있는 변수로 확인하였고, 주성분 2에서는 SS, T-N, 주성분 3에서는 pH, 전기전도도, 주성분 4에서는 분원성대장균군이 주요 변수인 것을 확인하였다.

3.6. 수질지수 산정 및 비교평가

조사자료에 대한 월별 평균값에 대하여 실시간 수질지수(RT-WQI)와 월별 수질지수(WQI)를 산정하여 평가하였다(Table 11). RT-WQI로 산정한 평균 수질지수는 삼성천에서는 81.1로 “우수(Excellent)” 등급이고, 연기천, 방축천, 제천의 평균 수질지수는 차례대로 78.2, 79.9, 77.1로 “양호(Good)” 등급으로 산정되었다. 반면, 본 논문에서 사용된 월별 수질지수로 산정한 삼성천, 연기천, 방축천, 제천의 평균 수질지수는 차례대로 87.6, 85.5, 88.4, 85.3으로 모두 “우수” 등급으로 산정되었다.
WQI가 RT-WQI보다 값이 높게 나오는 이유는 F2와 F3를 산정할 때 사용되는 총 측정횟수가 RT-WQI보다 크기 때문에 F2와 F3값이 작아지기 때문이다. RT-WQI는 환경부에서 최근 12시간의 측정주기를 가진 수질자료를 이용하여 매시간 산정하는 지수로, 총 항목수가 7개라고 가정하였을 때 총 측정횟수가 84(=12×7)가 된다. 이를 본 연구에 적용하면, 측정주기는 월별이 되고 월별 조사한 자료가 1개이기 때문에 총 측정횟수가 7(=1×7)이 되어 F1과 F2의 값이 동일하게 되며, F1 대비 F2와 F3가 상대적으로 과대평가 된다. 특히 F2의 경우, 기준치 초과 빈도만을 고려하는 지수이기 때문에 이 경우 수질지수에 더 많은 영향을 끼친다. 따라서 본 연구에서 개발한 WQI에서는 총 측정횟수를 데이터가 존재하는 월의 개수를 사용하여 삼성천과 연기천에서는 84(=12×7) 값을, 방축천과 제천에서는 8개월 동안의 데이터를 사용했기 때문에 56(=8×7) 값을 사용하여 F2와 F3가 과대평가 되는 것을 방지하였다.
WQI를 산정한 결과, 삼성천의 경우 1월~12월까지 모두 “우수” 등급이나, 연기천에서는 5, 7, 8월에 “양호” 등급으로 산정되었다. 또한 방축천과 제천의 경우 7월부터 10월에는 수질 측정값이 없어 수질지수를 산정하지 못하였지만, 그 외의 월에서 수질지수를 산정한 결과 두 하천 모두 6월에 “양호” 등급으로 산정되었고, 다른 기간에서는 모두 “우수” 등급으로 평가되었다. 수질지수와 생활환경기준을 비교하기 위하여 Table 11에 등급별로 색으로 나누어 표시해 비교하였다. 현재 하천의 수질을 평가할 때 쓰이는 항목인 BOD와 T-P에 대하여 생활환경기준을 적용하여 월별 수질을 평가한 결과, 네 개의 하천 모두 최소 “보통” 이상의 수질을 가지고 있었고, 대부분 제일 좋은 등급인 “매우 좋음” 등급으로 평가되었으나 연기천에서는 T-P 항목이 1월만 “매우좋음” 등급이었고 4, 6, 7월에 “보통” 등급, 나머지 월은 “좋음” 등급으로 평가되었다.
조사하천별로 RT-WQI, WQI 등급과 BOD, T-P를 수질 생활환경기준으로 산정한 등급이 얼마나 일치하는지를 Table 12에 정리하였다. 수질 생활환경기준 등급과의 완전 일치율은 RT-WQI 45.0 %, WQI 67.5 %로 본 논문에서 개발한 WQI가 더 일치함을 확인하였다. 특히 RT-WQI의 경우 산정과정에서 BOD 대신 TOC를 사용하고, 주로 수온, 용존산소 및 전기전도도 항목이 기준치 보다 초과되면서 기존의 BOD, T-P를 기준으로 산정한 등급과의 차이가 더 과장되어 더 차이가 나는 것으로 판단된다.
WQI 산정 결과 연기천을 제외한 세개의 하천에서 BOD, T-P 등급과 일치 또는 1등급 차이가 나는 것이 100 %에 해당하였고, 연기천에서는 BOD의 경우 100 % 일치하였으나 T-P에서 일치 8 %, 1등급 차이 67 %, 2등급 차이는 25 %에 해당하였다. 대부분 두 개의 등급이 일치한다는 것은 WQI가 생활환경기준을 반영한다는 것을 의미하며, 수질 생활환경기준이 항목별로 다양하게 차이가 나는 것에 반하여 WQI는 변동성이 상대적으로 적은 것을 보면 WQI는 여러 항목을 종합하여 통합 수질평가를 수행할 수 있도록 보완해준다고 판단된다.

4. 결 론

본 연구에서는 세종특별자치시 주요 지류하천인 연기천, 삼성천, 방축천, 제천을 도심하천(삼성천, 방축천, 제천)과 비도심하천(연기천)으로 분류하여 2022년 1월~2024년 6월까지의 월별 수질 모니터링을 한 결과를 기반으로 주요 항목의 기술통계량 및 계절별 수질특성을 살펴보고 BOD와 TOC의 산화율 비교, 영양염류와 유기오염물질 간 상관관계 분석, 주성분 분석, 수질지수 개발 및 평가를 수행하였으며 그 결과는 다음과 같다.
1) 네 개 하천 모두 전체 조사기간 동안의 BOD값이 생활환경기준 “약간 좋음” 수준 이상, T-P의 경우 생활환경기준 “보통” 수준 이상의 수질을 보였다. 다만, 도심 하천으로 분류된 삼성천, 방축천, 제천과 비교했을 때 주변에 논밭이 존재하는 비도심 하천으로 분류된 연기천은 영양염류인 T-N, T-P 농도가 더 높은 경향을 보여 영양염류의 관리가 추가로 필요함이 확인되었다.
2) 유기물의 산화율을 비교한 결과, 월별 (BOD-C)/TOC(%)값이 네 하천에서 최소 9.6 %에서 최대 57.2 %로 모두 100보다 작은 값이 나타나 난분해성 유기물이 차지하는 비율이 높음을 확인하였다. 평균값은 농촌 하천인 연기천에서 제일 낮게 나타나 나머지 도심 속 하천들보다 난분해성 유기물질이 차지하는 비율이 더 높음을 확인하였으며, 이는 주변 비점오염원 관리가 필요하다는 것을 암시한다. 특히 여름철에는 (BOD-C)/TOC(%)값이 낮아지고 TOC-(BOD-C)값이 커지는 경향을 보이고 주변에 논밭이 존재하는 하천의 경우 그 양상이 뚜렷하며, 강우시 비점오염원에 기인한 난분해성 물질의 지류하천 유입 제어 강화가 더 요구된다.
3) 통계분석으로 유기오염물질(BOD, TOC)과 영양염류(T-N, T-P) 사이의 상관관계를 분석한 결과, 연기천에서 T-P와 TOC, 삼성천에서 T-N과 BOD간 상관성이 높음을 확인하였다. 또한 주성분 분석을 통하여 하천의 수질변화에 가장 영향을 미치는 변수를 살펴본 결과 삼성천에서는 온도, DO, BOD, TOC, SS가, 연기천에서는 온도, DO, BOD, TOC, T-P가 수질 변화를 잘 설명해주는 변수로 판단된다. 즉, 계절변화(온도, DO)와 유기물질, 영양염류가 4개 지류 하천의 수질 변화에 있어 가장 크게 관련이 있는 요소로 확인되었다.
4) 월별 수질지수 산정 결과 비도심 하천이 도심 하천보다 등급이 낮을 때가 더 많은 것을 확인하였다. 네 하천의 평균 WQI 등급은 “우수(Excellent)”로 생활환경기준 BOD, T-P와 비슷한 경향을 보이거나 항목별 최대 2등급 정도 차이가 남을 확인하였고, 생활환경기준보다 수질지수가 덜 변화하는 것을 볼 수 있었다. 타 연구[11]에서도 수질지수 등급이 수질환경기준 등급에 비해 월별 변화 정도가 상대적으로 낮게 나타났다. 이를 볼 때, 수질 변동성이 심한 지류지천의 효율적인 수질평가 및 관리를 위해서는 각 단일 항목별 기준을 적용하여 확인하는 것보다는 통합수질지수를 산정하여 복합적인 평가를 하는 것이 필요할 것으로 판단되며, 월별로 조사한 수질자료를 이용하여 월별 수질지수를 산정할 때는 본 연구에서 개발한 WQI를 사용하는 것이 통합적인 수질 해석에 더 적합하다고 판단된다.
본 연구에서는 수질에 대한 물리화학적 지표를 이용하여 수질을 평가하였는데, 하천의 좀 더 구체적인 환경상태를 평가하기 위해서는 어류, 수변환경 등의 상태를 이용한 수생태지표, 수량지표 등의 하천의 물리・화학・생물학적 특성을 이용한 평가를 실시한 연구가 필요할 것이다.

Acknowledgments

본 연구는 환경부의 재원으로 국립환경과학원의 지원을 받아 수행하였습니다(NIER-2024-01-03-001). 이에 감사드립니다.

Notes

Declaration of Competing Interest

The authors declare that they have no known competing interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.

Fig. 1.
River map of Sejong indicating sampling points.
KSEE-2025-47-1-63f1.jpg
Fig. 2.
Box plot of BOD, TOC, T-N and T-P in streams with whiskers drawn within the 1.5 Interquartile range value and dots marking data: rhombus and dark line in the box represents the mean and median values of the corresponding to each item and stream.
KSEE-2025-47-1-63f2.jpg
Fig. 3.
Monthly cumulative total precipitation(mm) and monthly averaged air temperature(℃) from January 2022 to June 2024 in Sejong: dotted line for temperature and bar plot for precipitation.
KSEE-2025-47-1-63f3.jpg
Fig. 4.
Graphs showing data for each stream by items(BOD, TOC, T-N, and T-P) investigated from January 2022 to June 2024.
KSEE-2025-47-1-63f4.jpg
Fig. 5.
Scatter plot between T-N and BOD in Samsungcheon, T-P and TOC in Yeongicheon with a 95% confidence ellipse, regression line, p-value(p) and Pearson correlation coefficient(r) based on Pearson correlation analysis.
KSEE-2025-47-1-63f5.jpg
Fig. 6.
Variable coordinates biplot of (a)Samsungcheon and (b)Yeongicheon with PC1 by PC2 on the left and PC3 by PC4 on the right: arrows indicate eigenvectors of the variables, and dots represent observations projected into the principal component space.
KSEE-2025-47-1-63f6.jpg
Table 1.
LES (Living environment standards) for rivers in Korea.
Grade Standards
pH BOD (㎎/L) TOC (㎎/L) SS (㎎/L) DO (㎎/L) T-P (㎎/L) Coliform (Colonies /100 mL)
Total Coliform Fecal Coliform
Excellent (Ia) 6.5∼8.5 ≤1 ≤2 ≤25 ≥7.5 ≤0.02 ≤50 ≤10
Good (Ib) 6.5∼8.5 ≤2 ≤3 ≤25 ≥5.0 ≤0.04 ≤500 ≤100
Fairly good (II) 6.5∼8.5 ≤3 ≤4 ≤25 ≥5.0 ≤0.1 ≤1,000 ≤200
Fair (III) 6.5∼8.5 ≤5 ≤5 ≤25 ≥5.0 ≤0.2 ≤5,000 ≤1,000
Marginal (IV) 6.0∼8.5 ≤8 ≤6 ≤100 ≥2.0 ≤0.3
Poor (V) 6.0∼8.5 ≤10 ≤8 the condition of not floating trash, etc. ≥2.0 ≤0.5
Very Poor (VI) >10 >8 <2.0 >0.5
Table 2.
The status of sampling points and data.
Streams (Number of data) Large spheres of influence Medium spheres of influence Points Reference Surroundings
Samsungcheon (N=30) Geumgang Geumgang Gongju 36°30'09.6"N Sejong-dong (Samsungcheon pedestrian bridge) Human living, Construction site
127°18'34.5"E
Yeongicheon (N=29) Geumgang Mihogang 36°32'22.3"N Nuri-dong (Yeongi bridge) Livestock, Paddy, field
127°16'55.5"E
Bangchukcheon (N=8) Geumgang Geumgang Gongju 36°29'56.8"N Eojin-dong (Eojin 3 bridge) Human living
127°15'25.2"E
Jecheon (N=8) Geumgang Geumgang Gongju 36°29'24.0"N Naseong-dong (Naseong 3 bridge)
127°16'00.0"E
Table 3.
Analytic equipment and methods.
Item Method Equipment
Water temperature Thermistor measurement Thermo Orion Star A329 (Field measurement)
pH Glass electrode measurement
DO Optical sensor measurement
Conductivity(EC) Conductivity cell measurement
BOD 5-day BOD test YSI 4010-1W DO meter
TOC High temperature combust method Shimadzu TOC-L
SS Gravimetric method Filtering equipment
T-N Continuous flow analysis(CFA) Bltec New QuAAtro 39
T-P Continuous flow analysis(CFA) Bltec New QuAAtro 39
Total Coliform Membrane filtration method Filtering equipment
Fecal Coliform Membrane filtration method Filtering equipment
Table 4.
Appropriate criteria for water quality factors [2].
Item Water quality range
Water temperature Monthly average for 10 years - 10°C ≤ Water temp. ≤ Monthly average for 10 years + 10°C
pH 6.5 ≤ pH ≤ 9.0
DO 0.8 X DO Saturation concentration at present water temperature ≤ DO ≤ 1.3 X DO Saturation concentration at present water temperature
EC EC ≤ 200 μS/cm
TOC TOC ≤ 3.0 mg/L
T-N T-N ≤ 3.0 mg/L
T-P T-P ≤ 0.1 mg/L
Table 5.
Water Quality Index [2].
Rating Range Evaluation contents
Excellent 80∼100 It is always clean water quality with few pollutants, so it is always suitable for hydrophilic activity .
Good 60∼79 It is suitable for hydrophilic activity because it maintains relatively good water quality.
Fair 40∼59 In general, good water quality and sometimes pollutants may be introduced and affect hydrophilic activity.
Poor 20∼39 Water pollution due to frequent inflow of pollutants requires attention to hydrophilic activities.
Very Poor 0∼19 Inadequate for hydrophilic activities with high water pollution level.
Table 6.
Mean(±SD), Median, Q1, Q3, Minimum, and Maximum of BOD, TOC, T-N, and T-P in the streams.
Streams Index (Unit) Number of data Mean (±SD) Median Min Q1 Q3 Max
Samsung cheon BOD(mg/L) 30 1.3±0.5 1.3 0.5 0.9 1.6 2.7
TOC(mg/L) 30 2.2±1.0 1.8 1.2 1.4 2.9 4.6
T-N(mg/L) 30 1.459±0.655 1.329 0.270 1.081 1.618 3.036
T-P(mg/L) 30 0.031±0.026 0.025 0.008 0.016 0.034 0.141
Yeongi cheon BOD(mg/L) 29 1.3±0.6 1.3 0.4 0.90 1.7 2.7
TOC(mg/L) 29 2.3±0.8 2.2 1.4 1.8 2.5 4.6
T-N(mg/L) 29 2.074±1.160 2.296 0.246 0.984 2.800 4.528
T-P(mg/L) 29 0.069±0.037 0.056 0.013 0.044 0.092 0.162
Bangchuk cheon BOD(mg/L) 8 1.6±0.6 1.7 0.7 1.3 1.8 2.8
TOC(mg/L) 8 1.9±0.3 2.0 1.5 1.6 2.1 2.2
T-N(mg/L) 8 2.559±0.670 2.534 1.522 2.263 2.824 3.816
T-P(mg/L) 8 0.043±0.013 0.043 0.027 0.033 0.052 0.064
Jecheon BOD(mg/L) 8 1.6±0.6 1.4 0.9 1.3 1.7 2.9
TOC(mg/L) 8 1.7±0.2 1.8 1.4 1.6 1.9 1.9
T-N(mg/L) 8 1.920±0.338 1.933 1.274 1.802 2.117 2.352
T-P(mg/L) 8 0.027±0.008 0.026 0.018 0.022 0.031 0.039
Table 7.
Monthly average of (BOD-C)/TOC(%) and TOC-(BOD-C) in streams.
Streams Category Mean Jan. Feb. Mar. Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.
Samsung cheon (BOD-C)/TOC(%) 27.4 56.3 42.9 39.2 22.6 13.7 10.9 9.7 19.5 10.4 27.9 24.9 51.0
TOC-(BOD-C) 1.66 0.68 0.80 0.88 1.30 3.46 3.07 2.39 1.93 2.36 1.93 2.36 1.20
Yeongi cheon (BOD-C)/TOC(%) 23.2 49.5 33.0 34.8 18.8 13.5 15.5 10.3 16.5 9.6 20.0 17.7 39.3
TOC-(BOD-C) 1.85 0.91 1.12 1.15 1.75 3.23 2.16 2.78 2.20 2.64 1.69 1.48 1.12
Bangchuk cheon (BOD-C)/TOC(%) 32.6 52.5 42.5 47.5 28.6 19.6 24.4 - - - - 16.4 29.0
TOC-(BOD-C) 1.28 0.95 0.86 0.79 1.50 1.69 1.51 1.34 1.56
Jecheon (BOD-C)/TOC(%) 34.5 57.2 37.5 45.5 30.5 17.8 23.7 - - - - 28.7 35.4
TOC-(BOD-C) 1.13 0.81 0.94 0.76 1.11 1.56 1.45 1.21 1.16
Table 8.
Pearson correlation coefficient(r) and p-value of streams.
Streams Index BOD vs. T-N BOD vs. T-P TOC vs. T-N TOC vs. T-P
Samsung cheon r 0.478 -0.0791 -0.0825 0.1651
p-value 0.0076* 0.6776 0.6647 0.3834
Yeongi cheon r 0.1723 -0.2668 -0.0719 0.8288
p-value 0.3715 0.1618 0.7443 <0.0001*
Bangchuk cheon r 0.4408 0.3295 0.0374 0.028
p-value 0.2743 0.4254 0.9299 0.9475
Jecheon r 0.6075 0.5881 -0.3868 0.1263
p-value 0.1102 0.1252 0.3438 0.7656

* p-value < 0.05

Table 9.
Importance of components in Samsungcheon and Yeongicheon extracted from principal component analysis.
Streams Component Eigenvalue % of Variance % of Cumulative
Samsung cheon 1 1.9296 0.3385 0.3385
2 1.4754 0.1979 0.5364
3 1.2459 0.1411 0.6775
4 1.1483 0.1199 0.7974
5 0.9600 0.0838 0.8811
6 0.7637 0.0530 0.9342
7 0.5121 0.0238 0.9580
8 0.4742 0.0204 0.9784
9 0.3711 0.0125 0.9910
10 0.2606 0.0062 0.9971
11 0.1774 0.0029 1.0000
Yeongi cheon 1 2.0041 0.3651 0.3651
2 1.4277 0.1853 0.5504
3 1.1643 0.1232 0.6737
4 1.0658 0.1033 0.7769
5 0.8560 0.0666 0.8436
6 0.7759 0.0547 0.8983
7 0.7333 0.0489 0.9472
8 0.5434 0.0268 0.9740
9 0.3800 0.0131 0.9871
10 0.2740 0.0068 0.9940
11 0.2577 0.0060 1.0000
Table 10.
Variable coordinates extracted from principal component analysis.
Streams Variable PC1 PC2 PC3 PC4
Samsung cheon Temperature 0.9091 0.1441 0.2588 0.0330
pH 0.3923 -0.3024 -0.2323 -0.3894
DO -0.8834 -0.0941 -0.2899 0.0480
BOD -0.7669 -0.1036 -0.0220 0.2704
SS 0.1225 -0.9401 0.2507 -0.0078
EC -0.1385 -0.6578 -0.5169 -0.0813
T-N -0.4512 0.0422 0.3965 0.7357
T-P 0.2486 -0.8381 0.3891 0.2172
TOC 0.6432 0.1519 0.3091 0.1335
Total coliform 0.5375 -0.0329 -0.5402 0.5351
Fecal coliform 0.6102 -0.0056 -0.5664 0.4371
Yeongi cheon Temperature 0.8969 0.3265 0.0811 0.0518
pH -0.2979 -0.0095 0.8067 0.0543
DO -0.9007 -0.3449 0.0808 0.0403
BOD -0.5459 -0.4470 -0.2220 0.4228
SS 0.3951 -0.7986 -0.0719 0.1001
EC -0.1972 0.3618 -0.6707 -0.2326
T-N -0.2043 -0.6685 -0.3062 -0.2059
T-P 0.8955 -0.2959 -0.1073 0.0621
TOC 0.8378 -0.0799 -0.0891 0.1393
Total coliform 0.5214 -0.5260 0.2454 -0.1841
Fecal coliform -0.0372 -0.1641 0.1184 -0.8868
Table 11.
RT-WQI, WQI, and the average of BOD and T-P.
Streams Index Mean Jan. Feb. Mar. Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.
SS RT-WQI 81.1 75.8 76.2 86.6 87.3 75.5 75.8 86.4 76.0 87.1 87.3 83.8 75.5
WQI 87.6 83.4 83.4 91.7 91.7 83.4 83.4 91.7 83.4 91.7 91.7 91.6 83.4
BOD (mg/L) 1.3 2.2 1.6 1.5 1.0 1.4 1.0 0.7 1.3 0.7 1.2 1.0 1.9
T-P (mg/L) 0.032 0.028 0.018 0.026 0.019 0.037 0.029 0.049 0.042 0.028 0.015 0.077 0.016
YG RT-WQI 78.2 76.3 76.2 86.5 86.2 64.1 86.5 64.4 64.2 86.1 85.6 86.1 75.9
WQI 85.5 83.4 83.4 91.7 91.7 75.2 91.7 75.2 75.2 91.7 91.7 91.7 83.4
BOD (mg/L) 1.3 1.5 1.6 1.0 1.3 1.1 0.9 1.2 0.7 1.1 0.9 2.0 2.0
T-P (mg/L) 0.073 0.038 0.045 0.053 0.103 0.076 0.133 0.115 0.100 0.052 0.048 0.059 0.054
BC RT-WQI 79.9 82.4 83.6 85.1 85.5 75.1 64.1 - - - - 83.5 80.4
WQI 88.4 91.4 91.5 91.6 91.6 83.3 75.1 - - - - 91.5 91.3
BOD (mg/L) 1.6 2.8 1.7 1.9 1.6 1.1 1.3 - - - - 0.7 1.7
T-P (mg/L) 0.043 0.064 0.047 0.027 0.052 0.038 0.028 - - - - 0.052 0.034
JE RT-WQI 77.1 74.0 86.7 74.3 74.5 74.0 63.9 - - - - 83.5 85.7
WQI 85.3 83.3 91.6 83.3 83.3 83.3 75.0 - - - - 91.5 91.3
BOD (mg/L) 1.6 2.9 1.5 1.7 1.3 0.9 1.2 - - - - 1.3 1.7
T-P (mg/L) 0.027 0.039 0.036 0.023 0.018 0.029 0.019 - - - - 0.027 0.025

1) SS : Samsungcheon, YG : Yeongicheon, BC : Bangchukcheon, JE : Jecheon

2) ■ : WQI(Excellent), LES(Excellent(Ia), good(Ib)) / ■ : WQI(Good), LES(Fairly good(II)) / ■ : WQI(Fair), LES(Fair(III))

Table 12.
Difference in grade between WQI(RT-WQI, WQI) and LES(Living Environment Standards) for BOD and T-P.
Streams Index Difference of grade
Sum
RT-WQI
WQI
None 1-Step 2-Step None 1-Step 2-Step
Number (Rate(%)) SS BOD 7(58) 5(42) 0 11(82) 1(8) 0 12
T-P 5(42) 7(58) 0 9(75) 3(25) 0 (100)
YG BOD 6(50) 6(50) 0 9(75) 3(25) 0 12
T-P 4(33) 6(50) 2(17) 3(25) 7(58) 2(17) (100)
BC BOD 5(63) 3(37) 0 6(75) 2(25) 0 8
T-P 2(25) 6(75) 0 3(37) 5(63) 0 (100)
JE BOD 4(50) 4(50) 0 6(75) 2(25) 0 8
T-P 3(37) 5(63) 0 7(87) 1(13) 0 (100)

• SS : Samsungcheon, YG : Yeongicheon, BC : Bangchukcheon, JE : Jecheon

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