동신대학교

초록/요약

본 연구에서는 수질오염총량관리제를 위해 측정되고 있는 수질 및 유량자료를 수집하여 자료에 내재되어 있는 시·공간적 특성을 분석하고자 하였다. 영산강 유역을 대상으로 하여, 본 유역 내의 단위유역들 중 황룡_A, 지석_A, 영본_A, 영본_B, 영본_C, 영본_D의 말단지점에서 측정되고 있는 BOD (Biochemical Oxygen Demand), TOC (Total Organic Carbon), T-N (Total Nitrogen), T-P (Total Phosphorus), SS (Suspended Solids) 수질농도 및 유량자료를 대상으로 연구를 진행하였다. 이상의 6개 단위유역에서 수집된 수질 및 유량자료의 시·공간적 특성 분석을 위한 방법론으로는 최근 패턴분류를 위해 활발히 적용되고 있는 자기조직화 특성 지도(Self Organizing Feature Map: SOFM)와 계층적 클러스터 분석 기법을 활용하였다. 먼저 사용 자료의 수에 의한 SOFM의 총 노드의 수를 결정하였으며, 사용 자료에 대한 고유치를 산정하여 SOFM의 횡축 및 종축에 배치할 노드의 수에 대한 비율을 산정하였다. 이에 따라 16×6 구조의 SOFM을 구축하였으며, 일반적으로 사용되는 육각형 배열을 적용한 결과, 사용 자료가 총 5개의 패턴으로 분류되었다. 각 클러스터별로 도시된 레이다 차트(radar chart)를 통해 분류된 패턴들의 특성을 파악하였으며, 클러스터 사이의 차이점을 나타내었다. 클러스터-1의 경우 가장 양호한 수질 상태를 보이고 있으며, 이와는 대조적으로 심각한 상태의 수질자료들이 클러스터-3와 클러스터-4로 분류된 것을 알 수 있었다. 클러스터-3은 T-N과 T-P가 다른 수질 항목들에 비해 보다 심각한 상태였으며, 클러스터-4의 BOD, TOC 및 SS의 상태가 다른 항목들에 비해 심각하였다. 클러스터-2의 경우 대체적으로 양호한 수질 상태를 보이고 있으며, 클러스터-5에는 다른 자료들에 비해 현저히 큰 값의 유량자료가 분류되었다. 또한 각 클러스터에 대하여 각 단위유역의 자료의 빈도를 조사한 결과, 클러스터-1에는 황룡_A, 지석_A 및 영본_A의 단위유역에서 측정된 자료만 분류된 것으로 나타났다. 특히 황룡_A의 경우 자료가 전반적으로 클러스터-1로 분류되어 대상 단위유역들 중에서 가장 양호한 수질 상태를 나타내었다. 클러스터-2는 6개 대상 단위유역의 자료가 고루 분포하고 있음을 보였다. 그러나 클러스터-3에는 영본_B의 자료가 다른 단위유역들의 자료에 비해서 현저히 높은 비율을 차지하였으며, 클러스터-4에는 영본_C의 자료가 상대적으로 높은 비율을 나타내었다. 이로부터 황룡_A, 지석_A 및 영본_A 단위유역이 영본_B, 영본_C 및 영본_D 단위유역과 상이한 수질 상태를 나타내고 있음을 알 수 있었으며, SOFM에 의해 이러한 공간분포를 파악할 수 있었다. 시간분포 파악을 위해 각 클러스터별 자료의 월별 발생 빈도를 조사하였으며, 그 결과 클러스터-1의 자료는 연중 전체에 걸쳐 고루 발생한 자료를 포함하고 있으나, 클러스터-2는 6월에 가장 많이 발생하였다. 클러스터-3과 클러스터-4의 경우는 주로 홍수기 이전의 자료가 대부분이었으며, 클러스터-5는 홍수기에 발생하였다. 이에 따라 홍수기 이전 수질이 악화된 상태의 자료가 주로 클러스터-3과 클러스터-4에 분포되었으며, SOFM에 의해 이러한 수질자료의 발생 기간에 따른 시간적 분포를 파악할 수 있었다. 따라서 현재 영산강 수계 단위유역 말단지점에서 8일 간격으로 측정되고 있는 수질 및 유량자료의 활용성 제고를 위한 분석 기법의 개발을 위해 SOFM의 적용이 타당한 것으로 판단되며, 자료의 분석 결과 측정된 자료의 시·공간적 분포를 파악할 수 있었다. 이러한 결과는 향후 환경정책의 입안 및 지속적인 추진을 위한 기초적인 정보를 제공해 줄 수 있을 것으로 기대된다.