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ISSN : 1229-3431(Print)
ISSN : 2287-3341(Online)
Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety Vol.21 No.6 pp.617-636
DOI : https://doi.org/10.7837/kosomes.2015.21.6.617

Characteristic Distributions of Nutrients and Water Quality Parameters in the Vicinity of Mokpo Harbor after Freshwater Inputs

Yeong-Tae Kim*, Yoon-Seok Choi**, Yoon-Sik Cho**, Yong Hyeon Choi**, Seungryul Jeon**
*Tidal Flat Research Institute, National Fisheries Research & Development Institute, Kunsan 54014, Korea, 051-472-8614
**Tidal Flat Research Institute, National Fisheries Research & Development Institute, Kunsan 54014, Korea
Corresponding Author : grcys@korea.kr, 063-472-8611
September 7, 2015 October 16, 2015 December 28, 2015

Abstract

The Mokpo coastal waters receive discharges from three artificial lakes(Youngsan, Youngam, Geumho) and other terrigenous freshwater inflows(streams, sewage treatment effluent, fresh groundwater), which exhibit very high concentrations of nutrients and/or organic matters. To understand spatial distributions of nutrients(DIN, DIP, DSi) and other water quality parameters(Chl-a, water temperature, salinity, DO, COD, SS), field surveys were conducted at 10 stations in the Mokpo harbor and adjacent estuaries on May, July, September, and November 2008 within 10 days following discharge events from artificial lakes. In this study, the freshwater flow rate influxed by the operation of sea dike sluice had significant influence on water qualities of the Mokpo coastal waters, although nutrient concentrations in other freshwater sources such as streams, sewage treatment effluent, and fresh groundwater were much higher. As a result of statistical analysis, DIN, COD, and Chl-a had a negative correlation with salinity. Therefore it was shown that discharge extents, time, and nutrients from the Youngsan lake were major impact factors dominating the spatial characteristics of nutrients and other water quality parameters in the Mokpo harbor and adjacent waters. However, despite non-discharge from the Youngsan Lake on September of this investigated period, it was observed that the nutrient addition was taking place in the lower layer of the estuary suggesting nutrient supply through different pathways. This result has emphasized the need to implement the combined assessment about the cumulative impacts on the Youngsan Estuary environment and ecosystem due to freshwater inputs derived from the artificial lakes as well as other terrigenous inflows, or benthic releases.


담수 유입에 따른 목포항 주변해역의 영양염 및 수질인자 분포 특성

김 영태*, 최 윤석**, 조 윤식**, 최 용현**, 전 승렬**
*국립수산과학원 갯벌연구소, 051-472-8614
**국립수산과학원 갯벌연구소

초록

목포항 주변은 인공 담수호(영산호, 영암호, 금호호)와 여러 육상기인 담수 유입원(소하천, 하수 처리장 방류수, 담지하수)이 분포되어 있다. 이 중 담수 유입량이 가장 많은 인공 호수의 방류 후 10일 이내에 목포항 주변해역에서 영양염(DIN, DIP, DSi)과 기타 수질인자(Chl-a, 수온, 염분, DO, COD, SS)의 분포 특성에 대해 2008년 1년 동안 4회(5월, 7월, 9월, 11월) 현장 조사를 수행하였다. 소하 천, 하수처리장 방류수, 담지하수 등의 영양염 농도가 훨씬 더 높음에도 불구하고, 방조제 수문 개방을 통한 담수 방류가 주된 영향을 미치고 있었다. 통계 분석 결과 DIN, COD, 그리고 Chl-a가 염분과 음의 상관관계를 보였다. 따라서 영산호 방조제의 방류 규모와 시기, 그리고 영양염 농도는 전면 해역뿐만 아니라 외해역의 수질 분포에 있어서 중요 영향 인자임을 보이고 있다. 그러나 이번 조사 기간 중 9월에 영산호의 방류가 없었음에도, 하구역의 저층부에 영양염의 첨가가 발생하고 있었다. 이러한 결과는 영산강 하구역의 환경 및 생태계에 미치는 누적 영향에 대해 인공 담수호뿐만 아니라 다른 담수 유입원별 특징, 또는 저층 퇴적물로부터의 용출 등을 고려하여 통합적인 평가가 이루어져야 한다는 점을 나타내고 있다.


    National Fisheries Research and Development Institute
    R2015060

    1.서 론

    우리나라 주요 강 하구에는 방조제(하구둑)가 설치되어 있 어, 인위적인 수문 조절을 통해 해수와 담수가 혼합 또는 유 동되는 매우 제한된 순환 구조를 이루고 있다. 서해 남부 및 남해 서부 가장자리에 위치해 있는 영산강 하구역 및 목포 항 주변해역은 크고 작은 섬들과 협수로 등으로 인해 폐쇄 성이 강한 지리적 특성을 나타내고 있으며, 해안과 인접한 곳에 인공 호수 3곳이 조성되어 있다. 이 중 영산호(유효저 수량 180.9 × 106 m3)는 ‘영산강유역 농업종합개발사업Ⅱ단 계(1976~1981)’ 사업의 일환으로 1981년 완공된 방조제에 의 해 형성되었다. 현재의 목포시 옥암동(무안군 삼향면 옥암 리)에서 영암군 삼호면 나불리를 연결하는 4,350 m의 영산강 하구둑은 배수갑문 8련과 통선문 1련으로 구성되어 있으며, 관리수위(EL. -1.35 m) 조절, 홍수위 조절, 수질 개선, 배수 개 선 등을 위해 담수를 방류하고 있다(Youngsangang Project Office, KRC, 1999). 방류 시점은 배수갑문 개방 및 관리 규정 에 따라, 담수호 수위와 외조위 차이가 0.20 m 이상 확보되는 간조 시에 수문을 개방하고 있다(Youngsangang Project Office, KRC, 1999; Rhew and Lee, 2011). 영암호(유효저수량 138.8 × 106 m3)는 1993년 완공된 길이 2,219 m의 영암방조제에 의해, 그리고 금호호(유효저수량 75.5 × 106 m3)는 1996년 길이 2,112 m 의 금호호 방조제가 완공되면서, 각각 조성된 인공 호수이 다(YSWSMC and NIER, 2006).

    이와 같이 방조제 운영에 따른 수문 개방이 빈번하게 이루 어지고 있는 하구역에서, 담수 방류는 주변수역 내 염분 변 동(Kim et al., 2013)뿐만 아니라, 조석의 비대칭성 증가(Ryu et al., 2000; Kang and Moon, 2001; Jung, 2011; Jung and Jeong, 2013)와 유체의 유동 패턴 변화(Byun et al., 2004; Jang and Kim, 2006), 연안 침·퇴적 변화(Bang et al., 2013), 동·식물 플 랑크톤 및 저서생물 군집에 대한 생리적 스트레스 가중(Lim and Park, 1998; Yoon, 2001; Yoon et al., 2013), 영양염의 과다 공급 및 부영양화 심화(Jeong et al., 1999) 등 하구역 환경과 수생태계 전반에 직·간접적인 영향을 야기하고 있다. 이러한 인식 하에 영산강 하구역 및 주변의 해양 환경과 생태계에 대해 영향 조사와 변화 여부에 대한 연구가 꾸준히 진행되 고 있다. 그럼에도 불구하고, 조사·연구 추진 과정에서 제한 된 수역 내에서의 정점 선정(Park et al., 2010), 또는 일회성 단기 조사(Park et al., 2001; Kim et al., 2013)와 그에 근거한 통계 분석 결과를 제시하거나, 한정된 계산 조건과 입력 변 수를 이용한 모델 예측(Jeong et al., 1999; Park et al., 2006; Jung and Kim, 2008), 또는 단순 박스 모델을 이용한 물질 수 지(Lee and Jun, 2009) 등을 통해 단편적인 결과만을 도출하였 다. 이로 인해 하구역 시스템과 주변해역에서의 해양물리학 적 유동 예측의 불확실성이 내재되어 있고, 영양염 분포와 순환을 종합적으로 평가하는데 부족한 부분이 있다. 또한 조사 정점을 선정하는데 있어서도 영산강 하구둑 전면에서 목포 내항 및 고하도 사이까지의 내만역 위주로 관측이 수 행되어 왔다. 영산호 다음으로 유입 담수량이 많은 영암호- 금호호 방조제 앞까지의 기수역에 대한 조사(Yoon et al., 2013), 목포시 내항에 위치한 소하천과 하수처리장의 방류수 량 등을 고려한 연구 결과(Lee, 2000; Kim, 2006) 사례는 매우 미흡하다, 더욱이 해안선을 통한 담지하수의 유입량 등을 추가하여, 종합적으로 목포 연안역에 대한 수질 영향 여부 를 연구한 사례는 보고되어 있지 않다.

    이번 연구 기간 중 담수호(영산호, 영암호, 금호호)의 실제 방류량과 방류 시점, 그리고 담수 수질 등에 의한 하구역 및 목포항 주변해역 수질 영향 등에 대해 상호 연관성을 밝히 고자 하였다. 또한 목포시 내 소하천 및 하수처리장, 해안유 출 담지하수(무안군, 영양군, 해남군) 등의 유량과 수질을 고 려하여, 육상기인 담수에 의한 하구역 내 수질(특히 영양염) 영향 가능성에 대해 검토하였다. 이번 결과를 통해 향후 영 산강 하구역 및 연안해역의 물리적 특성(성층화/비성층화 형 성 시기)을 고려하여 물질 수지 산정을 위한 기초 자료로 활 용할 수 있을 것으로 기대된다.

    2.재료 및 방법

    2.1.담수 유입량 조사

    영산호, 영암호, 금호호 등 인공 담수호의 방류량은 한국농 어촌공사 영산강 사업단(Youngsangang Project Office, KRC, 2008)으로부터 자료를 제공받았다(Personal communication). 영 산강 하구역은 반일주조에 의한 왕복성 조류가 우세하고 조 차가 최대 4 m에 이르는 중·대조차 환경이다. 대조기에서 소 조기로, 또는 소조기에서 대조기로 바뀌는 기간이 대략 7~8 일인 점을 고려하여, 이 기간 동안 유입 담수와 물질이 해수 와 충분히 혼합될 수 있다는 가정에서(Jeong et al., 1999; Lee and Jun, 2009; Kwoun et al., 2012), 현장 조사일로부터 최대 10 여일 전까지의 실제 방류량 자료를 적용하였다. 담수호 내 수질은 2008년 5월 26일, 7월 16일, 9월 20일, 11월 26일에 각 각 영산호(F 1)와 영암호(F 2) 방조제 내측의 수문 부근에서 표층수과 저층수를 채수하여(Fig. 1), 전처리한 후, 실험실로 옮겨와 각 항목별로 분석하였다. 한편, 하구역 주변의 하천 수, 담지하수는 기존 자료를 인용하였으며, 이번 조사와 계 절적으로 동일한 시기이거나, 가까운 실측값을 반영하였다. 먼저, 목포시에서 유입되는 하천수의 유량과 용존 영양염 농도는 Lee(2000)의 자료를 인용하였다. 해안선을 통해 유출 될 것으로 예상되는 담지하수 유량은 목포시에 인접한 무 안, 영암, 해남 등 3곳의 군(郡) 지역에서 Darcy's method를 이 용하여 산정된 해안유출 담지하수량을 합산하여 적용하였 다(MST, 2007). 한편 영산강 집수역(약 3,427 km2) 내 주요 토지 이용 현황을 보면, 면적 기준으로 임야(53 %), 농경지(32 %), 기타(15 %)의 순으로 파악되고 있다(Kim et al., 1999). 이 중 농작물에 대한 비료 살포, 관개시설 용량 확충을 위한 관정 (well) 굴착 등 인위적인 활동으로 대수층(aquifer)을 흐르는 지하수 오염에 주된 영향을 미칠 것으로 예상되는 경작지 내 지하수(농업용수)에서 분석된 영양염 농도를 파악하였다 (Lee and Ahn, 2000). 이와 함께 국가지하수정보센터에서 조 사한 2008년 생활용수 자료(GIMS, 2009)를 해안으로 유출되 고 있는 담지하수의 수질(NO3-N 농도)로 활용하였다.

    2.2.수질 환경 조사

    하구역 및 주변 해역, 그리고 담수호에 대한 현장 조사는 2008년 한 해 동안 5월 26일(소조기), 7월 16일(대조기), 9월 20일(소조기), 11월 26일(대조기) 등 모두 4회 수행하였고, 해 양 조사 시, 만조 시간 이후 조사선에 승선하여 정점 번호 순서(St. 1~10)대로 현장 관측과 시료 채취를 각각 수행하였 다(Fig. 1). 정점 선정 시, 목포 주변해역의 지형적 특성과 조 류(tidal current) 유동 특성 등을 고려하였다(Ryu et al., 2000; Kang and Moon, 2001). 우선 영산호 방조제의 전면 수역을 기 점으로 하여 동서 방향(A line: St. 1, 2, 3, 6, 9, 10), 영암호-금 호호 방조제 전면 수역을 기점으로 남북 방향(B line: St. 4, 5, 6, 7, 8)으로 각각 조사선을 설정하였고, 열십 자 형태의 등거리 범위(약 15km)로 조사 구역을 정하였다. 세부적으로 는 영산호(St. 1, 2, 3), 영암호-금호호의 전면 수역(St. 4, 5), 담수와 외해수의 이동 수로(St. 6, 7, 8), 외해역(St. 9, 10)에 각 각의 조사 정점을 정하였다. 또한 담수호 내 수질 현황을 파 악하기 위해 영산호(F 1)와 영암호(F 2)에서 각각 채수하였 다(Fig. 1).

    현장에서 CTD(Seabird-911)를 이용하여 각 정점별로 표층 에서 저층부까지 연직으로 수온, 염분을 측정하였다. 이 때 정점별 수심을 측량하여 5 m 이상인 경우, 표층과 저층, 또 는 표층, 중층, 저층 등으로 세분화하여 채수한 다음, 분석 항목과 목적에 따라 현장에서 전처리하거나 냉동하여 실험 실로 운반하였다. 특히 채수 직후, 용존 산소 측정용 시료는 요오드와 망간을 이용하여 고정한 후, 5시간 이내에 Winkler 적 정법으로 정량하였다. 부유물질(suspended solids, 이하 SS)은 여 과(Φ 47mm) 전·후의 항량의 무게 차이로 정량하였다. DIN (dissolved inorganic nitrogen as the sum of NH4-N, NO3-N, and NO2-N), DIP (dissolved inorganic phosphorus as PO4-P), DSi (dissolved silica as SiO2-Si, or SiO4H4) 등의 용존 무기 영양염 은 막여과지(공극 0.45 μm)로 여과된 시료를 즉시 냉동 보관 후, 분석 시 해동하여 해양환경공정시험기준(MLTM, 2006) 방법에 따라 정량하였다.

    Chlorophyll-a(이하 Chl-a)는 막여과지에 채집된 식물플랑크 톤에 대해 아세톤(90 % v/v)을 주입하여 냉암소에 24시간 동 안 보관하면서 색소를 추출한 후, 분광광도계로 정량한 후, 경험식을 통해 농도를 산출하였다. COD는 산화제인 과망간 산칼륨을 시료에 주입한 다음, 수욕조에서 1시간 동안 가열 및 방냉한 후, 티오황산나트륨으로 적정하여 농도로 환산하 였다. 목포시에서 가동 중인 하수처리 시설은 남해 하수처 리장(DWTP 1)과 북항 하수처리장(DWTP 2)이 있다(Fig. 1). 이 두 곳을 2008년에 각각 4회씩(5월 27일, 7월 17일, 9월 21일, 11월 27일) 방문, 최종 방류수를 채수하여 현장에서 여과한 다 음, 냉동 보관 후, 실험실로 옮겨와 영양염을 분석하였다.

    2.3.자료의 통계 처리

    측정 및 분석 결과에 대해 수질 변동 요인 및 상관성을 규 명하기 위해 조사 시기별 통계 분석(SPSS 14.0: SPSS Inc., USA)을 실시하였다. 상관관계 분석은 Pearson coefficient값을 이용하였으며, 통계적 유의성 기준은 유의계수(P) 0.05 미만 으로 하였다.

    3.결과 및 고찰

    3.1.목포 주변해역의 담수 유입 현황

    목포 주변 연안해역에는 영산호, 영암호, 금호호 등 3곳의 인공호수가 조성되어 있다(Fig. 1; Table 1). 그 외에 목포시에 서 유출되는 소하천, 하수 처리수, 영산강 유역 해안유출 담 지하수 등이 있는 것으로 파악되었다(Table 2). 이 중 가장 많은 유입 담수원은 인공 호수이다. 일반적으로 인공 담수 호 중에서 가장 많은 방류량을 차지하는 호수는 영산호(998~1,750 × 106 m3 yr-1)이며, 영암호와 금호호의 합계 방류량보 다 약 3배 이상 많다(Jeong et al., 1999; YSWSMC and NIER, 2006; Bang et al., 2013). 이번 연구 기간에 적용된 10일 동안 은 영암호의 방류량이 제일 많았고, 다음으로 영산호, 금호 호 순이었다(Table 1).

    이와 같은 이유는 목포항과 하구역 주변해역으로 방류된 담수가 최대 범위로 확산 및 혼합되는 데 소요되는 기간이 15 조석 주기 이상이라는 기존 연구 결과에 근거하여(Jeong et al., 1999; Lee and Jun, 2009; Kwoun et al., 2012), 현장 조사 일을 기준으로 최대 10일 전까지의 실제 방류된 담수 누적 량만을 적용하였기 때문이다. 즉, 10일의 기간 내에 처음 방 류일로부터 현장 조사일까지의 경과 일수에 대해 각 인공 호수별로 1일 당 평균 방류량으로 환산하거나(Table 2), 한 달 기간 중 나머지 20여일동안의 담수 방류량을 합산할 경 우, 기존 자료처럼 영산호의 방류량이 가장 클 것으로 예상 된다. 기타 육상기인 담수 중에는 목포시 북항 구역(산정농 공단지, 죽교천)과 남항 구역(삼향천, 입암천, 동명동 배수구, 해안로 배수펌프장), 그리고 영암 지역(대불공단 배수펌프 장) 등에 위치한 소하천, 하수 처리수(남해하수처리장: 1998 년 7월 30일부터 가동; 북항하수처리장: 2004년 3월 30일부 터 가동), 해안유출 담지하수 등의 유량이 확인되었다(Fig. 1; Table 2).

    3.2.수온, 염분, DO, 그리고 SS의 분포 특성

    이번 조사를 통해 영산강 하구역과 주변 해역에서 가장 높은 수온을 기록한 시기는 9월이었고, 다음으로 7월, 5월, 11월 순이었다(Table 3). 특징적인 분포를 나타낸 조사 시기 는 7월과 9월이었다(Fig. 2). 7월 중 수온 범위는 20.6~27.2°C (평균 23.0°C)였다. 수평적인 분포 특성으로 하구역에 인접한 정점에서 높고 외해쪽으로 갈수록 낮은 수온 분포를 나타냈 다. 반면, 표·저층간 수온차는 최대 5°C이상으로 뚜렷한 수 온 성층이 관측되었다(Table 3). 9월에 조사된 수온에서 표· 저층 간 및 정점 간 차이는 크지 않았으나, 평균 수온이 25°C이상으로 조사 시기 중 가장 높았다.

    염분 분포에 있어서, 전체 조사 기간 중 7월에 전체 염분 범위가 제일 컸다(Table 3). 일반적으로 인공 호수의 대규모 방류에 따른 직접적인 영향을 받는 정점 1과 정점 4(7월 표 층 염분 분포 제외)에서 낮았고, 외해측(정점 10)과 수심이 깊은 저층부에서는 높은 염분 분포를 보였다(Fig. 3~6). 각 조사 시기별 분포에 있어서, 5월 중 염분 범위는 30.5~33.2 psu(평균 32.4 psu)로써, 영산강 하구역에서 목포 내항 사이에 위치한 정점 1~2에서 낮은 염분을 보였다(Fig. 3). 반면, 외 해와 연결된 수로부와 저층에서는 상대적으로 높은 염분 분 포를 보였다. 7월은 현장 조사 직전 대규모 담수 방류로 인 해 정점 간 염분이 큰 차이(18.1~31.9 psu)를 나타냈다. 방류 된 담수의 영향을 직접 받은 영산호 방조제 전면의 최근접 정점과 수로부에 위치한 정점들(정점 1~3, 정점 6)에서 낮 은 염분 분포를 보였으며, 이로 인해 염분 성층이 뚜렷하게 관측되었다(Fig. 4). 영암-금호 방조제의 전면 해역(정점 4, 5) 부터 북쪽 수로부에 위치한 정점 8까지의 수역에서도 염분 성층이 형성되었다. 9월과 11월의 평균 염분 범위는 각각 29.6~31.9 psu(평균 31.3 psu), 31.8~32.7 psu(평균 32.3 psu)로 써 정점 간 수평적인 분포 차이는 크지 않았다. 그러나 표/ 저층간 수직 분포에 있어서는 유입된 담수의 영향으로 인해 약한 염분 성층이 관측되었다(Figs. 5 and 6).

    조사 기간 중 DO의 평균 농도는 7월에 가장 높은 농도를 보였고, 그 다음으로는 5월, 11월, 9월 순이었다(Table 3). 공 간적으로는 방조제(영산호, 영암호, 금호호)와 인접한 정점 1~2, 4~5에서 높은 농도 분포를 보였다(Fig. 2). 표층에서는 과포화 상태를 나타냈고, 저층에서도 빈산소(3mg L-1 이하) 수괴는 관측되지 않았다(Fig. 2). 이와 같이 수직·수평적인 분 포 특성을 종합해 보면, 우선 첫 번째 원인으로서 DO 농도 가 풍부한 담수의 방류와 하구역 내 혼합에 의한 일시적인 영향으로 추측된다. 특히 이번 7월 조사 시 평균 수온은 2 3°C 이상으로 고수온 상태였고, 연직 수온 및 염분차에 의한 밀도 성층이 뚜렷하게 형성되어 있었다. 이러한 조건에서는 일반적으로 저층 빈산소(또는 무산소) 수괴가 발생하여 시 간 경과에 따라 주변 해역으로 그 범위가 확대될 것으로 예 상할 수 있다(Choi et al., 1994; Lim and Park, 1998). 한편, 이 시기 영산호에는 산소가 풍부하게 용존(9.8mg O2 L-1)되어 있었고, 광합성을 통해 수중 산소를 생산하는 식물플랑크톤 이 매우 높은 밀도(22.5 μg Chl-a L-1)로 분포하고 있었다 (Table 4; Figs. 2 and 3). 이러한 상황에서 현장 조사 하루 전 영산호에서 방류된 담수가 목포 내항의 해수와 연직 혼합되 면서, 7월 조사 중 가장 낮은 DO 농도를 나타낸 정점 1의 저 층(수심 5.0 m 이상)에서도 6.5mg L-1를 나타내게 하였을 것 으로 추정된다. 또한 표층에서는 17.6mg L-1로 과포화된 DO 농도가 관측되었다. 따라서 두 번째 원인으로서 영산호의 방류 직전에 하구역의 표층수에 식물플랑크톤의 대량 증식 이 발생하였던 것으로 추측된다. 이번 조사에서는 담수호의 방류 이후 수질 인자의 수평·수직 분포를 파악하는 데에 초 점을 두어, 하구역 내 식물플랑크톤의 서식 기원(담수종, 기 수종, 해수종), 대발생, 그리고 소멸 과정 등에 따른 연계 조 사는 수행되지 않았다. 다만, Kim and Choi(1988)의 연구에 따르면, 영산호 전체 담수역에서도 조사 시기와 정점에 따 라 식물플랑크톤의 각 분류군별(규조류, 녹조류, 남조류 등) 현존량이 매우 다양하고 변화의 폭이 크게 나타나고 있다고 보고한 바 있다. 따라서 이번 현장 조사 기간 중에도 담수호 의 방류 시, 특정 담수종 식물플랑크톤의 우점과 현존량에 의해 영산강 하구역의 DO 농도 분포에 기여한 정도를 추정 하기는 어렵다. 또한 Kim(2006)의 조간대 내 담수화 실험을 통한 식물플랑크톤의 천이 과정 관찰 결과, 연안 해수종에 서 기수종, 그리고 뒤이어 담수종으로의 변화가 염분 감소 에 따라 빠르게 전환된다고 보고된 바 있다. 반대로 다시 외 해수와 같이 고염분 상태로 복원된다면, 해수종으로의 우점 천이가 빠르게 진행될 것이다. 따라서 방조제의 담수 방류 초기에는 담수와의 혼합을 통해 하구역의 DO 농도 분포가 결정되게 되고, 이후에는 염분 변화 내성에 적응한 식물플 랑크톤의 광합성에 의해 수중 DO 농도의 분포가 달라질 수 있음을 시사하고 있다.

    향후, 영산호 방조제의 내측 담수산 식물플랑크톤의 종조 성 파악과 함께, 고수온기 담수 방류에 의한 담수종과 해수 종 플랑크톤간 우점도 변화, 급격한 염분 변화에 의한 플랑 크톤의 폐사, 저층으로의 침강, 분해 등에 대한 연속 과정을 추적 조사한다면, 영산강 하구역에서 담수 방류가 저층 빈 산소 수괴 발생과 확대에 미치는 영향과 기여도를 이해할 수 있을 것으로 예상된다. 기존 연구 결과에서(Lim and Park, 1998; Kim, 2006; Byun et al., 2007), 정점 1~3 사이의 수역이 해저 지형의 기복과 좁은 수로 등으로 인해 외해수와의 유 동이 제약을 받는 반폐쇄성 구역으로, 인공 담수호(특히 영 산호), 목포시에서 유입되는 소하천, 하수처리장 방류수 등 에 의해 과도한 오염 부하와 하계 저층수 내 빈산소 수괴 발 생이 지속적으로 보고되고 있다. 뿐만 아니라 담지하수, 소 하천, 하수처리장 방류수 등을 통한 고농도의 영양염 유입 (Table 4)이 관측되는 수역이기도 하다. 이 중 소하천과 담지 하수 내 영양염 농도의 경우, 이번 조사 시기와 시간적 차이 (년도)는 있으나, 주변 집수역으로부터 유입되고 있는 질소 와 인의 현황을 파악하는 데 중요한 자료라고 판단된다.

    SS는 7월과 9월에 각각 29.4mg L-1, 26.3mg L-1로 5월과 11 월에 비해 다소 높은 농도를 나타냈고, 수층별로는 저층에 서 높은 농도 분포를 보였다(Table 3).

    3.3.영양염, Chl-a, 유기물 분포

    3.3.1.질소계 무기 영양염(DIN)

    해수 중 질소계 용존 무기 영양염 농도는 해양생태계 내 1 차 생산자로서, 먹이 연쇄의 근간을 이루는 식물플랑크톤의 성장을 촉진하거나 제한하는 중요 인자이다.

    먼저 유기물이 분해될 때, 1차 생성물이면서, 수중 산소가 풍부할 경우 질산화과정(nitrification)을 통해 빠르게 산화되 는 NH4-N에 대해 정리하였다. 조사 시기 동안의 전체적인 분포 특성을 보면, 5월과 11월에는 표층에서 높고, 저층부에 서는 낮은 농도를 나타낸 반면, 7월과 9월에는 반대의 경향 을 나타냈다. 공간적으로는 방조제에 인접해 있고 목포 내 항에 위치한 정점들에서 더 높은 농도 분포를 보였다. 각 조 사 시기별로 정리하면, 5월에 NH4-N은 0.7~26.3 μmol L-1(평 균 2.2 μmol L-1)의 농도 범위를 보였다(Table 5). 이 시기 영 산강 방조제의 최근접 거리에 있는 정점 1에서 최대 농도값 을 나타냈다. 반면, 다른 정점에서는 상대적으로 낮은 농도 분포를 보였다. 한편 현장 조사 6일 전 영산호 방조제에서 2 일 연속 대규모의 담수 방류(18,572 × 103 m3)가 이루어졌고, 이와 함께 담수호 내 고농도의 NH4-N(약 21 μmol L-1)이 유입 된 영향으로 판단된다(Table 4). 7월에 NH4-N 농도 범위는 0.02~6.0 μmol L-1(평균 0.8 μmol L-1)이었다(Table 5). 공간적으로 는 영산호 방조제 전면 해역에 위치한 정점 1~2 사이 수역 내 저층부에서 상대적으로 높은 농도 분포를 보였다. 이러 한 경향은 현장 조사 1일 전 영산호에서 7,451 × 103 m3의 담 수 방류가 있었고, 이 때 담수 내 NH4-N이 유입된 영향으로 판단되며, 인근에 위치한 목포시 남해 하수처리장(Fig. 1)에 서도 고농도의 NH4-N(790 μmol L-1 )이 방류되고 있는 것으로 확인되고 있다(Table 4). 같은 시기 영암호-금호호 방 조제에 인접한 정점 4~5 사이 수역에서는 낮은 농도값을 나타냈다. 9월에 NH4-N 농도는 평균 0.7 μmol L-1이었으며, 표층에서는 낮고 저층수에서는 상대적으로 높은 농도 분포 를 보였다. 특히 정점 2의 저층부에서 7.3 μmol L-1로 다소 높 은 농도를 보였고, 목포 북항, 압해도, 눌도 사이 수로부에 위치한 정점 7~8에서도 비교적 높은 농도 분포를 보였다. 11 월에 NH4-N 농도는 0.3~5.3 μmol L-1(평균 1.5 μmol L-1)의 범 위를 보였다. 이 시기에 현장 조사일 기준으로 10일 동안 영 산호에서는 담수 방류가 없었으나, 영산강 하구역과 목포 내항에 위치한 정점 1~3 사이의 수역에서 다소 높은 NH4-N 농도 분포를 나타냈다.

    NO2-N을 포함한 NO3-N(이하 NO3-N)은 조사 시기별로 5월 에 1.2~16.0 μmol L-1(평균 6.2 μmol L-1)의 농도 범위를 보였 다(Table 5). 공간적으로는 영산호 방류에 의한 영향을 직접 받는 목포 내항 수역에서 높은 농도를 보였고, 특히 정점 1 의 표층에서 16.0 μmol L-1로 가장 높은 농도를 보였다. 7월 에는 0.3~41.9 μmol L-1(평균 9.8 μmol L-1)의 농도 범위를 보 여, 다른 조사 기간과 비교 시, 농도 변동 범위가 가장 컸다 (Table 5). 이와 같은 이유는 현장 조사 하루 전, 영산호에서 방류된 담수량과 담수 내 고농도의 무기 질소 유입 때문으 로 사료된다(Table 4). 공간적으로는 정점 1~3 사이의 수역 에서 높은 농도 분포를 보였다. 영암호에서도 현장 조사 9일 전 담수가 방류되었고, 이 때 고농도의 무기 질소가 유입되 었으나(Table 4), 영암호-금호호 방조제 전면에 위치한 정점 4~5에서는 낮은 NO3-N 농도 분포를 보임으로써, 외해수와 의 혼합에 의해 희석되었거나, 수중 1차 생산자에 의해 소비 되었을 것으로 추측된다. 9월에는 다른 시기에 비해 NO3-N 의 농도 변동이 크지 않았고(0.2~10.3 μmol L-1), 평균 농도 는 3.9 μmol L-1로써, 다른 시기에 비해 낮은 농도를 나타냈 으며, 표층수에서 낮은 농도 분포를 보였다(Table 5). 특이한 사항으로 이 시기 영산호에서는 10여일 동안 담수 방류가 없었으나, 영암호와 금호호에서는 현장조사 하루 전까지 4~5일 동안 연속으로 각각 17,855 × 103 m3, 16,284 × 103 m3이 방류되었다(Table 1). 그러나 목포 주변해역의 질소계 무기 영양염 농도에 대한 영향은 미미하였다(Table 5; Fig. 5). 11월 에는 9.4~13.5 μmol L-1(평균 11.1 μmol L-1)의 농도 범위로 다 른 조사 시기에 비해 공간적인 분포 차이가 상대적으로 크 지 않았다(Fig. 6). 이 시기 영산호에서는 10여일 동안 담수 방류가 없었고, 영암호와 금호호에서 현장 조사 9일 전 담수 를 방류하였다. 용존무기질소(DIN)로서 5월을 제외하고, NO3-N이 가장 많은 질소계 무기 영양염을 차지하는 것으로 조 사되었고, 현장 조사 시기별로 그리고 정점간 농도값의 변 동 범위가 큰 것으로 나타났다(Table 5).

    3.3.2.용존 무기인(DIP)

    용존 무기인(이하 DIP)의 농도 분포는 조사 시기 간 평균 농도 차이가 크지 않았다(Table 5). 그러나 같은 조사 시기 내 정점 간 농도 변동은 크게 나타났다(Figs. 3~6). 5월, 11월 조사 결과에서는 정점 간 농도 범위가 3~4배 차이를 나타 냈고, 7월과 9월에는 정점 간 농도 범위가 각각 7배, 52배 이 상 큰 차이를 나타냈다.

    먼저 5월 조사에서 DIP 농도 범위는 0.14~0.63 μmol L-1(평 균 0.37 μmol L-1)이었으며, 정점 간 농도 차이는 크지 않았 다. 7월에는 0.19~1.37 μmol L-1(평균 0.45 μmol L-1)의 범위를 보였다. 수직 분포에 있어서는 표층보다 저층수에서 더 높 은 농도값을 보였으며, 특히 영산호에 인접한 정점 1~3 사 이 수역 내 저층수에서 높은 농도 분포를 보였다. 9월에 DIP 는 0.05~2.64 μmol L-1(평균 0.68 μmol L-1)의 범위를 보여, 다 른 시기에 비해 정점 간 농도값의 변동이 매우 크게 나타났다. 특히 이 시기 대량의 담수 방류가 일어난 영암호-금호호 방조 제 앞에 위치한 정점 4의 표층수 내 DIP 농도는 0.05 μmol L-1 로 매우 낮은 농도를 나타냈다. 오히려 담수 방류가 없었던 영산호 방조제 앞 정점 2의 저층수에서는 2.64 μmol L-1 이상 으로 이 시기에 가장 높은 농도를 나타냄으로써, 50배 이상 의 농도 변동 범위를 보였다(Fig. 5; Table 5). 여기서 주목할 점은 담수 방류가 대량으로 일어났던 7월에도 영산강 하구 역에 위치한 정점들(정점 1~3)에서 다른 정점들에 비해 높 은 농도 분포를 보였다는 것이다. 결국 두 조사 시기(7월과 9월)의 방류 상황을 정리해 보면, 담수호 방류에 의한 담수 유입이 초기 수중 DIP 농도 증가에 기여했다고 보여지나 (Table 4), 보다 장기적인 측면에서는 영산강 하구역 내 DIP 의 현존 농도에 있어서, 고수온기에 퇴적물 내에 축적되어 있던 유기물 분해에 의한 공급 비중이 커질 수 있음을 시사 하고 있다. 표층 퇴적물에서 영양염 용출이 활발하게 일어 나는 수온 조건은 20±5°C 로 보고되고 있다(Forja et al., 1994; Mazouni et al., 1996). 이번 영산호 방조제 전면해역의 저층수 온도는 7월은 20~22°C, 9월은 약 25°C 로 나타나, 1년 중 수 온이 가장 높은 기간으로 판단할 수 있다. 또한 영산호 방조 제 전면의 하구역에서는 담수호, 소하천 등에서 고농도의 유기물이 지속적으로 유입되고 있으며(Lee, 2000; Woo et al., 2014), 하구역 내에서 식물플랑크톤 증식으로 인한 자생기원 유기물 생산량도 매우 많은 수역이다(Lee et al., 2011). Lee et al.(2011)의 연구 결과를 보면, 영산강 하구역 정점 1~3 사이 의 수역에서 2009년 하계(8월)에 측정된 1차 생산력은 평균 8,005mg C m-2 day-1로, 최저치를 기록한 2월 측정값보다 약 200배 이상 높은 값을 나타냈다. 따라서 이번 연구 조사 시 기(9월)와의 월간 시간 차이를 적용해 본다면, 현장 조사 이전 에 퇴적층 표면에 쌓여있던 유기물들이 고수온 조건 하에서 미생물의 활성도 증가에 의해 무기질화(mineralization), 영양염 으로의 재생(regeneration) 및 용출(benthic release) 과정 등을 통 해, 저층수 내 DIP 농도가 높아졌던 이유로 판단된다. 이와 비슷한 사례로 마산만에서도 하계에서 추계로 계절이 바뀌 는 동안 저층수 내 DIP와 DSi의 농도 증가 현상이 관측된 바 있다(Lim et al., 2007). 11월에 DIP는 0.35~1.03 μmol L-1(평균 0.73 μmol L-1)의 범위를 보였으며, 정점 간 농도 차이는 크지 않았다(Fig. 6). 한편 기존 연구에서(Yoon, 2001) 11월과 2월 저수온기에 영산강 하구역 내 DIP 농도는 담수 방류가 아닌 외해수와의 교환에 의해서 공급되고 있을 가능성에 대해 토 의된 바 있으나 이번 조사에서는 관측되지 않았다. 다만, Table 4에 제시된 바와 같이 하수처리장 방류수와 소하천을 통해 고농도의 DIP가 유입되고 있는 것으로 확인되고 있으 므로, 이에 대한 수질관리 강화 방안이 필요할 것으로 사료 된다.

    3.3.3.규산 규소(DSi)

    규산 규소(이하 DSi)는 육상의 암석에서 풍화작용을 통해 유입되거나, 강우 시 유실된 토양과 함께 지표수로 유입되 며, 강 유역 내 인공 호수, 연안역 등에서 규조류에 의해 수중에서 빠르게 소비된다(Egge and Aksnes, 1992). 5월에 DSi 분포는 0.2~12.5 μmol L-1(평균 2.7 μmol L-1)의 범위를 보였다(Table 5). 공간적인 분포 특징을 보면, 영산호 방조 제와 인접한 정점 1~3에서 낮은 농도 분포를 보인 반면, 외해수의 영향을 받는 정점 9~10에서 오히려 더 높은 농 도값이 나타났다(Fig. 3). 영암호-금호호 방조제와 인접한 정점 4, 5, 6의 경우, 표층에서는 낮은 농도값을 보였지만, 저층에서는 이 시기 가장 높은 농도인 12.5 μmol L-1의 DSi 가 관측되었다. 7월에는 0.6~33.5 μmol L-1(평균 7.2 μmol L-1) 의 농도 범위를 보였다. 특히 영산호의 담수 방류(7월15일) 다음 날 이루어진 현장 조사(7월 16일)를 통해, 방조제의 전면 해역에 위치한 정점 1~3 사이의 수역에서 밀도 약층 을 경계로 표층과 저층수에 고농도의 DSi 농축이 관측되었 다(Tables 1 and 5; Fig. 4). 반면, 오래전 담수 방류(7월 6일) 가 이뤄진 영암호의 전면 해역에서는 비교적 낮은 농도 분 포를 보였다. 9월에는 현장 조사일(9월 20일) 이전 10여일 동안 영산호에서 담수 방류가 관측되지 않았음에도, 정점 1~3 사이의 저층수에서 높은 DSi 농도가 관측되었고(Fig. 5), 반면 표층수에서는 비교적 낮은 농도 분포를 보였다. 규조류의 성장이 활발할 때, 수중 DSi가 빠르게 소모된다 는 점을 고려하면(Yoon, 2001), 이처럼 목포 연안해역의 표 층에서 낮은 농도를 보인 이유로 식물플랑크톤, 특히 규조 류가 우점하고 있고, 밀도가 높았을 것이라는 것을 시사하 고 있다(Section 3.4 참조). 11월에는 다른 조사 시기에 비해 정점 간 농도 차이가 크지 않고 비교적 균일한 농도 분포 를 보였다(Fig. 6).

    3.3.4.Chlorophyll-a

    식물플랑크톤의 생체량을 나타내는 Chlorophyll-a(이하 Chl-a) 는 전체 조사기간 중 7월에 가장 높은 농도를 나타냈으며, 9 월에도 매우 높은 농도를 보였다. 일부 정점에서는 적조 발 생 가능 농도(10 μg L-1)를 훨씬 상회하는 농도(Lee, 2004)를 보였다. 이에 비해, 5월과 11월에는 비교적 낮은 농도값을 나타냈다.

    시기별 분포 현황을 보면, 5월에 Chl-a의 농도 범위는 0.9~6.1 μg L-1(평균 2.4 μg L-1)이었다. 영산호 방조제에 인접한 정점 1~2에서 높은 농도를 보였고, 영암호-금호호 방조제 앞에 위치한 정점 4~5에서는 비교적 낮은 농도값을 보였다 (Fig. 3). 7월에 Chl-a는 1.9~53.7 μgL-1로써 농도 변동이 매우 컸다(Fig. 4). 같은 시기 영산호 내 Chl-a 농도가 22.5 μgL-1로 매우 높은 농도를 보였고, 영산호 방조제 전면 수역에 위치 한 정점 1~3 사이 수역 내 표층부에서는 더 높은 농도 분포 를 보였다. 이러한 결과로 보아 담수(영산호) 방류가 이루어 지기 전, 영산강 하구역 내에서 이미 최대 농도의 Chl-a가 분 포되어 있었던 것으로 추측된다. 한편, 일반적으로 7월은 태양 복사열 증가로 인해 우리나라 연안해역의 평균 수온이 20°C 이상 상승하게 되나(Korea Hydrographic and Oceanographic Administration, 2000-2011), 표·저층수 간 열에너지 이동이 원 활하지 못해 수온 성층(thermal stratification)이 강하게 형성되 는 시기이다. 같은 시기에 목포 주변해역에서도 이와 같은 결과가 관측되고 있으며(Park et al., 2001), 이러한 상황에서 영산강 하구역으로 유입된 담수는 저층수와 충분히 혼합되 지 않고 2층 흐름(two-layer flow) 구조를 유지하게 된다(Kim et al., 2013). 표층부의 저염수·저밀도층은 그대로 외해 방향 으로 이동하면서, 식물플랑크톤과 같은 부유물질들을 함께 운반한다는 연구 결과가 있다(Bang et al., 2013). 이번 현장 조사 10일 전에 영암호에서 담수 방류가 이루어졌으나, 무엇 보다 하루 전(7월 15일) 영산호에서 방류된 담수(7,451 × 103 m3 day-1)의 영향이 주된 영향을 미친 것으로 추측되었다. 실 제로도 수로부에 위치한 정점 6, 7, 8에서도 Chl-a가 10 μg L-1 이상의 높은 농도를 보여 영산호에서 방류된 담수와 함께 영산강 하구역에서 대증식(bloom)된 식물플랑크톤이 목포항 과 주변해역에 폭넓게 확산되었음을 시사하고 있다. 9월에 Chl-a는 1.0~21.2 μg L-1(평균 5.6 μg L-1)의 농도 범위를 보였 다. 현장 조사 전 영산호에서는 10일 동안 담수 방류가 이루 어지지 않았으나, 영암호와 금호호에서는 4~5일 동안 지속 적으로 담수(총 34,139 × 103 m3)가 방류되었다(Table 1). 같은 시기에 영암호 내측 담수에서는 Chl-a 농도가 34.1 μg L-1로 매우 높은 분포를 보임으로써(Table 4), 영암호-금호호 방조 제에 인접한 해역으로 고농도의 Chl-a가 유입되었으며, 특히 정점 4에서 가장 높은 Chl-a 농도를 보였을 것으로 추측된다 (Fig. 5). 11월에 Chl-a는 N.D~1.6 μg L-1(평균 1.0 μg L-1)의 범 위로, 다른 시기에 비해 제일 낮은 농도를 보였고, 공간적인 분포에 있어서도 정점 간 균일한 값을 나타냈다(Fig. 6). 현장 조사 9일 전에 금호호에서 담수 방류가 이루어졌으나(Table 1), 오랜 시간 경과로 인해, 목포 주변해역의 Chl-a 농도에 미 친 영향은 미미한 것으로 조사되었다.

    3.3.5.COD

    COD는 수중의 유기물량과 유기오염 정도를 간접적으로 나 타내는 지표 항목이다. 조사 시기 중 7월에 가장 높은 농도값 을 나타냄으로써, 영산호 방조제와 영암호-금호호 방조제에서 담수 방류가 이루어진 시기와 현장 조사일 간 간격이 짧을수 록 연안역 내 유기물질의 농도가 높은 것으로 나타났다. 반면, 11월에는 가장 낮은 농도 분포를 보였다(Table 3). 공간적인 분 포에 있어서는 영산호의 담수 방류 영향을 받는 정점 1~2 사 이의 수역과, 영암호-금호호에 인접해 있는 정점 4~5 사이의 수역에서 높은 농도를 나타냈다(Figs. 3~6).

    3.4.목포 연안해역의 영양염 및 기타 수질인자에 대한 담수 유입 영향

    전체 조사 시기 동안 무기 영양염(DIN, DIP, DSi)은 공통적으 로 정점 1~2 사이 수역에서 높은 농도를 나타냈다. 이 정점들의 특징은 영산호 방조제 전면에 위치해 있고, 반폐쇄적 지형 특성 으로 인해 외해와의 해수 유통이 원활하지 못한 곳이다(Fig. 1). 또한 영양염 농도가 매우 높은 담수가 대규모로 방류됨으로써 (Tables 1 and 4), 더 많은 추가(nutrient addition) 과정이 일어났던 것으로 추정된다. 이에 따라 수질 변동 요인을 추정하기 위해 하 구역 및 주변해역에서 측정한 염분에 대해 영양염과의 상관성을 분석하였다. DIN의 경우, 전 조사 정점에서 9월 조사 시기를 제 외하고 음(-)의 상관관계를 나타냈다(Fig. 7).

    수중 유기물량을 나타내는 지표인 COD의 경우, 저수온기인 11월을 제외하고 염분과 음(-)의 상관관계를 나타냈다(Fig. 8). 따라서 수온이 상승하거나 고수온기에 담수로부터 유입되는 유 기물이 목포항 주변해역에 지속적으로 첨가되고 있음을 시사하 였다. 한편 현장 조사 일자를 기준으로 가장 가까운 시간 내에 담수 유입이 이루어졌던 시기는 7월, 9월이었다. 7월에는 영산 호에서 현장 조사 하루 전 7,451 × 103 m3의 담수가 방류되었다. 9월에는 영산호-금호호에서 4~5일 동안 연속 34,139 × 103 m3의 대규모 담수 방류가 이루어졌고, 1일 평균으로 환산하면 약 7,586 × 103 m3 day-1의 담수가 방류되었다(Table 1). 그러나 담수 유입 후 주변해역으로 확산, 혼합되는 과정은 다른 양상을 나타 냈다. 즉 7월에 영산호에서 방류된 담수로 인해 목포항과 주변 해역은 상대적으로 염분이 낮은 수괴의 범위가 넓게 형성되었 고(Fig. 4), 연직 분포에 있어서도 강한 밀도 약층이 형성되었다. 반면, 9월에 영산호-금호호에서 방류된 담수의 영향이 목포항을 중심으로 한 연안 수역에 미쳤다고 보기에는 수평·수직적인 염 분 범위가 매우 작은 사실을 확인하였다(Fig. 5). 오히려 해남군 화원반도와 달리도 사이의 수로를 통해 유입되는 외해수와 빠 른 혼합이 이루어졌을 것으로 추측된다(Ryu et al., 2000; Kang and Moon, 2001).

    실제로 영산호-금호호 방조제 전면에 위치한 정점 4~5에 서의 염분과 외해역에 위치한 정점 9~10에서 측정된 염분 의 평균값 차이는 약 1 psu 미만이었다. 이러한 결과는 영산 호에서 방류되는 담수와 영산호-금호호에서 방류되는 담수 가 각각 외해수와 완전히 혼합되는 데 소요되는 시간에 있 어서, 큰 차이가 있다는 것을 보여준다. 즉, 영산호 방류 지 점부터 목포 내항과 고하도 사이(Fig. 1)까지는 매우 좁은 수 로 형태로 외해수와의 소통이 극히 제한을 받을 수밖에 없는 지형적 구조를 형성하고 있다. 또한 기저 지형에 있어서도 영산강 하구역에 위치한 정점 2~3 사이의 수역보다 외해역 (정점 9와 10)과 연결되는 수로부에 위치한 정점 6~7 사이의 수심이 더 얕음으로써(Figs. 3~6), 영산호의 방류 후 담수와 해수가 혼합되어 주변해역으로 확산(dispersion)되는 데에도 많은 시간이 소요될 것으로 예상할 수 있다. 이로 인해 이 구 역은 상시로 육상 기인 담수로부터 고농도의 영양염 유입 (Table 4)과 그에 따른 부영양화가 심화될 수밖에 없는 상황 이 반복되고 있다(Lee et al., 2011; Woo et al., 2014). 더욱이 최 근 목포 대교(2012년 6월 개통)의 교각 설치 공사와 주변 해 안지형 변화 이후, 항내 유속 및 유향의 변화, 그리고 그에 따른 목포 내항의 수질 및 퇴적물 오염도 변화 영향에 대해 서도 장기적인 모니터링 조사가 필요할 것으로 판단된다.

    Chl-a의 경우, 7월에 전체 평균 농도가 14.2 μg L-1로 매우 높은 농도를 나타냈다(Table 1). 이는 적조 발생가능 농도 (10 μg Chl-a L-1)를 크게 상회하는 수치로써(Lee, 2004), 영산 호에서 대규모의 담수 방류(7,451 × 103 m3 day-1)가 이루어진 시기 이후의 조사 결과였다. 또한 9월에는 영암호와 금호호에 서 6,828 × 103 m3 day-1의 담수 방류가 이루어졌고, 이 때 목포 주변해역 내 Chl-a는 최대 21.2 μg L-1로 매우 높은 농도값을 나타냈다. 따라서 방조제와 인접한 해역과 목포 주변해역에 서 Chl-a 농도와 공간적인 분포에 영향을 미치는 요인이 3곳 의 인공 호수와 기타 담수 유입원(하천수, 하수처리장 방류수, 담지하수) 등의 영향을 받고 있을 것으로 추정되었다. 실제로 모든 조사 시기 동안 염분 분포와 유의한 음(-)의 상관성이 있 었으며, 염분 변동이 큰 7월에 매우 높은 상관관계를 나타냈 다(Fig. 9). 이에 대해 담수(특히 인공 호수)로부터 Chl-a가 직 접 유입되었거나 담수에서 유입된 무기 영양염의 영향으로 식물플랑크톤의 증식이 촉진되고 있는 것으로 해석되었다.

    같은 시기 이번 연구 해역에서 진행된 식물플랑크톤 분포 조사에서 4회 조사 모두 규조류가 우점하였다(MLTM, 2009). 특히 담수 방류 이후 현장 조사가 이루어진 7월과 9월 조사 에서 대발생(bloom) 기준인 1,000 cells mℓ-1(Lee and Kim, 2008) 를 훨씬 초과하는 고밀도의 세포수가 관찰되었다. 일반적으 로 규조류의 성장속도는 경쟁관계의 다른 단세포 조류보다 빠르다(Officer and Ryther, 1980). 이러한 비교 우위를 지속하 기 위한 환경으로서 DSi 농도(≧2 μmol L-1), 상대적으로 높 은 질산성 질소 농도, Si/N비(≧1), Si/P비(> 10), 수괴 비성층 화 등의 조건이 충족되어야 한다(Dortch and Whitledge, 1992; Egge and Aksnes, 1992; Justic et al., 1995; Lee and Kim, 2008; Kwon et al., 2013).

    주변 인공 호수에서 수문을 개방할 당시, 7월과 9월 담수 호 내 DSi는 58~117 μmol L-1로 고농도의 분포를 보였다 (Table 4). 이 시기에 하구역 주변해역에서는 DSi 평균 농도 7.0 μmol L-1 이상, NH4-N에 비해 더 높은 NO3-N 농도, Si/P비 12 이상 등으로(Table 2), 규조류가 우점하기에 매우 유리한 환경 조건이 조성되어 있었다. 다만 Si/N비(比)의 경우, 9월 조사 시 평균 농도비 기준 1 이상으로 규조류가 우점할 수 있는 조건이었다. 그러나 7월 조사 시에는 평균 Si/N비가 1 미만이었고(Table 2), 목포항과 주변해역 대부분의 수층에서 강한 밀도성층이 형성되어(Figs. 2 and 4), 규조류는 와편모조 류와의 종간 경쟁에서 불리한 조건이었다. 그럼에도 불구하 고, 7월의 규조류 우점은 담수 유입 초기에 조사된 결과로 해석되며, 마찬가지로 성층화 초기에 관측되는 밀도약층 상 부 수심에서의 식물플랑크톤 집적(potential dense accumulation) 효과일 가능성이 있다. 규조류의 경우, 성층화 발생 초기에는 표층수에 비교적 풍부한 DSi (> 2 μmol L-1), DIN (> 1 μmol L-1), DIP (> 0.1 μmol L-1) 등의 영양염류를 흡수하여 성장할 수 있 다(Egge and Aksnes, 1992; Justic et al., 1995). 그러나 수주 내 성층화가 장기화되면, DSi, NO3-N 등의 결핍으로 규조류는 사멸하게 되며, 뒤이어 유영 능력이 있고 수주 내 연직 이동 이 가능하여 영양염 경쟁에서 유리한 와편모조류가 우점하 게 된다(Kwon et al., 2013). 이에 대한 연계 해석을 위해서는 하계 성층화 발생 및 지속 기간, 시간 경과에 따른 각 영양 염별 농도 변화, 영양염간 상대적 비율, 외해수와의 교환율 등에 의한 식물플랑크톤 우점종 변화에 대해 추가 조사와 자료 해석이 필요할 것으로 사료된다.

    앞서 토의된 바와 같이 목포항 주변해역의 수질을 좌우하 는 가장 큰 요인은 인공 호수에서 방류되는 담수이다. 추가 로 파악한 유입 담수 자료에 따르면, 영산강 유역과 목포항 주변에는 소하천, 하수처리장 방류수, 담지하수 등의 담수 방류가 이루어지고 있다(Table 2). 그리고 특기할만한 사항으 로 이들 담수 내 영양염의 농도가 하구역과 외해역보다 상 대적으로 매우 높다는 점이다(Table 4). 이번 연구를 통해 담 수 유입량과 수질을 파악하였을 뿐 구체적인 부하량을 제시 하진 않았다. 그러나 기존 연구(Kim, 2006)에서, 영산호 방류 와 함께, 목포 남항 및 북항, 영암 지역 등에 분포한 소하천, 그리고 하수처리장 방류수를 대상으로 오염 부하량을 산정 한 결과(8월), 영산호의 기여율이 DIN과 DIP에서 각각 93 %, 87 %로, 인공 호수로부터 유입되는 공급량이 훨씬 크게 나타 났다. 그러나 영암호-금호호의 담수 방류에 의한 수질 영향 도 함께 고려해야 하며, 기타 육상기인 담수원(소하천, 하수 처리장 방류수, 담지하수)이 하구역과 주변해역에 미치는 영 향을 간과해서는 안될 것이다. 또한 목포항 주변해역은 여러 섬들로 둘러싸여 있고, 방조제 건설, 대교 건설 등의 인위적인 구조물 설치 등으로 오염물질이 운반되거나 확산되면서 향후 누적 영향을 미칠 수 있는 가능성이 상존해 있으므로, 이에 대한 지속적인 모니터링 조사가 필요할 것으로 보인다. 각 담 수원별 영양염의 유입 부하량과 해역 내 거동에 대해서는 향 후 LOICZ(Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone) 모델을 이용한 물질수지(mass budget) 연구를 통해 상세하게 다룰 예 정이다. 오염물질 거동에 대한 모델 예측이나 물질수지 산 정 시, 다양한 오염원에 대해서 입력 변수로 활용한다면, 목 포 연안해역 내 오염물질의 이동(transfer)과 거동(fate)에 대한 상세 과정을 효율적으로 추적하고, 그에 따른 육상 및 해양 기인 오염 저감대책을 수립하는 데에 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

    4.결 론

    2008년 5월, 7월, 9월, 11월에 목포 주변에 분포한 인공 호 수(영산호, 영암호, 금호호)의 방류 현황과 각 시기별 영양염 농도를 비교하였고, 각각의 조사 시기별로 하구역 및 주변 해 역에서 수질 인자의 분포 특성을 파악하였다.

    목포항 주변 해역은 육상기인 담수(특히 인공 담수호)의 방류에 의한 수질 변화가 뚜렷하게 나타났다. 실제로 수질 인자와 염분 간 상관성을 분석한 결과에서 DIN, COD, Chl-a 가 유의한 음(-)의 상관관계를 나타냄으로써, 주로 인공 호수 로부터의 담수 방류 시기와 현장 조사일 간의 시간 차이(1일~10일)가 존재함에도 불구하고, 목포항 주변 해역(St. 1~10) 이 육상기인 담수의 영향을 직접적으로 받고 있다는 점을 확인하였다.

    한편, 영산강 하구역은 길고 협소한 수로 형태의 구조뿐만 아니라 해저 지형의 기복에 의한 영향으로, 외해수와의 혼 합이 제한을 받고 있다. 이러한 상황에서 담수 방류 시점으 로부터 10일이 경과한 9월 조사 결과에서, 외해역(정점 9~10), 영암호-금호호 하구역(정점 4~5) 등 주변 해역의 영양 염(DSi, DIN, DIP)보다 영산호 방조제 전면 해역(정점 1~3) 에서 더 높은 농도를 유지하였다. 또한 9월은 이번 조사 기 간 중 평균 수온이 가장 높았던 시기(25°C 이상)로서, 정점 2 의 저층수에서 가장 높은 DIP 농도(2.6 μmol L-1 이상)를 나 타냈으며, 가장 낮은 농도를 보인 정점 4(표층수)와는 50배 이상의 농도 범위 차이를 보였다. 결국 영산호 전면 해역과 목포 내항 사이의 수역(정점 1~3 구간)에서 영산호의 방류 (5월, 7월)에 의한 하구역 내 영양염 농도가 증가하였고, 담 수 미방류 기간이 상대적으로 길었던 고수온기(9월)에도 하 구역 수괴 내 영양염의 첨가 과정이 진행되고 있었다. 저수 온기인 11월에도 같은 기간 동안(10일) 담수 방류가 없었으 나, 하구역 내 영양염이 첨가되는 결과는 나타나지 않았다.

    이와 같은 사실을 종합해 보면, 고수온기에 담수호의 미방 류 기간이 장기화될 경우, 하구역 수괴의 정체 시간이 증가 하게 되고, 저층 퇴적물로부터 유입되는 영양염과 함께 목 포시 주변에서 방류되고 있는 다른 육상기인 담수(소하천, 하수처리장, 담지하수) 내 영양염 등의 영향 정도가 상대적 으로 증가할 수 있다. 따라서 목포항의 수질 개선을 위해서 는 우선적으로 유입 담수 내 영양염의 농도를 저감하기 위 한 종합적인 정책들이 시행되어야 할 것이며, 특히 영산강 하구역의 경우, 고수온기인 여름철을 대비하여 저층 퇴적물 을 준설하는 등 실효적인 수질관리 대책 수립이 필요할 것 으로 사료된다.

    Figure

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    Sampling sites in the vicinity of Mokpo harbor and artificial lake. (DWTP 1: the Namhae domestic wastewater treatment plant; DWTP 2: the North Harbor domestic wastewater treatment plant; F.1: Youngsan lake; F.2: Youngam lake; F.3: Samhyang stream; F.4: Ib-am stream; F.5: Dongmyeong drain; F.6: Hae-an-ro drain; F.7: Juk-kyo stream; F.8: Sanjeong agricultural industrial complex drain; F.9: Daebul industrial complex drain).

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    The horizontal and vertical distributions of water tempreature, and DO in the Youngsan Estuary and the Youngam-Geumho Estuary.

    KOSOMES-21-617_F3.gif

    The horizontal and vertical distributions of salinity, nutrients (DSi, DIN, DIP), Chl-a and COD in the Youngsan Estuary and the Youngam-Geumho Estuary on May, 2008.

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    The horizontal and vertical distributions of salinity, nutrients (DSi, DIN, DIP), Chl-a, and COD in the Youngsan Estuary and the Youngam-Geumho Estuary on July, 2008.

    KOSOMES-21-617_F5.gif

    The horizontal and vertical distributions of salinity, nutrients (DSi, DIN, DIP), Chl-a, and COD in the Youngsan Estuary and the Youngam-Geumho Estuary on September, 2008.

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    The horizontal and vertical distributions of salinity, nutrients (DSi, DIN, DIP), Chl-a, and COD in the Youngsan Estuary and the Youngam-Geumho Estuary on November, 2008.

    KOSOMES-21-617_F7.gif

    Correlation between salinity and DIN. (Since extreme data values are explainable as characteristics of the estuaries strongly influenced by massive freshwater discharges, they are not excluded from statistical analysis as outliers. The solid lines indicate the least-squares fit from regression, and the correlation coefficients show significant values at 99 % confidence level.)

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    Correlation between salinity and COD.

    KOSOMES-21-617_F9.gif

    Correlation between salinity and chlorophyll-a.

    Table

    Discharge status of artificial lakes into the Mokpo coastal waters

    *Cited from Youngsangang Project Office, KRC, 2008.
    **Cumulated inflow is the sum for ten days directly after freshwater discharges.

    Inflows of terrigenous freshwater affecting the Mokpo coastal waters during investigation period

    *Each number is mean value of the discharge flows for the maximum of ten days prior to the field investigation.
    **Each number is mean value of the discharge flows for the maximum of ten days prior to the field investigation.
    ***Each number is mean value of the discharge flows for the maximum of ten days prior to the field investigation.

    Physico-chemical parameters in the Mokpo coastal waters

    The numbers in parentheses are the mean value.

    Water qualities of terrigenous freshwater into the Mokpo coastal waters

    *NO3 -N concentration is the value including NO3 -N.

    Dissolved inorganic nutrients, Chl-α, and COD in the Mokpo coastal waters

    *DIN (dissolved inorganic nitrogen) is the sum of NH4 -N, NO3 -N, and NO2 -N concentrations.
    **N.D : not determined.

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