다변량 통계분석을 활용한 금강수계 14개 호소의 수질 및 오염원 평가 :Evaluation of water quality and pollutants in 14 reservoirs in geum river basin using multivariate statistical analysis

김진호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김진호 (한밭대학교, 한밭大學校)

지도교수: 朱眞徹

발행연도: 2020

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이용수20

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

다변량 통계분석기법을 활용한 금강수계 14개 호소의 수질평가

김진호 , 주진철 , 안채민 외 1명 대한환경공학회지 2021.03 학술저널

2020

다변량 통계분석을 활용한 금강수계 14개 호소의 수질 및 오염원 평가

김진호 環境工學科 2020.01 학위논문

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우리나라의 강우와 지형적 특성에 따라 수자원 확보의 필요성이 대두되었으며, 그에 따라 많은 인공호소를 건설하였다. 이러한 인공호소는 부영양화가 발생이 빈번하여 수질관리가 필요하다. 또한 자연형 호소 또한 최근 산업화와 개발로 인한 오염원의 유입으로 호소 수질의 관리가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 다변량통계분석을 활용하여 금강수계 내 14개 호소의 수질의 최근 5년(2014년∼2018년)의 현황과 오염원(토지계, 생활계, 축산계)의 5년(2012∼2016년)의 현황을 파악하고, 요인분석을 통해 호소의 주요인과 호소의 관리를 위한 수질특성별(factor 1기반) 분류를 통해 분류군에 맞는 수질관리방안을 모색하고자 하였다. 또한 각 호소의 수질인자와 해당 유역의 오염원간의 상관분석을 통해 실제 호소에 영향을 미치는 오염원 파악하였다. 그 결과로 댐형 호소(대청호, 보령호, 용담호)의 수질 오염도가 낮게 조사되었으며, 특히 삽교호의 경우 영양염류의 오염도가 심각하고, SS와 Chl-a의 농도도 높게 조사되어 호소의 오염도가 높아 각별한 관리가 필요할 것으로 판단된다. 오염원의 경우 삽교호가 대부분의 오염원에서 높은 수치를 나타내어 오염원이 수질에 미치는 영향이 클 것으로 판단되었다. 요인분석결과, 14개 호소의 요인분석 결과 3∼6개의 요인이 추출되었으며 평균 74%의 설명력을 나타냈다. 또한 요인 1에 추출된 수질인자를 바탕으로 호소를 분류한 결과, 질소요인과 계절요인으로 분류된 호소는 간월호, 금강호, 삽교호이며, 유기오염과 내부생산으로 분류된 호소는 탑정지, 대호, 석문호, 용담호이며, 유기오염과 내부생산 그리고 인 요인으로 분류된 호소는 부남호, 예당지, 청천지이다. 나머지 보령호, 대청호, 초평지, 송악지는 기타 호소로 분류되었다. 요인분석을 통해 나온 결과를 바탕으로 실제 오염원과 수질항목의 상관성을 분석한 결과, 토지계, 생활계, 축산계 오염원과 높은 상관성을 나타낸 호소는 간월호, 탑정지, 대호, 부남호, 대청호이며 이들 호소는 특정(토지계, 생활계, 축산계) 오염원의 관리가 필요할 것으로 판단된다. 나머지 9개 호소의 경우 타 오염원 혹은 내부생산성을 검토하여 보다 심층적으로 연구가 되어야 할 것으로 판단되었다. 이에 더해 호소의 수질은 유입수, 형태학적 요소, 수문학적 요소, 내부생산요소, 오염원 등의 복합적인 작용으로 인한 결과로서 매우 복잡한 인과관계를 형성하고 있기 때문에 추후 호소 개별적 특성을 반영한 수질평가가 이루어져야 할 것이다.

The necessity of securing water resources has emerged due to problems such as rainfall and topography in Korea, and many artificial reservoirs have been constructed accordingly. These artificial lakes need management of water quality because of frequent eutrophication. In addition, management of water quality is also required in natural reservoirs owing to influx of pollutants from recent industrialization and development. Therefore, this study used multivariate statistical analysis to analyze the current status of the water quality of 14 reservoirs in the Geum River Basin from 2014 to 2018, and the pollutants(land, living, and livestock) from 2012 to 2016. This study has found main factors of reservoirs and has sought for solution in management of water quality through factor analysis and reservoirs classification by water quality characteristics respectively. Also, the correlation analysis between the water quality factors of each reservoirs and the pollutant in the watershed was used to identify the pollutants that affect the reservoirs. As a result, the water pollution of dam type lakes(Daecheong lake, Boryeong lake, Yongdam lake) was low. In Sapkyo reservoir, the contamination of nutrients was especially serious, and the concentrations of SS and Chl-a were also high and thus management is necessary. In the case of pollutants, Sapkyo reservoir was determined that pollutants will have a significant impact on water quality because it showed high values in most pollutants. As a result of factor analysis, 3∼6 factors were extracted from the factor analysis of 14 reservoirs and an average 74% of explanatory power was represented. In addition, the 14 reservoirs were classified according to the water quality factors extracted in factor 1. It is summarized as follows. N & Seasonal(GW, GG, SG), Organic Matter & Algae(TJ, DH, SM, YoD), Organic Matter & Algae & P(BN, YeD, CC), Other(SA, BR, DC, CP). In consequence of analysis of the correlation with the actual pollutants and water quality parameter, reservoirs that have a high correlation with land, living, and livestock pollutants are GW, TJ, DH, BN, and DC. These reservoirs need to manage land, living, and livestock pollutants. The remaining nine reservoirs were considered for further study by examining other pollutant sources and internal productivity.

목 차
표 목 차 ⅲ
그림목차 ⅳ
국문요약 ⅴ
Ⅰ. 서 론 1
1. 연구의 필요성 1
(1) 우리나라 수자원 및 호소의 현황 1
(2) 호소의 문제점 1
2. 문헌조사 및 연구동향 3
3. 연구의 목적 4
Ⅱ. 연구방법 5
1. 연구범위 및 대상지 현황 5
2. 자료 수집 5
3. 자료의 전처리 및 기술통계 6
4. 다변량통계분석 7
(1) Box-plot 7
(2) 분산분석(ANOVA) 8
(3) 상관분석(Correlation Analysis, CA) 10
(4) 주성분 및 요인분석(Principal Component and Factor Analysis) 12
Ⅲ. 연구 결과 및 고찰 17
1. 14개 호소의 기본현황 17
2. 호소의 공간적 수질평가 32
3. 호소 수질현황 34
4. 호소 오염원 현황 37
5. 주성분 및 요인분석 결과 42
6. Factor 1에 따른 호소분류 44
7. 수질인자와 오염원과의 상관분석 46
8. 금강수계 14개 호소의 종합적 평가 54
Ⅳ. 결론 56
Ⅴ. 참고문헌 59
ABSTRACT 64

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