본 연구에서는 도심하천인 안양천의 퇴적물을 대상으로 재부유에 따른 수질과 용존산소(dissolved oxygen, DO) 변화 특성을 조사하였다. 퇴적물은 안양천 상류에서 하류까지 본류 구간과 지류지천을 포함하여 9개 지점에서 2018년도 5월에 채취하였다. 퇴적물 500 g 과 하천수 1 L를 부유되지 않도록 하여 실험조(13.5 cm × 20 cm)에 담았으며, 재부유를 모사하기 위하여 교반기를 이용하여 교란시켜 주었다. 24시간 동안 퇴적물이 부유되도록 유지하였으며, 각 시간대별로 용존산소 및 용존물질 변화 특성을 확인하였다.
퇴적물은 하천의 상류에서 하류로 갈수록 미세입자 함량이 약 40%에서 80%로 높아지는 경향을 보였으며, 미세입자를 갖을수록 유기물과 중금속 함량이 높았다. 하천의 하류에 속하며, 유기물 및 미세입자 함량이 높았던 지점의(P3, P8, P9) 퇴적물은 재부유시 DO가 초기 약 6~7 mg/L에서 급격히 감소하여 24시간동안 약 0.5 mg/L를 유지하였다. 반면, 상대적으로 높은 입도를 가지는 중상류 지점(P4)의 퇴적물은 재부유시 초기와 유사한 약 8 mg/L의 농도를 유지하였다. 각 시료의 퇴적물 산소요구량(sediment oxygen demand, SOD)을 조사한 결과 DO의 감소는 주로 생물학적 퇴적물 산소요구량(biological SOD, BSOD)의 증가에 의한 것임을 확인하였다. 이러한 결과를 통하여 퇴적물 재부유동안 용존산소의 감소는 주로 미생물의 활성 동안 호흡에 의하여 감소된 것으로서 재 부유동안 미생물의 에너지 대사 물질을 나타내는 ATP(adenosine tri - phospate)를 통하여 미생물 활성도가 증가하는 사실을 확인하였다.
퇴적물 재부유에 따른 용존유기탄소(dissolved organic carbon, DOC) 용출량은 공극수 내 DOC의 용출 및 퇴적물 입자표면으로부터의 탈착에 기인하며 지점에 따라 초기에 비해 평균 1.3 ~ 2.3배 증가하였다. 퇴적물 재부유시에 중금속 이온의 용출은 미세입자를 갖는 P9(Fe-546.08 mg/kg) 퇴적물에서 조대입자를 갖는 P4(Fe-54.72 mg/kg) 퇴적물에서보다 높은 용출량을 나타내었다. 또한, 방향족성지표인 UV 지표(specific ultraviolet ray absorbance, SUVA) 결과를 통해, 부유 초기에는 주로 친수성 물질이 용출되나 부유가 지속될수록 소수성 DOC가 용출됨을 알 수 있었다. 소수성 물질의 산성 작용기와 용출된 중금속의 결합에 의하여 수중 중금속 농도 및 이동성을 증가시킬 수 있음을 DOC-중금속 상관관계를 통하여 확인하였다. 총 용존성 질소(total dissolved nitrogen, TDN)의 농도 변화는 퇴적물 재부유시에 미세입자를 갖는 P9에서 부유초기보다 약 2.3배 증가하였다. 부유초기 암모니아성 질소의 농도가 약 8~11 mg/L의 높은 농도를 나타내었으며, 선행연구를 통하여 암모니아성 질소의 증가는 수온, pH가 증가된 환경에서 암모니아로의 변화로 어류에 독성이 나타날 수 있음을 시사한다.
본 연구를 통하여, 하천 퇴적물 재부유시에 용존산소의 고갈은 주로 미생물 군집의 급격한 활성과 연관성이 높으며 이러한 결과는 미세입자와 유기물 함량이 높은 퇴적물에서 상대적으로 높은 특징을 가짐을 알 수 있었다. 퇴적물 재 부유동안 용존 물질의 변화는 부유 초기에 공극수의 분산과 퇴적물입자의 물리적인 탈착으로 인하여 DOC, TDN, NH4+-N, 중금속이 용출될 수 있음을 확인하였다. 추가적으로 용출된 방향족성물질에 의하여 수중 중금속의 농도와 이동성을 증가시킬 수 있음을 확인하였다. 수중 DO의 감소와 유기물 분해에 의해 생성된 NH4+-N, 중금속의 독성에 의하여 강우 시 어류폐사와 같은 수질사고의 원인이 될 수 있음을 알 수 있었다. 특히, 미세입자의 함량이 높은 퇴적물에 대하여는 적절한 관리가 필요함을 시사하였다. 본 연구결과는 도심하천 퇴적물에 대한 관리방안을 마련하는데 유용한 기초자료로 활용 가능할 것으로 기대된다.

In this study, the characteristics of changes in water quality and dissolved oxygen (DO) during resuspension of sediment were investigated for sediments in An-yang stream that belong to urban streams. Sediments were collected in May 2018 from nine points including the mainstream section and tributary stream from the upstream to downstream of An-yang Stream. In the experimental tank (13.5 cm × 20 cm), 500 g of sediment and 1 L of stream water were not suspended and disturbed using a stirrer to simulate the resuspension. The sediment was kept floating for 24 hours, and the characteristics of dissolved oxygen and dissolved substances were checked for each time.
The sediment tended to increase the content of fine particles from about 40% to 80% from the upstream to the downstream. The finer particles, the higher the organic and heavy metal content. In particular, sediments at the P3, P8, and P9 points belonging to the downstream and having high organic matter and fine particle content during the resuspension, the DO rapidly decreased from about 6 to 7 mg/L, and then 0.5 mg/L for 24 hours maintained. On the other hand, the sediment at the mid-upstream P4 point having a relatively high particle size maintained a concentration of about 8 mg/L similar to the initial resuspension. As a result of investigating sediment oxygen demand (SOD) of each sample, it was confirmed that the reduction of DO was mainly due to the increase of BSOD (biological SOD). Therefore, it was confirmed that the reduction of dissolved oxygen during the resuspension was mainly reduced by respiration due to the activity of microorganisms, and that microbial activity increased through ATP (Adenosine triphospate), which represents the energy metabolite of microorganisms during resuspension.
Releasing of dissolved organic carbon (DOC) during the resuspension of sediment is due to dispersion of the pore water and desorption from the sediment particle surface, and increased by an average of 1.3 to 2.3 times compared to the initial resuspension at all points. Releasing of heavy metal ions was higher in the P9 (Fe-546.08 mg/kg) sediments with fine particles than in P4 (Fe-54.72 mg/kg) sediments with coarse particles. Also, through the results of the aromatic index SUVA (Specific ultraviolet ray absorbance), it was found that the releasing of hydrophilic material initially, but the releasing of hydrophobic material as the suspension continued. It was confirmed through the DOC-heavy metal correlation that the concentration and mobility of heavy metals in water could be increased by the combination of the acidic functional groups of the hydrophobic material and the released heavy metals. The change in the concentration of total dissolved nitrogen (TDN) increased about 2.3 times in the P9 with fine particles during the resuspension of sediments compared to the initial suspension. In the early stage of the resuspension, the concentration of ammonia nitrogen showed a high concentration of about 8 to 11 mg/L. Through previous studies, the increase in ammonia nitrogen can be toxic to fish due to the change in ammonia in an environment where water temperature and pH are increased.
Through this study, it was found that the depletion of dissolved oxygen during the resuspension of sediments is mainly related to the rapid activity of the microbial community, and these results have relatively high characteristics in sediments with high content of fine particles and organic matter. It was confirmed that DOC, TDN, NH4+-N, and heavy metals could be released due to dispersion of pore water and physical desorption of sediment particles during the initial stage of resuspension of stream sediments. In addition, it was confirmed that the concentration and mobility of heavy metals in water could be increased by releasing of aromatic substances. It has been suggested that water accidents such as fish death during rainfall can be caused by the reduction of DO in water and the toxicity of NH4+-N and heavy metals produced by decomposition of organic matter. In particular, it was suggested that proper management is required for sediments with a high content of fine particles. The results of this study are expected to be used as basic data that are useful in preparing a management plan for urban stream sediments.