부산 온천천의 환경질 특성 : 하계, 동계 및 장기 변화

Abstract

전형적인 도심 하천인 부산 온천천은 자연생태보전, 위락장소 제공 등 창의적이고 지속가능한 환경 보전을 위한 관리가 요구되는 매우 중요한 자산이다. 온천천은 1990년 후반까지 매우 오염된 하천 환경을 보였으나, 이후 환경보전을 위한 다양한 노력들로 인하여 2005년까지 수질이 급격하게 개선되었다. 그러나, 이러한 노력들에도 불구하고 최근 하계에는 물고기의 폐사, 동계에는 적조 발생이 반복되는 등 여전히 환경 문제에 노출되어 있다. 온천천의 이러한 환경 특성을 이해하기 위하여 2019년 7월부터 2020년 3월까지 하계 우수기와 동계에 수질 및 퇴적물에 대한 조사를 실시하였다. 그리고, 1990년대부터 온천천의 수질 변화 특성과 수질 개선에 기여한 기반 시설과의 관계를 이해하기 위하여 1992년부터 국가측정망에서 매월 측정된 수질자료와 환경 기반 시설 구축 자료로부터 수질 환경의 변화 특성을 살펴보았다. 2019년 하계 우수기에 용존산소(DO)는 온천천의 지류가 유입되는 인근 하류에서 4.7 mg/L로 가장 낮았다. 화학적산소요구량(COD)는 하류로 가면서 평균 2.0에서 5.9 mg/L로 증가하였으며, 화학적산소요구량과 생물학적산소요구량 비(COD/BOD)는 하류로 가면서 점차 감소하여 하류에서 1.0의 비를 보였다. 그러나, 인근 수영강 원동교 정점에서는 COD/BOD가 5.8∼22.2로 온천천 하류보다 매우 높았다. 이는 하계 우수기에 온천천에는 생물학적 분해가 쉽고, 수영강에는 생물학적으로 분해가 어려운 유기물로 구성되어 있다는 것을 지시한다. 총질소와 총인의 비(T-N/T-P)는 하류로 가면서 72에서 21로 감소하였다. 수질지수(WQI)는 하계 집중 강수 이후 보통(III) 이상의 등급을 보였다. WQI를 저하시키는 주요 변수는 낮은 DO농도와 높은 T-P 농도였다. 퇴적물에서 강열감량(IL), COD, T-N 및 T-P는 각각 1.44±1.01 %, 0.35±0.16 %, 43± 63 mg/kg 및 10.9±21.9 mg/kg의 농도 분포를 보였다. 이는 2018년 상반기 준설사업 이전인 2017년에 조사된 IL, T-N, T-P 연평균보다 몇 배나 낮은 값이었다. 2019년 11월과 2020년 3월 사이의 동계에 하천수에서 DO는 낮은 수온 영향으로 6.1∼13.0 mg/L 의 양호한 농도를 보였다. BOD는 하계 우수기에 비하여 2배 이상 높았다. COD는 하류부에서 뚜렷한 증가 양상을 보였다. COD/BOD 비에서 3월 적조 번성 시기를 제외하고는 온천천 하류에서 COD에서 BOD가 차지하는 비율이 3∼13% 로 유기물이 대부분 생물학적 분해가 어려운 성분들로 구성되어 있다는 것을 지시한다. 동계에 온천천 하류에서의 높은 COD와 COD/BOD 비는 조석에 의한 퇴적물의 재부유에 의한 영향일 수 있다. T-N에서 용존 무기성 질소의 대표적인 형태인 NO3-N와 NH4-N의 비율이 온천천 하류에서 T-N의 62.9∼88.0%를 차지하여 T-N은 플랑크톤의 일차생산에 이용이 용이한 무기질소 이온 형태로 구성되어 있다는 것을 지시한다. Chl-a의 경우, 2월과 3월에 온천천 하류에서 13.7∼57.0 ㎍/L로 매우 높아 이 시기에 적조 번성을 반영한다. 동계에 온천천의 수질지수(WQI)는 하류에서 보통(III)과 약간나쁨(IV)을 나타내었다. 수질지수(WQI)를 저하시키는 요인으로는 높은 COD와 T-P 농도였다. 동계 기간 퇴적물은 IL, COD, T-P 농도가 하계 우수기에 비하여 수 배 높은 값을 보였다. 이는 하계 우수기의 집중 호우 이후 하류에서 점차 퇴적이 이루어 졌다는 것을 지시한다. 온천천의 수질은 1997년 이후 부영양화 관련 항목들인 BOD, COD, T-N, T-P의 농도가 급격하게 개선되기 시작하였다. 1997년 BOD, COD, T-N, T-P 농도가 각각 37.3±16.9, 24.4±8.8, 18.32±5.09, 1.926±0.502 mg/L에서 낙동강 원수가 온천천에 본격적으로 공급되기 시작되기 전인 2005년에는 각각 4.7±3.0, 7.1±3.1, 5.53±2.83, 0.405±0.280 mg/L로 1997년 대비 각각 12.6, 29.3, 30.2, 21.0 % 로 급격하게 감소하였다. 이는 1997년 수영하수종말처리장의 완공과 함께 하수도 보급으로 인한 오수의 온천천 유입을 감소시킨 결과로 보인다. 온천천 유역에 하수도 보급이 100% 완료된 시기는 2006년도이다. 온천천 수질 개선에는 2003년 온천천 유역의 폐수발생업체를 대거 이전시켜 온천천으로 유입되는 오염부하량의 잠재적 감소를 실현시킨 것 또한 기여를 하였을 것으로 판단된다. 낙동강 원수가 온천천 상류에 본격적으로 공급되기 시작한 2006년부터 온천천의 BOD, COD, T-N, T-P 농도는 2005년 대비 중상류에서 각각 63, 76, 59, 45%, 하류에서 각각 67, 79, 52, 22%로 감소하였다. 이후 2019년까지 이들 항목들은 대체로 비슷한 농도를 유지해 오고 있다. 낙동강 원수의 공급으로 이들 항목들 중 가장 뚜렷하게 개선 효과가 나타난 항목은 T-P로 온천천 중상류에서는 절반, 그리고 하류에서는 약 5분의 1 수준으로 감소되었다. DO는 연중 2 mg/L 미만의 빈산소 현상이 빈번하게 나타났으며 빈산소 현상은 2013년까지 관측되었다. DO의 소모를 나타내는 AOU(겉보기용존산소소모율)는 인산염농도에 수온을 곱한 지수와 0.519의 일차 상관관계 계수를 보였다. 따라서, 온천천에서 수온이 증가하는 하계에 용존산소의 소모에 의한 DO의 빈산소 현상을 방지하기 위하여서는 온천천으로 유입되는 인산염의 관리가 요구된다. T-P는 온천천 상류에서 하류로 내려오면서 농도가 점차 증가하고 월 강수량이 큰 하계에 더욱 뚜렷하게 나타났다. 월강수량과 중상류에서 하류로 내려오면서 증가된 T-P 농도에 월강수량을 나눈값(T-P(mg/L)/월강수량(mm)) 관계는 로그 스케일에서 좋은 음의 일차 상관관계를 보여주었다. 이 관계식으로 강수량에 따른 온천천에서 하류로 내려오면서 우수에 의해 증가되는 T-P 농도를 계산할 수 있다. 강수 10 mm 에 온천천 중상류와 하류에서 유입되어 증가된 T-P 농도는 각각 0.027, 0.058 mg/L 로 계산되었다. 이는 온천천에서 10 mm 의 우수 유입을 분리 처리할 경우, 온천천의 중상류와 하류에서 T-P 농도를 각각 25, 36% 감소시키는 효과를 가져 올 것으로 판단된다.