4대강 하천 정비사업의 일환으로 건설된 보(洑)로 인하여 발생되는 정체수역에 대한 수질의 수직분포를 측정하기 위하여 무인 및 태양광으로 운영가능한 자동측정 부이시스템(Buoy System) 2기를 강정 고령보에서 1.5km 간격으로 2개(강정 1지점, 강정 2지점)지점에 설치하여 운영하였다. 일조시간, 부조일수 및 안전율을 고려하여 400W 태양광전지판과 100A 축전지 6개를 이용하여 전력을 공급하였으며 기상(기온, 상대습도, 일사량, 풍향, 풍속), 수질(수온, 전기전도도, pH, 용존산소, 클로로필 a, 남조류) 및 유향·유속을 측정할 수 있는 시스템을 장착함으로써 총 부력은 1.4톤으로 설계하였고, 2015년 8월에서 11월까지 총 4개월간 현장에서 운영하였다.
연구기간 중 용존산소 변화의 경우 8월부터 9월 중순까지 수심 5m 이하 지점에서 1mg/L 이하의 빈산소 수괴가 형성되는 것을 볼 수 있었으며, 9월 중순 이후부터 층별로 차이는 있었으나 6.5mg/L∼ 8.0mg/L 이상으로 나타나는 것을 볼 수 있었다. 전체적으로 용존산소의 분포는 강정 1지점이 표층에서 최대 15.96mg/L을 보이고 최소값은 저층에서 0.04mg/L를 보였으며, 전체적인 평균은 표층에서 8.40mg/L, 저층에서 5.01mg/L를 나타내었다. 강정 2지점도 표층에서 최대 13.66mg/L과 저층에서 최소 0.04mg/L를 보였으며, 전체적인 평균은 표층에서 8.80mg/L, 저층에서 4.35mg/L를 보였다.
클로로필 a는 연구기간 중 전반적으로 보에서 인접한 강정 1지점이 강정 2지점보다 다소 높게 나타났다. 전체적인 평균값은 보로 인하여 하천 흐름의 정체성이 상대적으로 높은 강정 1지점이 표층에서 6.67ug/L, 저층에서 4.63ug/L로 강정 2지점의 5.33ug/L와 3.77ug/L에 비해서 약 1ug/L 정도 높게 나타났다. 특히, 연구기간 중 9월 말에 두 지점의 전체 수심에서 클로로필 a 농도가 15∼20ug/L로 가장 높게 측정되었다.
하천 흐름의 정체성을 확인할 수 있는 유속의 경우 전체 기간 동안 표층보다 저층에서 유속이 높은 것으로 관찰되었다. 표층에서는 두 지점의 유속이 유사한 것으로 측정되었으나 수심 5m 이하 저층에서 역류현상(Back stream)이 발생하는 것으로 나타났다. 특히 역류현상의 경우 보에서 가까운 강정 1지점이 강정 2지점에 비하여 1.5배 이상 높은 것으로 나타났다. 또한, 이러한 현상이 가장 명확하게 발생한 9월 말 용존산소의 수직분포를 지점간 비교한 결과, 표층에서의 유속이 상대적으로 높은 강정 2지점이 저층에서 강정 1지점보다 용존산소의 농도가 낮아 어류폐사와 같은 사고가 발생할 확률이 높은 것으로 관찰되었다.
이와 함께 연구기간동안 측정된 수질항목별 상관분석, 수심별 평균비교를 위한 분산분석을 수행하였고, 두 지점에서의 다중회귀모형을 구축하여 용존산소량에 영향을 주는 영향요인을 비교하고 모형의 동질성 검정을 위하여 차우검정을 수행하였다. 10월과 11월의 자료의 경우 수심의 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났으나, 8월과 9월의 경우 각 지점별 표층과 저층의 용존산소량 농도 차이가 매우 높게 관찰되었다.
8월의 강정 1지점과 강정 2지점에서의 용존산소량을 종속변수로 하였을 때 설명변수로서 수심과 전기전도도, pH, 수심, 탁도, 클로로필 a와 회귀분석을 실시한 결과, 강정 1지점과 강정 2지점의 모든 변수가 유의수준 5%에서 유의하였으며, 강정 1지점과 강정 2지점 모형의 모수 추정값에 있어 수온과 탁도가 용존산소에 서로 다르게 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 이는 모형의 동일성 검정을 위해 차우검정을 실시한 결과와도 일치하였다. 따라서 8월의 강정 1지점과 강정 2지점의 자료로 구축한 두 모형이 동일하지 않아 두 지점의 수질 자료가 차이가 있음을 통계적 검정기법을 이용하여 확인할 수 있었다.
9월에는 강정 1지점과 강정 2지점의 모형 추정 결과 두 지점의 모형의 모수 추정값 부호는 모두 일치하나 강정 1지점에서는 수심, 탁도 변수가 통계적으로 유의하지 않았으며, 강정 2지점은 탁도 변수만 통계적으로 유의하지 않았다. 8월과 마찬가지로 두 지점의 수질에 차이가 있음을 알 수 있었고, 결과적으로 두 지점의 모형은 서로 동질하지 않는 것으로 확인되었다. 따라서 보의 유속 및 지점별 조류의 영향인자들의 차이 등으로 인하여 지점별 용존산소량 및 이에 영향을 미치는 다양한 인자들이 다르게 상관되는 것으로 사료된다.
또한 9월 말에 나타난 비교적 유속이 높은 강정 2지점이 보에서 인접한 강정 1지점보다 저층의 용존산소량이 낮은 이상 현상도 지점간 분산분석을 통하여 통계적으로 검정이 가능하였다.
이상의 결과로 태양광 에너지 자동측정부이시스템을 이용한 수평 및 수직적 입체모니터링을 통하여 이전에 고려하지 못한 환경오염사고의 원인규명에 필요한 기초적인 자료 확보가 가능하며, 향후 녹조 및 어류폐사 예측 등의 중요한 자료로 활용될 수 있으리라 판단된다. 또한 본 연구에서 수행한 과학적인 통계 분석 절차를 통하여 수질의 특성 및 수질항목간의 관계를 도출한 결과는 향후 이를 수질보전을 위한 환경정책 등에 다양하게 활용할 수 있을 것으로 사료된다.