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표제지

목차

초록 10

제1장 서론 12

1.1. 연구의 배경 12

1.2. 연구의 목적 14

1.3. 연구 내용 및 방법 16

1.4. 연구 범위 18

제2장 이론적 고찰 20

2.1. 통계분석 이론 20

2.1.1. 다변량 통계분석 20

2.1.2. 상관분석 21

2.1.3. 요인분석 23

2.1.4. 군집분석 25

2.1.5. 판별분석 27

2.1.6. 회귀분석 28

2.2. 수질환경기준 31

2.2.1. 수질환경기준의 의의 31

2.2.2. 수질관련 환경기준의 변천 31

2.3. 국내외 관련 연구동향 36

제3장 영산강 유역 현황 38

3.1. 영산강 유역 개황 38

3.2. 토양 및 토지이용 42

3.3. 기후 및 기상 45

제4장 소하천 수질 해석 및 통계 분석 47

4.1. 소하천 수질 해석 47

4.1.1. 연도별 수질해석 47

4.1.2. 소하천별 수질그룹화 61

4.2. 수질자료의 통계 분석 63

4.2.1. 수질 상관분석 63

4.2.2. 수질 주성분 및 요인분석 67

4.2.3. 수질 군집분석 70

4.2.4. 수질 판별분석 75

제5장 수질종합평가 모형 구축 119

제6장 결론 167

참고문헌 169

Abstract 173

부록 1. 영산강 수계 소하천의 유클리디안 거리 행렬 175

표목차

[표 2-1] 하천 생활환경기준(환경부, 2016년) 35

[표 3-1] 토양의 각 부호별 특성 및 토양형 구분 43

[표 3-2] 영산강 수계 하천별 토양형 분포 43

[표 3-3] 영산강 수계 토양이용 현황 44

[표 4-1] 수질 항목간의 상관분석 결과 66

[표 4-2] 각 요인의 고유 값 및 설명력 68

[표 4-3] Varimax 회전 후의 요인 적재 69

[표 4-4] 영산강 수계 71개 소하천 지점의 Cluster membership 73

[표 4-5] 집단평균의 동질성에 대한 검정 75

[표 4-6] 2개 군집분석의 단계선택 통계량 76

[표 4-7] 2개 군집분석의 분석할 변수 통계량 76

[표 4-8] 2개 군집분석의 정준판별 함수의 요약 77

[표 4-9] 2개 군집분석의 표준화된 정준판별함수 계수와 구조행렬 78

[표 4-10] 2개 군집분석의 정준판별함수 계수 78

[표 4-11] 2개 군집분석의 수질그룹별 집단중심점 79

[표 4-12] 2개 군집분석의 Fisher's 선형판별함수 79

[표 4-13] 판별함수를 이용한 영산강수계 소하천의 2집단 분류 결과 80

[표 4-14] 2개 군집분석의 판별 적중률 분석결과 82

[표 4-15] 3개 군집분석의 단계선택 통계량 83

[표 4-16] 3개 군집분석의 분석할 변수의 통계량 83

[표 4-17] 3개 군집분석의 정준판별 함수의 요약 84

[표 4-18] 3개 군집분석의 표준화된 정준판별함수 계수와 구조행렬 84

[표 4-19] 3개 군집분석의 정준판별함수 계수 85

[표 4-20] 3개 군집분석의 함수의 집단중심점 85

[표 4-21] 3개 군집분석의 Fisher's 선형판별함수 86

[표 4-22] 판별함수를 이용한 영산강수계 소하천의 3집단 분류 결과 87

[표 4-23] 3개 군집분석의 판별 적중률 분석결과 89

[표 4-24] 4개 군집분석의 단계선택 통계량 90

[표 4-25] 4개 군집분석의 분석할 변수의 통계량 90

[표 4-26] 4개 군집분석의 정준판별 함수의 요약 91

[표 4-27] 4개 군집분석의 표준화된 정준판별함수 계수와 구조행렬 91

[표 4-28] 4개 군집분석의 정준판별함수 계수 92

[표 4-29] 4개 군집분석의 정준판별함수의 집단중심점 92

[표 4-30] 4개 군집분석의 Fisher's 선형판별함수 93

[표 4-31] 판별함수를 이용한 영산강수계 소하천의 4집단 분류 결과 94

[표 4-32] 4개 군집분석의 판별 적중률 분석결과 96

[표 4-33] 5개 군집분석의 단계선택 통계량 97

[표 4-34] 5개 군집분석의 분석할 변수의 통계량 97

[표 4-35] 5개 군집분석의 정준판별 함수의 요약 98

[표 4-36] 5개 군집분석의 표준화된 정준판별함수 계수와 구조행렬 98

[표 4-37] 5개 군집분석의 정준판별함수 계수 99

[표 4-38] 5개 군집분석의 함수의 집단중심점 99

[표 4-39] 5개 군집분석의 Fisher's 선형판별함수 100

[표 4-40] 판별함수를 이용한 영산강수계 소하천의 5집단 분류 결과 101

[표 4-41] 5개 군집분석의 판별 적중률 분석결과 103

[표 4-42] 6개 군집분석의 단계선택 통계량 104

[표 4-43] 6개 군집분석의 분석할 변수의 통계량 104

[표 4-44] 6개 군집분석의 정준판별 함수의 요약 105

[표 4-45] 6개 군집분석의 표준화된 정준판별함수 계수와 구조행렬 105

[표 4-46] 6개 군집분석의 정준판별함수 계수 106

[표 4-47] 6개 군집분석의 함수의 집단중심점 106

[표 4-48] 6개 군집분석의 Fisher's 선형판별함수 107

[표 4-49] 판별함수를 이용한 영산강수계 소하천의 6집단 분류 결과 108

[표 4-50] 6개 군집분석의 판별 적중률 분석 결과 110

[표 4-51] 7개 군집분석의 단계선택 통계량 111

[표 4-52] 7개 군집분석의 분석할 변수의 통계량 112

[표 4-53] 7개 군집분석의 정준판별함수의 요약 112

[표 4-54] 7개 군집분석의 표준화된 정준판별함수 계수와 구조행렬 113

[표 4-55] 7개 군집분석의 정준판별함수 계수 113

[표 4-56] 7개 군집분석의 함수의 집단중심점 114

[표 4-57] 7개 군집분석의 Fisher's 선형판별함수 114

[표 4-58] 판별함수를 이용한 영산강수계 소하천의 7집단 분류 결과 115

[표 4-59] 7개 군집분석의 판별 적중률 분석결과 118

[표 5-1] 5등급으로 분류한 하천 수질 자료 120

[표 5-2] 5등급으로 분류한 하천 수질 자료의 기초 통계량 123

[표 5-3] 7등급으로 분류한 하천 수질 자료 124

[표 5-4] 7등급으로 분류한 하천 수질 자료의 기초 통계량 126

[표 5-5] 5등급의 6개 인자를 활용한 정준상관관계 128

[표 5-6] 5등급의 6개 인자의 판별함수 계수 128

[표 5-7] 5등급의 6개 인자의 수질 등급 모델 128

[표 5-8] 5등급의 6개 수질 변수의 판별함수 결과값 129

[표 5-9] 7등급의 6개 인자를 활용한 정준상관관계 131

[표 5-10] 7등급의 6개 인자의 판별함수 계수 131

[표 5-11] 7등급의 6개 인자의 수질 등급 모델 131

[표 5-12] 7등급의 6개 수질 변수의 판별함수 결과값 132

[표 5-13] 5등급의 4개 인자를 활용한 정준상관관계 134

[표 5-14] 5등급의 4개 인자의 판별함수 계수 134

[표 5-15] 5등급의 4개 인자의 수질 등급 모델 134

[표 5-16] 5등급의 4개 수질 변수의 판별함수 결과값 135

[표 5-17] 7등급의 4개 인자를 활용한 정준상관관계 137

[표 5-18] 7등급의 4개 인자의 판별함수 계수 137

[표 5-19] 7등급의 4개 인자의 수질 등급 모델 137

[표 5-20] 7등급의 4개 수질 변수의 판별함수 결과값 138

[표 5-21] 5등급의 3개 인자를 활용한 정준상관관계 140

[표 5-22] 5등급의 3개 인자의 판별함수 계수 140

[표 5-23] 5등급의 3개 인자의 수질 등급 모델 140

[표 5-24] 5등급의 3개 수질 변수의 판별함수 결과값 141

[표 5-25] 7등급의 3개 인자를 활용한 정준상관관계 143

[표 5-26] 7등급의 3개 인자의 판별함수 계수 143

[표 5-27] 7등급의 3개 인자의 수질 등급 모델 143

[표 5-28] 7등급의 3개 수질 변수의 판별함수 결과값 144

[표 5-29] 소하천 수질을 5등급으로 나눈 후 인자 개수별 적용 결과 146

[표 5-30] 소하천 수질을 7등급으로 나눈 후 인자 개수별 적용 결과 147

[표 5-31] 환경부 수질등급과 7등급으로 나눈 후 인자 개수별 적용 결과 148

[표 5-32] BOD와 TOC 회귀분석 통계량 150

[표 5-33] BOD와 TOC[0.1] 관계 152

[표 5-34] BOD와 TOC[0.2] 관계 153

[표 5-35] BOD와 TOC[0.3] 관계 154

[표 5-36] BOD와 TOC[0.4] 관계 155

[표 5-37] BOD와 TOC[0.5] 관계 156

[표 5-38] TOC와 T-P 회귀분석 통계량 158

[표 5-39] TOC와 T-P[0.1] 관계 160

[표 5-40] TOC와 T-P[0.2] 관계 161

[표 5-41] TOC와 T-P[0.3] 관계 162

[표 5-42] TOC와 T-P[0.4] 관계 163

[표 5-43] TOC와 T-P[0.5] 관계 164

그림목차

〈그림 1-1〉 영산강 수계 소하천의 조사 지점. 19

〈그림 3-1〉 영산강 유역도. 39

〈그림 3-2〉 영산강 수계 중권역별 유역도. 40

〈그림 3-3〉 영산강 유역 토양군. 42

〈그림 3-4〉 영산강 유역 토지이용 현황. 44

〈그림 4-1〉 영산강 수계의 연도별 강수량 비교. 47

〈그림 4-2〉 영산강 수계 소하천의 연도별 BOD 농도 비교. 48

〈그림 4-3〉 영산강 수계 수하천의 연도별 COD 농도 비교. 51

〈그림 4-4〉 연도별 소하천 TOC 농도 비교. 53

〈그림 4-5〉 연도별 소하천 T-N 농도 비교. 55

〈그림 4-6〉 연도별 소하천 T-P 농도 비교. 57

〈그림 4-7〉 연도별 소하천 SS 농도 비교. 59

〈그림 4-8〉 주요 수질항목간의 결정계수 64

〈그림 4-9〉 스크리 도표. 69

〈그림 4-10〉 회전된 성분 도표. 70

〈그림 4-11〉 단일 연결을 사용한 덴드로그램. 72

〈그림 5-1〉 BOD와 TOC의 잔차도 151

〈그림 5-2〉 BOD와 TOC의 적합도 151

〈그림 5-3〉 BOD와 TOC의 정규확률도 151

〈그림 5-4〉 TOC와 T-P의 잔차도 159

〈그림 5-5〉 TOC와 T-P의 적합도 159

〈그림 5-6〉 TOC와 T-P의 정규확률도 159

초록보기

 하천수질은 오염부하, 하천의 수리·수문특성, 퇴적물의 오염상태, 내부 물질대사의 정도 등이 상호작용하여 나타나기 때문에 수질의 정확한 변동 특성 및 평가를 내리는데 어려우며, 이들 수질은 지점별, 계절별, 연도별 특성이 상이하다. 따라서 하천의 수질관리를 위해서는 장기적이고 체계적인 모니터링이 필요하며, 모니터링을 통해 수집된 자료를 이용하여 하천수질에 영향을 미치는 환경적변수 파악 및 상호영향 평가를 통한 체계적 관리가 매우 중요하다. 본 연구는 영산강 유역 소하천의 수질자료에 대한 다변량 분석기법 적용을 통하여, 수질종합평가에 적합한 수질등급판정기준 모형 개발 및 그 활용 가능성을 제시한 것으로서, 실험적 연구를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.

첫째, 차별화된 수질종합평가 모형구축을 위한 판별분석 시행에 있어서, 판별 분석을 주도할 수질기준 변수의 경우, 7개 군집 분류 시에는 BOD, COD, T-N, SS의 4개 항목이, 2∼6개 군집 분류 시에는 BOD, COD, SS의 3개 항목이 관여함을 확인하였다.

둘째, 수질기준을 5등급, 7등급으로 구분하여 주요수질인자를 활용한 수질종합평가 판정기준 모형이 도출되었으며, 모형의 적합도는 5등급 구분 수질기준에 대한 6개 인자를 활용한 경우 83.1 %, 4개 인자를 활용한 경우 70.4 %, 3개 인자를 활용한 경우 73.3 %로 조사되어 군집분석 결과 나타난 6개 인자를 활용할 경우 높은 적합도를 보였다.

셋째, BOD/COD/TOC, SS, T-N, T-P의 6개 항목 수질인자를 기준으로, 7등급 구분 수질평가 판정 적합도가 현재의 환경부 수질기준에 비하여 19.7 %로 매우 낮았던 이유는, 환경부 수질환경기준에서 항목별 수질 등급 중 가장 저조한 등급을 최종 적용하였기 때문으로 판단된다.

넷째, 수질을 종합적으로 평가하고자 할 경우, 5등급 구분 시 6개 수질인자를 활용함이 바람직하나, 7등급 구분 시에는 오히려 3개 수질인자만 활용하여도 보다 높은 신뢰도를 보여줄 것으로 분석되었다.

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