Evaluation of the Effects of the Inland Pollution Sources after Rainfall Events on the Bacteriological Water Quality in Narodo Area, Korea

414

나로도 해역은 고흥반도 남단에 위치하고 있는 해역으로 동 쪽으로는 고흥군 동일면과 봉래면, 서쪽으로는 고흥군 도화 면, 북쪽으로는 고흥군 포두면에 접하여 있고, 평균수심은

7 m

(Lee, 1994)

패류는 연안해역에 주로 서식하며 육상과 인접해 있어 배수 유역에서 유입되는 오염물질의 영향을 쉽게 받을 수 있으며, 또한 이동성이 거의 없고, 여과섭이 활동을 통하여 먹이를 섭 취하는 패류는 해수 중에 부유하는 병원성세균 및 바이러스 등 과 같은 위해물질들이 체내에 쉽게 축적이 이루어짐으로 오염 된 패류의 섭취로 인한 식중독 사고 사례는 오래전부터 많이 보고가 되어 있다

(Grimes, 1991; Cliver, 1997; Feldhusen,

2000; Potasman et al., 2002).

이러한 패류의 위생안전성 확보를 위하여 생산해역에 대한 위생관리는 매우 중요하며, 미국, 유럽연합 등 선진국에서는 패류생산해역의 위생 상태에 따라 등급을 부여하여 관리하고 있다

(European Commission, 2004; US FDA, 2009).

우리나라의 경우 수산물품질관리법에 규정된 위생기준에 부 합하는 해역을 수출용패류생산지정해역(이하 지정해역)으로 설정하여 관리하고 있으며 고흥군 나로도 해역은

1996

1998

1999

3

4,398 ha

한편, 연안해역의 세균학적 수질에 영향을 미치는 주요 분변 오염원은 주거지, 농경지, 가축 사육지 등 여러 요인에 의해 발생할 수 있는데, 이러한 지역에서 발생한 분변오염원은 하 천 및 하수구 등을 통하여 해역으로 유입된다

(Chigbu et al., 2005; Hunter et al., 1999)

Article history;

Received 18 July 2012; Revised 23 September 2012; Accepted 9 October 2012

*Corresponding author: Tel: +82. 61. 690. 8993 Fax: +82. 61. 685. 9073 E-mail address: [email protected]

Kor J Fish Aquat Sci 45(5) 414-422, October 2012 http://dx.doi.org/10.5657/KFAS.2012.0414 pISSN:0374-8111

ⓒ The Korean Society of Fishereis and Aquatic Science. All rights reserved

강우 발생에 따른 육상오염원이 나로도 해역의 세균학적 수질에 미치는 영향 평가

박큰바위 . 조미라

. 김연계 . 이희정

. 권지영

. 손광태

. 이태식 ^*

Evaluation of the Effects of the Inland Pollution Sources after Rainfall Events on the Bacteriological Water Quality in Narodo Area, Korea

Southwest Sea Fisheries Research Institute, National Fisheries Research and Development Institute, Yeosu 556-823, Korea

1

Food Safety Research Division, National Fisheries Research and Development Institute, Busan 619-705, Korea

This study evaluated the effect of the inland pollution sources on the bacteriological water quality in Narodo area after rainfall events. Following 16 mm of rainfall, the water discharged from Dohwa Stream and contaminants from Balpo village had a very limited effect on bacteriological water quality in adjacent area and the affected area did not extend to the designated area. In comparion, after 33 mm of rainfall, the density of fecal coliforms at stations located in the mouth of Dohwa stream and the discharg point of contamination sources located in Balpo village were lower than after 16 mm of rainfall. These results were obtained during an extreme high tide near the coast the contaminants discharged from Dohwa stream and Balpo village. Therefore, it is necessary to conduct a detailed survey to examine the dffects of tides on the diffusion characteristics of the contaminants discharged from Dohwa stream and Balpo village in order to manage of Narodo area efficiently.

Key words: Fecal coliform, Narodo, Rainfall, Tides

Kunbawui Park , Mi Ra Jo¹, Yeon Kye Kim, Hee Jung Lee¹, Ji Young Kwon¹, Kwang Tae Son¹ and Tae Seek Lee

^*

국립수산과학원 남서해수산연구소, ¹국립수산과학원 식품안전과

질에 가장 큰 영향을 미치는 요인인자이며 강우로 인해 발생하 는 부유성 현탁물질은 육상으로부터 기인된 분변계대장균을 해역으로 운반하는 중요한 매개체로 알려져 있다

(Sayler et al., 1975).

(Hill et al., 2006;

Lee et al., 2010).

최근 지구 온난화와 같은 기상 이변의 영향으로 인하여 최 근

10

(2001-2010

)

1,411.9 mm

97.4 mm

(Lee et al., 2011)

20

7

14

(KMA, 2009)

또한, 최근에는 패류 수확기인

10

5

한편, 전남 고흥군 도화면에 위치한 도화천은 하천유역 주변 으로 인구가 밀집된 거주지역과 상업지역이 발달되어 있으며 하천의 길이가

6.26 km

18.2 km

강우시 도화천과 발포마을 유역에서 유입되는 오염물질의 영 향으로 인하여 해역의 세균학적 수질은 영향을 받을 수가 있 다. 그러므로 나로도 해역에서 생산되는 패류의 위생안전성을 보장하기 위해서는 강우 계급별에 따라 발생하는 오염물질들 이 해역에 미치는 영향과 시간경과에 따른 위생학적 변화를 파 악할 필요성이 있다.

따라서 본 연구에서는 건기 및 강우 발생 계급에 따른 도화천 및 발포마을 유역에서 발생하는 오염물질이 나로도 패류생산 해역에 미치는 영향을 평가하였으며 또한 강우 발생 시간경과 에 따른 해수 및 굴에서의 위생학적 변화를 비교하여 해역의 위 생학적 안전성을 평가하였다.

재료 및 방법

조사지점의 선정

전라남도 고흥군 도화면 발포마을 소재 오염원

(No. 100, 104

107)

(No. 108)

고려하여 육상오염원의 최종방출지점으로부터 약

0.1-0.7 km

10

(N-1-N-10)

(Crassostrea gigas)

1.28 km

1

(N-6)

(Fig. 1).

조사시기의 선정 및 시료채취

건기조사는 오염원의 배출수량과 오염도를 최소화하고, 해 역에 미치는 영향이 거의 없는 시기를 고려하여 나로도 해역에 조사전 일주일전부터 강우가 발생하지 않은 시기로

2009

6

8

우기조사는 나로도 해역의 세균학적 수질에 영향을 미칠 수 있다고 판단되는 최소 강우량을 고려하여

1

33.0 mm

2010

3

16

16.0 mm

2010

10

24

16.0 mm

33.0 mm

16.0 mm

33.0 mm

24

(Table 1).

해수 및 하천수의 시료채취는 각 조사지점에서 표층용 채수 기를 이용하여 멸균된

250 mL

1

10

하천수 및 해수 중의 염분은 수질분석기

(YSI 556 multiprobe system; Yellow Springs, YSI Life Science, OH, USA)

Fig. 1. Sampling stations in the Narodo area.

■, Contamination sources; ●, Seawater; ○, Seawater and oyster.

34

30  ^N

127

19  ^{E 127}

²¹  ^E

34

28  ^N

강우량 및 조석은 기상청 고흥관측소 및 국립해양조사원의 자 료를 근거로 사용하였다.

미생물 시험

분변계대장균 시험은

Recommended Procedures for the Sea Water and Shellfish (APHA, 1970)

(MPN, most probable number)

5

100 mL

100 g

MPN

Lauryl Tryptose Broth (Difco, USA)

EC Medium (Merck, Germany)

Male-specific bacteriophage 검출시험

하천수 및 해수 중에 함유되어 있는

Male-specific bacterio- phage (MSB)

DeBartolomeis

Cabelli (1991)

MSB

Burkhardt W 3rd et al. (1992)

(agar overlay method)

MSB

Escherichia coli HS (pFamp)R (ATCC 700891)

2.5 mL soft agar

E. coli HS (pFamp)R

0.2 mL

2.5 mL

bottom agar

35

24

plaque

MSB

100 mL

100 g

PFU (plaque-forming unit)

발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수의 유량 측정 및 영향범위 평가

발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수의 유량 측정은 유 속계

(Marsh-McBirney portable flowmeter, Flo-Mate Model 2000, Maryland, USA)

(Velocity-Area Method)

발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수가 나로도 해역 에 미치는 영향범위는 미국

Food and Drug Administration (FDA)

Evaluation of pollution source

(Advanced Growing Area Training-evaluation of pollution sources, 2006)

(Concentration of fecal coliform)

(Flow)

1

(Deter- mine loading)

○ Determine loading (MPN/day)=Concentration of fecal coliform (MPN/100 mL)×Conversion (Liter to milliliter;

1,000 mL/L)×Conversion (Min per day; 1,440 min/day)×

Flow (L/min)

○ Dilution water required (m

/day)=Determine loading (MPN/day)/[Standard (14 MPN/100 mL)×Conversion (Mil- liliter to m

; 100,000 mL/m

)]

○ Area required (m

/day)=Dilution water required (m

/day) / Average depth (m)

1

14 MPN/100 mL

(Dilu- tion water required)

14 MPN/100 mL

(Average depth)

(Area required)

결과 및 고찰

해수의 일반적 성상

강우 발생 후 나로도 해역으로 유입되는 육상오염원 방출수

(No. 100, 104, 107

108)

10

(N-1-N-10)

32.83-33.25 psu, 16 mm

24

28.46-31.83

31.59-31.77 psu

33 mm

Table 1. The general state of sanitary survey after rainfall events

Rainfall

(mm) Time

(h) Sampling

date Sampling

time High Tide

(hour : min, mm) Low tide (hour : min, mm)

16 0 2010. 10. 24. 15:03-16:16 10:00, 352

21:57, 303 03:39, 36

16:14, 79

24 2010. 10. 25. 15:39-17:09 10:35, 353

22:27, 294 04:09, 36

16:49, 88

33

0 2010. 3. 16. 10:08-11:15 10:01, 322

22:11, 325 03:54, 29

16:10, 26

24 2010. 3. 17. 10:10-11:05 10:24, 319

22:42, 331 04:22, 30

16:35, 21

우 종료 직후와 강우가 종료된 시점으로부터

24

2.41-33.12

29.21-33.19 psu

33 mm

16 mm

33 mm

16 mm

16 mm

33 mm

33 mm

16 mm

16 mm

한편, 나로도 해역에 대한 건기조사 및 우기조사시 확인된 염 분의 결과는

Kim et al. (2003)

30.7-33.6 psu

건기시 해수 중의 위생학적 성상 변화

강우 발생 정도에 따라 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출 수가 나로도 해역의 위생학적 성상 변화에 미치는 영향을 알 아보기 전에 건기시 이들 오염원에서 방출되는 오염물질이 나 로도 해역의 수질에 미치는 영향을 조사하였으며 그 결과를

Table 2

건기조사시 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수 중의 분 변계대장균 수의 범위는

33-3,300 MPN/100 mL

<1.8-2.0 MPN/100 mL

발생하지 않는 건기시에는 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방 출수가 나로도 해역의 세균학적 수질에 미치는 영향은 거의 없 는 것으로 확인되었다.

강우 발생 후 해수 중의 위생학적 성상 변화

강우 발생 정도에 따라 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출 수에 함유되어 있는 오염물질이 나로도 해역에 미치는 영향범 위와 강우 발생 시간경과에 따른 나로도 해역의 해수 중의 위 생학적 성상 변화를 조사하였으며 그 결과를

Table 3

16 mm

MSB

110-70,000 MPN/100 mL

<10-9,130 PFU/100 mL

(Adjacent area)

(N-1-N-5

N-8)

MSB

<1.8-330 MPN/100 mL

<10-10 PFU/100 mL

0.1 km

N-1

330 MPN/100 mL

14 MPN/100 mL

MSB

N-1

10 PFU/100 mL

(Designated area)

(N-6, N-7, N-9

N-10)

<1.8-2.0 MPN/100 mL

MSB

한편,

16 mm

24

Table 2. Results of the fecal coliform and MSB in the discharged water from contamination sources and seawater under dry- weather condition

Area Sample Station Fecal coliform

(MPN/100 mL) MSB

(PFU/100 mL)

Drainage area Discharged water (Stream, sewer)

100 33 1,200

104 3,300 <10

107 140 <10

108 49 <10

Adjacent area Seawater

N-1 2.0 <10

N-2 <1.8 <10

N-3 <1.8 <10

N-4 <1.8 <10

N-5 <1.8 <10

N-8 <1.8 <10

Designated area Seawater

N-6 <1.8 <10

N-7 <1.8 <10

N-9 <1.8 <10

N-10 <1.8 <10

의 범위는

110-11,000 MPN/100 mL

0.1

0.62 km

N-1

N-2

49

22 MPN/100 mL

<1.8-2.0

MPN/100 mL

는 것으로 나타내었다.

이상의 결과,

16 mm

한편,

16 mm

24

16 mm

0.62 km

N-2

이러한 결과는

16 mm

N-2

한편, 조류의 흐름이 빠르고, 외해와 연결되어 있어 나로도 해역과 비슷한 특징을 가지고 있는 고성군 자란만의 경우,

33.5 mm

6

(

)

0.7 km

<1.8 MPN/100 mL

으나

24

9.3 MPN/100 mL

(Lee et al., 2010).

또한, 나로도 해역처럼 외해와 연결되어 있지는 않지만, 조 류의 소통이 원활한 해역으로 알려져 있는 남해군 강진만의 경 우,

33 mm

(Park et al., 2011).

33 mm

(No. 104

107)

1,700-4,900 MPN/100 mL

0.1 km

N-1

11 MPN/100 mL

33 mm

1

16 mm

16 mm

N-1

330 MPN/100 mL

한편, 연안해역에서 분변계대장균의 분포는 육상에서 유입되 는 오염원의 유량, 오염도, 해역의 크기, 조석 등 여러 요인에 의해 영향을 받으며, 또한 각 해역의 특성에 따라 달라지며, 특 히 조석의 변화는 연안해역에 대한 위생지표세균의 분포에 영 향을 미치는 중요한 인자이며, 창조시에는 육상에서 해역으로

Table 3. Results of the fecal coliform and MSB in the discharged water from contamination sources and seawater after rainfall events

Area Sample Station

16.0 mm rainfall 33.0 mm rainfall

0 h 24 h 0 h 24 h

Fecal coliform (MPN/100 mL)

(PFU/100 mL)MSB Fecal coliform (MPN/100 mL)

(PFU/100 mL)MSB Fecal coliform (MPN/100 mL)

(PFU/100 mL)MSB Fecal coliform (MPN/100 mL)

(PFU/100 mL)MSB

Drainage area

Dis-charged water (Stream, sewer)

100 23,000 140 7,900 <10 4,900 290 130 <10

104 70,000 9,130 11,000 3,900 4,900 <10 160,000 10

107 230 <10 2,300 <10 1,700 <10 7,900 <10

108 110 <10 110 <10 7,900 80 790 20

Adjacent

area Seawater

N-1 330 10 49 <10 11 40 <1.8 30

N-2 2.0 <10 22 <10 6.8 60 11 <10

N-3 7.8 <10 <1.8 <10 2.0 <10 <1.8 <10

N-4 <1.8 <10 <1.8 <10 17 <10 6.8 <10

N-5 <1.8 <10 <1.8 <10 6.8 <10 <1.8 <10

N-8 <1.8 <10 <1.8 <10 2.0 <10 <1.8 <10

Desig- nated

area Seawater

N-6 <1.8 <10 2.0 <10 1.8 <10 <1.8 <10

N-7 <1.8 <10 <1.8 <10 <1.8 <10 <1.8 <10

N-9 <1.8 <10 <1.8 <10 2.0 <10 <1.8 <10

N-10 2.0 <10 <1.8 <10 2.0 <10 <1.8 <10

유입되는 하천수를 연안으로 밀어내어 해역 내의 확산을 저해 하지만 낙조시에는 하천수를 만 내부로 확산시키는 역할을 한 다고 알려져 있다

(Mallin et al., 1999; Lee et al., 2010)

상기의 내용을 종합해보면,

33 mm

16 mm

한편,

33 mm

7,900 MPN/100 mL

0.35 km

N-4

17 MPN/100 mL

33 mm

33 mm

24

N-4

6.8 MPN/100 mL

한편,

33 mm

MSB

<10-290 PFU/100 mL

0.1

0.62 km

N-1

N-2

MSB

40

60 PFU/100 mL

MSB

Ha et al. (2011)

15 mm

(S- 1-S-3)

MSB

10-40 PFU/100 mL

지금까지의 연구결과를 요약해보면,

33 mm

33 mm

24

한편, 우리나라는 생산패류의 위생학적 안전성 확보를 위하 여 채취 전

1

15-22 mm

2

22 mm

7

(MIFAFF, 2012).

또한, 지구 온난화와 같은 기상 이변의 영향으로 패류 수확기

인

10

5

따라서 효율적인 나로도 패류생산해역의 관리방안을 마련하 기 위해서는 좀더 다양한 강우 발생 계급별과 함께 조석 변화에 따른 육상오염원이 해역에 미치는 영향에 대한 체계적인 연구 가 필요 할 것으로 판단되며, 본 연구결과가 효율적인 나로도 패류생산해역의 관리방안 마련에 필요한 기초자료로써 활용이 될 것으로 사료된다.

육상오염원 방출수의 계산된 영향범위와 해수 중의 분 변계대장균 함량 비교

16 mm

33 mm

FDA

“Evaluation of pollution source (Advanced Growing Area Training - evaluation of pollution sources, 2006)”

Fig. 2

Table 4

16 mm

2.3×10

- 8.8×10

MPN/day

14 MPN/100 mL

20-386 m

이러한 결과는

16 mm

Fig. 2. The estimated diffusion range of the discharged water from contamination sources after rainfall events. (A), just after 16 mm rainfall; (B), after 24 hours from 16 mm rainfall ended;

(C), just after 33 mm rainfall; (D), after 24 hours from 33 mm

rainfall ended.

터 각각

0.1

0.62 km

N-1

N-2

330

2.0 MPN/100 mL

16 mm

또한,

16 mm

가

187 m

0.35 km

N-4

<1.8 MPN/100 mL

한편

33 mm

(No. 100)

4,644

971 m

0.98 km

N-5

0.62 km

N-2

6.8 MPN/100 mL

이러한 결과 차이는 미국

FDA

33 mm

1

14 MPN/100 mL

또한 연안해역에서 분변계대장균의 밀도는 환경에 따라 달라

지는데 강 하구와 같은 좁은 영역에서는 고조부근에서는 확산 범위가 좁고, 평균수면에서 저조에 이르는 동안 멀리까지 확산 이 이루어진다고 알려져 있다

(Mallin et al., 1999).

따라서 최고조의 영향으로 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수에 함유되어 있는 오염물질이 해역 내부로 확산되지 못 했기 때문에 육상오염원이 해역에 미치는 계산된 영향범위와 실제 해수 중의 분변계대장균 수가 다르게 나타난 것으로 추 정되었다.

Park et al

(2011)

1

23 mm

6,233 m

<1.8-7.8 MPN/100 mL

강우 발생에 따른 패류 중의 위생학적 성상 변화

Table 5

16

33 mm

N-6

78

110 MPN/100 g

24

<18

20 MPN/100 g

MSB

Table 4. The estimated diffusion range of the discharged water from contamination sources after rainfall events

(mm) Station Time (h) Discharge volume (L/min)

Fecal coliform (MPN/100 mL)

Lowest

depth (m) Determine loading (MPN/day)

Dilution water required (m³)

Area required

(m²) Radius of half-circle (m)

16

100 0 260 23,000 2.7 8.8×10¹⁰ 6.3×10⁵ 2.3×10⁵ 386

24 77 7,900 2.7 8.7×10⁸ 6.2×10⁴ 2.3×10⁴ 121

104 0 5 70,000 2.7 5.0×10⁹ 3.6×10⁴ 1.3×10⁴ 92

24 3 11,000 2.7 4.7×10⁸ 3.3×10³ 1.2×10³ 28

107 0 70 230 2.7 2.3×10⁸ 1.6×10³ 6.1×10² 20

24 70 2,300 2.7 2.3×10⁹ 1.6×10⁴ 6.1×10³ 63

108 0 9,700 110 2.0 1.5×10¹⁰ 1.0×10⁵ 5.4×10⁴ 187

24 6,600 110 2.0 1.0×10¹⁰ 7.4×10⁴ 3.7×10⁴ 154

33

100 0 7,900 4,900 2.7 5.5×10¹¹ 3.9×10⁶ 1.4×10⁶ 971

24 2,400 130 2.7 4.5×10⁹ 3.2×10⁴ 1.1×10⁴ 87

104 0 5.8 4,900 2.7 4.0×10⁸ 2.9×10³ 1.0×10³ 26

24 10 160,000 2.7 2.3×10¹⁰ 1.6×10⁵ 6.0×10⁴ 197

107 0 300 1,700 2.7 7.5×10⁹ 5.3×10⁴ 1.9×10⁴ 113

24 270 7,900 2.7 3.1×10¹⁰ 2.2×10⁵ 8.3×10⁴ 231

108 0 83,000 7,900 2.0 9.5×10¹² 6.7×10⁷ 3.3×10⁷ 4,644

24 30,307 790 2.0 3.4×10¹¹ 2.4×10⁶ 1.2×10⁶ 886

이러한 결과는 나로도 해역이 외해랑 연결되어 있어 조류의 소통이 빠르고, 원활하게 이루어지기 때문에 자연정화

(Relay- ing)

Son and Fleet (1980)

(Crassostrea commercialis)

590-600 CFU/100 g

2

8-18 CFU/100 g

Oh et al. (2012)

1,700 MPN/100 g

1

110 MPN/100 g

지금까지의 연구결과를 종합해보면, 건기시 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수가 나로도 해역에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 확인이 되었으나, 강우 발생시 이들 오염원에서 방출되는 오염물질들은 나로도 지정해역까지는 영향을 미치지 는 못하였지만, 오염원과 인접한 연안해역에는 부분적으로 영 향을 미치고 있는 것을 확인되었다.

한편, 연안해역의 세균학적 수질은 해역으로 유입되는 오염 원의 유량, 오염도, 해역의 크기, 조석 등 여러 요인들에 의해 영향을 받으며, 강우량과 조석에 따라 오염원이 해역에 미치는 영향범위가 크게 달라지는 것으로 나타났다. 그러나 강우량과 조석의 조건을 동시에 맞추어 오염원이 해역에 미치는 영향범 위 평가 연구를 실시하기에는 어려움이 있다.

따라서 강우량과 조석 변화에 따른 발포마을 소재 오염원 및 도화천 방출수가 나로도 해역에 미치는 영향범위에 대해서 는 로다민

(Rhodamine)

(Hydrographic Dye study)

사 사

본 연구는 국립수산과학원(수출패류 생산해역 및 수산물 위 생조사,

RP-2012-FS-010)

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Table 5. Concentration of sanitary indicator bacteria in oyster Crassostrea commercialis

Area Station

Dry-weather 16.0 mm rainfall 33.0 mm rainfall

0 h 24 h 0 h 24 h

Fecal coliform (MPN/100 g)

(PFU/100 g)MSB Fecal coliform (MPN/100 g)

(PFU/100 g)MSB Fecal coliform (MPN/100 g)

(PFU/100 g)MSB Fecal coliform (MPN/100 g)

(PFU/100 g)MSB Fecal coliform (MPN/100 g)

(PFU/100 g)MSB

Narodo

area N-6 <18 <10 78 <10 <18 <10 110 <10 20 <10

박큰바위 . 조미라 . 김연계 . 이희정 . 권지영 . 손광태 . 이태식

422

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