도시화 및 산업화로 인하여 수자원의 근간이며 상수원의 대부분을 차지하는 하천이 오수 및 각종 산업폐수로부터의 점점 더 오염되고 있다. 상수원으로 이용되는 하천 표류수는 강우에 직접적인 영향을 받으며, 하절기에 집중되는 우리나라의 강우 특성상 평상시에 이용 가능한 수량은 풍부하지 못한 실정이다. 그리고 수자원의 효율적인 이용과 수환경 보전를 위한 하폐수시설이 충분하지 않으므로 수질오염의 심화로 기인한 수질사고가 발생하고 있다. 하천 표류수와 지하수로 형성되는 강변여과수의 수질은 퇴적층의 자정능력에 의해 안전하며 안정적인 장점이 있지만 배후지역의 토지이용 형태에 따라 영향을 받을 수 있다. 강변여과수 수량은 하천 표류수에 비하여 풍부하지 못하며 하천수위에 종속적인 영향을 받는 특성이 있고. 강변 여과수의 ...
도시화 및 산업화로 인하여 수자원의 근간이며 상수원의 대부분을 차지하는 하천이 오수 및 각종 산업폐수로부터의 점점 더 오염되고 있다. 상수원으로 이용되는 하천 표류수는 강우에 직접적인 영향을 받으며, 하절기에 집중되는 우리나라의 강우 특성상 평상시에 이용 가능한 수량은 풍부하지 못한 실정이다. 그리고 수자원의 효율적인 이용과 수환경 보전를 위한 하폐수시설이 충분하지 않으므로 수질오염의 심화로 기인한 수질사고가 발생하고 있다. 하천 표류수와 지하수로 형성되는 강변여과수의 수질은 퇴적층의 자정능력에 의해 안전하며 안정적인 장점이 있지만 배후지역의 토지이용 형태에 따라 영향을 받을 수 있다. 강변여과수 수량은 하천 표류수에 비하여 풍부하지 못하며 하천수위에 종속적인 영향을 받는 특성이 있고. 강변 여과수의 취수로 인하여 주변 지역의 지하수 수위 강하나 지반 침하 등의 문제점이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 하천표류수의 대체 상수원으로 부각되고 있는 강변여과수의 수질 및 수량에 관한 실험적 검토를 수행하였다. 수량적으로는 하천수위와 취수정수위의 상관관계 등 수리적 특성과 군정 취수정 가동 패턴별 지하수위 강하량 분포, 취수정으로 유입되는 지하수와 하천수 비율 등에 관하여 조사하였다. 수질적으로는 강변여과수와 하천 표류수를 비교 분석하고 배후지역의 지하수 수질을 조사하였다. 구체적인 내용은 아래의 5가지로 분류하여 정리하였다. (1) 하천수위와 취수정수위의 상관관계 그리고 하천수위와 관측정수위의 상관계수를 도출하여 하천표류수와 강변여과수와의 수리적 연결여부를 조사하였다. 우수기의 하천 수위와 취수정 수위는 동시에 상승하며 변동 형태도 유사하게 나타났다. 하천수위와의 상관계수 R2값은, 취수정 수위가 취수정 펌프의 가동여부에 직접적인 영향을 받으므로, 당연히 펌프 미가동시에 0.91로 높게 나타났다. 관측정 수위도 하천 수위와 연동하는 경향을 보였고, 하천수위와의 상관계수 R2값은 0.79로 나타났다. (2) 강변여과수의 지속적인 취수는 대수층의 유효공극에 영향을 미칠 가능성이 있으며, 유효공극의 세밀화 현상이 발생하면 강변 여과수의 취수량 감소 및 지반침하를 유발시킬 수 있다. 취수정 주변 토양의 함수율 조사 및 주변지역의 수준측량으로 대수층 유효공극의 변화 상황에 관하여 간접적인 평가를 하였다. 수준측량 결과, 취수정주변의 유의할 정도의 지반침하 현상은 없었다. 주변지역의 심도별 및 경작부지별 토양함수율도 큰 변화가 없는 것으로 판단하였다. 지난 4년간 취수정의 취수량에 큰 변화가 없었던 것으로 조사되었고, 이는 세척으로 취수량이 회복되는 것을 의미하므로 위의 내용과 함께 감안하여 대수층 유효공극에는 큰 변화가 없는 것으로 간접적인 판단을 하였다. (3) 강변여과수 수질을 하천 표류수 수질과 비교 분석하고, 강변여과수 수질에 영향을 미칠 수 있는 배후지역의 지하수 수질을 조사하였다. 하천 표류수의 수온은 외기 온도가 하강함에 따라 22에서 12까지 큰 폭으로 낮아졌지만, 강변여과수 수온은 평균 18정도로 안정된 상태를 유지하였다. 하천 표류수의 pH는 7.2 ～ 8.5범위의 약 알카리성으로 나타났지만, 강변여과수 pH는 평균 7.1(6.7～7.5)의 중성으로 나타났다. 강변여과수의 pH가 낮은 것은 지하수에 함유된 탄산가스의 산화작용에 기인한 것으로 생각되었다. 현장에서 측정한 강변여과수 탁도 농도는 0.22NTU이하로 하천 표류수의 탁도 농도 5.5～13NTU보다 낮게 나타났다. 그러나 6시간 경과 후의 C-1, C-2, C-3, C'지점의 강변여과수 탁도 농도는 최대 200NTU까지 상승하는 경향을 보였다. 시료채취 후 6시간 경과된 C-1, C-2, C-3, C'지점의 색도 농도도 약 140CU까지 상승하는 경향을 보였다. 표류수의 SS농도는 약 8～15mg/ℓ, 1만톤 지역의 강변여과수의 SS농도는1mg/ℓ이하였지만, 6만톤 지역 강변여과수(C-1, C-2, C-3, C'지점)의 SS농도는 최대 25mg/l로 높게 나타났다. C-1, C-2, C-3, C'지점의 SS농도가 하천 표류수보다 높게 나타난 것과 시료채취 후 6시간 경과된 C-1, C-2, C-3, C'지점의 탁도 농도 및 색도 농도가 상승한 것을 합쳐서 생각해 보면 강변여과수에 함유된 철 또는 망간의 산화작용에 영향을 받은 것으로 판단되었다. 강변여과수의 평균입도는 1.21m(0.056～3.019m)로 하천 표류수의 입도 14.74m(13.89～15.77m)보다 10이상 작은 것으로 나타났다. 강변여과수에는 입도 2m 이하의 입자가 약 70%이상 차지하는 것으로 나타났다. 강변여과수의 입자가 극히 미세한 것을 고려하면 탁도 상승은 시간에 따른 색도 변화에 직접적으로 영향을 미친 것으로 판단되었다. 강변여과수의 색도와 탁도의 상관계수는 1차 : R2=0.989, 2차 : R2=0.982, 3차 : R2=0.982 으로 매우 높고 직접적인 관계가 있는 것으로 판단되었다. 탁도와 SS의 상관계수는 1차 : R2=0.927, 2차 : R2=0.975, 3차 : R2=0.700, 색도와 SS의 상관계수는 1차 : R2=0.928, 2차 : R2=0.910, 3차 : R2=0.759 으로 각각 비슷한 상관계수를 나타내고, 높은 상관성을 가지는 것으로 파악되었다. 지하수의 질산성질소농도는 경작지가 주거지역보다 높게 나타났고, 지하수 수질기준치 20mg/ℓ를 상회하였다. 이는 장기간에 걸친 질산비료의 시비에 의한 현상으로 생각되었다. 질산성질소농도는 지하수심도가 얕은 수록 고농도이며 변동폭도 크게 나타났다. 연구지역 하천의 평균 질산성질소 농도는 2.150mg/ℓ～2.595mg/ℓ로 지하수 수질기준치 이하로 나타났다. 그리고 건기 시에 상승하고 우기 시에 감소하는 패턴을 보였고, 하류로 내려올수록 질산성질소 변동 폭이 증가하였다. (4) 군정시스템으로 강변여과수를 대량으로 취수하는 경우의 대수층 손실, 우물 손실, 정적양정 그리고 관로 손실 등을 종합적으로 고려하여 취수정간의 상호간섭 및 영향범위를 조사하였다. 장기간 동일 취수패턴의 운영 자료로 산정한 투수량계수와 우물손실계수는 각각 2,040, 0.00016 ～ 0.00146로 나타났다. 군정시스템으로 취수정을 동시에 가동하는 경우, 서로 인접한 취수정을 가동하는 것보다 분산된 취수정를 가동하는 것이 취수량의 증가를 가져왔다. 그리고 강변에 가까운 취수정일수록 평균취수량이 많은 것으로 나타났다. 수위강하는 취수정 가동 초기에 급격히 발생되며 시간이 경과함에 따라 안정화 되었다. 상호간섭 범위는 취수량과 시간에 따라 다르며, 취수량이 100m3/hr인 경우, 24시간은 550m, 120시간은 1200m로 시간에 따라 증가하는 경향을 보였다. (5) 군정 취수정 가동 패턴별 지하수위 강하량 분포와 취수정으로 유입되는 지하수와 하천수 비율을 조사하였다. 지하수위 강하량은 취수정 가동 상태에 따라 다르며, 시간에 따라 증가하며 흐름이 정상상태일 때 최대로 나타났다. 하천의 호안 수직방향 흐름률을 분석한 결과, 단독 취수시의 하천수 유입비율은 0 ～ 76%까지 변화하고 동시 취수시에는 55 ～ 76%로 변화하였다. 흐름 경로 추적 및 유동 시간 산정을 위하여 추적 기간 100일, 500일, 1000일으로 추적실험을 하였다. 지하수 유동속도는 취수 펌프 가동패턴에 따라 0.5m/d에서 0.8m/d의 분포를 보였다. 하천수가 취수정에 도달하는 시간은 강변에서 가까운 관정을 가동하는 경우 약 45-50일, 먼 관정의 경우 약 90일 소요되는 것으로 나타났다. 포획구간(Capture Zone)의 크기는 취수시간과 비례하고, 가동취수정을 집중적으로 배치하는 경우에 포획구간이 더 길게 나타났다. 강변에서 먼 취수정을 가동하면 포획구간이 배후지역으로 더 길어지는 것으로 조사되었다. 따라서, 가급적 강변에 가까운 취수정을 분산 가동하는 것이 대수층 손실을 줄일 수 있고 배후지역의 지하수위 강하현상을 감소시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
도시화 및 산업화로 인하여 수자원의 근간이며 상수원의 대부분을 차지하는 하천이 오수 및 각종 산업폐수로부터의 점점 더 오염되고 있다. 상수원으로 이용되는 하천 표류수는 강우에 직접적인 영향을 받으며, 하절기에 집중되는 우리나라의 강우 특성상 평상시에 이용 가능한 수량은 풍부하지 못한 실정이다. 그리고 수자원의 효율적인 이용과 수환경 보전를 위한 하폐수시설이 충분하지 않으므로 수질오염의 심화로 기인한 수질사고가 발생하고 있다. 하천 표류수와 지하수로 형성되는 강변여과수의 수질은 퇴적층의 자정능력에 의해 안전하며 안정적인 장점이 있지만 배후지역의 토지이용 형태에 따라 영향을 받을 수 있다. 강변여과수 수량은 하천 표류수에 비하여 풍부하지 못하며 하천수위에 종속적인 영향을 받는 특성이 있고. 강변 여과수의 취수로 인하여 주변 지역의 지하수 수위 강하나 지반 침하 등의 문제점이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 하천표류수의 대체 상수원으로 부각되고 있는 강변여과수의 수질 및 수량에 관한 실험적 검토를 수행하였다. 수량적으로는 하천수위와 취수정수위의 상관관계 등 수리적 특성과 군정 취수정 가동 패턴별 지하수위 강하량 분포, 취수정으로 유입되는 지하수와 하천수 비율 등에 관하여 조사하였다. 수질적으로는 강변여과수와 하천 표류수를 비교 분석하고 배후지역의 지하수 수질을 조사하였다. 구체적인 내용은 아래의 5가지로 분류하여 정리하였다. (1) 하천수위와 취수정수위의 상관관계 그리고 하천수위와 관측정수위의 상관계수를 도출하여 하천표류수와 강변여과수와의 수리적 연결여부를 조사하였다. 우수기의 하천 수위와 취수정 수위는 동시에 상승하며 변동 형태도 유사하게 나타났다. 하천수위와의 상관계수 R2값은, 취수정 수위가 취수정 펌프의 가동여부에 직접적인 영향을 받으므로, 당연히 펌프 미가동시에 0.91로 높게 나타났다. 관측정 수위도 하천 수위와 연동하는 경향을 보였고, 하천수위와의 상관계수 R2값은 0.79로 나타났다. (2) 강변여과수의 지속적인 취수는 대수층의 유효공극에 영향을 미칠 가능성이 있으며, 유효공극의 세밀화 현상이 발생하면 강변 여과수의 취수량 감소 및 지반침하를 유발시킬 수 있다. 취수정 주변 토양의 함수율 조사 및 주변지역의 수준측량으로 대수층 유효공극의 변화 상황에 관하여 간접적인 평가를 하였다. 수준측량 결과, 취수정주변의 유의할 정도의 지반침하 현상은 없었다. 주변지역의 심도별 및 경작부지별 토양함수율도 큰 변화가 없는 것으로 판단하였다. 지난 4년간 취수정의 취수량에 큰 변화가 없었던 것으로 조사되었고, 이는 세척으로 취수량이 회복되는 것을 의미하므로 위의 내용과 함께 감안하여 대수층 유효공극에는 큰 변화가 없는 것으로 간접적인 판단을 하였다. (3) 강변여과수 수질을 하천 표류수 수질과 비교 분석하고, 강변여과수 수질에 영향을 미칠 수 있는 배후지역의 지하수 수질을 조사하였다. 하천 표류수의 수온은 외기 온도가 하강함에 따라 22에서 12까지 큰 폭으로 낮아졌지만, 강변여과수 수온은 평균 18정도로 안정된 상태를 유지하였다. 하천 표류수의 pH는 7.2 ～ 8.5범위의 약 알카리성으로 나타났지만, 강변여과수 pH는 평균 7.1(6.7～7.5)의 중성으로 나타났다. 강변여과수의 pH가 낮은 것은 지하수에 함유된 탄산가스의 산화작용에 기인한 것으로 생각되었다. 현장에서 측정한 강변여과수 탁도 농도는 0.22NTU이하로 하천 표류수의 탁도 농도 5.5～13NTU보다 낮게 나타났다. 그러나 6시간 경과 후의 C-1, C-2, C-3, C'지점의 강변여과수 탁도 농도는 최대 200NTU까지 상승하는 경향을 보였다. 시료채취 후 6시간 경과된 C-1, C-2, C-3, C'지점의 색도 농도도 약 140CU까지 상승하는 경향을 보였다. 표류수의 SS농도는 약 8～15mg/ℓ, 1만톤 지역의 강변여과수의 SS농도는1mg/ℓ이하였지만, 6만톤 지역 강변여과수(C-1, C-2, C-3, C'지점)의 SS농도는 최대 25mg/l로 높게 나타났다. C-1, C-2, C-3, C'지점의 SS농도가 하천 표류수보다 높게 나타난 것과 시료채취 후 6시간 경과된 C-1, C-2, C-3, C'지점의 탁도 농도 및 색도 농도가 상승한 것을 합쳐서 생각해 보면 강변여과수에 함유된 철 또는 망간의 산화작용에 영향을 받은 것으로 판단되었다. 강변여과수의 평균입도는 1.21m(0.056～3.019m)로 하천 표류수의 입도 14.74m(13.89～15.77m)보다 10이상 작은 것으로 나타났다. 강변여과수에는 입도 2m 이하의 입자가 약 70%이상 차지하는 것으로 나타났다. 강변여과수의 입자가 극히 미세한 것을 고려하면 탁도 상승은 시간에 따른 색도 변화에 직접적으로 영향을 미친 것으로 판단되었다. 강변여과수의 색도와 탁도의 상관계수는 1차 : R2=0.989, 2차 : R2=0.982, 3차 : R2=0.982 으로 매우 높고 직접적인 관계가 있는 것으로 판단되었다. 탁도와 SS의 상관계수는 1차 : R2=0.927, 2차 : R2=0.975, 3차 : R2=0.700, 색도와 SS의 상관계수는 1차 : R2=0.928, 2차 : R2=0.910, 3차 : R2=0.759 으로 각각 비슷한 상관계수를 나타내고, 높은 상관성을 가지는 것으로 파악되었다. 지하수의 질산성질소농도는 경작지가 주거지역보다 높게 나타났고, 지하수 수질기준치 20mg/ℓ를 상회하였다. 이는 장기간에 걸친 질산비료의 시비에 의한 현상으로 생각되었다. 질산성질소농도는 지하수심도가 얕은 수록 고농도이며 변동폭도 크게 나타났다. 연구지역 하천의 평균 질산성질소 농도는 2.150mg/ℓ～2.595mg/ℓ로 지하수 수질기준치 이하로 나타났다. 그리고 건기 시에 상승하고 우기 시에 감소하는 패턴을 보였고, 하류로 내려올수록 질산성질소 변동 폭이 증가하였다. (4) 군정시스템으로 강변여과수를 대량으로 취수하는 경우의 대수층 손실, 우물 손실, 정적양정 그리고 관로 손실 등을 종합적으로 고려하여 취수정간의 상호간섭 및 영향범위를 조사하였다. 장기간 동일 취수패턴의 운영 자료로 산정한 투수량계수와 우물손실계수는 각각 2,040, 0.00016 ～ 0.00146로 나타났다. 군정시스템으로 취수정을 동시에 가동하는 경우, 서로 인접한 취수정을 가동하는 것보다 분산된 취수정를 가동하는 것이 취수량의 증가를 가져왔다. 그리고 강변에 가까운 취수정일수록 평균취수량이 많은 것으로 나타났다. 수위강하는 취수정 가동 초기에 급격히 발생되며 시간이 경과함에 따라 안정화 되었다. 상호간섭 범위는 취수량과 시간에 따라 다르며, 취수량이 100m3/hr인 경우, 24시간은 550m, 120시간은 1200m로 시간에 따라 증가하는 경향을 보였다. (5) 군정 취수정 가동 패턴별 지하수위 강하량 분포와 취수정으로 유입되는 지하수와 하천수 비율을 조사하였다. 지하수위 강하량은 취수정 가동 상태에 따라 다르며, 시간에 따라 증가하며 흐름이 정상상태일 때 최대로 나타났다. 하천의 호안 수직방향 흐름률을 분석한 결과, 단독 취수시의 하천수 유입비율은 0 ～ 76%까지 변화하고 동시 취수시에는 55 ～ 76%로 변화하였다. 흐름 경로 추적 및 유동 시간 산정을 위하여 추적 기간 100일, 500일, 1000일으로 추적실험을 하였다. 지하수 유동속도는 취수 펌프 가동패턴에 따라 0.5m/d에서 0.8m/d의 분포를 보였다. 하천수가 취수정에 도달하는 시간은 강변에서 가까운 관정을 가동하는 경우 약 45-50일, 먼 관정의 경우 약 90일 소요되는 것으로 나타났다. 포획구간(Capture Zone)의 크기는 취수시간과 비례하고, 가동취수정을 집중적으로 배치하는 경우에 포획구간이 더 길게 나타났다. 강변에서 먼 취수정을 가동하면 포획구간이 배후지역으로 더 길어지는 것으로 조사되었다. 따라서, 가급적 강변에 가까운 취수정을 분산 가동하는 것이 대수층 손실을 줄일 수 있고 배후지역의 지하수위 강하현상을 감소시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
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