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문제 정의
- 본 연구는 강우시 유입하천 유출수가 삽교호 수질에미치는 영향을 파악하기 위하여 강우시 유입하천에서의유량 변화와 오염물질의 유출특성을 분석하고, 유역의토지 이용형태 (도시지역, 농촌지역)에 따른 유출수 특성을 비교하였다. 또한, 강우시 삽교호 오염부하량 및 실측자료를 통한 비점오염부하량의 기여율 추정 자료는 삽교호 수질정화 및 수계관리 대책수립에 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
- 실시하여 분석한 것이다. 연구의 최종 목적은 삽교호 수질을 개선시키는 것이며, 그 일환으로 삽교호 유입지 천의 오염부하를 저감시키기 위해 강우시 유입되는 비점오염물질의 유출 특성 및 오염부하량을 산정하는데 본 연구의 목적이 있다.
가설 설정
- 2차 강우 (강우량 50 mm, 강우지속시간 32 hr)에 의해발생된 총유출량(강우에 의한 영향을 강우 시작 후 70 hr 까지로 가정)은 천안천 휴대교지점에서 3, 039 ton (43.4 ton/hr), 남원천 북창교지점에서 2, 990 ton (42.7 ton/hr)으로 거의 비슷하였다.
제안 방법
- 강우에 따른 하천의 유량의 변화와 오염물질의 농도는 유역의 토지이용형태와 강우량, 강우지속시간, 강우 강도, 선행강우량, 무 (無)강우일수 등에 따라 많은 차이가 발생함 (Rimer et al, 1978; 松浦茂樹 et al, 1987)으로 조사기간 중 발생한 강우특성을 분석하였고, 그 결과는 Table 3고과 같다.
- 비점오염부하량은 본 조사 2회 (1차, 2차) 강우시 발생된 부하량 (강우시 에는 점 오염 부하와 비 점 오염 부하가 동시에 발생됨) 중 점오염부하량을 뺀 양을 비점 오염부하량이라고 가정하여 그때 강우량으로 나누어 단위 강우량 (1mm)에 해당하는 발생량으로 나타낸 후 1998년에 내린 총강우량 1, 581 mm을 곱하여 연간 발생된 비점 오염부하량으로 계산하였다. 추정 결과 총 오염부하 중 비점오염부하가 차지하는 비율은 SS 62%, BOD 43%, T-N 41%, T-P 27%로 계산되었다
- 시료채 취 시 간은 강우시 작 직전 (본 논문에서는 평상시 수질과 유량자료로 사용함)과 하천의 유량 변화가 현저 하게 발생할 때마다 평균 1~4시간 간격으로 채취하였으며, 종료시기는 강우 전 하천유량에 도달하고 수위의 변화가 없을 때 종료하였다. 강우사상별로 평균 15~22개의 시료를 하천의 중심부근에서 폴리에틸렌용기 (10L) 을 이용하여 채취하였다
- 유량 관측은 시료채취와 동시에 실시하였으며, 무한천 과 삽교천에서는 수위만을 측정하여 기 조사된 수위 -유 량 관계식을 이용하여 산출하였고(건설교통부, 1998), 천안천, 곡교천 및 남원천은 수위와 저수로 폭 및 유속을 실측하였다. 유속은 유속계 (광전전기식 OT-1305, No.
- 안천, 곡교천 및 남원천은 수위와 저수로 폭 및 유속을 실측하였다. 유속은 유속계 (광전전기식 OT-1305, No. 1983)와 봉부자를 이용하여 측정하였고, 현장에서 수온, pH, EC 및 DO는 시료채취 즉시 측정하였고, 채취된 시 료는 실험실에서 즉시 (시료 채취 후 10일 이내) SS, BOD, COD, T-N, 및 T-P 등을 분석하였다.
- 유역의 도시지역 (천안시)을 약 20%를 포함하고 있는 천안 천 (휴대교)지점과 유역의 농경지의 비율이 약 42%(당진군 순성면 일대)로 이루어진 남원천 (북창교)지점에서 2차 강우사상시 조사된 시간에 따른 유출유량과 오 염물질 (SS, BOD, COD, T-N, T-P)의 농도 변화를 비교 하여 토지이용형태에 따른 유출 특성을 분석하였다. 천안 천의 휴대교지점과 남원천의 북창교지점에서 강우가 32 hr 동안 50 mm 내 렸던 2차 강우시 에 시간에 따른 유량과 오염물질의 변화를 Fig.
- 점오염부하량은 강우 시작 직전과 비강우시 5회에 걸쳐 조사된 유량과 오염물질 농도자료를 이용하여, 1 년 (365일)으로 환산 후 4개 하천에서 발생된 오염부하량을 합하여 산정하였으며, SS, BOD, T-N 및 T-P의 점오염부하량은 각각 11, 854 ton/year, 4, 206 ton/year, 2, 586 ton/year 및 596 ton/year로 조사되었다.
대상 데이터
- 시료채 취 시 간은 강우시 작 직전 (본 논문에서는 평상시 수질과 유량자료로 사용함)과 하천의 유량 변화가 현저 하게 발생할 때마다 평균 1~4시간 간격으로 채취하였으며, 종료시기는 강우 전 하천유량에 도달하고 수위의 변화가 없을 때 종료하였다. 강우사상별로 평균 15~22개의 시료를 하천의 중심부근에서 폴리에틸렌용기 (10L) 을 이용하여 채취하였다
- 강우에 의한 유출수가 하천 유량에 영향을 줄 수 있다고 생각되는 강우사상을 고려하여 99년 7월 9일~10 일 (1차), 7월 27일~30일 (2차)의 2회 강우시 관측된 자료를 이용하였다. 본 조사 기간동안의 강우 자료는 조사 지역 내에 위치한 천안관측소에서 수집하였다.
- 따라서 하폭이 넓은 특성으로 인해 주로 교각 (橋脚) 이 있는 곳에서 실시 하였다. 무한천과 삽교천의 경우, 건설교통부 (금강홍수통제소)의 유량 측정지점인 예산대교(원평관측소)와 충의대교 (수촌관측소)를 각각 선정하였다.
- 2 km로 곡교천이 가장 넓은 기하학적 특성을 나타낸다. 본 논문에서 남원천은 유역이 뚜렷이 구분되지 않아 삽교천유역에 포함하여 나타내 었고, 천안 천은 곡교천 상류부에 위치하고 있어 곡교천유역에 포함하여 Table 1에 제시하였다.
- 본 연구는 삽교호 유입지천 (곡교천, 무한천, 삽교천, 남 원천)에서 강우시 유량 및 수질 관측을 1999년 6월부터 11월까지 실시하여 분석한 것이다. 연구의 최종 목적은 삽교호 수질을 개선시키는 것이며, 그 일환으로 삽교호 유입지 천의 오염부하를 저감시키기 위해 강우시 유입되는 비점오염물질의 유출 특성 및 오염부하량을 산정하는데 본 연구의 목적이 있다.
- 본 연구에서 주요 조사하천은 삽교호로 직접 유입되는 곡교천, 무한천, 삽교천 및 남원천과 곡교천 상류부에 위치하고 천안시를 관통하는 천안천을 포함하여 총 5개 하천으로 하였다. 조사지점은 강우시 시료를 용이하게 채취할 수 있으며, 바람이나 강우에 의해 유량 측정에 방해되지 않는 지점을 선정하였다.
- 강우에 의한 유출수가 하천 유량에 영향을 줄 수 있다고 생각되는 강우사상을 고려하여 99년 7월 9일~10 일 (1차), 7월 27일~30일 (2차)의 2회 강우시 관측된 자료를 이용하였다. 본 조사 기간동안의 강우 자료는 조사 지역 내에 위치한 천안관측소에서 수집하였다.
- 삽교호는 충청남도 천안시, 아산시, 예산군, 당진군, 홍성군, 연기군 및 청양군 등 7개 시 . 군의 전체 또는 일부지역을 포함하며, 최하류에는 하구언을 두고 있어 주위에 습지가 다수 존재하고, 이 지역에 농업용수로 이용된다.
- 하였다. 조사지점은 강우시 시료를 용이하게 채취할 수 있으며, 바람이나 강우에 의해 유량 측정에 방해되지 않는 지점을 선정하였다. 따라서 하폭이 넓은 특성으로 인해 주로 교각 (橋脚) 이 있는 곳에서 실시 하였다.
이론/모형
- 각 항목별 분석은 수질공정시험법 (최규철 등, 1999)에 따라 실시하였고, 수온, pH는 pH meter (WTW pH330, Germany), EC는 EC meter (Hanna HI 9033, Portugal) 및 DO는 윙클러-아지드화나트륨 변법으로 하였다. 또한, SS는 유리섬유 여지법, BOD는 5일 용존산소소비량, COD는 산성 100℃에서 과망간산칼륨에 의한 화학적 산소요구량, T-Ne 자외선 흡광광도법 및 T-P는 아스 코르빈산 환원법을 이용하였다.
- 각 항목별 분석은 수질공정시험법 (최규철 등, 1999)에 따라 실시하였고, 수온, pH는 pH meter (WTW pH330, Germany), EC는 EC meter (Hanna HI 9033, Portugal) 및 DO는 윙클러-아지드화나트륨 변법으로 하였다. 또한, SS는 유리섬유 여지법, BOD는 5일 용존산소소비량, COD는 산성 100℃에서 과망간산칼륨에 의한 화학적 산소요구량, T-Ne 자외선 흡광광도법 및 T-P는 아스 코르빈산 환원법을 이용하였다.
성능/효과
- 91mm/hr로 조사되었다. 1차 조사시에 평균강우강도가 2차 조사시 (1.56 mm/hr)보다는 많았으며 , 강우량과강우지속시 간은 2차조사시 에 각각 50 mm, 32 hr으로 나타나 강우시 하천으로 유입되는 유출수량은 2차 조사시에 더 많을 것으로 예측할 수 있다.
- 강우 유출수에 포함된 오염물질의 평균 농도, EMC는 SS을 제외하고는 각 유입지천에서 큰 차이를 보이지 않 았으며, COD는 6~13 mg/L, T-N과 T-P 각각 5~10 mg/L, 0.5~1.70mg/L의 범위로 관측되었다. 무한천에서 발생한 유출수의 SS 농도와 곡교천의 SS 농도를 비교하면, 1차 강우시에는 4.
- 3ton 에 해당하였다. 다른 오염물질보다 특히 SS 부하는 강우량에 거의 비례하여 큰 폭으로 증가하는 것으로 나타났다.
- 삽교호로 유입되는 연간 총오염부하량 중 강우시 발생되는 비점오염부하량의 기여율은 SS, BOD, T-N 및 T-P 각각 62%, 43%, 41% 및 27%으로 추정되어 삽교호 수질을 개선하는데 유입부하를 감소시키기 위한 관리기법을 도입할 때 점오염원과 비점오염원에 대한 부하량 저감대책을 함께 수립해 야 할 것으로 판단된다.
- 조사 결과, 평상시 삽교호 수량에 가장 많은 영향을미치는 유입지천은 삽교천이며, 강우시에는 유역면적이가장 넓은 곡교천이 삽교호 수량에 가장 큰 영향을 미쳤다. 유역의 토지이용형태에 따른 유출 특성에 현격한차이를 보여 수질 관리를 위한 대책 수립시 고려되어야할 인자로 도출되었다.
- 조사기간 중 발생한 강우는 1차 조사시에 강우량 30.5 mm, 강우지속시간은 16 hr으로, 평균강우강도는 1.91mm/hr로 조사되었다. 1차 조사시에 평균강우강도가 2차 조사시 (1.
- 천안천과 남원천에서 강우 전 SS 농도가 각각 35 mg/ L, 13mg/L로 하천 수질환경기준(환경정책기본법 제 10 조)으로 농업용수(IV등급-100mg/L 이하)에 적합한 농 도를 보였으나, 강우시작 33 hr 경과 후에 나타난 첨두 SS농도가 강우 전 농도보다 각각 766% (268 mg/L), 2, 100% (274 mg/L) 증가된 농도를 보였다. 강우시 평균 SS 농도, EMC는 천안천, 남원천에서 각각 91 mg/L, 132mg/L로 관측되어 강우 유출수에 의한 하천 및 호소의생태계 교란과 삽교호 퇴적물에 직접적인 악영향을 미칠 것으로 추정된다.
- 계산하였다. 추정 결과 총 오염부하 중 비점오염부하가 차지하는 비율은 SS 62%, BOD 43%, T-N 41%, T-P 27%로 계산되었다
후속연구
- (海老瀨潛- 1989). 1차 조사시에 선행강우량이 73 mm로 2차 조사시보다 많았고, 무강우일수 (Antecedent rainless days)는 1차 조사시에 15일로 2차 조사시보다는 5배 정도 길었다 따라서 Table 3의 자료를 이용하여 지표면에 퇴적된 양의 대소(大小)를 예측하기에는 어려움이 있으며, 강우 발생 후 유실되고 지표면에 잔존하는 퇴적물량과 맑은 날 매일 퇴적되는 양에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다(Sartor et al., 1974; Ball et al., 1998).
- 때문으로 생각된다. 따라서 유역에 농경지가 산재한하천에 비점오염 정화기술 도입시 SS 뿐만 아니라 질소에 대한 처리 시설도 함께 마련되어야 할 것으로 판단된다.
- 비교하였다. 또한, 강우시 삽교호 오염부하량 및 실측자료를 통한 비점오염부하량의 기여율 추정 자료는 삽교호 수질정화 및 수계관리 대책수립에 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
- 본 연구에서도 유입지천에서 발생되어 삽교호로 유입되는 연간 비점오염부하 기여율이 SS, BOD, T-N 및 T-P 각각 61%, 43%, 41% 및 27%로 관측되어 삽교호 수질을 농업용수로 사용할 수 있는 호소수질 환경기준 IV등급 이상으로 유지하기 위해서는 점오염물질 뿐만아니라 강우시 발생되는 비점오염물질에 대한 관리 대책이 병행되어야 할 것으로 판단된다.
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