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문제 정의
- 개발해야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 1997년에서 2000년까지 193개소의 농업용 저수지에서 조사한 자료를 이용하여 저수지의 물리적 인자가 수질에 미치는 영향에 대하여 고찰함으로써, 농업용 저수지 설 계시 유역으로부터 유입되는 오염부하량의 감소 뿐 아니라 물리적인 측면을 고려함으로써 합리적인 수질관리를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
- 193개소의 농업용 저수지에 대해서는 유역면적에 대한 저수지 표면적비 (DA/SA)에 따른 연간 호소 표면적당 인부하율 (gT-Pm-2yr-1)의 분포를 도표화하여 유역면적에 대한 저수지 표면적비가 연간 호소 표면적당 인부하율에 미치는 영향을 분석하였다. 그리고 Chl-a 농도와 연간 표면적당 T-P의 부하율 (gT-Pm-2yr-1)과 저수지의 수심관계를 도표화하여 수심 이 Chl-a 농도에 미치는 영향을 분석하였다.
- 미치는 영향을 분석하였다. 그리고 Chl-a 농도와 연간 표면적당 T-P의 부하율 (gT-Pm-2yr-1)과 저수지의 수심관계를 도표화하여 수심 이 Chl-a 농도에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 기존의 연구에서 밝혀진 호소의 수질에 영향을 미치는 인자인 T-P 배출부하량 (mgT-P/yr), 저수지의 유효저수량 (m3), 저수지의 표면적 (m2), 유역면적에 대한 표면적 (DA/SA) 등을 독립변수로하고, 호소내 T-P의 농도를 종속변수로 하여 회귀분석함으로써 호소내 T-P의 농도를 예측할 수 있는 경험식도 도출하였다.
- 그리고 Chl-a 농도와 연간 표면적당 T-P의 부하율 (gT-Pm-2yr-1)과 저수지의 수심관계를 도표화하여 수심 이 Chl-a 농도에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 기존의 연구에서 밝혀진 호소의 수질에 영향을 미치는 인자인 T-P 배출부하량 (mgT-P/yr), 저수지의 유효저수량 (m3), 저수지의 표면적 (m2), 유역면적에 대한 표면적 (DA/SA) 등을 독립변수로하고, 호소내 T-P의 농도를 종속변수로 하여 회귀분석함으로써 호소내 T-P의 농도를 예측할 수 있는 경험식도 도출하였다.
- 이 중에서 일평균 유입량이 산정된 50개소에 대하여 체류 기간을 종속변수하고 총면적 (유역면적과 저수지 표면적과의 합)에 대한 저수지의 유효저수량을 독립변수로 하여 관계식을 도출하였으며, 저수지 유효저수량을 예측된 체류기간으로 나누어 일유출량을 산정하여 모형에 의해 예측된 일유출량과 비교함으로써 경험적인 관계식의 적용 가능성을 검토하였다.
대상 데이터
- 1과같다. 사용된 입력자료는 농업기반공사에서 운영중인 농업용 저수지 중, 유역의 배출부하량 자료가 사용 가능한 193개소의 저수지에 대하여 유역면적, 몽리면적, 저수용량, 배출부하량, 유역형상, 유출수량, Chl-a 평균농도, TP 평균농도 등을 이용하였으며, 이 중 50개소의 저수지에 있어서는 일평균 유입량, 체류기간 등을 이용하였다.
성능/효과
- 6와 같다. Chl-a의 농도가 높을수록 대체적으로 수심이 얕은 값으로 서서히 이동하는 것을 알 수 있으며, 동일한 부하량에도 저수지의 수심이 얕을수록 Chl-a의 농도가 높아지는 것을 알 수 있다. 이는 호소에서 일반적으로 나타나는 현상인데 동일한 부하가 이루어지지만 저수지의수위가 얕으면 바람에 의한 수직 혼합 등에 의한 내부부하는 깊은 호소에 의한 내부부하보다 상대적으로 높기 때문에 조류의 성장을 부추기게 된다.
- 기존의 연구에서는 유역면적에 대한 저수지표면적 비율은 체류기간과 양대수 관계가 있다는 것이 보고되었으나, 본 연구의 경우 농업용 저수지에서는 TA/ST 비와 체류 기간과 관계는 식 (3)과 같이 역비례의 관계를 나타내었고, 총 50개 중 이상치 3개를 제외한 47개 자료에 대하여 결정계수 (R2)가 0.89로써 높은 값을 나타내어 강한 상관성을 나타내었다.
- 또한 순환율 (flushing rate) 은 1/td로서 나타내며 순환율에 유효저수량을 곱하면 저수지로 유입되는 유입량이 산출되는데 , 저수지의 유효저수량 (m3) 에 식 (3)에 의 해 계산된 체류기간 (day)을 나누면 일평균 저수지로 유입되는 유입량(Qd, m3/d)을 추정하는 관계식은 식 (4)과 같은 형태로 만들어지며, 본 연구결과에서는 농업용 저수지의 일평균 유입량은 총면적에 선형적으로 비례한 것으로 나타났다.
- DA/SA비율이 100 이상일 경우 4gT-Pm-2yr-1 이하가 차지하는 비율이 0%, 10gT-Pm-2yr-1 이상이 차지하는 비율이 100%였다. 물론 연간 표면적당 인부하율은 동일한 DA/SA비율일지라도 오염원의 대소에 따라 좌우되지만 전반적으로 유역면적에 대한 수표면적의 비율이 클수록 표면적당 인부하율은 증가하는 경향으로 나타났으며, 우리나라 농업용 저수지 설계시 DA/SA비율을 증가시킬수록 이용가능수량의 확보라는 측면에서는 경제적이지만 저수지의 수질적인 측면에서는 불리할 것으로 판단된다. 이러한 내용은 신규 농업용 저수지의 조성 뿐만 아니라 기존 저수지의 수질관리에 유용하게 사용 할 수 있는 기초자료라고 생각된다.
- 5와 같으며 두값이 유사할수록 산점도의 밀집정도가 높게 나타난다. 본 연구 결과 모형에 의한 예측치에 대한 경험적 관계식에 의한 예측치의 산점도는 매우 밀집해 있으며 모형에 의한 예측치와 경험식에 의한 예측치가 거의 유사한것으로 생각된다. 따라서 농업용 저수지 유역에서의 유입량 산정시 여러 인자를 필요로 하는 복잡한 유출모형을 우리 나라에 산재되어 있는 많은 농업용 저수지에적용시키는 것보다는 식 (3)의 농업용 저수지들의 자료를 정리한 경험식을 적용한다면 적은 노력과 시간으로비교적 정확한 유출량의 계산이 가능하리라 판단된다.
- 21 로써 일 평균 유입량은 총 면적에 선형적인 비례관계를 나타내었으며, Modified Tank 모형에 의한 예측치와 매우 유사한 값을 나타내었다. 연간 표면적당 인 부하율은 4gT-Pm-2yr-1 이하가 전체 농업용 저수지의 52%를 차지하여 가장 일반적인 연간 표면적당 인부하율이었으나, DA/SA의 비율이 100 이상의 경우에는 4 gT-Pm-2yr-1 이하가 차지하는 비율이 0%, 10 gT-Pm-2yr-1 이상이 차지하는 비율이 100%로서, DA/SA의 비율이 커질수록연간표면적당 인 부하율은 일반적으로 증가하는 것으로 나타났다. 수심은 Chl-a의 농도에 영향을 주는 물리적인자인데 일반적으로 수심이 깊을수록 Chl-a의 농도는감소하는 경향을 나타내었다.
- 2와 같다. 연구결과 외국의 자연호수보다 우리나라의 농업용 저수지는 DA/SA와 TA/ST의 값이 상대적으로 크게 나타났으며, 이는 그 만큼 영양염류의 유입량이 많다는 것을 간접적으로 알 수 있다.
- 4). 유역면적 에 비하여 유효저수량이 클수록 체류기간은 크게 증가하는 경향을 나타내었다.
- 작은 것으로 나타났다. 유역면적에 대한 저수지 면적 비율 (DA/SA)과 수리학적 체류기 간 (td)과의회귀분석 결과 관계식은 td = 42.21(TA/ST)-1.0(R2 = 0.89)로써 역비례의 관계를 나타내었다. 유효저수량을 td로나누어 일유출량을 구한 결과 관계식은 Qd = TA/42.
- 89)로써 역비례의 관계를 나타내었다. 유효저수량을 td로나누어 일유출량을 구한 결과 관계식은 Qd = TA/42.21 로써 일 평균 유입량은 총 면적에 선형적인 비례관계를 나타내었으며, Modified Tank 모형에 의한 예측치와 매우 유사한 값을 나타내었다. 연간 표면적당 인 부하율은 4gT-Pm-2yr-1 이하가 전체 농업용 저수지의 52%를 차지하여 가장 일반적인 연간 표면적당 인부하율이었으나, DA/SA의 비율이 100 이상의 경우에는 4 gT-Pm-2yr-1 이하가 차지하는 비율이 0%, 10 gT-Pm-2yr-1 이상이 차지하는 비율이 100%로서, DA/SA의 비율이 커질수록연간표면적당 인 부하율은 일반적으로 증가하는 것으로 나타났다.
- 이상으로 농업기반공사에서 운영중인 193개소의 농업용 저수지에 있어서 저수지의 물리적 인자가 저수지의 수질에 미치는 영향에 대하여 고찰해 본 결과, 우리나라의 농업용 저수지는 외국의 자연호수에 비하여 유역면적이 상대적으로 크기 때문에 많은 영양염류의 유입가능성이 큰 것으로 나타났으며, 유역면적에 대한 호소 표면적 비율이 비슷한 외국호소와 비교하여 볼 때체류기간이 작은 것으로 나타났다. 유역면적에 대한 저수지 면적 비율 (DA/SA)과 수리학적 체류기 간 (td)과의회귀분석 결과 관계식은 td = 42.
- 조사한 우리나라 농업용 저수지의 체류기간은 10일에서부터 130일 범위이었고, 총 면적과 저수지 유효저수량의 비율은 0.2에서 3.0 범위에 있었으며, 체류기간 (day) 과 총면적 (m2)에 대한 저수지 유효저수량 (m3)은 역비 례의 관계를 나타내 었다 (Fig. 4). 유역면적 에 비하여 유효저수량이 클수록 체류기간은 크게 증가하는 경향을 나타내었다.
- 이러한 경향은 Chl-a의농도가 10 Ug/l 이하와 40 Ug/l 이상에서 뚜렷하게 구분이되었으며, 일반적으로 우리나라의 농업용 저수지 계획시 수심을 깊게 할수록 저수지 부영양화 관리에는 유리할 것으로 나타났다. 호소내에서의 총인 농도를 종속변수로 하고 배줄부하량과 유효저수량, 저수지 표면적, 유역면적에 대한 저수지 표면적을 독립변수로 하여 회귀 분석한 결과 관계식은 C = 6.03xW0.68xV-0.53xSA-0.21 X (DA/SA)-0.50이며 R2가 61%의 설명력을 나타내어 농업용 저수지의 인 농도 경향을 예측하는데 사용 가능할 것으로 생각된다. 이상의 결과로서 우리나라 농업용 저수지의 수질예측에 있어는 복잡한 유출모형이나 유역모형, 호소수질모형 등을 사용하기보다는 본 연구에서와같이 기존자료를 분석하여 도출한 경험적 관계식을 사용하면 비교적 적은 노력으로도 상당히 신뢰성있게 예측하여 수질관리에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- 우리나라 저수지의 수체 특성상 stady state가 아닌 dynamic state라는 점을 감안하여 볼 때 여름철 집중적으로 유입되는 인 부하 만큼 엽록소로 전환되지 않기 때문에 Vollen- weider의 연구결과와 같이 빈영양상태와 중영양상태, 부영양 상태 등이 뚜렷하게 구별되어 나타나지는 않았다. 그러나 Fig. 6의 우측하단에 있는 결과에 의하면 Chl-a 의 농도가 10 μg/l 이 하와 40 μg/l 이 상에서 저수지의 깊이에 따른 Chl-a 농도에서 뚜렷한 차이를 나타내었으며, 우리나라 농업용 저수지의 설계초기단계에서 본 연구 결과를 이용한다면 저수지의 부영양화 관리 측면에서 유리할 것으로 판단된다.
- 이 작업을 위해서는 수질자료, 유역이나 호소의 물리적인 자료 등을 이용하여 실측치와 보정 및 검증과정을 거친 후 적용하기 때문에 많은 자료와 시간, 노력 등이 요구되며 전국에 산재되어 있는 수많은 농업용 저수지의 수질예측을 위하여 이러한 과정을 거치기엔 어려움이 있는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서 산정하여 제시한 총면적에 대한 저수용량과 일유출량과의 관계식, 유역에서의 T-P 부하량에 대한 호소내에서의 T-P 농도와의 관계식, 호소 표면적당 부하량과 수심, Chl-a와의 관계식 등과 같은 경험식을 이용한다면 농업용 저수지의 수질을 간단하면서도 상당히 신뢰성 있게 예측할 수 있을 것이며 수질관리에도 크게 도움이 될 것으로 판단된다.
- 우리나라 농업용수원의 약 60%를 차지하는 농업용 저수지는 앞으로는 양적 증가보다는 양질의 농업용수의 안정적 확보와 효율적 이용을 위한 합리적인 관리 방법을 개발해야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 1997년에서 2000년까지 193개소의 농업용 저수지에서 조사한 자료를 이용하여 저수지의 물리적 인자가 수질에 미치는 영향에 대하여 고찰함으로써, 농업용 저수지 설 계시 유역으로부터 유입되는 오염부하량의 감소 뿐 아니라 물리적인 측면을 고려함으로써 합리적인 수질관리를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
- 50이며 R2가 61%의 설명력을 나타내어 농업용 저수지의 인 농도 경향을 예측하는데 사용 가능할 것으로 생각된다. 이상의 결과로서 우리나라 농업용 저수지의 수질예측에 있어는 복잡한 유출모형이나 유역모형, 호소수질모형 등을 사용하기보다는 본 연구에서와같이 기존자료를 분석하여 도출한 경험적 관계식을 사용하면 비교적 적은 노력으로도 상당히 신뢰성있게 예측하여 수질관리에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.
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