화옹유역 남양천의 수질관리를 위한 QUAL2E적용과 위해성 평가 Application of the QUAL2E Model and Risk Assessment for Water Quality Management in Namyang Stream in Hwaong Polder원문보기
화옹유역 체절에 따라 조성되는 담수호와 유입하천에서의 레저활동이 안전하게 이루어지기 위해서는 인체건강에 안전한 수질의 확보가 우선되어야 한다. 이 지역의 수질안전을 평가하기 위해서 남양천 소유역에 대해 현장자료를 이용하여 QUAL2E 모형을 적용하여 모의하였고 유량, $BOD_5$,$\;NH_3$-N, T-N, T-P 및 E. coli에 대한 검 ${\cdot}$보정을 실시하였다. 검 ${\cdot}$보정 결과에 의하면 모의값이 실측값을 잘 반영하였으며 모형의 검증을 위해 신뢰도를 분석한 결과 r값이 0.90 이상으로 높게 나타났다. 모의결과에 의하면 현재의 조건에서는 남양천 구간의 지표미생물 E. coli의 농도가 국내 및 국제 휴양용수기준을 모두 초과할 것으로 예측되었다. Beta-Poisson 모형에 의해서 예측한 결과값을 활용하여 위해도 값을 산정하였고, 인자들 간의 불확실성을 고려하여 Monte-Carlo simulation을 적용한 후 95% 신뢰구간의 위해도를 평가하였다. 위해도 평가 결과는 남양천 구간에서 7.9 ${\times}\;10^{-6}\;{\sim}\;9.4\;{\times}10^{-6}$으로 장내질병을 유발가능한 수준인 $10^{-4}$보다 낮은 수준이었다. 그러나, 담수호와 직접 연결되어 낚시나 수영과 같은 레저활동을 하기에 수량이 풍부한 조건을 갖추고 있는 R4지점 등의 경우에는 위해도 범위가 질병 이동이 가능한 수준인 $10^{-6}\;{\sim}\;10^{-8}$의 수준을 나타내었다. 이러한 결과에 의하면, 현재 상태에서는 남양천 구간의 하천용수를 휴양용수로 사용하는 데에 직접적인 위해성은 낮으나, 질병 이동의 가능성이 있는 범위이다. 따라서 인체에 안전한 휴양용수 수질 확보를 위해서는 유역의 오염발생원에서 오폐수처리를 통해 하천 수질이 휴양용수로서 사용하는 데에 적합하도록 충분한 차집시설과 환경 기초시설의 설치 운영이 필요할 것으로 판단된다.
화옹유역 체절에 따라 조성되는 담수호와 유입하천에서의 레저활동이 안전하게 이루어지기 위해서는 인체건강에 안전한 수질의 확보가 우선되어야 한다. 이 지역의 수질안전을 평가하기 위해서 남양천 소유역에 대해 현장자료를 이용하여 QUAL2E 모형을 적용하여 모의하였고 유량, $BOD_5$,$\;NH_3$-N, T-N, T-P 및 E. coli에 대한 검 ${\cdot}$보정을 실시하였다. 검 ${\cdot}$보정 결과에 의하면 모의값이 실측값을 잘 반영하였으며 모형의 검증을 위해 신뢰도를 분석한 결과 r값이 0.90 이상으로 높게 나타났다. 모의결과에 의하면 현재의 조건에서는 남양천 구간의 지표미생물 E. coli의 농도가 국내 및 국제 휴양용수기준을 모두 초과할 것으로 예측되었다. Beta-Poisson 모형에 의해서 예측한 결과값을 활용하여 위해도 값을 산정하였고, 인자들 간의 불확실성을 고려하여 Monte-Carlo simulation을 적용한 후 95% 신뢰구간의 위해도를 평가하였다. 위해도 평가 결과는 남양천 구간에서 7.9 ${\times}\;10^{-6}\;{\sim}\;9.4\;{\times}10^{-6}$으로 장내질병을 유발가능한 수준인 $10^{-4}$보다 낮은 수준이었다. 그러나, 담수호와 직접 연결되어 낚시나 수영과 같은 레저활동을 하기에 수량이 풍부한 조건을 갖추고 있는 R4지점 등의 경우에는 위해도 범위가 질병 이동이 가능한 수준인 $10^{-6}\;{\sim}\;10^{-8}$의 수준을 나타내었다. 이러한 결과에 의하면, 현재 상태에서는 남양천 구간의 하천용수를 휴양용수로 사용하는 데에 직접적인 위해성은 낮으나, 질병 이동의 가능성이 있는 범위이다. 따라서 인체에 안전한 휴양용수 수질 확보를 위해서는 유역의 오염발생원에서 오폐수처리를 통해 하천 수질이 휴양용수로서 사용하는 데에 적합하도록 충분한 차집시설과 환경 기초시설의 설치 운영이 필요할 것으로 판단된다.
The Namyang Stream in Hwaong polder was planned for several water uses including recreation, where people can contact the water and consume some amount during the recreational activity. A human health risk was assessed from exposure to E. coli in the Namyang Stream, which receives partially treated ...
The Namyang Stream in Hwaong polder was planned for several water uses including recreation, where people can contact the water and consume some amount during the recreational activity. A human health risk was assessed from exposure to E. coli in the Namyang Stream, which receives partially treated wastewater from watershed. The QUAL2E model was applied to simulate stream water quality, and this model was calibrated and verified with field monitoring data. The calibration result showed a high correlation coefficient of greater than 0.9. The mean concentration of E. coli in the Namyang Stream from the QUAL2E output was in the range of 5,000 ${\sim}$ 8,000 MPN 100 mL^{-1}$, which exceeded national and international guidelines. The Beta-Poisson was used to estimate the microbial risk of pathogens ingestion and the Monte-Carlo analysis (10,000 trials) was used to estimate the risk characterization of uncertainty. The Microbial risk assessment showed that the risk ranged from 7.9 ${\times}\;10^{-6}\;to\;9.4\;{\times}10^{-6}$. Based on USEPA guidelines, the range of $10^{-6}\;to\;10^{-8}$ was considered reasonable levels of risk for communicable disease transmission from environmental exposure, and the risk above $10^{-4}$ was considered to be in the danger of infection. Therefore, water quality of the Namyang Stream might not be in the danger of infection although it exceeded national and international guidelines. However, it was in the range of communicable disease transmission, and thorough wastewater collection and treatment at the source is recommended to secure safe recreation water quality.
The Namyang Stream in Hwaong polder was planned for several water uses including recreation, where people can contact the water and consume some amount during the recreational activity. A human health risk was assessed from exposure to E. coli in the Namyang Stream, which receives partially treated wastewater from watershed. The QUAL2E model was applied to simulate stream water quality, and this model was calibrated and verified with field monitoring data. The calibration result showed a high correlation coefficient of greater than 0.9. The mean concentration of E. coli in the Namyang Stream from the QUAL2E output was in the range of 5,000 ${\sim}$ 8,000 MPN 100 mL^{-1}$, which exceeded national and international guidelines. The Beta-Poisson was used to estimate the microbial risk of pathogens ingestion and the Monte-Carlo analysis (10,000 trials) was used to estimate the risk characterization of uncertainty. The Microbial risk assessment showed that the risk ranged from 7.9 ${\times}\;10^{-6}\;to\;9.4\;{\times}10^{-6}$. Based on USEPA guidelines, the range of $10^{-6}\;to\;10^{-8}$ was considered reasonable levels of risk for communicable disease transmission from environmental exposure, and the risk above $10^{-4}$ was considered to be in the danger of infection. Therefore, water quality of the Namyang Stream might not be in the danger of infection although it exceeded national and international guidelines. However, it was in the range of communicable disease transmission, and thorough wastewater collection and treatment at the source is recommended to secure safe recreation water quality.
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문제 정의
초점을 두었다. QUAL2E 모형을 이용하여 화옹유역의 남양천 구간의 일반수질 인자 및 E. coli 농도를 모의 하여, 레저활동간 E. coli와 같은 병원성 미생물이 인체에 미칠 수 있는 영향에 대하여 미생물학적 위해성 평가를 통하여 화옹 담수호의 안전한 용수 이용에 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.
본 연구에서는 하천이나 담수호에서 레저나 여가 활동 시에 오염된 물을 섭취하여 발생할 수 있는 인체 위험에 대해 초점을 두었다. QUAL2E 모형을 이용하여 화옹유역의 남양천 구간의 일반수질 인자 및 E.
과정이다. 즉 인체 유해물질에 대한 역학적, 임상적, 독성학적 및 환경학적 연구결과로부터 수학적 모델을 이용해 노출 조건하에서 인간에 미칠 수 있는 위해 범위를 예측하고 평가하는 것이다. 이러한 평가는 위험성 확인(hazard identification), 노줄 평가(exposure assessment), 용량-반응 평가(dose-response assessment) 및 위해도 결정 및 불확실성 분석 (risk characterization)의 4단계를 통해 수행된다.
가설 설정
관찰 대상에 따라 1 ~97%까지 다양하다. 많은 데이터에 의해 정확한 발병 가능성이 확인되기 전까지는 일반적으로 중간값인 50%를 사용하는데 (Hass et al., 1993),본 연구에서도 50%로 가정하였다. 음용수 중 병원성 미생물을 섭취할 경우 보통 한 종류 이상이 포함되어 있으며 섭취량, 연령, 건강 상태, 그리고 민감도 등 다양한 형태의 실험 과정을 거쳐 정확한 발병 가능성을 확인할 수 있다.
제안 방법
2회 측정한 현장 자료를 이용하여 보정 및 검정을 실시하였다. 34개 반응계수 중 본 연구의 모의 대상 수질항목인 BOD, T-N 및 T-P의 생성 및 소멸에 관련된 것으로, 모의 결과에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 BOD 등 13개 항목의 반응계수를 결정하였고, 그 중 K1~K5 등의 주요 반응계수를 Table 4와 같다.
2회 측정한 현장 자료를 이용하여 보정 및 검정을 실시하였다. 34개 반응계수 중 본 연구의 모의 대상 수질항목인 BOD, T-N 및 T-P의 생성 및 소멸에 관련된 것으로, 모의 결과에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 BOD 등 13개 항목의 반응계수를 결정하였고, 그 중 K1~K5 등의 주요 반응계수를 Table 4와 같다. 남양천에 대한 모형보정은 모델링의 시작지점인 head water와 각 reach의 끝지점의 유량과 수질을 경계조건으로 입력하여 모의 값과 실측값이 일치할 때까지 reach별로 각종 반응계수를 수정하여 진행하였다.
34개 반응계수 중 본 연구의 모의 대상 수질항목인 BOD, T-N 및 T-P의 생성 및 소멸에 관련된 것으로, 모의 결과에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 BOD 등 13개 항목의 반응계수를 결정하였고, 그 중 K1~K5 등의 주요 반응계수를 Table 4와 같다. 남양천에 대한 모형보정은 모델링의 시작지점인 head water와 각 reach의 끝지점의 유량과 수질을 경계조건으로 입력하여 모의 값과 실측값이 일치할 때까지 reach별로 각종 반응계수를 수정하여 진행하였다. Fig.
3333px">-1 섭취기준을 참고로 평가하였다. 본 연구에 사용된 N50와 a값은 음용수로 2L를 섭취하였을 때 발생할 수 있는 위험도이며, 섭취량은 1/40 가량 적기 때문에 위험을 1/40로 낮추어 계산하였다.
Analytical methods for water quality constitu ents.유속을 측정하였고, 수심을 측정하여 함께 계산하였다.수질 분석항목은 DO, SS, BOD5+, T-N, NO3-N, NO2-N, NH3-N, T-P, PO4-P 및 E.
안전한 수질의 확보가 우선되어 야 한다. 이 지역의 수질안전을 평가하기 위해서 남양천 소유역에 대해 현장 자료를 이용하여 QUAL2E 모형을 적용하여 모의하였고유량, BOD5', NH3-N, T-N, T-P 및 E.coli에 대한 검 · 보정을 실시하였다. 검 · 보정 결과에 의하면 모의값이 실측값을 잘 반영하였으며 모형의 검증을 위해 신뢰도를 분석한 결과r값이 0.
대상 데이터
대상 지역은 화옹 간척지구의 상류 유역으로 동경126°45', ~126°55';. 북위 37°10', ~37°15', 에 위치하고 있다.
조사는 상류의 유입하천 과점오염원으로 가정한 유입지천을 포함하여 6개 지점에서 실시하였다. 모형 입력자료 및 보정을 위해 2005년 8월 17일에 측정한 자료를 이용하였고, 검정자료로는 2004년 12월 16일에 측정한 자료를 이용하였다. 각 지점의 유량과 수질은 Table 3에 나타내었다.
모형의 보정 및 검정에 이용된 하천 유량과 수질 자료는 각각 현장에서 실측하였다. 조사는 상류의 유입하천 과점오염원으로 가정한 유입지천을 포함하여 6개 지점에서 실시하였다.
본 연구에서 모형에 적용한 남양천 유로 연장은 10.6km 이고, 4개의 모의 channel로 구분하였으며, element의 길이는 0.2km로 하였다. 본류 구간은 reach 1 〜4까지이며, S2, S3 및 S4가 포함된 3개의 하천 지류에서 점오염원이 유입되는 것으로 구성하였다.
시료 채취는 화옹 담수호로 유입되는 세 개의 주요 하천 중 남양천에서 이루어졌으며, 남양천의 구간별로 S1, S2, S3, S4, S5 및 S6의 6개 지점에서 시료를 채취하였다. 유량은 유속계 (Swoffer Model 3000)를 이용하여 하천의 Table 2.
각각 현장에서 실측하였다. 조사는 상류의 유입하천 과점오염원으로 가정한 유입지천을 포함하여 6개 지점에서 실시하였다. 모형 입력자료 및 보정을 위해 2005년 8월 17일에 측정한 자료를 이용하였고, 검정자료로는 2004년 12월 16일에 측정한 자료를 이용하였다.
데이터처리
Beta-Poisson 모형에 의해서 예측한 결과값을 활용하여 위해도 값을 산정하였고, 인자들 간의 불확실성을 고려하여 Monte-Carlo simulation을 적용한 후 95% 신뢰구간의 위해도를 평가하였다. 위해도 평가 결과는 남양천 구간에서 7.
QUAL2E 모형의 보정 및 검정 결과에 대하여 통계용 전산프로그램인 SPSS (Ver. 12)를 이용하여 모형 신뢰도 분석을 수행하였다. 신뢰도 분석은 상관계수 (r)를 활용하였는데, 일반적으로 0.
때 사용된 각 인자들의 불확실성까지 포괄하여 고려하는 방법이다. 본 연구에서는 Monte-Carlo simu-lation을 이용하였으며 (Fig. 3), Beta-Poisson모형의 적용에 앞서 QUAL2E 모형을 이용하여 모의된 각 하천 구간별 element의 E. coli 농도에 대한 평균과 표준편차를 산정하였다. E.
이론/모형
본 연구에서는 Beta-Poisson 모형을 사용하여 인체에 대한 미생물 위해성 평가를 하였다. 하천에서 레저활동 중에 오염된 하천수를 섭취했을 때 발생할 수 있는 감염위험을 Hass et al.
유속을 측정하였고, 수심을 측정하여 함께 계산하였다.수질 분석항목은 DO, SS, BOD5+, T-N, NO3-N, NO2-N, NH3-N, T-P, PO4-P 및 E. coli이며, 모든 항목은 Standard Methods (APHA, 1995)에 의해 분석하였다 (Table 2).
성능/효과
coli에 대한 검 · 보정을 실시하였다. 검 · 보정 결과에 의하면 모의값이 실측값을 잘 반영하였으며 모형의 검증을 위해 신뢰도를 분석한 결과r값이 0.90 이상으로 높게 나타났다. 모의결과에 의하면 현재의 조건에서는 남양천 구간의 지표 미생물 E.
각 지점의 유량과 수질은 Table 3에 나타내었다. 남양천의 수질은 상 ·하류와 시기에 따라 차이가 있었고, 하천 말단인 S6 지점에서는 BOD5의 경우 58.2 mg L-1, T-N의 경우 12.7 mg L-1, 그리고 T-P의 경우 0.53 mg L-1 로 높게 측정되 었으며 , 분변성 미생물지표인 E.coli도 15,000MPN 100 mL-1로 높게 검출되었다.
3333px">-1 이하로 규제하고 있다 (WHO, 1999).본 연구에서 남양천 구간의 모의 결과 보건위생학적으로 중요한 지표인 E. coli의 경우 각 하천 구간마다 element 를 평균한 값이 R1 은 6.637 MPN 100 mL-1 R2는 5.623 MPN 100 mL-1, R3는 3.687 MPN 100 mL-1, 그리고 R4는 6.759 MPN 100mL-1 으로 모의되었고 (Table 4), 휴양 용수에 대한 국내 및 국제적인 수질기준을 초과된 것으로 나타났다.
본 연구에서 측정된 지표미생물의 위해성 평가 결과, 휴양용수로서 사용하는 데에는 큰 위험이 없을 것으로 판단된다. 그러나 10-6~10-8 정도의 위해도에서는 질병의 이동이 가능한 범위라는 점을 고려한다면, 화옹유역의오염발생원에서 보다 충분한 처리를 통하여 하류측 수계의 수질이 휴양용수로서 사용하는 데에 적합하도록 적절한 조치를 취해야 할 것으로 생각된다.
7 이상이면 강한 상관관계를 의미한다(고광백 등, 1998). 본 연구에서는 검 · 보정 결과, 실측값과 모의값의 상관성은 상관계수가 보정시 0.90~ 0.99와 검정시 0.94~0.99로 높았다.
후속연구
이러한 결과에 의하면, 현재 상태에서는 남양천 구간의 하천용수를 휴양용수로 사용하는 데에 직접적인 위해성은 낮으나, 질병 이동의 가능성이 있는 범위 이다. 따라서 인체에 안전한 휴양용수 수질 확보를 위해서는 유역의 오염발생원에서 오폐수처리를 통해 하천 수질이 휴양용수로서 사용하는 데에 적합하도록 충분한 차집시설과 환경 기초시설의 설치 운영 이 필요할 것으로 판단된다.
하천은 생명의 근원인 물의 이동 통로이며, 생태계 순환 과정의 중심축으로서 하천환경이 국민생활에 미치는 영향은 매우 크다. 본 연구의 대상인 화옹유역은 방조제가 체절된 후 수질관리상의 문제로 화옹호에 염도가 높은 해수가 유통되고 있으나, 일부 노출된 간석지는 간수 등에 의한 염의 세탈이 이루어지면서 해안성 염습지에서 담수습지로의 천이가 활발하게 일어나며 다양한 생물 서식환경 및 경관이 창출될 것으로 예상된다. 이러한 생태 환경이 변함에 따라 간척 중기와 말기로 구분하여 개발용도를 크게 생물 서식처 및 생태 체험 · 교육 공간, 수질 정화 · 관리 공간, 편의 · 관리 ·상업 공간, 레저 · 휴양 공간 등으로 구상하였고, 간척 말기에 서식처 및 기능을 보전하는 범위 내에서 방문자의 심신 수련 및 건전한 야외활동이 추가되었다 (성지영, 2005).
참고문헌 (35)
고광백, 이재준, 전홍석. 1998. 환경통계학 (Statistics for Environmental Engineers), 동화 기술
APHA. 1995. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th Ed. American Public Health Association, Washington, D.C
Baek, K.W., S.H. Kim, K.Y. Han and J.W. Song. 1995. Water Quality Analysis by QUAL2E for the Downstream of the Han River. Journal of Korean Society of Civil Engineers 15: 451-461. (in Korean)
Brown, L.C. and Jr.T.O. Barnwell. 1985. Computer program Documentation for the enhanced stream water quality model QUAL2E, U. S. Environmental Protection Agency, Environmental Research Laboratory, GA. EPA/600- 3-85/065
DeGasperi, C.L. and T. Khangaonkar. A steady-state model of the Willamette river: implications for flow control of dissolved oxygen and phytoplankton biomass. In River Quality Dynamics and Restoration (A. Laenena and D. A. Dunnette, eds), pages 163-171. New York: Lewis Publishers
Dennis, J.P. (ed). 2002. Human and Ecological Risk Assessment: Theory and Practice, A John Wiley & Sons, Inc., Publication
EC (European Commission). 1976. Council Directive of 8 December 1975 concerning the quality of bathing water (76/160/EEC). Official Journal of the European Communities L31: 1-4
Erin, K.L., L. Jerzy and B.R. Joan. 2001. Human enteric viruses and parasites in the marine environment, Methods in Microbiology 30: 559-588
EU (European Union), 2002. Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council concerning the quality of bathing water. Document 2002/0254, European Union, Brussels
Hass, C.N., J.B. Rose, C. Gerba and S. Regli. 1993. Risk assessment of virus in drinking water. Risk Analysis. 13: 545-552
Haas, C.N., J.B. Rose and C.P. Gerba. 1999. Quantitative Microbial Risk Assessment, John Wiley, New York, Chapter 9: 396-440
Jun, K.S. and K.S. Lee. 1993. Application of QUAL2E to the Han River. Journal of Korean Society of Water and Wastewater 4: 43-56. (in Korean)
Lee, J.J., J.S. Lee and M.H. Lee. 1992. A Water Quality Simulation of the Geum River through the QUAL2E Model by the Development Works in the West Coastal Area. Annual Report of the KNIT 13: 163-174. (in Korean)
McAvoy, D.C., P. Asscheleyn, C. Peng, S,W. Morrall, A.B. Casilla, J.M.U. Lim and E.G. Gregorio. 2003. Risk assessment approach for untreated wastewater using the QUAL2E water quality model. Chemosphere 52: 55-66
Ning, S.K., N.B. Chang, L. Yang, H.W. Chen and H.Y. Hsu. 2001. Assessing pollution prevention program by QUAL2E simulation analysis for the Kao-Ping River Basin, Taiwan, Environmental Management, 61: 61-76
Steynberg, M.C., S.N. Venter, C.M.E. de Wet, G. du Plessis, D. Holhs, N. Rodda and R. Kfir. 1995. Management of microbial water quality: new perspectives for developing areas. Water Science and Technology 32: 183-191
Tanaka, H., T. Asano and G. Tchobanoglous. 1993. Estimating the reliability of wastewater reclamation and reuse using enteric virus monitoring data. Water Environment Federation 66th Annual Conference and Exposition, Anaheim, California, USA. October 3-7
Tolman, R.A. 1992. Modified QUAL2E modeling of a stream acutely impacted by photosynthesis and respiration. Water resources planning and management: saving a threatened resource. In Search of Solutions, Proceedings of the Water Resources Sessions at Water Forum. ASCE, New York, USA 194-199
UNEP (United Nations Environment Programme), 1996. Proposals for MED POL-related activities. Document UNEP (OCA)/MED WG.104/3. United Nations Environment Programme, Athens
UNEP/WHO (United Nations Environment Programme/ World Health Organization), 1996. Assessment of the state of microbiological pollution of the Mediterranean Sea. Document UNEP (OCA)/MED WG.104/Inf.9. United Nations Environment Programme, Athens
USEPA. 1986. Bacteriological ambient water quality criteria for marine and fresh recreational waters, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC
USEPA. 1992. Manual, Guidelines for water reuse. USEPA /625/R-92/004. US Agency international development. http://www.epa.gov. Assessed 9 Aug. 2002
Venter, S.N., M.C. Steynberg, C.M.E. de Wet, D. Hohls, G. du Plessis and R. Kfir. 1997. A situational analysis of the microbial water quality in a peri-urban catchment in South Africa. Water Science and Technology 35: 119- 124
Wangne, R.A. and T.S. Tisdale. 1996. Framework for phosphorus transport modeling in the lake Okeechobee watershed. Journal of American Water Resources Association 32: 57-73
WHO. 1993. Guidelines for drinking-water quality 2nd Edition
WHO. 1998. Guidelines for Safe Recreational-water Environments: Coastal and Fresh-waters, EOS/DRAFT/98.14 English only Distribution: Limited, WHO Protection of the Human Environment, Water, Sanitation and Health Series, WHO, Geneva
WHO. 1999. Health Based Monitoring of Recreational Waters: The Feasibility of a New Approach (The 'Annapolis Protocol'), WHO/SDE/WSH/99.1, WHO Protection of the Human Environment, Water, Sanitation and Health Series, WHO, Geneva
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