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문제 정의
- 본 연구는 유역내에서 발생하는 영양염류가 용담호로 유입되는 양을 정량화 하는 것으로서 유량과 수질의 실측자료를 이용하여 TN, TP에 대하여 유량-부하량 관계식을 유도하였다. 수질항목별 부하량은 관측된 유량과 수질자료를 곱하여 산정하였으며, 각하천별 관계식은 그림 7~그림 10과 같다.
- 본 연구에서는 각 하천별 영양염류 부하량과 유역 내 토지이용 형태와의 관계를 살펴보았다. 유량과 수질관측지점의 유역면적 크기는 표 1에서와 같이 천천, 동향, 석정교, 상도치교관측소 순이었으며, 각 관측소 유역내 토지이용 형태는 그림 15와 같다.
- 본 연구에서는 용담호 유역내의 상류 하천에 대하여 강우개시 전·후에 측정된 유량과 수질자료로부터 영양염류에 대한 유량-부하량 관계식을 유도하고, 용담호에 유입되는 총질소와 총인의 부하량을 산정하여 향후 용담호의 과학적인 수질관리에 활용하고자 한다.
제안 방법
- 강우시 수질조사는 각 측정지점에서 강우 개시 전부터 수질을 측정하여 비강우시 측정자료로 사용하였고, 강우 시작부터는 1~3시간 간격으로 연속 측정하여 강우시의 자료로 이용하였으며, 관측시간은 강우개시 전부터 강우 종료 후 수위가 강우 전의 수위로 되돌아 올 때까지를 기준으로 하였다. 강우량은 1일 20mm 이상의 강우가 예상되는 일자를 선정하여 총 14일간 조사를 하였으며, 표 2는 수질 조사기간의 각 지점별 강우사상이다. 본 연구에 사용한 강우량 자료는 용담호 유역내에 위치하고 있는 장수, 진안, 안성장 및 대불관측소의 2002년 자료를 이용하였다.
- 강우시 수질조사는 각 측정지점에서 강우 개시 전부터 수질을 측정하여 비강우시 측정자료로 사용하였고, 강우 시작부터는 1~3시간 간격으로 연속 측정하여 강우시의 자료로 이용하였으며, 관측시간은 강우개시 전부터 강우 종료 후 수위가 강우 전의 수위로 되돌아 올 때까지를 기준으로 하였다. 강우량은 1일 20mm 이상의 강우가 예상되는 일자를 선정하여 총 14일간 조사를 하였으며, 표 2는 수질 조사기간의 각 지점별 강우사상이다.
- 비점오염원으로부터 오염물질의 유출량과 유역내 강수량과의 관계를 파악하기 위하여 본 연구에서는 2002년도의 월별 강수량을 기준으로 하위 4개월을 갈수기, 상위 4개월을 홍수기 그리고 나머지 4개월을 평수기로 구분하였다. 본 연구를 진행한 2002년도의 유역 내 연간 총강수량은 1,657 mm로서 갈수기 4개월의 월평균 강수량은 35.
- 수질 조사항목은 호수의 부영양화와 관련된 TN과 TP로 하였으며, 유량은 수자원공사에서 운영하는 수위관측소의 수위자료와 각 관측소의 수위-유량곡선(rating curve)으로부터 측정일자의 시간별 유량을 산정하였다. 조사지점에 위치한 수위관측소 현황은 표 1과 같다.
- 용담호 유역내 주요 하천에서 측정된 유량과 수질자료로부터 TN과 TP에 대한 유량-부하량 관계식을 유도하고, 용담호로 유입되는 영양염류 부하량을 산정하는 연구를 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 위에서 유도한 유량-부하량 관계식에 수자원공사에서 제공하는 일별 평균수위와 수위-유량곡선으로부터 산정된 조사지점별 일유량을 대입하여 2002년 1월 1일~12월 31일까지의 부하량을 산정하였다. 두 지점의 항목별 일부하량 변화는 그림 11 ~그림 14와 같다.
대상 데이터
- 강우량은 1일 20mm 이상의 강우가 예상되는 일자를 선정하여 총 14일간 조사를 하였으며, 표 2는 수질 조사기간의 각 지점별 강우사상이다. 본 연구에 사용한 강우량 자료는 용담호 유역내에 위치하고 있는 장수, 진안, 안성장 및 대불관측소의 2002년 자료를 이용하였다.
- 본 연구에서는 용담호 유역의 유량-부하량 관계식을 유도하기 위하여 수자원공사의 유량자료와 실측된 수질자료를 이용하였다. 유량 및 수질에 대한 조사시기는 2002년 5월부터 2002년 9월까지이며, 조사지점은 그림 2와 같이 용담호로 유입되는 금강 본류 1개 지점과 구량천, 진안천 및 정자천 등 3개 지천의 하구부이다.
- 본 연구에서는 용담호 유역의 유량-부하량 관계식을 유도하기 위하여 수자원공사의 유량자료와 실측된 수질자료를 이용하였다. 유량 및 수질에 대한 조사시기는 2002년 5월부터 2002년 9월까지이며, 조사지점은 그림 2와 같이 용담호로 유입되는 금강 본류 1개 지점과 구량천, 진안천 및 정자천 등 3개 지천의 하구부이다. 이 하천들은 용담호 유역의 대표하천들로서 유역내에서 발생하는 오염물질의 대부분이 이 하천들을 통하여 용담호로 유입되며, 각 하천의 하구부에는 수위관측소가 위치하고 있어 유량산정이 가능하다는 점을 고려하여 수질조사 지점으로 선정하였다.
성능/효과
- 1. 용담호 유역내 4개 하천에서 강우 전후에 측정된 유량과 수질자료를 회귀분석하여 유량-부하량 관계식을 각 하천별로 유도하였으며, 각 회귀식의 상관 결정계수는 TN의 경우 0.95~0.99, TP는 0.90~0.95의 범위로 두 항목 모두 매우 높게 산정되었다.
- 2. 2002년도에 용담호 상류하천에서 유입된 영양염류의 연간 총부하량은 TN 1,175톤, TP 69톤이고, 강수조건별 유입량은 홍수기, 평수기, 갈수기 순이었으나 불투수층이 많은 유역에서는 평수기보다 갈수기의 부하량이 크게 산정되어 비점오염물질은 유역내 토지이용형태와 밀접한 관계가 있는 것으로 평가되었다.
- 3. 비점오염원으로부터 유출되는 영양물질중 강우에 의한 영향은 TP가 TN보다 더 큰것으로 나타났다.
- 강수조건에 따른 지점별 오염물질 유출특성을 살펴보면 천천, 동향, 석정교 지점은 갈수기, 평수기, 홍수기 순으로 부하량이 증가하여 일반적인 경향과일치하였으나 상도치교 지점의 경우 TN, TP 부하량 모두 갈수기가 저수기보다 더 큰 것으로 나타나 다른 지점과 상이한 결과를 보였다. 이러한 이유는 상도치교 지점으로부터 7 km 상류에 위치한 진안읍의 영향으로 비강우시에도 미처리 하수가 유입되어 영양 염류 농도가 TN 2~4 mg/L, TP 0.
- 그림에 의하면 상류하천에서 용담호로 유입되는 영양염류의 연간 총 부하량에 대하여 갈수기의 부하량은 TN 10.2%, TP 7.4%였고, 평수기에는 TN 24.9%, TP 20.4%였으며, 홍수기에는 TN 64.9%, TP 72.3%로 산정되어 강수량과 비점오염부하량은 비례관계에 있음을 알 수 있었다. 본 연구지역과 유사한 유역특성을 가지고 있는 대청댐 유역내의 지천에서 강우시와 비강우시에 유량과 수질을 측정하여 비점오염부하율을 산정한 연구결과(이대근 등, 2004)를 보면 7개 지천 중 6개 지천에서 강우시에 TN은 69% 이상, TP는 84% 이상으로 조사되어 본 연구의 결과보다 높은 수치를 보였으며, 두 지역 모두 TN보다 TP가 강우에 의한 유출율이 더 큰 것으로 나타났다.
- 비점오염원으로부터 오염물질의 유출량과 유역내 강수량과의 관계를 파악하기 위하여 본 연구에서는 2002년도의 월별 강수량을 기준으로 하위 4개월을 갈수기, 상위 4개월을 홍수기 그리고 나머지 4개월을 평수기로 구분하였다. 본 연구를 진행한 2002년도의 유역 내 연간 총강수량은 1,657 mm로서 갈수기 4개월의 월평균 강수량은 35.2 mm, 평수기 73.9 mm 그리고 홍수기는 305.3 mm로 산정되었다. 강수조건별 오염부하량은 그림 11~그림 14에 도시된 일별 영양염류 부하량으로부터 산정하였으며, 그 결과를 그림 17과 그림 18에 나타내었다.
- 3%로 산정되어 강수량과 비점오염부하량은 비례관계에 있음을 알 수 있었다. 본 연구지역과 유사한 유역특성을 가지고 있는 대청댐 유역내의 지천에서 강우시와 비강우시에 유량과 수질을 측정하여 비점오염부하율을 산정한 연구결과(이대근 등, 2004)를 보면 7개 지천 중 6개 지천에서 강우시에 TN은 69% 이상, TP는 84% 이상으로 조사되어 본 연구의 결과보다 높은 수치를 보였으며, 두 지역 모두 TN보다 TP가 강우에 의한 유출율이 더 큰 것으로 나타났다. 용담댐과 대청댐 유역에서 비점오염원에 의한 부하율이 높게 산정된 이유는 이들 유역에는 대도시나 산업단지와 같이 대규모의 점오염원이 없기 때문에 비점오염원의 점유율이 상대적으로 크게 나타난 것으로 판단된다.
- Donna, 1985). 수질항목별 유출특성은 TP의 경우 유량증가와 함께 급격한 증가형태를 보이지만 TN은 상대적으로 유량변화에 민감한 변화를 보이지 않는 것으로 나타났다.
- 유량-부하량 관계식에 의한 각 하천별 부하량을 보면 금강본류는 TN 482톤, TP 28톤이고, 구량천은 TN 413톤, TP 26톤이며, 진안천은 TN 148톤, TP 12톤 그리고 정자천은 TN 131톤, TP 2톤으로서 2002년도 1년간 용담호 상류하천에서 유입된 영양염류의 총부하량은 TN 1,175톤, TP 69톤으로 산정되었다.
- 유량-부하량 관계식은 수질인자와 유량자료를 회귀분석하여 유도하였으며, 회귀식의 유용성을 평가할 수 있는 지표 중의 하나인 상관결정계수(R2)를 보면 TN의 경우 0.95~0.99 그리고 TP는 0.90~0.95의 범위로 두 항목 모두 매우 높게 산정되었다.
- 진안천과 대비되는 유역특성을 가진 정자천의 경우 유역 내 산지가 많은 관계로 강우 개시 후 지체시간이 다른 유역에 비하여 상대적으로 길어 강우량이 적을 때에는 유출이 일어나지 않다가 강우량의 증가나 집중호우시 첨두피크가 급격히 나타나는 것으로 조사되었다. 이러한 이유 때문에 1차 조사 시에 진안천에서 가장 높은 농도를 보인 반면 정자천은 이 시기에 수질의 변화가 거의 없는 것으로 나타나 유역내의 토지이용 형태가 오염물질의 유출에 미치는 영향이 큰 것을 알 수 있었다.
- 영양염류의 연간 부하량과 유역면적 크기와의 관계는 그림 16과 같다. 일반적으로 비점오염물질의 부하량은 하천의 유역면적과 비례하지만 정자천 수계에 위치한 석정교 관측소의 유역면적이 진안천 수계의 상도치교 관측소보다 약 1.6배 넓음에도 불구하고 상도치교 지점이 석정교 지점보다 TN, TP의 부하량이 더 큰 것으로 나타났다. 이러한 이유는 석정교 관측소 유역 내의 임야 점유율이 87%로서 4개 하천 중가장 크기 때문에 비점오염물질의 유출이 제어되었고, 반면에 상도치교 관측소 유역 내에는 진안읍이 위치하고 있어 타 수계보다 높은 불투수층 점유율과 함께 강우시 유출된 하수관거의 퇴적물이 영향을 미친 것으로 판단된다.
- 조사지점중 상도치교 관측소는 상류 7 km 지점에 인구밀집지역인 진안읍이 위치하고 있어 유역 내 불투수층 점유율이 가장 높은 유역으로써 강우시 유출 특성이 매우 빠르고 급격하게 변화하는 것을 볼 수 있었다. 특히 다른 지역에 비해 유달시간이 매우 짧고, 2002년도에는 진안읍에 하수종말처리장이 설치되어 있지 않아 미처리 하수가 지속적으로 유입되고 있었으며, 불투수층이 많아 적은 강우에도 노면과 하수관거의 퇴적물이 유출되어 오염물질의 농도변화가 큰 폭으로 나타났다.
후속연구
- 용담댐과 대청댐 유역에서 비점오염원에 의한 부하율이 높게 산정된 이유는 이들 유역에는 대도시나 산업단지와 같이 대규모의 점오염원이 없기 때문에 비점오염원의 점유율이 상대적으로 크게 나타난 것으로 판단된다. 이러한 결과로 볼 때 금강 상류에 위치한 용담호와 대청호의 효율적인 수질관리와 더불어 “제2차 수질오염총량관리”부터 대청호 상류지역에 대상물질로 추가될 TP의 목표수질을 달성하기 위해서는 비점오염원에 대한 관리방안이 반드시 필요할 것으로 판단된다.
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