본 연구는 생태계 모델을 이용하여 수질오염이 심각한 시화호의 수질을 재현하고, 시화호 내로 유입하는 육상기원 오염부하량의 변동에 따른 시화호의 수질변화를 살펴보았다. 모델에 의해 계산된 화학적 산소요구량 결과는 관측치와의 상관성이 양호하였으며, 하천이 밀집한 호의 내측 수역에서 $8{\sim}9mg/L$의 높은 농도분포를 나타내었고, 방조제 수문이 위치한 남서쪽 수역에서 5 mg/L 내외의 가장 낮은 농도분포 특성을 보였다. 시화호로 유입하는 육상오염부하가 시화호의 수질에 미치는 영향을 살펴보았는데, 육상오염부하량을 95% 삭감시켜도 시화호의 화학적산소요구량 농도는 3 mg/L 내외로 계산되었으며, 이것은 해역생활환경 II등급 기준인 2mg/L를 초과하는 것으로써 육상으로부터 유입되는 오염부하의 삭감만으로는 수질개선에 한계가 있는 것으로 예측되었다. 한편, 퇴적물을 인위적으로 개선하여 퇴적물로부터 인과 질소의 용출량과 저층 산소소비율을 삭감시켰을 경우에 시화호 수질의 개선효과가 나타났다. 특히, 육상으로부터 유입하는 유기물 및 영양염류 부하와 퇴적물에 의한 영양염류 용출부하 및 산소소비율을 동시에 삭감하였을 경우에 시화호 내 대부분의 수역에서 $1.5{\sim}2.0mg/L$ 이내로 수질이 크게 개선되는 것으로 나타났다. 따라서, 시화호는 육상기원 오염부하량을 상당량 삭감하여도 목표수질 기준을 만족하기가 상당히 어려울 것으로 예측되었고, 퇴적물을 인위적으로 개선시키면 보다 뚜렷한 수질 개선의 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 시화호 내측과 외측수역과의 해수 교환량이 적고 퇴적물의 오염이 심한 현 상태의 환경조건에서 해역생활환경 III등급 기준인 4 mg/L 이하를 달성하기 위한 시화호의 환경용량은 화학적산소요구량 기준으로 5 톤/일로 산정되었다. 향후 시화호의 수질관리를 위해서는 시화호를 포함한 유역별로 뚜렷한 개선목표를 설정하고 배출원별 할당부하량을 산정하여 오염물질 총량관리를 통해 시화호 주변 유역의 점원, 비점원 및 시화호 내퇴적물 등을 종합적으로 고려하여 관리해 나가야 할 것으로 판단된다.
본 연구는 생태계 모델을 이용하여 수질오염이 심각한 시화호의 수질을 재현하고, 시화호 내로 유입하는 육상기원 오염부하량의 변동에 따른 시화호의 수질변화를 살펴보았다. 모델에 의해 계산된 화학적 산소요구량 결과는 관측치와의 상관성이 양호하였으며, 하천이 밀집한 호의 내측 수역에서 $8{\sim}9mg/L$의 높은 농도분포를 나타내었고, 방조제 수문이 위치한 남서쪽 수역에서 5 mg/L 내외의 가장 낮은 농도분포 특성을 보였다. 시화호로 유입하는 육상오염부하가 시화호의 수질에 미치는 영향을 살펴보았는데, 육상오염부하량을 95% 삭감시켜도 시화호의 화학적산소요구량 농도는 3 mg/L 내외로 계산되었으며, 이것은 해역생활환경 II등급 기준인 2mg/L를 초과하는 것으로써 육상으로부터 유입되는 오염부하의 삭감만으로는 수질개선에 한계가 있는 것으로 예측되었다. 한편, 퇴적물을 인위적으로 개선하여 퇴적물로부터 인과 질소의 용출량과 저층 산소소비율을 삭감시켰을 경우에 시화호 수질의 개선효과가 나타났다. 특히, 육상으로부터 유입하는 유기물 및 영양염류 부하와 퇴적물에 의한 영양염류 용출부하 및 산소소비율을 동시에 삭감하였을 경우에 시화호 내 대부분의 수역에서 $1.5{\sim}2.0mg/L$ 이내로 수질이 크게 개선되는 것으로 나타났다. 따라서, 시화호는 육상기원 오염부하량을 상당량 삭감하여도 목표수질 기준을 만족하기가 상당히 어려울 것으로 예측되었고, 퇴적물을 인위적으로 개선시키면 보다 뚜렷한 수질 개선의 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 시화호 내측과 외측수역과의 해수 교환량이 적고 퇴적물의 오염이 심한 현 상태의 환경조건에서 해역생활환경 III등급 기준인 4 mg/L 이하를 달성하기 위한 시화호의 환경용량은 화학적산소요구량 기준으로 5 톤/일로 산정되었다. 향후 시화호의 수질관리를 위해서는 시화호를 포함한 유역별로 뚜렷한 개선목표를 설정하고 배출원별 할당부하량을 산정하여 오염물질 총량관리를 통해 시화호 주변 유역의 점원, 비점원 및 시화호 내퇴적물 등을 종합적으로 고려하여 관리해 나가야 할 것으로 판단된다.
The mechanism of water pollution in Lake Shihwa, one of highly eutrophicated artificial lakes in Korea, has been studied using a numerical 3D physical-biochemical coupled model. In this study, the model was applied to estimate the contribution of land-based pollutant load to water quality of heavily...
The mechanism of water pollution in Lake Shihwa, one of highly eutrophicated artificial lakes in Korea, has been studied using a numerical 3D physical-biochemical coupled model. In this study, the model was applied to estimate the contribution of land-based pollutant load to water quality of heavily polluted Lake Shihwa. The chemical oxygen demand(COD) was adopted as an index of the lake water quality, and the spatial distribution of an average COD concentration during the summer from 1999 to 2000 was simulated by the model. The simulated COD showed a good agreement with the observed data. According to reproducibility of COD, the high-est levels between 8 and 9 mg/L were shown at the inner site of the lake with inflow of many rivers and ditches, while the lowest was found to be about 5 mg/L at the southwestern site near to dike gate. In the pre-diction of water quality of Lake Shihwa, COD showed still higher levels than 3 mg/L in case of reduction of 95% for land-based pollutant load. This suggests that the curtailment of land-based pollutant load is not only sufficient but the improvement of sediment quality or the increase of seawater exchange should be considered together to improve a water quality in Lake Shihwa.
The mechanism of water pollution in Lake Shihwa, one of highly eutrophicated artificial lakes in Korea, has been studied using a numerical 3D physical-biochemical coupled model. In this study, the model was applied to estimate the contribution of land-based pollutant load to water quality of heavily polluted Lake Shihwa. The chemical oxygen demand(COD) was adopted as an index of the lake water quality, and the spatial distribution of an average COD concentration during the summer from 1999 to 2000 was simulated by the model. The simulated COD showed a good agreement with the observed data. According to reproducibility of COD, the high-est levels between 8 and 9 mg/L were shown at the inner site of the lake with inflow of many rivers and ditches, while the lowest was found to be about 5 mg/L at the southwestern site near to dike gate. In the pre-diction of water quality of Lake Shihwa, COD showed still higher levels than 3 mg/L in case of reduction of 95% for land-based pollutant load. This suggests that the curtailment of land-based pollutant load is not only sufficient but the improvement of sediment quality or the increase of seawater exchange should be considered together to improve a water quality in Lake Shihwa.
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문제 정의
본 연구는 생태계 모델을 이용하여 수질오염이 심각한 시화호의 수질을 재현하고, 시화호 내로 유입하는 육상기원 오염부하량의 변동에 따른 시화호의 수질변화를 살펴보았다. 모델에 의해 계산된 화학적 산소요구량 결과는 관측치와의 상관성이 양호하였으며, 하천이 밀집한 호의 내측 수역에서 8~9 mg/L의 높은 농도분포를 나타내었고, 방조제 수문이 위치한 남서쪽 수역에서 5 mg/L 내외의 가장 낮은 농도분포 특성을 보였다.
그리고, 시화호의 수질을 해역 이용 목적에 맞는 기준으로 회복시키기 위해서 삭감해야 할 오염물질 부하량은 어느 정도인지 화학적 산소요구량을 기준으로 다양한 시나리오를 통하여 시스템 공학적인 접근을 시도하였다. 시화호의 안정된 생 태계 유지와 오염저 감 방안을 마련하는데 유용한 자료로 활용되고자 하였다.
제안 방법
평가하였다. 그리고, 시화호의 수질을 해역 이용 목적에 맞는 기준으로 회복시키기 위해서 삭감해야 할 오염물질 부하량은 어느 정도인지 화학적 산소요구량을 기준으로 다양한 시나리오를 통하여 시스템 공학적인 접근을 시도하였다. 시화호의 안정된 생 태계 유지와 오염저 감 방안을 마련하는데 유용한 자료로 활용되고자 하였다.
시화호는 방조제 축조 이후 해수교환의 불량과 인근 하천으로부터의 유입부하의 증가, 부영향화 진행에 따른 식물플랑크톤의 과다 번식 등으로 오염물질이 호 내에서 증가하게 되었고, 이러한 수계 (water column) 내 오염물질은 퇴적물로의 축적으로 이어져 퇴적물 오염 또한 심각한 실정이다. 따라서, 시화호의 퇴적물을 인위적으로 개선하여 퇴적물로부터 인과 질소의 용출량과 저층 산소 소비율을 줄인다고 가정하였을 경우에 수질에 미치는 영향의 정도를 모델을 통하여 예측하였다(Fig. 6).
따라서, 하계에 관측된 자료 중 용출 가능 범위에서 적정 용출부하율을 산정하였으며, 또한 시화호 전체 퇴적물을 대표할 수 있는 실측치로 선택하기에 정점별로 값의 차이가 크고 뚜렷한 경향을 .보이지 않아 모델 입력값은 인과 암모니아 질소의 용출부하율을 각각 50 mg/m'day 및 250 mg/m'day로 하였고, 모델 각 격자에서 같은 값을 적용하였다.
생태계 모델에 입력한 초기치, 경계치 및 오염부하량 자료는 Table 1에 나타내었고, 각종 문헌자료3別 및 환경부25, 의 연도별 관측자료를 이용하여 입력하였고, 총 계산시간은 100 조석주기로 하였다. 입력된 오염부하량은 유역 내의 신길천, 화정천, 안산천, 반월천, 동화천, 삼화천, 구룡천 및 공단토구 등으로부터 만 내로 유입되는 유입 부하량을 기준으로 하였다.
2와 같이 외해 경계를 시화호 방조제 수문으로 하고 남북 및 동서 방향으로 동일하게 정방 격자로 이루어진 13, 776개(82 X 56 X 3)의 격자망으로 구성하였으며, 각 격자와 격자 사이의 간격은 330 m 이다. 연직 방향의 수층은 시화호의 밀도 및 수온 성층을 고려하여 표층(Level 1: 0~3 m), 중층(Level 2: 3~6 m), 저층(Level 3: 6 m~해저)으로 구분하였다. 모델에서 설정된 개방영역 (open boundary)은 방조제 수문에서 1개 격자 (330 m)로 하였는데, 방조제 수문의 길이는 108 m 이므로 실제 길이의 약 3배 정도에 해당한다.
화학적 과정에 의한 단위시간 당 수질 구성요소의 변화량을 나타낸다. 해수유동모델의 시뮬레이션에서 계산된유속성분 (u, V, w)을 생태계 모델에 입력하여 각 구성요소에 대한 현존량의 시간적, 공간적인 변화를 계산한다. dB/dt의 구성요소는 Table 1과 같이 4개의 유기태 요소, 2개의 무기태 요소 및 2개의 수질 요소가 있는데, 유기태의 구성요소에는 식물플랑크톤(P), 동물플랑크톤(Z), 입자성비 생물유기물(detritus, POM) 및 용존유기물(DOM)이 있고 무기태의 구성요소에는 인산인①IP)과 용존무기질소(DIN)가 있으며 수질의 구성요소로서 용존산소(DO)와 화학적 산소요구량(COD)이 정의되어 있다.
현재 시화호는 다각면에서 수질관리대책이 요구되고 있는데, 본 연구에서는 생태계 모델을 이용하여 수문조작으로 해수 유출입을 시도한 이후 환경 생태학적으로 완전히 기수호화 된 시화호의 물질 순환과정을 모형화하고, 현 상태의 수질을 재현하여 육상기원 오염부하가 수질에 미치는 영향의 정도를 예측하였고, 아울러 현재의 시화호가 오염물질을 감당할 수 있는 한계가 어느 정도인지 유기오염의 지표인 화학적산소요구량을 기준으로 시화호의 환경용량을 평가하였다. 그리고, 시화호의 수질을 해역 이용 목적에 맞는 기준으로 회복시키기 위해서 삭감해야 할 오염물질 부하량은 어느 정도인지 화학적 산소요구량을 기준으로 다양한 시나리오를 통하여 시스템 공학적인 접근을 시도하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 모델은 해수유동을 시뮬레이션하기 위한 다층 모델(COSMOS)과 수질을 시뮬레이션하기 위한 생태계 모델(EUTRP2)로 구성되어 있다. 본 모델에 사용된 기본방정식과 경계조건 등은 Nakata와 Taguchi物에 의해 잘 설명되어 있으며, 국내에서도 내만 및 연안에서 그 사용 목적에 맞게 연구 개량되어 적용되어왔다八이
본 연구의 모델 영역은 Fig. 2와 같이 외해 경계를 시화호 방조제 수문으로 하고 남북 및 동서 방향으로 동일하게 정방 격자로 이루어진 13, 776개(82 X 56 X 3)의 격자망으로 구성하였으며, 각 격자와 격자 사이의 간격은 330 m 이다. 연직 방향의 수층은 시화호의 밀도 및 수온 성층을 고려하여 표층(Level 1: 0~3 m), 중층(Level 2: 3~6 m), 저층(Level 3: 6 m~해저)으로 구분하였다.
생태계 모델을 이용하여 시화호의 화학적 산소요구량 농도를 재현하였고, 모델에 의해 계산된 결과의 재현성 평가는 현장관측 자료가 있는 화학적 산소요구량을 대상으로 하였다. 환경부對의 연도별 화학적 산소요구량 자료 중 1999년과 2000년의 여름철 (6~9월어】 시화호 내의 3개 정점에서 관측된 표층 자료와 모델에 의해 계산된 표층의 결과를 비교한 결과, 상관성 (R = 0.
입력된 오염부하량은 유역 내의 신길천, 화정천, 안산천, 반월천, 동화천, 삼화천, 구룡천 및 공단토구 등으로부터 만 내로 유입되는 유입 부하량을 기준으로 하였다. 유역 내에 하수도 보급률이 높지 않고, 일부 지역에서는 하수 관거의 오접으로 인하여 오염물질의 배출경로가 확실하지 않기 때문에 하천 및 배수구에서 시화호로 유입하는 오염물질은 모두 비점원으로 간주하고 STORM 모형을 사용하여 오염 부하량을 계산한 한국수자원공사%의 자료 중 8월의 자료를 이용하였다. 생물학적 주요 변수는 기존 측정된 자료와 문헌조사를 통하여 입력하였으며, 그 값은 Table 2에 나타내었다.
이론/모형
생물학적 주요 변수는 기존 측정된 자료와 문헌조사를 통하여 입력하였으며, 그 값은 Table 2에 나타내었다. 해수유동모델에 의한 시화호의 유동 특성은 해양수산부26)의 연구에서 적용한 결과를 사용하였다.
성능/효과
이와 같은 현상은 퇴적물로부터 용출되는 영양염류도 식물플랑크톤이 이용하여 성장함으로써 수계 내에서 유기물을 생산하는 것을 의미한다. 그러나, 호 내측수역의 정점 1에서는 3.71 mg/L의 높은 농도를 나타내어 타 지역에 비해 개선 효과가 미흡하게 나타났으며, 이것은 퇴적물을 개선하더라도 하천으로부터 유입되는 오염부하의 영향이 크기 때문에 개선효과가 미미하게 평가되었다. 즉, 시화호 상류부의 경우에서처럼 육상기원오염 부하를 제외하고 퇴적물로부터의 오염부하만을 고려하여 개선하는 것은 시화호 수질을 크게 개선시킬수 없다는 것을 시사한다.
다양한 시나리오를 통하여 시화호의 수질 변화를 수치 모의한 결과, 현재의 시화호는 육상기원 오염부하량을 상당량 삭감하여도 해역생활환경 HI등급 기준을 만족하기가 상당히 어려울 것으로 예측되었으나, 퇴적물을 인위적으로 개선시키면 보다 뚜렷한 수질 개선의 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다 (Fig. 5, 6).
육상기원 오염부하량의 40%를 삭감했을 경우에서 대부분의 수역에서 4 mg/L 이상의 농도로 계산되어 생활환경 DI등급을 초과하고 있지만, 75%를 삭감할 경우에는 3~4 mg/L의 농도를 나타내어 생활환경 DI등급이 달성될 수 있는 것으로 계산되었다. 따라서 생활환경 이등급을 달성하기 위한 시화호의 육상기원 오염 부하량(COD), 즉 환경용량은 5 톤/일로 산정되었다(Table 3).
0 mg/L 이내로 수질이 크게 개선되는 것으로 나타났다. 따라서, 시화호는 육상기원 오염부하량을 상당량 삭감하여도 목표수질 기준을 만족하기가 상당히 어려울 것으로 예측되었고, 퇴적물을 인위적으로 개선시키면 보다 뚜렷한 수질 개선의 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
95% 삭감에서는 대부분의 수역에서 3 mg/L 전후의 농도 분포를 나타내었다. 따라서, 시화호의 수질개선 목표를 해수욕 등 해양에서의 관광 및 여가선용 등이 가능한 해역생활환경 II등급 기준(COD 2 mg/L 이하)으로 할 경우에 육상으로부터 유입되는 오염부하의 삭감만으로는 한계가 있는 것으로 예측되었다.
하계의 시화호 퇴적환경은 거의 모든 수역에서 용존산소가 거의 없는 환원환경을 나타내고 있고, 시화호 전체 퇴적물에서 저층 수중으로 영양염류의 공급이 이루어지고 있다. 따라서, 하계에 관측된 자료 중 용출 가능 범위에서 적정 용출부하율을 산정하였으며, 또한 시화호 전체 퇴적물을 대표할 수 있는 실측치로 선택하기에 정점별로 값의 차이가 크고 뚜렷한 경향을 .보이지 않아 모델 입력값은 인과 암모니아 질소의 용출부하율을 각각 50 mg/m'day 및 250 mg/m'day로 하였고, 모델 각 격자에서 같은 값을 적용하였다.
작용이 차단되었다. 또한 시화호는 육지부로부터 유입되는 담수량에 비해 호수의「용량이 너무 크기 때문에 저증에는 해수가 잔류하여 수증 간에 강한 밀도 성층이 형성되었으며, 이로 인하여 표층에서 저층으로의 용존산소 공급이 제한되는 등 물의 체류 시간이 길어지면서 수질악화가 가속화되 었다. 현재 시화호는 방조제 서쪽 끝의 수문을 통해 시화호 내, 외측으로 해수가 유입 또는 유출되고 있지만, 환수되는 그 양이 시화호 수질을 개선시키려는 당초의 목적에 미치지 못하고 있다.
수질변화를 살펴보았다. 모델에 의해 계산된 화학적 산소요구량 결과는 관측치와의 상관성이 양호하였으며, 하천이 밀집한 호의 내측 수역에서 8~9 mg/L의 높은 농도분포를 나타내었고, 방조제 수문이 위치한 남서쪽 수역에서 5 mg/L 내외의 가장 낮은 농도분포 특성을 보였다. 시화호로 유입하는 육상오염 부하가 시화호의 수질에 미치는 영향을 살펴보았는데, 육상오염부하량을 95% 삭감시켜도 시화호의 화학적산소요구량 농도는 3 mg/L 내외로 계산되었으며, 이것은 해역생활환경 II등급 기준인 2 mg/L를 초과하는 것으로써 육상으로부터 유입되는 오염 부하의 삭감만으로는 수질개선에 한계가 있는 것으로 예측되었다.
- 시화호로 유입되어 오염을 유발시키는 시화호 유역 내의 주요 오염원은 크게 세 가지로 구분할 수 있는데, 첫째, 공장폐수로서, 현재는 공단에서 발생하는 폐수는 차집하여 시화하수처리장을 거쳐 방조제 외해로 방류하고 있으나 강우시에는 넘쳐 흘러 시화호로 유입되고 있으며, 둘째, 생활하수의 유입으로, 방조제를 건설할 당시에는 시화호 유역이 개발되지 않았기 때문에 유역하천의 오염도가 낮았지만 도시개발로 인해 오염이 가중되었으며, 현재는반월토구를 통한 오염물질은 전량 하수처리장으로 이송되고 있지만 대부분의 하천수는 거의 처리되지 않고 시화호 내로 유입되고 있는 실정이다. 셋째, 비점 원 오염물질로서, 시화호 유역에는 가축 사육장이 많이 산재해 .있어 많은 양의 축산폐수를 발생시키고 있으며, 강우시 하천으로 유입되고 있다.
시화호 내측과 외측수역과의 해수 교환량이 적고 퇴적물의 오염이 심한 현 상태의 환경조건에서 해역 생활환경 HI등급 기준인 4 mg/L 이하를 달성하기 위한 시화호의 환경용량은 화학적산소요구량 기준으로 5 톤/일로 산정되었다.
시화호 내측수역에 해당하는 정점 1에서 오염 부하를 줄이지 않았을 경우, 표층의 화학적 산소요구량 농도는 6.06 mg/L 였으나 40% 삭감하였을 경우는 4.69 mg/L로, 75% 삭감하였을 경우에 3.50 mg/L로 개선되었다. 95% 삭감에서는 대부분의 수역에서 3 mg/L 전후의 농도 분포를 나타내었다.
모델에 의해 계산된 화학적 산소요구량 결과는 관측치와의 상관성이 양호하였으며, 하천이 밀집한 호의 내측 수역에서 8~9 mg/L의 높은 농도분포를 나타내었고, 방조제 수문이 위치한 남서쪽 수역에서 5 mg/L 내외의 가장 낮은 농도분포 특성을 보였다. 시화호로 유입하는 육상오염 부하가 시화호의 수질에 미치는 영향을 살펴보았는데, 육상오염부하량을 95% 삭감시켜도 시화호의 화학적산소요구량 농도는 3 mg/L 내외로 계산되었으며, 이것은 해역생활환경 II등급 기준인 2 mg/L를 초과하는 것으로써 육상으로부터 유입되는 오염 부하의 삭감만으로는 수질개선에 한계가 있는 것으로 예측되었다. 한편, 퇴적물을 인위적으로 개선하여 퇴적물로부터 인과 질소의 용출량과 저층산소 소비율을 삭감시켰을 경우에 시화호 수질의 개선 효과가 나타났다.
예측방조제로 둘러싸인 시화호의 수질에 영향을 미치는 인자로 육상오염부하, 퇴적물로부터의 영양염 용출 부하, 그리고 시화호 내 전체 수역에 비해 상대적으로 아주 좁은 방조제 수문을 통해 해수가 유 , 줄입되고 있어, 호 전체의 수질을 개선하기에는 불량한 해수유동 패턴을 꼽을 수 있다. 즉, 시화호는 방조제가 완공됨에 따라 해수소통이 차단되어 호 내의 수체가 정체되었고, 또한 외부기원유기물이 시화호로 유입되어 식물플랑크톤이 성장하는데 필수적인 영양염류를 공급함으로써 식물플랑크톤이 대량성장할 수 있는 좋은 조건을 제공하게 되었다.
가능한 것으로 나타나고 있다. 육상기원 오염부하량의 40%를 삭감했을 경우에서 대부분의 수역에서 4 mg/L 이상의 농도로 계산되어 생활환경 DI등급을 초과하고 있지만, 75%를 삭감할 경우에는 3~4 mg/L의 농도를 나타내어 생활환경 DI등급이 달성될 수 있는 것으로 계산되었다. 따라서 생활환경 이등급을 달성하기 위한 시화호의 육상기원 오염 부하량(COD), 즉 환경용량은 5 톤/일로 산정되었다(Table 3).
5 mg/L 내외로 예측되어 개선 효과가 뚜렷하였다. 저층의 경우 역시 전체적으로 1.0 mg/L 내외로 개선되는 것으로 나타나 육상기원오염 부하와 퇴적물 오염부하를 동시에 삭감하였을 때에 가장 높은 개선효과가 나타나는 것으로 예측되었다.
중층의 농도분포에서는 호의 내측 수역에서 8~9 mg/L의 농도분포를 보여 표층의 농도 분포와 유사하였고, 호의 중앙부와 방조제 수문에 이르는 수역은 5 mgZL 이하로 표층에 비해 다소 낮은 농도 분포를 나타내지만, 그 농도 분포 범위가 표층에 비해 다소 넓게 나타났다. 저층의 농도 분포는 모델에 의해 계산된 수심 6 m 이하인 지역에서만 나타내었고, 그 대상 지역이 형도를 기준으로 북쪽방향으로, 시화 방조제까지 좁은 지역으로 표현되었으며, 전체적으로 4.5 mg/L 내외의 농도 분포 경향을 나타내었다. 시화호 내측수역과 중앙수역의 일부 지역, 그리고 북쪽 방조제 근처에서 다소 높은 농도 분포 특성을 나타내고 있다.
해수유동 패턴을 꼽을 수 있다. 즉, 시화호는 방조제가 완공됨에 따라 해수소통이 차단되어 호 내의 수체가 정체되었고, 또한 외부기원유기물이 시화호로 유입되어 식물플랑크톤이 성장하는데 필수적인 영양염류를 공급함으로써 식물플랑크톤이 대량성장할 수 있는 좋은 조건을 제공하게 되었다. 그러나 식물플랑크톤이 bloom을 일으킨 이후, 사멸되면서 생성되는 유기물은 저층으로 침강, 퇴적함으로써 내부 생성 유기물의 증가를 초래하여 시화호 내 이차오염을 가중화시키고 있다.
퇴적물로부터 인과 질소의 부하량과 저층 산소 소비율을 각각 50%로 저감한다고 가정하였을 경우에 배수갑문과 호 중앙부 정점의 화학적산소요구량 농도는 각각 2.72 mg/土와 2.75 mg/L로 개선효과가 뚜렷하게 나타났다. 이와 같은 현상은 퇴적물로부터 용출되는 영양염류도 식물플랑크톤이 이용하여 성장함으로써 수계 내에서 유기물을 생산하는 것을 의미한다.
한편, 퇴적물을 인위적으로 개선하여 퇴적물로부터 인과 질소의 용출량과 저층산소 소비율을 삭감시켰을 경우에 시화호 수질의 개선 효과가 나타났다. 특히, 육상으로부터 유입하는 유기물 및 영양염류 부하와 퇴적물에 의한 영양염류 용출부하 및 산소소비율을 동시에 삭감하였을 경우에 시화호 내 대부분의 수역에서 1.5~2.0 mg/L 이내로 수질이 크게 개선되는 것으로 나타났다. 따라서, 시화호는 육상기원 오염부하량을 상당량 삭감하여도 목표수질 기준을 만족하기가 상당히 어려울 것으로 예측되었고, 퇴적물을 인위적으로 개선시키면 보다 뚜렷한 수질 개선의 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
하천이 밀집되어 있고, 미처리된 오 . 폐수가 도시하천 및 공단 배수로를 통해 직접 유입되고 있는 시화호의 상류부에 해당하는 내측 수역의 표층에서 8~9 mg/L의 높은 농도 분포를 보였다. 시화호의 중앙 수역에서 5.
시화호로 유입하는 육상오염 부하가 시화호의 수질에 미치는 영향을 살펴보았는데, 육상오염부하량을 95% 삭감시켜도 시화호의 화학적산소요구량 농도는 3 mg/L 내외로 계산되었으며, 이것은 해역생활환경 II등급 기준인 2 mg/L를 초과하는 것으로써 육상으로부터 유입되는 오염 부하의 삭감만으로는 수질개선에 한계가 있는 것으로 예측되었다. 한편, 퇴적물을 인위적으로 개선하여 퇴적물로부터 인과 질소의 용출량과 저층산소 소비율을 삭감시켰을 경우에 시화호 수질의 개선 효과가 나타났다. 특히, 육상으로부터 유입하는 유기물 및 영양염류 부하와 퇴적물에 의한 영양염류 용출부하 및 산소소비율을 동시에 삭감하였을 경우에 시화호 내 대부분의 수역에서 1.
대상으로 하였다. 환경부對의 연도별 화학적 산소요구량 자료 중 1999년과 2000년의 여름철 (6~9월어】 시화호 내의 3개 정점에서 관측된 표층 자료와 모델에 의해 계산된 표층의 결과를 비교한 결과, 상관성 (R = 0.99)은 양호하였으나 관측치에 비해 계산치가 다소 높게 나타났으며, 상대오차는 2.7~9.2% 범위였다(Fig. 3).
후속연구
증가하고 있다. 따라서, 시화호의 수질 관리를 위해 보다 구체적인 방향으로 접근이 필요하며 시화호 내로 유입하는 외부오염물질인 화학적 산소요구량과 부영향화의 원인이 되는 영양염류, 그리고 이로 인해 발생하는 내부발생 오염물질인 식물플랑크톤의 제어 등을 고려한 후속 연구가 필요하다. 또한 해수교환량 확대를 통해 시화호의 수질을 개선시키고자 하는 측면에서의 접근이 필요하며, 이를 위해서는 실제 시화호 방조제의 수문 크기로 보다 세밀한 격자망을 구성하여 모델을 통한 예측이 필요할 것이다.
따라서, 시화호의 수질 관리를 위해 보다 구체적인 방향으로 접근이 필요하며 시화호 내로 유입하는 외부오염물질인 화학적 산소요구량과 부영향화의 원인이 되는 영양염류, 그리고 이로 인해 발생하는 내부발생 오염물질인 식물플랑크톤의 제어 등을 고려한 후속 연구가 필요하다. 또한 해수교환량 확대를 통해 시화호의 수질을 개선시키고자 하는 측면에서의 접근이 필요하며, 이를 위해서는 실제 시화호 방조제의 수문 크기로 보다 세밀한 격자망을 구성하여 모델을 통한 예측이 필요할 것이다.
것이다. 본 연구를 통해 시화호의 수질을 보다 효과적으로개선시키기 위해서는 육상기원 오염물질과 퇴적물의 개선을 동시에 고려해야지만 보다 확실한 수질 개선 효과를 나타낼 수 있을 것으로 보이며 (Fig. 7), 이러한 노력은 결국 막대한 자본을 투입하여 시화방조제 건설을 통한 인간의 이익을 극대화시키려는것이 이익의 창출과 함께 또 다른 시화호 수질의 개선이라는 큰 당면 과제를 함께 수반하였다.
생태계는 복잡한 대상 시스템 내 구성요소들 간의 상호작용에 의해 스스로 오염물질을 정화할 수 있는 능력을 가지고 있으나, 자정능력을 초과하여 유입되는 오염 부하를 관리하기 위해서는 이에 상응하는 대책이 필요하다. 즉, 오염이 심각하거나 진행되는 과정에서는 대상시스템의 자정능력의 한계를 파악하여 더 이상 오염이 진행되는 것을 막아야 할 것이다. 따라서, 목표 수질을 설정하고 이것을 달성하기 위해 삭감하여야할 오염부하량을 산정하면 총 유입부하량에서 삭감하여야 할 부하량을 빼고 남은 부하량이 그 해역에서 받아들일 수 있는 환경용량이 된다.
향후 시화호의 수질관리를 위해서는 시화호를 포함한 유역별로 뚜렷한 개선목표를 설정하고 배출원별 할당부하량을 산정하여 오염물질 총량관리를 통해 시화호 주변 유역의 점원, 비점원 및 시화호 내 퇴적물 등을 종합적으로 고려하여 관리해 나가야 할 것으로 판단된다.
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Nakata K., Taguchi K., 1982, Numerical simulation of eutrophication process coastal bay by eco-hydrodynamic model. (2) Ecological modeling, Bull. Nat. Res. lnst. of Pollution and Resources, 12(3), 17-36
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