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문제 정의
- 따라서 본 연구는 농촌 소유역인 공주시 의당면에 위치한 동혈천 유역을 대상으로 오염물질 중 중금속의 수질 변화양상과 유출 부하량을 평가하고자 수행하였다.
- 본 연구는 농촌유역 소하천에서 유출되는 비점원오염 물질 중 중금속의 수질 변화양상과 유출부하량을 산정하기 위해, 2주 간격으로 총 13회의 정기조사와 6회의 강우-유출사상별 수질농도를 측정하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 중금속 정량에 이용한 기기는 ICP-AES (INTEGRA XL DUAL, GBC)로 분석조건은 다음과같다. Generator power는 1 kw, pump speed는 10 rpm로 구성되어 있으며, 분당 아르곤 가스의 량(L/ min)은 Nebulizer가 0.6 L/min, Auxiliary가 0.5 L/ min 및 Plasma gas flow가 10 L/min으로 조절하여최적 조건에서 실험을 수행하였다. 측정파장으로는 Cd, Cu, Pb, Zn, Ni, Cr, Al, Fe 및 Mn에 대하여각각 226.
- 수질시료 채취는 연구기간동안 2주 간격으로 정기조사를 실시하였으며, 강우기 시료채취는 유역말단부에 Autosampler를 설치하여 강우사상별로 2시간 간격으로 일주기 분석 시료를 채취하였다. 분석방법은수질오염공정시험방법 (Ministry of Environment, 2002) 에 준하여 실시하였으며, 채취한 수질 시료는 실험실로 옮겨 c-HNQj를 첨가하여 pH 2 이하로 보존한 후각 중금속 항목의 전처리 방법에 따라 전처리를 이행하였다.
- 시험 유역의 수문조사는 유역 말단부에 기포식 수위계인 Orphimedes(OTT, Germany)와 압력식 수위계인 Level 2000(Madgetech, USA)을 설치하여 5분 간격으로 수위자료를 수집하여 상호보완을 하였으며, 수위-유량관계곡선식을 위한 유속측정은 미국 SonTek Corp.의 도플러방식 유속계인 Flow Tracker를 사용하였다.
- 연구기간동안 2주 간격으로 총 13회의 수질시료를분석하였으며, 그 결과를 정리하면 Table 2와 같다. 미량금속중 A1은 본 시험유역에서 N.
- 연구기간동안 시험유역의 중금속 유출부하량은 유량과 부하량 관계식(L-Q식)을 이용하여 각 성분별로유출부하량을 산정하였다. 그 결과 조사기간 전체에대한 일별 유출부하량은 A1 3.
대상 데이터
- 본 연구대상유역인 동혈천 유역의 점오염원현황을보면, 인구는 5, 025명으로 그 중 남자는 2, 544명, 여자는 2, 481명이며, 가축사육두수는 한우 1, 296두 돼지 7, 738두 가금 153, 242수, 사슴 28마리 등 주로 돼지와 가금을 많이 사육하고 있는 것으로 조사되었다.
- 본 연구의 대상유역은 충남 공주시 의당면에 위치한 동혈천 유역을 연구대상지로 선정하여, 영농기간을 포함 2006년 4월 27일~10월 31일(188일)까지 연구를 수행하였다. 동혈천 유역의 총면적은 1, 924 ha 로 이 중 논이 355.
- 의 대용량 유속계인 프로펠라형 C31 을 사용하여 유속을 측정 후 평균단면법을 이용하여 유량을 산정하였다' 중금속의 유출부하량 산정은 L-Q식을 이용하여 구하였다. 시험유역의 기상자료는 유역말단부에서 3 Km정도 떨어진 공주시농업기술센터의 AWS자료를 이용하였다.
- 5 L/ min 및 Plasma gas flow가 10 L/min으로 조절하여최적 조건에서 실험을 수행하였다. 측정파장으로는 Cd, Cu, Pb, Zn, Ni, Cr, Al, Fe 및 Mn에 대하여각각 226.502, 324.754, 220.353, 206.200, 231.604, 267.716, 394.401, 259.837 및 293.306 nm를 이용하였다.
데이터처리
- 수집된 자료는 통계용 프로그램인 SPSS Ver. 12 를 이용하여 두 변수 사이의 관계의 정도를 측정하고 표현하는 분석하는 상관분석을 실시하였다.
이론/모형
- 분석방법은수질오염공정시험방법 (Ministry of Environment, 2002) 에 준하여 실시하였으며, 채취한 수질 시료는 실험실로 옮겨 c-HNQj를 첨가하여 pH 2 이하로 보존한 후각 중금속 항목의 전처리 방법에 따라 전처리를 이행하였다. 중금속 정량에 이용한 기기는 ICP-AES (INTEGRA XL DUAL, GBC)로 분석조건은 다음과같다.
- 강우시는 독일 OTT Corp.의 대용량 유속계인 프로펠라형 C31 을 사용하여 유속을 측정 후 평균단면법을 이용하여 유량을 산정하였다' 중금속의 유출부하량 산정은 L-Q식을 이용하여 구하였다. 시험유역의 기상자료는 유역말단부에서 3 Km정도 떨어진 공주시농업기술센터의 AWS자료를 이용하였다.
성능/효과
- 01 mg/L로서 조사기간 동안 수질기준을 초과하지 않았다(Ministry of Environment). (上은 N.D. — 0.003 mg/L로 검출되었으며, 농업용수 수질기준은 6가 크롬이 0.05 mg/L 인데 본 연구결과는 수질기준보다 낮았으며, 영농활동 초기에 많이 검출되는 특성을 보이고 있었다. Cu 는 0.
- , 2001), 본 연구도 영농활동 초기에 비슷한 경향으로 검출되었다. Mne N.D.-0.129 mg/L로 검출되었고, Pb는 본 연구에서 N.D.-0.009 mg/L로검출되었고, Zne N.D.-0.055 mg/L으로 나타났고, Fe는 0.006-0.567 mg/L로 검출되었는데 다른 중금속들에 비해 영농활동 후기에 증가하여 다른 중금속 성분들과 반대 경향을 보인 것으로 조사되었다. A1 의 경우 토양, 식물, 동물조직의 구성성분으로 지질 내 풍부하게 존재하는 원소로서 먹는물 수질기준농도는 0.
- 강우시 중금속 성분간 상관관계는 Fe-Al > Zn-Mn > Fe-Cd > Cd-Al 순으로 높은 정상관을 보였고, 특히 Fe, Mn 및 Zn에서 높은 상관성이 있는 것으로 나타났다. 중금속간의 상관성은 정기조사와 유사한 경향으로 나타났다.
- 산정하였다. 그 결과 조사기간 전체에대한 일별 유출부하량은 A1 3.070 kg/d, Cu 0.526 kg/d, Fe 0.745 kg/d, Zn 0.314 kg/d, Cd 0.010 kg/d, Cr 0.055 kg/d, Mn 0.140 kg/d, Pb 0.098 kg/d로 조사되었는데(Fig. 4), 이들 중금속 유출부하량의 경우 지각이 함유하고 있는 중금속들의 양과유사한 경향을 보여준다.
- 보였고, Pb-Cu는 부상관으로 나타났다. 본 연구 결과는 지각을 구성하는 중금속 성분 중 토양에많이 함유된 중금속들이 상관성이 높은 것으로 나타났다. Fe 과 A1 이 다른 중금속들과 상관성이 높은 물질로 조사되었다(Table 4).
- 보였다. 비강우기시기와 강우시기에 대한 유출부하량은 강우시기의 유출부하량 값이 비강우시기보다 2~6배 정도까지의 차이가 있는 것으로 조사되었다.
- 연구기간동안 시험유역의 중금속 유출부하량은 강우시기전에는 영농활동에 의해 증가하였는데, 이는 동절기에 토양에 흡착되어 있는 중금속들이 영농활동 (써레질 및 이앙기)에 의해 하천에 유입되어 증가한것으로 판단되며, 강우시기에는 강우에 의해 토양에흡착된 중금속들이 하천으로 유입되어 농도는 저농도이지만 유출량이 상대적으로 따른 시기에 비해 많아유출부하량이 타 시기에 비해 많으며, 10월은 영농활동이 마무리되는 시기로서 유출부하량이 낮아지는 경향을 보였다. 비강우기시기와 강우시기에 대한 유출부하량은 강우시기의 유출부하량 값이 비강우시기보다 2~6배 정도까지의 차이가 있는 것으로 조사되었다.
- 4%를 차지하고 있다. 연구기간동안 월별 강우특성을 보면, 6월의경우는 대전지방 평균치의 77%, 8월의 경우 28%, 9월의 경우 13%로 평년값에 비해 8월과 9월의 강우량이 상대적으로 적었으나, 7월의 경우는 평년값의 182%로 상당히 많은 강우량을 나타내었다.
- 연구기간동안 정기조사의 경우 Al, Cr, Fe의 경우는 영농활동 초기에 높은 함량을 보이다가 점차 낮아지는 경향을 보였으며, Cu는 우리나라 장마시기인 7 월에 다소 높게 검출되는 특징을 보였으며, 다른 중금속 성분들과 다르게 Pb와 Zn의 경우는 영농활동초기에는 검출되지 않다가 여름철 장마후에 증가하여 다른 중금속 성분들과 반대 경향을 보인 것으로조사되었다.
- 중금속 농도를 나타내었다. 조사기간 동안 전체 중금속 분석시료에 대해 A1은 N.D.-1.201 mg/L, Cd는 N.D.-0.0008 mg/L, Cre N.D.~ 0.005 mg/L, Cu는 N.D.~ 0.218 mg/L, Fee N.D.~ 0.742 mg/L, Mne N.D.~ 0.076 mg/L, Pb는 N.D.~ 0.010 mg/L, 次은 N.D.~ 3.194 mg/L로 검출되었는데, 강우 시 중금속 농도는 정기조사의 중금속 농도보다 다소 낮게 검출되는 경향을 보였으나, Zn 함량은 증가한 것으로 조사되었다. 강우시 중금속 농도는 유량, 농도에 대한 부하량 측면에서 농업활동이나 자연적인 환경요인에 의해 토양에 흡착된 중금속 성분들이 강우에 의해 용탈되거나 토양입자에 포함되어 하천으로 유입되는 것으로 판단된다.
- 조사기간에 따른 유출부하량을 보면 4월 27일부터 6월 28일까지는 영농활동이 활발한 시기로 중금속의유출부하량이 증가하였다가 점차 감소하는 것으로 나타났다. 이는 동절기에 토양에 흡착되어 있는 중금속들이 영농활동(써레질 및 이앙기에 의해 하천에 유입되어 증가한 것으로 판단된다.
- 중금속 성분간의 상관관계는 정기 조사의 경우 Mn- Cd > Mn-Fe > Mn-Al > Fe-Al > Al-Cd 순으높은정상관, Pb-Cu는 부상관으로 나타났고, 강우시는 Fe- Al > Zn-Mn > Fe-Cd > Cd-Al 순으로 높은 정상 관을 보였는데, 중금속 성분간의 상관성은 지각을 구성하는 중금속 성분 중 토양에 많이 함유된 중금속들 이상 관성이 높은 것으로 나타났다.
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