[논문]BASINS/SWAT 모델을 이용한 경안천 유역의 오염부하 배출 특성

장재호; 윤춘경; 정광욱; 이새봄

[국내논문] BASINS/SWAT 모델을 이용한 경안천 유역의 오염부하 배출 특성
Characteristics of Pollution Loading from Kyongan Stream Watershed by BASINS/SWAT. 원문보기

한국하천호수학회지= Korean journal of limnology, v.42 no.2, 2009년, pp.200 - 211

장재호 (건국대학교 환경과학과) , 윤춘경 (건국대학교 환경과학과) , 정광욱 (한국수계환경연구소) , 이새봄 (건국대학교 환경과학과)

초록
AI-Helper

최근 상수원 수질관리에 있어서 팔당호 수질악화에 직접적으로 영향을 주는 경안천 유역관리에 대한 관심이 증가하여 적절한 대책이 필요하다. 이를 위해 SWAT 모델을 적용하여 유역 내 점 비점오염원에 따른 오염물질 발생 특성을 평가하고자 하였으며, 연구결과는 향후 경안천 유역의 효율적인 수질관리를 위한 기초자료로서 도움이 되고자 한다. BASINS는 유역의 오염현황을 신속하고 용이하게 파악가능하고 예측모형의 입력자료를 자동적으로 생성해주기 때문에, BASINS 적용을 위한 공간입력자료인 유역 경계와 하천도, DEM, 토지 이용도, 토양도 등을 tool 형식에 맞게 변환하고 입력하여 SWAT과 같은 유역모델을 연구목적에 맞게 적용할 수 있었다. 연구목적에 맞게 모델을 적절히 적용하기 위하여 유량, SS, TN, 그리고 TP순으로 2004년부터 2008년까지 일별로 검 보정 하였고, 모델 통계 치와 효율 산정 및 산포도 작성을 통해 모델의 정량적, 정성적 모의특성을 판단하였다. 유량의 경우 실측값에 대한 모의 경향이 잘 반영 되었으며, SS, TN, TP의 경우 특정기간에서 과대 또는 과소평가 되었으나 유역이라는 광범위하고 복합적인 특성과 그 안에서의 복잡한 수질기작 등을 고려해 볼 때 허용할 수 있는 범위에서 실측값을 적절히 묘사한 것으로 판단되었다. 그러나 결과의 정확한 해석과 적용을 위해서는 보다 상세한 측정자료 확보 및 검 보정 작업이 필요하며, 특히 점오염원 배출현황에 대한 관측자료의 검증을 통해 이상 치들의 정확성을 개선할 필요가 있다. 년간 오염부하량을 산정한 결과, SS와 TP의 경우 강우량이 증가함에 따른 유출량 변화가 비점오염부하량 변화에 영향을 미치는 것으로 나타났다. TN은 점오염부하량이 매년 유사한 범위에서 산정되였으나, 유량증가에 따른 질소성분의 희석이나 산화효과로 인하여 질소농도 감소가 비점오염부하량 감소로 나타났다. 수계오염총량관리 기술지침에 의해 산정된 배출부하량과 비교한 결과, 총량에서는 본 연구결과가 2${\sim}$3배 가량 더 작으며, 비점오염 부하량의 경우 더 큰 것으로 나타났다. 원단위를 이용하여 부하량을 산정할 경우 유달개념이 고려되지 않고 단순 강우유출비만을 고려하기 때문에 나타나는 결과라고 판단되였다. 연중 일정하게 나타나는 점오염원의 특성파는 달리, 비점오염원에 의한 부하량은 강우가 집중되는 6${\sim}$9월에 61.8${\sim}$88.7%수준으로 크게 증가하며 강우유출량에 많은 영향을 받는 것을 알 수 있었으나, TN과 TP는 평수기 및 저수기 (10${\sim}$5월)에 점오염원에 의한 영향이 크게 나타났다. 이는 저수기에 흐르는 경안천 유량의 많은 양이 용인시와 광주시에 위치한 환경기초시설의 방류량이며, 이에 따라 하절기 비점오염뿐만 아니라 저수기의 수질개선을 위한 관리 또한 적절히 필요한 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A mathematical modeling program called Soil and Water Assessment Tool (SWAT) developed by USDA was applied to Kyongan stream watershed. It was run under BASINS (Better Assessment Science for Integrating point and Non-point Sources) program, and the model was calibrated and validated using KTMDL monitoring data of 2004${\sim}$2008. The model efficiency of flow ranged from very good to fair in comparison between simulated and observed data and it was good in the water quality parameters like flow range. The model reliability and performance were within the expectation considering complexity of the watershed and pollutant sources. The results of pollutant loads estimation as yearly (2004${\sim}$2008), pollutant loadings from 2006 were higher than rest of year caused by high precipitation and flow. Average non-point source (NPS) pollution rates were 30.4%, 45.3%, 28.1% for SS, TN and TP respectably. The NPS pollutant loading for SS, TN and TP during the monsoon rainy season (June to September) was about 61.8${\sim}$88.7% of total NPS pollutant loading, and flow volume was also in a similar range. SS concentration depended on precipitation and pollution loading patterns, but TN and TP concentration was not necessarily high during the rainy season, and showed a decreasing trend with increasing water flow. SWAT based on BASINS was applied to the Kyongan stream watershed successfully without difficulty, and it was found that the model could be used conveniently to assess watershed characteristics and to estimate pollutant loading including point and non-point sources in watershed scale.

Keyword

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