현재까지 국내의 수질관리 정책은 점오염원 관리를 우선시 하고 있다. 그러나 계속되는 점오염원의 관리에도 불구하고 호소수의 수질은 악화되고 있다. 비점오염원은 강우 시 발생하는 오염원으로 토지이용에 따라 발생하는 오염물질의 종류와 양이 달라 불확실성이 큰 오염원이므로 점오염원과 함께 비점오염원의 관리가 필요한 실정이다. 다양한 토지이용 중에서 인공초지(공원 묘지) 지점이 차지하는 비율이 낮기 때문에 원단위를 산정하는데 필요한 기초 데이터에 대한 연구가 전무한 상태이다. 따라서 본 연구는 인공초지(공원 묘지) 지점으로부터 강우 시 유출수와 함께 발생하는 비점오염물질의 유출특성 및 상관성을 파악하였다. 그 결과 강우 초기에 오염물질의 농도는 비교적 높게 유출되는 현상을 나타냈으며, 강우가 지속될수록 오염물질의 농도는 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 첨두유량이 발생하면서 유출농도는 증가하였다. 또한 통계분석을 실시한 결과 오염물질별 상관성이 거의 없는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 향후 부하량과 원단위 산정에 필요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
현재까지 국내의 수질관리 정책은 점오염원 관리를 우선시 하고 있다. 그러나 계속되는 점오염원의 관리에도 불구하고 호소수의 수질은 악화되고 있다. 비점오염원은 강우 시 발생하는 오염원으로 토지이용에 따라 발생하는 오염물질의 종류와 양이 달라 불확실성이 큰 오염원이므로 점오염원과 함께 비점오염원의 관리가 필요한 실정이다. 다양한 토지이용 중에서 인공초지(공원 묘지) 지점이 차지하는 비율이 낮기 때문에 원단위를 산정하는데 필요한 기초 데이터에 대한 연구가 전무한 상태이다. 따라서 본 연구는 인공초지(공원 묘지) 지점으로부터 강우 시 유출수와 함께 발생하는 비점오염물질의 유출특성 및 상관성을 파악하였다. 그 결과 강우 초기에 오염물질의 농도는 비교적 높게 유출되는 현상을 나타냈으며, 강우가 지속될수록 오염물질의 농도는 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 첨두유량이 발생하면서 유출농도는 증가하였다. 또한 통계분석을 실시한 결과 오염물질별 상관성이 거의 없는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 향후 부하량과 원단위 산정에 필요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Recently the water quality management policy has been changed from managing the point source to controlling the nonpoint sources (NPSs) because of TMDL program. Most NPSs are accumulated on the surface during dry periods. These accumulated pollutants are washed-off during a storm event and highly im...
Recently the water quality management policy has been changed from managing the point source to controlling the nonpoint sources (NPSs) because of TMDL program. Most NPSs are accumulated on the surface during dry periods. These accumulated pollutants are washed-off during a storm event and highly impairing the water quality of the receiving water bodies. Usually NPS has high uncertainty and is hard to control because of the variability of the rainfall and watershed characteristics. Also, NPS is derived from various land uses. The Ministry of Environment (MOE) is studying and monitoring the pollutant loads from each land use since 2007 to determine the unit pollutant loads. This research was a part of long-term monitoring program conducted to characterize the washoff and provide the mean EMC of artificial grassland. The average EMCs result of BOD, COD, DOC, SS, TN, NH4-N, NO3-N, TP, and PO4-P of the artificial grassland were deterined to 8.2, 17.5, 11.3, 110.1, 3.07, 0.20, 0.75, 0.86 and 0.08 mg/L, respectively. The results of statistical analysis conducted showed a low correlation to the contaminants.
Recently the water quality management policy has been changed from managing the point source to controlling the nonpoint sources (NPSs) because of TMDL program. Most NPSs are accumulated on the surface during dry periods. These accumulated pollutants are washed-off during a storm event and highly impairing the water quality of the receiving water bodies. Usually NPS has high uncertainty and is hard to control because of the variability of the rainfall and watershed characteristics. Also, NPS is derived from various land uses. The Ministry of Environment (MOE) is studying and monitoring the pollutant loads from each land use since 2007 to determine the unit pollutant loads. This research was a part of long-term monitoring program conducted to characterize the washoff and provide the mean EMC of artificial grassland. The average EMCs result of BOD, COD, DOC, SS, TN, NH4-N, NO3-N, TP, and PO4-P of the artificial grassland were deterined to 8.2, 17.5, 11.3, 110.1, 3.07, 0.20, 0.75, 0.86 and 0.08 mg/L, respectively. The results of statistical analysis conducted showed a low correlation to the contaminants.
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문제 정의
본 연구는 다양한 토지이용 중에서 강우시 인공초지로부터 발생되는 강우유출수의 유출특성을 파악하고자 오염물질별 EMC를 산정하였으며, 강우특성 및 오염물질간의 상관성을 분석하여 아래와 같은 결과를 얻었다. 이러한 결과는 향후 원단위와 부하량 산정을 위한 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
따라서 환경부는 2007년 4대강 유역에서의 다양한 토지이용을 선정하여 장기모니터링을 수행하여 토지용별 원단위 산정을 수행하고 있다(환경부, 2008). 본 연구는 다양한 토지이용 중에서 초지로부터 유출되는 오염물질을 정량화하기 위하여 수행되었다. 초지는 산림과 함께 자연 상태 하천의 배경농도를 형성하는 근원이며, 하천의 자정작용의 주요 메카니즘을 유지하게 하는 기본적인 생태적 농도라고 할 수 있다.
초지는 산림과 함께 자연 상태 하천의 배경농도를 형성하는 근원이며, 하천의 자정작용의 주요 메카니즘을 유지하게 하는 기본적인 생태적 농도라고 할 수 있다. 본 연구는 이러한 초지지역 중에서도 인공초지(공원묘지) 지점으로부터 강우시 발생하는 비점오염물질의 유출특성을 파악 분석하며, 수질분석 결과를 토대로 EMCs(Event Mean Concentrations) 및 각각의 오염물질별 상관성을 파악하고자 하며, 향후 원단위와 부하량 산정에 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
, 1998). 따라서 적정 부하량 산정을 위해서는 유출유량을 고려한 유량가중평균농도(EMC)를 산정해야 하며, 본 연구에서는 식 (1)을 이용하여 오염물질별 EMC를 산정하였다. 여기서, t는 유출시점으로부터의 경과시간, Qt는 시간 t에서의 유출 유량(m3/s), Ct는 시간 t에서의 오염물질 농도(mg/L)를 의미한다.
모니터링 지점은 인공초지(공원묘지)로써 일반 사유지와 다르게 국가에서 지속적인 관리가 이루어지는 지역이다. 모니터링 지점 선정시 유역의 타 토지이용으로부터의 영향을 최소화하기 위하여 강우시 산림으로부터 발생하는 강우유출수가 유입되지 않는 지점을 선정하였다. 유역면적은 3,764 m2 , 유역경사는 0.
0을 이용하여 Table 5와 같이 통계분석을 실시하였다. 상관성 평가는 강우유출 특성(총강우량, 강우지속시간, 평균강우강도, 강우 전 건기일수)과 각 수질항목에 대하여 상관계수 및 P-값을 분석함으로써 수행되었다. 대각선 아래에는 상관계수(R, correlation coefficients)를 나타낸 것이고 위쪽에는 유의수준(P value, confidence values)을 나타낸 것이다.
본 모니터링은 2009년 4월부터 10월까지 수행되었으며, 현재에도 진행 중에 있다. 유량측정은 모니터링의 불확실성을 줄이기 위해 자동 유량계와 강우계를 설치하여 1분 단위로 측정하였으며, 수질시료의 변질을 방지하기 위해 냉장 기능이 있는 자동채수기를 이용하여 모니터링을 실시하였다. 시료 채취는 강우 시작 후 유출이 발생함과 동시에 첫 번째 수질시료를 채취하였다.
시료 채취는 강우 시작 후 유출이 발생함과 동시에 첫 번째 수질시료를 채취하였다. 이후, 15분 간격으로 2시간 동안 수질시료가 채취되었으며, 1시간 간격으로 12시간, 4시간 간격으로 강우 유출이 끝날 때까지 모니터링을 실시하였다. 채취된 수질시료는 BOD5, CODMn, DOC, SS, TN, NH4-N, NO3-N TP 및 PO4-P 총 9가지 항목을 선정하여 분석하였으며, 강우 전 건기일수(Antecedent Dry Day, ADD), 총 강우량, 강우 지속시간, 평균 강우 강도 등을 조사하였다(환경부, 2009).
이후, 15분 간격으로 2시간 동안 수질시료가 채취되었으며, 1시간 간격으로 12시간, 4시간 간격으로 강우 유출이 끝날 때까지 모니터링을 실시하였다. 채취된 수질시료는 BOD5, CODMn, DOC, SS, TN, NH4-N, NO3-N TP 및 PO4-P 총 9가지 항목을 선정하여 분석하였으며, 강우 전 건기일수(Antecedent Dry Day, ADD), 총 강우량, 강우 지속시간, 평균 강우 강도 등을 조사하였다(환경부, 2009).
대상 데이터
모니터링 대상지점은 Fig. 1에 나타난 바와 같이 대전광역시 유성구 온천 1동에 위치하고 있으며, Table 1에 모니터링 지점의 특성을 정리하여 나타내었다. 모니터링 지점은 인공초지(공원묘지)로써 일반 사유지와 다르게 국가에서 지속적인 관리가 이루어지는 지역이다.
유량측정은 모니터링의 불확실성을 줄이기 위해 자동 유량계와 강우계를 설치하여 1분 단위로 측정하였으며, 수질시료의 변질을 방지하기 위해 냉장 기능이 있는 자동채수기를 이용하여 모니터링을 실시하였다. 시료 채취는 강우 시작 후 유출이 발생함과 동시에 첫 번째 수질시료를 채취하였다. 이후, 15분 간격으로 2시간 동안 수질시료가 채취되었으며, 1시간 간격으로 12시간, 4시간 간격으로 강우 유출이 끝날 때까지 모니터링을 실시하였다.
데이터처리
여기서, t는 유출시점으로부터의 경과시간, Qt는 시간 t에서의 유출 유량(m3/s), Ct는 시간 t에서의 오염물질 농도(mg/L)를 의미한다. 또한 산정된 EMC에 대한 통계적 대표성을 찾기 위하여 SYSTAT 9.0을 이용하여 최소값, 최대값, 중앙값, 평균값 및 95% 신뢰구간(Confidence interval) 등을 분석하였다.
인공초지지점에서 강우시 유출되는 오염물질과 강우특성에 대한 상관성을 파악하기 위해 SYSTAT 9.0을 이용하여 Table 5와 같이 통계분석을 실시하였다. 상관성 평가는 강우유출 특성(총강우량, 강우지속시간, 평균강우강도, 강우 전 건기일수)과 각 수질항목에 대하여 상관계수 및 P-값을 분석함으로써 수행되었다.
성능/효과
1. 모니터링 결과, 강우 전 건기일수는 2~10일, 총 강우량은 6.3~50.3 mm, 강우지속시간은 2~19 시간, 평균 강우강도는 1.58~8.38 mm/hr로 다양한 범위를 나타내는 것으로 분석되었다.
2. 오염물질별 유출특성을 분석한 결과, 첫 번째 수질시료 채취 후 1시간 이내인 강우 초기에 오염물질의 농도는 비교적 높게 유출되는 것으로 나타났으며, 강우가 지속될수록 오염물질의 농도는 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 첨두유량이 발생하면서 오염물질의 농도는 다시 증가하는 것으로 나타났다.
3. 산정된 EMC를 통계분석한 결과, BOD5의 평균 EMC는 8.2 mg/L, TN은 3.1 mg/L, TP는 0.9 mg/L로 나타났으며, SS의 평균 EMC는 110.1 mg/L로 나타났다. 또한 BOD5의 95% 신뢰구간은 6.
4. 인공초지의 경우, 강우특성인 강우강도, 강우량, 강우지속시간 에서의 비점오염물질의 유출 및 강우특성을 비교한 결과 상호 상관성은 낮은 것으로 분석되었으나, 일부 유기물질간의 상관성은 80% 이상으로 높게 나타났다.
인공초지 지점에서 유출되는 강우유출수의 유출특성을 파악하기 위해 식(1)을 이용하여 EMC를 산정후 통계분석을 실시하였으며, Table 3, 4에 정리하여 나타내었다. 각 오염물질별 EMC 산정결과, BOD5의 평균 EMC는 8.2 mg/L로 나타났으며, SS는 110.1 mg/L, TN은 3.07 mg/L, TP는 0.86 mg/L로 분석되었다. 또한 BOD5의 95% 신뢰구간은 6.
수리수문 농도곡선의 분석결과, 대부분의 오염물질은 강우초기에 고농도의 오염물질이 유출된 후 강우가 지속 될수록 감소하는 경향을 나타내었으며, 첨두유량이 발생함과 동시에 대부분의 오염물질의 농도가 증가하는 것으로 나타났다. 다른 강우사상을 비교 검토한 결과 모든 강우사상에서 강우초기, 즉 1시간 이내에 오염물질이 높게 유출되는 경향을 보이는 것으로 조사되었으며, 그 이유는 인공초지의 경우 대부분 배수관로가 존재하여 침투된 침투수가 곧바로 배수관로를 통행 배수되기에 배수관거에 존재하는 입자상 물질 등이 유출되어 발생되는 것으로 판단된다.
3 mm의 분포를 나타내고 있다. 또한 강우지속시간은 2~19 시간으로 나타났으며, 평균 강우강도는 1.58~8.38 mm/hr로 다양한 범위를 나타내는 것으로 분석되었다.
오염물질별 유출특성을 분석한 결과, 첫 번째 수질시료 채취 후 1시간 이내인 강우 초기에 오염물질의 농도는 비교적 높게 유출되는 것으로 나타났으며, 강우가 지속될수록 오염물질의 농도는 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 첨두유량이 발생하면서 오염물질의 농도는 다시 증가하는 것으로 나타났다.
2는 2009년 5월 12일의 모니터링 결과를 이용하여 나타낸 수리수문 및 농도곡선으로 입자상물질, 유기물질 및 무기물질 항목에 대한 농도 변화 및 유출경향에 대하여 나타낸 것이다. 수리수문 농도곡선의 분석결과, 대부분의 오염물질은 강우초기에 고농도의 오염물질이 유출된 후 강우가 지속 될수록 감소하는 경향을 나타내었으며, 첨두유량이 발생함과 동시에 대부분의 오염물질의 농도가 증가하는 것으로 나타났다. 다른 강우사상을 비교 검토한 결과 모든 강우사상에서 강우초기, 즉 1시간 이내에 오염물질이 높게 유출되는 경향을 보이는 것으로 조사되었으며, 그 이유는 인공초지의 경우 대부분 배수관로가 존재하여 침투된 침투수가 곧바로 배수관로를 통행 배수되기에 배수관거에 존재하는 입자상 물질 등이 유출되어 발생되는 것으로 판단된다.
인공초지 토지 이용의 경우 침투, 배수, 식생에 의한 보유 등의 지역적 영향으로 인하여 강우특성인자와 오염물질과의 상관성은 매우 낮은 것으로 분석되었다. 오염물질간의 상관성을 살펴보면, DOC와 COD, NH4-N과 BOD5, DOC와 BOD5는 80% 이상의 높은 상관관계를 보이는 것으로 나타났다. 또한 P 값은 0.
후속연구
본 연구는 다양한 토지이용 중에서 강우시 인공초지로부터 발생되는 강우유출수의 유출특성을 파악하고자 오염물질별 EMC를 산정하였으며, 강우특성 및 오염물질간의 상관성을 분석하여 아래와 같은 결과를 얻었다. 이러한 결과는 향후 원단위와 부하량 산정을 위한 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
2004년도 기준으로 4대강에서 비점오염원으로부터의 하천 수질오염 기여율은 어느 정도인가?
따라서 점오염원에 대한 지속적인 관리에도 불구하고 하천수질 개선이 되지 않은 이유는 다양한 토지이용에서 강우시 유출되는 비점오염원이 큰 원인으로 지목되고 있다. 2004년도 기준으로 비점오염원으로부터의 하천 수질오염 기여율은 4대강에서 40%를 넘어서고 있으며, 2015년까지 대부분의 하천에서 65%이상으로 기여율이 증가할 것으로 환경부는 예상하고 있다(환경부, 2004).
오염원에 대한 지속적인 관리에도 불구하고 하천수질 개선이 되지 않은 큰 원인으로 무엇이 지목되고 있는가?
또한 지속적인 인간의 활동으로 인한 유역의 개발은 자연적 물순환 시스템의 왜곡과 함께 다량의 비점오염물질을 하천으로 유출시키고 있다. 따라서 점오염원에 대한 지속적인 관리에도 불구하고 하천수질 개선이 되지 않은 이유는 다양한 토지이용에서 강우시 유출되는 비점오염원이 큰 원인으로 지목되고 있다. 2004년도 기준으로 비점오염원으로부터의 하천 수질오염 기여율은 4대강에서 40%를 넘어서고 있으며, 2015년까지 대부분의 하천에서 65%이상으로 기여율이 증가할 것으로 환경부는 예상하고 있다(환경부, 2004).
본 논문에서 다양한 토지이용 중에서 강우시 인공초지로부터 발생되는 강우유출수의 유출특성을 파악하기 위해 오염물질별 EMC를 산정하고, 강우특성 및 오염물질간의 상관성을 분석한 결과는 어떠한가?
1. 모니터링 결과, 강우 전 건기일수는 2~10일, 총 강우량은 6.3~50.3 mm, 강우지속시간은 2~19 시간, 평균 강우강도는 1.58~8.38 mm/hr로 다양한 범위를 나타내는 것으로 분석되었다.
2. 오염물질별 유출특성을 분석한 결과, 첫 번째 수질시료 채취 후 1시간 이내인 강우 초기에 오염물질의 농도는 비교적 높게 유출되는 것으로 나타났으며, 강우가 지속될수록 오염물질의 농도는 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 첨두유량이 발생하면서 오염물질의 농도는 다시 증가하는 것으로 나타났다.
3. 산정된 EMC를 통계분석한 결과, BOD5의 평균 EMC는 8.2 mg/L, TN은 3.1 mg/L, TP는 0.9 mg/L로 나타났으며, SS의 평균 EMC는 110.1 mg/L로 나타났다. 또한 BOD5의 95% 신뢰구간은 6.25∼10.21 mg/L로 나타났으며, SS는 35.95∼184.33 mg/L, TN은 1.93∼4.21 mg/L, TP는 0.55∼1.17 mg/L의 범위를 나타내었다. SS 경우 강우시 유출수와 함께 초지로부터 토사가 유입되어 SS의 농도가 높은 것으로 나타났으며, 또한 인공초지 지점의 유지관리시 제초제의 사용으로 인하여 질소의 농도가 비교적 높은 값을 나타내는 것으로 판단된다.
4. 인공초지의 경우, 강우특성인 강우강도, 강우량, 강우지속시간 에서의 비점오염물질의 유출 및 강우특성을 비교한 결과 상호 상관성은 낮은 것으로 분석되었으나, 일부 유기물질간의 상관성은 80% 이상으로 높게 나타났다.
참고문헌 (15)
김이형, 강주현(2004). 고속도로 강우 유출수내 오염물질의 EMC 및 부하량 원단위 산정, 한국물환경학회지, 20(6), pp. 631-640.
김이형, 이선하(2005). 강우시 주차장 및 교량에서 유출되는 비점오염물질의 특성 비교 및 동적 EMCs, 한국물환경학회지, 21(3), pp. 248-255.
신민환, 신용철, 허성구, 임경재, 최중대(2007). 농업 및 산림유역의 강우유출수 유량가중평균농도 분석, 한국농공학회논문집, 49(6), pp. 3-9.
환경부(2004). 관계부처합동 [물관리 종합대책]의 추진강화를 위한 4대강 비점오염원관리 종합 대책.
환경부(2006a). 비점오염원관리 업무편람
환경부(2006b). 물환경관리기본계획
환경부(2008). 주요 비점오염원 유출 장기모니터링 및 저감기법 연구, 금강수계관리위원회
환경부(2009). 강우유출수조사방법
Irish, Jr. L.B., Barrett, M.E., Malina, Jr. J.F., and Charbeneau, R.J. (1998) Use of Regression models for analyzing highway storm-water loads. Journal of Environ. Engg., 124(10), pp. 987-993.
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