[논문]질산성 질소 기저유출이 지표수 수질에 미치는 영향

김건하; 이호식

doi:10.12652/ksce.2009.29.1b.105

질산성 질소 기저유출이 지표수 수질에 미치는 영향
Impacts of Nitrate in Base Flow Discharge on Surface Water Quality 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, B. 수공학, 해안 및 항만공학, 환경 및 생태공학, v.29 no.1B, 2009년, pp.105 - 109

김건하 (충주대학교 공과대학 환경공학과) , 이호식 (한남대학교 공과대학 토목환경공학과)

초록
AI-Helper

강우유출수의 기저유출(base flow)이 지표수 수질에 영향을 미치는 것은 잘 알려져 있다. 이 논문에서는 기저유출로 발생하는 질산성 질소가 수질에 미치는 영향을 USGS의 PULSE 소프트웨어를 사용하여 월별 지하수 유출량을 수문 분리하였다. 2005년도 금강유역의 갑천2 지점의 지표수 수질 및 유량자료를 사용하였으며, 지하수 수질자료는 정부기관 측정자료를 사용 하였다. 갑천2 지점의 상류는 농지 및 임야가 대부분이다. 수문분리 결과, 봄과 가을에는 하천유량의 85~95%가 기저유출 기여량이며 여름과 겨울에는 25~38%가 기저유출 기여량으로 나타났다. 갑천2 지점에서 질산성 질소의 월별 기저유출 부하량은 유역내 지하수의 평균 질산성질소 농도를 이용하여 산정하였다. 갑천2 지점에서 기저유출되는 질산성질소 부하량은 5.4 ton of $NO_{3}{^-}-N/km^{2}$로 추정되었는데, 이는 갑천2 지점의 지표수 질산성 질소 부하량인 9.2 ton of $NO_{3}{^-}-N/km^{2}$의 59%에 해당하는 값이다. 기저유출되는 질산성질소의 계절변화는 월별 질산성질소 부하량을 월별기저유출량으로 나누어 구하였는데, 우기시 질산성 질소의 기저유출농도가 높은 것으로 나타났다. 이 연구를 통하여 지하수 수질 모니터링이 지표수 수질 관리에 필요함을 알 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is a well known fact that baseflow discharge of rainfall runoff impacts on water quality of surface water significantly. In this paper, impacts of nitrate discharged as base flow on stream water quality were studied by using a software, PULSE from USGS to calculate monthly ground water discharge from hydrograph. We used water quality and flow rate data for Ghapcehon2 site in Daejeon city for year 2005 as well as ground water quality data in the watershed acquired from government agencies. Agricultural and forestry land use are dominant for upstream of Ghapcheon2 in the watershed. Base flow contributes about 85~95% of stream flows during spring and fall while 25~38% of stream flow was induced by base flow during summer and winter. Monthly nitrate loading discharged as base flow for Ghapcheon2 was estimated by using averaged nitrate concentration of groundwater in the watershed. Nitrate loading induced by base flow at Ghapcheon2 was estimated as 5.4 ton of $NO_{3}{^-}-N/km^{2}$, which is about 60% of nitrate loading of surface water, 9.2 ton of $NO_{3}{^-}-N/km^{2}$. Seasonal variation of nitrate concentration of base flow was estimated by dividing monthly nitrate loading by monthly base flow discharge. Nitrate concentration of groundwater was increasing from rainy season. From this study, it can be understood that ground water quality monitoring is important for the proper manage of surface water quality.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 농지와 임야가 많이 포함되어 있는 중권역 규모 유역을 대상으로 하여 가용한 수질, 수량 자료를 이용하여 질산성 질소 기저유출이 수질에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다.

제안 방법

2는 갑천2 지점의 2005년도 유량도 및 강우주상도를 보이고 있다. 수문곡선 분리를 하기 위하여는 결측치가 없어야 하는데 갑천2 지점의 수문자료는 불완전한 경우가 많기 때문에 비교적 완전한 자료인 2005년도를 대상으로 하여 수문곡선 분리를 하였다. 1966년부터 2000년까지 수문자료를 이용하여 산정한 갑천의 풍수량은 10.

대상 데이터

지하수 수질 측정치는 상하반기 각 1회씩 측정하여 일반 공개하고 있으나, 가용한 자료 수가 적고 측정시기와 기황 등의 자료가 수반되지 않고 있다. 갑천2 지점 상류 지역에 대한 자료는 2001년부터 2006년까지 년간 2회씩 자료가 가용한 상태이다. 임야지역에 있는 A 지점과 G 지점의 평균농도보다 농지와 인접한 B 지점과 F 지점의 농도가 전반적으로 높다.
51 m³/s 이다(국토해양부, 2008). 강우와 유량은 밀접한 상관관계를 보이고 있으나, 1월과 2월의 유량자료와 9월 일부분의 유량자료는 일정한 값이거나 강우의 영향을 반영하고 있지 않은 등 실제 유황과 다르지만 이 논문의 목적은 가용한 자료를 이용하여 지표수와 기저유량을 분리하는 것이 목적이므로, 유량 자료를 그대로 사용하였다. Fig.
지표수 수질자료는 물환경정보시스템(환경부, 2008)에서, 지하수 수질자료는 국가지하수정보센터(한국수자원공사, 2008) 에서, 수위자료는 국가수자원 관리종합정보 시스템(국토해양부, 2008)에서 구하였다. 수위-유량 관계곡선은 한국수문조사 연보(국토해양부, 2008)의 자료를 사용하였다.
연구대상 지점으로 대전시를 관통하는 하천인 갑천 상류의 한 지점을 선택하였다.
따라서 도시하천유입에 따른 유량변화와 기저유출량 변화는 미미하다고 판단된다. 유역은 대전의 서남부, 호남고속도로 유성 톨게이트에서 가까우며 갑천의 지류인 성전천, 화산천, 진잠천을 형성하는 유역으로 구성되어 있다. 대상유역내 환경부 생활용도 지하수 수질 모니터링 지점은 4 지점이 있으며, Fig.
지표수 수질자료는 물환경정보시스템(환경부, 2008)에서, 지하수 수질자료는 국가지하수정보센터(한국수자원공사, 2008) 에서, 수위자료는 국가수자원 관리종합정보 시스템(국토해양부, 2008)에서 구하였다.

이론/모형

수문자료를 이용한 지하수량의 분리는 USGS의 PULSE를사용하였다(USGS, 2002: Rutledge, 1997). PULSE는 지하수 감수곡선법을 기초로 하는데, 이는 연속된 수문곡선의 감수곡선만을 추출하여 크기별로 나열하여 주 지하수 감수곡선을 작성하는 방법이다(이재수, 2006).

성능/효과

가용한 수질 및 지하수에 대한 질산성 질소 농도자료를 이용하여 갑천2 지점에 대한 질산성질소 기저유출 부하를 추정한 결과, 수질측정 지점에 대한 지표수 유출은 9.2 ton of NO3− N/km2·yr이며 기저유출은 5.4 ton of NO3− N/km2·yr으로 기저유출이 하천수 부하량에 대하여 59% 기여하고 있는 것으로 나타났다.
3의 자료를 이용하여 계산한 갑천2 지점의 단위면적당 지표수 유량과 기저유출량을 월별로 보이고 있다. 각 월당 기저유출량을 지표수 유량으로 나눈 기저유출량 기여분을 같이 보이고 있는데, 하천 유량이 적을 때 기저유출 기여분이 크고, 유량이 증가할 때 기저유출 기여분이 작음을 알 수 있다. 특히 4, 5월의 경우는 90% 내외의 하천 유량이 기저유출로 나타났으며, 하절기에도 30% 내외의 기저유출 기여분임을 알 수 있다.
갑천2 지점 상류에 위치한 지하수측정 지점의 질산성질소평균농도를 이용하여 월별 기저유출 부하량을 산정하였으며, 이를 이용하여 월별 지하수 질산성 질소 유출 농도를 추정한 결과 하절기에 높은 것으로 나타났다.
농지 임야가 많이 포함되어 있는 유역에서 지하수를 통하여 기저유출되는 질산성 질소가 하천 수질에 기여하는 정도를 파악하기 위하여 도시관통하천인 대전시 갑천 중상류 수질측정 지점인 갑천2 지점의 2005년도 유량 및 수질 자료를 이용하여 월별 기저유출량을 산정한 결과, 봄, 가을의 하천 유량의 85~95% 정도, 동절기 및 하절기 하천유량의 25~38%가 기저유량 기여분으로 산정되었다.
본 연구를 통하여 지표수 수질에 지하수 기저유출이 많은 영향을 미치는 것을 알 수 있었으나, 지하수 수질자료가 매우 부족하여 수계에서 오염물질 이동에 대한 해석이 어려웠다. 따라서, 지표수의 수질 관리를 위하여 체계적인 지하수 수질 모니터링이 필요하다.
자료를 년단위 부하로 환산하면 지표수 유출은 9.2 ton of NO3− N/km2·yr이며 기저유출은 5.4 ton of NO3− N/km2·yr으로 기저유출이 59%기여하고 있음을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비점원은 어떻게 나눌 수 있는가?	유역에서 발생하는 오염물질의 유달과정은 수질관리에 있어 매우 중요한 요소이다. 최근 비점원 오염물질에 대한 관심이 많아지고 있는데, 비점원은 지표수를 통한 직접유출과 지하수를 통한 기저유출로 나눌 수 있을 것이다(이재수, 2006).
	전통적으로 수자원 관리는 어떻게 분리되어 있는가?	전통적으로 수자원 관리는 지표수 또는 지하수 관리 등으로 분리되어 있다. 그러나 지표수 수질은 지하수와 관련되어 있으며, 지하수 오염은 지표수의 수질에 영향을 미친다.
	지하수 오염의 단기적 영향과 장기적 영향은 각각 어떤 특징이 있는가?	이러한 오염은 단기적 영향과 그 대상기간이 수년에 걸치는 장기적 영향으로 나눌 수 있다. 단기적 영향은 중간류(interflow)로 비교적 짧은 시간동안 유출되며, 장기적 영향은 기저유출(base flow)로서 장기간 유출된다(Freeze and Cherry, 1979).

참고문헌 (17)

강윤주, 서영진, 이동훈, 최충렬, 박만, 최정(2001) 논농사가 천층 지하수의 수질에 미치는 영향. 한국환경농학회지, 한국환경농학회, 제20권 제4호, pp. 262-268.

원문보기 상세보기
강충관, 박주섭, 이상용, 김한명(2001) 토양특성에 따른 질소시용의 환경경제적 효과. 한토비지, 제34권 제1호, pp. 42-54.
국토해양부(2008) 국가수자원관리종합정보 시스템. http://wamis.go.kr.
김승현, 권오억, 공인철, 김익재, 이철희, 박영규(1998) 강둑 여과지에서 지하수 함양율과 질소비료에 의한 지하수 오염량 산정 연구. 대한환경공학회지, 대한환경공학회, 제20권 제12호, pp. 1689-1703.
대전발전연구원(2006) 대전광역시 수질오염총량관리 시행계획. 대전광역시.
류순호, 최우정, 한광현(1999) 질소 동위 원소 분석을 이용한 경기도 지역 지하수 중 질산태 질소 오염원 규명. 한국토양비료학회지, 한국토양비료학회, 제32권 제1호, pp. 47-56.
어성욱, 이윤희, 김건하, 김영(2005) 질산성 질소로 오염된 지하수의 생물복원을 위한 적정 전자공여체의 결정 및 반응속도 비교 연구. 한국물환경학회지, 한국물환경학회, 제21권 제6호, pp. 630-636.
이재수(2006) 수문학, 구미서관.
한국수자원공사(2008) 국가지하수정보센터. http://www.gims.go.kr.
환경부(2008) 물환경정보시스템. http://www.water.nier.go.kr/weis/.
Diek, R.H. (2002) Measurement uncertainty: Methods and applications. 3rd ed., ISA, Research Triagle Park, NC.
Freeze, A.R. and Cherry, J.A. (1979) Groundwater, Prentice Hall, London.
Kim, T., Kim, G., Kim, S., and Choi, E. (2008) Estimating riverine discharge of nitrogen from the South Korea by the mass balance approach. Environmental Monitoring and Assessment, Vol. 136, No. 1-3, pp. 371-378.
Rutledge, A.T. (1997) Model-estimated ground-water recharge and hydrograph of ground-water discharge to a stream. U.S. Geological Survey. Water-Resources Investigations Report 97-4253.
Schilling, K. and Zhang, Y.K. (2004) Baseflow contribution to nitrate-nitrogen export from a large, agricultural watershed, USA. Journal of Hydrology, Vol. 295, pp. 305-316.

상세보기
U.S. Geological Survey. (2002) User guide for the PULSE program. Open-File Report 02-455. Reston, Virginia, U.S. Geological Survey.
U.S. Geological Survey. (2008) USGS Groundwater Information. http://water.usgs.gov/ogw/gwsw.html.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증