SWAT model would be applied to evaluate the pollutant removal capacity with various best management practices (BMPs) in Kyongan stream watershed which plays an important role in water quality conservation and improvement of Paldang reservoir. The methods for the representation of various BMPs scenar...
SWAT model would be applied to evaluate the pollutant removal capacity with various best management practices (BMPs) in Kyongan stream watershed which plays an important role in water quality conservation and improvement of Paldang reservoir. The methods for the representation of various BMPs scenarios with SWAT is developed and evaluated. Riparian buffer strip, agricultural conservation practices to reduce fertilizer, sediment, and nutrients occurring from farm field (Grassed swale, Contour farming/Parallel terrace, Field border, Farm retention pond, Grade stabilization structure), and washland such as wetland and pond to extend detention and improve water quality are represented in SWAT. And to represent the expansion of existing Waste Water Treatment Plants (WWTPs) in Soil and Water Assessment Tool (SWAT), reduction effect for point source pollutants was simulated. As the result of simulation, the removal rates of SS, TN, TP from scenarios of Kyongan stream watershed are the average annual SS yield by 5.2% to 69.2%, the average annual TN yield by 0.5% to 26.3%, and the average annual TP yield by 1.3% to 32.5%, respectively. This study has demonstrated that the SWAT is a very reliable and useful water quality and quantity assessment tool, and the BMPs representation in SWAT for watershed management is able to effectively simulate in Kyongan Stream watershed.
SWAT model would be applied to evaluate the pollutant removal capacity with various best management practices (BMPs) in Kyongan stream watershed which plays an important role in water quality conservation and improvement of Paldang reservoir. The methods for the representation of various BMPs scenarios with SWAT is developed and evaluated. Riparian buffer strip, agricultural conservation practices to reduce fertilizer, sediment, and nutrients occurring from farm field (Grassed swale, Contour farming/Parallel terrace, Field border, Farm retention pond, Grade stabilization structure), and washland such as wetland and pond to extend detention and improve water quality are represented in SWAT. And to represent the expansion of existing Waste Water Treatment Plants (WWTPs) in Soil and Water Assessment Tool (SWAT), reduction effect for point source pollutants was simulated. As the result of simulation, the removal rates of SS, TN, TP from scenarios of Kyongan stream watershed are the average annual SS yield by 5.2% to 69.2%, the average annual TN yield by 0.5% to 26.3%, and the average annual TP yield by 1.3% to 32.5%, respectively. This study has demonstrated that the SWAT is a very reliable and useful water quality and quantity assessment tool, and the BMPs representation in SWAT for watershed management is able to effectively simulate in Kyongan Stream watershed.
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문제 정의
및 침강지(retention pond) 조성, 4) 하천수로에서의사면유실 및 하안보호를 위한 수로안정구조물 조성 등의최적영농관리방안을 SWAT 모델을 통해 모의하고자 하였다. 농업과학기술원(2005)에서 보고한 농경지 토양침식등급별 분포에 따르면 모의된 유역별 유사발생량은 “Lower”(6< ton/ha・year)에 해당되지만(Table 3), 토양보전 및 유사저감효과를 분석하기 위하여 위에서 언급한 관리방법을 유역내 비교적 밭 경작지가 우점한 소유역에 각각 적용하였다.
경안천 수변구역 내 천변저류지 모의는 경안천 생태습지조성계획에 따라 경안천으로 유입되는 지류 및 본류의 주요 지점(Fig. 3)에 수심이 0.3~0.5 m인 50 *400 m(2 ha) 의 습지와 수심이 1.5~2.0 m인 50 mx100 m(0.5 ha)의 저류지를 김형철 등(2008)과 함종화 등(2005)에 의한 연구를참고하여 저류지-습지 시스템의 구조로 조성하여 저류지를통한 전처리와 습지의 추가 처리효과를 유도하고자 하였다. 습지의 경우 평상시에는 0.
다양하게 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 유역 수문 수질 해석모델인 SWAT 을 이용하여 경안천 유역을 대상으로 다양한 수질관리 시나리오에 따른 영향을 평가해보았다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 경안천유역의 수질관리 영향을 모의하기위하여 비점원오염의 경우 수변구역의 녹지대 조성(시나리오 1)과 시비저감 및 농경지에서의 유사발생 저감 등의 최적영농관리(시나리오 2), 그리고 생태습지 및 저류지 등의천변저류지 조성(시나리오 3)을 SWAT 에서 평가하고자 하였으며, 친수공간 조성 및 환경기초시설 확충이라는 2010 년 정부계획(한강유역환경청, 2007)에 따라 점오염부하량삭감(시나리오 4)을 적용하여 경안천유역의 수질관리 영향을 평가하고자 하였다. 또한 유역관리의 복합적인 평가를위하여 위의 시나리오 1~4를 모두 적용하였을 경우(시나리오 5) 경안천 유역의 부하량 및 수질변화를 분석하였다.
따라서 물환경기본계획 및 4대강 살리기 사업에서는 수질오염방지를 위해 하천수변을 포함한 생태하천 복원 및 상수원수변을 생태벨트로 조성하는 계획을 추진 중이다. 본 연구에서는 수변구역 내에 녹지대(초지 및 수림대)를 조성하였을 경우 수질개선 효과를 모의하고자 하였다. 경안천 유역의 현재 고시로 지정된 수변구역의 면적은 Table 3과 같이약 35.
발생을 억제하는 수단이 있다. 본 연구에서는 이러한 관리효과를 모의하고자 하였다.
본 연구에서는 최근 팔당호 수질오염관리와 관련하여 관심이 모아지고 있는 경안천 유역의 수질관리 영향을 모의하기 위해 국내외에서 널리 검증된 SWAT 모델을 적용하였으며, SWAT 모델에서 적용 가능한 점원오염 및 비점원오염의 삭감 시나리오를 결정하여 시나리오별 저감효과 및수질변화를 분석하고자 하였다.
시나리오 4는 경안천중권역 물환경관리 계획(한강유역환경청, 2007)에 따라 경안천 유역의 용인시와 광주시에 11개소의 환경기초시설 중 경안천에 오염기여도가 높은 환경기초시설을 확충할 경우 즉, 기존 시설의 증설 및 고도처리시설의 추가설치를 통해 하수처리율을 향상시키고자 하였다. 전국 하수처리장 공정의 처리효율은 SS가 약 95%에 달하며, 영양물질은 약 60% 정도에 이른다(환경부, 2008).
가설 설정
습지 및 저류지 모의를 위한 수리학적부하는 1, 000 m3/ha, day, 습지 내 침전은 연중 매월 발생하며, 습지와 저류지 내의 sediment 초기 농도는 경안A와 경안B지점의 SS 평균농도인 20 mg/L로 입력하였다. Mitsch and Gossolink(2000) 에 의하면 습지의 sediment rate 는 0.25~0.76 m/year이며, 본 연구의 습지와 저류지에 대한 인의 침전율은 0.7 m/year, 질소의 침전율은 인의 절반 수준인 0.3 m/year로 가정하여 입력하였다. 그 밖의 천변저류지모의를 위한 입력인자들을 SWAT 의 *.
61 ton/ha을 가장 크게 발생하였다. 따라서 Table 5에 제시된 초생수로, 등고선재배 및 계단전, 토사트랩, 침강지, 그리고 수로안정구조물 등 토양보전 및 유사저감을 위한 관리를 모두 적용하는 것으로 가정하였다.
전국 하수처리장 공정의 처리효율은 SS가 약 95%에 달하며, 영양물질은 약 60% 정도에 이른다(환경부, 2008). 본 연구에서의 SS 와 영양물질 처리는 기존 하수처리효율의 50%를 추가 저감이 가능한 것으로 가정하였다. 현재 방류 수질이 높은 용인, 오포, 광주하수처리장의 수질이 SS가 50%, TN과 TP가 30%씩 감소하며, 시설용량이 20, 000 m3/day 이상인 곤지암하수처리장과 경안하수처리장은 시설 확충으로 SS가 50% 감소할 것으로 가정하였다(Table 7).
5 ha)의 저류지를 김형철 등(2008)과 함종화 등(2005)에 의한 연구를참고하여 저류지-습지 시스템의 구조로 조성하여 저류지를통한 전처리와 습지의 추가 처리효과를 유도하고자 하였다. 습지의 경우 평상시에는 0.6 x 104 m3, 강우시에는 1.25 x 104 m3 저류할 수 있고 저류지의 경우 평상시에는 0.75 X 104 m3, 강우 시에는 1.0 X 104 m3이 저류할 수 있는것으로 가정하였다. 습지 및 저류지 모의를 위한 수리학적부하는 1, 000 m3/ha, day, 습지 내 침전은 연중 매월 발생하며, 습지와 저류지 내의 sediment 초기 농도는 경안A와 경안B지점의 SS 평균농도인 20 mg/L로 입력하였다.
수자원의 지속적 확보기술개발사업의 일환으로 하수처리수의 농업용수 재이용 연구에 따르면 하수처리 방류수를 농업용수로 재이용할 경우 표준시비량의 40% 와 동일한 수확량을 얻을 수 있음을 보고하였다(과학기술부, 2006). 현재 국내 농경지에서는 퇴비나 관행시비가 이루어지고 있으므로 시나리오 2의 시비저감 방안에서는 하수처리수의 농업적 재이용을 통해 논벼와 밭작물 표준시비량의 60%를 절감하는 것으로 가정하여 관리기법에 대한효과를 모의하고자 하였다.
본 연구에서의 SS 와 영양물질 처리는 기존 하수처리효율의 50%를 추가 저감이 가능한 것으로 가정하였다. 현재 방류 수질이 높은 용인, 오포, 광주하수처리장의 수질이 SS가 50%, TN과 TP가 30%씩 감소하며, 시설용량이 20, 000 m3/day 이상인 곤지암하수처리장과 경안하수처리장은 시설 확충으로 SS가 50% 감소할 것으로 가정하였다(Table 7). 경안천중권역 물환경관리계획에 따른 하수도보급률 증가 및 환경기초시설의 신설계획은 상세한 자료의 부족으로 모의설계에 반영하지 않았다.
제안 방법
2). GIS 기반의 공간입력자료로서, 환경부 DEM (30 mx30 m)을 이용하여 하천도를 생성했으며, DEM과 하천 도를 이용해서 대상유역 경계를 추출하였다. BASINS의 소유역 자동분할 툴을 이용하여 18개의 소유역 경계를추출하였으며, 토지이용도는 환경부 환경지리정보서비스 (http://egis.
SWAT 을 이용하여 묘사한 수질관리방안은 수변구역의녹지대 조성(시나리오 1), 시비저감 및 농경지에서의 유사발생 저감 등의 최적영농관리(시나리오 2), 생태습지 및 저류지 등의 천변저류지 조성(시나리오 3), 환경기초시설 확충에 의한 점오염 삭감(시나리오 4), 그리고 유역관리의 복합적인 평가를 위하여 점원오염과 비점원오염을 동시에 고려하였을 경우(시나리오 5)로 구분하였다. 연도(2004~2008 년)별 시나리오에 대한 BMPs 저감효과에서 SS가 TN, TP 와 비교하여 뚜렷한 차이를 나타냈고, 시나리오별 저감효과의 정량적 분석에 있어서 SS 가 더 용이할 것으로 판단되었다.
Table 4와 같이 소유역별로 산출한 유사량을 참고로 경안천 유역 중 유사량이 연간 2 ton/ha 이하로 발생되는 유역의 경우 농경지 주변에 초생수로를 조성하고, 농경지 비율이 비교적 높고 연간 유사량이 2~4 ton/ha인 유역을 대상으로 초생수로, 등고선재배 및 계단전, 그리고 토사트랩등 다양한 최적영농관리방안를 조성하고자 하였으며, Arabi 등(2007), Bracmort 등(2006), Santhi 등(2006)의 연구에서제시한 값과 유역특성을 참고로 모델 내에서 입력변수들을적절하게 수정하였다(Table 5). 18번 소유역의 경우 5년 (2004~2008년)평균 강우량이 비교적 많았고, 이로 인한 연간 유사량이 4.
경안천 중권역 물환경관리계획의 수생태 건강성 복원, 비점오염원 관리비중 극대화, 환경기초시설 투자 합리화 및 효율 증진 등 세부추진 대책에 따라 경안천 유역의 복합적 유역관리 평가를 위하여 수변녹지대조성(시나리오 1), 최적 영농관리방안(시나리오 2), 천변저류지 조성(시나리오 3)의 비점원오염 제어를 위한 시나리오와 점원오염 삭감을 위한시나리오 4 등 위에서 언급한 모든 시나리오를 적용하였을경우 경안천 유역의 오염물질 저감효과를 평가하였다.
유역 내환경 기초시설은 하수종말처 리 장 11개소, 마을하수처 리 장 4 개소, 분뇨처리장 3개소, 축산폐수처리장 2개소로 총 20개소로 조사되었으며, 각 시설별 배출되는 방류량과 부유물질, 총질소 및 총인의 수질로부터 각각의 배출부하량을 산정하였다. 그리고 다시 하천 관측수질자료의 태별 질소 및인의 비율을 고려하여 모델 입력에 필요한 유기질소, 질산염, 아질산염, 암모늄, 인산염, 유기인 등의 모든 항목별 일단위 배출부하량을 소유역별로 각각 산정하였다.
기능을 이용하였다. 논벼와 배추, 옥수수, 콩 등의대표적인 밭작물에 대한 영농시기, 경작, 식재, 시비, 관개, 수확 등의 일련의 영농자료를 입력하여 일반적인 농업활동을 묘사하였다. 수자원의 지속적 확보기술개발사업의 일환으로 하수처리수의 농업용수 재이용 연구에 따르면 하수처리 방류수를 농업용수로 재이용할 경우 표준시비량의 40% 와 동일한 수확량을 얻을 수 있음을 보고하였다(과학기술부, 2006).
2%로 나타났다 (Table 1). 농업과학기술원의 1/25, 000 정밀토양도와 토양속성 DB 를 이용하여 토양도를 구축하였으며, 소유역별 토양특성과토지이용특성을 중첩하고 HRUs 를 생성하였다.
대상 유역의 기상자료, GIS 자료, 오염원자료 등을 수집하였고 BASINS to이을 이용하여 손쉽게 SWAT을 구축하였다(Fig. 2). GIS 기반의 공간입력자료로서, 환경부 DEM (30 mx30 m)을 이용하여 하천도를 생성했으며, DEM과 하천 도를 이용해서 대상유역 경계를 추출하였다.
보정을 수행하였다(Table 3). 또한 유사는 물의 이동에 영향을 많이 받으며, 영양물질의 경우 물의 이동 및 유사이동에 따라 변하기 때문에 모델의 보정은 유량, 유사, 영양물질 순서로 관련 매개변수를 수정하였다. 실측값에 대한 모델예측을 평가하기 위해 식 (1)과 (2) 처럼 NSE(Nash and Sutcliffe, 1970)와 % difference(ASCE, 1993) 및 실측값과의 단순한 비 (O/S ratio)를 산정하여 검토하였다.
평가하고자 하였다. 또한 유역관리의 복합적인 평가를위하여 위의 시나리오 1~4를 모두 적용하였을 경우(시나리오 5) 경안천 유역의 부하량 및 수질변화를 분석하였다.
등, 2009). 모델 적용성을 평가하기 위해 경안 A, B지점의 일별 유출량에 대해 NSE와 % difference 및 O/S ratio를 산정하였다(Table 8). 보정기간에는 NSE의 경우 경안 A는 “Fair” (0.
보정은 연중 일별자료를 중심으로 이루어졌으며, 매개변수 보정 방법에는 크게 시행착오법, 최적화기법에 의한 자동보정법 등이 있는데, 최근에는 다양한 최적 화기 법이 활용되고 있으며, SWAT의 경우 SCE-UA 최적화 방법(이도훈, 2006)이 유용되고 있다. 본 연구에서는 국내외 연구자들이 보고한 매개변수를 참고하여 유량 및 수질에 적절한 매개변수를 선정하여 허용범위 내에서 변화시키면서 단순시행 착오법에 의해 검.보정을 수행하였다(Table 3).
산포도는 분산도라고도 하며 변량 x 와 그 분포 F(x) 가 주어졌을 때, 그 분포의 중심적 위치의 측도를 m이라 할 때 F(x)의, m 주위에서 흩어져 있는 정도를 나타내는 기술적 지표이다. 본 연구에서는 실측값과 모의값의 관계를 분석하기 위해 두 변량간의 분포를 나타내었다(장재호 등, 2009). Flow, TN의 경우 실측값과 모의값이 1:1라인을 중심으로 집중되어 있는 반면에 SS 와 TP 의 경우 특정 기간에 과대.
나타났다. 유역에서의 시나리오별 수질관리 효과분석은 2004년부터 2008년까지 유역의 최종 출구지점에 대한 연간 오염배출량을 분석하였으며, 각 시나리오별 저감효과를 비교하였다.
유역모델의 적용에 있어 유역에 대한 전반적인 특성 즉, 유역 내 수문기작, 오염원의 유출기작 등을 고려하는 과학적 근거 하에 장기적인 변화의 예측이 이루어져야 보다 구체적인 분석이 가능하며, 그에 따른적절한 관리대책을 제시할 수 있다. 이를 위해 충분한 실측자료를 바탕으로 모델을 검. 보정 함으로써 모델결과의 신뢰성을 확보해야 하며, 검증된 모델로부터 도출된 결과를통해 유역의 오염물질 거동특성 규명은 물론, 장래 수문.
3). 이를 위해서 ArcGIS 및 Arcview 등의 buffer기능을 이용하여 경안천 유역의 수변구역 내 하천변 토지이용도를 초지로 변경하였고, 이를이용하여 모델을 구축하였다.
대상 데이터
본 연구의 대상지역인 경안천 유역은 동경 127°8'6"~ 127°26'50”, 북위 37°9'40”~37°29'27” 사이에 위치하고 있으며, 용인시 이동면과 원삼면의 경계인 문수봉 계곡에서 발원하여 광주시 초월면 지월리에서 곤지암천과 합류된 후팔당호로 유입된다(Fig. 1). 경안천 유역은 49.
경안천 유역의 수변구역 지정범위는 팔당호를 중심으로경안천 발원지까지를 대상으로 하며, 하천경계로부터 양쪽 1 km이내 지역으로서 환경부가 관할.지정하고 있다.
모델 적용 기간은 2004~2008년으로 이 기간에 대한 일별 강우자료와 증발산량 산정을 위해 일별 기온(최대. 최저기온), 풍속, 태양복사량 및 상대습도 자료는 수원, 양평, 이천 등의 기상청 관측소(Fig. 1) 자료를 이용하였으며, 각각의 기상인자에 대한 일별 자료를 dbf파일 형태로 작성하여 모델에 입력하였다. 수질 모의를 위한 기초자료로서, 점오염원에 대한 고려를 위해 2003년 전국 오염원 기초자료 (한강수계관리위원회, 2006)를 참고하여 경안천 유역의 모든 환경기초시설에 대한 방류량자료를 이용하였다.
모델의 보정은 2004년 8월부터 2006년까지, 검정은 2007년부터 2008년까지 수행되었으며, 2004년 8월부터 2008년까지 8일 간격으로 측정된 경안A 와 경안B 지점의 실측자료(한강물환경연구소, 2008)를 이용하여 모의하였다. 모델 검.
모의 결과의 안정화를 위해 2001~2003년을 준비 기간으로 추가 모의하였으며, 분석기간은 2004~2008년을 대상으로 하였다. 모델의 보정은 2004년 8월부터 2006년까지, 검정은 2007년부터 2008년까지 수행되었으며, 2004년 8월부터 2008년까지 8일 간격으로 측정된 경안A 와 경안B 지점의 실측자료(한강물환경연구소, 2008)를 이용하여 모의하였다.
1) 자료를 이용하였으며, 각각의 기상인자에 대한 일별 자료를 dbf파일 형태로 작성하여 모델에 입력하였다. 수질 모의를 위한 기초자료로서, 점오염원에 대한 고려를 위해 2003년 전국 오염원 기초자료 (한강수계관리위원회, 2006)를 참고하여 경안천 유역의 모든 환경기초시설에 대한 방류량자료를 이용하였다. 유역 내환경 기초시설은 하수종말처 리 장 11개소, 마을하수처 리 장 4 개소, 분뇨처리장 3개소, 축산폐수처리장 2개소로 총 20개소로 조사되었으며, 각 시설별 배출되는 방류량과 부유물질, 총질소 및 총인의 수질로부터 각각의 배출부하량을 산정하였다.
수질 모의를 위한 기초자료로서, 점오염원에 대한 고려를 위해 2003년 전국 오염원 기초자료 (한강수계관리위원회, 2006)를 참고하여 경안천 유역의 모든 환경기초시설에 대한 방류량자료를 이용하였다. 유역 내환경 기초시설은 하수종말처 리 장 11개소, 마을하수처 리 장 4 개소, 분뇨처리장 3개소, 축산폐수처리장 2개소로 총 20개소로 조사되었으며, 각 시설별 배출되는 방류량과 부유물질, 총질소 및 총인의 수질로부터 각각의 배출부하량을 산정하였다. 그리고 다시 하천 관측수질자료의 태별 질소 및인의 비율을 고려하여 모델 입력에 필요한 유기질소, 질산염, 아질산염, 암모늄, 인산염, 유기인 등의 모든 항목별 일단위 배출부하량을 소유역별로 각각 산정하였다.
이론/모형
모든실측치와 모의치 자료가 일치한다면 #을나타낼 것이다(장재호 등, 2009). 과거 10년 이상의 모델의적용사례와 연구 자료를 바탕으로 Donigian(2000)이 제시한일반적인 모델효율의 범위와 신뢰 구간을 이용하였다 (Table 2). 이 범위를 기초로 하여 유량의 경우 가능한 한 % difference < 15%, NSE > 0.
유출량의 경우 지표유출과 관련된 ESCO, CH_K2, CH_N2 및 SOL_AWC 와 기저유출 및 지하수 관련인자 ALPHA_BF, REVAPMN, GWQMN, GW_REVAP 등을 이용하여 보정하였다(장재호 등, 2009). 모델 적용성을 평가하기 위해 경안 A, B지점의 일별 유출량에 대해 NSE와 % difference 및 O/S ratio를 산정하였다(Table 8).
최적영농관리방안 중 관리기법(시비저감)에 대한 효과를모의하기 위해 SWAT 모델의 agricultural management ope ration 기능을 이용하였다. 논벼와 배추, 옥수수, 콩 등의대표적인 밭작물에 대한 영농시기, 경작, 식재, 시비, 관개, 수확 등의 일련의 영농자료를 입력하여 일반적인 농업활동을 묘사하였다.
성능/효과
TN의 경우 두 지점 모두 검.보정 기간에 걸쳐 % difference가 "Good” (25% 이하) 이상을 나타냈으며, TP의 경우 보정기간 동안 경안 A와 B, 검정기간은 경안 A에서 “Very good” (15% 이하)을 나타냈지만, 경안 B는 검정기간 동안 “Fair” (25~35%)의 수준에 있었다. O/S ratio의 경우 0.
GIS 기반의 공간입력자료로서, 환경부 DEM (30 mx30 m)을 이용하여 하천도를 생성했으며, DEM과 하천 도를 이용해서 대상유역 경계를 추출하였다. BASINS의 소유역 자동분할 툴을 이용하여 18개의 소유역 경계를추출하였으며, 토지이용도는 환경부 환경지리정보서비스 (http://egis.me.go.kr/egis) 에서 제공하는 1:25, 000 토지피복도를 참고하여 중분류 하였는데, 그 결과 산림이 65.0%, 농경지와 주거지역이 각각 16.4%, 11.2%로 나타났다 (Table 1). 농업과학기술원의 1/25, 000 정밀토양도와 토양속성 DB 를 이용하여 토양도를 구축하였으며, 소유역별 토양특성과토지이용특성을 중첩하고 HRUs 를 생성하였다.
87), % difference는 경안 A는 “Fair” (15~25%), 경안 B는 “Very good” (10% 이하)를 나타냈다. O/S ratio 의경우도 0.83~0.96 범위에서 1.0값에 근사하게 나타났으며, 유출량의 경우 모델이 실측유량의 경향을 잘 반영함을 알수 있었다. 전반적으로 경안천의 하류부인 경안 B지점에서실측자료의 경향과 좀 더 유사하게 나타났는데, 모의에 이용된 관측자료는 평수기 및 갈수기의 관측자료가 대부분이기 때문에 평수량 이하의 유출량 모의가 잘 반영된 결과로판단된다.
SWAT 모델의 모의결과에 의하면 SS의 BMPs 적용 전수 질은 5년(2004~2008년) 평균 49.21 mg/L이며 최적 영농관리(시나리오 2)를 통해 평균 33.59 mg/L까지 개선할 수 있었고, 점오염 및 비점오염 삭감대책(시나리오 5)을 통해 시나리오 2보다 약 3배가량 더 낮은 평균 10.63 mg/L까지 개선할 수 있는 것으로 나타났다. TN은 BMPs 적용 전 4.
63 mg/L까지 개선할 수 있는 것으로 나타났다. TN은 BMPs 적용 전 4.90 mg/L에서 시나리오 2 적용 후 4.71 mg/L, 시나리오 5 적용 후 3.59 mg/L까지 개선되었으며 TP는 0.245 mg/L에서 각각 0.231 mg/L, 0.173 mg/L까지 수질이 개선됨을 알 수 있었다. SS의 경우 점오염 및 비점오염 삭감대책 적용 후에는 현행 호소수질환경기준인 III등급을 만족하나 TN, TP 의 경우 V등급을 훨씬 초과하는 수준으로 팔당호 수질 개선을 위해서는 질소와 인 처리에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
8) 를 나타냈으며, % difference는 경안 A가 “Fair” (15~25%), 경안 B는 “Very good” (10% 이하)를 나타냈다. 검정기간에 대해서는 NSE의 경우 경안 A와 B 모두 “Very good” (0.92, 0.87), % difference는 경안 A는 “Fair” (15~25%), 경안 B는 “Very good” (10% 이하)를 나타냈다. O/S ratio 의경우도 0.
3%)로 TN과 유사한 범위를 나타내었다. 그리고 시나리오 5는 SS가 69.5%, Tn이26.3%, TP 가 32.4%를 나타내어 점오염 및 비점오염을 동시에 관리할경우 높은 수질개선효과를 얻을 수 있음을 시사하였다. BMPs 적용 전.
검. 보정기간 동안 경안 A와 B지점의 % difference는 모두 “Very good” (20% 이하)로 평가되었으며, 이‘S ratio는 0.92~1.14 수준으로 모의값이 실측자료의 경향을 적절히 묘사하는 것으로 나타났다. 영 양물질 검.
수변완충지 및 최적영농관리, 천변저류지 조성 및 환경기 초시설 확충 등 SWAT에서 다양한 BMPs 모의효과를 분석한 결과, 현재 조건과 비교하여 수질개선 효과가 나타났다. 유역에서의 시나리오별 수질관리 효과분석은 2004년부터 2008년까지 유역의 최종 출구지점에 대한 연간 오염배출량을 분석하였으며, 각 시나리오별 저감효과를 비교하였다.
시나리오 2(최적영농관리)의 경우 SS가 23, 565 ton/year로 평균 34.4%, TN이 1, 386, 621 kg/year로 평균 6.0%, TP가 71, 862 kg/year로 평균 10.7%가 각각 저감되어 비점오염 제어를 위한 단일 시나리오 중 가장 우수한 효율을 나타내었다. SWAT의 경우 HRU(Hydrological Response Unit)라는 계산단위를 통해 모델 입력 매개변수를 생성하고 유출 특성 및 오염물질 이동에 매우 중요한 역할을 한다.
연도(2004~2008 년)별 시나리오에 대한 BMPs 저감효과에서 SS가 TN, TP 와 비교하여 뚜렷한 차이를 나타냈고, 시나리오별 저감효과의 정량적 분석에 있어서 SS 가 더 용이할 것으로 판단되었다. 경안천 유역 말단부에서 SS의 연평균 감소율 정도는시나리오 2가 34.
유출량 및 SS, TN, TP에 대한 보정 및 검증을 통해 모델 평가지수를 산정한 결과, 유출량은 실측값을 잘 반영하였고 SS, TN, TP의 경우도 모의 경향이 실측자료와 전반적으로 유사하게 나타나 경안천 유역 전반에 걸친 정성적, 정량적 평가가 충분히 가능할 것으로 판단되었다.
순서로 나타났다. 점오염 및 비점오염에 대한 복합적인수질관리 대책인 시나리오 5를 제외하면 적절한 최적영농관리(시나리오 2)를 통해서 유사량을 효과적으로 저감할 수있고 영양물질의 경우 다른 시나리오에 비해 최적영농관리 (시나리오 2) 및 점오염 삭감 대책(시나리오 4) 등을 통해적절한 저감효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 농경지유실 방지를 위한 식물피복 및 구조적 방안 등은 SS 와 영양물질 저감에 효과적이며, 시비억제를 통한 영양물질 추가저감 등의 최적영농관리방안은 농업생산성을 최대화하고농업생태계의 지속성을 보전하며 농촌비점 원오염의 제어를위한 권장된 수단으로 자리잡아왔다(이승헌과 최우정, 2002).
Jung 등(2008)은 HSPF를 이용한 경안천 유역의 모델링 연구결과에서 시나리오별 수질개선 효과를 분석하였는데, 하수처리장의 처리효율이 30% 개선시 BOD, TN, TP가 14~20% 범위로, 50% 개선시 19~31% 정 도가 저감될 수 있음을 보고하였다. 점오염원의 비중이 큰경안천 유역의 경우 점오염원 관리에 따른 수질 및 부하량저감이 효과적이며, 비점오염원 제어와 비교하여 모델 내에서 보다 쉽게 묘사하고 적용할 수 있음을 알 수 있었다.
후속연구
173 mg/L까지 수질이 개선됨을 알 수 있었다. SS의 경우 점오염 및 비점오염 삭감대책 적용 후에는 현행 호소수질환경기준인 III등급을 만족하나 TN, TP 의 경우 V등급을 훨씬 초과하는 수준으로 팔당호 수질 개선을 위해서는 질소와 인 처리에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
SWAT 모델은 이미 TMDL 및 유역관리에 있어 그 적용성이 널리 입증되었으나 적용하고자 하는 대상지역의 충분한 입력자료를 기반으로 모델의 정확한 모의가 이루어져야 결과의 신뢰성을 뒷받침할 수 있으며, 저감 시나리오를 정확하게 묘사하기에는 분명한 한계점들이 따르기 때문에 본연구 결과의 검증을 위해서 이를 극복할 수 있는 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 오염이 심각한 유역을 대상으로 적합한 BMPs 를 도입하기 위하여 각각의 시나리오에 대한 경제성 측면을 검토하는 연구도 반드시 병행되어야 할 것이다.
SS의 경우 시나리오별 저감효율은 적용 전의 연평균 유사발생량인 36, 154 ton/year 를 초과하는 년도가 한 번도 발생하지 않았으며, TN과 TP 도 동일한 결과를 나타내었다. 또한 SS 의 연도별 시나리오별 저감효과는 TN, TP와 비교하여 뚜렷한 차이를 나타내어 시나리오별 저감효과의 정량적 분석이 더 용이할 것으로 판단되었다. Table 9에 의하면 시나리오 1(수변구역 녹지대 조성)의 경우 시나리오 적용 전에는 SS 가 36, 154 ton/year, TN이 1, 475, 772 kg/year, TP가 80, 501 kg/year이 었는데, 시나리오 적용 후에는 SS가 31, 440 ton/year로 평균 13.
필요할 것으로 판단된다. 또한 오염이 심각한 유역을 대상으로 적합한 BMPs 를 도입하기 위하여 각각의 시나리오에 대한 경제성 측면을 검토하는 연구도 반드시 병행되어야 할 것이다.
보정 함으로써 모델결과의 신뢰성을 확보해야 하며, 검증된 모델로부터 도출된 결과를통해 유역의 오염물질 거동특성 규명은 물론, 장래 수문. 수질환경의 변화에 따른 영향을 평가할 수 있고, 비점오염저감에 필요한 다양한 관리기법의 효과분석에 활용될 수있다.
BMPs 적용 전.후의 수질개선정도는 시나리오 5 적용 후 SS가 10.63 mg/L로 현행 호소수질환경 기준의 III등급 수준을 만족하나 TN과 TP의 경우 각각 3.59 mg/L, 0.173 mg/L 로 V등급을 초과하는 수준으로 영양물질에 대한 추가적인 관리방안이 필요할 것으로 판단되었다.
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