최근 비점오염원에 대한 관심이 높아지면서, 환경부 및 유관단체를 중심으로 노면 유출수를 포함한 비점오염원(Non point source)에 대한 현황 조사 및 처리 방법에 대한 관심이 증가하고 있다. 고속도로 휴게소 주차장 노면 유출수는 고속도로 본선 노면 유출수보다 유해물질 오염도가 높을 것으로 예상되어, 본 연구는 이 지역의 노면 유출수 오염도 조사를 통해 유출수 평가 및 노면 유출수 저감시설의 저감효과를 분석하여 휴게소 노면유출수 관리방안을 수립하는 것을 목적으로 하고 있다. 휴게소지점에 대한 강우 유출수 분석 결과 포장지역의 특성인 초기강우현상을 볼 수 있었으며, 강우초기에 입자상물질은 중금속과 결합하여 다량 유출되는 특성을 나타내었다. 휴게소 지점의 강우유출수에 대한 오염물질별 EMC에 대한 95% 확신범위로는 TSS 128.2-273.4mg/L, COD 145.4-310.1mg/L, TN 6.1-11mg/L, TP 1.9-2.9mg/L의 범위로 분석되어 고속도로에서 유출되는 강우유출수와 비슷한 수준으로 유출되는 것으로 분석되었으나, 중금속의 경우 고속도로에 비해 고농도의 중금속이 유출되는 것으로 나타났는데, 이것은 차량 정차시 브레이크 패드나 타이어의 마모등에 의한 것으로 판단된다. 휴게소지점에 대한 면적당 발생되는 부하량 통계분석결과, TSS의 평균 부하량은 $1411.6mg/m^2$로 산정되었으며, COD $709.7mg/m^2$, TN $44.0mg/m^2$, TP $10.4mg/m^2$로 산정되었다. 중금속의 경우 Total Cu $12927.4{\mu}g/m^2$, Total Fe$32074.4{\mu}g/m^2$, Total Pb $40371{\mu}g/m^2$, Total Ni$10679.2{\mu}g/m^2$로 산정되었다.
최근 비점오염원에 대한 관심이 높아지면서, 환경부 및 유관단체를 중심으로 노면 유출수를 포함한 비점오염원(Non point source)에 대한 현황 조사 및 처리 방법에 대한 관심이 증가하고 있다. 고속도로 휴게소 주차장 노면 유출수는 고속도로 본선 노면 유출수보다 유해물질 오염도가 높을 것으로 예상되어, 본 연구는 이 지역의 노면 유출수 오염도 조사를 통해 유출수 평가 및 노면 유출수 저감시설의 저감효과를 분석하여 휴게소 노면유출수 관리방안을 수립하는 것을 목적으로 하고 있다. 휴게소지점에 대한 강우 유출수 분석 결과 포장지역의 특성인 초기강우현상을 볼 수 있었으며, 강우초기에 입자상물질은 중금속과 결합하여 다량 유출되는 특성을 나타내었다. 휴게소 지점의 강우유출수에 대한 오염물질별 EMC에 대한 95% 확신범위로는 TSS 128.2-273.4mg/L, COD 145.4-310.1mg/L, TN 6.1-11mg/L, TP 1.9-2.9mg/L의 범위로 분석되어 고속도로에서 유출되는 강우유출수와 비슷한 수준으로 유출되는 것으로 분석되었으나, 중금속의 경우 고속도로에 비해 고농도의 중금속이 유출되는 것으로 나타났는데, 이것은 차량 정차시 브레이크 패드나 타이어의 마모등에 의한 것으로 판단된다. 휴게소지점에 대한 면적당 발생되는 부하량 통계분석결과, TSS의 평균 부하량은 $1411.6mg/m^2$로 산정되었으며, COD $709.7mg/m^2$, TN $44.0mg/m^2$, TP $10.4mg/m^2$로 산정되었다. 중금속의 경우 Total Cu $12927.4{\mu}g/m^2$, Total Fe $32074.4{\mu}g/m^2$, Total Pb $40371{\mu}g/m^2$, Total Ni $10679.2{\mu}g/m^2$로 산정되었다.
The stormwater runoff from rest areas in highways are known as more polluted compared to highways because of more vehicle activities. This study is performed to find pollutant characteristics in the rest areas in the magnitude of statistical pollutant concentrations during storms. Washoff characteri...
The stormwater runoff from rest areas in highways are known as more polluted compared to highways because of more vehicle activities. This study is performed to find pollutant characteristics in the rest areas in the magnitude of statistical pollutant concentrations during storms. Washoff characteristics of pollutants from rest areas by monitoring of rainfall, runoff rate and runoff samples were evaluated. High concentrations of pollutants in runoff were observed at the beginning of runoff and rapid decrease thereafter, indicating that first-flush effects are clearly occurred. Event Mean Concentrations(EMCs) of TSS, COD, TN, and TP are estimated to be in the range of 31.04-127.11mg/L, 35.5-369.5mg/L, 2.62-9.86 mg/L, and 0.53-1.96mg/L, respectively. Heavy metals in runoff showed relatively high values, possibly due to the abrasion of brake pad or tire while cars are slowly moving for parking. EMCs of total Pb, total Cu, and total Ni are in the range of $1206-16293{\mu}g/L$, $237-7906{\mu}g/L$, and $53-6372{\mu}g/L$, respectively. Pollutant loading per rest area calculated by using EMC, flowrate and target area is also described for each pollutant.
The stormwater runoff from rest areas in highways are known as more polluted compared to highways because of more vehicle activities. This study is performed to find pollutant characteristics in the rest areas in the magnitude of statistical pollutant concentrations during storms. Washoff characteristics of pollutants from rest areas by monitoring of rainfall, runoff rate and runoff samples were evaluated. High concentrations of pollutants in runoff were observed at the beginning of runoff and rapid decrease thereafter, indicating that first-flush effects are clearly occurred. Event Mean Concentrations(EMCs) of TSS, COD, TN, and TP are estimated to be in the range of 31.04-127.11mg/L, 35.5-369.5mg/L, 2.62-9.86 mg/L, and 0.53-1.96mg/L, respectively. Heavy metals in runoff showed relatively high values, possibly due to the abrasion of brake pad or tire while cars are slowly moving for parking. EMCs of total Pb, total Cu, and total Ni are in the range of $1206-16293{\mu}g/L$, $237-7906{\mu}g/L$, and $53-6372{\mu}g/L$, respectively. Pollutant loading per rest area calculated by using EMC, flowrate and target area is also described for each pollutant.
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문제 정의
고속도로 휴게소 주차장 노면 유출수는 고속도로 본선 노면 유출수보다 유해물질 오염도가 높을 것으로 예상되어, 본 연구는 이 지역의 노면 유출수 오염도 조사를 통해 유출수 특성을 평가하여 휴게소 노면유출수 관리방안을 수립하는 것을 목적으로 하고 있다.
따라서, 본 연구에서는 휴게소의 노면 유출수 오염도 조사를 통해 오염도 평가 및 향후 휴게소에서의 비점 오염물질의 괸리방안을 수립하는데 기초자료를 제공하고자 한다. 구체적인 목표는 강우시 휴게소로부터 유출되는 비점오염물질의 정량적 양과 유출량 산정을 통해 오염물질의 유출경향을 파악하며 초기강우 현상을 정성적으로 파악한다.
특히, 고속도로 휴게소 주차장 유출수는 고속도로 본선 노면 유출수 보다 유해물질 오염도가 높을 것으로 예상되어, 환경영향평가의 주요 이슈로 부각될 수 있으며, 도로 주변 민가들로부터 주요 민원 사항으로 제기될 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 휴게소의 노면 유출수 오염도 조사를 통해 오염도 평가 및 향후 휴게소에서의 비점 오염물질의 괸리방안을 수립하는데 기초자료를 제공하고자 한다. 구체적인 목표는 강우시 휴게소로부터 유출되는 비점오염물질의 정량적 양과 유출량 산정을 통해 오염물질의 유출경향을 파악하며 초기강우 현상을 정성적으로 파악한다.
제안 방법
이러한 값은 휴게소 지역으로부터 발생되는 오염물질의 유출 및 예측에 중요한 자료로 사용될 수 있다. 각 강우사상에 대하여 채취된 수질 시료는 냉장보관하여 실험실로 빠른 시간 내에 운반하였으며 분석이 이루어졌다.
본 연구에서 수행한 모니터링 프로그램은 국내에서도 많이 적용하는 방법으로서 미국 EPA 와 California 교통국 공동으로 수행한[고속도로 초기우수 관리]에서 적용한 방법을 선택하여 수행하였다(Caltrans, 2004). 강우가 시작된 후 강우량은 기상청 자료를 활용하였으며 노면 유출량은 1분 단위로 측정이 이루어져 기록하였다. 유출되는 유출수의 수질 특성을 파악하기 위하여 강우가 시작된 직후 첫 번째 수질샘플이 채취되었으며, 향후 15분까지 5분 간격으로 수질모니터링이 이루어졌으며, 30분까지는 15분 단위로, 그리고 30분 간격으로 1시간 동안 이루어졌다.
유출되는 유출수의 수질 특성을 파악하기 위하여 강우가 시작된 직후 첫 번째 수질샘플이 채취되었으며, 향후 15분까지 5분 간격으로 수질모니터링이 이루어졌으며, 30분까지는 15분 단위로, 그리고 30분 간격으로 1시간 동안 이루어졌다. 그리고 1시간 이후에는 강우유출이 끝날 때까지 1시간 간격으로 수질 모니터링을 수행하였다. 이러한 모니터링 프로그램은 초기강우의 중요성을 인식하여 강우 유출 초기 1시간 동안 집중적인 모니터링을 통하여 초기강우의 특성을 파악하고자 하는 이유 때문이다.
EMC는 전체 강우지속시간 T시간 동안 유출된 전체 누적 오염물질의 양을 전체 누적 유출량으로 나누어 계산할 수 있으며, 강우에 의해 유출되는 오염물질의 부하량 산정을 위해서는 유량가중평균농도인 EMC의 정밀한 산정이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 식(1)을 이용하여 각 지점별 강우사상에 대한 EMC를 산정한 후, 산정된 EMC에 대한 통계학적 대표성을 찾기 위하여 통계분석을 행하였다.
강우가 시작된 후 강우량은 기상청 자료를 활용하였으며 노면 유출량은 1분 단위로 측정이 이루어져 기록하였다. 유출되는 유출수의 수질 특성을 파악하기 위하여 강우가 시작된 직후 첫 번째 수질샘플이 채취되었으며, 향후 15분까지 5분 간격으로 수질모니터링이 이루어졌으며, 30분까지는 15분 단위로, 그리고 30분 간격으로 1시간 동안 이루어졌다. 그리고 1시간 이후에는 강우유출이 끝날 때까지 1시간 간격으로 수질 모니터링을 수행하였다.
휴게소 지역도 포장지역에 포함되는 것으로 포장지역에서 볼 수있는 초기강우 현상을 볼 수 있었고, 배출 농도를 Polluto- 및 Hydro-graphs를 통하여 정량적으로 또는 정성적으로 나타내어 분석하였다. 즉, 휴게소 지점에 대한 강우사상별 오염물질의 Polluto- 및 Hydro-graphs를 정리하여 강우지속기간에 따른 강우량의 변화, 오염물질의 농도 변화 및 유출율의 변화를 파악하였으며 자료가 방대함에 따라 본 논문에서는 5월 22일에 수행된 모니터링 결과만을 나타내었다.
채취된 시료는 유출되는 오염물질의 항목을 파악하기 위하여 입자상 물질, 유기물질, 영양염류, 중금속 등으로 분석이 이루어졌으며, 자세한 분석항목은 표 1에 나타내었다.
이러한 특징은 점오염원과는 전혀 다른 특징이므로 유출수율 및 농도의 변화는 모니터링 계획수립 시 중요하게 고려되어야 하는 것으로 그 결과를 Polluto- 및 Hydro-graphs으로 분석하였다. 휴게소 지역도 포장지역에 포함되는 것으로 포장지역에서 볼 수있는 초기강우 현상을 볼 수 있었고, 배출 농도를 Polluto- 및 Hydro-graphs를 통하여 정량적으로 또는 정성적으로 나타내어 분석하였다. 즉, 휴게소 지점에 대한 강우사상별 오염물질의 Polluto- 및 Hydro-graphs를 정리하여 강우지속기간에 따른 강우량의 변화, 오염물질의 농도 변화 및 유출율의 변화를 파악하였으며 자료가 방대함에 따라 본 논문에서는 5월 22일에 수행된 모니터링 결과만을 나타내었다.
대상 데이터
본 연구에서 국내 고속도로 휴게소의 지역특성에 따른 강우유출수의 특성을 평가하기 위하여 사전현장조사를 실시한 후 차량의 이용량이 많은 경기도 지역의 A 휴게소를 대상 지역으로 선정하였다. 이 지역의 총 면적은 14,735m2이다.
데이터처리
수리수문 및 농도곡선에 의하면, 강우 초기 1시간 이내에 다량의 오염물질이 유출되는 것으로 나타났다. 따라서 강우유출 초기 1시간 이내의 오염물질 유출특성을 면밀히 검토하기 위하여 휴게소지점의 농도자료를 활용하여 통계분석을 수행하였으며, 그 결과가 그림 2, 3에 나타나 있다.
비점오염물질은 강우에 의해서 유역에서 유출되며 강우유출수의 농도는 유출되는 유출량과 밀접한 관계를 보이기 때문에 유출농도 그래프(Polluto-graph)와 수문그래프(Hydrograph)는 동시에 표시하여 분석하여야 한다. 이러한 특징은 점오염원과는 전혀 다른 특징이므로 유출수율 및 농도의 변화는 모니터링 계획수립 시 중요하게 고려되어야 하는 것으로 그 결과를 Polluto- 및 Hydro-graphs으로 분석하였다. 휴게소 지역도 포장지역에 포함되는 것으로 포장지역에서 볼 수있는 초기강우 현상을 볼 수 있었고, 배출 농도를 Polluto- 및 Hydro-graphs를 통하여 정량적으로 또는 정성적으로 나타내어 분석하였다.
휴게소 지점의 유출되는 중금속의 정량적인 분포를 파악하기 위하여 통계분석을 실시하였으며, 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다. 강우유출수내 각 중금속에 대한 최소값과 최대값의 범위를 살펴보면, Total Cd이 0-1230㎍/L, Total Cr이 0-4680㎍/L, Total Cu가 60-8310㎍/L 및 Total Fe가 780-47700㎍/L의 범위를 나타내고 있다.
이론/모형
본 연구에서 수행한 모니터링 프로그램은 국내에서도 많이 적용하는 방법으로서 미국 EPA 와 California 교통국 공동으로 수행한[고속도로 초기우수 관리]에서 적용한 방법을 선택하여 수행하였다(Caltrans, 2004). 강우가 시작된 후 강우량은 기상청 자료를 활용하였으며 노면 유출량은 1분 단위로 측정이 이루어져 기록하였다.
성능/효과
각 오염물질별 평균농도를 살펴보면, TSS의 경우 200.8 mg/L, COD가 277.7mg/L, TN 8.54mg/L, TP 2.42 mg/L값을 보이고 있으며, 고속도로에서 유출되는 강우유출수와 비교시 거의 비슷한 수준으로 유출되는 것으로 분석되었다. 오염물질별 95% 확신범위를 살펴보면, TSS가 128.
강우지속시간에 따라 휴게소 노면으로부터 세정되는 분당 오염물질 제거량(mg/L/min)을 그림 4에 나타내었다. 강우로 인한 유출은 강우지속 시간 5분에서 그 값이 가장 큰 것으로 나타났고, 강우지속시간이 길어짐에 따라 그 값이 현저히 낮아지는 것으로 나타났으며, 이것은 초기강우 영향이 그 시간 안에 지배적으로 발생하였음을 의미한다.
9㎍/L로 분석되었다. 결과적으로 Cu, Fe, Zn 함량은 주로 높게 나타났으나, 고속도로에서 유출되는 중금속의 결과와 비교 시 고농도의 중금속이 유출되는 것으로 나타났다.
2m2의 범위로 나타났다. 고속도로와 비교시 휴게소 면적당 유출되는 중금속 부하량이 높은 것으로 분석되었고, 이러한 원인으로는 차량이 정차하면서 브레이크 패드나 타이어의 마모 등으로 인하여 중금속 농도가 높게 나타난 것으로 판단된다.
21mm/hr까지 다양한 분포를 나타났다. 오염물질 유출량에 영향을 끼치는 중요한 인자인 유출율 범위를 분석한 결과 불투수층이 높은 토지이용에서 나타나는 특성으로 나타났으나, 강우사상 4회의 유출 계수값은 적은 강우량과 강우지속시간이 짧은 이유로 인한 것으로 판단된다. 이러한 값은 휴게소 지역으로부터 발생되는 오염물질의 유출 및 예측에 중요한 자료로 사용될 수 있다.
42 mg/L값을 보이고 있으며, 고속도로에서 유출되는 강우유출수와 비교시 거의 비슷한 수준으로 유출되는 것으로 분석되었다. 오염물질별 95% 확신범위를 살펴보면, TSS가 128.2-273.4mg/L, COD는 145.4-310.1mg/L의 범위로 나타났다. 영양물질의 95% 확신범위의 경우, TN이 6.
산정된 EMC를 이용하여 휴게소 지점의 유역면적에 대한 오염물질의 유출 부하량 통계분석결과를 표 7에 나타내고 있다. 통계분석결과 TSS의 평균 부하량은 1411.6mg/m2로 나타났으며, COD는 709.7mg/m2, TN 44.0mg/m2, TP는 10.4mg/m2로 산정되었다. 중금속의 평균 부하량은 Total Cu가 12927.
통계분석을 통한 평균 농도를 살펴보면 Total Cd이 295㎍/L, Total Cr이 1067.1㎍/L, Total Cu가 2159.3㎍/L 및 Total Fe가 7145.7㎍/L의 값을 나타내고 있으며, Total Ni이 1532.8㎍/L, Total Pb가 4644㎍/L 그리고 Total Zn이 1508㎍/L의 값을 나타내고 있다. 95% 통계학적 농도의 확신범위를 보면, Total Cd이 173.
휴게소 지점의 강우유출수에 대한 오염물질별 EMC에 대한 95% 확신범위로는 TSS 128.2-273.4mg/L, COD 145.4-310.1mg/L, TN 6.1-11mg/L, TP 1.9-2.9mg/L의 범위로 분석되어 고속도로에서 유출되는 강우유출수와 비슷한 수준으로 유출되는 것으로 분석되었으나, 중금속의 경우 고속도로에 비해 고농도의 중금속이 유출되는 것으로 나타났는데, 이것은 차량 정차시 브레이크 패드나 타이어의 마모등에 의한 것으로 판단된다.
휴게소지점에 대한 강우유출수 분석결과 포장지역의 특성인 초기강우현상을 볼 수 있었으며, 강우초기에 입자상물질은 중금속과 결합하여 다량 유출되는 특성을 나타내었다.
휴게소지점에 대한 면적당 발생되는 부하량 통계분석결과, TSS의 평균 부하량은 1411.6mg/m2로 산정되었으며, COD 709.7mg/m2, TN 44.0mg/m2, TP 10.4mg/m2로 산정되었다. 중금속의 경우 Total Cu 12927.
후속연구
오염물질 유출량에 영향을 끼치는 중요한 인자인 유출율 범위를 분석한 결과 불투수층이 높은 토지이용에서 나타나는 특성으로 나타났으나, 강우사상 4회의 유출 계수값은 적은 강우량과 강우지속시간이 짧은 이유로 인한 것으로 판단된다. 이러한 값은 휴게소 지역으로부터 발생되는 오염물질의 유출 및 예측에 중요한 자료로 사용될 수 있다. 각 강우사상에 대하여 채취된 수질 시료는 냉장보관하여 실험실로 빠른 시간 내에 운반하였으며 분석이 이루어졌다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초기강우 현상이란 무엇입니까?
또한 포장지역에서 유출되는 비점오염물질의 가장 큰 특징은 초기강우 현상이다. 초기강우 현상이란 강우가 발생하고 유출이 시작된 이후 일정기간 동안 고농도로 오염물질의 유출이 일어나는 현상을 의미한다. 포장지역의 경우 이러한 초기강우가 끝나고 난 이후에는 유출수내 오염물질의 농도는 급격하게 감소하는 경향을 보인다(Bertrand-Krajewski et al.
비점오염물질의 경우 관리에 어려움이 많은 이유는 무엇입니까?
비점오염물질은 다양한 토지이용에서 발생되어 축적되어 있다가 발생되는 강우에 의해서 집중적으로 유출되는 특징때문에 관리에 어려움이 많다. 특히 포장률이 높고 많은 차량의 운행으로 인하여 오염물질의 축적이 높은 고속도로, 도로 및 도시지역의 경우에는 비점오염원 관리를 위한 처리시설 설치가 가능한 면적의 제한으로 인하여 최적 관리방안 수립이 절실히 요구되는 토지이용이다(Bertrand-Krajewski et al.
선진국들이 포장된 지역을 우선 관리순위로 정하여 비점오염물질을 관리하는 이유는 무엇입니까?
미국을 비롯한 선진국들은 다양한 비점오염원 중에서 도로, 주차장 및 교량 등과 같은 포장된 지역을 우선 관리순위로 정하여 비점오염물질을 관리하고 있다. 그 이유는 포장지역이 강우 유출계수가 크며, 많은 인간 및 차량의 활동으로 인하여 오염물질의 유출 부하량이 면적에 비하여 상당히 높기 때문이다 (Kim et al., 2003, 2005a, 2005b).
Bertrand-Krajewski, J., Chebbo, G., and Saget, A. (1998) " Distribution of pollutant mass vs volume in stormwater discharges and the first flush phenomenon", Wat. Res., 32(8), pp. 2341-2356 .
Charbeneau, R.J., and Barrett, M.E. (1998) "Evaluation of methods for estimating stormwater pollutant loads", J. of Water Environmental Research, 70(7), pp. 1295-1302.
Kim, Lee-Hyung (2003), "Determination of Event Mean Concentrations and First Flush Criteria in Urban Runoff", Environmental Engineering Research, 8(4), pp. 163-176.
Kim, Lee-Hyung, Masoud Kayhanian, Sim-Lin Lau and Michael K. Stenstrom (2005a) " A new modeling approach in estimating first flush metal mass loading", Wat. Sci. & Tech. 51(3-4), pp. 159-167.
Kim, L.-H., K.-B. Kim, K.-H. Lim, H.-M. Kang, J.-H. Lim, and S.-O. Ko (2005b) "Dynamic EMCs and first flush criteria in highway storm runoff in Korea", The 9th IWA Specialized Conference on Diffuse pollution, Johannesburg, South Africa.
Wu, J.S., Allan, C.J., Saunders, W.L., and Evett, J.B. (1998) "Characterization and pollutant loading estimation for highway runoff", J. of Environmental Engineering, 124(7), pp. 584-592.
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