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문제 정의
- 본 연구는 강우 시 중소도시지역에서 강우유출수와 함께 하천으로 유입되는 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 유역 면적 중에서 중소도시지역이 대부분인 충청북도 보은군 보은읍 삼산리에 위치한 중초천(지방2급 하천)말단을 선정하였다. 강우 시 발생하는 비점오염물질의 지속적인 모니터링을 통해 다양한 데이터베이스를 구축함으로써 향후 비점오염물질의 적절한 관리방안을 마련하기 위한 기초자료로 제공하고자 한다.
- 본 연구는 강우 시 중소도시지역에서 강우유출수와 함께 하천으로 유입되는 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 수행되었다. 연구 결과 유량이 증가함에 따라 SS, BOD, CODMn, T-P의 농도도 증가하는 것으로 나타났다.
제안 방법
- 그리고 강우 시 강우유출수에 의해 발생된 비점오염물질의 초기유출특성을 분석하기 위해 누적유출유량에 따른 누적오염부하량 비를 산정하였고 초기세척의 발생 여부는 각각의 강우와 수질항목을 바탕으로 Mass First Flush Ratio(MFF, 초기세척비율)를 산정하여 수치화함으로써 확인하였다(Han 등, 2006; Ma, 2002).
- 채수된 시료는 4℃이하로 보관하여 24시간 이내로 실험실로 즉시 운반하여 실험하였고 분석 항목은 SS, BOD, CODMn, T-N, T-P로 수질오염공정시험방법(환경부, 2007)과 Standard method(APHA 등, 1999)에 따라 분석하였다. 분석된 결과를 바탕으로 강우 시 대상유역에서 발생한 오염물질의 총량을 강우유출수의 양으로 나눈 값인 Event Mean Concentration(EMC, 유량가중평균농도)을 이용하여 유출유량부피를 고려하였으며 이를 통해 Site Mean Concentration(SMC, 지역평균농도)을 산정하였다. 그리고 강우 시 강우유출수에 의해 발생된 비점오염물질의 초기유출특성을 분석하기 위해 누적유출유량에 따른 누적오염부하량 비를 산정하였고 초기세척의 발생 여부는 각각의 강우와 수질항목을 바탕으로 Mass First Flush Ratio(MFF, 초기세척비율)를 산정하여 수치화함으로써 확인하였다(Han 등, 2006; Ma, 2002).
- 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 강우가 시작되고 유량이 증가하여 첨두유량에 도달할때까지 30분 간격으로 채수하다가 유량이 감소하면서 부터는 1∼2시간 간격으로 조절하여 채수를 하였으며 시료는 자동채수기(Sigma 900)에 의해 채수되었다.
대상 데이터
- 본 연구는 강우 시 강우유출수의 유출 특성을 파악하기 위해 2008년 6월부터 2008년 10월까지 5개월에 걸쳐 수행되었으며 총 5회의 강우사상에 대하여 모니터링한 결과는 Table 2에 나타낸 바와 같다. 모니터링기간 동안의 총 강우량은 9.
- 본 연구는 강우 시 중소도시지역에서 강우유출수와 함께 하천으로 유입되는 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 수행되었으며 선정된 조사대상지는 Fig. 1에 나타난 바와 같다. 조사대상지는 충청북도 보은군 보은읍 삼산리에 위치한 중초천(지방2급 하천)말단으로써 북위 36° 28′45″, 동경 127° 43′07″, 고도 154 m인 지점으로 선정되었다.
- 본 연구는 강우 시 중소도시지역에서 강우유출수와 함께 하천으로 유입되는 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 유역 면적 중에서 중소도시지역이 대부분인 충청북도 보은군 보은읍 삼산리에 위치한 중초천(지방2급 하천)말단을 선정하였다. 강우 시 발생하는 비점오염물질의 지속적인 모니터링을 통해 다양한 데이터베이스를 구축함으로써 향후 비점오염물질의 적절한 관리방안을 마련하기 위한 기초자료로 제공하고자 한다.
- 조사대상지는 충청북도 보은군 보은읍 삼산리에 위치한 중초천(지방2급 하천)말단으로써 북위 36° 28′45″, 동경 127° 43′07″, 고도 154 m인 지점으로 선정되었다.
이론/모형
- 유량은 회전식 유속계(Model 2100)를 이용하여 ISO 2425의 단일측정방법 중 하나인 유속-면적법(VelocityArea Method)에 의해 15분 간격으로 연속 측정되었고 기상관측자료는 기상청의 5분 강우자료를 이용하였다. 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 강우가 시작되고 유량이 증가하여 첨두유량에 도달할때까지 30분 간격으로 채수하다가 유량이 감소하면서 부터는 1∼2시간 간격으로 조절하여 채수를 하였으며 시료는 자동채수기(Sigma 900)에 의해 채수되었다.
- 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 강우가 시작되고 유량이 증가하여 첨두유량에 도달할때까지 30분 간격으로 채수하다가 유량이 감소하면서 부터는 1∼2시간 간격으로 조절하여 채수를 하였으며 시료는 자동채수기(Sigma 900)에 의해 채수되었다. 채수된 시료는 4℃이하로 보관하여 24시간 이내로 실험실로 즉시 운반하여 실험하였고 분석 항목은 SS, BOD, CODMn, T-N, T-P로 수질오염공정시험방법(환경부, 2007)과 Standard method(APHA 등, 1999)에 따라 분석하였다. 분석된 결과를 바탕으로 강우 시 대상유역에서 발생한 오염물질의 총량을 강우유출수의 양으로 나눈 값인 Event Mean Concentration(EMC, 유량가중평균농도)을 이용하여 유출유량부피를 고려하였으며 이를 통해 Site Mean Concentration(SMC, 지역평균농도)을 산정하였다.
성능/효과
- 하지만 T-N은 모든 이벤트에서 기저, 최대, 최소농도는 비슷한 경향을 나타내었는데 이는 T-N의 경우 유출유량에 의해 희석된 것으로 사료된다. 1차와 4차 이벤트의 수질농도를 분석해 보면 강우강도는 비슷하나 강우량이 1차가 4차 이벤트에 비해 약 2배 많은 것을 볼 수 있는데 각 수질항목의 첨두농도는 1차가 4차 이벤트에 비해 높다는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 강우량은 강우유출수와 밀접한 관련이 있는 것으로 판단된다.
- 따라서 비점오염물질의 유출특성을 보다 면밀히 파악하기 위해서는 앞으로 지속적인 모니터링을 통해 다양한 데이터베이스를 구축하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 5차 이벤트의 경우 선행무강우일수가 16.5일로 상당히 길었으나 각수질항목별 기저, 최대, 최소농도는 크게 다르지 않은 것을 볼 수 있는데 이를 통해 적은 강우량과 약한 강우강도는 본 연구 대상지에 영향을 끼치지 않는다는 것을 확인 할 수 있다.
- 3에 나타낸 바와 같다. SS, BOD, T-P는 초기세척효과가 관찰되었고 이벤트 별로 다양한 유출특성이 나타났다. 1차 이벤트는 SS, T-P 항목에서 초기세척효과가 나타났고 SS>T-P 순으로 뚜렷하게 관찰되었다.
- 그리고 2차 이벤트는 SS, BOD, T-P 항목에서 초기세척효과가 나타났고 SS>T-P>BOD 순으로 뚜렷하게 관찰되었다.
- 이를 통해 강우량은 강우유출수와 밀접한 관련이 있는 것으로 판단된다. 또 2차와 4차 이벤트의 수질농도를 분석해보면 강우량은 비슷하나 강우강도는 4차가 2차 이벤트에 비해 약 1.5배 많은데 SS 항목에서 첨두농도는 4차가 2차 이벤트보다 약 3배 높다는 것을 볼 수 있는데 이를 통해 높은 강우강도는 SS항목과 밀접한 관련이 있다는 것을 확인할 수 있다. 1차 이벤트는 선행무 강우일수가 9.
- 분석된 결과를 바탕으로 EMCs와 SMC를 산정한 결과 SS, T-P는 강우사상에 따라 높은 EMC 농도변화를 보였고 산술평균농도와 유량가중평균농도를 비교하였는데 대체적으로 유량가중평균농도가 더 높은 것으로 나타나 유량의 증감에 영향이 있는 것으로 나타났으나 T-N의 경우 영향이 없는 것으로 보였다. 또 초기세척효과를 살펴보면 강우 후반부의 강한 강우강도로 인해 초기세척개념을 적용시키기 어려운 3차 이벤트와 강우량이 적고 강우강도도 약했던 5차 이벤트를 제외한 다른 이벤트에서 초기세척효과가 관찰되었고 SS>T-P>BOD 순으로 뚜렷하게 나타났다. 본 연구를 통해 분석된 결과를 바탕으로 비점오염물질의 유출특성에 대한 다양한 데이터베이스를 구축하여 향후 비점오염원을 체계적으로 관리함으로써 하천 수질을 개선하려는 노력이 필요하다고 판단된다.
- 먼저, 강우유출수의 EMCs 농도를 확인해 보면 SS, BOD, CODMn, T-N, T-P의 농도는 각각 2.4∼115.5, 0.8∼4.7, 2.0∼11.6, 2.257∼3.432, 0.011∼0.095 mg/L의 범위로 나타났다.
- T-N의 경우 모든 이벤트에서 비슷한 EMC 농도를 보였는데 이것으로 보아T-N은 유량의 증감에 민감하지 않음을 의미한다. 본 연구 결과를 통해 나타난 EMCs와 SMC를 분석해 보면 강우사상에 따른 강우유출수의 EMCs와 SMC농도는 다양하게 나타났는데 이는 같은 유역에서조차도 EMC를 예측하는데 있어 용이하지 않음을 의미한다(김과 강, 2004).
- 연구 결과 유량이 증가함에 따라 SS, BOD, CODMn, T-P의 농도도 증가하는 것으로 나타났다. 분석된 결과를 바탕으로 EMCs와 SMC를 산정한 결과 SS, T-P는 강우사상에 따라 높은 EMC 농도변화를 보였고 산술평균농도와 유량가중평균농도를 비교하였는데 대체적으로 유량가중평균농도가 더 높은 것으로 나타나 유량의 증감에 영향이 있는 것으로 나타났으나 T-N의 경우 영향이 없는 것으로 보였다. 또 초기세척효과를 살펴보면 강우 후반부의 강한 강우강도로 인해 초기세척개념을 적용시키기 어려운 3차 이벤트와 강우량이 적고 강우강도도 약했던 5차 이벤트를 제외한 다른 이벤트에서 초기세척효과가 관찰되었고 SS>T-P>BOD 순으로 뚜렷하게 나타났다.
- 분석된 수질 결과를 살펴보면 SS>T-P>BOD>CODMn>T-N 순으로 유량증감과 상관성이 있는 것으로 나타났고 특히 SS, BOD, CODMn, T-P가 뚜렷하게 관찰되었다.
- 24 CMS의 범위로 강우사상에 따라 큰 변화폭을 보였다. 선행무강우일수는 5차 이벤트에서 16.5일로 가장 긴 것으로 나타났다.
- 본 연구는 강우 시 중소도시지역에서 강우유출수와 함께 하천으로 유입되는 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 수행되었다. 연구 결과 유량이 증가함에 따라 SS, BOD, CODMn, T-P의 농도도 증가하는 것으로 나타났다. 분석된 결과를 바탕으로 EMCs와 SMC를 산정한 결과 SS, T-P는 강우사상에 따라 높은 EMC 농도변화를 보였고 산술평균농도와 유량가중평균농도를 비교하였는데 대체적으로 유량가중평균농도가 더 높은 것으로 나타나 유량의 증감에 영향이 있는 것으로 나타났으나 T-N의 경우 영향이 없는 것으로 보였다.
- 조사대상지는 충청북도 보은군 보은읍 삼산리에 위치한 중초천(지방2급 하천)말단으로써 북위 36° 28′45″, 동경 127° 43′07″, 고도 154 m인 지점으로 선정되었다. 유역면적은 2.11 km2이고 유역면적 중 중소도시지역이 40.3%로 대부분을차지하고 있어 중소도시지역에서 발생하는 비점오염물질 유출특성을 평가할 수 있는 유역특성을 보이고 있다(Table 1).
- 유량가중평균농도가 산술평균농도보다 대체적으로 높은 농도를 보인다고 하였는데 본 연구에서도 비슷한 결과가 나타났다. 전반적으로 SS, T-P 가 높은 EMC 농도를 나타냈고 특히 강우량이 많고 강우강도도 강했던 1, 3차 이벤트에서 높게 나타났다. 반면에 강우량이 적고 강우강도도 약했던 5차 이벤트의 항목별 EMC 농도는 기저농도와 비슷한 경향을 나타내었는데, 이것은 적은 강우량과 약한 강우강도는 본 연구대상지에 영향을 끼치지 않는 것으로 판단된다.
- 총 유출유량은 2,739∼805,734 m3의 범위로 나타났고 첨두유량은 0.05∼17.24 CMS의 범위로 강우사상에 따라 큰 변화폭을 보였다.
후속연구
- 2일로 비교적 길었으나 강우량이 많고 강우강도도 강했기 때문에 선행무강우일수에 의한 것인지는 확인 할 수 없었다. 따라서 비점오염물질의 유출특성을 보다 면밀히 파악하기 위해서는 앞으로 지속적인 모니터링을 통해 다양한 데이터베이스를 구축하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 5차 이벤트의 경우 선행무강우일수가 16.
- 김 등(2003)의 연구에서는 비점오염물질의 유출특성을 파악하는데 있어 유역특성, 강우특성, 유량특성 등의 인자에 대한 연구가 필요할 것으로 판단하였다. 본 연구 결과를 통해서도 알 수 있듯이 비점오염물질의 유출특성은 유역특성, 강우특성, 유량특성 등의 인자에 의해 영향을 끼치므로 지속적인 모니터링을 통해 다양한 데이터베이스를 구축하여 비점오염물질 유출특성을 체계적으로 파악해야 할 것으로 사료된다.
- 또 초기세척효과를 살펴보면 강우 후반부의 강한 강우강도로 인해 초기세척개념을 적용시키기 어려운 3차 이벤트와 강우량이 적고 강우강도도 약했던 5차 이벤트를 제외한 다른 이벤트에서 초기세척효과가 관찰되었고 SS>T-P>BOD 순으로 뚜렷하게 나타났다. 본 연구를 통해 분석된 결과를 바탕으로 비점오염물질의 유출특성에 대한 다양한 데이터베이스를 구축하여 향후 비점오염원을 체계적으로 관리함으로써 하천 수질을 개선하려는 노력이 필요하다고 판단된다.
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