유역관리제도로써 시행 중인 현재의 수질오염총량관리제도의 기준유량은 과거 10년 평균저수량을 적용하고 있으며, 오염총량관리 이행평가는 단위유역별 목표수질을 만족할 수 있는 부하량에 대한 관리를 통해 시행되고 있다. 현재의 단순화되고 평균화된 개념의 기준유량을 이용한 단위유역별 부하량 할당과 관리는 목표수질 달성이라는 규제 기준을 달성하기 위한 관리측면에서의 편리성은 있으나 유역관리를 통한 유역 혹은 수체의 건전한 회복과 평가를 통해 문제점을 도출하고 해결하고자 하는 근본적인 유역관리의 역할은 미흡하다. 동일한 수질 농도를 유지, 관리하기 위해서는 매시간, 매일 변동하는 유량, 즉 전체유량을 고려한 부하량 관리를 통해서만 하천 생태계의 건강성을 유지할 수 있으며 이를 위해서는 전체 유량 규모를 고려해야 한다. 전체 유량 규모를 고려한다는 의미는 자연 현상인 강우-유출에 의해 다양하게 변동되는 유량과 인위적인 조절 유량 등을 고려한 오염총량관리 기준 설정과 이러한 양상을 반영한 과학적, 합리적인 평가가 가능하다는 의미이다. 이에 본 연구에서는 전체 유량 규모가 고려되는 유량-부하량 상관곡선을 이용한 오염총량평가 기법을 개발하고 이를 낙동강 수질오염총량관리 단위유역에의 실적용을 통해 문제점과 개선방향을 도출하고 본 기법의 국내 오염총량관리의 부하량 할당 및 이행평가에의 적용 가능성을 평가하였다.
유역관리제도로써 시행 중인 현재의 수질오염총량관리제도의 기준유량은 과거 10년 평균저수량을 적용하고 있으며, 오염총량관리 이행평가는 단위유역별 목표수질을 만족할 수 있는 부하량에 대한 관리를 통해 시행되고 있다. 현재의 단순화되고 평균화된 개념의 기준유량을 이용한 단위유역별 부하량 할당과 관리는 목표수질 달성이라는 규제 기준을 달성하기 위한 관리측면에서의 편리성은 있으나 유역관리를 통한 유역 혹은 수체의 건전한 회복과 평가를 통해 문제점을 도출하고 해결하고자 하는 근본적인 유역관리의 역할은 미흡하다. 동일한 수질 농도를 유지, 관리하기 위해서는 매시간, 매일 변동하는 유량, 즉 전체유량을 고려한 부하량 관리를 통해서만 하천 생태계의 건강성을 유지할 수 있으며 이를 위해서는 전체 유량 규모를 고려해야 한다. 전체 유량 규모를 고려한다는 의미는 자연 현상인 강우-유출에 의해 다양하게 변동되는 유량과 인위적인 조절 유량 등을 고려한 오염총량관리 기준 설정과 이러한 양상을 반영한 과학적, 합리적인 평가가 가능하다는 의미이다. 이에 본 연구에서는 전체 유량 규모가 고려되는 유량-부하량 상관곡선을 이용한 오염총량평가 기법을 개발하고 이를 낙동강 수질오염총량관리 단위유역에의 실적용을 통해 문제점과 개선방향을 도출하고 본 기법의 국내 오염총량관리의 부하량 할당 및 이행평가에의 적용 가능성을 평가하였다.
The TMDL standard flow as applying watershed management regime uses the average low flow of past 10 years. Moreover, the TMDL implementation assessment has been enforced through management of pollutant load satisfied objective water quality. Even though the present allocation and management through ...
The TMDL standard flow as applying watershed management regime uses the average low flow of past 10 years. Moreover, the TMDL implementation assessment has been enforced through management of pollutant load satisfied objective water quality. Even though the present allocation and management through averaged low flow are still convenient, they are not enough to solve ultimate goals of watershed management to keep up recovery of water body. To maintain the same water quality concentration, the standard flow is required to consider total discharge in management plan which helps to keep healthy ecosystem. In view of this, it would be possible to approach reasonable assessment by reflecting variably changeable discharge from precipitation-streamflow relation and the TMDL standard establishment considering artificial regulated flow. Therefore, this study attempts to develop the TMDL method using Load Duration Curve (LDC) and Streamflow-Load Rating Curve (QLRC) considering total discharge and finds drawbacks with solutions as applying on Nakdong river TMDL unit watershed. Finally, this research evaluates possibility of application on pollutant load allocating and implementation assessment in Korea.
The TMDL standard flow as applying watershed management regime uses the average low flow of past 10 years. Moreover, the TMDL implementation assessment has been enforced through management of pollutant load satisfied objective water quality. Even though the present allocation and management through averaged low flow are still convenient, they are not enough to solve ultimate goals of watershed management to keep up recovery of water body. To maintain the same water quality concentration, the standard flow is required to consider total discharge in management plan which helps to keep healthy ecosystem. In view of this, it would be possible to approach reasonable assessment by reflecting variably changeable discharge from precipitation-streamflow relation and the TMDL standard establishment considering artificial regulated flow. Therefore, this study attempts to develop the TMDL method using Load Duration Curve (LDC) and Streamflow-Load Rating Curve (QLRC) considering total discharge and finds drawbacks with solutions as applying on Nakdong river TMDL unit watershed. Finally, this research evaluates possibility of application on pollutant load allocating and implementation assessment in Korea.
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문제 정의
본 연구에서는 부하지속곡선을 이용한 오염총량평가 기법을 개발하고 이를 낙동강 수질오염총량관리 단위유역에의 실적용을 통해 문제점과 개선방향을 도출하고 본 기법의 국내 오염총량관리의 부하량 할당 및 이행평가에의 적용 가능성을 평가하였다. 이는 전체 유량 규모를 고려하여 강우-유출에 의해 다양하게 변동되는 유량과 인위적인 조절 유량 등을 고려한 오염총량관리 기준 설정과 이러한 양상을 반영한 과학적, 합리적인 평가가 가능하다는 의미이다.
전체 유량 규모를 고려한다는 의미는 자연 현상인 강우-유출에 의해 다양하게 변동되는 유량과 인위적인 조절 유량 등을 고려한 오염총량관리 기준 설정과 이러한 양상을 반영한 과학적, 합리적인 평가가 가능하다는 의미이다. 이에 본 연구에서는 부하지속곡선과 유량-부하량 상관곡선을 이용한 오염총량평가 기법을 개발하고 이를 낙동강 수질오염총량관리 단위유역에의 실적용을 통해 문제점과 개선방향을 도출하고 본 기법의 국내 오염총량관리의 부하량 할당 및 이행평가에의 적용 가능성을 평가하였다.
가설 설정
1) CASE I:전체 유량 범위에서 모두 기준을 만족하는 경우로 청정지역 등이 이에 해당할 수 있을 것이다.
제안 방법
낙동강 수질오염총량관리 유역을 대상으로 유역모형인 SWAT 모형을 이용하여 산정된 장기간의 일유량 자료를 이용한 지점별, 연도별 유황곡선을 작성하고 이를 평균하여 지점별 평균 기준 유황곡선을 생성하였다. 모형의 구축과 검보정, 일유량 자료의 생성은 신현석 등(2007)의 연구 결과를 이용하였고, 기준 부하지속곡선은 해당지점의 기준 유황곡선에 목표수질(Water quality standard)을 곱하여 작성하였다.
낙동강 유역 수질오염총량평가를 위하여 지점별 표준유황 곡선과 BOD와 T-P의 표준부하지속곡선을 작성하고 주요 2개 지점(낙본A, 낙본G)의 결과를 그림 4~그림 6에 도시하였다.
적용된 자료 중 BOD에 대한 목표수질은 41개 단위유역에 대해 설정되어 있으나 T-P는 낙본A, 낙본F 등 8개 시도 경계지점에 대하여서만 설정되어 있는 상태이다. 따라서 본 연구에서는 BOD에 대해서는 41개 단위유역, T-P에 대해서는 8개 지점에 대하여 수질오염총량평가를 실시하였다.
이를 해결하기 위한 방안으로 강우-유출에 영향을 미치는 인자들을 통합적으로 고려할 수 있는 유역모형을 이용한 일유량 자료의 생성이 합리적인 방안으로 제안되어 있다(신현석 등, 2007). 따라서 유역모형에서 모의된 연도별 일유량 자료를 평균하여 장기간의 평균 유황곡선을 작성한다. 다음 단계로 생성된 유황곡선의 일유량을 식 (2)과 같이 단위유역별 설정된 목표수질과 안전율(MOS) 10%를 이용하여 부하량으로 환산하여 가로축은 초과확률, 세로축은 부하량으로 설정하여 도식화 한 기준 부하지속곡선(Standard LDC)을 작성한다.
또한, 실측 유량과 수질 자료를 이용하여 실측 유량에 대응하는 부하량을 식 (1)을 이용한 비선형 상관관계 분석을 통해 관측 QLRC(Observed QLRC)를 작성하여 기준 QLRC와 같이 도시하여 평가한다. 본 연구의 유량-부하량 상관곡선을 이용한 오염총량 평가 기법을 도식화하여 그림 1에 제시하였다.
또한, 실측 유량과 수질 자료를 이용하여 실측 유량에 대응하는 부하량을 식 (1)을 이용한 비선형 상관관계 분석을 통해 관측 QLRC(Observed QLRC)를 작성하여 기준 QLRC와 같이 도시하여 평가한다. 본 연구의 유량-부하량 상관곡선을 이용한 오염총량 평가 기법을 도식화하여 그림 1에 제시하였다.
낙동강 수질오염총량관리 유역을 대상으로 유역모형인 SWAT 모형을 이용하여 산정된 장기간의 일유량 자료와 목표수질을 이용하여 부하지속곡선을 생성하였다. 부하지속곡선 및 비선형 상관관계 분석을 통해 산정된 유량-부하량 관계곡선을 이용하여 현재 실측중인 낙동강 수질 오염총량관리 단위 지점별 유량, 수질자료에 대한 평가를 수행하였다. 하지만 본 연구는 전체 유량범위를 고려하여 오염총량평가 기법을 개발하고 실적용을 통해 문제점과 개선방향을 도출하고자 하였으므로 평가결과는 실제 적용시 각 단위유역의 현재 상황에 맞게 적용되어야 할 것이다.
QLRC를 이용한 부하량 평가는 발생 가능한 유형에 따라 해당유역의 평가를 수행하고 문제점을 도출하여 대책 마련을 위한 전략을 수립할 수 있는 방안으로 그림 2에 제시한 바와 같이 실선으로 표시된 기준 QLRC(Standard QLRC)를 이용하여 평가를 할 수 있다. 실측 자료를 이용한 관측 QLRC를 각 유형별 즉, CASE I, CASE II, CASE III, CASE IV의 네 가지 유형으로 기준 QLRC 곡선과의 관계를 이용하여 평가한다. CASE별 평가의 개요는 다음과 같다.
유황곡선과 부하지속곡선, 유량-부하량 상관곡선으로 2008년 관측 자료를 이용하여 낙동강수계 41개 단위유역에 대한 BOD, T-P에 대한 오염총량평가 및 부하량 할당을 실시하였다.
대상 데이터
모형의 구축과 검보정, 일유량 자료의 생성은 신현석 등(2007)의 연구 결과를 이용하였고, 기준 부하지속곡선은 해당지점의 기준 유황곡선에 목표수질(Water quality standard)을 곱하여 작성하였다. 실측 자료를 이용한 낙동강 본류 주요지점에 대한 수질오염 총량 평가를 수행하기 위하여 적용한 실측 유량 및 수질자료는 환경부 2008년 수질오염총량관리 단위지점별 실측 자료를 가공 없이 적용하여 관측 부하지속곡선을 작성하였다.
이론/모형
이는 전체 유량 규모를 고려하여 강우-유출에 의해 다양하게 변동되는 유량과 인위적인 조절 유량 등을 고려한 오염총량관리 기준 설정과 이러한 양상을 반영한 과학적, 합리적인 평가가 가능하다는 의미이다. 낙동강 수질오염총량관리 유역을 대상으로 유역모형인 SWAT 모형을 이용하여 산정된 장기간의 일유량 자료와 목표수질을 이용하여 부하지속곡선을 생성하였다. 부하지속곡선 및 비선형 상관관계 분석을 통해 산정된 유량-부하량 관계곡선을 이용하여 현재 실측중인 낙동강 수질 오염총량관리 단위 지점별 유량, 수질자료에 대한 평가를 수행하였다.
성능/효과
2) CASE II:전체 유량 범위에서 모두 기준을 초과하는 경우로 점오염원 뿐만 아니라 비점오염원 관리가 동시에 필요하며, 발생되는 부하량이 큰 지역이다.
3) CASE III:교차점이 발생되는 지역으로 교점인 Qc보다 작은 유량일 때는 기준을 초과하고, Qc보다 큰 유량일 때는 기준을 초과하지 않는 지역으로 저유량일 때 부하량 기준을 초과하며, 점오염원 관리가 요구되는 지역으로 파악할 수 있으며, 하 · 폐수 처리장 설치, 관거 정비 등 점오염원 관리를 위한 대책 수립이 필요한 유역으로 판단할 수 있다.
4) CASE IV:CASE III과 반대의 경우로 점오염원 관리 보다는 비점오염원 관리가 필요한 지역으로 평가할 수 있다.
즉, 낙본A 지점의 경우 2008년 관측 부하량 중 초과확률 15% 이하에서는 기준부하량을 초과하고 있음을 알 수 있다. 기준 유량-부하량 곡선을 이용하여 산정한 기준부하량은 6.76 ton,, 관측 유량-부하량 곡선을 이용하여 산정한 실측 유달부하량은 6.83 ton이며, 이들 두 값이 차이인 부하용량은 -0.07 ton으로 전체적으로 부하량 초과 현상을 나타내고 있다. 하지만 이 값은 전체 유량범위를 대상으로 산정되어 도출된 값으로 실제 적용시 세심한 주의가 필요할 것이다.
부하지속곡선과 유량-부하량 상관곡선을 이용한 오염총량 평가기법의 장점은 첫째 수질 기준을 초과하는 경우의 유량 특성을 설명하는데 용이하며, 둘째 유량 규모를 고려한 점오염원 및 비점오염원 특성을 파악할 수 있으며, 셋째 계절별 유량 변동에 따른 수질 영향을 파악할 수 있고, 넷째 서로 다른 지점에서의 부하지속곡선을 작성하여 비교함으로써 서로 다른 하천 구간 및 유역간의 수질상태에 대한 비교, 분석이 가능하며, 다섯째 특정 기간 동안에 발생되는 수질기준 초과율 기준을 설정하여 총량관리 시행의 목표치로 이용 가능하다.
후속연구
현재의 오염총량관리제도에서의 부하량 할당은 기준유량인 10년 평균저수량에 오염총량관리 단위지점별 목표수질이라는 일정한 값을 곱하여 산정된 값을 단위유역별 부하량으로 할당하여 관리하고 있다. 동일한 수질 농도를 유지, 관리하기 위해서는 매시간, 매일 변동하는 유량을 고려한 적정 부하량 관리를 통해서만 목적으로 하는 하천 생태계의 건강성을 유지할 수 있을 것이다. 그러나, 현재의 부하량 할당은 전 기간 동안 동일한 기준유량을 목표수질과 곱하여 관리하고 있는 실정이다.
또한 부하지속곡선 작성시 일률적으로 적용되고 있는 안전율은 하천의 유량 변동에 따라 차등 적용되어야 하나 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 부하지속곡선을 이용한 평가 이론 및 체계적인 방법의 정립에 주안점을 두었으며, 향후 일 유량 산정의 적정성과 유량 크기에 따른 안전율 적용과 관련된 지속적인 연구를 통해 과학적, 합리적인 방안을 도출할 수 있을 것이다.
본 연구를 통해 산정된 유역모형의 일유량 자료는 하구의 조위 영향 등을 고려하지 못하고 있는 한계로 인해 결과의 신뢰도가 낮다고 할 수 있다. 이를 개선하기 위해서는 하구의 조위영향을 고려할 수 있는 수리학적 검토를 통한 일 유량 자료의 검정이 필요할 것으로 판단된다. 또한 부하지속곡선 작성시 일률적으로 적용되고 있는 안전율은 하천의 유량 변동에 따라 차등 적용되어야 하나 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
실제 하천의 단위기간 동안의 하천 관리를 위한 기준 부하량은 유량 크기가 큰 경우에는 지나치게 엄격한 기준으로 적용되고 있고 토지계 발생 오염원인 비점오염원이 발생되는 고유량시 부하량 관리는 고려되지 못하고 있는 실정이다. 이에 대한 개선방안으로 전체 유량 조건을 반영할 수 있는 오염총량평가 기법의 개발과 적용 연구의 필요성이 있다. 전체 유량 규모를 고려한다는 의미는 자연 현상인 강우-유출에 의해 다양하게 변동되는 유량과 인위적인 조절 유량 등을 고려한 오염총량관리 기준 설정과 이러한 양상을 반영한 과학적, 합리적인 평가가 가능하다는 의미이다.
부하지속곡선 및 비선형 상관관계 분석을 통해 산정된 유량-부하량 관계곡선을 이용하여 현재 실측중인 낙동강 수질 오염총량관리 단위 지점별 유량, 수질자료에 대한 평가를 수행하였다. 하지만 본 연구는 전체 유량범위를 고려하여 오염총량평가 기법을 개발하고 실적용을 통해 문제점과 개선방향을 도출하고자 하였으므로 평가결과는 실제 적용시 각 단위유역의 현재 상황에 맞게 적용되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전체 유량 규모를 고려한다는 의미는 무얼 말하는가?
동일한 수질 농도를 유지, 관리하기 위해서는 매시간, 매일 변동하는 유량, 즉 전체유량을 고려한 부하량 관리를 통해서만 하천 생태계의 건강성을 유지할 수 있으며 이를 위해서는 전체 유량 규모를 고려해야 한다. 전체 유량 규모를 고려한다는 의미는 자연 현상인 강우-유출에 의해 다양하게 변동되는 유량과 인위적인 조절 유량 등을 고려한 오염총량관리 기준 설정과 이러한 양상을 반영한 과학적, 합리적인 평가가 가능하다는 의미이다. 이에 본 연구에서는 전체 유량 규모가 고려되는 유량-부하량 상관곡선을 이용한 오염총량평가 기법을 개발하고 이를 낙동강 수질오염총량관리 단위유역에의 실적용을 통해 문제점과 개선방향을 도출하고 본 기법의 국내 오염총량관리의 부하량 할당 및 이행평가에의 적용 가능성을 평가하였다.
현재 수질오염총량관리제도의 실정은?
유역관리 제도로써 도입 시행중인 현재의 수질오염총량관리제도(Total Maximum Daily Load, TMDL)의 기준유량은 오염총량관리 단위유역별 오염부하량 할당1)의 기준이 되는 유량으로 과거 10년 평균저수량을 적용하고 있으며, 오염총량관리 이행평가는 단위유역별 목표수질을 만족할 수 있는 부하량에 대한 관리를 통해 시행되고 있다(환경부, 2004). 과거 농도규제와 비교하면 수질모델링 기법의 도입, 환경과 개발을 동시 고려, 이해 당사자의 참여와 협력 등의 오염총량관리제도는 선진화된 제도임에는 틀림없으나, 특성상 이론적, 과학적 기반이 요구되는 등 제도자체의 복잡성으로 인해 해결해야할 과제가 많다. 현재의 단순화되고 평균화된 개념의 기준유량을 이용한 단위유역별 부하량 할당과 관리는 목표 수질 달성이라는 규제 기준을 달성하기 위한 관리측면에서의 편리성은 있으나 유역관리를 통한 유역 혹은 수체의 건전한 회복과 평가를 통해 문제점을 도출하고 해결하고자 하는 근본적인 유역관리의 역할은 미흡한 실정이다.
동일한 수질 농도를 유지, 관리하기 위해 필요한 것은 무엇인가?
현재의 단순화되고 평균화된 개념의 기준유량을 이용한 단위유역별 부하량 할당과 관리는 목표수질 달성이라는 규제 기준을 달성하기 위한 관리측면에서의 편리성은 있으나 유역관리를 통한 유역 혹은 수체의 건전한 회복과 평가를 통해 문제점을 도출하고 해결하고자 하는 근본적인 유역관리의 역할은 미흡하다. 동일한 수질 농도를 유지, 관리하기 위해서는 매시간, 매일 변동하는 유량, 즉 전체유량을 고려한 부하량 관리를 통해서만 하천 생태계의 건강성을 유지할 수 있으며 이를 위해서는 전체 유량 규모를 고려해야 한다. 전체 유량 규모를 고려한다는 의미는 자연 현상인 강우-유출에 의해 다양하게 변동되는 유량과 인위적인 조절 유량 등을 고려한 오염총량관리 기준 설정과 이러한 양상을 반영한 과학적, 합리적인 평가가 가능하다는 의미이다.
참고문헌 (11)
강두기, 강순구, 김상단, 신현석(2007) 오염총량평가를 위한 부하지속곡선 개발 및 적용, 한국수자원학회 2007년도 학술발표회논문집, 한국수자원학회, pp. 652-656.
강두기(2007) 통합유역관리를 위한 수환경모형 구축기법 개발 및 오염총량관리에의 적용, 부산대 대학원.
김건하, 윤재영(2005) 금강에 대한 대장균 부하지속곡선의 개발 및 적용, 한국물환경학회지, 한국물환경학회, Vol. 21, No. 5, pp. 516-519.
김종건, 박윤식, 장원석, 신동석, 임경재(2009) 최적관리 기법 선정을 위한 Web GIS 기반의 오염 부하지속곡선 시스템의 적용 및 평가, 한국수자원학회 2009년도 학술발표회초록집, 한국수자원학회, pp. 1380-1383.
박준호(2010) 부하지속곡선을 활용한 수체건강성 평가에 관한 연구, 경북대 대학원.
신현석, 강두기, 김상단(2007) 낙동강유역 SWAT 모형 구축 및 물수지 시나리오에 따른 유황분석, 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, Vol. 40, No. 3, pp. 351-363.
환경부(2004) 수질오염총량관리 업무편람.
환경부(2007) 제 2단계 수계오염관리 업무편람.
환경부(2011) 수질오염총량관리제도.
황하선, 윤춘경, 김지태(2010) 수질오염총량 단위유역의 유량조건별 수체 손상 평가를 위한 부하지속곡선 적용성 연구, 한국물환경학회지 수질보전, 한국수자원학회, Vol. 26, No. 6, pp.903-909.
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