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문제 정의
- 최근에 팔당 및 한강수계 주요 지류하천을 중심으로 수질과 유량의 시·공간적 변화특성을 조사한 연구가 수행된 바가 있으나,4,5) 기존 연구들은 4대강을 포함한 주요하천을 대상으로 수질자료의 변화특성을 분석하거나 통계학적 기법을 활용하여 수질항목간의 특성변화 등을 평가하는 것이 대부분이었다.6~10) 따라서 본 연구에서는 물 환경 정책수립에 있어 가장 기초가 되는 하천유량 및 수질자료를 활용하여 하천 유역의 정확한 파악을 통한 유역관리의 효과적인 수행을 위해 충청남도에 위치한 지류하천을 대상으로 하천 유량 및 수질을 모니터링하였다. 모니터링 결과를 바탕으로 충청남도 주요 지류하천의 유량 및 수질 분포특성 분석하였으며, 이를 통해 우선적으로 수질개선이 필요한 하천유역을 선정하고자 하였다.
- 6~10) 따라서 본 연구에서는 물 환경 정책수립에 있어 가장 기초가 되는 하천유량 및 수질자료를 활용하여 하천 유역의 정확한 파악을 통한 유역관리의 효과적인 수행을 위해 충청남도에 위치한 지류하천을 대상으로 하천 유량 및 수질을 모니터링하였다. 모니터링 결과를 바탕으로 충청남도 주요 지류하천의 유량 및 수질 분포특성 분석하였으며, 이를 통해 우선적으로 수질개선이 필요한 하천유역을 선정하고자 하였다. 궁극적으로 본 연구의 결과가 수질오염총량관리제, 중·소천역 물환경관리계획, 환경보전종합계획, 하천정비기본계획 등과 같은 물 관련 계획수립에 중요한 기초자료로 활용될 수 있기를 기대한다.
제안 방법
- 1 m3/sec인 지점에서 교차하도록 모형화 하였다.13) 이를 기준으로 X-Y축으로 구성된 그래프에 각 하천의 평균 유량 및 수질에 따라 4개 그룹으로 분류한 다음 수질개선 하천유역을 선정하였다.
- 1에서와 같이 선정하여 2009년 1년 동안 최소 월 1회 이상 유량 및 수질을 모니터링 하였다. 대표성 있는 하천 유량 및 수질모니터링 자료의 취득을 위해 하천 상류지역의 저수지나 하천에 설치된 보에 의한 영향과 선행강우에 의한 영향이 없는 기간을 선정하여 수행하였다. 하천 유량 및 수질측정은 오염물질의 거동분석, 수질 및 유량간의 상관성 등을 고려하여 동일지점에서 측정하는 것을 원칙으로 하였으며, 하천 유량 및 수질측정은 모두 ‘수질오염공정시험방법’을 따랐다.
- 하천그룹화를 위해 먼저 X-Y축으로 구성된 그래프에 먼저 X축에는 BOD5 농도, Y축에는 유량(m3/sec)을 표시하였다. 충청남도 수질정책 목표인 하천수질기준 II등급(BOD5기준 3.0 mg/L 이하)과 하천의 건전한 수생태 기능을 확보하기 위한 하천유지유량이 최소한 0.1 m3/sec 이상이 되어야 한다는 점을 감안하여 X축 3.0 mg/L, Y축 0.1 m3/sec인 지점에서 교차하도록 모형화 하였다.13) 이를 기준으로 X-Y축으로 구성된 그래프에 각 하천의 평균 유량 및 수질에 따라 4개 그룹으로 분류한 다음 수질개선 하천유역을 선정하였다.
- 충청남도에 위치하고 있는 지류하천 중에서 해당지역의 유역환경을 대표할 수 있고, 저수기에 하천 유량이 0.1 m3/s이상인 하천 중에서 해당유역의 오염물질 거동분석을 위해 필요한 81개 지류하천 말단지점을 대상으로 2009년 1년간 유량 및 수질모니터링을 실시하여 지류하천의 유량 및 수질분포 특성을 분석하고 수질개선이 우선적으로 필요한 하천유역을 선정한 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 11) 하천의 유량측정은 유속-면적법을 이용하였으며, 각 하천의 유속은 연속측정이 가능한 유속계(Valeport model 801)를 이용하였다. 한편, 수질은 BOD5, CODMn, T-N, T-P 등 주요 수질항목을 측정하였으며, 실험 분석을 위해 시료를 채수하여 냉장 보관한 다음 실험실에서 각 항목을 분석하였다.
대상 데이터
- 충청남도는 전체면적의 약 45%로 가장 큰 부분을 차지하고 있는 금강수계, 예당호 및 삽교호를 포함하여 중북부 지역에 위치하고 있는 삽교호수계는 충청남도에서 두 번째로 큰 면적을 차지하고 있는 서부지역의 서해수계, 그리고 북부지역으로 경기도와 인접하여 경계를 이루고 있는 안성천수계 등 총 4개의 수계로 구분된다. 충청남도의 4개 수계에 위치하고 있는 하천 가운데 대표적인 지류하천 81개 (금강수계33, 삽교호수계20, 서해수계23, 안성천수계5)를 대상으로 본 연구를 수행하였다. 참고로 Table 1에 충청남도 4개 수계의 유역현황을 간략히 정리하였다.
- 하천의 유역환경 분석을 위해 충청남도에 위치하고 있는 하천 중에서 해당지역의 유역환경을 대표할 수 있고, 저수기에 하천 유량이 0.1 m3/s 이상인 하천 중에서 해당유역의 오염물질 거동분석을 위해 필요한 하천 말단 81개 지점을 Fig. 1에서와 같이 선정하여 2009년 1년 동안 최소 월 1회 이상 유량 및 수질을 모니터링 하였다. 대표성 있는 하천 유량 및 수질모니터링 자료의 취득을 위해 하천 상류지역의 저수지나 하천에 설치된 보에 의한 영향과 선행강우에 의한 영향이 없는 기간을 선정하여 수행하였다.
이론/모형
- 하천 유량 및 수질측정은 오염물질의 거동분석, 수질 및 유량간의 상관성 등을 고려하여 동일지점에서 측정하는 것을 원칙으로 하였으며, 하천 유량 및 수질측정은 모두 ‘수질오염공정시험방법’을 따랐다.11) 하천의 유량측정은 유속-면적법을 이용하였으며, 각 하천의 유속은 연속측정이 가능한 유속계(Valeport model 801)를 이용하였다. 한편, 수질은 BOD5, CODMn, T-N, T-P 등 주요 수질항목을 측정하였으며, 실험 분석을 위해 시료를 채수하여 냉장 보관한 다음 실험실에서 각 항목을 분석하였다.
- 수질개선 하천유역을 선정하기 위하여 하천 유량 및 수질에 근거한 하천그룹화 방법을 이용하였다.12) 하천그룹화 방법에 사용되는 유량과 수질은 저수량과 저수량 시기의 평균 수질을 사용하여야 하는데, 수계별 모니터링 주기와 측정횟수 등의 차이로 인해 부득이하게 평균 유량 및 수질을 사용하였다.
- 하천 유량 및 수질측정은 오염물질의 거동분석, 수질 및 유량간의 상관성 등을 고려하여 동일지점에서 측정하는 것을 원칙으로 하였으며, 하천 유량 및 수질측정은 모두 ‘수질오염공정시험방법’을 따랐다.
성능/효과
- 12) 하천그룹화 방법에 사용되는 유량과 수질은 저수량과 저수량 시기의 평균 수질을 사용하여야 하는데, 수계별 모니터링 주기와 측정횟수 등의 차이로 인해 부득이하게 평균 유량 및 수질을 사용하였다. 하천그룹화를 위해 먼저 X-Y축으로 구성된 그래프에 먼저 X축에는 BOD5 농도, Y축에는 유량(m3/sec)을 표시하였다.
- 7 mg/L의 농도범위로 금강 및 삽교호수계의 하천들보다 오염물질의 농도편차가 적었으며, 청지천, 광천천, 판교천, 흥인천 등이 높은 경향을 보였다.13) T-N과 T-P는 각각 1.27~11.30 mg/L, 0.031~1.257 mg/L의 농도범위를 보였으며, 청지천, 흥인천, 서원천, 당진천 등에서 높은 것으로 나타났다.
- BOD5와 CODMn 농도는 유역면적에 비해 인구가 많이 밀집되어 있거나 축산사육두수가 많은 금강수계의 논산천유역, 삽교호수계의 곡교천 유역, 안성천 유역에 위치한 하천들이 상대적으로 높았다.16) T-N과 T-P도 BOD5와 CODMn의 결과와 유사한 경향을 보였는데, 특히, T-P농도는 축산오염원이 상대적으로 많이 분포하고 있는 삽교호 및 안성천수계에 위치한 하천들에서 높은 경향을 보였다. 따라서 유역관리 차원에서 충청남도 지류하천의 수질개선을 위해서는 무엇보다도 먼저 안성천수계와 삽교호수계(곡교천 유역)에 위치한 하천들의 수질개선을 위한 노력이 선행되어야 할 것으로 판단된다.
- 그림에서 보는 바와 같이 남부지역에 위치한 금강수계 논산천 유역의 하천들과, 북부지역에 위치한 삽교호수계의 곡교천, 무한천, 삽교천, 안성천수계 일부 하천들의 유량이 상대적으로 많은 경향을 보였다. BOD5와 CODMn 농도는 유역면적에 비해 인구가 많이 밀집되어 있거나 축산사육두수가 많은 금강수계의 논산천유역, 삽교호수계의 곡교천 유역, 안성천 유역에 위치한 하천들이 상대적으로 높았다.16) T-N과 T-P도 BOD5와 CODMn의 결과와 유사한 경향을 보였는데, 특히, T-P농도는 축산오염원이 상대적으로 많이 분포하고 있는 삽교호 및 안성천수계에 위치한 하천들에서 높은 경향을 보였다.
- 806 m3/s의 범위로 금강 및 삽교호수계에 비해 하천들 사이에 유량편차가 상당히 적은 경향을 보였으며, 도당천, 역천, 대천천의 유량이 많은 것으로 조사되었다. BOD5와 CODMn는 각각 0.9~10.4 mg/L, 1.6~11.7 mg/L의 농도범위로 금강 및 삽교호수계의 하천들보다 오염물질의 농도편차가 적었으며, 청지천, 광천천, 판교천, 흥인천 등이 높은 경향을 보였다.13) T-N과 T-P는 각각 1.
- 8 mg/L이었다. T-N과 T-P도 안성천수계에 위치한 하천들의 평균농도가 높은 경향을 보였으나, BOD5와 CODMn에 비해 수계별로 농도차이는 크지 않았다.
- 5 m3/s 이상인 하천은 30개(37%)인 것으로 조사되었다. 수계별로는 금강수계와 서해수계의 경우, 유량이 0.1~0.5 m3/s의 범위인 하천이 각 수계의 61%와 70%로 가장 많은 부분을 차지하였고, 삽교호수계와 안성천수계는 0.5 m3/s 이상인 하천이 수계 전체의 절반 이상인 50%와 60%를 각각 차지하는 것으로 나타났다.
- 022 m3/s의 범위를 보였으며, 하천 수심이 깊어 인력으로 측정이 불가능한 3개 하천의 말단지점(곡교천1, 무한천1, 삽교천1)을 제외하고 곡교천의 유량이 가장 많았고, 곡교천으로 유입되는 천안천의 유량이 다음으로 많은 것으로 조사되었다. 수질항목별로 살펴보면, BOD5는 0.9~27.2 mg/L, CODMn는 2.8~27.4 mg/L, T-N은 1.17~10.16 mg/L, T-P는 0.047~1.044 mg/L의 농도범위로 대부분 금강수계의 하천들에 비해 오염물질의 농도범위가 큰 경향을 보였으며, 온천천, 천안천, 곡교천의 오염물질 농도가 모든 수질항목에서 높은 것으로 나타났다. 궁극적으로 삽교호수계의 하천을 개선하기 위해서는 곡교천 유역에 위치한 하천들의 개선이 선행되어야 하며, 특히, 천안천 유입 이후 곡교천의 수질 및 유량이 급격히 증가하는 경향을 감안할 때, 무엇보다도 먼저 천안천으로 유입되는 오염물질의 관리가 시급한 것으로 판단된다.
- 지류하천의 유량은 충청남도 남부지역에 위치한 금강수계 논산천 유역의 하천들과, 북부지역에 위치한 삽교호수계의 곡교천, 무한천, 삽교천, 안성천수계 일부 하천들이 상대적으로 많은 경향을 보였다. 유량과 마찬가지로 유역면적에 비해 인구가 많이 밀집되어 있거나 축산사육두수가 많아 오염 물질 배출량이 많은 금강수계의 논산천 유역, 삽교호수계의 곡교천 유역, 안성천 유역에 위치한 하천들의 오염물질 농도가 수질항목에 관계없이 높은 것으로 나타났다. 한편, 금강수계에 위치한 하천들 가운데 하천수질 II등급을 만족하는 하천은 전체의 약 64% 정도로 충청남도 전체 평균값인 44%를 크게 상회한 반면, 삽교호수계는 45%, 서해수계는 26%, 안성천수계는 모든 하천이 하천수질 II등급을 초과하는 것으로 나타나, 충청남도에서는 우선적으로 안성천수계 하천들의 수질을 개선하기 위한 방안마련이 시급한 것으로 판단된다.
- 4는 하천 유량 및 수질모니터링 자료를 바탕으로 수계별 하천의 평균 유량 및 수질을 평가한 결과이다. 전체적으로 하천 유량이 0.1 m3/s 이하인 범위와 0.1~0.5 m3/s의범위인 하천은 각각 4개(5%), 47개(58%)인 것으로 나타났고, 0.5 m3/s 이상인 하천은 30개(37%)인 것으로 조사되었다. 수계별로는 금강수계와 서해수계의 경우, 유량이 0.
- 한편, BOD5와 CODMn의 평균농도는 안성천수계가 가장 높았으며, 삽교호수계, 서해수계, 금강수계 순으로 수질농도가 낮아지는 경향을 보였다. 특히, 안성천수계가 다른 수계에 비해 평균농도 뿐만 아니라 농도 범위도 큰 경향을 보였는데, 평균 BOD5 농도는 9.0, 10분위 값은 2.7, 25분위 값은 5.3, 75분위 값은 10.8, 그리고 90분위 값은 16.8 mg/L이었다. T-N과 T-P도 안성천수계에 위치한 하천들의 평균농도가 높은 경향을 보였으나, BOD5와 CODMn에 비해 수계별로 농도차이는 크지 않았다.
- 308 m3/s이었다. 한편, BOD5와 CODMn의 평균농도는 안성천수계가 가장 높았으며, 삽교호수계, 서해수계, 금강수계 순으로 수질농도가 낮아지는 경향을 보였다. 특히, 안성천수계가 다른 수계에 비해 평균농도 뿐만 아니라 농도 범위도 큰 경향을 보였는데, 평균 BOD5 농도는 9.
- 유량과 마찬가지로 유역면적에 비해 인구가 많이 밀집되어 있거나 축산사육두수가 많아 오염 물질 배출량이 많은 금강수계의 논산천 유역, 삽교호수계의 곡교천 유역, 안성천 유역에 위치한 하천들의 오염물질 농도가 수질항목에 관계없이 높은 것으로 나타났다. 한편, 금강수계에 위치한 하천들 가운데 하천수질 II등급을 만족하는 하천은 전체의 약 64% 정도로 충청남도 전체 평균값인 44%를 크게 상회한 반면, 삽교호수계는 45%, 서해수계는 26%, 안성천수계는 모든 하천이 하천수질 II등급을 초과하는 것으로 나타나, 충청남도에서는 우선적으로 안성천수계 하천들의 수질을 개선하기 위한 방안마련이 시급한 것으로 판단된다. 궁극적으로 수질개선이 필요한 하천유역은 하천 유량이 많고 수질농도가 높은 강경천, 금천, 논산천, 석성천, 승천천, 정안천, 증산천(이상 금강수계), 곡교천, 남원천, 매곡천, 무한천, 삽교천, 온천천, 천안천(이상 삽교호수계), 광천천, 당진천, 도당천, 대천천, 와룡천, 흥인천, 청지천, 판교천(이상 서해수계), 둔포천, 성환천, 입장천(이상 안성천수계)등이며, 이러한 하천유역에는 하천의 수질개선을 위한 오염원 저감을 위해 공공하수처리시설의 신설이나 확충, 기존 공공하수처리시설의 고도처리시설 도입, 축산폐수공공처리시설 또는 공동자원화시설의 신설이나 확충, 하천유지유량의 확보 등과 같은 수질개선방안의 수립 및 시행이 필요한 것으로 판단된다.
- 한편, 모니터링 대상하천 81개 가운데 ‘환경정책기본법’의 하천수질 II등급을 만족하는 하천은 36개로 전체의 약 44%를 차지하였으며, III등급은 19%, IV등급은 26%이었으며, 나머지 11%는 하천수질 V등급을 초과하는 것으로 조사되었다.
후속연구
- 궁극적으로 본 연구의 결과가 수질오염총량관리제, 중·소천역 물환경관리계획, 환경보전종합계획, 하천정비기본계획 등과 같은 물 관련 계획수립에 중요한 기초자료로 활용될 수 있기를 기대한다.
- 0 mg/L 미만인 하천들로 금강수계의 병천천, 연산천, 유구천, 은산천, 지천, 추풍천, 치성천, 삽교호수계의 덕산천, 신양천, 온양천, 서해 수계의 역천, 종천천 등이었으며, 이 그룹에 속하는 하천들은 비교적 유량이 많고 수질농도가 낮아 본류의 수질농도를 낮추는 역할을 하고 있어 유역관리 차원에서 지향해야 하는 하천들이다. 궁극적으로 효율적인 수질개선을 위한 선택과 집중차원에서 Group A에 속하는 하천들을 우선적으로 개선할 필요가 있으며, 특히, 수질개선이 필요한 대부분의 하천유역에 존재하는 주요 오염원이 생활하수와 가축분뇨인 점을 감안할 때, 오염원 저감을 위해 공공하수처리시설의 신설이나 확충, 기존 공공하수처리시설의 고도처리시설 도입, 축산폐수공공처리시설 또는 공동자원화시설의 신설이나 확충, 하천유지유량의 확보 등과 같은 수질개선방안의 수립 및 시행이 필요한 것으로 판단된다.
- 16) T-N과 T-P도 BOD5와 CODMn의 결과와 유사한 경향을 보였는데, 특히, T-P농도는 축산오염원이 상대적으로 많이 분포하고 있는 삽교호 및 안성천수계에 위치한 하천들에서 높은 경향을 보였다. 따라서 유역관리 차원에서 충청남도 지류하천의 수질개선을 위해서는 무엇보다도 먼저 안성천수계와 삽교호수계(곡교천 유역)에 위치한 하천들의 수질개선을 위한 노력이 선행되어야 할 것으로 판단된다.
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