[논문]HSPF를 이용한 비점오염원 삭감에 따른 효과 분석

배다혜; 하성룡

doi:10.14249/eia.2011.20.1.071

HSPF를 이용한 비점오염원 삭감에 따른 효과 분석
Assessing Impact of Reduction of Non-Point Source Pollution by BASINS/HSPF 원문보기

환경영향평가 = Journal of environmental impact assessment, v.20 no.1, 2011년, pp.71 - 78

Abstract ▼ AI-Helper

This paper aims to assessing impact of reduction of non-point source pollution in the Bokha Stream watershed. The BASINS/HSPF model was calibrated and verified for water flow and water qualities using Total Maximum Daily Load 8days data from 2006 to 2007. Accuracy of the BASINS/HSPF models in simulating hydrology and water quality was compared and there were somewhat differences of statistical results, but water flow and water quality were simulated in good conditions over the study period. The applicability of models was tested to evaluate non-point source control scenarios to response hydrology and water quality in the Bokha stream using various measures which include BMPs approach and change of landuse. The evaluation of reduction of non-point source pollution was developed using load-duration curve. Despite strong reduction of non-point source, there are not satiated target quality at low flow season.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 최종적으로 이들 ‘삭감정책에 근거한 부하지속곡선’들과 ‘기준BOD부하지속 곡선’을 상호 비교하여 목표수질 초과원인을 보다 분명히 파악하고자 하였다.
본 연구에서는 전술한 바와 같이 ‘BOD 부하지속 곡선’을 이용한 부하량 삭감효과의 평가방법으로 하천의 정적인 유량조건을 전제로 한 현행의 부하량 할당과 삭감효과의 평가가 지닌 한계를 극복할 수 있는 방안이다.
본 연구의 목적은 동적모형인 HSPF를 이용하여 저수기의 목표수질 달성 여부를 평가하고, 토지이용변화와 BMP를 통한 비점오염웜 저감방안에 대한 시나리오를 설정 및 삭감에 따른 효과를 분석하고자 한다.
한편, 이와 같은 토지이용변화의 시나리오는 현실성에 초점을 맞추기보다 최대 가능한 토지이용 변화를 통해 부하량의 변화와 목표수질 초과원인을 분석하고자 설정하였다.

가설 설정

연중 일별자료를 중심으로 보정이 이루어졌으며, 시 · 공간적 변화에 따른 유량 및 수질의 모의를 위해서는 해당 연도별 토지이용자료를 사용하여야 하지만, 자료의 부족으로 본 연구에서는 보 · 검정 기간 동안 토지이용변화는 없는 것으로 가정하였다.
06% 에 해당한다. 이 시나리오의 골자는 비점원 부하량 저감정책의 일환인 유역 내 나지를 임야로 전환한 것을 가정한 것이다.
39% 에 해당한다. 이 초지가 임야로 조성된 것으로 가정한 것이다.

제안 방법

개별배출수 및 환경기초시설 방류수의 일최대점배출부하량의 산정은 ‘수립지침’ 규정에 따른 연간 30회 이상의 실측수질 자료가 확보된 경우는 ‘수립지침’ 방류수 수질평균 산정식에 따라 산정된 배출수질을 연평균 일배출유량에 곱하여 산정하였고 실측수질 자료가 확보되지 않은 경우는 관계법령에 의한 배출허용기준을 적용하였다.
그리고 이에 상응하는 목표연도의 복하천 목표수질 설정지점들에 대한 ‘기준할당부하량’을 만족하는 소유역별 부하량 삭감 시나리오(토지이용규제 및 BMP 등)가 적용된 ‘삭감정책에 근거한 부하지속곡선’을 작성하였다.
유출량은 2006년부터 2007년까지 보정과 검정을 실시하였다. 또한 같은 시기 수질의 보정과 검정도 실시하였다. 연중 일별자료를 중심으로 보정이 이루어졌으며, 시 · 공간적 변화에 따른 유량 및 수질의 모의를 위해서는 해당 연도별 토지이용자료를 사용하여야 하지만, 자료의 부족으로 본 연구에서는 보 · 검정 기간 동안 토지이용변화는 없는 것으로 가정하였다.
먼저 ‘삭감정책에 근거한 부하지속곡선’의 결과를 보면서 삭감정책의 특성(비점원 규제, BMP적용, 점원규제)이 부하지속곡선의 변화에 미치는 영향을 분석했다.
먼저, 복하천의 목표수질 설치지점에서의 HSPF를 이용하여 모의한 2007년 연간 일단위의 하천유량에 해당지점의 BOD 목표수질 농도를 곱한 ‘기준 BOD 부하지속곡선’을 산출하여 목표달성 평가의 기준으로 하였다.
발생부하량은 각 오염원의 2007년 말 오염원 현황 자료와 ‘수립지침’의 각 오염원별 발생원단위, 발생부하비 등을 이용하여 산정하였다.
오 · 폐수 발생유량은 각 오염원의 2007년 말 오염원 현황 자료와 ‘수립지침’의 각 오염원별 오 · 폐수 발생원단위, 전환계수 등을 이용하여 산정하였다.
오 · 폐수 배출유량은 각 오염원의 2007년 말 오염원 현황 자료와 ‘수립지침’의 각 오염원별 오 · 폐수 배출원단위, 배출계수 등을 이용하여 산정하였고, 오염원의 배출 경로에 따라 개별배출량, 관거배출량, 환경기초시설 방류량, 총배출량으로 구분하여 산정하였다.
WinHSPF의 검보정은 환경부에서 제공받은 수위관측망과 수질측정망 자료를 이용하여 이루어졌다. 유출량은 2006년부터 2007년까지 보정과 검정을 실시하였다. 또한 같은 시기 수질의 보정과 검정도 실시하였다.
장래 오염원 예측 자료를 바탕으로 2020년 장래 오염부하량을 산정하고, 삭감계획이 고려된 2020년 배출부하량을 산정하였다.
환경기초시설을 비롯한 매립장, 양식장의 점유율은 시설의 방류구 위치를 파악하여 산정하였으며, 그 외 토지계의 경우에는 각 지목의 면적별 점유율을 산정하여 각각 적용하였다.

대상 데이터

WinHSPF의 검보정은 환경부에서 제공받은 수위관측망과 수질측정망 자료를 이용하여 이루어졌다. 유출량은 2006년부터 2007년까지 보정과 검정을 실시하였다.
본 연구 대상지는 복하천 유역이다. 복하천은 용인시 양지면에서 흐르기 시작하여 원두천이 합류하는 이천시 호법면 부근에서 국가하천으로 바뀌며, 여주시 흥천면에서 남한강과 합류한다.
유출량의 보정을 위하여 수위관측망의 복하지점말단의 유량 측정 자료를 이용하였다. 유량 및 수위의 실측 성과가 부족하여 2006년 4월 5일부터 2007년까지를 보정하였다. 그러나 2006년부터 2007년까지의 자료를 보유하고 있는 지점은 일부에 불과하며 대부분의 관측지점에서 요구되는 기간 동안의 자료를 보유하고 있지 못하기 때문에 보정과 타당성 검증기간은 지점별로 다소 차이가 있다.
유출량의 보정을 위하여 수위관측망의 복하지점말단의 유량 측정 자료를 이용하였다. 유량 및 수위의 실측 성과가 부족하여 2006년 4월 5일부터 2007년까지를 보정하였다.

이론/모형

연구 대상지역 내 오염원은「한강수계 오염총량관리계획 수립 지침(환경부 고시 제2009-8호, 2009. 2. 2, 이하 “수립지침”이라 한다)」제12조 및 [별표 1]에 따라 각 오염원을 생활계, 축산계, 산업계, 토지계, 양식계, 매립계로 나누어 그룹화 하고 각 그룹에 대한 세부구분은 ‘수립지침’을 따랐다.
하지만 본 연구가 목표로 하고 있는 장기간의 유역단위 수질특성을 분석하고 그 결과를 기반으로 목표수질 초과지역 부하량할당의 타당성을 평가하기 위해서는 면적단위의 상세한 물질거동해석 기반의 SWAT모형보다는 유역단위의 균일한 수질거동특성을 기반으로 한 HSPF모형이 적절할 것으로 판단된다. 이를 근거로 본 연구에서는 HSPF모형을 시범유역 적용 모형으로 선정하였다.

성능/효과

그러나 2006년부터 2007년까지의 자료를 보유하고 있는 지점은 일부에 불과하며 대부분의 관측지점에서 요구되는 기간 동안의 자료를 보유하고 있지 못하기 때문에 보정과 타당성 검증기간은 지점별로 다소 차이가 있다. 보정기간에서는 반복적인 모델링 변수의 수정과 모의실행을 통하여 과다 또는 과소 예측된 모의결과가 관측값과 최대한 근접될 수 있도록 하였으며, 검증기간은 보정기간에 맞춰진 모델의 변수들의 타당성을 검증하였다.
비점원부하량을 중심으로 삭감시나리오를 적용한 결과, 계획 목표연도인 2020년 복하천의 목표수질 설치지점인 복하천 4지점의 수질은 설정된 BOD 목표수질을 달성할 수 있었다.
80mg/L이었다. 현행 오염총량관리에 따른 주요 수질인 Q275시점의 BOD농도는 모의 결과가 관측농도보다 0.27mg/L 만큼 작게 나타남으로써 향후 이 모형모의결과를 사용할 경우 유발될 수 있는 BOD농도의 오차요인은 낮은 수준으로 판단된다.

후속연구

한편, 기준할당부하량은 목표수질 달성여부를 평가하는 과정에서 전제한 목표수질이 현행 오염총량관리제도에서 정의하고 있는 기준유량(Q275) 시점의 특정 일자의 수질농도에 근거한 것이다. 그러나 현행의 오염총량관리제도에서도 계획목표년도의 목표수질 달성평가의 근거는 환경부가 8일 간격으로 년 30회 이상을 측정한 해당 목표수질 설치지점의 수질 평균값임을 고려 할 때 Q275에서 작성된 기준할당부하량을 만족하는 소유역별 부하량 삭감 시나이로를 적용한 삭감정책이 연간의 지속적인 목표수질 달성을 담보할 수 있는가에 대한 추가적인 평가가 요구된다.
물론 모형의 유역 적용에 있어서는 두 모형 모두 수문학적 반응특성이 유사한 지역단위(Hydrologic response unit, HRU)로 공간구분 적용이 가능하고 지표로부터 지하로 다층유출구조를 지녔다. 하지만 본 연구가 목표로 하고 있는 장기간의 유역단위 수질특성을 분석하고 그 결과를 기반으로 목표수질 초과지역 부하량할당의 타당성을 평가하기 위해서는 면적단위의 상세한 물질거동해석 기반의 SWAT모형보다는 유역단위의 균일한 수질거동특성을 기반으로 한 HSPF모형이 적절할 것으로 판단된다. 이를 근거로 본 연구에서는 HSPF모형을 시범유역 적용 모형으로 선정하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	HSPF모형은 무엇을 기반으로 하였는가?	물론 모형의 유역 적용에 있어서는 두 모형 모두 수문학적 반응특성이 유사한 지역단위(Hydrologic response unit, HRU)로 공간구분 적용이 가능하고 지표로부터 지하로 다층유출구조를 지녔다. 하지만 본 연구가 목표로 하고 있는 장기간의 유역단위 수질특성을 분석하고 그 결과를 기반으로 목표수질 초과지역 부하량할당의 타당성을 평가하기 위해서는 면적단위의 상세한 물질거동해석 기반의 SWAT모형보다는 유역단위의 균일한 수질거동특성을 기반으로 한 HSPF모형이 적절할 것으로 판단된다. 이를 근거로 본 연구에서는 HSPF모형을 시범유역 적용 모형으로 선정하였다.
	HSPF모델의 수문성분은 무엇으로 구성되는가?	HSPF모델의 수문성분은 지표유출수(Runoff), 복류수(Interflow) 그리고 지하수(Baseflow)로 구성된다. 각각의 수문은 불투수면과 투수면으로 구분되어 유출되는데, 불투수면 지역은 지표유출(Runoff) 과 증발산량을 통해 배출되고, 투수면 지역은 Surface, uppper, lower, ground water 로 구분하여 3개의 지표유출수, 복류수, 지하수로 구성된다.
	비점오염원의 경우 하수관거 오접, 관거누수, 우수토실의 월류 등으로 인해 어떤 결과가 발생하는가?	또한 개발에 따른 불투수층의 면적 비율이 높아 강우 유달시간이 짧고, 유출율이 커서 강우 초기에 유량 및 오염물질이 다량 유출되는 현상이 나타난다(방기웅, 1997). 이외에 하수관거 오접, 관거누수, 우수토실의 월류 등으로 인해 하수가 섞인 빗물이 하천으로 방류되는 경우가 발생되고 있으며, 하수관거에 쌓인 퇴적물이 강수 시 빗물에 씻겨 하천으로 유입된다. 이와 같이 유역별로 다양하게 발생되고 있는 비점오염원을 효과적으로 관리하기 위해서는 오염부하량을 정량적으로 산정하고 이동 경로를 파악하는 것이 필수적이다.

참고문헌 (9)

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방기웅 외, 1997, 도시 소유역에서의 비점오염원 유출 특성에 관한 연구, 한국수질보전학회지, 13(1), 79-99.
심창석, 2004, AGNPS 모델에 의한 비점오염원으로부터 하천으로 유입되는 오염부하량 예측, 한국수처리학회지, 12(1), 39-50.
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정재우, 2005, SWAT 모형에 의한 주암호 외남천 유역의 비점오염 부하 추정, 전남대학교 석사학위논문.
조재현, 2004, 경기도 지천별(안성천수계, 안양천, 신천) 오염부하량 산정 및 관리를 위한 수질관리 모델 및 시스템 : 황구지천 유역에 대하여 최적화기법을 이용한 BOD, TN, TP의 오염부하량을 할당하는 수질관리시스템 개발, 용인 경기지역 환경기술개발센터, 141-142.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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