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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 유역으로부터 발생되는 비점오염원의 특성을 조사하기 위하여 보은군 외속리 농촌지역 (유역면적 중 40% 이상이 논지역으로 구성)을 조사대상지로 선정하여 강우기간 동안 유량과 수질을 모니터링을하였고, 유량가중평균농도 (Event Mean Concentration, EMC), 지역평균농도(Site Mean Concentration, SMC), 초기세척비율(Mass First Flush Ratio, MFF)을 산정하여,강우 사상에 따른 비점오염물질의 유출특성을 고찰하였다.
- 본 연구는 강우 시 농촌지역에서 강우유출수와 함께 하천으로 유입되는 비 점 오염 물질의 유출특성 을 파악하기 위해 수행되었다. 유량의 증감에 따른 수질항목의 상관관계는 SS, T-P, CODMn, BOD, TN의 순으로 상관성 이 높은 것으로 나타났고, 강우량, 강우강도, 선행무강우일수에따라 다양한 유출 특성을 보였다.
- 본 연구는 강우 시 농촌지역에서 강우유출수와 함께 하천으로 유입되는 비점오염물질의 유출특성을 파악하기위해 수행되었으며 선정된 조사대상지는 Fig. 1에 나타난바와 같다. 조사대상지는 충청북도 보은군 외속리면 항곡리 상주청원간 고속도로 입구에 위치하였고 상류지역의장재 저수지로부터 삼가천으로 유입되기 직전인 소하천으로써 북위 36°26'33”, 동경 127°47'41”, 고도 154m인 지점으로 선정되었다.
제안 방법
- SMC)를 산정하였다. 강우 시 강우유출수에 의해 발생된 비점오염물질의 초기유출특성을 분석하기 위해 누적 유출 유량에 따른 누적오염부하량 비를 산정하고 각각의 강우와 수질항목을 바탕으로 초기세척비율(Mass First Flush Ratio, MFF)을 산정하여 수치화함으로써 확인하였다(Ma et al., 2002; Han et al., 2006).
- 대상유역에서 발생한 오염물질의 총량을 강우유출수의양으로 나눈 값인 유량가중평균농도 (Event Mean Con centration, EMC)를 이용하여 유출유량부피를 고려하였으며 이를 바탕으로 지 역평균농도(Site Mean Concentra tion, SMC)를 산정하였다. 강우 시 강우유출수에 의해 발생된 비점오염물질의 초기유출특성을 분석하기 위해 누적 유출 유량에 따른 누적오염부하량 비를 산정하고 각각의 강우와 수질항목을 바탕으로 초기세척비율(Mass First Flush Ratio, MFF)을 산정하여 수치화함으로써 확인하였다(Ma et al.
- 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 강우가 시작되고유량이 증가하여 첨두유량에 도달할 때까지 30분 간격으로 채수하다가 유량이 감소하면서부터는 1〜2시간 간격으로 조절하여 채수를 하였으며 시료는 자동채수기 (Sigma 900)에 의해 채수되었다. 채수된 시료는 4°C 이하로 보관하여 24시간 이내로 실험실로 즉시 운반하여 실험하였고분석 항목은 SS, BOD, CODMn, T-N, T-P로 수질오염공정시험방법과 Standard method (APHA, 1999)에 따라 분석하였다.
- 유량은 회전식 유속계 (Model 2100)를 이용하여 ISO 2425의 단일측정방법 중 하나인 유속면적법 (Velocity- Area Method) 에 의해 15분 간격으로 연속 측정되었고 기상관측자료는 기상청의 5분 강우자료를 이용하였다. 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 강우가 시작되고유량이 증가하여 첨두유량에 도달할 때까지 30분 간격으로 채수하다가 유량이 감소하면서부터는 1〜2시간 간격으로 조절하여 채수를 하였으며 시료는 자동채수기 (Sigma 900)에 의해 채수되었다.
대상 데이터
- 1에 나타난바와 같다. 조사대상지는 충청북도 보은군 외속리면 항곡리 상주청원간 고속도로 입구에 위치하였고 상류지역의장재 저수지로부터 삼가천으로 유입되기 직전인 소하천으로써 북위 36°26'33”, 동경 127°47'41”, 고도 154m인 지점으로 선정되었다. 유역면적은 1.
이론/모형
- 비점오염물질의 유출특성을 파악하기 위해 강우가 시작되고유량이 증가하여 첨두유량에 도달할 때까지 30분 간격으로 채수하다가 유량이 감소하면서부터는 1〜2시간 간격으로 조절하여 채수를 하였으며 시료는 자동채수기 (Sigma 900)에 의해 채수되었다. 채수된 시료는 4°C 이하로 보관하여 24시간 이내로 실험실로 즉시 운반하여 실험하였고분석 항목은 SS, BOD, CODMn, T-N, T-P로 수질오염공정시험방법과 Standard method (APHA, 1999)에 따라 분석하였다.
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 분석해보면 강우강도는 비슷하나 강우량이 1차가 4차 이벤트에비해 약 2배 많은 것을 볼 수 있는데 각 수질항목의 첨두농도는 1차가 4차 이벤트에 비해 높다는 것을 확인할 수있다. 이를 통해 첨두 농도는 강우 강도와 밀접한 관련이있는 것으로 판단된다.
- 00으로 나타났는데 이는초기 10%의 강우유출수에 30%의 비점오염물질이 포함되어 초기유출이 가장 큰 것으로 나타났다. CODMn, T-N의경우 Peak MFFn의 비율은 각각 1.01-1.14, 1.02-1.14의 범위로 나타났는데 이것으로 비추어 볼 때, CODMn, T-N은 초기세척효과가 거의 없는 것으로 판단된다.
- 3에 나타낸 바와 같다. SS, BOD, T-P의 초기세척효과가 뚜렷하게 관찰되었고, SS>T-P>BOD 순으로 나타났는데, 입자형태인 SS, T-P의 초기유출이 뚜렷한 것으로 보인다. 초기세척 효과는 강우량이 많고 강우강도도 강했던 1차 이벤트의 경우 특히 뚜렷하게 나타났고 3차 이벤트의 경우 강우 후반부의 강한 강우강도로 더 많은 비점오염물질 부하가 발생하여 초기세척 개념을 적용시키기 힘들 것으로 판단된디.
- 26으로 나타났는데 이는 초기 20%의 강우유출수에 45%의 비점오염물질이 포함되어 있음을 의미한다. 그리고 BOD의 경우 2차 이벤트에서 MFFm의 비율이 L15로 나타났는데 이는 초기 30%의 강우유출수에 47% 의 비점오염물질이 포함되어 있었으며 T-P의 경우는 1차이벤트에서 MFA의 비율이 3.00으로 나타났는데 이는초기 10%의 강우유출수에 30%의 비점오염물질이 포함되어 초기유출이 가장 큰 것으로 나타났다. CODMn, T-N의경우 Peak MFFn의 비율은 각각 1.
- 또 초기유출특성을살펴보면 강우 후반부의 강한 강우강도로 인해 초기세척개념을 적용시키기 어려운 3차 이벤트와 강우량이 적고강우강도도 약했던 5차 이벤트를 제외한 다른 이벤트에서 초기세척효과가 관찰되었고 SS>T-P>BOD>CODMn >T-N 순으로 뚜렷하게 나타났다. 그리고 초기세척비율계산 결과, 초기 유출수의 30%에 가장 많은 오염부하가발생하고 대부분 입자형태 즉, SS, T-P의 유출이 뚜렷하므로 저류지를 통해 초기 강우유출수의 비점오염물질을제거하는 것이 바람직하다고 판단된다. 본 연구를 통해분석된 결과를 바탕으로 비점오염물질의 유출특성에 대한 다양한 데이터베이스를 구축하여 향후 비점오염원을체계적으로 관리함으로써 하천 수질을 개선하려는 노력이 필요할 것으로 사료된다.
- 분석된 결과를 바탕으로 EMC와 SMC를 산정한 결과 SS, T-P는 강우사상에따라 높은 EMC 농도변화를 보였고 산술평균농도와 EMC 를 비교하였는데 대체적으로 EMC가 더 높은 것으로 나타나 유량의 증감에 영향이 있는 것으로 나타났으나 T-N 의 경우 영향이 없는 것으로 보였다. 또 초기유출특성을살펴보면 강우 후반부의 강한 강우강도로 인해 초기세척개념을 적용시키기 어려운 3차 이벤트와 강우량이 적고강우강도도 약했던 5차 이벤트를 제외한 다른 이벤트에서 초기세척효과가 관찰되었고 SS>T-P>BOD>CODMn >T-N 순으로 뚜렷하게 나타났다. 그리고 초기세척비율계산 결과, 초기 유출수의 30%에 가장 많은 오염부하가발생하고 대부분 입자형태 즉, SS, T-P의 유출이 뚜렷하므로 저류지를 통해 초기 강우유출수의 비점오염물질을제거하는 것이 바람직하다고 판단된다.
- 이를 통해 첨두 농도는 강우 강도와 밀접한 관련이있는 것으로 판단된다. 또한 2차와 4차 이벤트에서의 수질농도를 분석해 보면 강우량은 비슷하나 강우강도는 4 차가 2차 이벤트에 비해 약 1.5배 많은데 SS 항목에서 첨두 농도는 4차가 2차 이벤트보다 약 3.8배 높다는 것을볼 수 있는데 이를 통해 높은 강우강도는 SS 항목과 밀접한 관련이 있다는 것을 확인할 수 있다. 1차 이벤트는선행무강우일수가 9.
- 먼저, 강우유출수의 EMC 농도를 확인해 보면 SS,BOD, CO% T-N, T-P의 농도는 각각 1.4-209.0, 1.0~ 4.3, 1.2-10.3, 2.235〜2.526, 0.012-0.119mg L-1의 범위로 나타났다. 그리고 SMC는 SS, BOD, CODMn, T-N, T-P가 각각 58.
- T-N의 경우 모든 이벤트에서 비슷한 EMC 농도를 보였는데 이것은 T-N은 유량의 증감에 민감하지않음을 의미한다. 본 연구 결과를 통해 나타난 EMC와 SMC를 분석해 보면 강우사상에 따른 강우유출수의 EMC 와 SMC 농도는 다양하게 나타났는데 이는 같은 유역에서 조차도 EMC를 예측하는 데 있어 용이하지 않음을 의미 한다 (Kim and Kang, 2004).
- 유량의 증감에 따른 수질항목의 상관관계는 SS, T-P, CODMn, BOD, TN의 순으로 상관성 이 높은 것으로 나타났고, 강우량, 강우강도, 선행무강우일수에따라 다양한 유출 특성을 보였다. 분석된 결과를 바탕으로 EMC와 SMC를 산정한 결과 SS, T-P는 강우사상에따라 높은 EMC 농도변화를 보였고 산술평균농도와 EMC 를 비교하였는데 대체적으로 EMC가 더 높은 것으로 나타나 유량의 증감에 영향이 있는 것으로 나타났으나 T-N 의 경우 영향이 없는 것으로 보였다. 또 초기유출특성을살펴보면 강우 후반부의 강한 강우강도로 인해 초기세척개념을 적용시키기 어려운 3차 이벤트와 강우량이 적고강우강도도 약했던 5차 이벤트를 제외한 다른 이벤트에서 초기세척효과가 관찰되었고 SS>T-P>BOD>CODMn >T-N 순으로 뚜렷하게 나타났다.
- 5차 이벤트의 경우 유량의 변화가 거의없어 상관관계 분석에 의미가 없는 것으로 판단되어 제외하였다. 상관관계를 분석한 결과 SS>T-P>CODMn> BOD>T-N 순으로 상관성 이 높은 것으로 나타났고, 특히 SS, T-P가 뚜렷하게 관찰되었다. 유량에 따른 SS와 T-P의 증가는 강우 시 토사유출 등에 의한 입자상물질(부유물질)유입 때문인 것으로 판단되며 특히 T-P의 경우 용존성 물질보다는 입자상 물질 또는 토양에 흡착된 형태로유출되는 특징을 가지고 있다.
- 수행되었다. 유량의 증감에 따른 수질항목의 상관관계는 SS, T-P, CODMn, BOD, TN의 순으로 상관성 이 높은 것으로 나타났고, 강우량, 강우강도, 선행무강우일수에따라 다양한 유출 특성을 보였다. 분석된 결과를 바탕으로 EMC와 SMC를 산정한 결과 SS, T-P는 강우사상에따라 높은 EMC 농도변화를 보였고 산술평균농도와 EMC 를 비교하였는데 대체적으로 EMC가 더 높은 것으로 나타나 유량의 증감에 영향이 있는 것으로 나타났으나 T-N 의 경우 영향이 없는 것으로 보였다.
- 5일로 길었으나 강우량이 적어 유량의 변동이 적어 수질항목별 기저, 최대, 최소농도는 크게 다르지 않은 것으로 판단된다. 이를 통해 본 조사대상지는 유역면적 중 투수층이 대부분으로 투수율이 높고 논지역의 경우 논에 일시적으로 물을 가둬두는 역할을 하기 때문에 적은 강우량과 약한 강우강도는 본 조사대상지에 거의 영향을 끼치지 않음을 알 수 있었다.
- EMC 농도가 산술평균농도보다 대체적으로 높은 농도를 보였는데, 본 연구에서도 비슷한 결과로 조사되었다. 전반적으로 입자성 물질이 유입됨에 따라 SS, T-P가 높은 EMC 농도를 나타냈고 특히 강우량이 많고 강우강도도강했던 1, 3차 이벤트에서 높게 나타났다. 그리고 강우강도가 강했던 4차 이벤트-는 2차 이벤트에 비해 높은 EMC 를 나타냈다.
- 5mmhrT의 범위를 나타냈다. 총 유출유량은 991- 417, 627m:'의 범위로 나타났고 첨두유량은 0.02-10.65CMS의 범위로 강우사상에 따라 큰 변화폭을 보였다. 선행무강우일 수는 0.
후속연구
- 2일로 비교적 길었으나 강우량이 많고 강우강도도 강했기 때문에 선행무강우일수에 의한 것인지는 확인할 수 없었다. 따라서 비점오염물질의 유출특성을 보다 면밀히 파악하기 위해서는 앞으로 지속적 인 모니터링을 통해 다양한 데이터베이스를 구축하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 5차 이벤트의 경우 선행무강우일 수가 16.
- 유량에 따른 SS와 T-P의 증가는 강우 시 토사유출 등에 의한 입자상물질(부유물질)유입 때문인 것으로 판단되며 특히 T-P의 경우 용존성 물질보다는 입자상 물질 또는 토양에 흡착된 형태로유출되는 특징을 가지고 있다. 또한 T-P는 영농활동으로인해 농약이나 비료가 시비되고 이것이 토양에 임시적으로 저장되었다가 강우 시 하천으로 유입되어 유량의 증감에 민감한 것으로 판단되기 때문에 이에 따른 적절한 관리방안을 모색해 야 할 것으로 사료된다. 하지만 T-N은 모든 이벤트에서 기저, 최대, 최소농도는 비슷한 경향을 나타내었는데 이는 T-N의 경우 유출유량에 의해 희석된 것으로 사료된다.
- (2003)의 연구에서는 비점오염물질의유출특성을 파악하는 데 있어 유역특성, 강우특성, 유량 특성 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 다양한데 이터베이스를 구축하여 비점오염물질 유출특성을 체 계적으로 파악해야 할 것으로 사료된다.
- 그리고 초기세척비율계산 결과, 초기 유출수의 30%에 가장 많은 오염부하가발생하고 대부분 입자형태 즉, SS, T-P의 유출이 뚜렷하므로 저류지를 통해 초기 강우유출수의 비점오염물질을제거하는 것이 바람직하다고 판단된다. 본 연구를 통해분석된 결과를 바탕으로 비점오염물질의 유출특성에 대한 다양한 데이터베이스를 구축하여 향후 비점오염원을체계적으로 관리함으로써 하천 수질을 개선하려는 노력이 필요할 것으로 사료된다.
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