[국내논문]유량-부하량관계식을 이용한 주암호 외남천 유역의 유황별 유달율 산정 Estimation of Pollutant Load Delivery Ratio for Flow Duration Using L-Q Equation from the Oenam-cheon watershed in Juam Lake원문보기
The objective of this study is to provide pollutant loads delivery ratio for flow duration in Oenam-cheon watershed, which is upstream watershed of Juam Lake. To calculate the delivery ratio by flow duration, rating curves and discharge-loads curves using measured data were established, then Flow Du...
The objective of this study is to provide pollutant loads delivery ratio for flow duration in Oenam-cheon watershed, which is upstream watershed of Juam Lake. To calculate the delivery ratio by flow duration, rating curves and discharge-loads curves using measured data were established, then Flow Duration Curve(FDC) and pollutant loads delivery ratio curves were constructed. The results show that the delivery ratios for $BOD_5$ for abundant flow($Q_{95}$), ordinary flow($Q_{185}$), low flow($Q_{275}$), and drought flow($Q_{355}$) were 23.9, 12.7, 7.1, and 2.9%, respectively. The delivery ratios of same flow regime for T-N were 58.4, 31.2, 17.2 and 7.1%, respectively. While, the delivery ratios T-P were 17.3, 7.5, 3.4, and 1.1% respectively. In general, delivery ratio of high flow condition showed higher value due to the influence of nonpoint source pollution. Based on the study results, generalized equations were developed for delivery ratio and discharge per unit area, which could be used for ungaged watershed with similar pollution sources.
The objective of this study is to provide pollutant loads delivery ratio for flow duration in Oenam-cheon watershed, which is upstream watershed of Juam Lake. To calculate the delivery ratio by flow duration, rating curves and discharge-loads curves using measured data were established, then Flow Duration Curve(FDC) and pollutant loads delivery ratio curves were constructed. The results show that the delivery ratios for $BOD_5$ for abundant flow($Q_{95}$), ordinary flow($Q_{185}$), low flow($Q_{275}$), and drought flow($Q_{355}$) were 23.9, 12.7, 7.1, and 2.9%, respectively. The delivery ratios of same flow regime for T-N were 58.4, 31.2, 17.2 and 7.1%, respectively. While, the delivery ratios T-P were 17.3, 7.5, 3.4, and 1.1% respectively. In general, delivery ratio of high flow condition showed higher value due to the influence of nonpoint source pollution. Based on the study results, generalized equations were developed for delivery ratio and discharge per unit area, which could be used for ungaged watershed with similar pollution sources.
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문제 정의
하지만 일별 수질자료를 수집하고 분석하는 것은 시간, 비용, 노동력 등의 경제성의 이유로 매우 어렵다. 따라서 본 연구에서는 일 유달 부하량을 산정하기 위해서 유량(Q)과 유달부하량(L)의 관계식을 개발한 후 이를 적용하여 일 부하량을 산정하였으며, 이러한 방법은 다양한 연구자들에 의해 시도되었다(김 등, 2001; 정 등, 2009; 김 등; 2010, 장등, 2010).
본 연구는 외남천 유역에서 2007년부터 2008년까지 모니터링 자료를 이용하여 유황곡선작성, 유량-부하량 관계식을 개발하여 이를 부하량 산정에 적용한 후 외남천 유역의 유황별 유달율 산정함으로써, 주암호 상류유역의 효율적 수질관리를 위한 기초자료를 제공하는데 목적이 있다.
본 연구는 효율적인 주암호 수질관리에 필요한 유황별 유달율을 산정하기 위해 우선, 유황곡선을 작성하고, 유량-부하량관계식을 통하여 유달부하량을 산정하고 산정된 유달부하량과 배출부하량 자료를 이용하여 유황별 유달율을 산정하였으며 그 결과는 다음과 같다.
제안 방법
시험유역의 강우량측정은 광주지방기상청의 자료를 이용하였고, 유역의 말단에 독일 OTT사의 공기방울 압력식 전자수위계인 Orphimedes 수위 데이타 로거를 설치하여 수위자료를 획득하였다. 또한 유량자료를 확보하기 위해서 강우시 및 비강우시 유속을 측정한 후 수위-유량관계곡선식을 도출하여 유량으로 환산하였다. 강우시와 비강우시 수질 샘플을 채취하였으며, 수질공정시험법에 따라 분석하였다.
외남천 유역에서 2007년~2008년 실측 유달부하량과 배출부하량 자료를 이용하여 단위면적당 유량 및 유달율 회귀식을 개발하였다(Fig 9, Table 3) 개발된 회귀식의 적합성 평가는 결정 계수 (R2)를 이용하였으며, 그 결과는 Table 3과 같다. Green 등(2006) 과 Chung 등(1999)은 R2가 0.
외남천 유역의 수문자료와 유량을 측정하기 위해서 2007년 4월부터 2008년 11월까지 현장모니터링을 실시하였다. 시험유역의 강우량측정은 광주지방기상청의 자료를 이용하였고, 유역의 말단에 독일 OTT사의 공기방울 압력식 전자수위계인 Orphimedes 수위 데이타 로거를 설치하여 수위자료를 획득하였다.
조사기간동안 수위와 유량측정 자료를 이용하여 확률적으로 유황곡선을 작성하였다. 장기간의 자료를 이용하여 유황곡선을 작성해야 하나 장기 실측자료의 부재로 본 연구에서는 2007년부터 2008년 자료를 이용하였다.
대상 데이터
2007년 및 2008년 조사기간동안 외남천 유역에서의 강우량 자료는 광주지방기상청 자료를 이용하였으며, 총 강우량은 각각 1,254 mm, 951 mm 였고, 총 유출량은 각각 926 mm, 577 mm 였다. 2007년, 2008년 모두 7월부터 8월까지 강우가 집중됨을 보였으며, 두 기간 모두 강우에 대한 유출량 변화를 잘 나타내었다 (Fig.
외남천 유역의 수문자료와 유량을 측정하기 위해서 2007년 4월부터 2008년 11월까지 현장모니터링을 실시하였다. 시험유역의 강우량측정은 광주지방기상청의 자료를 이용하였고, 유역의 말단에 독일 OTT사의 공기방울 압력식 전자수위계인 Orphimedes 수위 데이타 로거를 설치하여 수위자료를 획득하였다. 또한 유량자료를 확보하기 위해서 강우시 및 비강우시 유속을 측정한 후 수위-유량관계곡선식을 도출하여 유량으로 환산하였다.
외남천 유역에서의 발생부하량 및 배출부하량은 국립환경과학원 수계오염총량관리 기본계획 생활계, 토지계, 매립계, 토지계, 환경기초시설로 구분하였으며, 전국오염원자료(환경부, 2007)와 국토해양부 통계연보, 제 2단계 수질오염 총량관리 기본계획에 적용된 자료를 이용하였다. 유역내 발생부하량 및 배출부하량은 수계오염총량관리지침에 따라 산정하였으며, 유달부하량은 실제 유역에서 유량과 수질을 측정하여 외남천 유역의 유달부하량을 산정하였다.
외남천 유역의 2007년부터 2008년까지 실측 유량과 수질자료를 이용하여 유량-부하량 관계식을 개발하였으며 그 결과는 Fig. 7과 Table 1과 같다. BOD5와 T-N의 경우 유량 지수가 모두 1보다 작아 유량증가에 따라 농도가 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 유량 증가시 농도의 희석효과가 나타나기 때문인 것으로 판단된다.
조사기간동안 수위와 유량측정 자료를 이용하여 확률적으로 유황곡선을 작성하였다. 장기간의 자료를 이용하여 유황곡선을 작성해야 하나 장기 실측자료의 부재로 본 연구에서는 2007년부터 2008년 자료를 이용하였다. Fig.
이론/모형
또한 유량자료를 확보하기 위해서 강우시 및 비강우시 유속을 측정한 후 수위-유량관계곡선식을 도출하여 유량으로 환산하였다. 강우시와 비강우시 수질 샘플을 채취하였으며, 수질공정시험법에 따라 분석하였다.
외남천 유역에서의 발생부하량 및 배출부하량은 국립환경과학원 수계오염총량관리 기본계획 생활계, 토지계, 매립계, 토지계, 환경기초시설로 구분하였으며, 전국오염원자료(환경부, 2007)와 국토해양부 통계연보, 제 2단계 수질오염 총량관리 기본계획에 적용된 자료를 이용하였다. 유역내 발생부하량 및 배출부하량은 수계오염총량관리지침에 따라 산정하였으며, 유달부하량은 실제 유역에서 유량과 수질을 측정하여 외남천 유역의 유달부하량을 산정하였다.
성능/효과
1) 조사기간동안 외남천유역의 풍수량(Q95), 평수량(Q185), 저수량(Q275), 갈수량(Q355)은 각각 1.25 m3/s, 0.63 m3/s, 0.34 m3/s, 0.13 m3/s 로 나타났다.
2) 유량-부하량 관계식 산정결과 유량과 오염물질 항목별(BOD5, T-N, T-P) 유달부하량과의 결정 계수가 각각 0.84, 0.96, 0.95로 나타나 유량-부하량 관계식의 유의성이 있는 것으로 나타났다. 또한, 유량-부하량 관계곡선에 의하면 외남천 유역의 경우 BOD5와 T-N은 유량증가에 따라 농도가 감소하는 것으로 나타났으며, T-P의 경우 유량증가에 따른 농도가 증가하는 것으로 나타났다.
3) 조사기간 동안 외남천 유역의 유황별 BOD5 유달율은 수질오염총량관리 기준유량인 저수량의 경우 7.1 %, 풍수량, 평수량, 갈수량의 경우 각각 23.9 %, 12. 7%, 2.
8과 Table 2와 같다. BOD5 기준유량인 저수량의 유달 율은 7.1% 였으며, 풍수량, 평수량, 갈수량의 유달율은 각각 23.9%, 12.7%, 2.9%로 나타났다. T-N의 풍수량, 평수량, 저수량, 갈수량의 유달율은 각각 58.
6 % 였으며, 매립계 부하량은 발생하지 않았다. BOD5 배출부하량은 302.2 kg/day였고, 토지계의 기여율이 62.9 % 로 가장 높았으며, 축산계 24.0 %, 생활계 10.8 %, 양식계 2.3% 였으며, 산업계와 매립계는 배출되지 않았다. T-N의 총 발생부하량은 413.
BOD5의 총 발생부하량은 1,136.7 kg/day 중 축산 계의 기여율이 71.0 % 로 가장 컸으며, 그 다음으로 토지계 16.7 %, 생활계 11.7 %, 양식계 0.6 % 였으며, 매립계 부하량은 발생하지 않았다. BOD5 배출부하량은 302.
3 % 였으며, 산업계와 매립계는 오염부하량이 발생하지 않았다. T-N 배출부하량은 234.6 kg/day 였으며, 토지계의 기여율이 79.7 % 로 가장 컸으며, 축산계 12.3 %, 생활계 7.5 % 였으며, 산업계와 매립계는 배출되지 않았다. T-P의 총 발생부하량은 82.
3% 였으며, 산업계와 매립계는 배출되지 않았다. T-N의 총 발생부하량은 413.1 kg/day 였으며, 토지계 45.2 % 로 가장 큰 기여율을 보였으며 축산계 45.6 %, 생활계 8.8 %, 양식계 0.3 % 였으며, 산업계와 매립계는 오염부하량이 발생하지 않았다. T-N 배출부하량은 234.
9%로 나타났다. T-N의 풍수량, 평수량, 저수량, 갈수량의 유달율은 각각 58.4%, 31.2%, 17.2%, 7.1%로 나타났으며, T-P의 경우 기준 유량인 평수량에서의 유달율은 7.5% 였고, 풍수량, 저 수량, 갈수량의 유달율은 각각 17.3%, 3.4%, 1.1%로 나타났다(Table 2). 전반적으로 외남천유역의 유황별 유달율은 하천의 유량이 감소함에 따라 유달율이 감소하는 경향을 보였는데 이는 유량이 감소할수록 유속이 감소하기 때문에 유역말단에 도달하는 오염물질의 이송율이 저감되었기 때문인 것으로 판단된다.
T-P배출부하량은 20.1 kg/day였으며, 토지계가 69.5%로 가장 큰 기여율을 보였으며, 축산계 19.0%, 생활계 9.8%, 양식계 1.8%였으며.
5 % 였으며, 산업계와 매립계는 배출되지 않았다. T-P의 총 발생부하량은 82.1 kg/day였으며, 축산계의 77.8 % 로 기여율이 가장 컸으며, 토지계 17.0 %, 생활계 4.8 %, 양식계 0.4 % 였으며, 매립계는 부하량이 발생하지 않았다. T-P배출부하량은 20.
95로 나타나 유량-부하량 관계식의 유의성이 있는 것으로 나타났다. 또한, 유량-부하량 관계곡선에 의하면 외남천 유역의 경우 BOD5와 T-N은 유량증가에 따라 농도가 감소하는 것으로 나타났으며, T-P의 경우 유량증가에 따른 농도가 증가하는 것으로 나타났다.
6 이상이면 회귀 곡선의 추세값을 잘 반영한다고 제안하였다. 본 연구에서의 개발한 단위면적당 유량 및 오염물질 항목별 (BOD5, T-N, T-P) 유달율 회귀식의 R2가 모두 0.8이상으로 유량과 유달율은 유의성이 매우 높은 것으로 나타났다.
후속연구
4) 외남천 유역의 단위면적당 유량 및 BOD5, T-N, T-P 유달율 회귀식을 개발한 결과 결정계수(R2)가 모두 0.8이상으로 나타나 유량과 유달율은 유의성이 매우 높은 것으로 나타났으며 향후 오염원이 비슷한 미계측 유역의 유달율 추정에 활용 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서 제시된 연구결과는 주암호 상류유역의 효율적 수질관리를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. 하지만, 본 연구는 관측기간이 짧고 특히, 개발된 유량-유달율 회귀식의 경우 적용성이 검증되지 않았기 때문에 추후 장기모니터링 및 회귀식 적용성 검증 등에 대한 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
본 연구에서 제시된 연구결과는 주암호 상류유역의 효율적 수질관리를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. 하지만, 본 연구는 관측기간이 짧고 특히, 개발된 유량-유달율 회귀식의 경우 적용성이 검증되지 않았기 때문에 추후 장기모니터링 및 회귀식 적용성 검증 등에 대한 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주암호의 역할은?
주암호는 250만 광주․전남의 상수원으로서 생활용수는 물론 광양만원권의 산업단지에 공업용수를 공급하고 있으며, 수력발전, 홍수조절 등 다목적댐의 역할을 하고 있다. 주암호 유역은 섬진강의 제1지류인 보성강 중류에 위치해 있으며 행정구역상 순천시와 보성군, 장흥군, 담양군, 화순군에 걸쳐있고, 인구는약 6만 명이며, 유역면적은 1029.
주암호 유역의 위치는?
주암호는 250만 광주․전남의 상수원으로서 생활용수는 물론 광양만원권의 산업단지에 공업용수를 공급하고 있으며, 수력발전, 홍수조절 등 다목적댐의 역할을 하고 있다. 주암호 유역은 섬진강의 제1지류인 보성강 중류에 위치해 있으며 행정구역상 순천시와 보성군, 장흥군, 담양군, 화순군에 걸쳐있고, 인구는약 6만 명이며, 유역면적은 1029.41 ㎢로 유역의 74.
주암호의 오염상태는?
주암호는 주변이 대부분 산림으로 둘러싸여 있으며 유역 내에 소규모 농공단지 이외에는 산업시설이 없으므로 산업체에 의한 오염우려는 적다. 그러나 내 · 외부에서 유입되는 오염물질로 호소의 수질은 점점 악화되고 있는 실정이며. 특히, 매년 심화되고 있는 호소의 부영양화로 인해 여름마다 조류가 과잉 번식할뿐만 아니라 여름철에 연녹색의 조류가 호소표면에 넓게 떠있을 때는 시각적으로 불쾌감을 주어 상수원에 대한 시민들의 신뢰도를 저하시키게 된다.
참고문헌 (20)
김건하, 윤재영, 2005, 금강에 대한 대장균 부하 지속곡선의 개발 및 적용, 수질보전 한국물환경학회지, 21(5), 516-519.
Dingman, S. L., 2002, Physical Hydrology 2nd ed, Prentice Hall, New jersey.
Vogel, R. M., Fenessey, N. M., 1994, Flow-duration curves 1 new interpretation and confidence intervals. Journal of Water Resources Planning and Management ASCE, 120(4), 485-504.
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