[논문]부하지속곡선을 이용한 중랑천의 유량 조건별 수질특성 평가

최경완; 신경용; 이형진; 전상호

doi:10.5668/jehs.2012.38.5.438

부하지속곡선을 이용한 중랑천의 유량 조건별 수질특성 평가
Assessment of the Water Quality of Jungnang Stream by Flow Conditions Using Load Duration Curve 원문보기

韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences, v.38 no.5, 2012년, pp.438 - 447

최경완 (국립환경과학원 한강물환경연구소) , 신경용 (강원대학교 환경과학과) , 이형진 (국립환경과학원 한강물환경연구소) , 전상호 (강원대학교 환경과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Objective: The objective of this study was to suggest a method through which load duration curve was used to assess the achievement of water quality targets in accordance with the criteria for pollutant load depending on flow rate variation. Methods: The stage-discharge curve and flow duration curve of Jungnang Stream were deduced. Using water quality targets and measurement of the stream, the flow duration curve was also drawn. Based on these, the feasibility of achievement of water quality targets in respect to flow rate was assessed. Results: In terms of the load duration curve of the stream, it was observed that excess of criteria for concentrations of $BOD_5$, $COD_{Mn}$ and SS frequently occurred. On the other hand, when the flow rate was low, the concentrations of T-N and T-P exceeded the criteria. Conclusions: Through the load duration curve, the overall water quality of Jungnang Stream was understood. When the flow rate is high, management of point source of $BOD_5$, $COD_{Mn}$ and SS is needed to achieve water quality targets for Jungnang Stream. On the other hand, when the flow rate is low, the management of non-point source T-N and T-P is necessary to attain the water quality goal.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 전체 유량 조건과 그에 대응하는 수질조건을 반영하여 현재 유역의 상황을 개략적으로 평가할 수 있는 기법을 제안하고 그에 대한 적용가능성을 살펴보고자 한다. 환경부에서 한강의 수질오염총량 관리를 위해 단위유역말단에서 평균 8일 간격으로 관측해오고 있는 하천 유량 및 수질자료를 이용하여 이중 인구가 밀집된 도시를 관통하는 한강의 제1지류인 중랑천의 수위-유량관계 곡선식을 개발하고, 이를 이용하여 유량지속곡선 및 목표수질을 적용한 부하지속 곡선을 작성하고, 이를 통하여 중랑천의 유량 조건별 목표수질 달성 여부 평가기법을 제안하고자 한다.

제안 방법

Fig. 5에서 구축한 유량지속곡선을 이용하고, 목표 수질 및 평균수질을 적용하여 부하지속곡선을 작성하였고, 유량 조건별로 5가지로 분류하여 분석하였다.
본 연구에서는 측정대상지점에서 하상 특성에 적합하게 일정구간을 구획하여 구간별 유속을 측정하고, 대상지점에서의 하상단면을 작성하여 실측한 유속과 하상단면 값을 이용, 유량을 산정하였으며 도섭 측정시 유량산정은 중간단면법으로 하였고 풍수기 및 홍수기에는 도플러방식을 이용한 초음파유속계인 ADP(Acoustic Doppler Profiler) 및 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)를 이용하였다.⁶⁾
본 연구에서는 한강수계 오염총량관리대상 지점인 중랑천 상도교 지점을 대상으로 2008년~2010년까지 평균 8일 간격으로 수질과 유량 조사를 실시하고, 환경부에서 고시한 목표수질과 평균수질을 이용하여 유량변동에 따른 기준부하량 초과빈도와 특성을 파악하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 한강홍수통제소 중랑교 수위관측소의 실시간 수위를 이용하여 일평균 수위를 산출하고, 환경부의 평균 8일 간격의 유량 자료를 토대로 수위-유량 관계 곡선식을 작성하여 일유량을 산정한 후 하천의 전체적인 유량조건을 확률적으로 파악하기 위해 유량지속곡선(Flow Duration Curve, FDC)을 작성하였다.^8-11)
본 연구의 수질분석 항목 중 BOD5와 T-P의 경우 에는 “서울, 경기, 인천 한강수계 경계지점 총량관리 목표수질 확정고시”에서 고시한 목표수질을 적용하여 BOD5(8.6 mg/L)와 T-P(0.575 mg/L)에 대한 부하 지속곡선을 작성하였으며, 나머지 수질항목(CODMn, SS, TN)의 경우에는 수질오염총량제 목표수질 대상 항목이 아니므로 해당년도 관측 수질의 산술 평균값을 목표수질로 임의로 설정하였다.
본 연구의 조사기간은 2008년~2010년 이며 서울시 노원구 상계동에 위치한 상도교 지점을 대상으로 환경부의 매월 평균 4회 측정된 실측유량과 국토해 양부의 실시간 수위(T/M)를 이용하여 각각의 연도 별로 수위-유량 관계곡선식을 개발하였다(Table 1).
중랑천 지점에 대한 시료채취 및 수질분석은 수계 오염총량관리 기본방침 및 수질환경보전법 제7조의 규정에 의한 수질오염공정시험방법에 의거하여 수행하였고, 현장 측정항목인 수온, pH, DO, 전기전도도를 포함하여 BOD₅, COD_Mn, SS, T-N, T-P 등 총 9개 항목을 조사 및 분석하였다.⁵⁾
본 연구에서는 전체 유량 조건과 그에 대응하는 수질조건을 반영하여 현재 유역의 상황을 개략적으로 평가할 수 있는 기법을 제안하고 그에 대한 적용가능성을 살펴보고자 한다. 환경부에서 한강의 수질오염총량 관리를 위해 단위유역말단에서 평균 8일 간격으로 관측해오고 있는 하천 유량 및 수질자료를 이용하여 이중 인구가 밀집된 도시를 관통하는 한강의 제1지류인 중랑천의 수위-유량관계 곡선식을 개발하고, 이를 이용하여 유량지속곡선 및 목표수질을 적용한 부하지속 곡선을 작성하고, 이를 통하여 중랑천의 유량 조건별 목표수질 달성 여부 평가기법을 제안하고자 한다.

대상 데이터

본 연구의 대상유역은 한강 오염수질총량관리 대비 중랑천 단위유역말단부에서 평균 8일 간격으로 관측해오고 있는 하천 유량 및 수질자료를 이용하여 이중 인구가 밀집된 도시를 관통하는 한강의 제 1지류인 중랑천이며, 대상 수계 구간은 중랑천 발원지부터 경기도-서울시 경계점까지 이고, 수질 및 유량 조사지점은 서울특별시 노원구 상계동 상도교이며 중랑천의 하천 모식도를 그림 Fig. 2에 나타내었다.

이론/모형

본 연구에서는 연구대상 중랑천 유역을 대상으로 점 강수량 분석이 아닌 면적평균 강수량 산정을 위하여 Thiessen의 가중법(Thiessen's weights method)을 이용하였다.
본 연구에서는 우리나라를 비롯해 여러 나라에서 수행되고 있는 수질오염총량관리제를 효과적으로 평가하기 위해서 최근 활용이 증가하고 있는 오염부하 지속곡선(LDC)을 활용하였다. 오염부하지속곡선은 미국 Kansas주 보건환경국에서 1998년 단일 기준유량의 문제점을 개선하기 위해 전체 유량 범위를 고려한 TMDL평가 기법으로 개발되어 현재 국내외적으로 많이 적용되고 있다.

성능/효과

1) 조사기간 중 강수량이 평년보다 적었던, 2008년에는 기준부하량 초과 빈도가 높았고, 평년보다 약 30%정도 강수량이 많았던 2010년에는 기준부하량 초과 빈도가 낮았던 것으로 보아 강수량이 적고 유량이 적을수록 중랑천의 목표수질 관리가 어려운 것으로 판단된다.
2) 중랑천의 총량규제를 위해 설정한 목표수질을 달성하기 위해서는 5개의 유량조건 중 풍수기 보다는 유량이 적은 저수기 이하의 관리가 필요하며 특히 T-P항목의 경우 평수기 보다 저갈수기에 많은 관리 방안이 필요한 것으로 판단된다.
3) 중랑천은 고유량 조건인 홍수기에 BOD₅, COD_Mn, SS 등의 부하량이 급격히 증가하고, 반대로 저수기 이하의 저유량 조건에서는 T-N, T-P의 기준부하량 초과 빈도가 높은 것으로 보아 홍수기에는 BOD₅, COD_Mn, SS 등의 비점오염원 관리 대책이, 저갈수기 시에는 T-N, T-P 등의 점오염원 관리대책이 필요한 것으로 판단된다.
5와 같은 유량 지속 곡선을 도출하고 그 결과를 토대로 중랑천의 유출 특성을 파악하기 위해 유황별 유량을 산정한 결과를 Table 2에 제시하였다. 조사대상 기간의 유량조건별 유량을 분석한 결과, 저수량(Q₂₇₅), 갈수량(Q₃₅₅)과 같은 평수기(Q₁₈₅) 이하의 유량에서는 소폭의 변화가 있었으나 평수량(Q185) 이상의 고유량에서는 유량값이 저유량시 보다 큰 폭의 변화를 보였다.
중랑천의 수질오염총량관리 지점에 대한 부하지속 곡선의 개발을 통하여 전체 유량규모에 대한 수질 자료현황을 파악할 수 있게 되었고, 중랑천의 유황 조건별 BOD₅, COD_Mn, SS, T-N, T-P의 기준부하량 초과 및 달성 빈도를 파악할 수 있게 되어, 홍수기에는 BOD₅, COD_Mn, SS 등의 비점오염원 관리 대책이, 저갈수기시에는 T-N, T-P 등의 점오염원 관리대책이 필요한 것으로 부하지속곡선을 통하여 알 수 있게 되었다.¹³⁾

후속연구

4) 본 연구의 부하지속곡선을 이용하여 중랑천 수질오염총량관리 지점의 전체적인 수질현황을 파악할 수 있으며, 해당 단위유역의 수질유량 동시 측정으로 인한 정확한 부하량 산정을 바탕으로 전체 유량 분포에 대한 수질 및 오염물질의 분포와 유량조건별 수질평가 방법을 제시할 수 있다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	부하지 속곡선법이란 무엇인가?	현재 미국에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 효과적인 유역 관리를 위한 수질오염총량관리제도의 기준유량 설정에 있어 부하지속곡선(LDC, Load Duration Curve)의 활용이 증가되고 있다. 1) 부하지 속곡선법은 다양한 유량 조건의 수질 모니터링 자료를 이용하여 부하지속곡선에 해당 기간의 관측 수질및 유량 자료를 도식하여 전체 유량규모에 대한 모니터링에 분포를 확인할 수 있으며, 이를 이용하여 하천 및 유역관리를 위한 최적의 유량 및 수질 모니터링 계획을 수립하기 위한 방안 제시 등의 다양한 활용성과 장점을 가지고 있는 기법이다.3)
	수질오염총량관리제도는 무엇을 위해 현재 여러나라에서 수립되어 적용되고 있는가?	수질오염총량관리제도는 유역의 수질 회복 및 관리를 위해 현재 여러 나라에서 수립되어 적용되고 있다. 현재 수질오염총량관리제도는 장기 유량 조건을 기반으로 하여 일 평균 부하량으로 환산하는 단순화된 개념으로 적용되고 있어 수질오염총량관리 제도를 바탕으로한 유역의 수질 회복과 평가 및 특성 분석을 통한 근본적인 유역관리에 적지않은 어려움이 있다.
	기본적인 유량 유황곡선의 X축은 무엇을 나타내는가?	일유량 자료를 최대유량에서 최소유량 순으로 배열 하여 특정 유량을 초과하는 일수를 백분율로 계산하면 기본적인 유량 유황곡선은 X축을 따라 위에서 아래로 내려오는 형태를 갖는다. X축은 누적도수분포와 같이 지속기간 또는 “시간백분율”을 나타낸다. Y축은 “시간 백분율”(또는 지속시간)에 해당하는 유량(예: m 3 /sec)을나타낸다.

참고문헌 (21)

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

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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