[논문]강우시 지붕유출수의 EMCs 및 특성비교

홍정선; 김이형

doi:10.17663/jwr.2012.14.4.657

강우시 지붕유출수의 EMCs 및 특성비교
Characteristics of EMCs for Roof Runoff 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.14 no.4, 2012년, pp.657 - 665

홍정선 (공주대학교 건설환경공학부) , (공주대학교 건설환경공학부) , (공주대학교 건설환경공학부) , 김이형 (공주대학교 건설환경공학부)

초록
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각종 개발사업은 불투수층의 증가를 야기 시켜 자연적 물 순환 왜곡과 함께 비점오염물질의 유출을 증가시킨다. 개발로 인한 환경생태수리학적 영향을 저감하고 건전한 물 순환을 구축하기 위해서는 오염물질의 함량이 적은 유출유량에 대해서는 이용(use)을 고려해 볼 만하며, 오염물질의 함량이 높은 유량에 대해서는 조경공간에서 처리 후 저류, 침투 또는 증발산을 고려하여야 한다. 본 연구는 지붕빗물유출수의 상대적 오염도를 평가하여 이용가능성을 검토하고, 평균 EMC 산정을 위한 비용 효율적 적정 모니터링 기법을 제안하고자 수행되었다. 지붕유출수의 오염도는 도로와 주차장에 비해 오염물질별 3배에서 13배 정도 낮은 것으로 조사되었으며, 나뭇잎, 담배꽁초 등의 협잡물과 바람의 영향으로 인한 오염물질의 대기침적 및 옥상구조물 등이 주요 오염원인 것으로 나타났다. 비용 효율적 모니터링 기법 연구결과 평균 EMC를 보이는 시료는 유출 발생 후 약 15분 경인 것으로 나타났으며, 최소 8회 이상의 강우사상에 대한 모니터링이 수행되어야 평균 EMC를 산정할 수 있는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The development projects distort the natural water circulation system and increase the non-point source pollution by changing the natural cover type. The low impact development (LID) techniques are considering as new development approach to decrease the ecological- and hydrological impacts from high imperviousness rate. The high imperviousness rate is because of the construction of building, parking lot and road for human activities. Knowing the basic characteristics of rood runoff can give the direction for setting up the water management strategy. The monitoring results show the pollutant EMCs of roof runoff are 3~13 times lower than EMCs of the road and parking lot. The pollutant sources from roof runoff are mainly from leafs, cigarette butts, atmospheric deposition and materials of the roof. The EMC is occurred around 15minutes later after starting runoff and more than 8 storm events are needed to have the average EMCs.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

특히 건기시 지붕에 축적되는 오염물질은 인근의 포장지역, 즉 도로와 주차장 등에 쌓여있던 오염물질이 바람이나 자동차 등의 활동에 의한 오염물질 부상도 영향을 줄 수 있기에 인근 주차장 및 도로와의 오염물질 특성을 비교분석할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 연구내용과 더불어 적정 모니터링기법도 제안하고자 한다.
본 연구는 도시지역의 조경공간 LID화에 앞서 적용 가능한 LID 기술을 도출하기 위한 사전 연구로 지붕 유출수의 특성을 분석하고자 수행되었다. 지붕유출수는 다른 피복형태와 달리 오염물질의 농도가 낮아 단순한 처리를 통해 이용이 가능할 것으로 평가되나, 어느 정도의 오염물질이 함유되어 있는지에 대해서는 연구 결과가 충분하지않은 편이다.
본 연구는 지붕빗물유출수의 상대적 오염도를 평가하여 이용가능성을 검토하며, 평균 EMC 산정을 위한 비용효율적 적정 모니터링 기법을 제안하고자 수행되었다. 연구결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
일반적으로 비점오염원 모니터링은 강우에 의하여 좌우되기에 어렵고 비용도 크게 들어간다. 본 연구에서는 비용효율적 적정 모니터링 기법을 제시하기 위하여 강우사상별 EMC를 활용하여 대표 EMC(Representative EMC)를 산정하였으며, 식(2)와 같은 식을 제안하였다. 여기서 EMCi는 강우사상 i에서의 EMC를 나타내고 있으며, Ni는 강우사상 개수를 의미한다.

제안 방법

모니터링을 통해 채취된 지붕유출수는 실험실로 옮겨 수질오염공정시험법에 준하여 수질분석이 이루어졌으며, 분석항목으로는 입자상 물질, 유기물질, 영양물질, 중금속에 대한 분석이 이루어졌다. 입자상 물질로는 TSS를 분석하였으며, 유기물질분석에는 BOD와 COD 분석을 수행하였다.
1은 모니터링 지점을 보여주고 있다. 수질시료 채취는 강우시 초기의 농도변화를 면밀하게 살피기 위하여 강우가 시작된 이후 15분까지는 5분 간격으로, 30분까지는 15분, 1시간까지는 30분 간격으로 시료를 채취하였으며, 1시간 이후로는 강우가 끝날 때까지 1시간 간격으로 모니터링을 수행하였다(김이형과 강주현 2004).
입자상 물질로는 TSS를 분석하였으며, 유기물질분석에는 BOD와 COD 분석을 수행하였다. 영양물질로는 질소와 인에 대한 분석을 수행하였으며, 중금속의 경우, 전처리 후 ICP-AES를 통해 분석하였다. 유량가중평균농도(Event Mean Concentration, EMC)는 식(1)을 이용하여 산정(Sansalone and Buchberger, 1997) 되었으며, 여기서 C(t)와 qrun(t)는 시간 t에서의 유출농도와 유출율을 나타내고 있다.
모니터링을 통해 채취된 지붕유출수는 실험실로 옮겨 수질오염공정시험법에 준하여 수질분석이 이루어졌으며, 분석항목으로는 입자상 물질, 유기물질, 영양물질, 중금속에 대한 분석이 이루어졌다. 입자상 물질로는 TSS를 분석하였으며, 유기물질분석에는 BOD와 COD 분석을 수행하였다. 영양물질로는 질소와 인에 대한 분석을 수행하였으며, 중금속의 경우, 전처리 후 ICP-AES를 통해 분석하였다.

성능/효과

1) 지붕빗물 유출수의 오염물질의 농도는 도로나 주차장에 비해 매우 낮게 나타났기에 적정한 처리만 수행된다면 이용가능성이 매우 높게 나타났다. 지붕빗물 유출수내 입자상물질의 EMC는 도로에 비해 12배 그리고 주차장에 비해 약 4배 정도로 낮게 유출되는 것으로 나타났다.
2) 지붕유출수의 주요 오염물질의 근원은 나뭇잎, 담배꽁초 등의 협잡물과 바람의 영향으로 인한 오염물질의 대기 침적 및 옥상구조물 등인 것으로 나타났다. 지붕유출수 이용을 위해서는 주기적 청소를 통해 오염물질의 근원을 제거할 필요가 있다.
6은 평균 EMC를 보이는 적정 강우사상개수를 산정하기 위한 새로운 접근법이며, 강우사상별 산정된 EMC를 강우사상별로 누적하여 산술평균한 값이다. 강우사상이 누적될수록 산술평균 EMC의 값은 점차적으로 줄어들어 어느 순간 안정된 값을 보일 것으로 예측되나 총 8회의 강우사상에서는 안정된 값을 보이지 않는 것으로 나타났다. 즉, 평균 EMC를 산정하기 위해서는 최소 8회 이상의 강우사상에 대해 모니터링이 수행되어야 함을 의미하며 추가적인 모니터링을 통해 향후적정 모니터링 개수를 산정할 수 있을 것으로 판단된다.
지붕빗물 유출수내 입자상물질의 EMC는 도로에 비해 12배 그리고 주차장에 비해 약 4배 정도로 낮게 유출되는 것으로 나타났다. 또한 유기물질, 중금속 및 영양소의 경우에도 지붕유출수가 도로에 비해 4-6배 그리고 주차장에 비해 약 3배 정도 낮은 것으로 조사되었다.
5mm/hr의 범위를 나타내고 있다. 모니터링 결과 지붕은 100%의 포장율로 인하여 1.5mm라는 적은 강우에도 유출이 발생하는 것으로 조사되었다.
3) 비용효율적 모니터링 기법을 도출하기 위해서는 평균 EMC를 보이는 시료의 발생시간대가 중요하다. 연구결과 평균 EMC를 보이는 시료는 주로 4번째 시료, 즉 유출 발생후 약 15분경에 평균 EMC를 보이는 것으로 나타났으며, 최소 8회 이상의 강우사상에 대해 모니터링이 수행되어야 평균 EMC를 산정할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 연구는 추가적 모니터링을 통해 적정 강우사상 개수를 도출할 수 있을 것으로 판단된다.
7mg/L이기에 이 경우 평균 EMC를 보이는 시료는 4번째 시료이고 유출 발생 후 약 15분경에 평균 EMC를 보이는 시료를 채취할 수 있다는 것이다. 이렇게 다른 오염물질에 대해서도 평균 EMC를 적용한 결과 대략 4번째 시료, 즉 유출 발생 후 약 15분 경에 EMC에 도달하는 것으로 분석되었다.
5mg/L로 유출되어 지붕유출수의 약 3배가 높은 것으로 조사되었다. 중금속 및 TP의 경우 도로가 지붕유출수에비해 약 4배, 그리고 주차장이 약 3배 정도 높게 유출되는 것으로 나타났다. TN은 대기에서 유입되는 양이 많아 도로, 주차장 및 지붕유출수에서 비슷하게 유출되는 것으로 나타났다.
1) 지붕빗물 유출수의 오염물질의 농도는 도로나 주차장에 비해 매우 낮게 나타났기에 적정한 처리만 수행된다면 이용가능성이 매우 높게 나타났다. 지붕빗물 유출수내 입자상물질의 EMC는 도로에 비해 12배 그리고 주차장에 비해 약 4배 정도로 낮게 유출되는 것으로 나타났다. 또한 유기물질, 중금속 및 영양소의 경우에도 지붕유출수가 도로에 비해 4-6배 그리고 주차장에 비해 약 3배 정도 낮은 것으로 조사되었다.
3은 강우사상별 산정된 EMC에 대해 통계분석 결과를 보여주고 있다. 지붕유출수의 평균 EMC 산정 결과, TSS의 경우 37.7mg/L, BOD는 4.9mg/L, COD는 53.5mg/L, TN은 9.6mg/L, TP는 0.31mg/L로 나타났다. 중금속 EMC의 경우 Total Cu가 0.

후속연구

연구결과 평균 EMC를 보이는 시료는 주로 4번째 시료, 즉 유출 발생후 약 15분경에 평균 EMC를 보이는 것으로 나타났으며, 최소 8회 이상의 강우사상에 대해 모니터링이 수행되어야 평균 EMC를 산정할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 연구는 추가적 모니터링을 통해 적정 강우사상 개수를 도출할 수 있을 것으로 판단된다.
강우사상이 누적될수록 산술평균 EMC의 값은 점차적으로 줄어들어 어느 순간 안정된 값을 보일 것으로 예측되나 총 8회의 강우사상에서는 안정된 값을 보이지 않는 것으로 나타났다. 즉, 평균 EMC를 산정하기 위해서는 최소 8회 이상의 강우사상에 대해 모니터링이 수행되어야 함을 의미하며 추가적인 모니터링을 통해 향후적정 모니터링 개수를 산정할 수 있을 것으로 판단된다.
국내에서도 2006년 이후 꾸준히 LID에 대한 제안이 이루어져 왔으며, 2012년 현재 제도 화(환경영향평가 등)를 앞두고 있고, 다양한 지침 등에 포함되고 있다. 향후 LID 개발시 중요하게 고려될 부분은 녹지 및 조경공간 확보(김이형, 2008; 강민지 외, 2011)이며, 침투 및 저류를 통하여 환경수리수문 및 조경학적 효과를 극대화하는 방향으로 추진될 것이다(환경부, 2012). 환경부와 7개 부처 공동으로 발표된 ‘제2차 비점오염 관계기관 종합대책(2012)’에 의하면 4대강 수계의 비점오염물질은 2010년 하천 오염부하량의 약 67%를 차지하고 있는 것으로 보고하고 있으며 2020년에는 약 72%를 차지할 것으로 예상하고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	각종 개발사업은 무엇을 야기시키는가?	각종 개발사업은 불투수층의 증가를 야기 시켜 자연적 물 순환 왜곡과 함께 비점오염물질의 유출을 증가시킨다. 개발로 인한 환경생태수리학적 영향을 저감하고 건전한 물 순환을 구축하기 위해서는 오염물질의 함량이 적은 유출유량에 대해서는 이용(use)을 고려해 볼 만하며, 오염물질의 함량이 높은 유량에 대해서는 조경공간에서 처리 후 저류, 침투 또는 증발산을 고려하여야 한다.
	오염물질의 함량이 높은 유량에 대해서는 무엇을 고려해야 하는가?	각종 개발사업은 불투수층의 증가를 야기 시켜 자연적 물 순환 왜곡과 함께 비점오염물질의 유출을 증가시킨다. 개발로 인한 환경생태수리학적 영향을 저감하고 건전한 물 순환을 구축하기 위해서는 오염물질의 함량이 적은 유출유량에 대해서는 이용(use)을 고려해 볼 만하며, 오염물질의 함량이 높은 유량에 대해서는 조경공간에서 처리 후 저류, 침투 또는 증발산을 고려하여야 한다. 본 연구는 지붕빗물유출수의 상대적 오염도를 평가하여 이용가능성을 검토하고, 평균 EMC 산정을 위한 비용 효율적 적정 모니터링 기법을 제안하고자 수행되었다.
	도시화의 진행에 따른 포장율의 증대는 무엇을 야기시키는가?	도시화의 진행에 따른 포장율의 증대는 수리학적 측면에서 유량, 첨두유량 및 첨두유량 발생기간의 증가를 초래하며, 건기시 하천의 배경용수가 되는 기저유량을 감소시킨다. 또한 강우시 입자상물질의 다량 유출로 인하여 토사 부하량을 증가시키며, 홍수유발, 하천침식, 수로확장 및 수로바닥의 변화 등을 야기 시킨다. 도시화 이전의 일반적 나지에서는 강우 발생 시 유출수가 산림의 초목, 들판의 식생, 농경지의 농작물, 많은 수의 물웅덩이 등으로 인해 저류된 후 일부는 증발산을 거쳐 대기 중으로 사라지며, 일부는 침투를 통해 지하수의 원천이 되어 천천히 하천으로 배출되지만, 도시개발과 같은 지표면 교란 및 포장사업이 진행되면 불투수면의 증가로 인해 자연적인 물 순환 시스템이 왜곡된다.

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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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