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문제 정의
- 본 연구에서는 영산강 최상류에 위치한 영본A 단위유역 말단지점을 대상으로 실측된 수질과 유량자료를 활용하여 유량 조건별 오염물질유출 특성을 해석하여, 효율적인 수질관리를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
- 본 연구에서는 영산강수계의 영본A 지점을 대상으로 평균 8일 간격의 실측된 수질과 유량자료를 이용하여 유량 조건별 수질특성을 평가함으로써 우리나라 오염총량관리 발전을 위한 기초 연구 자료를 제공하고자 하였다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 곡선식에 사용된 기간은 2009년부터 2011년 이며, 광주시 북구 우치동에 위치한 영본A 지점을 대상으로 매월 평균 4회 실측된 유량과 영산강홍수통제소의 광주(T/M)수위국에서 실시간으로 제공받은 수위 자료를 이용하여 각각의 연도별로 수위-유량 관계 곡선식을 개발하였다(Table 3). 이러한 방법은 최경완 등(2012a, 2012b)에 의해 시도되었다.
- 나머지 T-N에 대한 수질항목의 경우 수질오염총량제 목표수질 대상항목이 아니므로 각각의 연도별로 실측된 수질의 산술 평균값을 목표수질로 하여 임으로 설정하였다. 또한 여기에 실측된 수질 및 유량 자료로부터 산정된 부하량을 각 실측유량에 대응하는 초과 백분율의 값을 결정하여 부하지속 곡선에 도식하였으며(Fig.
- 본 연구에서는 영본A 지점의 하류 100 m 이내에 위치한 동일한 지점으로 볼 수 있는 영산강홍수통제소 광주 (T/M)관측소의 실시간 수위를 이용하여 일평균 수위를 산출하고, 실측된 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.
- 수질오염총량관리제의 운영에 필요한 자료를 만들기 위하여 지난 2004년 하반기부터 4대강 물환경연구소에서 직접 오염총량관리 단위유역 말단부에서 8일 간격으로 수질과 유량을 동시에 측정하기 시작하였다. 제1단계 오염총량관리 기본계획에서 기준유량은 10년 평균 저수량으로 명시하고 있으며, BOD를 관리대상물질로 하여 2011년 부터는 총인을 추가한 후 2015년을 목표로 제2단계 오염총량관리 기본계획을 수립하고 단위유역별 수질정도에 따라 총량관리 시행계획 또는 수질개선사업계획을 수립하여 이행하는 과정에 있다(환경부, 2010).
- 수질시료 채취와 분석은 수질오염공정시험기준(환경부, 2008)에 준하여 수행하였고, 하천유량의 측정은 수문관측 매뉴얼(건설교통부, 2004)을 준하여 유속-면적법(Velocity-Area Method)으로 측정하였다. 측정에 사용된 유속계는 회전식유속계(Price USGS Type AA, LV, 와 USGS Pygmy 및 Valeport 002, 106)를 사용하여 도섭법과 추내림을 이용한 교량법을 적용하고, 유량측정기준은 등유량 5% 내의 측선배분 및 유속이 0.2 m/s 미만일 때는 120초, 이상일 때는 40초 이상으로 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 대상유역은 영산강 최상류 유역으로 영산강의 발원지부터 담양군과 광주광역시 북구 경계점 전까지 전구간 및 유역으로써 유역면적 427.8 km2 이다(Fig. 1). 영본A 유역의 토지이용형태는 임야가 전체 토이지용의 50.
- 수질 및 유량 자료는 2009년 1월부터 2011년 12월까지 3년간 평균 8일 간격으로 유역 출구지점에서 실측한 자료를 이용하였다. 수질시료 채취와 분석은 수질오염공정시험기준(환경부, 2008)에 준하여 수행하였고, 하천유량의 측정은 수문관측 매뉴얼(건설교통부, 2004)을 준하여 유속-면적법(Velocity-Area Method)으로 측정하였다.
이론/모형
- 개발된 수위-유량 관계 곡선식을 이용하여 일유량을 산정하였다. 각각의 연도별로 산정된 3년간(2009~2011년)의 일단위 유량을 산술평균하여 Fig.
- 수질 및 유량 자료는 2009년 1월부터 2011년 12월까지 3년간 평균 8일 간격으로 유역 출구지점에서 실측한 자료를 이용하였다. 수질시료 채취와 분석은 수질오염공정시험기준(환경부, 2008)에 준하여 수행하였고, 하천유량의 측정은 수문관측 매뉴얼(건설교통부, 2004)을 준하여 유속-면적법(Velocity-Area Method)으로 측정하였다. 측정에 사용된 유속계는 회전식유속계(Price USGS Type AA, LV, 와 USGS Pygmy 및 Valeport 002, 106)를 사용하여 도섭법과 추내림을 이용한 교량법을 적용하고, 유량측정기준은 등유량 5% 내의 측선배분 및 유속이 0.
성능/효과
- 1) 유량-부하량 관계식을 도출한 결과 BOD의 경우 유량 지수가 1미만으로 나타나 유량에 따른 농도 감소를 나타냈고, T-N과 T-P의 경우 유량 지수가 1 보다 크게 나타나 유량에 따른 농도 증가를 나타냈다. 이는 점오염원과 비점오염원의 영향을 모두 받는 것으로 판단된다.
- 2) 부하지속곡선을 작성하여 분석한 결과 BOD의 경우 전체 조건에서 초과율이 50%를 초과하여 목표 수질을 미준수하고 있는 것으로 나타났으며, T-N과 T-P는 초과율이 50% 이하로써 목표수질을 초과하지 않는 것으로 나타났다. 또한 모든 수질항목이 저수기 이하의 특정 유량조건에서 초과빈도가 높은 것으로 보아 점오염원에 의해 목표수질을 초과하는 것으로 사료된다.
- 3) 영본A 유역은 비점오염원보다 점오염원에 대한 관리가 시급하며, 특히 저수기 이하의 저유량 조건에서 많은 관리 방안이 필요한 것으로 판단된다. 향후 점오염원과 비점오염원을 구분하여 해당 단위유역의 문제점을 특성화하고 관리방안을 제시 할 수 있을 것으로 기대한다.
- 따라서 영본A 지점은 점오염원과 비점오염원의 영향을 모두 받는 것으로 볼 수 있으며, 유량변화에 따른 오염물질의 의존도를 배열하면 BOD > T-P > T-N 순으로 크다는 것을 알 수 있었다.
- 2) 부하지속곡선을 작성하여 분석한 결과 BOD의 경우 전체 조건에서 초과율이 50%를 초과하여 목표 수질을 미준수하고 있는 것으로 나타났으며, T-N과 T-P는 초과율이 50% 이하로써 목표수질을 초과하지 않는 것으로 나타났다. 또한 모든 수질항목이 저수기 이하의 특정 유량조건에서 초과빈도가 높은 것으로 보아 점오염원에 의해 목표수질을 초과하는 것으로 사료된다.
- 본 연구의 결과를 살펴보면 BOD의 경우 전체 조건의 초과율이 60.54%로 목표수질을 미준수한 것으로 나타났으며, 특히 저수기(60-90%) 이하의 조건에서 초과빈도가 높게 나타났다. 한편 T-N과 T-P의 경우 전체 조건의 초과율이 43.
- 본 연구의 결과에서도 오염물질별 유량-유달부하량 관계식에 의한 수질항목별로 결정계수(Coefficient of Determination, R2)가 모두 0.8이상으로 나타났으며, 영본A 지점은 유량과 오염물질별 부하량의 관계는 유의성이 매우 높은 것으로 나타났다. BOD의 경우 유량 지수가 0.
- 1). 영본A 유역의 토지이용형태는 임야가 전체 토이지용의 50.2%를 차지하고, 논과 대지는 각각 19.9%, 15.2%를 차지하고 있는 것으로 조사되었다(Table 1).
- 54%로 목표수질을 미준수한 것으로 나타났으며, 특히 저수기(60-90%) 이하의 조건에서 초과빈도가 높게 나타났다. 한편 T-N과 T-P의 경우 전체 조건의 초과율이 43.54%와 29.25%로 목표수질을 준수하는 것으로 해석될 수 있으며, BOD와 함께 저수기(60-90%) 이하의 조건에서 초과빈도가 높게 나타났다. 이는 점오염원에 의해 목표수질이 초과된 것이라 판단할 수 있으며, 앞서 언급했듯이 평상시 점오염원에 의해 높은 농도로 수질을 유지하다가 강우시 다량의 유량이 유입되어 희석 효과가 나타났기 때문인 것으로 판단되며, 비점오염원 보다는 점오염원의 영향이 지배적인 것으로 해석될 수 있다.
- 한편 T-N은 유량 지수가 1.01로 1보다 크게 나타나 유량증가 시 다소 증가하지만 그 변화는 크지 않은 것으로 나타났다. T-P의 경우 유량 지수가 1.
후속연구
- 하지만, 환경부 8일 간격 유량은 갈수기 및 저수기에 집중적으로 측정된 자료이므로 수위-유량 관계 곡선식을 통해 산정된 일유량의 자료에 대한 신뢰성이 낮은 단점이 있으므로 이를 보완하기 위해서는 홍수기에 발생하는 첨두유량에 대한 자료확보가 필요할 것으로 판단된다.
- 3) 영본A 유역은 비점오염원보다 점오염원에 대한 관리가 시급하며, 특히 저수기 이하의 저유량 조건에서 많은 관리 방안이 필요한 것으로 판단된다. 향후 점오염원과 비점오염원을 구분하여 해당 단위유역의 문제점을 특성화하고 관리방안을 제시 할 수 있을 것으로 기대한다.
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