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문제 정의
- 본 연구에서는 금호강 수계를 대상으로 오염총량관리 추진을 통해 축적된 자료와 LDC를 이용하여 유황조건에 따른 수계 손상 원인을 파악하고, 오염원별(점오염원/비점오염원) 분석을 통해 단위 유역의 수계 손상을 줄일 수 있는 효율적인 대안 수립을 마련하고자 하였다.
- 본 연구에서는 도시하천유역의 유역별 수질관리체계를 구축하는데 있어, 미국의 각 유역에서 TMDL의 실행수단의 방법 중 직관적이며 간편한 방법인 LDC의 도입을 고려하였다. LDC의 부하지속곡선의 작성을 위해서는 대상유역의 FDC(Flow Duration Curve)을 우선 도식하여야 한다.
제안 방법
- Fig. 3에 나타낸 바와 같이 금호 1, 3 지점에서 측정된 BOD, T-P 부하량을 도식한 후, 그 값들을 이용해 회귀식을 도출하였다. 오염부하량의 목표수질 준수여부를 판단하기 위해서 BOD, T-P 각각을 유황별로 Box-plot으로 도식하였다(Fig.
- LDC의 작성이후에는 대상 지천의 특성을 반영하여, 지역의 발생가능 한 오염원을 나열하고, 하천유황별 오염부하 분석, 오염원별 분석내용을 종합하여 단기적, 중·장기적 관리방안을 도출하도록 한다.
- 금호강의 총량측정지점을 기준으로 유역을 잡았으며, 상류와 하류 두 개의 지점으로 나누어서 분석하였다. 각 지점은 Fig.
- 점오염원의 경우, 유량에 따라 항상 일정하게 유달되나(USEPA, 2007, 2008), 비점오염원의 경우 유량에 따라 유달되는 부하량이 다르다. 따라서 금호 1 지점은 국립환경과학원(2008)에 제시된 저수기, 평수기 때의 비점배출계수와 환경부(2009a)에서 제시된 저수기, 평수기 때의 유달율을 이용하여 저수기와 평수기 때의 점오염원/비점오염원 오염원별 유달부하량을 산정하였으며, 금호 3 지점은 국립환경과학원(2008)에 제시된 저수기, 평수기 때의 비점배출계수와 환경부(2009a)와 환경부(2009b)에서 제시된 저수기, 평수기 때의 유달율을 이용하여 평수기와 저수기 때의 점오염원/비점오염원 오염원별 유달부하량을 산정하였다. Fig.
- 따라서 본 연구에서는 대상 유역에 LDC 방법적용 시 하천유황별 오염부하 분석, 오염원별 분석내용을 종합하여 단기적, 중·장기적 관리방안을 Table 4에 도출하였다.
- 발생 오염원을 찾기 위해 우선적으로 하수처리구역과 하수미처리구역로 구분을 짓고 그 안에서 점오염원/비점오염원 부하비율을 분석하였다. 하수처리구역과 하수미처리구역 구분은 처리장이 없는 지역을 기준으로 하여 관거 유입수가 없는 지역을 하수미처리구역으로 구분 지었다.
- 본 연구에서는 오염총량관리계획의 수행에 사용되는 LDC를 이용하여 주요 하천 수질관리지점을 대상으로 파악된 유역발생 BOD, T-P를 하천유황별, 점/비점오염원별 구분, 정리하여 오염부하 정도를 분석하였다. 이를 이용하여 대상지점 수질에 미치는 영향이 큰 발생부하 관점에서 구별된 오염부하를 효과적으로 관리하는 단계별 지천 수질관리방안을 제시하도록 하였으며, 상대적으로 시급성이 덜 하고 그 효과가 크게 기대되지 않는 오염원의 관리는 중·장기적으로 시행하도록 제안하였다.
- 3에 나타낸 바와 같이 금호 1, 3 지점에서 측정된 BOD, T-P 부하량을 도식한 후, 그 값들을 이용해 회귀식을 도출하였다. 오염부하량의 목표수질 준수여부를 판단하기 위해서 BOD, T-P 각각을 유황별로 Box-plot으로 도식하였다(Fig. 4). Box-plot을 통해 유황별 측정데이터의 통계적 분석(측정 자료의 중앙값, 평균값, 사분위수, 95 % 한계값, 이상치) 등을 수행할 수 있었으며, 목표수질 달성을 위해 필요한 부하 산정의 기준값 결정이 가능하도록 하였다.
- 이를 이용하여 대상지점 수질에 미치는 영향이 큰 발생부하 관점에서 구별된 오염부하를 효과적으로 관리하는 단계별 지천 수질관리방안을 제시하도록 하였으며, 상대적으로 시급성이 덜 하고 그 효과가 크게 기대되지 않는 오염원의 관리는 중·장기적으로 시행하도록 제안하였다.
대상 데이터
- LDC의 부하지속곡선의 작성을 위해서는 대상유역의 FDC(Flow Duration Curve)을 우선 도식하여야 한다. LDC 도식을 위하여 총량측정지점 금호1 지점 (상류지점), 금호 3 지점 (하류지점)의 유량, 수질 자료를 2007년 1월 1일부터 2010년 12월 31일까지 각각 147개와 171개 자료를 취합하였다. FDC 유황구분은 Table 1에 나타낸 바와 같이 USEPA(2007)의 제안을 이용하였다.
- 공공하수처리시설의 일별 측정 자료의 획득이 불가한 경우 하수도통계를 이용하였다. 강우량 자료는 해당 측정지점의 강우계의 자료를 동일 시점에 대하여 획득하였으며, 강우측정소는 대구측정소를 이용하였다. 대상 오염원은 총량관리대상 물질인 BOD와 T-P를 선정하였다.
- 환경부(2009a)의 자료에서 관거 누수와 관거 월류가 관거 배출로 함께 계산이 되어 있어 관거 누수의 경우 관거 월류로 포함하여 점오염원이 아닌 비점오염원으로 간주하였다. 금호3 지점은 환경부(2009b)에서 제시된 2007 ~2010년 점/비점오염원 배출량을 이용하였다.
- 강우량 자료는 해당 측정지점의 강우계의 자료를 동일 시점에 대하여 획득하였으며, 강우측정소는 대구측정소를 이용하였다. 대상 오염원은 총량관리대상 물질인 BOD와 T-P를 선정하였다. 목표수질은 대상 유역의 오염총량관리계획의 설정치를 기준으로 검토하였으며, 금호 1지점은 BOD 목표수질은 2011년 1월 1일부터 3.
- 대상 오염원은 총량관리대상 물질인 BOD와 T-P를 선정하였다. 목표수질은 대상 유역의 오염총량관리계획의 설정치를 기준으로 검토하였으며, 금호 1지점은 BOD 목표수질은 2011년 1월 1일부터 3.8mg/L이고, T-P 목표수질은 2011년 1월 1일부터 0.236 mg/L 이다. 금호 3 지점의 BOD 목표수질은 2003년 9월 3일부터 4.
- 본 연구에서는 금호강과 대구권역이 합쳐진 하수도통합 권역 내 낙동강 유역의 금호강을 연구대상으로 선정하였으며, 유역 면적은 2,097.0km2로 4개시(영천시, 경산시, 포항시, 대구광역시)와 1개군(칠곡군)이 포함되어 있다. 해당 유역 내의 공공하수처리시설은 총 24개소, 폐수처리시설은 2개소가 위치해 있다(Fig.
- 1에 금호1 지점(상류 지점)과 금호3 지점(하류 지점)으로 표시하였다. 하천 유량, 수질 측정 자료는 2007년부터 2010년까지의 측정 자료를 이용하였으며, 공공하수처리시설도 동일 시기의 일별 자료를 이용하였다. 공공하수처리시설의 일별 측정 자료의 획득이 불가한 경우 하수도통계를 이용하였다.
데이터처리
- 4). Box-plot을 통해 유황별 측정데이터의 통계적 분석(측정 자료의 중앙값, 평균값, 사분위수, 95 % 한계값, 이상치) 등을 수행할 수 있었으며, 목표수질 달성을 위해 필요한 부하 산정의 기준값 결정이 가능하도록 하였다. 본 연구에서의 데이터 값은 로그스케일로 작성되었으며, 평균값을 기준값으로 결정하여 데이터를 분석하였다.
- 하천 유량, 수질 측정 자료는 2007년부터 2010년까지의 측정 자료를 이용하였으며, 공공하수처리시설도 동일 시기의 일별 자료를 이용하였다. 공공하수처리시설의 일별 측정 자료의 획득이 불가한 경우 하수도통계를 이용하였다. 강우량 자료는 해당 측정지점의 강우계의 자료를 동일 시점에 대하여 획득하였으며, 강우측정소는 대구측정소를 이용하였다.
- Box-plot을 통해 유황별 측정데이터의 통계적 분석(측정 자료의 중앙값, 평균값, 사분위수, 95 % 한계값, 이상치) 등을 수행할 수 있었으며, 목표수질 달성을 위해 필요한 부하 산정의 기준값 결정이 가능하도록 하였다. 본 연구에서의 데이터 값은 로그스케일로 작성되었으며, 평균값을 기준값으로 결정하여 데이터를 분석하였다. 금호 1지점(상류 지점)은BOD, T-P 모두 모든 유황에서(갈수기 미만 제외) 목표수질 평균값이 측정수질 평균값보다 컸으므로 상류 지점(주로 댐, 미개발지역)보다는 금호 3지점(하류 지점-주로 개발지역)에서의 오염부하량 관리가 시급하다 사료되었다.
이론/모형
- LDC 도식을 위하여 총량측정지점 금호1 지점 (상류지점), 금호 3 지점 (하류지점)의 유량, 수질 자료를 2007년 1월 1일부터 2010년 12월 31일까지 각각 147개와 171개 자료를 취합하였다. FDC 유황구분은 Table 1에 나타낸 바와 같이 USEPA(2007)의 제안을 이용하였다.
성능/효과
- 1) 하천유황별 오염부하량을 산정하기 위해서는 대상유역의 상류지점(주로 댐, 미개발지역)의 모니터링 자료와 하류지점 모니터링 값을 이용하여 관리대상 지역(개발/미개발 지역) 선정이 우선시 되어야 한다. 금호강 유역의 경우, 풍수량 미만 - 평수량이상(10 ~ 40 %, 평수기), 평수량 미만 -저수량 이상(40 ~ 60 %, 저수기)의 유황 때에 T-P의 관리가 시급해 보인다.
- 3) 하수처리구역에서 점오염원에 대한 관리방안으로는 고도처리시설 증설, 집중하수처리구역 확장 등이 있으며, 비점오염원에대한 관리 방안으로는 GI(Green Infra), LID(Low Impact Development)의 개발 및 설치와 저류조 설치(- 우천시 미처리하수(CSO/SSD) 관리) 등이 있다. 하수미처리구역에서 점오염원에 대한 관리 방안으로는 소규모 하수처리시설 증설, 인공습지 조성 등이 있으며, 비점오염원에 대한관리 방안으로는 농촌 지역에 제방 건설 등이 있다.
- 4) 본 연구를 통해 LDC가 하천유황 조건별로 목표수질 달성여부 및 수질의 손상정도를 파악하는데 있어 적합한 방법임이 증명되었다. 따라서 단위 유역에 대한 수질 관리방안 모색에 있어 ‘LDC 적용을 통한 수질관리 대안 모색’ 흐름도가 효율적인 기초자료로 활용 가능할 것으로 판단된다.
- BOD와 T-P를 비교했을 때, 모든 유황에서 목표수질을 초과하는 T-P의 관리가 BOD의 관리보다 시급해 보이며, 풍수량 미만 - 평수량 이상이 약 3.1배, 평수량 미만 - 저수량 이상이 약 3.2배로 가장 큰 비율로 목표수질을 초과하여 특히 관리가 필요할 것으로 나타났다.
- Table 3에는 하류지점에 해당하는 금호 3지점의 하천 유황별 BOD와 T-P 각각의 측정 자료 평균값과 목표수질 평균값을 정리하였다.BOD의 경우는 각 유황별[풍수량 이상(0 ~ 10%), 풍수량 미만 - 평수량 이상(10 ~ 40 %), 평수량 미만 - 저수량 이상(40 ~ 60 %), 저수량미만 - 갈수량 이상(60 ~ 90 %), 갈수량 미만(90 ~ 100 %)]로 비교 시 풍수량 이상시와 평수량 미만 - 저수량 이상시 측정 자료의 평균값이 목표수질의 평균값을 초과하는 것으로 나타나 저유량시 보다는 하천유량이 많을시 BOD 오염부하 감소를 위한 수질관리가 필요하다고 판단된다. 또한 각 유황별 측정 자료의 분포를 살펴보면 풍수량 이상(0 ~ 10 %)을 제외한 모든 유황에서 정규분포 형태에 가깝게 분포되어 있다는 것을 알 수 있으며 이는 중앙값을 중심으로 많은 데이터가 분포되어 표준편차가 작다고 할 수 있겠다.
- 본 연구에서의 데이터 값은 로그스케일로 작성되었으며, 평균값을 기준값으로 결정하여 데이터를 분석하였다. 금호 1지점(상류 지점)은BOD, T-P 모두 모든 유황에서(갈수기 미만 제외) 목표수질 평균값이 측정수질 평균값보다 컸으므로 상류 지점(주로 댐, 미개발지역)보다는 금호 3지점(하류 지점-주로 개발지역)에서의 오염부하량 관리가 시급하다 사료되었다.
후속연구
- 다음으로 하수미처리구역 내 평수량 미만 -저수량 이상(40 ~ 60 %), 저수량 미만 - 갈수량 이상(60 ~ 90 %) 유황 때의 점오염원 관리방안으로써는 분산형 하수처리시스템 운영을 언급하고 소규모 하수처리시설 증설 등을 예로 들수 있으며, 하수미처리구역 내 풍수량 이상(0 ~10 %), 풍수량 미만 - 평수량 이상(10 ~ 40 %), 평수량 미만 - 저수량 이상(40 ~ 60 %), 저수량 미만 - 갈수량 이상(60 ~ 90 %) 유황 때의 비점오염원 관리 방안으로써 특히나 농촌 지역의 비점오염원을 관리하기 위해 제방 건설 등이 필요하다.
- 4) 본 연구를 통해 LDC가 하천유황 조건별로 목표수질 달성여부 및 수질의 손상정도를 파악하는데 있어 적합한 방법임이 증명되었다. 따라서 단위 유역에 대한 수질 관리방안 모색에 있어 ‘LDC 적용을 통한 수질관리 대안 모색’ 흐름도가 효율적인 기초자료로 활용 가능할 것으로 판단된다. 하지만 하천유황 조건별 수질 손상에 대한 오염 원인을 파악하기 위한 좀 더 세밀하고 구체적인 방법론이 확립되어 LDC와 연계될 필요가 있을 것으로 판단된다.
- 따라서 단위 유역에 대한 수질 관리방안 모색에 있어 ‘LDC 적용을 통한 수질관리 대안 모색’ 흐름도가 효율적인 기초자료로 활용 가능할 것으로 판단된다. 하지만 하천유황 조건별 수질 손상에 대한 오염 원인을 파악하기 위한 좀 더 세밀하고 구체적인 방법론이 확립되어 LDC와 연계될 필요가 있을 것으로 판단된다.
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