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문제 정의
- 14) 이 연구에서는 농업지역에서 발생하는 비점오염원 중, 재배특성이 다른 작물(고구마 · 벚나무) 경작지를 대상으로 2008년 1월부터 2011년 12월까지 강우 유출수의 발생량·오염농도 등을 모니터링 하였다. 강우유출수의 오염발생과 기상조건, 경작방법, 토양특성 등의 관계를 명확히 하여, 농업지역 비점오염원에 대한 효율적 관리의 자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 14) 이 연구에서는 농업지역에서 발생하는 비점오염원 중, 재배특성이 다른 작물(고구마 · 벚나무) 경작지를 대상으로 2008년 1월부터 2011년 12월까지 강우 유출수의 발생량·오염농도 등을 모니터링 하였다.
- 50 mm < rainfall의 강우계급의 경우, S경작지와 C경작지에서 각각 5회의 모니터링을 수행하였으며, 모든 강우사상에서 강우유출수가 발생하였다.
- 03 km)에 위치해있다. S경작지에서는 2008년 1월부터 2010년 12월 동안, C경작지에서는 2009년 1월부터 2011년 12월 동안 모니터링 하였으며, 강우유출수 발생에 영향을 미치는 강우량, 강우강도 등의 기상특성과 강우유출수 중의 오염물질 발생량을 분석하였다.
- 강우유출수 발생 수준을 결정하는 강우유출률은 경작지의 토양특성과 작물의 경작방법에 따라 결정될 것으로 예측하였으므로 대상으로 한 두 경작지의 토양에 대해 조사하였다.
- 밭에서 발생하는 비점오염부하에 미치는 영향 요소 중, 강우량, 밭의 경사 등이 유사한 조건으로 위치하고 있으나, 경작방법이 상이한 고구마경작지와 벚나무경작지를 대상으로 3년 동안 발생한 강우사상을 모니터링 하였다. 강우유출수가 발생하였을 때, 강우유출량과 EMCs를 분석하여 TPM을 산정하였다. 강우유출수의 발생은 강우량에 가장 큰 영향을 받는다.
- 강우유출수가 발생한 모든 강우사상(S경작지 12회, C경작지 9회)을 대상으로 BOD5, CODMn, TOC 등의 유기오염물질별 EMCs와 오염부하량을 분석하여 Fig. 3에 나타내었다.
- 밭에서 발생하는 비점오염부하에 미치는 영향 요소 중, 강우량, 밭의 경사 등이 유사한 조건으로 위치하고 있으나, 경작방법이 상이한 고구마경작지와 벚나무경작지를 대상으로 3년 동안 발생한 강우사상을 모니터링 하였다. 강우유출수가 발생하였을 때, 강우유출량과 EMCs를 분석하여 TPM을 산정하였다.
- 분당 강우량이 측정가능한 강우계(environdata weater station, raingage, RG20, Australia)로 강우량을 측정하였으며, 유출수의 유량은 유량계(flo-tote3, USA)를 이용하여 유출이 발생하는 시각부터 종료하는 시각까지 분당유출량을 측정하였다. 단, 유량계를 이용할 수 없는 극소량의 유출이 발생하는 때에는 비이커에 유출수를 받아 해당시간으로 나누어 계산하는 간이식(Cup식) 방법을 이용하였다.
대상 데이터
- 조사지점은 Table 1에 정리하였으며, 농업지역 비점오염원 중 일년생 작물을 재배하는 고구마경작지(sweet potato, 이후 S경작지로 기술)와 다년생 작물을 재배하는 벚나무경작지(cherry tree, 이후 C경작지로 기술)이며, 이들 두 지점의 경사도는 각각 8.5%, 8.3%로 유사하며 지리적으로도 가까운 곳(직선거리 1.03 km)에 위치해있다. S경작지에서는 2008년 1월부터 2010년 12월 동안, C경작지에서는 2009년 1월부터 2011년 12월 동안 모니터링 하였으며, 강우유출수 발생에 영향을 미치는 강우량, 강우강도 등의 기상특성과 강우유출수 중의 오염물질 발생량을 분석하였다.
이론/모형
- 분당 강우량이 측정가능한 강우계(environdata weater station, raingage, RG20, Australia)로 강우량을 측정하였으며, 유출수의 유량은 유량계(flo-tote3, USA)를 이용하여 유출이 발생하는 시각부터 종료하는 시각까지 분당유출량을 측정하였다. 단, 유량계를 이용할 수 없는 극소량의 유출이 발생하는 때에는 비이커에 유출수를 받아 해당시간으로 나누어 계산하는 간이식(Cup식) 방법을 이용하였다. 유출수의 유기물질오염도는 수질오염공정시험방법(환경부고시 제 2007-147호)에 따라 분석하였으며, 유량가중평균농도(event mean concentrations, EMCs)를 이용하여 오염부하량(total pollutant mass, TPM)을 산정하였다.
- 단, 유량계를 이용할 수 없는 극소량의 유출이 발생하는 때에는 비이커에 유출수를 받아 해당시간으로 나누어 계산하는 간이식(Cup식) 방법을 이용하였다. 유출수의 유기물질오염도는 수질오염공정시험방법(환경부고시 제 2007-147호)에 따라 분석하였으며, 유량가중평균농도(event mean concentrations, EMCs)를 이용하여 오염부하량(total pollutant mass, TPM)을 산정하였다.15)
- 토양의 물리적 특성은 한국산업규격(Korean industrial standards, KS)의 흙의 입도시험방법(KS F 2302)에 따라 입도를 조사하였으며(Fig. 4), 입도분석 결과로 S경작지와 C경작지 토양입자의 균등계수(uniformity coefficient, 이후 Cu로 기술)를 산출하였다. Cu가 높을수록 세립질 및 조립질 입자가 다양하게 분포하는 것을 의미하는데 일반적으로 Cu가 10 이상이면 ‘입도분포가 좋다(well-graded)’라고 하고, 균등계수가 2보다 작으면 ‘입도분포가 나쁘다(poorly-graded)’ 또는 ‘입자크기가 균일하다(uniform soil)’고 한다.
성능/효과
- Cu가 높을수록 세립질 및 조립질 입자가 다양하게 분포하는 것을 의미하는데 일반적으로 Cu가 10 이상이면 ‘입도분포가 좋다(well-graded)’라고 하고, 균등계수가 2보다 작으면 ‘입도분포가 나쁘다(poorly-graded)’ 또는 ‘입자크기가 균일하다(uniform soil)’고 한다.19) S경작지의 Cu는 15.8로 C경작지의 Cu 4.64보다 높게 나타났다. Cu가 높은 토양은 다양한 크기의 입자가 입자 사이의 간극을 메우므로, Cu가 낮은 토양보다 투수율이 낮으며,20) 토양으로 침투되지 않은 강우의 유출률이 증가하게 된다.
- 1,2) 우리나라는 수질오염관리대책의 일환으로, 1998년부터 팔당호 등 한강수계상수원수질관리 특별종합대책 등 낙동강, 영산강 및 금강수계의 질적 안정성 확보와 물환경 개선을 위해 노력하고 있다.3) 공공수역으로 유입되는 오염물질은 크게 점오염원(point source pollutant)과 비점오염원(non point source pollutant)으로 구분할 수 있다. 점오염원에 의한 수질오염은 환경기초시설의 설치 및 배출허용기준강화 등 제도적 규제로 인해 크게 감소하고 있으나 비점오염원은 오염발생량 및 배출특성을 파악하기가 매우 어렵고,4) 오염발생량이 불규칙하여 관리와 저감 대책이 미흡한 실정이다.
- 30 mm < rainfall ≤ 50 mm의 강우계급의 경우, S경작지와 C경작지에서 각각 5회의 모니터링을 수행하였으며, 그 중강우유출수가 발생한 강우사상은 S경작지에서 4회(80%), C 경작지에서 3회(60%)로 10 mm < Rainfall ≤ 30 mm의 강우 계급보다 강우유출수 발생 비율이 높았다.
- 06 × 101 kg/km2로 나타났다. BOD5, CODMn 및 TOC 등 유기물질의 평균 EMCs는 S경작지의 강우유출수에서 C경작지의 강우유출수보다 낮게 나타났으나, 평균 오염부하량은 C경작지의 강우유출수보다 S경작지의 강우유출수에서 더 높았다. 이러한 결과는 오염부하량이 유출량의 영향을 크게 받기 때문이며, 동일 재배지에서의 선행연구결과에서도 오염물질의 발생량과 유출량이 높은 상관성을 나타내는 것으로 보고된 바 있다.
- S경작지 강우유출수 중의 BOD5의 평균 EMCs는 3.80 mg/L, CODMn의 평균 EMCs는 2.07 × 101, TOC의 평균 EMCs는 5.42 mg/L이었고, C경작지 강우유출수 중의 BOD5의 평균 EMCs는 4.78 mg/L, CODMn의 평균 EMCs는 2.51 × 101 mg/L, TOC의 평균 EMCs는 6.13 mg/L로 나타났다.
- Cu가 높은 토양은 다양한 크기의 입자가 입자 사이의 간극을 메우므로, Cu가 낮은 토양보다 투수율이 낮으며,20) 토양으로 침투되지 않은 강우의 유출률이 증가하게 된다. 실제로 S경작지와 C경작지의 평균 강우유출률은 각각 18.6%(평균 강우유출량 5.5 m3) 및 6.43%(평균 강우유출량 3.6 m3)로 S경작지에서 강우유출률이 높은 것으로 나타났으며, 높은 강우유출률의 영향을 받아 S경작지에서의 오염부하량이 더 높게 나타난 것으로 판단된다.
후속연구
- 2)으로 잎, 줄기 등에 의한 강우차단 비율이 증가하여 강우유출수의 발생을 억제한 것으로 Event_C29의 결과를 설명할 수 있다. 따라서 농촌지역 비점오염원 관리를 효율적으로 하기 위해서는 작물의 성장 특성에 더해 재배방식도 강우유출수 발생에 영향을 미치는 중요한 요소로 작용함을 고려해야 할 것으로 판단된다.
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