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문제 정의
- 본 연구에서는 공주 하수종말처리장 방류수를 제민천 상류에 공급하여, 생태적수질정화비오톱 시스템을 통해 유지용수로 재이용하는 일련의 계획, 설계, 시공, 유지관리, 모니터링과정을 제시하는 것을 주된 목적으로 한다. 이를 통해 하수처리수 수질개선을 생태적으로 수행할 수 있는 방안과 도시 상류하천의 생태계 복원을 방안을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 공주 하수종말처리장 방류수를 제민천 상류에 공급하여, 생태적수질정화비오톱 시스템을 통해 유지용수로 재이용하는 일련의 계획, 설계, 시공, 유지관리, 모니터링과정을 제시하는 것을 주된 목적으로 한다. 이를 통해 하수처리수 수질개선을 생태적으로 수행할 수 있는 방안과 도시 상류하천의 생태계 복원을 방안을 제시하고자 한다. 더 나아가 아직 초보 단계인 국내 하수처리수 재이용에 관한 생태환경적 복원설계 및 시공, 유지관리, 모니터링 방안의 기초자료를 제공하고자 한다.
- 이를 통해 하수처리수 수질개선을 생태적으로 수행할 수 있는 방안과 도시 상류하천의 생태계 복원을 방안을 제시하고자 한다. 더 나아가 아직 초보 단계인 국내 하수처리수 재이용에 관한 생태환경적 복원설계 및 시공, 유지관리, 모니터링 방안의 기초자료를 제공하고자 한다.
- 이에 하수처리수를 상류로 압송하여 하수처리수의 수질과 생태계 복원의 효능이 국내에서 검증된 인공습지를 통해 하천 유지용수로 공급하는 것으로 결정된 바, 생태적수질정화비오톱이 처리습지의 적용시스템으로 선정되었다. 따라서 생태적수질정화비오톱 시스템을 현장 생태계에 맞게 계획설계함으로써, 하수처리수를 생태적으로 정화하여 안정적인 하천 유지용수를 공급하고자 하였다(Gongju-si, 2005; 2006).
제안 방법
- 하지만, 공주하수종말처리장의 계획처리수질의 경우 하천수질 환경기준의 생활환경 Ⅴ등급에 해당되어 하천유지용수로 사용하기 곤란하였다. 이에 하수처리수를 상류로 압송하여 하수처리수의 수질과 생태계 복원의 효능이 국내에서 검증된 인공습지를 통해 하천 유지용수로 공급하는 것으로 결정된 바, 생태적수질정화비오톱이 처리습지의 적용시스템으로 선정되었다. 따라서 생태적수질정화비오톱 시스템을 현장 생태계에 맞게 계획설계함으로써, 하수처리수를 생태적으로 정화하여 안정적인 하천 유지용수를 공급하고자 하였다(Gongju-si, 2005; 2006).
- 따라서 생태복원 목표를 고려하여 계획부터 설계와 복원시공까지 전 과정에 걸쳐 모니터링에 따라 필요한 생태 · 환경공학적 지식과 기술을 통합적으로 진행하였다.
- 또한 동물상의 경우에 있어서도 준공직후 2개년의 어류 · 양서파충류 · 포유류 등에 대해 모니터링을 시행하였다.
- 조성 직후 2009년 3월부터 최근 2013년 8월까지 정기적인 모니터링을 통해 생태적수질정화비오톱의 동 · 식물상 등 생태복원 기능과 수처리 효율을 조사하였다.
- 제민천 생태적수질정화비오톱의 식물상은 조성 직후 2개년(2009～2010)간 연 2～3회 식재종 및 침입종의 변화를 중심으로 모니터링하였으며, 강우 등으로 조사가 불가능한 경우를 제외하고는 조사 시기를 준수하였다. 또한 동물상의 경우에 있어서도 준공직후 2개년의 어류 · 양서파충류 · 포유류 등에 대해 모니터링을 시행하였다.
- 2005년 8월부터 2006년 2월까지, 문헌조사와 타당성 조사를 수행하였다. 이를 기초로 제민천 상류 생태적수질정화비오톱 적용대상지의 입지 및 생태환경 공학적 요소들을 분석하였다.
- 특히, 하천상류 산지의 다단형태의 지형을 최대한 반영하고 수질처리효율을 극대화하기 위한 형태 및 구조로 계획·설계하였다.
- 2005년 8월부터 2006년 2월까지, 문헌조사와 타당성 조사를 수행하였다. 이를 기초로 제민천 상류 생태적수질정화비오톱 적용대상지의 입지 및 생태환경 공학적 요소들을 분석하였다. 특히, 하천상류 산지의 다단형태의 지형을 최대한 반영하고 수질처리효율을 극대화하기 위한 형태 및 구조로 계획·설계하였다.
- Figure 3은 초기 설계안으로서 지형과 현장생태계에 맞춘 최적의 설계 안이었다. 하지만, 당시 사유지로 구성된 대상지 하부의 사용이 불가능하게 되어 Figure 4에서와 같이 습지연못 2차 셀과 침전지 구조를 지형과 대상지 생태계에 맞게 긴 선형으로 변경․설계하였다. 또한 긴 선형의 처리습지 구간 옆의 제민천 최상류구간에도 생태적수질 정화미디어나 산발식어도여울 등 생태적 수질정화비오톱시스템으로 생태하천을 추가로 복원하였다.
- 하지만, 당시 사유지로 구성된 대상지 하부의 사용이 불가능하게 되어 Figure 4에서와 같이 습지연못 2차 셀과 침전지 구조를 지형과 대상지 생태계에 맞게 긴 선형으로 변경․설계하였다. 또한 긴 선형의 처리습지 구간 옆의 제민천 최상류구간에도 생태적수질 정화미디어나 산발식어도여울 등 생태적 수질정화비오톱시스템으로 생태하천을 추가로 복원하였다. 하지만, 처리습지를 중심으로 수행한 본 연구범위에서는 이를 제외하였다.
- 이때, 공주 하수처리수 및 하천수질, 수위, 토양, 동식물상 등 생태·환경공학적인 요소를 모니터링하면서 복원공사를 수행하였다.
- Table 2과 같이 생태적수질정화비오톱 및 생태하천 복원지역내 식재종과 유입종을 조사하였다. 식물상의 경우 준공직후 2개년 모니터링 결과를 분석하였다.
- Table 2과 같이 생태적수질정화비오톱 및 생태하천 복원지역내 식재종과 유입종을 조사하였다. 식물상의 경우 준공직후 2개년 모니터링 결과를 분석하였다. 대상지내 식재종은 총 9과 12종으로 갈대, 부들, 줄, 노랑꽃창포 등이 우점하며 초장이 거의 1.
대상 데이터
- 제민천은 유역면적이 작고 시가화로 인해 우수의 토양 내 침투량 감소, 급경사 등으로 인한 하천 건천화로 하천 생태계 훼손이 심각하였다. 계획대상지인 제민천 상류하천은 급경사지역으로써 한때 하천유지용수 부족으로 메말라 수중 생태계가 파괴되었던 곳이었다. 이러한 제민천을 관리하던 공주시는 환경부에서 추진한 ‘하수처리수 재이용촉진 시범사업’의 하천유지용수분야 시범사업도시로 선정되었다.
- 2007년 7월에서 2008년 9월까지, 제민천 상류 하천 및 처리습지를 중심으로 생태환경복원시공을 수행하였다(Figure 5). 이때, 공주 하수처리수 및 하천수질, 수위, 토양, 동식물상 등 생태·환경공학적인 요소를 모니터링하면서 복원공사를 수행하였다.
- Table 1에는 제민천 생태적수질정화비오톱 복원 직후인 2009년 3월부터 2013년 8월까지 주요 수질환경모니터링을 수행하였다. Figure 6에서는 BOD5의 유입수와 유출수의 수질과 각 효율을 분석하였다.
- 식물상의 경우 준공직후 2개년 모니터링 결과를 분석하였다. 대상지내 식재종은 총 9과 12종으로 갈대, 부들, 줄, 노랑꽃창포 등이 우점하며 초장이 거의 1.5m이상으로 생육상태가 양호하고 뿌리 활착율도 높아 적응이 아주 잘 되어있는 상태였다. 유입종은 총 22과 39종 생태하천 복원지역에는 주로 고마리, 노랑꽃창포 등 군락이 우점하고 있으며 주변에는 사위질빵, 여뀌, 토끼풀 등으로 덮여있었다.
- 조사기간인 준공직후 2개년 동안에 조사 전체지역에서 관찰 된 조류는 Table 5와 같이 총 11목 23과 34종 162개체가 관찰되었다. 본 조사에서 관찰 된 조류 중 최고 우점종은 붉은머리오목눈이 25개체(15.
- 조사 시에 관찰된 법적 보호종은 환경부지정 멸종위기야생동물Ⅱ급 새홀리기 1개체가 인근야산에서 비행중인 모습이 관찰되었다. 문화재청 지정 천연기념물 제324-6호인 소쩍새 1개체가 인근야산에서 울음소리로 서식이 확인되었다. 현지 조사 시에 관찰된 조류는 대부분이 산새류였으며, 노랑할미새, 박새, 쇠박새, 꾀꼬리 등이 조사 지역인근의 야산에서 유조 및 먹이를 물어 나르는 모습으로 관찰되어 번식하는 것으로 나타났다.
- 대상지의 동물상으로 현지 조사시 조사지역에서 관찰된 양서·파충류는 청개구리, 참개구리 등 총 3과 5종이며.
이론/모형
- 조성 직후 2009년 3월부터 최근 2013년 8월까지 정기적인 모니터링을 통해 생태적수질정화비오톱의 동 · 식물상 등 생태복원 기능과 수처리 효율을 조사하였다. 특히 수처리 효과를 분석하기 위해서 월 1회 이상 주요 수질 측정항목인 BOD5, SS, T-N, T-P 등을 수질오염공정시험법에 따라 분석하였다(Ministry of Environment, 2008).
성능/효과
- 그 결과, 생태적수질정화비오톱 시스템 및 상류 생태하천 복원구간의 다양한 야생 동 · 식물의 생태계 복원효과를 조사 · 분석하였다.
- 2009년 조성 후 2013년까지 약 4년 동안, BOD5는 평균 유입농도가 4.2 mg/L, 평균 유출농도가 1.8 mg/L로 57%의 처리효율을 보였으며, T-N는 평균 유입농도가 9.983 mg/L, 평균 유출농도가 6.303 mg/L으로 37%의 처리효율, T-P는 평균 유입농도가 0.198 mg/L, 평균 유출농도가 0.098 mg/L으로 51%의 처리효율로 측정되었다. 특히 2009년 조성 직후부터 2013년까지 안정적인 수처리 효율을 보이고 있다.
- 하지만 각 수질 성상별 효율의 경향은 타사례에 적용한 것과 유사했다. 본 Table 분석 마지막 해인 2013년에는 BOD5 평균 유입농도가 6.6 mg/L, 평균 유출농도가 1.8 mg/L로 74%의 높은 처리효율을 보였다. T-N는 평균 유입농도가 11.
- 복원직후 2개년 현지 조사시 조사지역에서 관찰된 양서․파충류는 총 3과 5종으로, Table 3와 같이 청개구리, 참개구리 등이 출현하였다. 조사기간 동안에 조사지역에서 관찰 된 양서류는 총 1목 2과 4종이 관찰되었으며, 파충류는 1목 1과 2종이 관찰되었다.
- 복원직후 2개년 현지 조사시 조사지역에서 관찰된 양서․파충류는 총 3과 5종으로, Table 3와 같이 청개구리, 참개구리 등이 출현하였다. 조사기간 동안에 조사지역에서 관찰 된 양서류는 총 1목 2과 4종이 관찰되었으며, 파충류는 1목 1과 2종이 관찰되었다. 양서류 중에서 다수의 북방산개구리의 유생들이 야산으로 이동하는 모습이 관찰되었다.
- 둘째, 조성된 처리습지의 전문화된 유지관리·모니터링과 복원이 이루어져야, 성공적이고 지속적인 생태환경공학적 결과를 도출할 수 있다.
- 조사기간인 준공직후 2개년 동안에 조사 전체지역에서 관찰 된 조류는 Table 5와 같이 총 11목 23과 34종 162개체가 관찰되었다. 본 조사에서 관찰 된 조류 중 최고 우점종은 붉은머리오목눈이 25개체(15.43%)였다. 두 번째 우점종은 참새 21개체(12.
- 43%)였다. 두 번째 우점종은 참새 21개체(12.96%), 직박구리 13개체(8.02%), 멧비둘기 11개체(6.79%) 순으로 관찰되었다. 조사 시에 관찰된 법적 보호종은 환경부지정 멸종위기야생동물Ⅱ급 새홀리기 1개체가 인근야산에서 비행중인 모습이 관찰되었다.
- 79%) 순으로 관찰되었다. 조사 시에 관찰된 법적 보호종은 환경부지정 멸종위기야생동물Ⅱ급 새홀리기 1개체가 인근야산에서 비행중인 모습이 관찰되었다. 문화재청 지정 천연기념물 제324-6호인 소쩍새 1개체가 인근야산에서 울음소리로 서식이 확인되었다.
- 문화재청 지정 천연기념물 제324-6호인 소쩍새 1개체가 인근야산에서 울음소리로 서식이 확인되었다. 현지 조사 시에 관찰된 조류는 대부분이 산새류였으며, 노랑할미새, 박새, 쇠박새, 꾀꼬리 등이 조사 지역인근의 야산에서 유조 및 먹이를 물어 나르는 모습으로 관찰되어 번식하는 것으로 나타났다.
- 조성 직후부터 조성 4년 후까지 연간 평균수처리 효율은 성공적으로 목표치를 달성하여 방류됨으로써 도시 상류하천의 유지용수로서의 수량확보와 수질개선에 크게 기여하였다. 제민천 생태적수질정화비오톱의 복원직후인 2개년도 생태모니터링 결과, 대상지의 식물상은 총 28과 51종으로, 생태적수질정화비오톱(SSB) 및 생태하천복원지역내 원 식재종이면서 정수식물 군락 갈대, 부들, 줄, 노랑꽃창포 등이 우점하였고 식재종 외 일반 습지 내에서 발견되는 자생식물이 많이 유입되었다. 대상지의 동물상으로 현지 조사시 조사지역에서 관찰된 양서·파충류는 청개구리, 참개구리 등 총 3과 5종이며.
- 포유류는 고라니 등 총 2목 2과 3종이 관찰되었다. 또한, 조류는 총 11목 23과 34종 162개체로 본 조사에서 관찰 된 조류 중 최고 우점종은 붉은머리오목눈이, 참새, 직박구리, 멧비둘기 순으로 관찰되었다. 법적 보호종은 환경부 지정 멸종위기야생동물Ⅱ급 새홀리기 1개체, 문화재청 지정 천연기념물 제324-6호인 소쩍새 1개체가 인근야산에서 울음소리로 확인되었다.
- 또한, 조류는 총 11목 23과 34종 162개체로 본 조사에서 관찰 된 조류 중 최고 우점종은 붉은머리오목눈이, 참새, 직박구리, 멧비둘기 순으로 관찰되었다. 법적 보호종은 환경부 지정 멸종위기야생동물Ⅱ급 새홀리기 1개체, 문화재청 지정 천연기념물 제324-6호인 소쩍새 1개체가 인근야산에서 울음소리로 확인되었다.
- 본 연구의 복원 후 포유류모니터링 결과, 조사기간 2개년 동안에 관찰된 포유류는 Table 4와 같이 총 2목 2과 3종이 관찰되었다. 본 조사에서 법적 보호종은 관찰되지 않았다.
후속연구
- 하지만 이러한 성공사례를 일반기술자들에게 보급하기 위해서는 생태·환경공학적 특성을 토대로 한 디자인 방법론 제시 및 면밀한 복원 매뉴얼 작성 또한 후속되어야 할 것이다.
- 하지만 이러한 성공사례를 일반기술자들에게 보급하기 위해서는 생태·환경공학적 특성을 토대로 한 디자인 방법론 제시 및 면밀한 복원 매뉴얼 작성 또한 후속되어야 할 것이다. 향후 연구에서는 본 연구에서 제시한 계획, 설계, 시공, 모니터링 중심의 총체적 연구결과를 토대로 하여, 처리습지 수질 상관관계의 통계적 변량과 생태계 복원의 상호관계 분석이 후속으로 이루어지는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
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