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회야호 부영양화 평가 및 준설에 의한 수질개선 효과 분석 연구
Study of the Trophic State Assessment and Analysis of Water Quality Improvement by Dredging in Hwoiya Reservoir 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.11, 2014년, pp.6943 - 6951  

서명교 (동의과학대학교 경영정보계열) ,  이상현 (울산발전연구원 환경안전연구실) ,  서정호 (울산과학대학교 환경화학공업과)

초록
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본 연구는 울산시 상수원인 회야호의 부영양화를 평가하고 WASP7을 이용하여 준설로 인한 호수 내 침전물의 용출 저감에 따른 수질개선 효과를 분석하였다. 회야호의 부영양화 평가는 회야호 2개 지점의 투명도, Chlorophyll-a 및 TP를 이용하여 Carlson과 Aizaki 등에 의한 영양상태지수(TSI)로 수행하였다. 평가결과, 2지점 모두 부영양 상태의 호소로 나타나 부영양에 대한 대책이 필요한 것으로 조사되었다. 또한, TN/TP 비에서 볼 때 인이 제한요인으로 작용하는 호소로 나타나 인을 제거하는 수질개선책을 강구해야 할 것으로 판단되었다. 회야호의 수질개선을 위해 퇴적물을 준설할 경우를 가정하여 WASP7 모형을 이용하여 용출저감 10%, 용출저감 40% 및 용출저감 60%의 세 가지 시나리오로 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 준설을 통한 용출저감이 10%일 경우, 회야호 1지점에서는 TN이 0.9%, 2지점에서는 0.6% 저감되었으며, TP의 경우는 1.3%와 0.8%가 저감되는 것으로 예측되었다. 그리고 용출저감 60%를 가정한 시나리오 3의 경우는 TN이 회야호 1지점에서 6.4%, 회야호 2지점에서는 3.9% 저감되는 것으로 예측되었으며, TP의 경우는 각각 9.3%, 5.6% 저감되는 것으로 예측되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The trophic state assessment of the Hwoiya reservoir was estimated using the Trophic state indices (TSIs) of Carlson and Aizaki using the transparency and concentrations of chlorophyll-a and total phosphorus obtained from two sites of the reservoir. The TSIs assessments showed that eutrophic phenome...

주제어

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문제 정의

  • 기존에 수행되었던 준설에 관련된 연구들이 하천이나 해역의 경우에는 준설량에 관한 연구에 집중되어 있으며, 인공호의 경우는 유입수의 변동에 따른 영양염류와 부영양화에 관한 연구가 대부분을 차지하고 있으며, 준설과 연관된 수질예측에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 울산광역시의 주요 상수원인 회야호를 대상으로 부영양화를 평가하고, 동시에 준설에 의한 영양염류의 수질개선 효과를 WASP7 모델을 통해 예측하여 회야호의 수질관리를 위한 정책수립에 활용하고자 수행하였다
  • 회야호는 울산시의 상수원시설로 상류지역인 양산시 웅상읍과 울주군 웅촌면의 공장 및 인구증가와 축산농가 등의 영향으로 최근 유기물 농도가 증가하고 부영양화가 되고 있어 실태조사와 개선방안이 요구되고 있다. 본 연구는 기존의 지도와 감독위주의 상수원 관리정책 수준으로는 깨끗한 상수원수 확보에 현실적 한계가 존재하므로, 부영양화에 영향을 주는 질소와 인 같은 영양염류의 조사를 통해 과학적인 물질순환 평가가 선행되고 이를 바탕으로 효과적인 정책수립의 기초자료를 제공하고자 한다. 이를 위해 회야호의 부영양화 평가 그리고 WASP7을 이용하여 준설로 인한 용출저감을 할 경우 회야호의 수질개선 효과를 분석하였다.
  • 본 연구에서는 회야호 상·하류 두 지점에서 시료를 채취한 후 TN과 TP에 대한 퇴적물의 용출실험을 수행하기 위하여 Fig. 5와 같이 아크릴 재질 반응조를 제작하였으며, 퇴적물이 호기성 조건과 혐기성 조건일 때 영양 염류의 용출속도가 달라 내부부하에 미치는 영향이 달라지므로 호기성과 혐기성 조건에서 염양염류의 용출실험을 수행하였다.
  • 일반적으로 영양염 제한 상태를 알기 위하여 DIN/DIP 비(disolved inorganic nitrogen/disolved inorganic phosphorus ratio)를 적용하기도 하지만, 부영양화 호소의 영양염 비율을 토대로 잠재적 영양염 평가에서 TN/TP 비(total nitrogen/total phosphorus ratio)를 주로 사용하며, TN/TP 비가 10~17의 범위에서는 인과 질소가 동시에 제한 염이 될 수 있으며, 이 이하에서는 질소가 제한 염, 이 이상에서는 인이 조류의 성장에 대한 제한 염이 된다고 알려져 있다[17]. 본 연구에서는 회야호의 부영양화 정도와 조류성장 제한 염을 알기 위하여 TN/TP 비를 조사하였다.

가설 설정

  • 또한, 회야호의 수질개선을 위해 준설할 경우를 가정하여 시나리오별 수질개선 정도를 분석하였다. 준설을 통한 수질개선 분석은 WASP7 모형을 이용하여 용출저감 10%(시나리오 1), 용출저감 40%(시나리오 2), 그리고 용출저감 60%(시나리오 3)로 가정하여 시뮬레이션 하였다. 회야호 1지점에서는 준설을 통해 용출저감 10%을 가정할 경우, TN이 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대규모 상수원 인공호 댐의 조류 과잉증식을 억제하기 위한 방법은 무엇이 있는가? 최근 우리나라 대규모 상수원 인공호 댐들은 매년 부영양화가 심각하고 조류가 과잉 증식함으로 인해 맑은물 공급이라는 시민들의 요구를 만족시킬 수 없는 상황에 있다. 이에 부영양화에 의한 조류번식을 억제하기 위한 여러 가지 공학적인 노력과 정책들이 진행되었는데, 대표적인 방법으로는 수중폭기나 준설 등의 물리적인 방법, 철이나 알루미늄 첨가를 통해 호소 내 인을 침전시켜 불활성화 시키는 방법이나 황산동(CuSO 4 )과 같은 살조제를 살포하는 화학적 방법 등이 있다[1]. 이러한 물리, 화학적 조류제어 기술이 부분적으로는 효과를 거두고 있지만 적용규모, 시설 투자비용 및 유지관리, 부산물생성 (by-product) 등 해결해야할 많은 문제점도 가지고 있다.
물리, 화학적 조류제어 기술의 문제는 무엇이 있는가? 이에 부영양화에 의한 조류번식을 억제하기 위한 여러 가지 공학적인 노력과 정책들이 진행되었는데, 대표적인 방법으로는 수중폭기나 준설 등의 물리적인 방법, 철이나 알루미늄 첨가를 통해 호소 내 인을 침전시켜 불활성화 시키는 방법이나 황산동(CuSO 4 )과 같은 살조제를 살포하는 화학적 방법 등이 있다[1]. 이러한 물리, 화학적 조류제어 기술이 부분적으로는 효과를 거두고 있지만 적용규모, 시설 투자비용 및 유지관리, 부산물생성 (by-product) 등 해결해야할 많은 문제점도 가지고 있다.
우리나라 대규모 상수원 인공호 댐에서 발생하는 문제는 무엇인가? 최근 우리나라 대규모 상수원 인공호 댐들은 매년 부영양화가 심각하고 조류가 과잉 증식함으로 인해 맑은물 공급이라는 시민들의 요구를 만족시킬 수 없는 상황에 있다. 이에 부영양화에 의한 조류번식을 억제하기 위한 여러 가지 공학적인 노력과 정책들이 진행되었는데, 대표적인 방법으로는 수중폭기나 준설 등의 물리적인 방법, 철이나 알루미늄 첨가를 통해 호소 내 인을 침전시켜 불활성화 시키는 방법이나 황산동(CuSO 4 )과 같은 살조제를 살포하는 화학적 방법 등이 있다[1].
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참고문헌 (25)

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  3. G. Y. Lee, Y. H. Kang, G. S. Lee, S. N. Lee, J. K. Kim, "A Management tool of marine dredging for water quality improvements using GSIS", The Korea Society of Marine Engineering, 137-138, 2007. 

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  5. U. Y. Park, Y. B. Kim, K. S. Back, "The study on accuracy improvement of estuary riverbed monitoring", The Korean Society for Geo-Spatial Information System, 11(3), 23-24, 2003. 

  6. G. S. Kang, C. K. Sung, K. J. Cho, "3-Dimensions positioning to combined RTK-GPS and E/S observation", The Korean Society of Cadastre, 20(1), 111-124, 2004. 

  7. S. H. Park, J. G. Park, "Evaluation of river dredging by GPS/ES combination-the case of Nakdong river area", Korean Association of Cadastre Information, 14(1), 95-103, 2012. 

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  9. M. D. Yang, C. J. Merry, "Interaction of Water Quality Modeling Remote Sensing and GIS", Water Research, 35, 253-263, 1999. 

  10. Jun, G.S., Lee, G.S., "Water quality modeling of the HAN river by QUAL2E", Korea water Resources Association, pp. 125-132, 1993. 

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  12. H. S. Lee, S. W. Chung, J. K. Choi, S. I. Shin, "Evaluation of trophic state of a small-scale pond (Wonheung) in ecological park", J. Kor. Soc. Water Quality, 24(6), 741-749, 2008. 

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  14. M. Aizaki, A. Ostuki, T. Fukushima, T. Kawai, M. Hosomi, K. Muraoka, "Application of modified Carlson's trophic state index to Japanese and its relationship to other parameters related to trophic stage", Res. Rep. Natl. Inst. Environ. Stud., 23, 12-31, 1981. 

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  23. I. S. Choi, S. E. Lee, J. M. Oh, "A study of elution characteristics of lake sediment", Water of Future, 44(6), 42-48, 2011. 

  24. M. C. Shin, D. M. Oh, Y. S. Lee, M. W. Lee, "Prediction of water quality variation at dredging sediments", Preceeding of KSEE, Ulsan Univ., 1012-1022, 2008. 

  25. E. S. Kim, K. B. Sim, B. S. Kai, "Analysis of water quality improvement by lake dredging", J. of KOSHAM, 13(2), 327-336, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.9798/KOSHAM.2013.13.2.327 

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