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문제 정의
- 본 연구는 주암댐 유역을 대상으로 구축된 HSPF 결과를 활용하여 각 소유역 별 비점오염원 부하량을 산정하여 비교함으로써 비점오염저감시설 우선 설치 대상지점을 평가하였으며 주암댐 유역관리 계획 수립을 위한 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 향후에는 본 연구의 소유역별 비점오염부하량 산정 방법뿐만 아니라 저감시설 설치대상 지점 인근 수체의 수질 변동성, 비점오염 저감시설에 의한 수질개선효과 등을 고려한 종합적인 설치 대상지점 선정 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서는 광역 상수원으로 활용되는 주암댐 저수지 및 동복댐 저수지가 위치하고 있는 주암댐 전체 유역을 대상으로 HSPF 유역모델을 구축하여 적용성을 평가하였으며 각 소유역별 비점오염부하량을 산정하여 비교함으로써 비점오염원저감시설 최적 설치지점을 선정하고 평가하기 위한 자료로 활용하고자 하였다.
- 많은 연구에 의하면 수계 수질오염에 비점오염원이 큰 비중을 차지하고 있다고 판단하고 있으며 상수원으로 사용되는 수체의 경우 부영양화, 조류발생의 주요인이 되고 있는 비점오염원의 발생지역에 저감시설의 점진적인 확충이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 광역상수원으로 활용되는 주암댐 저수지와 동복댐 저수지가 위치하고 있는 주암댐 전체 유역을 대상으로 HSPF 유역모델을 구축하여 적용성을 평가한 후, 각 소유역별 비점오염부하량을 산정하여 비교함으로써 비점오염원 저감시설 설치를 위한 지점을 선정하기 위한 평가 자료로 활용하고자 하였다. 주암댐 유역의 HSPF 구축을 위해서 지형자료, 토지피복도, 토양도 및 기상자료를 활용하여 29개 소유역으로 구분한 후, 환경부의 8일 간격으로 측정된 2011~2012년 BOD, TN, TP를 대상으로 모델 재현성을 검토하였다.
제안 방법
- 주암댐 유역의 비점오염저감시설 설치지점을 선정하기 위하여 29개 소유역별 단위면적당 BOD, TN, TP 비점오염원 유출부하량을 비교하였으며 비점오염원 부하량이 높은 곳을 저감시설 우선 설치대상 지점으로 선정하였다. 2011년과 2012년도의 단위면적당 비점오염부하량 산정 결과의 평균치를 활용하였으며 BOD, TN, TP 각각 소유역별 우선순위가 높은 10위 이내의 지점을 추출하여 각 수질 항목 모두 우선순위가 높은 지점을 비점오염저감시설 우선 설치 대상지점으로 평가하였다. 29개 소유역 중에서 8개 소유역이 비점오염저감시설 우선 설치대상지점으로 평가되었다.
- HSPF 모형의 적용성 평가를 위해 2009~2010년을 안정화 기간으로 설정하고, 2011~2012년 기간을 대상으로 보정 및 검증을 실시하였다. 모형의 보정은 모형의 초기조건과 매개변수를 유역의 조건에 맞도록 일치시키는 과정으로 계산된 값과 측정한 값이 가장 잘 일치할 때의 매개변수 값을 추정하는 것이다.
- 주암댐 유역의 HSPF 모델 결과를 활용하여 29개 소유역별 비점오염부하량을 산정하기 위하여 재현성이 확인된 모델에서 점오염원의 영향을 제외한 후 모델을 구동시킨 결과를 활용하였다. 각 소유역별 유출부하량에서 상류 유역의 부하량을 제외하였으며 상대비교를 가능하도록 단위면적당 BOD, TN, TP 비점오염부하량 산정하였다.
- 주암댐 유역의 30 m × 30 m DEM으로부터 Flow Direction과 Flow Accumulation을 계산하여 하천망을 생성시킨 후, 하천도 및 유역도, 수질측정 지점을 고려하여 29개 소유역으로 구분하였다. 공간적으로 변화하는 유역 내 수문현상 및 수질 모의에 필요한 입력자료 구축을 위해 DEM, 하천도 및 유역도를 사용하여 각 소유역별 면적, 경사도, 유역의 평균 길이 등 지형특성을 추출하였으며 유역 내 침투 및 유출을 모의할 수 있도록 구축하였다. 기상자료와 점 오염원부하량은 Win HSPF 자료관리 프로그램인 WDMUtil 을 활용하여 소유역별 wdm 파일로 생성하였다.
- 공간적으로 변화하는 유역 내 수문현상 및 수질 모의에 필요한 입력자료 구축을 위해 DEM, 하천도 및 유역도를 사용하여 각 소유역별 면적, 경사도, 유역의 평균 길이 등 지형특성을 추출하였으며 유역 내 침투 및 유출을 모의할 수 있도록 구축하였다. 기상자료와 점 오염원부하량은 Win HSPF 자료관리 프로그램인 WDMUtil 을 활용하여 소유역별 wdm 파일로 생성하였다.
- 주암댐 유역의 30 m × 30 m DEM으로부터 Flow Direction과 Flow Accumulation을 계산하여 하천망을 생성시킨 후, 하천도 및 유역도, 수질측정 지점을 고려하여 29개 소유역으로 구분하였다.
- 본 연구에서는 광역상수원으로 활용되는 주암댐 저수지와 동복댐 저수지가 위치하고 있는 주암댐 전체 유역을 대상으로 HSPF 유역모델을 구축하여 적용성을 평가한 후, 각 소유역별 비점오염부하량을 산정하여 비교함으로써 비점오염원 저감시설 설치를 위한 지점을 선정하기 위한 평가 자료로 활용하고자 하였다. 주암댐 유역의 HSPF 구축을 위해서 지형자료, 토지피복도, 토양도 및 기상자료를 활용하여 29개 소유역으로 구분한 후, 환경부의 8일 간격으로 측정된 2011~2012년 BOD, TN, TP를 대상으로 모델 재현성을 검토하였다. 모델이 실측유량 및 수질을 대체적으로 잘 재현하는 것으로 판단되었으나 강우시 정밀한 측정 자료가 뒷받침된다면 더욱 정확도 높은 모델구축이 이루어질 수 있을 것으로 판단되었다.
- 주암댐 유역의 HSPF 모델 결과를 활용하여 29개 소유역별 비점오염부하량을 산정하기 위하여 재현성이 확인된 모델에서 점오염원의 영향을 제외한 후 모델을 구동시킨 결과를 활용하였다. 각 소유역별 유출부하량에서 상류 유역의 부하량을 제외하였으며 상대비교를 가능하도록 단위면적당 BOD, TN, TP 비점오염부하량 산정하였다.
- 기상자료는 강수량, 기온, 이슬점온도, 운량, 일사량, 풍속, 증발산량 등 7개 항목의 시간단위 관측값이 필요하며, 티센망도에 따라 해당 소유역에 순천과 장흥, 광주기상대 지점의 2009년 1월 1일부터 2012년 12월 31일까지 시단위자료를 K-water의 통합수질예측대응시스템인 SURIAN (SUpercom based RIver Analysis Network)를 활용하여 수집하였다. 토지피복도는 환경부에서 운영중인 공간정보 서비스(Environmental Geographic Information System; EGIS)에서 제공하는 2008년 기준 중분류 토지피복도를 이용하였고, ArcView의 Shape file을 사용하여 토지피복에 대한 도형자료와 Database 입력 파일을 중첩시켜 유역별 모형자료를 구축하였다. 점오염부하량 자료는 국립환경과학원에서 제2단계 수질오염총량제의 기본계획을 평가하기 위해 수집한 2012년 오염원조사(환경부, 2014) 자료로부터 부하량을 산정하였다.
대상 데이터
- 2011년과 2012년도의 단위면적당 비점오염부하량 산정 결과의 평균치를 활용하였으며 BOD, TN, TP 각각 소유역별 우선순위가 높은 10위 이내의 지점을 추출하여 각 수질 항목 모두 우선순위가 높은 지점을 비점오염저감시설 우선 설치 대상지점으로 평가하였다. 29개 소유역 중에서 8개 소유역이 비점오염저감시설 우선 설치대상지점으로 평가되었다. 봉화천 유역이 BOD 12.
- 주암댐 유역의 HSPF 구축을 위해서는 기상자료, 하천도, DEM (Digital Elevation, Model), 토지피복도, 환경기초 시설 등 오염원자료, 유량과 수질의 모니터링 지점 및 측정 자료가 필요하다. 기상자료는 강수량, 기온, 이슬점온도, 운량, 일사량, 풍속, 증발산량 등 7개 항목의 시간단위 관측값이 필요하며, 티센망도에 따라 해당 소유역에 순천과 장흥, 광주기상대 지점의 2009년 1월 1일부터 2012년 12월 31일까지 시단위자료를 K-water의 통합수질예측대응시스템인 SURIAN (SUpercom based RIver Analysis Network)를 활용하여 수집하였다. 토지피복도는 환경부에서 운영중인 공간정보 서비스(Environmental Geographic Information System; EGIS)에서 제공하는 2008년 기준 중분류 토지피복도를 이용하였고, ArcView의 Shape file을 사용하여 토지피복에 대한 도형자료와 Database 입력 파일을 중첩시켜 유역별 모형자료를 구축하였다.
- 점오염부하량 자료는 국립환경과학원에서 제2단계 수질오염총량제의 기본계획을 평가하기 위해 수집한 2012년 오염원조사(환경부, 2014) 자료로부터 부하량을 산정하였다. 유출량 및 수질의 보정 및 검증은 환경부의 8일 간격으로 연 30회 이상 측정한 오염총량관리 단위 유역 말단의 수질자료를 이용하였으며, 수질 항목은 BOD, TN, TP를 대상으로 하였다.
- 미국 TMDL을 위해 개발된 BASINS을 통해 지형분석 및 방대한 기상자료 관리 등이 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 윈도우 기반의 WinHSPF로 발전되었다. 적용 모듈은 투수지역의 수문 및 수질을 모의하는 PERLND, 불투수지역의 수문 및 수질을 모의하는 IMPLND, 수체 내의 수리 및 수질을 모의하는 RCHRES로 구성되어 있으며, 각 모듈은 물의 흐름과 관계된 부분, 토사유출 및 영양염류 등 수질과 관계되는 부분으로 구분되어 있다.
- 토지피복도는 환경부에서 운영중인 공간정보 서비스(Environmental Geographic Information System; EGIS)에서 제공하는 2008년 기준 중분류 토지피복도를 이용하였고, ArcView의 Shape file을 사용하여 토지피복에 대한 도형자료와 Database 입력 파일을 중첩시켜 유역별 모형자료를 구축하였다. 점오염부하량 자료는 국립환경과학원에서 제2단계 수질오염총량제의 기본계획을 평가하기 위해 수집한 2012년 오염원조사(환경부, 2014) 자료로부터 부하량을 산정하였다. 유출량 및 수질의 보정 및 검증은 환경부의 8일 간격으로 연 30회 이상 측정한 오염총량관리 단위 유역 말단의 수질자료를 이용하였으며, 수질 항목은 BOD, TN, TP를 대상으로 하였다.
- 주암댐 유역의 비점오염저감시설 설치지점을 선정하기 위하여 29개 소유역별 단위면적당 BOD, TN, TP 비점오염원 유출부하량을 비교하였으며 비점오염원 부하량이 높은 곳을 저감시설 우선 설치대상 지점으로 선정하였다. 2011년과 2012년도의 단위면적당 비점오염부하량 산정 결과의 평균치를 활용하였으며 BOD, TN, TP 각각 소유역별 우선순위가 높은 10위 이내의 지점을 추출하여 각 수질 항목 모두 우선순위가 높은 지점을 비점오염저감시설 우선 설치 대상지점으로 평가하였다.
성능/효과
- 년도별 단위면적당 비점오염원부하량 범위가 유사하였으나 2011년도 편차가 다소 높게 나타났다. 2011년도에 비해 2012년도의 비점오염부하량이 다소 낮게 산정되었으며 BOD, TN, TP 모두 주암댐 유역 상류에 위치하는 보성강댐 소유역에서 상대적으로 높은 비점오염원 부하량이 유출되는 것으로 분석되었으며 특히, TN에서 가장 뚜렷하게 나타났다. 2009년 위성자료를 활용하여 주암댐 유역의 비점부하량을 평가한 연구결과에 따르면, 단위면적당 BOD 유출부하량은 평균 13.
- 40 kg/day/km2)으로 산정되었다. BOD, TN, TP 모두 보성강댐 저수지 상류에 위치한 소유역에서 상대적으로 높은 부하량이 유출되는 것으로 분석되었다. 봉화천 유역이 가장 우선순위가 높게 평가되었으며 미력천, 장평천, 율어천, 구암천, 석교천, 문덕천, 인천천, 봉내천 등의 순서로 평가되었다.
- 다음으로 미력천, 장평천, 율어천, 구암천, 석교천, 문덕천, 인천천, 봉내천 등의 순서로 평가되었다. 각 소유역별 대표적인 토지피복인 농업지역과 산림지역 비율을 추출하여 비교한 결과, 대체적으로 농업지역 비율이 높은 소유역에서 우선순위가 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있었다. 따라서 보성강 상류 주요 하천 유역이 비점오염 발생 우려가 높은 우심지역으로 선정되어 비점오염저감시설 대책들이 마련되어 우선 설치되어야 할 것으로 판단된다.
- 봉화천 유역이 가장 우선순위가 높게 평가되었으며 미력천, 장평천, 율어천, 구암천, 석교천, 문덕천, 인천천, 봉내천 등의 순서로 평가되었다. 각소유역별 대표적인 토지피복인 농업지역과 산림지역 비율을 비교한 결과, 대체적으로 농업지역 비율이 높은 소유역의 우선순위가 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 29개 소유역 중에서 8개 소유역이 비점오염저감시설 우선 설치대상지점으로 평가되었다. 봉화천 유역이 BOD 12.5 kg/day/km2, TN 15.70 kg/day/km2, TP0.40 kg/day/km2으로 우선순위가 가장 높게 평가되었으며 농업지역 비율이 34.9%로 가장 높은 비율을 차지하고 있었다. 다음으로 미력천, 장평천, 율어천, 구암천, 석교천, 문덕천, 인천천, 봉내천 등의 순서로 평가되었다.
- 60으로 나타나 모델이 실측유량을 잘 재현하는 것으로 판단되었다. 수질 적용성 평가는BOD, TN, TP를 대상으로 수행하였으며 BOD의 경우, 보정기간에는 10.93, 검증기간에는 10.49로 비교적 모델이 실측값을 잘 모의하는 것으로 나타났으며 TN의 경우에는 보정기간에는 10.22, 검증기간에는 5.62였으며 TP의 경우에는 보정 및 검증기간 각각 13.33과 1.48로 나타나 영양염류의 모델 편차가 다소 높은 것으로 나타났으나 모델이 실측값을 대체적으로 잘 재현하는 것으로 판단되었다. 주암댐 유역의 유량 및 수질관측지점, 강우 시 자료의 부족 등 한계점이 있어 강우 시 정밀한 측정 자료가 뒷받침된다면 더욱 정확도 높은 모델구축이 이루어질 수 있을 것으로 판단된다.
- 수질오염총량 지점인 동복 A 지점에 대한 유출량 적용성 평가 결과, 보정기간인 2012년도에는 % difference값이 4.02, 검증기간인 2011년도에는 6.60으로 나타나 모델이 실측유량을 잘 재현하는 것으로 판단되었다. 수질 적용성 평가는BOD, TN, TP를 대상으로 수행하였으며 BOD의 경우, 보정기간에는 10.
후속연구
- 각 소유역별 대표적인 토지피복인 농업지역과 산림지역 비율을 추출하여 비교한 결과, 대체적으로 농업지역 비율이 높은 소유역에서 우선순위가 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있었다. 따라서 보성강 상류 주요 하천 유역이 비점오염 발생 우려가 높은 우심지역으로 선정되어 비점오염저감시설 대책들이 마련되어 우선 설치되어야 할 것으로 판단된다.
- 주암댐 유역의 HSPF 구축을 위해서 지형자료, 토지피복도, 토양도 및 기상자료를 활용하여 29개 소유역으로 구분한 후, 환경부의 8일 간격으로 측정된 2011~2012년 BOD, TN, TP를 대상으로 모델 재현성을 검토하였다. 모델이 실측유량 및 수질을 대체적으로 잘 재현하는 것으로 판단되었으나 강우시 정밀한 측정 자료가 뒷받침된다면 더욱 정확도 높은 모델구축이 이루어질 수 있을 것으로 판단되었다.
- 48로 나타나 영양염류의 모델 편차가 다소 높은 것으로 나타났으나 모델이 실측값을 대체적으로 잘 재현하는 것으로 판단되었다. 주암댐 유역의 유량 및 수질관측지점, 강우 시 자료의 부족 등 한계점이 있어 강우 시 정밀한 측정 자료가 뒷받침된다면 더욱 정확도 높은 모델구축이 이루어질 수 있을 것으로 판단된다.
- 본 연구는 주암댐 유역을 대상으로 구축된 HSPF 결과를 활용하여 각 소유역 별 비점오염원 부하량을 산정하여 비교함으로써 비점오염저감시설 우선 설치 대상지점을 평가하였으며 주암댐 유역관리 계획 수립을 위한 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 향후에는 본 연구의 소유역별 비점오염부하량 산정 방법뿐만 아니라 저감시설 설치대상 지점 인근 수체의 수질 변동성, 비점오염 저감시설에 의한 수질개선효과 등을 고려한 종합적인 설치 대상지점 선정 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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