현재까지 국내에서의 수질관리 정책은 점오염원 관리를 우선시 하고 있다. 점오염원은 관거를 통해 배출지점이 명확한 지점으로 집중적인 유출특성을 보인다. 하지만 비점오염원은 점오염원과 달리 유출경로, 유출량 및 유출특성이 명확하지 않아 관리에 여러 어려움이 있다. 이에 우리나라는 비점오염원을 관리하기 위해서 비점오염저감시설을 개발 및 설치하여 관리해오고 있다. 그러나 비점오염저감시설은 강우에 대한 영향을 받기 때문에 적절한 설계 및 유지관리에 어려운 실정이다. 따라서 적절한 비점오염 저감시설 설계를 위한 저감효율에 영향을 주는 여러 인자에 대한 다각적 연구가 필요하다. 본 연구에서는 자연형 비점오염저감시설인 식생수로에서 저감효율에 영향을 미치는 인자인 강우사상, 식생피도 및 유하시간을 조사하고 상관성 분석을 수행하였다. 식생피도는 수로 내에 Braun-Blanquet(목측법)을 이용하여 피도의 변화를 구하였으며, 유하시간의 경우 강우유출수가 수로로 유입되는 시점부터 첫 유출이 시작되는 시간까지로 구하였다. 또한 상관성 분석은 pearson 상관성 분석법을 이용하여 구하였다. 그 결과 식생수로에서 유하시간이 길수록 저감효율이 증가하고, 식생피도가 높을수록 유하시간이 증가하는 것으로 나타났다.
현재까지 국내에서의 수질관리 정책은 점오염원 관리를 우선시 하고 있다. 점오염원은 관거를 통해 배출지점이 명확한 지점으로 집중적인 유출특성을 보인다. 하지만 비점오염원은 점오염원과 달리 유출경로, 유출량 및 유출특성이 명확하지 않아 관리에 여러 어려움이 있다. 이에 우리나라는 비점오염원을 관리하기 위해서 비점오염저감시설을 개발 및 설치하여 관리해오고 있다. 그러나 비점오염저감시설은 강우에 대한 영향을 받기 때문에 적절한 설계 및 유지관리에 어려운 실정이다. 따라서 적절한 비점오염 저감시설 설계를 위한 저감효율에 영향을 주는 여러 인자에 대한 다각적 연구가 필요하다. 본 연구에서는 자연형 비점오염저감시설인 식생수로에서 저감효율에 영향을 미치는 인자인 강우사상, 식생피도 및 유하시간을 조사하고 상관성 분석을 수행하였다. 식생피도는 수로 내에 Braun-Blanquet(목측법)을 이용하여 피도의 변화를 구하였으며, 유하시간의 경우 강우유출수가 수로로 유입되는 시점부터 첫 유출이 시작되는 시간까지로 구하였다. 또한 상관성 분석은 pearson 상관성 분석법을 이용하여 구하였다. 그 결과 식생수로에서 유하시간이 길수록 저감효율이 증가하고, 식생피도가 높을수록 유하시간이 증가하는 것으로 나타났다.
Recently the water quality management policy gives priority to management the point source. Point pollution sources have definite emission points and are discharged to one point through a pipe. But Nonpoint pollution source (NPS) has uncertain pathway, pollutant load and runoff characteristics unlik...
Recently the water quality management policy gives priority to management the point source. Point pollution sources have definite emission points and are discharged to one point through a pipe. But Nonpoint pollution source (NPS) has uncertain pathway, pollutant load and runoff characteristics unlike point pollution sources, making them difficult to manage. Thus, the Korea government plans to develop and equip facilities that help reduce NPS so as to manage them more easily. But removal efficiency of Best Management Practice (BMPs) is in influenced by rainfall, hydrologic condition like natural phenomenon, so factors of removal efficiency are difficult. Thus there is a need for multilateral research about many factors that affect removal efficiency for removal facility design of proper non-point pollution. In this research, mapping, vegetation coverage and retention time were investigated in the case of factors that affect removal efficiency in grassed swale, a nature-type non-point removal facility. Grassed swale obtained changed of coverage using Braun-Blanquet within swale and retention time was obtained from point that rainfall effluent enters into swale to the time that first outflow starts. Besides, correlation analysis was obtained using pearson correlation analysis method. As a result, it was shown that removal efficiency increases as retention time is longer in grassed swale and that retention time increases as vegetation coverage is higher.
Recently the water quality management policy gives priority to management the point source. Point pollution sources have definite emission points and are discharged to one point through a pipe. But Nonpoint pollution source (NPS) has uncertain pathway, pollutant load and runoff characteristics unlike point pollution sources, making them difficult to manage. Thus, the Korea government plans to develop and equip facilities that help reduce NPS so as to manage them more easily. But removal efficiency of Best Management Practice (BMPs) is in influenced by rainfall, hydrologic condition like natural phenomenon, so factors of removal efficiency are difficult. Thus there is a need for multilateral research about many factors that affect removal efficiency for removal facility design of proper non-point pollution. In this research, mapping, vegetation coverage and retention time were investigated in the case of factors that affect removal efficiency in grassed swale, a nature-type non-point removal facility. Grassed swale obtained changed of coverage using Braun-Blanquet within swale and retention time was obtained from point that rainfall effluent enters into swale to the time that first outflow starts. Besides, correlation analysis was obtained using pearson correlation analysis method. As a result, it was shown that removal efficiency increases as retention time is longer in grassed swale and that retention time increases as vegetation coverage is higher.
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문제 정의
본 연구에서는 비점오염저감시설인 식생수로의 모니터링 결과를 바탕으로 강우사상, 식생피도, 유하시간에 관하여 다음과 같은 결론을 도출 할 수 있었다.
본 연구에서는 식생형 비점오염저감시설인 식생수로의 설치 이후 식생수로의 저감효율에 영향을 주는 인자들을 조사하고 인자들에 대한 서로간의 연관성을 통계학적으로 알아보고 이를 통해 인자들의 관계에서 식생수로의 저감효율에 영향을 주는 인자들의 상관성을 알아보고 식생수로의 설계 및 유지관리 시 효율을 높일 수 있는 자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
비점오염저감시설로 유입되는 강우 유출수와 시설 통과 후 유출되는 수질의 특성을 파악하기 위해 강우의 특성에 맞춰 현장에서 직접 모니터링 하였다. 모니터링 방법은 강우 시작 후 시설로 유입되는 첫 번째 유입수를 시작으로 시료의 채수 간격을 5분, 10분, 15분 간격으로 채수하였다. 채수된 시료의 수질분석은 TSS, BOD, CODMn, TN, TP에 대하여 실시하였고, 모든 분석은 Standard Methods 20th(APHA, 1998)와 수질오염 공정시험법(MOE, 2010)에 준하여 항목별로 분석을 실시하였다.
본 연구에서는 2012년 9월에서 2013년 10월까지 총 8회의 강우사상에 대한 모니터링 결과를 통해 유입수 및 유출수에 대하여 식 (1)을 이용하여 EMC를 분석하였으며, Fig. 5에 도식화하여 나타내었다. 그 결과 유입 EMC는 TSS 2.
본 연구에서는 2년간 총 8회의 모니터링을 수행하였다. Table 1 에서는 8회의 모니터링에 대한 강우사상 발생일자(Event Date), 선행건기일수(Antecedent Dry Days, ADD), 총 강우량(Total Rainfall), 유출지속시간(Runoff Duration Time), 평균강우강도(Average Rainfall Intensity), 누적강우량(Total Volume Rainfall), 총 유입량 (Total Volume of Inflow)을 나타내었다.
비점오염물질의 평균농도를 산정하기 위해서 유출유량을 고려한 분석항목별 유량가중평균농도(Event Mean Concentration, EMC)를 산정하였다. EMC는 강우 지속시간 T 시간동안 유출된 누적 오염물질의 양을 총 강우 유출량으로 나누어 계산하는 방법이다.
비점오염저감시설로 유입되는 강우 유출수와 시설 통과 후 유출되는 수질의 특성을 파악하기 위해 강우의 특성에 맞춰 현장에서 직접 모니터링 하였다. 모니터링 방법은 강우 시작 후 시설로 유입되는 첫 번째 유입수를 시작으로 시료의 채수 간격을 5분, 10분, 15분 간격으로 채수하였다.
총 8회의 강우사상에 대한 모니터링 결과를 이용하여 유하시간과 식생피도의 상관성 분석을 수행하였다. Table 3과 Fig.
대상 데이터
본 연구에 사용된 비점오염저감시설은 식생형 시설인 식생수로로 배수지역은 경기도 용인시 처인구 포곡읍에 설치되어있다. 식생수로의 설계인자는 유하시간이 1.
이론/모형
비점오염저감시설의 저감효율을 산정 하기위해 본 연구에서는 대표적으로 널리 알려진 제거효율법(Efficiency Removal, ER) 방법을 이용하여 산정하였다. ER 방법은 모니터링을 통한 강우별 저감효율을 산정한 후 산술평균을 이용하여 구하는 방법이다(US EPA, 1983).
식생수로의 식생피도를 분석하기 위해서 비점오염저감시설의 전체적인 식물 분포도를 잘 반영할 수 있는 위치를 여러 곳 선택하여 Braun-Blanquet (목측법) 방법을 이용하여 고정 방형구를 설치하였다. 식생피도는 원활한 구분을 위해 철망을 이용하여 측정하였다.
식생형 비점오염저감시설인 식생수로의 저감효율을 ER 방법을 이용하여 산정하였다. 식생수에서 식생피도는 수로내에 Braun-Blanquet(목측법)을 이용하여 피도의 변화를 구하였으며, 유하시간의 경우 강우유출수가 수로로 유입되는 시점부터 첫 유출이 시작되는 시간까지로 구하였다. Table 2는 오염물질 항목별 저감효율과 강우사상별 식생피도와 유하시간을 나타낸 것이다.
식생형 비점오염저감시설인 식생수로의 저감효율을 ER 방법을 이용하여 산정하였다. 식생수에서 식생피도는 수로내에 Braun-Blanquet(목측법)을 이용하여 피도의 변화를 구하였으며, 유하시간의 경우 강우유출수가 수로로 유입되는 시점부터 첫 유출이 시작되는 시간까지로 구하였다.
모니터링 방법은 강우 시작 후 시설로 유입되는 첫 번째 유입수를 시작으로 시료의 채수 간격을 5분, 10분, 15분 간격으로 채수하였다. 채수된 시료의 수질분석은 TSS, BOD, CODMn, TN, TP에 대하여 실시하였고, 모든 분석은 Standard Methods 20th(APHA, 1998)와 수질오염 공정시험법(MOE, 2010)에 준하여 항목별로 분석을 실시하였다.
성능/효과
1) 본 연구의 대상 유역의 평균 유입 및 유출 EMC를 살펴본 결과 TSS, BOD, COD의 EMC 농도가 TN, TP의 EMC 농도보다 더 많은 차이를 보이는 것으로 나타났다. 이는 식생수로에서 유기물질의 제거가 영양염류의 제거보다 더 잘 이루어지는 것으로 판단된다.
2) 식생수로의 식생피도와 유하시간에 따른 저감효율을 산정한 결과 총 8회의 모니터링에서 식생피도의 변화는 크게 나타나지 않은 반면에 저감효율의 변화는 다양하게 나타났다. 하지만 유하시간이 클수록 저감효율이 증가하는 것으로 나타났다.
3) 식생수로에서 유하시간에 영향을 주는 인자들을 파악하기 위하여 강우사상, 식생피도, 유하시간에 대하여 pearson 상관성 분석을 수행한 결과, 강우량, 누적강우량 및 식생피도와 상관관계에서 양의 상관관계를 나타냈으며, 강우강도와 유입량은 음의 상관관계를 나타냈다. 이는 강우량, 누적강우량 및 식생피도가 유하시간에 영향을 미치는 인자인 것을 알 수 있다.
7는 pearson 상관분석을 통한 인자들의 상관계수를 식생수로의 유하시간에 대하여 나타낸 것이다. Fig. 4에서 언급한 것으로 식생피도와 저감효율의 관계가 식생수로의 저감효율에 식생피도가 영향을 주지 않는 것으로 나타났고, 유하시간의 경우 저감효율에 영향을 주는 것으로 나타났다. 하지만 Fig.
6는 강우사상별 오염물질 항목들에 대한 효율과 식생피도를 나타낸 것이다. TSS, BOD, CODMn의 경우 1 ~ 4차 강우사상이 5 ~ 8차 강우사상에 비해 높은 식생피도를 나타내며, 저감효율 역시 더 높게 나타났다. 하지만 강우사상별 식생피도에 대한 변화가 크지 않는 것에 비해 저감효율의 경우 큰 변화를 보인다.
각 오염항목별 저감효율을 산정한 결과 TSS 66.2 %, BOD 65.2 %, CODMn 69.0 %, TN 68.8 %, TP 61.3 %로 나타났으며, 식생피도의 경우 강우사상별로 70 ~ 90 %로 조사되었다. 식생피도 조사결과 강우사상별로 다양한 피도를 보이진 않았다.
5에 도식화하여 나타내었다. 그 결과 유입 EMC는 TSS 2.6 ~ 98.1 mg/L, BOD 1.6 ~ 26.7 mg/L, CODMn 3.3 ~ 31.8 mg/L, TN 2.1 ~ 11.4 mg/L, TP 0.2 ~ 5.0 mg/L의 범위를 보였다. 평균 유입 EMC의 경우 TSS 53.
이는 강우량, 누적강우량 및 식생피도가 유하시간에 영향을 미치는 인자인 것을 알 수 있다. 또한 양의 상관관계를 갖는 인자 중 식생피도와 유하시간의 상관계수가 가장 강하게 나타났으며, 이러한 결과는 유하시간이 다른 인자들에 비해 식생피도에 영향을 많이 받는 것으로 판단된다. 아울러 본 연구를 통해 식생수로의 높은 저감효율을 유지하기 위해선 유하시간을 유지해야 하며, 식생피도의 관리가 필요하다고 사료된다.
1 mg/L로 나타났다. 유입 및 유출 EMC의 농도차가 가장 큰 폭을 나타낸 오염항목은 TSS이며, TN과 TP의 경우 EMC의 농도의 폭이 낮게 나타났다. 이러한 결과는 식생수로에서 입자성 오염물질인 TSS, BOD, CODMn가 영양염류 오염물질인 TN, TP보다 제거가 잘 이루어지는 것으로 판단된다.
pearson 상관계수는 -1< r <1의 범위를 보이며, 0에서 -1 또는 1에 가까울수록 높은 상관관계를 보이는 것이다. 유하시간과 강우량, 강우강도, 누적강우량, 유입량 및 식생피도와의 상관계수를 살펴보면 각각 0.017, -0.783, 0.447, -0.396, 0.749로 강우량, 누적강우량 및 식생피도는 양의 상관관계로 나타났으며, 식생피도와는 높은 상관관계를 보였다. 강우강도 및 유입량의 경우 음의 상관관계를 보였다.
유입 및 유출 EMC의 농도차가 가장 큰 폭을 나타낸 오염항목은 TSS이며, TN과 TP의 경우 EMC의 농도의 폭이 낮게 나타났다. 이러한 결과는 식생수로에서 입자성 오염물질인 TSS, BOD, CODMn가 영양염류 오염물질인 TN, TP보다 제거가 잘 이루어지는 것으로 판단된다. 또한 강우사상에 따라 영양염류 오염물질에서 유입 EMC보다 유출 EMC가 더 높게 나타나는 강우사상이 존재한다.
0 mg/L의 범위를 보였다. 평균 유입 EMC의 경우 TSS 53.0 mg/L, BOD 10.7 mg/L, CODMn 15.8 mg/L, TN 6.3 mg/L, TP 0.9 mg/L로 나타났다. 유출 EMC는 TSS 0.
3 mg/L의 범위를 보였다. 평균 유출 EMC의 경우 TSS 20.6 mg/L, BOD 5.8 mg/L, CODMn 7.1 mg/L, TN 4.9 mg/L, TP 2.1 mg/L로 나타났다. 유입 및 유출 EMC의 농도차가 가장 큰 폭을 나타낸 오염항목은 TSS이며, TN과 TP의 경우 EMC의 농도의 폭이 낮게 나타났다.
4에서 언급한 것으로 식생피도와 저감효율의 관계가 식생수로의 저감효율에 식생피도가 영향을 주지 않는 것으로 나타났고, 유하시간의 경우 저감효율에 영향을 주는 것으로 나타났다. 하지만 Fig. 5를 보면 유하시간과의 상관관계는 식생피도가 가장 높게 나타났으며, 누적강우량, 강우량, 유입량, 강우강도 순으로 나타났다. 이러한 결과는 식생피도가 높을수록 유하시간이 증가하는 것으로 판단된다.
이러한 결과는 기존에 연구된 식생형 비점오염저감시설의 식생피도가 오염물질의 제거에 영향을 준다고 보고된 자료와는 다르게 나타났다(Lee and Gil, 2008). 하지만 유하시간과 효율의 관계를 살펴보면, 대부분의 오염물질 항목에서 식생수로의 저감효율이 유하시간이 높을수록 높게 나타났다. 이는 유하시간이 클수록 식생수로의 저감효율이 높게 나타나는 것으로 판단된다.
후속연구
이러한 결과는 식생수로의 저감효율에 식생피도가 미치는 영향은 거의 없지만, 유하시간의 경우 저감효율에 많은 영향을 미치는 것으로 사료된다. 또한 현재까지 식생형 비점오염저감시설 연구에서 보고되고 있는바와 달리 식생피도가 저감효율에 영향을 미치지 못하는 결과로 나타나 식생형 비점오염저감시설의 효율 증대에 중요한 기초자료로 사용될 것으로 사료된다.
또한 양의 상관관계를 갖는 인자 중 식생피도와 유하시간의 상관계수가 가장 강하게 나타났으며, 이러한 결과는 유하시간이 다른 인자들에 비해 식생피도에 영향을 많이 받는 것으로 판단된다. 아울러 본 연구를 통해 식생수로의 높은 저감효율을 유지하기 위해선 유하시간을 유지해야 하며, 식생피도의 관리가 필요하다고 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에서의 수질관리 정책은 무엇을 우선시 하는가?
현재까지 국내에서의 수질관리 정책은 점오염원 관리를 우선시 하고 있다. 점오염원은 관거를 통해 배출지점이 명확한 지점으로 집중적인 유출특성을 보인다.
점오염원의 특징은 무엇인가?
현재까지 국내에서의 수질관리 정책은 점오염원 관리를 우선시 하고 있다. 점오염원은 관거를 통해 배출지점이 명확한 지점으로 집중적인 유출특성을 보인다. 하지만 비점오염원은 점오염원과 달리 유출경로, 유출량 및 유출특성이 명확하지 않아 관리에 여러 어려움이 있다.
우리나라에서 비점오염원을 관리하기 위해서 비점오염저감시설을 개발 및 설치하여 관리하는 배경은 무엇인가?
점오염원은 관거를 통해 배출지점이 명확한 지점으로 집중적인 유출특성을 보인다. 하지만 비점오염원은 점오염원과 달리 유출경로, 유출량 및 유출특성이 명확하지 않아 관리에 여러 어려움이 있다. 이에 우리나라는 비점오염원을 관리하기 위해서 비점오염저감시설을 개발 및 설치하여 관리해오고 있다.
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