낙동강수계에 속하는 안동시는 안동댐, 임하댐을 포함하여 낙동강이 흐르는 도시로 경상북도 신 도청 이전과, 지속적 도시화로 인해 불투수 면적이 증가하고 있어 강우 시 유출량 증가 및 비점오염원 부하가 증가되고 있는 지역이다. 본 연구에서는 물순환 선도도시에 선정된 도시 중 안동시를 대상으로 개발에 따른 유출량과 비점오염부하량을 비교 평가하였다. 안동시 물순환 선도도시 계획(안)에 대해 시 공간적 변화를 고려한 CN값을 이용한 직접 유출량과 BOD, T-N 및 T-P 비점오염부하량을 평가한 결과, 옥상녹화 및 투수포장 교체, 물순환 공원 및 거리 조성, 도심지 불투수층 개선 사업 등 4가지 scenario 모두 적용되어 개발될 경우 연간 직접유출이 10.41%, BOD 비점오염부하량이 20.56%, T-N 9.55% 및 T-P 비점오염부하량이 14.29% 저감되는 것으로 조사되었다. 4가지의 개발 scenario 중 저감률이 가장 높은 것은 도시지역 불투수면 개선 사업으로 조사되었으며 개발 이전 대비 연간 직접유출이 6.25%, BOD 비점오염부하량이 11.84%, T-N 비점오염부하량이 4.46% 및 T-P 비점오염부하량이 10.20% 저감되는 것으로 조사되었다.
낙동강수계에 속하는 안동시는 안동댐, 임하댐을 포함하여 낙동강이 흐르는 도시로 경상북도 신 도청 이전과, 지속적 도시화로 인해 불투수 면적이 증가하고 있어 강우 시 유출량 증가 및 비점오염원 부하가 증가되고 있는 지역이다. 본 연구에서는 물순환 선도도시에 선정된 도시 중 안동시를 대상으로 개발에 따른 유출량과 비점오염부하량을 비교 평가하였다. 안동시 물순환 선도도시 계획(안)에 대해 시 공간적 변화를 고려한 CN값을 이용한 직접 유출량과 BOD, T-N 및 T-P 비점오염부하량을 평가한 결과, 옥상녹화 및 투수포장 교체, 물순환 공원 및 거리 조성, 도심지 불투수층 개선 사업 등 4가지 scenario 모두 적용되어 개발될 경우 연간 직접유출이 10.41%, BOD 비점오염부하량이 20.56%, T-N 9.55% 및 T-P 비점오염부하량이 14.29% 저감되는 것으로 조사되었다. 4가지의 개발 scenario 중 저감률이 가장 높은 것은 도시지역 불투수면 개선 사업으로 조사되었으며 개발 이전 대비 연간 직접유출이 6.25%, BOD 비점오염부하량이 11.84%, T-N 비점오염부하량이 4.46% 및 T-P 비점오염부하량이 10.20% 저감되는 것으로 조사되었다.
Andong belongs to the Nakdong River Basin, Nakdong River is flowing through the city, including Andong dam and Imha dam. The runoff due to provincial transfer and impervious area has been increasing by urbanization increases and nonpoint source loads. In this study, we evaluate the runoff and nonpoi...
Andong belongs to the Nakdong River Basin, Nakdong River is flowing through the city, including Andong dam and Imha dam. The runoff due to provincial transfer and impervious area has been increasing by urbanization increases and nonpoint source loads. In this study, we evaluate the runoff and nonpoint pollution loads in accordance with the development targeted at selected urban water cycle leading to Andong city. Andong city leading to the water cycle plan to evaluate the directly runoff and BOD, T-N and T-P nonpoint pollutant loads using the CN into account the temporal and spatial changes. Evaluation, direct runoff per year is 10.41 % if the green roof and a water permeable pavement replacement, water cycle parks and streets compositions, City impermeable layer improvements to be business including four kinds of scenario is applied to both the development and the BOD non-point pollutant loads 20.56%, T-N 9.55% and T-P pollution and nonpoint loads was investigated to be reduced 14.29%. Four kinds of low lapse rate of the development scenario of the highest thing urban impervious surface was investigated by improving business development prior year annual direct runoff is 6.25 %, BOD nonpoint pollution loads are 11.84%, T-N nonpoint pollution loads are 4.46 % and T-P was investigated by reducing pollutant loads to be 10.20%.
Andong belongs to the Nakdong River Basin, Nakdong River is flowing through the city, including Andong dam and Imha dam. The runoff due to provincial transfer and impervious area has been increasing by urbanization increases and nonpoint source loads. In this study, we evaluate the runoff and nonpoint pollution loads in accordance with the development targeted at selected urban water cycle leading to Andong city. Andong city leading to the water cycle plan to evaluate the directly runoff and BOD, T-N and T-P nonpoint pollutant loads using the CN into account the temporal and spatial changes. Evaluation, direct runoff per year is 10.41 % if the green roof and a water permeable pavement replacement, water cycle parks and streets compositions, City impermeable layer improvements to be business including four kinds of scenario is applied to both the development and the BOD non-point pollutant loads 20.56%, T-N 9.55% and T-P pollution and nonpoint loads was investigated to be reduced 14.29%. Four kinds of low lapse rate of the development scenario of the highest thing urban impervious surface was investigated by improving business development prior year annual direct runoff is 6.25 %, BOD nonpoint pollution loads are 11.84%, T-N nonpoint pollution loads are 4.46 % and T-P was investigated by reducing pollutant loads to be 10.20%.
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문제 정의
개발 대상 지역은 안동 시가지 내에 위치한 안동시청의 본관, 별관 및 시민회관 옥탑층에 대해 지붕 유출수에 대한 집수시설 설치와 옥상녹화를 시행하여 빗물을 주차장 하부 침투저류조로 집수시키는 목적을 포함하고 있다. 또한 조경 용지에 식생체류지를 조성하고 주차장의 불투수포장을 투수성 포장으로 개선하여 강우 및 홍수 시 첨두유량 및 시간을 조절하여 비점오염원의 직접유출을 감소시키고자 하는 계획이다. 개발 계획 면적은 16,000 m2이다(Fig.
본 연구에서는 안동시 물순환 선도도시 조성에 따른 비점 오염부하의 저감 효과를 분석하기 위해 녹지율을 높여 개발되는 지역 4곳을 선정하였다. 선정된 지역은 지붕녹지화 및 도로 개선지역, 물순환 공원 개발, 물순환 거리 개발 및 도심지 불투수층 개선지역으로 구분될 수 있으며, 각각의 개발에 따른 토지이용별 면적(Table 1)과 내용은 다음과 같다.
본 연구의 목적은 안동시 물순환 선도도시 계획(안)에 대해 시･공간적 변화를 고려한 CN값을 이용한 직접 직접유출량과 BOD, T-N 및 T-P 비점오염부하량을 산정하고 계획에 따른 저감율을 비교하고자 하였다. 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 도출 할 수 있었다.
물순환 선도도시 조성사업은 도시화로 인해 아스팔트, 콘크리트 등의 불투수면이 증가하여 지하수 고갈, 하천 건천화, 도시홍수 등이 발생하는 도심 지역에 저영향개발 기법(LID, Low Impact Development) 을 적용하여 빗물의 저류, 침투, 증발산 등의 자연적인 물순환을 회복하고 도시경관도 개선하는 사업이다(Digest of Water Industry & Business, 2016). 본연구에서는 물순환 선도도시에 선정된 도시 중 안동시를 대상으로 개발에 따른 유출량과 비점오염부하량을 비교･평가하고자 하였으며, 본연구의 결과는 안동시의 물순환 개선목표 및 실행계획 수립 시 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
도심지 불투수층 개선 계획은 안동시 서부동 및 남부동을 대상으로 하고 있으며, 대상 면적은 156,000 ㎡으로 앞선 계획들에 비해 가장 많은 면적을 투수율을 높이고자 하였다. 해당 계획은 기존 불투수 포장재를 투수성 포장재로 교체하여 도심의 녹지화를 목표로 하고 있으며, 이를 통해 도심지의 강우 유출수 저감 및 열섬현상 완화 등의 효과를 목표로 하고 있다(Fig. 3, d)).
제안 방법
4대강 물환경연구소에서 산정된 토지피복별 EMC자료와 직접유출량을 이용하여 수질항목별 오염부하량을 산정하였다. 개발 전 일별 직접유출량을 나타낸 Fig.
본 연구에서는 4대강 물환경연구소(Nakdong River Environment Research Center, 2014; Gum River Environment Research Center, 2014; Youngsan River Environment Research Center, 2014; Han River Environment Research Center, 2014)에서 측정된 중분류 토지피복별 EMC(Event Mean Concentration) 자료를 이용하여 안동시 대상유역에 대한 비점오염부하량 산정에 활용하였다. EMC 산정은 중분류 토지피복을 기준으로 하였으며, 각각의 토지피복별 강우계급을 적용하여 비점오염 부하량 산정에 적용하였다. 강우계급 구분은 국립환경과학원에서 개정된 ‘강우 유출수 조사방법’에 준하였으며, 4대강 물환경연구소 모니터링 결과 또한 동일한 기준을 통해 산정되었다.
Kim 등(2007)에 따르면 AMC(Antecedent Moisture Condition) 조건의 고려 여부에 따라 L-Thia ArcView GIS를 이용한 연간 직접유출량 값이 42.44%의 차이가 발생했으나 AMC 고려시 오차가 7.99%로 실측치와 근사하게 나타나, 본 연구에서는 모의기간을 성수기(4월 15일~10월 15일, growing season)와 비성수기(1월 1일~4월 14일, 10월 16일~12월 31일, dormant season)구분(Table 2)하고 AMC 조건에 따른 토지이용별 CN 값을 산정하였다. CNⅡ값은 AMCⅡ 조건(강수량이 보통인 상태)의 토지이용과 토양상태에 따른 값을 나타내며, 직접유출 산정 시 성수기와 비성수기를 구분하고 선행 5일 강우량에 따른 AMCⅠ(건기), AMCⅢ(우기)의 CNⅠ, CNⅢ를 사용한다.
2). 개선사업이 시행되는 구역에 대한 분석은 GIS에서 해당 구역의 토지이용도 및 토양도를 이용하였으며, 해당 토지이용도의 면적을 개발 전･후로 구분하여 CN 값을 산정하였다(Table 1). 해당구역은 18개 동으로 구성되어 있으며, 토지피복형태를 7가지로 구분하였을 경우 시 가화/건조화 지역이 43%로 가장 많은 면적을 차지하고 있으며, 다음으로는 산림지역, 수역 및 초지가 각각 17%, 16% 및 13%의 면적을 차지하고 있다.
물순환 거리 조성 계획은 scenario_2와 연계하여 집수된 중수를 활용하여 대상 구역의 거리를 따라 실개천 및 연못이 있는 물순환 거리로 조성하고자 계획하였으며, 불투수율이 높은 도로에 투수성 비점오염원 저감시설 및 식물 식재를 통해 심미성 확보 및 강우유출수 저감 효과를 기대하는 계획이다. 대상 면적은 5,200 ㎡이다(Fig.
본 연구에서는 공간적 변화를 고려한 CN값을 산정하기 위하여 GIS에서 토양도, 토지이용도를 이용하였다. 토양도는 1:5000 지도를 이용하였으며, 토지이용도는 환경지리정보(EGIS)에서 배포하는 1:25000 수치 토지피복도를 이용하였다.
)을 산정할 수 있다. 본 연구에서는 산정된 직접유출량에 4대강 물환경연구소에서 측정한 중분류 토지피복별 EMC 자료를 곱하여 안동시 대상유역에서 발생하는 비점오염부하량을 산정 하였다(식 6)).
안동시 물환경 선도도시 조성 계획이 수립된 대상유역에 대한 토지이용변화를 고려한 직접유출 및 비점오염부하 저감률을 산정하여 비교하였다(Table 4, 5). 직접유출량 및 BOD, T-N, T-P 부하량 모두 개발 전 가장 높게 산정되었다.
2015년 성수기 및 비성수기를 고려한 CN값은 AMC로 구분한 결과 AMCⅠ조건이 305일, AMCⅡ 조건이 35일, AMCⅢ 조건이 25일로 나타났다. 이렇게 산정된 CN값을 이용하여 강우 시 발생하는 일별 직접유출량을 산정하였다.
본 연구에서는 공간적 변화를 고려한 CN값을 산정하기 위하여 GIS에서 토양도, 토지이용도를 이용하였다. 토양도는 1:5000 지도를 이용하였으며, 토지이용도는 환경지리정보(EGIS)에서 배포하는 1:25000 수치 토지피복도를 이용하였다. 토지이용도(Fig.
대상 데이터
개발 대상 지역은 안동 시가지 내에 위치한 안동시청의 본관, 별관 및 시민회관 옥탑층에 대해 지붕 유출수에 대한 집수시설 설치와 옥상녹화를 시행하여 빗물을 주차장 하부 침투저류조로 집수시키는 목적을 포함하고 있다. 또한 조경 용지에 식생체류지를 조성하고 주차장의 불투수포장을 투수성 포장으로 개선하여 강우 및 홍수 시 첨두유량 및 시간을 조절하여 비점오염원의 직접유출을 감소시키고자 하는 계획이다.
물순환 거리 조성 계획은 scenario_2와 연계하여 집수된 중수를 활용하여 대상 구역의 거리를 따라 실개천 및 연못이 있는 물순환 거리로 조성하고자 계획하였으며, 불투수율이 높은 도로에 투수성 비점오염원 저감시설 및 식물 식재를 통해 심미성 확보 및 강우유출수 저감 효과를 기대하는 계획이다. 대상 면적은 5,200 ㎡이다(Fig. 3, c)).
물순환 공원 조성 계획은 안동시 운흥동을 대상으로 하며, 면적은 68,000 ㎡이다. 계획 지구의 경우 탈춤공원이 위치한 곳으로 녹지부분은 침투도랑 등 비점오염원 저감 시설을 설치하여 강우유출수를 조절하여 조경 용수로 재활용 할 계획을 포함하고 있으며, 분수 등 물순환시스템을 활용하여 물순환 공원으로 조성하여 비점오염원의 외부 유출을 감소시키고자 하는 계획이다(Fig.
본 연구에서는 4대강 물환경연구소(Nakdong River Environment Research Center, 2014; Gum River Environment Research Center, 2014; Youngsan River Environment Research Center, 2014; Han River Environment Research Center, 2014)에서 측정된 중분류 토지피복별 EMC(Event Mean Concentration) 자료를 이용하여 안동시 대상유역에 대한 비점오염부하량 산정에 활용하였다. EMC 산정은 중분류 토지피복을 기준으로 하였으며, 각각의 토지피복별 강우계급을 적용하여 비점오염 부하량 산정에 적용하였다.
해당 유역에서 발생하는 생활하수는 분류식하수관거를 통하여 안동시 하수종말처리장에 전량 유입되어 처리되고 있으나, 강우 시 안동 시가지역 비점 오염원의 경우 토지의 불투수 면적율이 높아 천리천에 직접유입되어 낙동강 본류로 유입되는 특성을 나타내고 있다 (Andongsi, 2012). 조사대상 유역은 안동시 시가지에 위치 하고 있으며, 개발 계획이 포함되는 구역을 중심으로 선정 하였다(Fig. 2). 개선사업이 시행되는 구역에 대한 분석은 GIS에서 해당 구역의 토지이용도 및 토양도를 이용하였으며, 해당 토지이용도의 면적을 개발 전･후로 구분하여 CN 값을 산정하였다(Table 1).
이론/모형
강우계급 구분은 국립환경과학원에서 개정된 ‘강우 유출수 조사방법’에 준하였으며, 4대강 물환경연구소 모니터링 결과 또한 동일한 기준을 통해 산정되었다.
본 연구에서는 SCS의 유효우량 산정방법을 이용하여 직접유출을 산정하였다. 먼저 시공간적 변화를 고려한 CNⅠ,Ⅱ, Ⅲ을 산정한 후 식 4)를 이용하여 최대잠재보유수량 (S)을 산정한다.
성능/효과
1) 안동시 연구 대상유역의 개발 전 연간 발생한 직접유출량은 1,053,016 m3/year이고 BOD 부하량은 321 ㎏/year, T-N 157 ㎏/year 및 T-P 49 ㎏/year로 산정되었다.
2) 옥상녹화 및 투수포장 교체, 물순환 공원 및 거리 조성, 도심지 불투수층 개선 사업 등 4가지 scenario가 모두 적용되어 개발될 경우 연간 직접유출이 10.41%, BOD 비점오염부하량이 20.56%, T-N 9.55% 및 T-P 비점오염부하량이 14.29% 저감되는 것으로 산정되었다. 4가지의 개발 scenario 중 저감률이 가장 높은 것은 도시지역 불투수면 개선 사업으로 조사되었으며 개발 이전 대비 연간 직접 유출이 6.
4) 본 연구결과는 실측자료와의 비교를 통한 검･보정이 이루어지지 않았기에 불확실성을 내포하고 있으나, 개발 전후에 따른 상대적 평가와 시나리오별 저감효과 비교는 가능한 것으로 판단된다.
4가지 scenario가 모두 적용되어 개발될 경우 연간 직접유출이 10.41%, BOD 비점오염부하량이 20.56%, T-N 9.55% 및 T-P 비점오염부하량이 14.29% 저감되는 것으로 산정되었다.
29% 저감되는 것으로 산정되었다. 4가지의 개발 scenario 중 저감률이 가장 높은 것은 도시지역 불투수면 개선 사업으로 조사되었으며 개발 이전 대비 연간 직접 유출이 6.25%, BOD 비점오염부하량이 11.84%, T-N 비점오염부하량이 4.46% 및 T-P 비점오염부하량이 10.20% 저감되는 것으로 조사되었다.
29% 저감되는 것으로 산정되었다. 4가지의 개발 scenario 중 저감률이 가장 높은 것은 도시지역 불투수면 개선 사업으로 조사되었으며 개발 이전 대비 연간 직접유출이 6.25%, BOD 비점오염부하량이 11.84%, T-N 비점오염부하량이 4.46% 및 T-P 비점오염부하량이 10.20% 저감되는 것으로 산정되었다. Fig.
안동시 물환경 선도도시 조성 계획이 수립된 대상유역에 대한 토지이용변화를 고려한 직접유출 및 비점오염부하 저감률을 산정하여 비교하였다(Table 4, 5). 직접유출량 및 BOD, T-N, T-P 부하량 모두 개발 전 가장 높게 산정되었다. Choi(2012) 등은 서울시 용산구 개발 지역에 대해 CN값을 변화시켜 적용한 사례가 있으며, 해당 연구를 통해 비점오염부하 저감 효과가 있다고 보고한 바 있다.
후속연구
이러한 노력의 일환으로 물순환 선도도시 조성 사업에 대해 선정된 지자체에 대해 정부 보조를 추진하고 이를 통해 물환경 거버넌스(Governance)를 구축하여 중앙부처 및 지역민이 참여하는 수질 개선 사업을 계획･추진하고 있다. 본 연구 결과는 이러한 계획 단계에 필요한 기초자료로서 활용될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
물순환 선도도시 조성사업은 무엇인가?
환경부에서는 2016년 2월부터 4월까지 인구 10만명 이상의 대도시 74곳을 대상으로 물순환 선도도시를 공모하였으며, 안동 등 전국 5개 시가 선정되었다. 물순환 선도도시 조성사업은 도시화로 인해 아스팔트, 콘크리트 등의 불투수면이 증가하여 지하수 고갈, 하천 건천화, 도시홍수 등이 발생하는 도심 지역에 저영향개발 기법(LID, Low Impact Development) 을 적용하여 빗물의 저류, 침투, 증발산 등의 자연적인 물순환을 회복하고 도시경관도 개선하는 사업이다(Digest of Water Industry & Business, 2016). 본연구에서는 물순환 선도도시에 선정된 도시 중 안동시를 대상으로 개발에 따른 유출량과 비점오염부하량을 비교･평가하고자 하였으며, 본연구의 결과는 안동시의 물순환 개선목표 및 실행계획 수립 시 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Curve number은 무엇인가?
CN 방법은 우량과 유효유량과의 관계를 나타내는 지수로서 0에서 100사이의 값을 가지는 무차원 지수이다. 불투수 또는 수표면에서 CN값은 100이며, 자연적인 지표면에서의 CN값은 100보다 작다. 유출곡선지수 CN과 유역의 최대 잠재보유수량 S와의 관계는 식 1)과 같다.
비점오염원의 부하량을 정확하게 산정하기 어려운 이유는 무엇인가?
따라서 수역의 수질을 적절히 관리하기 위해서는 유역 내에 분포하는 비점오염 발생량의 시･공간적 분포를 우선적으로 파악함과 아울러 수역으로 유출되는 오염발생량을 양적·질적인 측면에서 규명하는 것이 대단히 중요하다(Kwon HG, 2011). 또한 비점오염원은 강우 시 주로 토지계 오염원에서 배출되는 특성을 가지고 있어 수계오염총량제 지침에서 제시하고 있는 토지계 원단위를 통해서 비점오염원 발생부하량을 산정하기도 하나 원단위 산정 시 주거지역 및 시가지 지역에서 과대 산정되는 경향을 가지고 있어 정확한 비점오염원 부하량을 산정하는데 그 한계를 가진다.
참고문헌 (14)
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