The objective of this study is to analyze the relationship between stream water quality of TN (total nitrogen), TP (total phosphorus), and BOD (Biochemical Oxygen Demand) and TDI (Trophic Diatom Index) score determined by physico-chemical factors, biomass, and standing crops of epilithic diatoms, an...
The objective of this study is to analyze the relationship between stream water quality of TN (total nitrogen), TP (total phosphorus), and BOD (Biochemical Oxygen Demand) and TDI (Trophic Diatom Index) score determined by physico-chemical factors, biomass, and standing crops of epilithic diatoms, and to estimate the required amount of ecological streamflow for good water environment of Trophic Diatom. For the main stream of Chungju dam watershed of South Korea, total 100 field data of 3 years (2008~2010) measured in May and September were used to derive the relationship between water quality and TDI. Trophic Diatom had high correlation (0.55 determination coefficient) with TN. Using the relationship, the required streamflow was evaluated by using the Soil Water Assessment Tool (SWAT) for good Trophic Diatom water environment through T-N water quality maintenance. The SWAT simulated 8 years (2003~2010) stream discharges and T-N water quality along the main stream. From present garde C (score range: 30.0~45.0) to grade A (score above 60.0) of TDI, the May needs additional streamflow of $63.1m^3/sec$ (+36.7 % comparing with the present streamflow of $172.0m^3/sec$) at the watershed outlet.
The objective of this study is to analyze the relationship between stream water quality of TN (total nitrogen), TP (total phosphorus), and BOD (Biochemical Oxygen Demand) and TDI (Trophic Diatom Index) score determined by physico-chemical factors, biomass, and standing crops of epilithic diatoms, and to estimate the required amount of ecological streamflow for good water environment of Trophic Diatom. For the main stream of Chungju dam watershed of South Korea, total 100 field data of 3 years (2008~2010) measured in May and September were used to derive the relationship between water quality and TDI. Trophic Diatom had high correlation (0.55 determination coefficient) with TN. Using the relationship, the required streamflow was evaluated by using the Soil Water Assessment Tool (SWAT) for good Trophic Diatom water environment through T-N water quality maintenance. The SWAT simulated 8 years (2003~2010) stream discharges and T-N water quality along the main stream. From present garde C (score range: 30.0~45.0) to grade A (score above 60.0) of TDI, the May needs additional streamflow of $63.1m^3/sec$ (+36.7 % comparing with the present streamflow of $172.0m^3/sec$) at the watershed outlet.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 기존의 연구조사로 산정된 전국 TDI 등급과 수질오염 (TN, TP, BOD)과의 상관성을 분석하고 수질오염성분중 상관성이 가장 크게 나타나는 성분에 따른 TDI의 범위를 산정하고 충주댐 유역을 대상으로 SWAT 모델의 TN 모델링 결과로부터 TDI 등급을 개선하기 위한 생태유량 부족량을 분석하여 유역 수생태 등급을 평가하고자 한다. 기존의 유량분석 연구에서는 연단위 유황분석을 실시한 후 최저유량에 대해 필요유량을 산정하였으나 본 연구에서는 생태등급 실측자료로부터 해당하는 4월, 9월의 일단위 유량의 공급유량을 산정하고자 한다.
따라서, 본 연구에서는 기존의 연구조사로 산정된 전국 TDI 등급과 수질오염 (TN, TP, BOD)과의 상관성을 분석하고 수질오염성분중 상관성이 가장 크게 나타나는 성분에 따른 TDI의 범위를 산정하고 충주댐 유역을 대상으로 SWAT 모델의 TN 모델링 결과로부터 TDI 등급을 개선하기 위한 생태유량 부족량을 분석하여 유역 수생태 등급을 평가하고자 한다. 기존의 유량분석 연구에서는 연단위 유황분석을 실시한 후 최저유량에 대해 필요유량을 산정하였으나 본 연구에서는 생태등급 실측자료로부터 해당하는 4월, 9월의 일단위 유량의 공급유량을 산정하고자 한다.
본 연구는 다양한 인자를 고려한 수생태계 등급 실측자료로부터 유역 모델링을 연계하여 과거 및 현재 유역단위의 수생태계 등급을 분석하여 개선 방안을 제시하였다. 이는, 미래 기후변화로 인한 수생태계 악화를 해결하기 위한 기초자료로 활용될 수 있으며 생태유량 산정 표준 방법으로 미래 수생태계의 개선을 위한 생태유량을 제도적으로 정립할 수 있다.
본 연구에서는 기존의 연구조사로 산정된 전국 TDI 등급과 수질오염 (TN, TP, BOD)과의 상관성 분석 및 수질오염성분중 상관성이 가장 크게 나타나는 성분에 따른 TDI의 범위를 산정하고 SWAT 모델을 이용하여 충주댐 유역을 대상으로 TDI 등급을 개선하기 위한 생태유량 부족량을 분석하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
따라서 그 지역 혹은 국가의 물 환경에 부합하는 표준화된 조사·분석방법이 필요하다. 서식하는 생물의 구조와 기능에 근거한 생물학적 평가는 이화학적 평가에 비하여 물 환경에 대해 종합적이고 장기적인 영향을 파악할 수 있게 하며 교란된 환경이 궁극적으로 회복하여야 할 생물학적 상태에 대한 정보를 제공해 준다.
제안 방법
1. 수생태계 등급을 판단하기 위한 인자로 부착돌말지수 (TDI)를 구축하였다. 국립환경과학원에서는 2008∼2010년 동안 봄(5월), 가을 (9월)에 전국 800개 지점에서의 부착돌말지수 산정을 위한 하천환경 및 영양물질, 생물종의 종류 등을 직접 관측하여 등급을 산정하였다.
2. 충주댐 유역의 일단위 유출량 및 TN을 산정하기 위해 SWAT의 입력유형별 매개변수를 정리하여, 총 유출량 및 첨두유량과 감수곡선 형태에 영향을 미치는 유출 매개변수를 선정하여 유역별 불확실성을 분석하고 민감도 분석에 따른 최적의 매개변수를 선정하였다. 모의 유출량은 총 4개년도(2003∼2006)동안 보정을 실시하였으며 4개년 (2007∼2010)간의 자료를 대상으로 검증을 실시하였다.
3. 충주댐유역의 TDI를 평가하기 위해 SWAT의 TN 모의결과를 활용하여 2003년∼2010년TN에 따른 TDI 등급과 A 등급 개선을 위한 생태유량부족량(REF, Required ecological streamflow)을 산정하였다.
44로 나타나 유의성이 있는 것으로 판단되었다. TN에 따른 TDI 등급범위 지정을 위해 관측 자료의 t분포를 실시하여 등급별 95 % 신뢰구간을 산정하여 TDI 범위를 산정하였다.
44로 나타나 유의성이 있는 것으로 판단되었다. TN에 따른 TDI 등급범위 지정을 위해 관측자료의 t분포를 실시하여 등급별 95% 신뢰구간을 산정하였다. 따라서, Table 3과 같이 TN 범위에 따라 등급범위를 지정하여 유역차원에서의 TDI 등급범위를 산정하였다.
검보정된 TN 모의치로 TDI 등급을 산정하는 이유는 2002년∼2010년충주댐 유역에 실측 TN자료가 부족하고 공간적으로 수생태계 등급자료는 유역 내 다양한 지점에서 측정이 되었지만 실측치는 한정된 지점에서만 측정을 하고 있어서 실측 TDI와 비교하기가 어렵기 때문에 검보정 된 모의 T-N값을 사용하여 생태유량을 산정하였다.
모의 유출량은 총 4개년도(2003∼2006)동안 보정을 실시하였으며 4개년 (2007∼2010)간의 자료를 대상으로 검증을 실시하였다. 결과의 적합성과 상관성을 판단하기 위해서 R2, NSE를 사용하였다. 유출 보정 및 검정 결과의 R2 는 0.
2). 농촌진흥청에서 제공하는 1 : 25,000 정밀토양도 (Fig. 2)를 이용하였으며, 토양층의유효수분량, 포화수리전도도 등의 물리적 값들은 Saxton et al. (1986)의 결과를 토대로 SWAT에서 요구하는 형식의 토양 속성값(usersoil. dbf)을 부여하였다.
여기서, 실측 TDI와 실측 수질자료들은 2008∼2010년에 국한된 자료로 과거 및 현재까지의 수생태계 등급의 변화를 분석하기에는 제한적이다. 따라서, 실측유출 및 수질자료의 시간 및 공간적 제한으로 SWAT 모델을 이용하여 과거 2003년부터 수생태계 등급 관측조사 시기인 2010년까지의 유출량과 수질의 모의 및 검보정을 실시하여 적용성을 평가하고 모의결과의 시공간적 생태부족유량을 산정한다. 유황분석을 통한 최저유량을 산정한 후 필요유량을 산정하는 기존 연구와 달리 일단위 유출 및 수질 모의결과를 이용하여 TDI 등급 범위 산정결과와 비교하여 등급을 개선하기 위한 일단위 필요유량과 필요시기를 추정한다.
그러나, 월평균 값은 적정 생태유량 부족량 및 생태유량 조절시기를 알 수 없다. 따라서, 연도 및 일별로 TDI를 산정하여 일별 최적 생태유량 부족량을 산정하여 추가적으로 생태유량 관리가 필요한 시기를 판단하였다. 생태유량 부족량이 가장 크게 나타나는 2003년 결과를 살펴보면 5월 6일∼5월 8일까지 최대 6,212.
모델 보정 및 검증을 위해 최종유역출구지점에서의 유출 및 수질오염물질의 일별 자료를 국가수자원관리종합정보시스템(WAter Management Information System, WAMIS)의 실측 자료를 바탕으로 검보정을 수행하며, 유역 전체를 대표하여 매개변수를 선정하였다.
TDI 지수 (Score)는 D (0≤ ~<30), C (30≤ ~<45), B (45≤ ~<60), A (60≤ ~<100)로 수생태계 등급을 나타냈다. 본 연구에서는 이 결과를 활용하여 수질오염인자(TN, TP, BOD)와의 상관성을 분석하였다.
3과 같다. 수생태계 등급을 개선하기 위한 필요 생태유량을 산정하기 위해 유출량 및 수질자료의 상관성분석을 선행으로 실시하고 상관성이 가장 높게 나타나는 수질성분에 대해 TDI 등급의 범위를 추정한다. 여기서, 실측 TDI와 실측 수질자료들은 2008∼2010년에 국한된 자료로 과거 및 현재까지의 수생태계 등급의 변화를 분석하기에는 제한적이다.
실측자료로부터 산정된 TDI 등급범위와 SWAT 모델의 검보정 실시후 TN 모의결과를 활용하여 시험유역 내 시공간별 TDI 등급을 산정하고 A등급으로 개선을 위한 필요유량을 분석하였다. 검보정된 TN 모의치로 TDI 등급을 산정하는 이유는 2002년∼2010년충주댐 유역에 실측 TN자료가 부족하고 공간적으로 수생태계 등급자료는 유역 내 다양한 지점에서 측정이 되었지만 실측치는 한정된 지점에서만 측정을 하고 있어서 실측 TDI와 비교하기가 어렵기 때문에 검보정 된 모의 T-N값을 사용하여 생태유량을 산정하였다.
1 m3/sec의 생태유량이 부족하여 부착돌말류에 의한 수생태계를 최적으로 관리할 수 없음을 나타낸다. 유역전체 월평균 63.1 m3/sec의 생태유량 부족량에 대하여 주하천의 상류유역에서의 생태유량 부족량을 판단하기 위해 상류 3번, 13번 유역을 focus watershed로 선정하여 현재 TDI 등급 및 생태유량 부족량을 산정하였다(Fig. 7). 최상류 3번 유역에서는 현재 TDI B등급을 나태나고 있으며 A 등급으로 개선을 위해 월평균 11.
77로 모의치와 실측치의 유출량은 유의성이 있는 것으로 분석되었다. 유출량 보정 후, T-N에 대해 보정을 위해 질소 대기침전량, 점오염원, 비료 및 분뇨 및 생물학적 질소 고정량의 입력 자료를 구축하여 SWAT anthropogenic nitrogen 매개변수를 적용하여 검보정을 실시하였고. 그 결과 R2 는 0.
유출량 보정 후, TN에 대해 보정을 위해 질소 대기침전량, 점오염원, 비료 및 분뇨 및 생물학적 질소 고정량의 입력자료를 구축하여 Table 1에 anthropogenic nitrogen 매개변수를 적용하여 검보정을 실시하였다. 입력된 TN 입력자료들은 각각 국립환경과학원에서 관측하고 있는 산성강하물 측정소(서울 불광동 등 39개 지점)에서 측정된 대기질소와 농림수산식품부 농림통계연보 (1999∼2010년)의 전국 비료 및 분뇨 질소사용량과 국립환경과학원 국가 질소수지와 관리방안에 관한 연구 (2012)에서 제시하는 생물학적 질소 고정 자료를 구축하였고 국립환경과학원에서 제공하는 2008년∼2010년 일별로 측정된 점오염원 자료를 이용하였다.
따라서, 실측유출 및 수질자료의 시간 및 공간적 제한으로 SWAT 모델을 이용하여 과거 2003년부터 수생태계 등급 관측조사 시기인 2010년까지의 유출량과 수질의 모의 및 검보정을 실시하여 적용성을 평가하고 모의결과의 시공간적 생태부족유량을 산정한다. 유황분석을 통한 최저유량을 산정한 후 필요유량을 산정하는 기존 연구와 달리 일단위 유출 및 수질 모의결과를 이용하여 TDI 등급 범위 산정결과와 비교하여 등급을 개선하기 위한 일단위 필요유량과 필요시기를 추정한다.
(2006)의 사전 연구사례를 들어 설명 할 수 있다. 이들 연구들 또한 영양염 물질에 따른 TDI의 민감도 조사를 분석하였다. 그 결과 부착규조류의 출현과 발달은 영양염류의해 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.
이는 분석하는 월의 유황분석을 실시하여 월 평수량을 산정하는 기존에 하천유지유량의 평균유량 결정방법과는 다르게 단순 월평균 총 유량을 의미한다. 이를 보완하기 위해, 일 유량 분석을 실시하여 일별 최적생태유량 부족량 및 추가적으로 생태유량 관리가 필요한 시기를 판단하였다(Fig. 8).
전국 TDI 자료의 분석을 위해 한강 유역의 해당되는 50개 지점으로부터실측 TDI 등급점수와 실측 TN, TP 및 BOD와의 상관관계를 분석하였다 (Fig. 6). 분석결과 5월 및 9월에 측정 TDI는 TP, BOD에 비해 TN과 큰 상관관계를 갖는 것으로 나타났다.
충주댐유역의 TDI를 평가하기 위해 SWAT의 TN 모의결과를 활용하여 2003년∼2010년TN에 따른 TDI 등급과 A 등급 개선을 위한 필요생태유량 (REF, Required ecological streamflow)을 산정하였다 (Table 4).
2). 토지이용도는 2008년 환경부에서 배포한 토지피복도를 이용하여 총 9개의 토지이용항목을 수역, 도심지, 나지, 초지, 논, 밭그리고 활엽수림, 혼효림, 침엽수림으로 분류하였다 (Fig. 2). 농촌진흥청에서 제공하는 1 : 25,000 정밀토양도 (Fig.
대상 데이터
SWAT 모델에서 필요한 지형입력 자료는 NGIS (National Geographic Information System)의 1:5,000 수치지도로부터 격자크기 100 m로 제작한 DEM (Digital Elevation Model), 토지이용도, 정밀토양도를 각각100 m 해상도로 제작하여 사용하였다 (Fig. 2). 토지이용도는 2008년 환경부에서 배포한 토지피복도를 이용하여 총 9개의 토지이용항목을 수역, 도심지, 나지, 초지, 논, 밭그리고 활엽수림, 혼효림, 침엽수림으로 분류하였다 (Fig.
SWAT 모델의 기상입력 자료는 강우량, 온도, 풍속, 태양 복사량 그리고 상대습도 자료를 이용하며 충주댐 유역의 관측소는 대관령, 원주, 영월, 충주, 청주, 태백 총 6개의 기상관측소의 자료를 이용하였다. 본 연구에서 사용한 기상입력 자료는 1998년부터2010년까지의 총 13년간의 일 자료이며 기상청으로부터 제공받았다.
모의 유출량은 총 4개년도 (2003∼2006)동안 보정을 실시하였으며 4개년(2007∼2010)간의 자료를 대상으로 검증을 실시하였다.
모의 유출량은 총 4개년도(2003∼2006)동안 보정을 실시하였으며 4개년 (2007∼2010)간의 자료를 대상으로 검증을 실시하였다.
SWAT 모델의 기상입력 자료는 강우량, 온도, 풍속, 태양 복사량 그리고 상대습도 자료를 이용하며 충주댐 유역의 관측소는 대관령, 원주, 영월, 충주, 청주, 태백 총 6개의 기상관측소의 자료를 이용하였다. 본 연구에서 사용한 기상입력 자료는 1998년부터2010년까지의 총 13년간의 일 자료이며 기상청으로부터 제공받았다.
본 연구에서는 수생태계 건강성 조사 및 평가 (National Institute of Environmental Research, 2013)보고서에 따라 2008∼2010년 전국 부착돌말지수 (TDI, Trophic Diatom Index) 등급 자료를 이용하였다.
입력된 TN 입력자료들은 각각 국립환경과학원에서 관측하고 있는 산성강하물 측정소(서울 불광동 등 39개 지점)에서 측정된 대기질소와 농림수산식품부 농림통계연보 (1999∼2010년)의 전국 비료 및 분뇨 질소사용량과 국립환경과학원 국가 질소수지와 관리방안에 관한 연구 (2012)에서 제시하는 생물학적 질소 고정 자료를 구축하였고 국립환경과학원에서 제공하는 2008년∼2010년 일별로 측정된 점오염원 자료를 이용하였다.
이론/모형
모의 유출량은 총 4개년도 (2003∼2006)동안 보정을 실시하였으며 4개년(2007∼2010)간의 자료를 대상으로 검증을 실시하였다. 결과의 적합성과 상관성을 판단하기 위해서 결정계수 (R2, determination coefficient)와 모델의 효율성 검증은 여러 연구에서 사용된 NSE (Nash-Sutcliffe Efficiency) 계수를 사용하였다. 유출 보정 및 검정 결과의 R2는 0.
본 연구에서는 수문-수질 보정을 위해 LH-OAT 방법을 이용하여 충주댐 유역 전체에 대한 유출 및 유사와 관련된 대표 매개변수를 선정하고 보정에 사용하였다. Fig.
본 연구에서는 수문․수질모의를 위한 모델로 SWAT 모델을 선정하였다. SWAT 모델은 장기-강우 유출 모델로 장기간에 걸친 다양한 토양속성과 토지이용 그리고 관리상태의 변화에 따른 크고 복잡한 유역의 유출량 및 미계측유역의 비점원오염을 추정하기 위해 미국 농무성 (United States Department of Agriculture, USDA) 농업연구소 (Agricultural Research Service, ARS)에 의해 개발된 유역모델이다.
성능/효과
TN에 따른 TDI 등급 산정결과로 5월에는 B∼C등급으로 수생태계 환경이 악화되는 것을 알 수 있는 반면에 9월에는 평균A등급을 나타내 생태유량의 부족량 없이 A등급을 유지하는 것으로 나타났다.
TN에 따른 TDI 등급 산정결과로 5월에는 C∼D등급으로 수생태계 환경이 악화되는 것을 알 수 있는 반면에 9월에는 평균A등급을 나타내 생태유량의 부족량 없이 A등급을 유지하는 것으로 나타났다.
이들 연구들 또한 영양염 물질에 따른 TDI의 민감도 조사를 분석하였다. 그 결과 부착규조류의 출현과 발달은 영양염류의해 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 이는 규조류가 다른 생물군에 비해 수질의 변화에 따른 민감도가 상대적으로 높기 때문에 나타난 결과로 판단되며 특히 TDI 지수는 영영염인 NO3와 가장 높은 상관성을 보였다.
4는 LH-OAT 민감도 분석 결과에 따른 매개변수 등급을 정리한 것으로 유출관련 매개변수는 평균 민감도가 0에 가까운 매개변수를 제외한 총 10개의 매개변수와 수질관련 매개변수에 대한 민감도 등급을 나타낸다. 먼저 유출관련 매개변수 등급을 살펴보면, Ch_N과 CN2가 크게 민감한 것으로 분석되었으며 ESCO, Sol_Awc Surlag 등의 매개변수가 비교적 민감한 것으로 분석되었다. Table 1은 민감도 분석에 따른 최적의 매개변수를 선정하였다.
국립환경과학원에서는 2008∼2010년 동안 봄(5월), 가을 (9월)에 전국 800개 지점에서의 부착돌말지수 산정을 위한 하천환경 및 영양물질, 생물종의 종류 등을 직접 관측하여 등급을 산정하였다. 본 연구에서는 이 결과를 활용하여 수질오염 (TN, TP, BOD)과의 상관성을 분석하여 TDI는 TP, BOD에 비해 TN과 큰 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. TDI와 TN의 R2 는 각각5월에 0.
6). 분석결과 5월 및 9월에 측정 TDI는 TP, BOD에 비해 TN과 큰 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. TDI와 TN의 R2는 각각5월에 0.
유출 보정 및 검정 결과의 R2는 0.67∼0.84, NSE는 0.71∼0.77로 모의치와 실측치의 유출량은 유의성이 있는 것으로 분석되었다 (Table 2).
TN에 따른 TDI 등급 산정결과로 5월에는 B∼C등급으로 수생태계 환경이 악화되는 것을 알 수 있는 반면에 9월에는 평균A등급을 나타내 생태유량의 부족량 없이 A등급을 유지하는 것으로 나타났다. 이 결과는 8년 동안 평균적으로 5월에 유역전체 월평균 63.1 m3/sec의 생태유량이 부족하여 부착돌말류에 의한 수생태계를 최적으로 관리할 수 없음을 나타낸다. 그러나, 월평균 값은 적정 생태유량 부족량 및 생태유량 조절시기를 알 수 없다.
TN에 따른 TDI 등급 산정결과로 5월에는 C∼D등급으로 수생태계 환경이 악화되는 것을 알 수 있는 반면에 9월에는 평균A등급을 나타내 생태유량의 부족량 없이 A등급을 유지하는 것으로 나타났다. 이 결과는 8년 동안 평균적으로 5월에 충주댐유역에서는 월평균 63.1 m3/sec의 생태유량이 부족하여 부착돌말류에 의한 수생태계를 최적으로 관리할 수 없음을 나타낸다. 유역전체 월평균 63.
그 결과 부착규조류의 출현과 발달은 영양염류의해 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 이는 규조류가 다른 생물군에 비해 수질의 변화에 따른 민감도가 상대적으로 높기 때문에 나타난 결과로 판단되며 특히 TDI 지수는 영영염인 NO3와 가장 높은 상관성을 보였다. 이러한 결과의 이유로는 첫 번째로 오염수역에서 저서성 규조류들이 부착하여 서식하고 있는 기질로 인한 정체수역의 성장환경 조건을 들 수 있다.
7). 최상류 3번 유역에서는 현재 TDI B등급을 나태나고 있으며 A 등급으로 개선을 위해 월평균 11.1 m3/sec의 생태유량의 부족량을 나타내고 있으며 13번 유역에서는 현재 TDI C 등급으로 A 등급으로 개선을 위해 월평균 49.0 m3/sec 의 생태유량의 부족량을 나타났다. 이는, 유역 전체에서 요구되는 63.
입력된 TN 입력자료들은 각각 국립환경과학원에서 관측하고 있는 산성강하물 측정소(서울 불광동 등 39개 지점)에서 측정된 대기질소와 농림수산식품부 농림통계연보 (1999∼2010년)의 전국 비료 및 분뇨 질소사용량과 국립환경과학원 국가 질소수지와 관리방안에 관한 연구 (2012)에서 제시하는 생물학적 질소 고정 자료를 구축하였고 국립환경과학원에서 제공하는 2008년∼2010년 일별로 측정된 점오염원 자료를 이용하였다. 충주댐 유역 내 점오염원 일평균 질소 배출량은 각각2.71 kg (Organic nitrogen), 116.5 kg (Nitrate), 6.8 kg (Ammonia)이며 연강우량에 따른 대기의 질소 침전량은 각각4.5 mg/l (Nitrate), 3 kg (Ammonia), 비료 및 분뇨 평균 공급량은 257.3 kg/ha로 나타났으며 생물학적 질소고정량은 논과 밭에서 각각 35 kg/ha/yr와 15 kg/ha/yr로 적용하였다. Fig.
후속연구
이러한 오염원의 발생과 배출에 관한 기작 (Mechanism)은 매우 복잡하여 오염원 파악 및 정량화는 쉽지 않다. 따라서 효율적인 수질오염원의 관리를 위해서는 지형, 지질, 기후 및 토양 특성, 수문학적 특성, 영농형태 및 토지이용방법 등과 같은 다양한 변화 요인들을 포괄적으로 수용하여 오염물질의 이동 기작등을 예측할 수 있는 수학적 모델을 통한 모델링 기법에 의해 이루어져야 한다. 유역에 따른 수문순환을 고려한 수질오염원의 발생거동을 평가할 수 있고 공간적인 변이에 따른 모델링이 가능한 대표적인 수학적 모델로는 SWAT (Soil and Water Assesment Tool) 모델이 있다.
본 연구에서는 총 3년 동안의 수생태계 등급 실측자료를 활용하였으며 이는, 장기간의 수생태계 변화를 검증하기에는 한계가 있다. 따라서, 추가적인 실측 수생태계 등급 자료와 전국으로 유역을 확장하여 시공간적으로 다양한 자료로부터의 표준화된 연구 결과가 요구된다. 추후 연구로 미래 기후변화를 적용한 강우 및 기상조건 변화에 따른 장기적인 생태유량 부족량의 변화를 분석 및 예측하여 수자원중장기종합계획에 필요한 인자를 제시할 수 있는 연구가 병행되어야 할 것이다.
이는, 미래 기후변화로 인한 수생태계 악화를 해결하기 위한 기초자료로 활용될 수 있으며 생태유량 산정 표준 방법으로 미래 수생태계의 개선을 위한 생태유량을 제도적으로 정립할 수 있다. 또한, 현재 생태유량 부족량 산정은 유역에서의 생태유량 공급 및 관리에 필요한 시기를 결정하는 것으로 최종적으로 미래 기후변화에 따른 관리대책을 위한 유역관리방안 정립에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 총 3년 동안의 수생태계 등급 실측자료를 활용하였으며 이는, 장기간의 수생태계 변화를 검증하기에는 한계가 있다. 따라서, 추가적인 실측 수생태계 등급 자료와 전국으로 유역을 확장하여 시공간적으로 다양한 자료로부터의 표준화된 연구 결과가 요구된다.
매년 다르게 나타나는 생태유량부족량과 관리 시기는 미래 기후조건에 따른 예측이 필요하며 실제 적용 시 수원 공급원이 포함하는 하류유역에서는 부족한 생태유량을 공급하고 공급원이 없는 상류유역에서는 TN을 저감함으로서 TDI 등급을 개선하는 방안을 제시할 수 있다. 본 연구의 결과로 생태등급의 개선을 위해서 필요한 생태유량을 산정하였지만 충주댐유역은 상류유역으로 추가 유량공급이 불가능하며 따라서, TN의 오염부하량을 줄임으로써 생태등급을 개선할 수 있고 이를 위해 비점오염원 평가 및 저감 방안 적용이 필요할 것으로 판단된다.
따라서, 추가적인 실측 수생태계 등급 자료와 전국으로 유역을 확장하여 시공간적으로 다양한 자료로부터의 표준화된 연구 결과가 요구된다. 추후 연구로 미래 기후변화를 적용한 강우 및 기상조건 변화에 따른 장기적인 생태유량 부족량의 변화를 분석 및 예측하여 수자원중장기종합계획에 필요한 인자를 제시할 수 있는 연구가 병행되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하천 생태계가 위협 받고 있는 이유는?
하천 생태계에서 어류를 포함한 모든 동식물들은 생존과 번식을 위해 일정한 조건의 서식처 환경이 필요하다. 하지만 하천 생태계는 유량변화 또는 수질변화와 같은 환경조건의 변화로 인하여 크게 위협을 받고 있다. 이에 따라 이러한 환경 변화를 고려하여 생태계 서식환경을 평가하고 유지하고자하는 노력이 최근 많이 진행되어 왔다.
부착조류를 통해 인위적 영향에 대한 빠른 반응을 볼 수 있는 이유는?
하천 수생태계에서 집중강우와 같은 교란에 영향을 받은 생물의 반응은 수환경의 변화를 유추하는 좋은 자료가 된다. 특히, 하천에 서식하는 부착조류는 수생태계의 1차 생산자로서 먹이망에 기본이 되며 (Hotzel and Croome, 1999), 짧은 생활사와 생식주기를 가짐으로 인해 인위적 영향에 대해 빠른 반응을 볼 수 있다 (Domingues and Galvao, 2007; Cabecinha et al., 2009).
수생태계 건강성 평가에서 지역 혹은 국가의 물 환경에 부합하는 조사/분석 방법이 필요한 이유는?
수생태계 건강성 평가는 기본적으로 생물학적인 지표와 평가방법을 요구하며, 궁극적으로는 국가적 혹은 지역적 차원에서의 지속적인 생물모니터링의 과정을 통해 실현된다. 따라서 그 지역 혹은 국가의 물 환경에 부합하는 표준화된 조사․분석방법이 필요하다.
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