[논문]여천천 하구에 설치된 침사지내 퇴적토의 수질영향분석

이상현; 조홍제

doi:10.5322/jesi.2016.25.8.1191

여천천 하구에 설치된 침사지내 퇴적토의 수질영향분석
Impact of Grit Chamber Deposits on Water Quality at the Mouth of Yeocheoncheon, Ulsan 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.25 no.8, 2016년, pp.1191 - 1206

이상현 (울산발전연구원 기획경영실) , 조홍제 (울산대학교 건설환경공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Transported deposit was accumulated in a grit chamber built at the mouth of Yeocheoncheon in 1987 with the intention of blocking the influx of sediment into the Ulsan-harbor. This study attempted to analyze the effects of the transported deposit on the water quality at Yeocheoncheon. Only one episode of dredging has been performed in the approximately 25 years since the grit chamber were built, leading to the formation of stagnant water in the grit chamber due to a large amount of transported deposit. The deposit has a relatively high organic content, in the range of 11.7-25.9% (mean 18.3%). It appears that the main reason for the upstream transport of water pollution from the mouth of the Yeocheoncheon is the tides. The effects of organic content and stagnant water on water quality were analyzed using WASP. Moreover, the changes in water quality arising due to the removal of the grit chamber were analyzed. Results indicated that BOD improved by 18.8-100%, while T-P improved by 90.0-617.4%, between the grit chamber and Hanbi-Gyo, which is located 1.3 km away from the grit chamber.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 도심하천인 울산시 여천천에서 울산항으로 유입되는 유사량을 최소화하여 선박들의 입·출항 시 필요한 수심유지와 유지관리를 위해, 1987년 여천천 하구에 설치하였던 침사지의 기능과 침사지 내의 퇴적토의 오염물질에 의한 여천천의 수질 영향분석을 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 침사지가 여천천과 항만에 미치는 수리학적 영향과 환경변화의 조사 및 분석을 통하여 침사지의 철거 가능성을 검토하고, 그에 따른 여천천 본류의 수질개선 방안을 분석하는데 주안점을 두었다.

가설 설정

따라서 계산상 배출부하량의 정량적 수치는 없으나 관거 누수 및 오접 또는 관거의 불완전 분리로 인한 월류 등으로 강우 시 생활하수 등이 여천천으로 유입될 개연성은 있다. 따라서 생활계 오염발생부하량은 시가지역 가정인구 발생부하 원단위를 적용하여 산정하였으며, 배출부하량은 하수처리장 및 분뇨처리장 등을 통해 저감처리된 후 여천천으로 방류되는 것으로 추정하였고 Table 2와 같다. 그리고 토지계 오염발생부하량은 지목별 연평균 발생부하 원단위를 적용하여 산정하였으며, 배출부하량은 강우 시 유출된 비점오염원이 저감시설 등을 통해 처리된 후 여천천으로 유입되는 양이다.
침사지 내부의 퇴적토에서 용출되는 T-P에 의한 여천천의 수질영향을 예측하기 위해 용출율이 30% 증가한 경우와 침사지 혐기성화를 가정하여 모의하였으며, 그 결과는 Table 9 및 Fig. 14 및 Fig. 15와 같다.

제안 방법

WASP를 이용하여 강바닥의 퇴적토 준설과 보 설치 전·후의 하천흐름과 수질변화에 대한 예측을 실시하였다(Na, 2011).
그리고 조위에 따른 여천천의 수질변화를 예측하기 위해, 밀물과 썰물 시에 대한 BOD와 T-P 측정결과를 이용하여 현 상태에 대한 보정을 실시하였다. 입력변수인 T-P값의 모델 민감도분석을 통해 입력변수를 최적화하였으며, 그 결과는 Table 8 및 Fig.
따라서 생활계 오염발생부하량은 시가지역 가정인구 발생부하 원단위를 적용하여 산정하였으며, 배출부하량은 하수처리장 및 분뇨처리장 등을 통해 저감처리된 후 여천천으로 방류되는 것으로 추정하였고 Table 2와 같다. 그리고 토지계 오염발생부하량은 지목별 연평균 발생부하 원단위를 적용하여 산정하였으며, 배출부하량은 강우 시 유출된 비점오염원이 저감시설 등을 통해 처리된 후 여천천으로 유입되는 양이다. 현재 여천천에는 이에 대한 저감시설 등이 없으므로 발생부하량 전부가 배출되는 것으로 추정하였으며, 그 결과는 Table 2와 같다(UMCN, 2012).
1987년 침사지가 설치된 후 여천천 유역의 지속적인 도시화로 인해 여천천에서 침사지 내로 유입되는 유사량은 미미한 것으로 실측을 통해 확인되었으나, 오히려 침사지내 퇴적토에서의 용출에 의해 여천천의 T-P농도가 증가되는 것으로 나타났다. 따라서 여천천의 수질개선대책으로 침사지를 철거하는 경우에 대해 BOD와 T-P에 대한 수질개선효과를 모의하였으며, 그 결과는 Table 10과 Table 11, Fig. 16 그리고 Fig. 17과 같다.
여천천에 대한 수질변화를 분석하기 위해 기존의 수질측정자료를 비교분석하였다. 지난 10여 년 동안 2006년, 2011년, 2014년 모두 3차례에 pH, DO, BOD, COD, T-P, T-N 등 6개 주요 인자에 대한 수질측정과 분석이 이루어졌다.

대상 데이터

이는 강우 시 유사의 발생량이 산지하천 등과 비교하여 상대적으로 적을 것임을 예상할 수 있다. 2012년 여천천 하천기본계획(변경)시 하도내의 하상특성과 유사이송 특성 및 하상변동 모의를 위해서 하상재료를 조사하였으며, Fig. 2에 여천천내 7개 지점에 대한 하상재료 채취위치를 나타내었고, 그 분석결과는 Table 1과 같다(UMCN, 2012).
3 km) 까지 영향을 미칠 것으로 판단된다. 따라서 조위변화에 따른 수질예측 모델의 분석범위를 침사지에서 상류 여천교 구간까지로 한정하였다.
본 연구의 주 대상인 여천천의 하구(종점부)에 항만 내 유사의 유입을 최소화하여 항만기능을 유지시킬 수 있도록 1987년 침사지를 설치하였다. 침사지 설치 후 2000년 단 한차례만 저니토 준설이 이루어졌으며, 침사지내의 정체수체가 조수간만의 영향으로 여천천의 상류방향으로 역류하여 수질악화와 악취발생의 주된 요인이 되고 있다.
조위의 변화와 그 영향이 미치는 침사지에서 여천교 구간에 대한 상세한 수질변화를 확인하기 위해, 해당 구간을 Fig. 11과 같이 7개 구역(Segment)으로 구성하였다. 그리고 각 구간별 여천천의 지형자료는 Table 7과 같다.

이론/모형

특히 여천천 하구 침사지 부근의 2011년과 2014년의 자료에 의하면, BOD와 T-P가 높게 나타나 여름철 수질이 전반적으로 나쁜 것으로 확인되었다. 이는 침사지 내 퇴적토의 질소와 인이 용출되어 수질에 영향을 미친 것으로 판단되며, 그 정도를 확인하기 위해 퇴적토에 대한 유기물 함량을 강열감량법으로 조사하였다.

성능/효과

1. 여천천 하류 지역의 침사지는 울산항만공사 자료에 의하면 1987년 조성된 이후 2000년 12월에 한차례 준설을 추진한 기록이 있는바, 유사량 과다로 인한 침사지의 기능이 불명확하며, 동시에 여천천 유역의 급속한 도시화로 토사발생 원인이 현격히 부족한 상황에서 침사지의 기능보다는 퇴적토에 의한 수질악화의 개연성이 높을 것으로 판단된다.
2. 침사지 설치 후 약 25년 동안 단 1회의 준설만 이루어져, 현재 퇴적토의 영향으로 침사지내에 정체수역이 형성되는 것으로 나타났다. 특히, 퇴적토의 유기물함량이 11.
2006년과 2011년 수질측정 결과에 따르면 pH는 평균 7.25~7.67 로 큰 변화가 없는 것으로 나타났으며, DO는 2006년에는 평균 1.40~3.95 였으나, 2011년에는 평균 8.0 ~ 8.2 로 개선된 것으로 나타났다. BOD의 경우는 2006년에는 평균 18.
3. 여천천 침사지 철거를 가정한 수질변화를 WASP 7 모델을 통해 예측한 결과, 침사지에서 약 1.3 km 상류에 위치한 한비교 사이에 대한 BOD 개선효과는 18.8~100%인 것으로 예측되었으며, T-P는 90.0~617.4% 개선되는 것으로 나타났다.
그 결과 침사지를 완전히 철거하는 경우 BOD는 구간별로 최대 100%까지 개선되는 효과가 있었고, T-P는 한비교 구간까지 90.0~617.4%까지 개선되는 효과를 보이는 것으로 나타났다.
용출율이 30% 증가 시, 한비교까지 T-P농도가 14.4~25.9%까지 상승하는 것으로 나타났으며, 하절기 혐기성화 시에는 한비교까지 T-P농도가 56.8~101.3% 상승하는 것으로 나타났다. 그리고 조위영향을 고려하여 하절기 침사지 혐기성화에 대한 모의결과는, 실측치와 유사하게 나타났다.
입력변수 최적화 결과, BOD의 경우는 바닷물의 영향으로 실측치보다 다소 낮게 모의되었으나, T-P의 경우는 유사한 경향을 보여 적절한 것으로 판단된다.
침사지 설치 후 약 25년 동안 단 1회의 준설만 이루어져, 현재 퇴적토의 영향으로 침사지내에 정체수역이 형성되는 것으로 나타났다. 특히, 퇴적토의 유기물함량이 11.7~25.9% (평균 18.3%)로 조사되어, 수온변화에 따른 혐기성화로 악취유발의 원인이 될 것으로 판단되며, 특히 여천천 수위변화 기록을 분석한 결과, 조수간만의 영향으로 여천교 인근(약 2.3 km)까지 수질변화의 영향을 줄 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	울산만의 지리적인 특징은?	울산광역시 울산만 연안에는 현대자동차의 수출부두를 비롯한 석유화학단지와 국가산업단지 내의 각 기업체의 부두시설이 산재해 있다. 울산만은 국가하천인 태화강 하구와 연결되어 있으며, 지류인 동천과 도심하천인 여천천 그리고 외황강 등에서 많은 토사가 유입되고 있어 주기적으로 준설을 통해 선박의 항해에 필요한 수심을 유지하고 있다.
	국내 하천의 퇴적토의 구성물질에 대한 연구는 어떤 것들이 있는가?	국내 하천의 퇴적토에 관한 오염도 조사의 문헌을 조사하여 보면, 도시 및 공단지역은 주로 중금속에 오염된 반면 해안지역은 중금속과 유기물질에 의해 복합적으로 오염되어 있으며, 용출 평가에 따르면 오염물질이 하천수계로 영향을 미친다고 하였다(Jeong, 2014). 특히, 유기물의 오염에 대한 기존 연구자료를 보면, 제주 외항 퇴적토에 대한 유기물 지표인 강열감량의 경우 외항이 내항의 퇴적토보다 낮게 조사되었으며, 반면 중금속 지표인 구리농도는 내항 쪽으로 높은 농도범위로 분석되었다고 하였다(Lee et al., 2015). 또한 낙동강, 섬진강 및 남강 등 21개 지점의 하천수 및 퇴적토 조사에서도 과불화합물의 농도가 높게 나타난 조사연구가 있다(Yeo et al., 2012). 그리고 도시하천 하류부의 하상퇴적토 준설에 따른 수질개선효과를 유한차분법에 의해 분석한 결과, 하상퇴적토의 준설이 COD를 비롯한 오염물질에 대한 수질개선 효과가 크다고 보고한 연구결과물이 있다(Cho et al., 2002).
	WASP7 모델이란 무엇인가?	한편, WASP7(water quality analysis simulation program 7) 모델은 도시개발 전·후 오염원의 조절을 통한 하천수질변화 및 개선효과 등의 모의에 유용한 예측시스템으로 (Kang, 2010), 안동호의 BOD 및 T-P 등의 수질자료를 이용하여 시행착오법으로 WASP 모델의 매개변수 최적화하였으며, 이를 이용한 수질예측의 적용성을 확인한 바 있다(An et al., 2007).

참고문헌 (12)

An, S. S., Seo, M. J., Park, N. S., Jang, K. O., 2007, The parameter estimation of wasp model for water quality prediction, J. Environ. Sci. Int., 16(5), 623-632.

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Hydrologic Engineering Center, 2008b, HEC-RAS River Analysis System, Version 4.0, Hydraulic Reference Manual.
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원문보기 상세보기
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Na, C. H., 2011, Water quality prediction after the construction of muti-functional weir in nakdong river, Master Thesis, Kyungbuk University.
Ulsan Metropolitan City, namhu(UMCN), 2003, Fundamental planning report for river improvement works of Yeocheoncheon(change).
Ulsan Metropolitan City, namhu(UMCN), 2006, Working design of establishment of ecological streams for Yeocheoncheon.
Yeo, M. K., Hwang, E. H., Joung, K. H., 2012, Distribution characteristic of fluorinated compound in major river water and sediment, Anal. sci. tech., 25(3), 313-323.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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