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문제 정의
- 본 연구에서는 2011~2012년의 대구획 광역 논을 대상으로 영농기, 무경운 비영농기의 강우사상을 대상으로 SS와 COD의 농도와 부하량을 비교함으로써 영농기와 비영농기의 오염물질의 유출특성을 파악하고자 하였다.
- 본 연구에서는 대구획 광역 논을 대상으로 영농기와 비영농기의 강우시 부유물질 (SS)과 화학적산소요구량 (COD)의 농도와 부하량을 비교함으로써 두 시기의 오염물질의 유출특성을 파악하고자 한다.
제안 방법
- 강우량은 조사지구 근처에서 tipping bucket 타입 데이터 로거형 강우량계 (103800D, CASELLA)를 이용하여 측정되었다. 수질분석을 위한 강우는 조사지구 근처에서 채수통을 이용하여 채수하였다.
- 수질과 유량 측정은 2011년 11월 하순~2012년 7월 중순까지의 6회의 강우사상에 대하여 실시되었고, 측정횟수는 비영농기 3회, 영농기 3회이다. 유량과 수질 측정은 배수로 말단에서 강우사상마다 1~6시간 간격으로 실시되었다.
- 수질과 유량 측정은 2011년 11월 하순~2012년 7월 중순까지의 6회의 강우사상에 대하여 실시되었고, 측정횟수는 비영농기 3회, 영농기 3회이다. 유량과 수질 측정은 배수로 말단에서 강우사상마다 1~6시간 간격으로 실시되었다. 조사지구 전체의 시비시기 및 시비량은 2011과 2012년에 각각 영농하고 있는 30 농가를 대상으로 설문조사를 실시하여 얻었다.
- 조사지구 전체의 시비시기 및 시비량은 2011과 2012년에 각각 영농하고 있는 30 농가를 대상으로 설문조사를 실시하여 얻었다. 유속은 유속계 (Model 801, EM Flow Meter)를 이용하여 측정하였고, 실측한 수위에 따른 유수 단면적을 산출하여 측정시간별 유량을 산정하였다. 강우시 배수로 말단에서의 유출수는 비영농기에는 강우에 의한 직접유출수만으로 구성되고, 영농기에는 직접유출수와 평상시의 회귀수로 구성되는데, 회귀수량이 적어 간헐흐름 (ephemeral stream)에 유사하다.
대상 데이터
- 본 조사지구는 충청북도 청주시 옥산면 (E 127° 41′, N 36° 68′)에 위치하고 있는 대구획 광역논이다.
- 1). 본 지구는 금강 수계 제 1지류인 미호천에 있는 여천보를 용수원으로 하고 있는데, 보 상류에는 저수용량 14백만 m3의 미호저수지가 있어 용수는 저수지의 영향을 크게 받고 있다. 본지구는 표고 30~32 m의 저평지에 위치하고 있으며, 필지 논은 대구획(100 m × 100 m)으로 용･배수가 분리되어 있다.
- 강우량은 조사지구 근처에서 tipping bucket 타입 데이터 로거형 강우량계 (103800D, CASELLA)를 이용하여 측정되었다. 수질분석을 위한 강우는 조사지구 근처에서 채수통을 이용하여 채수하였다. SS 농도는 유리섬유여지 (GF/C)법으로 분석하였으며 (Ministry of Environment, 1997), COD 농도는 Standard Methods (APHA, 1998)에 의한 중크롬산칼륨을 이용하여 분석하였다.
- 유량과 수질 측정은 배수로 말단에서 강우사상마다 1~6시간 간격으로 실시되었다. 조사지구 전체의 시비시기 및 시비량은 2011과 2012년에 각각 영농하고 있는 30 농가를 대상으로 설문조사를 실시하여 얻었다. 유속은 유속계 (Model 801, EM Flow Meter)를 이용하여 측정하였고, 실측한 수위에 따른 유수 단면적을 산출하여 측정시간별 유량을 산정하였다.
데이터처리
- 통계적 분석을 위해 Microsoft Excel 2007을 이용하였으며, 강우사상별 직접유출량과 오염부하량 간의 두 변수간의 관계성을 파악하기 위해서 회귀분석을 실시하였다. 회귀식으로는 식 (2)와 같은 거듭제곱함수 (power function)를 이용하였다.
이론/모형
- 수질분석을 위한 강우는 조사지구 근처에서 채수통을 이용하여 채수하였다. SS 농도는 유리섬유여지 (GF/C)법으로 분석하였으며 (Ministry of Environment, 1997), COD 농도는 Standard Methods (APHA, 1998)에 의한 중크롬산칼륨을 이용하여 분석하였다.
- 강우시 배수로 말단에서의 유출수는 비영농기에는 강우에 의한 직접유출수만으로 구성되고, 영농기에는 직접유출수와 평상시의 회귀수로 구성되는데, 회귀수량이 적어 간헐흐름 (ephemeral stream)에 유사하다. 여기서 영농기의 유출수는 간헐흐름에 적용할 수 있는 수평 직선 분리법을 사용하여 직접유출수와 회귀수를 분리하였다(Chow et al., 1998).
성능/효과
- COD의 평균 EMC는 비영농기 23.9 mg/L, 영농기 11.9mg/L로, 영농기에 대한 비영농기의 평균 EMC의 비는 2.0로 나타났다 (Table 4). COD의 EMC가 영농기보다 비영농기에 높게 나타난 것은 수확 후 논 표면에 남아있던 볏짚잔재 (Fig.
- 영농기와 무경운 비영농기의 직접유출량과 SS 및 COD의 부하량은 각각 거듭제곱함수의 회귀식으로 표현되었으며. SS 회귀식의 지수는 COD 회귀식의 지수보다 높은 값을 보여, 직접유출량 증가와 함께 SS 부하량이 COD 부하량보다 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 강우사상의 비영농기 SS와 COD의 평균 부하량은 각각 영농기 평균부하량의 18 %, 31%로 나타나, 논에서의 SS와 COD의 관리는 비영농기보다는 영농기가 보다 중요할 것으로 생각된다.
- 강우사상 3에서는 유출 초기에 높은 농도를 보인 후 감소하는 경향을 보였다. SS의 최대 농도는 강우량이 많은 강우사상 5나, 최대강우강도가 높은 강우사상 6에서 높은 값을 보여 SS의 최대 농도는 강우량이나 최대 강우강도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 타이완의 계단식 논에서는 250mm 이하의 강우사상에서 SS의 최대농도는 150 mg/L 이하를 보였고, 일반적으로 강우량이 증가함에 따라 최대농도도 증가하는 것을 보였다 (Chen et al.
- 영농기와 무경운 비영농기 조건하에 강우 유출량과 SS 및 COD의 부하량의 관계는 각각 유의적인 회귀식을 보였다. 거듭제곱함수로 표현된 SS 회귀식의 지수 (b=0.82)는 COD 회귀식의 지수 (b=0.66)보다 높은 값을 보여, 직접유출량 증가와 함께 SS 부하량이 COD 부하량보다 크게 증가하는 것으로 나타났다.
- SS 회귀식의 지수는 COD 회귀식의 지수보다 높은 값을 보여, 직접유출량 증가와 함께 SS 부하량이 COD 부하량보다 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 강우사상의 비영농기 SS와 COD의 평균 부하량은 각각 영농기 평균부하량의 18 %, 31%로 나타나, 논에서의 SS와 COD의 관리는 비영농기보다는 영농기가 보다 중요할 것으로 생각된다.
- 또한, 강우사상의 영농기 평균 부하량에 대한 비영농기의 평균 부하량의 비는 SS가 18 %, COD가 31 %로 나타나, 비영농기보다는 영농기 비점오염 관리가 보다 중요할 것으로 생각된다.
- 또한, 비영농기 논 유출수의 SS 농도는 영농기와 비슷한 값을 보여, 비영농기의 논도 영농기의 논과 같이 토양침식을 제어하는 것으로 나타났다. 이는 비영농기에는 영농기보다 낮은 강우량과 최대강우강도, 지표 피복(ground cover)과 같은 역할을 하는 Fig.
- 비영농기 유출수의 COD 농도는 강우사상 1에서 18.4~33.8mg/L, 강우사상 2에서 16.0~27.7 mg/L, 강우사상 3에서 20.3~42.4 mg/L로 나타났다 (Fig. 3). 영농기 유출수의 COD 농도는 강우사상 4에서 8.
- 영농기 SS의 평균 EMC는 낮은 값을 보여, 영농기 담수 상태의 논이 강우의 타격에너지를 크게 감소시켜 토양 침식을 억제하는 것으로 나타났다. 영농기 동안 광역논에서 담수 상태가 비담수 상태보다 총인 (TP) 농도를 1/2 이하로 줄이는 것으로 보고되었다 (Kim et al.
- 비영농기에는 작은 유출량과 작은 부하량을 보였으며, 영농기에는 큰 유출량과 큰 부하량을 보였다. 영농기와 무경운 비영농기 조건하에 강우 유출량과 SS 및 COD의 부하량의 관계는 각각 유의적인 회귀식을 보였다. 거듭제곱함수로 표현된 SS 회귀식의 지수 (b=0.
- 영농기와 무경운 비영농기의 직접유출량과 SS 및 COD의 부하량은 각각 거듭제곱함수의 회귀식으로 표현되었으며. SS 회귀식의 지수는 COD 회귀식의 지수보다 높은 값을 보여, 직접유출량 증가와 함께 SS 부하량이 COD 부하량보다 크게 증가하는 것으로 나타났다.
- 3). 유출수의 COD 농도는 여러 개의 강우사상 (1, 4, 5)에서 강우와 함께 유량이 증가함에 따라 농도도 증가하고, 최고 농도를 보인 후 상당기간 동안 높은 농도를 유지하는 경향을 보였다. 하지만, 강우사상 3에서는 SS 농도와 같이 유출 초기에 최대 농도를 보인 후 감소하는 경향을 보였다.
- 각 강우사상별 강우의 오염물질 농도는 Table 3과 같다. 전체 강우사상에 대한 SS의 산술평균 농도는 1.1 mg/L, COD의 산술평균농도는 4.5 mg/L를 나타냈고, 강우사상별 SS 농도는 0.5~1.5 mg/L, COD 농도는 3.3~5.3 mg/L로 큰 차이를 보이지 않았다.
- 용수로는 콘크리트 수로로 되어 있고, 배수로는 흙수로로 되어 있다. 토양의 조성 비율은 모래 42.4 %, 실트 44.6 %, 점토 13.0 %로, 이를 미국 농무성 (USDA)의 삼각좌표법으로 분류하면 토성은 양토 (loam)에 속하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 추경에서 춘경으로 경운방식의 변경에 따른 경운된 기간의 단축에 의해 논은 대부분의 비영농기에도 영농기와 같이 토양침식을 제어하는 것으로 판단된다. 본 연구에서의 자료에는 제한된 강우사상, 비영농기 무경운 조건하에서 얻어진 한계를 가지고 있다. 향후, 경운 조건을 포함한 다양한 영농 상태와 많은 강우사상에 대한 자료 축적과 해석을 통하여 강우시 논에서의 SS와 COD의 유출 특성이 규명되리라고 생각된다.
- , 2005). 일본 필지논에서도 경운 전에는 13 mg/L이었으나, 경운후에는 547 mg/L로 40배 이상 증가하여 (Kunimatsu et al., 1994), 향후, 경운 조건하에서의 SS의 유출에 대한 모니터링이 필요할 것으로 생각된다.
- 본 연구에서의 자료에는 제한된 강우사상, 비영농기 무경운 조건하에서 얻어진 한계를 가지고 있다. 향후, 경운 조건을 포함한 다양한 영농 상태와 많은 강우사상에 대한 자료 축적과 해석을 통하여 강우시 논에서의 SS와 COD의 유출 특성이 규명되리라고 생각된다.
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