기저유출을 고려한 비점오염 유출특성 분석과 원단위 검증에 관한 연구 A Study on the Analysis of Non-point Source Runoff Characteristics and Verification of Unit Pollutant Load Considering Baseflow Runoff원문보기
본 연구에서는 기저유출을 고려한 관측 자료 기반 오염부하량을 이용하여 비점오염 유출특성과 신규 원단위의 활용 가능성을 검토하였다. 이를 위해 금강 수계 주원천 유역의 9개 강우사상을 대상으로 디지털 필터 기법을 이용하여 유출성분을 분리하고 수치적분법을 적용하여 비점오염부하량을 산정하였다. 연구결과 비점오염 평균 기여율은 BOD 31.34%, T-N 58.94%, T-P 50.42%로 BOD의 경우 기저유출의 영향이 큰 것으로 분석되었다. 또한, 신 원단위를 적용한 오염부하량이 구 원단위를 적용한 경우에 비해 관측부하량에 근접하는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 효율적인 유역의 수질관리를 위해서는 직접유출에 따른 오염부하뿐만 아니라 기저유출에 따른 오염부하 관리도 필요함을 의미한다.
본 연구에서는 기저유출을 고려한 관측 자료 기반 오염부하량을 이용하여 비점오염 유출특성과 신규 원단위의 활용 가능성을 검토하였다. 이를 위해 금강 수계 주원천 유역의 9개 강우사상을 대상으로 디지털 필터 기법을 이용하여 유출성분을 분리하고 수치적분법을 적용하여 비점오염부하량을 산정하였다. 연구결과 비점오염 평균 기여율은 BOD 31.34%, T-N 58.94%, T-P 50.42%로 BOD의 경우 기저유출의 영향이 큰 것으로 분석되었다. 또한, 신 원단위를 적용한 오염부하량이 구 원단위를 적용한 경우에 비해 관측부하량에 근접하는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 효율적인 유역의 수질관리를 위해서는 직접유출에 따른 오염부하뿐만 아니라 기저유출에 따른 오염부하 관리도 필요함을 의미한다.
In this study, the characteristics of non-point source pollution runoff and the possibility of using new unit load were investigated by using pollutant load based on monitoring data considering baseflow. For this purpose, the components of hydrograph were separated by using digital filter method and...
In this study, the characteristics of non-point source pollution runoff and the possibility of using new unit load were investigated by using pollutant load based on monitoring data considering baseflow. For this purpose, the components of hydrograph were separated by using digital filter method and the numerical integration method was applied to calculate the non-point source pollutant load for nine rainfall events in Juwon river in the Geum River basin. As a result of this study, the mean contribution rate of non-point pollutant was 31.34% for BOD, 58.94% for T-N, and 50.42% for T-P and BOD was more influenced by baseflow pollutant. Also, it was analyzed the pollutant load using the new unit load is closer to the observation load than the old unit load. This result implies that it is necessary to manage not only pollutant load due to direct runoff but also pollutant load due to baseflow runoff for efficient water quality management of the watershed.
In this study, the characteristics of non-point source pollution runoff and the possibility of using new unit load were investigated by using pollutant load based on monitoring data considering baseflow. For this purpose, the components of hydrograph were separated by using digital filter method and the numerical integration method was applied to calculate the non-point source pollutant load for nine rainfall events in Juwon river in the Geum River basin. As a result of this study, the mean contribution rate of non-point pollutant was 31.34% for BOD, 58.94% for T-N, and 50.42% for T-P and BOD was more influenced by baseflow pollutant. Also, it was analyzed the pollutant load using the new unit load is closer to the observation load than the old unit load. This result implies that it is necessary to manage not only pollutant load due to direct runoff but also pollutant load due to baseflow runoff for efficient water quality management of the watershed.
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문제 정의
본 연구에서는 BFImax를 이용하여 유역 내 대수층 특성을 고려하여 기저유출을 분리하여 사용자의 주관적인 요소를 배제하여 사용할 수 있는 Eqn. 4와 같은 Eckhardt 필터를 이용하여 기저유출을 분리하였다.
본 연구의 목적은 기저유출을 고려한 관측자료 기반 오염부하량을 이용하여 비점오염 유출특성 해석과 신규 원단위의 활용 가능성을 검토하는데 있다. 수문곡선 분리를 위해 Eckhard 필터를 이용한 디지털 필터 기법을 적용하여 주원천 유역의 9개 강우사상의 유출 성분을 분리하였으며, 강우 시 직접유출에 의한 비점오염부하량의 기여율을 정량적으로 산정하였다.
제안 방법
17개 중분류 EMC와 유출률을 토지피복별 면적을 이용하여 가중한 후 대표 EMC와 대표 유출률을 Fig. 5와 같이 산정하였다. 산정결과(Table 4)는 유출률 0.
디지털 필터법을 이용하여 모니터링을 수행한 9개 강우사상에 대한 유출성분을 분리하고 수치적분법을 적용하여 관측오염부하량을 산정하였다. 총 유출량 중 직접유출 성분비는 20.
또한, 신·구 원단위와 대표 EMC를 이용한 오염부하량을 산정하고 주원천 말단에서 수행한 모니터링 결과와 비교하여 신 원단위의 적용가능성을 검토하였다.
본 연구의 목적은 기저유출을 고려한 관측자료 기반 오염부하량을 이용하여 비점오염 유출특성 해석과 신규 원단위의 활용 가능성을 검토하는데 있다. 수문곡선 분리를 위해 Eckhard 필터를 이용한 디지털 필터 기법을 적용하여 주원천 유역의 9개 강우사상의 유출 성분을 분리하였으며, 강우 시 직접유출에 의한 비점오염부하량의 기여율을 정량적으로 산정하였다. 또한, 신·구 원단위와 대표 EMC를 이용한 오염부하량을 산정하고 주원천 말단에서 수행한 모니터링 결과와 비교하여 신 원단위의 적용가능성을 검토하였다.
이것은 원단위의 경우 년 단위의 모든 강우사상에 대한 개념을 포함하고 있으나 관측부하량은 해당 관측년도의 일부 강우사상 만을 고려하기 때문이다. 이를 보완하기 위해 관측년도의 강우의 변동성을 고려한 대표 EMC 부하량을 추가적으로 검토하였다. 대표 EMC 부하량은 신 원단위 부하량과 더 유사한 값을 나타내고 있으며, BOD와 T-N의 경우 22.
또한, 대표 EMC (Event Mean Concentration)법, 원단위법을 이용하여 오염원별 오염부하량을 산정하였다. 이를 통해 오염원별 비점오염유출 특성을 분석하고 신규 원단위의 적용성을 검토하였다.
3과 같이 정의할 수 있다. 토지이용별 EMC와 유출률에 토지이용 면적을 곱하고 해당 소유역의 전체면적으로 나누어 면적가중 EMC와 유출률을 산정한다.
대상 데이터
금강수계에 위치하고 있는 주원천 유역을 대상으로 모니터링을 수행하고 오염부하량을 산정하였다. 주원천 유역은 국가하천과 지방하천으로 나누어져 있으며 지방하천 구간에 대한 유로연장과 유역면적은 6.
이론/모형
본 연구에서는 금강 수계 주원천 유역의 9개 강우사상을 대상으로 Eckhard 필터 기법을 이용하여 유출성분을 분리하고 수치적분법(Numerical Integration, NI)을 적용하여 관측 오염부하량을 산정하였다. 또한, 대표 EMC (Event Mean Concentration)법, 원단위법을 이용하여 오염원별 오염부하량을 산정하였다. 이를 통해 오염원별 비점오염유출 특성을 분석하고 신규 원단위의 적용성을 검토하였다.
본 연구에서는 금강 수계 주원천 유역의 9개 강우사상을 대상으로 Eckhard 필터 기법을 이용하여 유출성분을 분리하고 수치적분법(Numerical Integration, NI)을 적용하여 관측 오염부하량을 산정하였다. 또한, 대표 EMC (Event Mean Concentration)법, 원단위법을 이용하여 오염원별 오염부하량을 산정하였다.
성능/효과
(1) 관측부하량을 이용하여 산정한 비점오염원 부하량의 기여율 범위(평균)는 BOD 24.56∼48.21%(평균 31.34%), T-N 28.09∼69.66%(평균 58.94%), T-P 25.82∼59.55% (평균 50.42%), SS 37.66∼91.93%(평균 80.53%)로 산정되었다.
(2) 구 원단위(1995)를 적용한 결과 BOD는 32.34kg/day, T-N은 23.03kg/day, T-P는 2.76kg/day, SS는 696.02kg/day, 신 원단위를 적용한 결과 BOD, T-N, T-P, SS의 오염부하량은 18.24kg/day, 22.64kg/day, 1.02kg/day, 282.02kg/day로 산정되었다. 신 원단위 적용시 오염부하량은 구 원단위 보다 BOD는 44%, T-N은 2%, T-P는 63%, SS는 59% 작게 산정되는 것으로 나타났다.
(3) 주원천 말단에서 수행한 모니터링 결과와 원단위를 이용하여 산정한 부하량은 상대적으로 큰 차이를 보이고 있다. 이것은 원단위의 경우 년 단위의 모든 강우사상에 대한 개념을 포함하고 있으나 관측부하량은 해당 관측년도의 일부 강우사상 만을 고려하기 때문이다.
이를 보완하기 위해 관측년도의 강우의 변동성을 고려한 대표 EMC 부하량을 추가적으로 검토하였다. 대표 EMC 부하량은 신 원단위 부하량과 더 유사한 값을 나타내고 있으며, BOD와 T-N의 경우 22.39%, 6.81% 작게, T-P와 SS의 경우 10.02%, 4.29% 크게 산정되었다. 이와 같이 신 원단위 부하량이 대표 EMC 부하량과 관측부하량에 유사한 값을 나타내고 있으며 구 원단위 부하량 보다 더 적합한 것으로 분석되었다.
따라서, 구 원단위 보다 BOD는 44%, T-N은 2%, T-P는 63%, SS는 59% 작게 산정되는 것으로 나타났다. 도시, 논, 밭, 산림, 기타 지역의 원단위의 기여율을 살펴보면, 구 원단위 적용시 BOD의 경우 도시 75.67%, 논 1.02%, 밭 1.45%, 산림 20.11%, 기타 1.75%로 나타났다. 하지만 신 원단위 적용시 BOD의 경우 도시지역 27.
따라서, 구 원단위 보다 BOD는 44%, T-N은 2%, T-P는 63%, SS는 59% 작게 산정되는 것으로 나타났다. 도시, 논, 밭, 산림, 기타 지역의 원단위의 기여율을 살펴보면, 구 원단위 적용시 BOD의 경우 도시 75.
, 2013). 또한, 개발에 따른 불투수층의 면적 비율이 높아 강우유달 시간이 짧고, 유량 및 오염물질이 다량 유출되는 현상이 나타난다. 이 외에 하수관거 오접, 관거 누수, 우수토실의 월류(CSOs) 등으로 인해 하수가 섞인 빗물이 하천으로 방류되는 경우가 발생되고 있으며, 하수관거에 쌓인 퇴적물이 강우 시 빗물에 씻겨 하천으로 유입된다(Shin, 2007).
비점오염원 부하량의 기여율 범위(평균)는 BOD 24.56∼48.21%(평균 31.34%), T-N 28.09∼69.66%(평균 58.94%), T-P 25.82∼59.55%(평균 50.42%), SS 37.66∼91.93%(평균 80.53%)로 산정되었다.
5와 같이 산정하였다. 산정결과(Table 4)는 유출률 0.29, BOD, T-N, T-P, SS의 대표 EMC 1.85mg/L, 2.75mg/L, 0.15mg/L, 38.45mg/L로 나타났다. 오염원별 대표 EMC는 BOD의 경우 도시>전>답> 기타>산림, T-N의 경우 전>도시>산림>답>기타, T-P의 경우 전>답>도시>기타>산림, SS의 경우 전>답>기타>도시>산림 순으로 감소하였다.
18%로 나타났다. 신 원단위 적용시 도시지역 BOD 기여율은 감소하였으며, 논, 밭 기여율은 크게 증가하였다. T-N의 경우 구 원단위 적용시 도시 16.
신 원단위 적용시 오염부하량은 구 원단위 보다 BOD는 44%, T-N은 2%, T-P는 63%, SS는 59% 작게 산정되는 것으로 나타났다.
82kg/ha로 산정되었다. 신 원단위를 적용한 결과 BOD, T-N, T-P, SS 원단위는 8.04kg/ha, 9.98kg/ha, 0.449kg/ha, 124.59kg/ha로 나타나 구 원단위 보다 BOD는 44%, T-N은 2%, T-P는 63%, SS는 60% 작게 산정되는 것으로 나타났다.
23%)로 산정되었다. 유출성분에 따른 평균 오염부하량은 BOD 총유출 75.67kg, 직접유출 23.72kg, 기저유출 51.96kg, T-N 총유출 159.06kg, 직접유출 93.76kg, 기저유출 65.30kg, T-P 총유출 1.57kg, 직접유출 0.79kg, 기저유출 0.78kg, SS 총유출 141.82kg, 직접유출 114.21kg, 기저유출 27.61kg로 산정되었다. 비점오염원 부하량의 기여율 범위(평균)는 BOD 24.
29% 크게 산정되었다. 이와 같이 신 원단위 부하량이 대표 EMC 부하량과 관측부하량에 유사한 값을 나타내고 있으며 구 원단위 부하량 보다 더 적합한 것으로 분석되었다.
29% 크게 산정되었다. 이와 같이 신 원단위 부하량이 대표 EMC 부하량과 관측부하량에 유사한 값을 나타내고 있으며 부하량 산정시 더 적합한 것으로 분석되었다.
종합적인 하천관리를 위해서는 오염부하량을 정량적으로 산정하는 것이 필수적이다. 이를 위해 우리나라는 광범위 또는 미계측 지역의 비점오염원을 정량화하기 위한 물관리 정책의 도구로써 원단위를 1980년대부터 활용하고 있다.
총 유출량 중 직접유출 성분비는 20.13∼21.09%(평균 20.23%)로 산정되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
종합적인 하천관리를 위해 필요한 것은 무엇인가?
종합적인 하천관리를 위해서는 오염부하량을 정량적으로 산정하는 것이 필수적이다. 이를 위해 우리나라는 광범위 또는 미계측 지역의 비점오염원을 정량화하기 위한 물관리 정책의 도구로써 원단위를 1980년대부터 활용하고 있다.
비점오염원의 발생오염 정량화가 어려운 이유는 무엇인가?
하천유역의 수질개선을 위한 정부의 수질오염관리 정책은 점오염원 위주의 관리에서 비점오염원을 통합한 종합적인 관리 정책으로 변화되고 있다. 비점오염원은 토지이용특성, 강우사상, 지역별 오수·우수 관리시스템 등 다양한 요인에 따라 발생정도가 다르므로 시간적·공간적 특성에 따른 발생오염에 대한 정량화가 매우 어렵다(Ahn et al., 2013).
국내에서 오염부하량을 정량적으로 산정하기 위해 사용하는 것은 무엇인가?
종합적인 하천관리를 위해서는 오염부하량을 정량적으로 산정하는 것이 필수적이다. 이를 위해 우리나라는 광범위 또는 미계측 지역의 비점오염원을 정량화하기 위한 물관리 정책의 도구로써 원단위를 1980년대부터 활용하고 있다. 1995년 전국을 4대강 수역으로 구분하고 대지, 논, 밭, 임야 등 5개 토지이용별 비점오염원 유출량을 실측 조사한 자료가 현재 사용 중인 비점오염원 원단위의 근거가 되고 있다.
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