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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 2008년부터 2012년까지 5년간 조사된 논에서의 강우시와 비강우시의 유출량 및 BOD 농도자료를 활용하여 강우시와 비강우시 (관리손실 포함) BOD 유출 특성을 분석하고 논 비점오염 관리에 필요한 기초자료를 제공하기 위해 수행되었다.
제안 방법
- 2 mm 간격으로 자료를 취득하였다. 관개량은 유입부와 유출부에 압력식 수위계(Orphimedes, OTT Hydromet, Germany)를 설치하였으며, 유출량은 배수로 말단에 압력식수위계(Orphimedes, OTT Hydromet, Germany)를 설치하여 5분 간격 수위를 관측하였다(Fig. 1). 관측된 수위는 수위-유량 관계식을 이용하여 유량으로 환산하였다.
- 관측된 일 유출량을 강우계급(0 ~ 10 mm, 10 ~ 20 mm, 20 ~ 30 mm, 30 ~ 40 mm, 40 ~ 50 mm, 50 mm 이상)으로구분하여 강우계급별 유출 특성을 분석하였다. 분석결과 50 mm 이상의 강우계급에서 유출되는 양은 전체 유출량의 52 %가 유출되는 것으로 나타났으며, 그 다음으로 10 mm 이하 강우계급에서 26 %가 유출되는 것으로 나타났다(Fig 6a).
- 국내에서는 하천의 수질관리를 위해서 수질오염총량제를 적용하고 있으며, BOD를 관리대상 물질로 설정하고 있다. 본 연구에서는 2008년부터 2012년까지 논에서 조사된 수문, 수질 자료를 활용하여 논에서의 BOD 유출 특성을 분석하였다. 조사지역 논에서 영농기간 동안에 관측된 BOD의 평균 부하량은 28.
- 본 연구에서는 2008년부터 2012년까지 영농기간동안 관측된 BOD 부하량과 1995년 환경부 원단위(MOE, 1995) 값과 비교하였다.
- 본 연구에서는 강우시와 비강우시로 구분하여 배수로 말단에서 수문 및 수질 모니터링을 하였으며, 모니터링 기간은 2008년부터 2012년이다. 학야지구의 물수지 분석을 위해 강수량과 관개량, 유출량을 관측하였다.
- , 2016). 본 연구에서는 물꼬조절을 통한 유출량과 부하량 저감량을 실측하지 않았기 때문에 관측된 강우량을 10 mm 간격으로 구분하고, 물꼬를 관리할 경우 해당 강우량에 대한 저감 할 수 있는 최대 유출량과 부하량을 분석하였다. 분석결과 물관리를 통해 10 mm 이하의 강우량을 논에 저류시킬 경우 강우시 전체 부하량의 29 % 저감이 가능한 것으로 나타났다.
- 수질시료는 배수로 말단에서 강우시 53회, 비강우시 28회 채취하였으며, 환경부의 수질오염공정시험법에 따라 20 °C에서 5일간항온 배양하여 소비되는 양을 측정하여 BOD 농도를 취득하였다(MOE, 2004).
- 측정한 수문 및 수질 자료를 활용하여 부하량을 산정하였으며, 미계측 날짜의 농도는 관측값을 이용하여 각 계측점 사이의 농도를 선형 보간하였다. 일 부하량(Daily load)은 유량과 농도의 곱으로 산정하였고, 일 부하량을 면적으로 나누어 단위면적당 일 부하량으로 계산한 후 각각의 값들을 더하여 연간 부하량을 산정하였다(Equation 2).
- 측정한 수문 및 수질 자료를 활용하여 부하량을 산정하였으며, 미계측 날짜의 농도는 관측값을 이용하여 각 계측점 사이의 농도를 선형 보간하였다. 일 부하량(Daily load)은 유량과 농도의 곱으로 산정하였고, 일 부하량을 면적으로 나누어 단위면적당 일 부하량으로 계산한 후 각각의 값들을 더하여 연간 부하량을 산정하였다(Equation 2).
- 본 연구에서는 강우시와 비강우시로 구분하여 배수로 말단에서 수문 및 수질 모니터링을 하였으며, 모니터링 기간은 2008년부터 2012년이다. 학야지구의 물수지 분석을 위해 강수량과 관개량, 유출량을 관측하였다. 강우량은 인근마을회관 옥상에 강수량계(TBRG, CASELLA, UK)를 설치하여 0.
대상 데이터
- 학야지구의 물수지 분석을 위해 강수량과 관개량, 유출량을 관측하였다. 강우량은 인근마을회관 옥상에 강수량계(TBRG, CASELLA, UK)를 설치하여 0.2 mm 간격으로 자료를 취득하였다. 관개량은 유입부와 유출부에 압력식 수위계(Orphimedes, OTT Hydromet, Germany)를 설치하였으며, 유출량은 배수로 말단에 압력식수위계(Orphimedes, OTT Hydromet, Germany)를 설치하여 5분 간격 수위를 관측하였다(Fig.
- 영산강 수계에 위치한 전라남도 함평군 엄다면 화양리의 논지구(이하 학야지구, 유역면적 13.69 ha)를 시험지구로 선정하였다(Fig. 1). 학야지구의 토성은 미사질양토(모래 11.
데이터처리
- 학야지구에서 관측된 배수량과 부하량 그리고 강우량과부하량 사이의 상관관계를 알아보기 위해 PASW Statistics 18, 통계프로그램을 활용하여 분석하였다. 상관계수는 -1에서 1까지의 값을 취하는데 절대값이 1에 가까울수록 상관성이 강하다는 것을 의미한다.
이론/모형
- 강우시 유출시작부터 24시간동안 1시간 간격, 24시간 이후 6시간 간격으로 채취된 BOD 농도와 관측된 유출량을 이용하여 해당 강우사상의 대표 농도(EMC)를 산정하기 위해 Equation (1)을 활용하였다(NIER, 2009). 유량가중평균농도(EMC)는 토지이용의 특성, 강우 특성(강우량, 강우강도)에 따라 발생하는 유출 특성(유출시기, 유출량)이 다르게 발생하며, 이에 따른 농도변화가 다르게 나타나기 때문에 강우사상의 대표 농도를 산정하는 방법이다.
- 1). 관측된 수위는 수위-유량 관계식을 이용하여 유량으로 환산하였다. 수질시료는 배수로 말단에서 강우시 53회, 비강우시 28회 채취하였으며, 환경부의 수질오염공정시험법에 따라 20 °C에서 5일간항온 배양하여 소비되는 양을 측정하여 BOD 농도를 취득하였다(MOE, 2004).
성능/효과
- 2008년부터 2012년까지 학야지구에서 관측된 영농기간물수지는 강우량 678.0 ~ 1,160.0 mm (평균: 891.6 mm), 관개량 599.9 ~ 1,091.6 mm (평균: 806.6 mm), 유출량 503.7 ~ 837.0 mm (평균 : 704.2 mm) 였다 (Fig. 2) 관측년도별 월별 강우분포를 살펴보면, 2009년 ~ 2012년의 강우량은 7월과 8월에 65 % 이상이 집중되는 것으로 나타났으며, 같은 기간 동안의 유출량 역시 총 유출량의 54 % 이상 이었다(Fig. 2). 강우시와 비강우시 유출특성을 살펴보면 강우량이 많은 시기에 직접유출량이 증가하는 경향을 보였다.
- 2 kg ha-1 yr-1 였다. BOD 부하량은 강우시 뿐만 아니라 비강우시에 유출되는 부하량도 적지 않은 양으로 나타났다. 본 연구에서 조사된 강우시 논 BOD 부하량은 새롭게 제시된 원단위와 비슷하였지만, 새 원단위는 강우시 직접유출 부하량만을 고려하고 있으며, 비강우시 물관리 관행에 따른 부하량을 포함할 경우 실제 부하량과는 상당한 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 4와 5은 각각 강수량-EMC, 배수량-EMC, 강우량-부하량 그리고 배수량-부하량의 상관관계를 도시화한 것이다. 강우량과 EMC의 상관계수는 0.04이고 배수량과 EMC 사이의 상관계수는 0.02로 강우량과 배수량은 EMC와는 상관성이 없는 것으로 나타났다. 그러나 강우량과 부하량 사이의 상관계수는 0.
- 1 kg ha-1yr-1였다(Table 2). 강우시 부하량은 전체 BOD 부하량의 57.3 ~ 63.0 %가 유출이 되며, 비강우시에 37.0 ~ 42.7 %가 유출되는 것으로 나타났다 (Table 2).
- , 2011) 대부분 필지의 배수 관리 미비로 발생한다. 논에서 비강우시에 유출되는 오염물질의 비율을 살펴보면 SS 부하량은 15 ~ 49 %(Lee et al., 2011), T-N과 T-P의 경우 46.2 %, 19.5 %가 유출되는 것으로 나타나(Hwang, 2001) 논의 오염부하 산정 및 관리 시 비강우시 부하량의 고려가 필요하다. 하지만 비강우시 배수 관리 미비에 따른 BOD 부하량에 대한 조사한 사례는 찾아보기 어렵다.
- (2016)은 물꼬높이를 중간낙수 전 7 cm, 중간낙수 후 12 cm로 관리할 경우 관행적으로 물관리가 이루어지는 경우보다 유출량은 15 %, T-N 부하량은 25 %, T-P 부하량은 26 %가 저감된다고 하였다. 따라서, 물꼬관리에 의한 T-N, T-P 부하량과 BOD 부하량의 저감은 건전한 농업환경 보전에 도움이 될 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 조사된 강우시 논 BOD 부하량은 새롭게 제시된 원단위와 비슷하였지만, 새 원단위는 강우시 직접유출 부하량만을 고려하고 있으며, 비강우시 물관리 관행에 따른 부하량을 포함할 경우 실제 부하량과는 상당한 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한, 관측된 일 유출량과 부하량을 강우계급으로 구분한 결과 50 mm 이상의 강우계급에서 유출량과 부하량 모두 가장 크게 나타났으며, 그 다음으로 10 mm 이하의 강우계급에서 크게 나타났다. 상대적으로 관리가 용이한 10 mm 이하의 강우계급에서 물꼬관리 등을 통해 강우시 유출되는 양을 저류할 경우 강우시 BOD 부하량의 29 %까지 저감될 수 있는 것으로 나타났다.
- BOD 부하량은 강우시 뿐만 아니라 비강우시에 유출되는 부하량도 적지 않은 양으로 나타났다. 본 연구에서 조사된 강우시 논 BOD 부하량은 새롭게 제시된 원단위와 비슷하였지만, 새 원단위는 강우시 직접유출 부하량만을 고려하고 있으며, 비강우시 물관리 관행에 따른 부하량을 포함할 경우 실제 부하량과는 상당한 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한, 관측된 일 유출량과 부하량을 강우계급으로 구분한 결과 50 mm 이상의 강우계급에서 유출량과 부하량 모두 가장 크게 나타났으며, 그 다음으로 10 mm 이하의 강우계급에서 크게 나타났다.
- 본 연구에서는 2008년부터 2012년까지 영농기간동안 관측된 BOD 부하량과 1995년 환경부 원단위(MOE, 1995) 값과 비교하였다. 본 연구에서 조사된 평균 부하량은 28.3 kg ha-1 yr-1이었으며 이 중강우시 부하량은 17.1 kg ha-1 yr-1 분석 되었다. 현재 적용되고 있는 MOE의 원단위(1995) 8.
- 관측된 일 유출량을 강우계급(0 ~ 10 mm, 10 ~ 20 mm, 20 ~ 30 mm, 30 ~ 40 mm, 40 ~ 50 mm, 50 mm 이상)으로구분하여 강우계급별 유출 특성을 분석하였다. 분석결과 50 mm 이상의 강우계급에서 유출되는 양은 전체 유출량의 52 %가 유출되는 것으로 나타났으며, 그 다음으로 10 mm 이하 강우계급에서 26 %가 유출되는 것으로 나타났다(Fig 6a). 유출되는 강우계급별 BOD 부하량 역시 유출량과 비슷하였다(10 mm 이하: 29 %, 50 mm 이상: 50 %).
- 본 연구에서는 물꼬조절을 통한 유출량과 부하량 저감량을 실측하지 않았기 때문에 관측된 강우량을 10 mm 간격으로 구분하고, 물꼬를 관리할 경우 해당 강우량에 대한 저감 할 수 있는 최대 유출량과 부하량을 분석하였다. 분석결과 물관리를 통해 10 mm 이하의 강우량을 논에 저류시킬 경우 강우시 전체 부하량의 29 % 저감이 가능한 것으로 나타났다. 기존의 물꼬관리를 통한 T-N과 T-P 부하량의 저감량을 분석한 연구사례를 살펴보면, Kim et al.
- 또한, 관측된 일 유출량과 부하량을 강우계급으로 구분한 결과 50 mm 이상의 강우계급에서 유출량과 부하량 모두 가장 크게 나타났으며, 그 다음으로 10 mm 이하의 강우계급에서 크게 나타났다. 상대적으로 관리가 용이한 10 mm 이하의 강우계급에서 물꼬관리 등을 통해 강우시 유출되는 양을 저류할 경우 강우시 BOD 부하량의 29 %까지 저감될 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 논에서 비강우시와 작은 강우에서 관리 손실로 하천으로 유입되는 부하량의 저감을 위한 노력이 요구된다.
- 2 %까지 증가할 것으로 예측이되었다. 특히, 다양한 오염원(생활계, 산업계, 토지계, 축산계, 양식계) 중 토지계(도시, 논, 밭, 산림, 기타)의 기여도가 63.5 %로 가장 큰 것으로 나타났다.
후속연구
- 본 연구의 시험지구는 화학비료 시용 논으로 퇴비와 액비 투입에 의한 유기물의 영향보다는 영농 전, 후 토양으로 환원되는 볏짚과 뿌리 등 잔사의 영향이 클것으로 판단된다. 따라서, 논에서의 BOD 농도 변화를 세밀히 살펴보기 위해서는 영농의 형태 및 방법, 환원되는 잔사의 성분과 양, 토양 유기물의 변화를 고찰하기 위한 추가적인 연구가 필요하다.
- 5 kg ha-1 yr-1이며, 새롭게 제시된 NIER 원단위(2014) 역시 강우시 유출되는 부하량만 고려하고 있다. 따라서, 본 연구는 논의 오염부하량 정량화를 위해서는 강우시 부하량과 더불어 비강우시의 물관리에 따른 유출 부하량도 고려해야 함을 제시하고 있다.
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