본 연구는 생태계 모델을 이용하여 부산연안으로 유입되는 부하량 삭감에 따른 해역의 수질개선 정도를 예측하였다. 모델링 결과에 의하면 COD, T-N, T-P 모두 수영만 연안과 낙동강 하구에서 뚜렷한 개선을 나타냈으며, 수영만을 제외한 만 중부에서 만 동쪽까지는 수질개선이 거의 나타나지 않았다. 이는, 부산연안이 남해에 위치한 다른 해역에 비해 개방형경계를 가지고 있어서, 물질교환이 빠르기 때문으로 판단된다. 수질개선을 위한 본 해역의 삭감 COD 부하량은 타 해역에 비해 적었고, 총 유입부하량에 대한 삭감비율 또한 작게 나타났다. 본 연구에 적용한 부하삭감량을 적용하면 수영만, 낙동강 하구부근에서 뚜렷한 수질개선효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 생태계 모델을 이용하여 부산연안으로 유입되는 부하량 삭감에 따른 해역의 수질개선 정도를 예측하였다. 모델링 결과에 의하면 COD, T-N, T-P 모두 수영만 연안과 낙동강 하구에서 뚜렷한 개선을 나타냈으며, 수영만을 제외한 만 중부에서 만 동쪽까지는 수질개선이 거의 나타나지 않았다. 이는, 부산연안이 남해에 위치한 다른 해역에 비해 개방형경계를 가지고 있어서, 물질교환이 빠르기 때문으로 판단된다. 수질개선을 위한 본 해역의 삭감 COD 부하량은 타 해역에 비해 적었고, 총 유입부하량에 대한 삭감비율 또한 작게 나타났다. 본 연구에 적용한 부하삭감량을 적용하면 수영만, 낙동강 하구부근에서 뚜렷한 수질개선효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
Water quality improvement was predicted by using ecological modelling with reference to reduced load pollutants in the Busan coastal area. The results showed appreciable improvement in water quality at Suyeong Bay and Nakdong Estuary but little improvement in water quality from the central to easter...
Water quality improvement was predicted by using ecological modelling with reference to reduced load pollutants in the Busan coastal area. The results showed appreciable improvement in water quality at Suyeong Bay and Nakdong Estuary but little improvement in water quality from the central to eastern regions, except in Suyeong Bay by COD concentration. There were also similar results for T-N and T-P, because the Busan coastal area has a more open boundary than the other bays in the South Sea of Korea, resulting in a fast flow rate. The reducted COD load was less than that found in other coastal areas. Also, the reduction rate of the total load was less than that of other coastal areas in terms of water quality improvement. Applying the reduction load estimated in this study, it should be possible to improve the water quality of Suyeong Bay and Nakdong Estuary.
Water quality improvement was predicted by using ecological modelling with reference to reduced load pollutants in the Busan coastal area. The results showed appreciable improvement in water quality at Suyeong Bay and Nakdong Estuary but little improvement in water quality from the central to eastern regions, except in Suyeong Bay by COD concentration. There were also similar results for T-N and T-P, because the Busan coastal area has a more open boundary than the other bays in the South Sea of Korea, resulting in a fast flow rate. The reducted COD load was less than that found in other coastal areas. Also, the reduction rate of the total load was less than that of other coastal areas in terms of water quality improvement. Applying the reduction load estimated in this study, it should be possible to improve the water quality of Suyeong Bay and Nakdong Estuary.
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문제 정의
검증된 수질 결과를 바탕으로 본 모델에 2020년 예측 부하량을 적용하고, 부하량 삭감시의 부산 연안의 수질 개선을 예측하였다.
2011년 검증자료로 검증된 생태계 모델을 바탕으로 2020년 부산 연안의 수질 개선을 예측하였다. 그 후 2020년 예측부하량을 반영하여 부산 연안의 수질을 예측하고, 부하량을 삭감했을 때 부산 연안의 수질 개선을 알아보는 것이 목적이다. 대상 수질 항목으로는 유기오염물질인 COD와 영양염인 T-N과 T-P를 대상으로 하였다.
또한, 부산 연안에 관련된 모델 연구와 해역 수질 관리 정책 제안을 위한 연구는 드물다. 따라서, 본 연구는 생태계 모델을 이용하여 부산 연안으로 유입되는 부하량을 삭감,이에 따른 해역의 수질 개선을 예측하는 것이 목적이다.
본 연구에서는 생태계 모델을 이용하여 2011년 부산연안 수질을 재현하고, 이를 토대로 2020년 수질 예측 및 부하량 삭감에 따른 2020년 수질개선을 예측하고자 하였다.
제안 방법
2011년 검증자료로 검증된 생태계 모델을 바탕으로 2020년 부산 연안의 수질 개선을 예측하였다. 그 후 2020년 예측부하량을 반영하여 부산 연안의 수질을 예측하고, 부하량을 삭감했을 때 부산 연안의 수질 개선을 알아보는 것이 목적이다.
생태계 모델링을 이용하여 부산 연안의 2020년 수질 개선 을 예측하였다. 방법으로는 2011년의 수질재현을 통해 모델을 검증하고, 2020년 해역 수질 예측 및 유입부하량 삭감에 따른 2020년 수질 개선을 예측하였다. 부하량 삭감 후의 예측 결과 상대적으로 수영만과 낙동강하구에서 COD 수질 개선이 뚜렷하게 나타났다.
본 연구에서 COD 유입 부하량은 20,119 kg/day이며, 부하 삭감량은 4,099 kg/day이다(Table 6). 본 연구와 유사하게 부하량을 삭감하고 COD 수질 변화를 예측한 문헌과 비교를 해보면 다음과 같다.
(2016)에 의한 연구사례도 있다. 본 연구에서는 EM3의 구성요소중 6개의 수층 유기태 요소, 4개의 수층 무기태 요소, 5개의 저질 요소 및 2개의 수질 요소를 고려하였다(Fig. 1, Table 1). 생태계 모델의 격자는 가덕도 동안으로부터 기장 연안 사이의 해 역을 대상으로 하였으며, 수심은 해도를 이용하여 산정하였다.
생태계 모델링을 이용하여 부산 연안의 2020년 수질 개선 을 예측하였다. 방법으로는 2011년의 수질재현을 통해 모델을 검증하고, 2020년 해역 수질 예측 및 유입부하량 삭감에 따른 2020년 수질 개선을 예측하였다.
격자 구성은 동서 및 남북 방향으로 각각 500 m, 수직방향으로는 5개의 Sigma 격자로 구성하였다. 생태계 모델의 계 산간격은 400 sec로 하였다(Table 2) 유동장은 MOF(2012a)와 MOF(2014)에서 수행되었던 해수 유동 모델결과를 활용하였다.
대상 데이터
생태계 모델의 격자는 가덕도 동안으로부터 기장 연안 사이의 해 역을 대상으로 하였으며, 수심은 해도를 이용하여 산정하였다. 격자 구성은 동서 및 남북 방향으로 각각 500 m, 수직방향으로는 5개의 Sigma 격자로 구성하였다. 생태계 모델의 계 산간격은 400 sec로 하였다(Table 2) 유동장은 MOF(2012a)와 MOF(2014)에서 수행되었던 해수 유동 모델결과를 활용하였다.
그 후 2020년 예측부하량을 반영하여 부산 연안의 수질을 예측하고, 부하량을 삭감했을 때 부산 연안의 수질 개선을 알아보는 것이 목적이다. 대상 수질 항목으로는 유기오염물질인 COD와 영양염인 T-N과 T-P를 대상으로 하였다.
모델 검증정점은 Fig. 2에 나타낸 20개 정점을 대상으로 하였다. 검증은 관측치 표층값과 계산치의 상관성 분석 결과로, 화학적산소요구량(COD)는 0.
1, Table 1). 생태계 모델의 격자는 가덕도 동안으로부터 기장 연안 사이의 해 역을 대상으로 하였으며, 수심은 해도를 이용하여 산정하였다. 격자 구성은 동서 및 남북 방향으로 각각 500 m, 수직방향으로는 5개의 Sigma 격자로 구성하였다.
생태계 모델의 입력자료는 MOF(2012a) 자료를 사용하였다. 입력값은 2011년 8월부터 2012년 5월까지 분기별로 4회 관측된 자료를 바탕으로 산정하였으며, 경계값은 Neumann boundary condition 방식을 사용하였다(Table 3, Table 4).
이론/모형
삭감량은 수영만, 낙동강, 부산항, 동부산 순으로 나타났다(Table 5). 본 모델에 사용한 생물학적 계수 (parameter)는 국내 모델 연구 및 문헌에서 사용된 자료를 검토한 후 입력하였다(MOF, 2012a; MOF, 2012b; MOF, 2012c; MOF, 2014; Park et al., 2010).
본 연구에서 사용한 생태계 모델은 EM3(Ecological Model for Marine water quality Management)이다. EM3는 2008년 마산만 특별관리해역의 제1차 연안 오염총량관리제 도입 및 시행을 위해 구성되었다.
생태계 모델의 입력자료는 MOF(2012a) 자료를 사용하였다. 입력값은 2011년 8월부터 2012년 5월까지 분기별로 4회 관측된 자료를 바탕으로 산정하였으며, 경계값은 Neumann boundary condition 방식을 사용하였다(Table 3, Table 4).
성능/효과
2에 나타낸 20개 정점을 대상으로 하였다. 검증은 관측치 표층값과 계산치의 상관성 분석 결과로, 화학적산소요구량(COD)는 0.6440, 용존무기인(DIP)는 0.8620, 용존무기질소(DIN)은 0.7978으로 나타나 비교적 재현이 잘된 것으로 판단된다(Fig. 3 ~ Fig. 5).
이는 부산 연안이 남해에 위치한 다른 해역에 비해 개방형 경계를 가지고 있어서, 물질교환이 빠르기 때문으로 판단된다. 따라서, 부산 연안에서는 상대적으로 부 하량을 적게 삭감하여도 수질 개선 효과가 나타났다.
이와 비교했을 때, 부산 연안의 COD 부하 삭감량은 다른 해역에 비해 가장 적게 나타났다. 또한 COD 부하 삭감 비율은 부산 연안 16.92 %, 시화호 75.00 %, 진해만 29.99 %, 마산만 89.88 %로 부산 연안이 가장 작게 나타났다. COD 수질 또한 수영만 연안의 특정 부분을 제외하면, COD 농도가 2 mg/L 이하로 부산 연안이 가장 낮은 농도를 나타낸 것으로 판단된다(Table 6).
COD 삭감 결과를 유사한 다른 문헌과 비교해보면 다음과 같다. 부산 연안은 해역으로 유입되는 COD 부하의 삭감량과, 총유입부하량 대비 삭감 비율이 16.92%로 상대적으로 다른 해역에 비해 작았지만, 해역의 전반적인 수질이 다른 해역에 비해 수질이 양호하게 나타났다. 이는 부산 연안이 다른 만에 비해 개방형 경계이며 물질교환이 빠르기 때문으로 판단된다.
방법으로는 2011년의 수질재현을 통해 모델을 검증하고, 2020년 해역 수질 예측 및 유입부하량 삭감에 따른 2020년 수질 개선을 예측하였다. 부하량 삭감 후의 예측 결과 상대적으로 수영만과 낙동강하구에서 COD 수질 개선이 뚜렷하게 나타났다. 수영만을 제외한 만 중부에서만 동쪽 해역까지는 수질 개선이 거의 나타나지 않았다.
본 연구에 적용한 부하삭감량을 부산 연안에 적용한다면 부산 연안 해역의 수질이 개선될 것으로 판단된다. 수영 만연 안과 낙동강하구 부근에서 뚜렷한 수질 개선을 나타냈으며, 부산 연안 대부분 해역에서 양호한 수질을 달성 할 수 있을 것으로 판단된다.
T-P는 수영만, 낙동강 순으로 나타났다. 유기오염물질은 수영만보다 낙동강이 높게 나타났고, 영양염은 수영만이 낙동강보다 높게 나타난 것을 볼 수 있다. 수영만과 낙동강을 제외한 동부산과 부산항은 상대적으로 낮은 부하량을 나타내었다.
후속연구
본 연구에 적용한 부하삭감량을 부산 연안에 적용한다면 부산 연안 해역의 수질이 개선될 것으로 판단된다. 수영 만연 안과 낙동강하구 부근에서 뚜렷한 수질 개선을 나타냈으며, 부산 연안 대부분 해역에서 양호한 수질을 달성 할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에 적용한 부하삭감량을 부산 연안에 적용할 경우, 부산 연안 해역에서 수질 개선 효과를 나타낼 것으로 판단된다. 추가적으로 오염이 가장 우려되는 하계에 수영만에 위치한 해수욕장으로 수백만 이상의 피서객이 방문하고 있다.
본 연구에서 수질농도가 가장 높게 나타난 수영만 해역에 대해 추후 세부적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
2011년 기준 수영만 연안의 COD농도는 어떠한가?
그중 수영만은 대한민국의 대표적 관광지인 해수욕장이 위치하고 있어 청정해역을 필요로 한다. 하지만, 2011년 기준 수영만 연안의 COD 농도는 목표 수질인 1 mg/L를 초과하고 있다(MOF, 2012a). 또한, 광안리 및 해운대 해수욕장 인근에서 생산된 수산물은 식중독과 비브리오 패혈증의 위험이 있다(Kim et al.
생태계 모델을 이용하여 부산연안으로 유입되는 부하량 삭감의 모델링 결과는 어떻게 되는가?
본 연구는 생태계 모델을 이용하여 부산연안으로 유입되는 부하량 삭감에 따른 해역의 수질개선 정도를 예측하였다. 모델링 결과에 의하면 COD, T-N, T-P 모두 수영만 연안과 낙동강 하구에서 뚜렷한 개선을 나타냈으며, 수영만을 제외한 만 중부에서 만 동쪽까지는 수질개선이 거의 나타나지 않았다. 이는, 부산연안이 남해에 위치한 다른 해역에 비해 개방형경계를 가지고 있어서, 물질교환이 빠르기 때문으로 판단된다.
현재 부산 연안은 어떤 해역인가?
현재 부산 연안은 어항·상업지역·친수공간 등의 다양한 기능을 제공하고 있으나, 하천 및 하수처리장을 통해 생활하수 및 산업폐수가 만 내로 유입되고 있어 해역의 오염이 우려되는 해역이다(Baek, 2012). 그중 수영만은 대한민국의 대표적 관광지인 해수욕장이 위치하고 있어 청정해역을 필요로 한다.
참고문헌 (17)
Baek, K. H.(2012), Environmental issues in Busan and integrated management plan. BDI Policy Focus, 165, pp. 1-12.
Cho, E. I., S. M. Lee and C. K. Park(1995), The Characteristics and thr Effents of Pollutant Loadings from Nonpoint Sources on Water Quality in Suyeong Bay, Journal of Korean Fish, Soc, Vol. 28, No. 3, pp. 279-293.
Gaddis, E. J. and A. Voinov(2010), Spatially explicit modeling of land use specific phosphorus transport pathways to improve TMDL load estimates and implementation planning, Water resources management, Vol. 24, No. 8, pp. 1621-1644.
Hong, S. J., W. C. Lee, R. H. Jung, H. T. Oh, J. H. Jang, J. H. Goo and D. M. Kim(2007), Ecosystem Modeling for Improvement Summer Water Quality of Jinhae Bay in 2003, Journal of the Korean Society of Marine Environmental & Safety, Vol. 13, No. 2, pp. 103-110.
Jung, W. S., S. J. Hong, W. C. Lee, H. C. Kim, J. H. Kim and D. M. Kim(2016), Modeling for Pollution Contribution Rate of Land Based Load in Masan Bay, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 22, No. 1, pp. 59-66.
Kim, H. C., W. J. Choi, W. C. Lee, J. H. Koo, P. Y. Lee, S. E. Park, S. J, Hong and J. H. Jang(2007a), Estimation Carrying Capacity of Lake Shihwa for water Quality Management, Journal of the Environmental Sciences, Vol. 16, No. 5, pp. 571-581.
Kim, Y. M., M. W. Kim, E. G. Oh and E. S. Kwon(2007b), Distribution of Hemolytic Vibrio sp. in Sea Water of the Beaches of Busan During Mid-summer, Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, Vol. 40, No. 5, pp. 293-299.
Lee, E. J and J. G. Kwon(1995), Development of a Numerical Simulation Model in thr Behavior of Pollutant in Suyeong Bay, Journal of KSEE, Vol. 17, No. 8, pp. 723-733.
MOF(2012a), Ministry of Oceans and Fisheries, Survey report for introduction feasibility of Total Pollution Load Management (TPML) of Busan coastal.
MOF(2012b), Ministry of Oceans and Fisheries, Introduction and implementation of Total Pollution Load Management (TPLM) and management of land-based pollution source (II), pp. 713-723.
MOF(2012c), Ministry of Oceans and Fisheries, Introduction and implementation of Total Pollution Load Management (TPLM) and management of land-based pollution source (III), pp. 168-170.
MOF(2014), Ministry of Oceans and Fisheries, Study for introduction of Total Pollution Load Management (TPML) of Busan coastal, a special management area.
Oh, H. T., J. H. Goo, S. E. Park, Y. S. Choi, R. H. Jung, W. J. Choi, W. C. Lee and J. S. Park(2005), Analysis of Water Quality caused by Improvement of Sewage Treatment Plant in Masan Bay, Journal of the Environmental Sciences, Vol. 14, No. 8, pp. 777-783.
Park, H. S., E. I. Cho and C. K. Park(1999), Cost Analysis of Ocean Outfall and Tertiary Treatment Processes in Suyong Sewege Treatment Plant, Journal of the Korean Environmental Sciences Society, Vol. 8, No. 1, pp. 115-123.
Park, S. E., S. J. Hong, W. C. Lee, R. H. Jung, Y. S. Cho, H. C. Kim and D. M. Kim(2010), Summer Water Quality Management by Ecological Modelling in Ulsan Bay, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 16, No. 1, pp. 1-9.
Susilowati, Y., T. R, Mengko, J. Rais and B. E. Leksono (2004), Water quality modeling for environmental information system. In Circuits and Systems, 2004. Proceedings, The 2004 IEEE Asia-Pacific Conference on, Vol. 2, pp. 929-932.
Zhao, L., X. Y. Liu, B. He, X. Zhu, R. Zou and Y. Zhu(2012), Three-dimensional hydrodynamic and water quality model for TMDL development of Lake Fuxian, China. Journal of Environmental Sciences, Vol. 24, No. 8, pp. 1355-1369.
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