[논문]인공 저류지를 이용한 축산 지역 비점오염물질 유출 저감 효율 분석

어성욱

doi:10.17663/jwr.2018.20.4.417

인공 저류지를 이용한 축산 지역 비점오염물질 유출 저감 효율 분석
Analysis on the Runoff Reduction Efficiency of Non Point Pollutants in Animal Feeding Area Using Artificial Reservoir 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.20 no.4, 2018년, pp.417 - 423

초록
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축산 지역 하류에 위치한 농업용 저수지의 강우시 유입, 유출수 분석을 통해 축산지역의 강우 유출 특성과 저류지에 의한 축산계 비점 오염물질의 저류형 시설에 의한 유출 저감 효율을 분석하였다. 급경사지에 위치한 한우 축산 지역의 비점 오염물질 유출은 주로 초기세척현상에 의해 발생됨을 알 수 있었으며 강우시의 유입수 농도는 비강우시에 비해 SS농도가 가장 높게 발생하고 있으며 T-P도 4배 이상 증가하는 양상을 보인다. 반면 총질소는 평균 30% 증가하는 것으로 나타나는데 질소항목으로 보면 질산성 질소는 거의 변화가 없는 반면에 암모니아성 질소가 2배 이상 증가하고 있다. 저류형 비점 제거시설 효율 분석 결과 비강우시 총인 제거효율이 53%로 가장 높고 부유물질은 37% 제거되고 있다. 유기물질은 10% 내외, 총질소는 5% 이내로 제거되며 부영양화로 녹조가 번성하는 하절기에는 오히려 유출수의 질소농도가 더 높아지는 경우도 빈번히 발생하고 있다. 강우시의 유입수 농도는 비강우시에 비해 SS농도가 가장 높게 발생하고 있으며 T-P도 4배 이상 증가하는 양상을 보인다. 강우시 부유물질의 제거효율은 60%로 나타나고 있으며 총인은 22% 제거되어 비강우시에 비해 제거효율은 감소하고 있다. 환경부의 비점제거시설 기준보다 9배 이상의 용량을 지니고 있지만 비점 전용 시설로 활용되지 못하는 탓에 장마철에 거의 만수 상태로 담수하여 비점제거 효율에 있어서는 충분한 효과를 보이지 못하고 있는 것으로 나타나 저수지의 용량 뿐 아니라 수문관리 등 유지관리도 비점 제거효율에 영향을 미치는 중요 인자로 분석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

It analyzed the efficiency of the runoff reduction of artificial reservoir by analyzing the influent and effluent of reservoir located downstream of the livestock area. Production of non point pollutants in livestock feeding areas, which is located at steep slope land, was mainly due to first flushes. Suspended Solid concentration of influent increased due to amount of rainfall, and T-P also increased over four times and 30 % of total nitrogen increased on average compared to those of dry season. While the concentration of nitrate nitrogen showed little variation, ammonia nitrogen increased over two times. The storage style nonpoint reduction facility showed the highest removal efficiency of 53 % for total phosphorus in dry weather, when the removal efficiency was 37 % for suspended solids, 10% for organic compounds, and 5 % for total nitrogen. Since algal bloom grows due to eutrophication in summer, the minus removal efficiencies of nitrogen concentration through the reservoir occurred with high frequency. Removal efficiency decreased during rainfall, showing 60 % for supended solids, and 22 % for total phosphorus. While having over nine times of capacity than the standard of non-point removal facility from Ministry of Environment, it was impounded with water during rainy season, showing not enough nonpoint removal efficiency, which indicates that maintenance is also an important factor to the nonpoint removal efficiency.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. The Characteristics of guil reservoir catchment and surveyed site description( S1, S2, S3 : Monitoring point for surface runoff, G1, G1 : Groundwater monitoring point and Wi, We : Baseflow monitoring points)
그림 Fig. 2. Monitoring facilities on each surveying sites
그림 Fig. 3. Influent flow rate and SS concentration in rainy days
그림 Fig. 4. Non point suspended solid depending on runoff flow rate
그림 Fig. 5. Polluto graph on a series rainfall event
그림 Fig. 6. Non point pollutant reduction efficiencies in artificial reservoir
그림 Fig. 7. Polluto graph on downstream water quality(Q<1.0 CMS)
그림 Fig. 8. Polluto graph on downstream water quality(Q>1.0 CMS)

AI 본문요약
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문제 정의

비점 저감 대상지역에 대한 장기 적인 오염 발생 특성 분석을 통해 이에 대응하는 오염물질 저감 시설을 확보하는 것이 우선적으로 검토되어야 할 사항이다. 본 연구는 구일 소류지의 농촌형 비점 저감 시설로서의 효율 분석을 위해 지역의 비점 발생현황을 조사하였으며, 강우시와 비강우시의 소류지 유입, 유출수와 하류 하천의 수질 분석을 통해 저류형 비점 저감 시설의 설계, 운영 자료의 제공을 위해 수행되었다.

제안 방법

강우시의 유출 조사가 자동 채수기에 의해 수행 되어진 반면 비강우시에는 동일한 지점에서 수동으로 채수를 하였으며 채수 시기는 선행강우 일수가 7일 이상 유지되는 경우에 월별로 진행하였다.
강우 유출수 조사를 위한 유량측정은 연속조사에 의한 부하량 변화를 측정하기 위하여 동일한 지점에서 수행하였다. 조사 시기는 2017년 5월부터 2018년 9월까지 17개월간 연속적으로 진행되었으며, 표면유출 조사를 위해 강우 유출수가 도로변에 설치된 중력식 관로에 의해 유하되므로 관거 내에 자동 시료채취기 및 유량 측정 장비(SIGMA 950)를 설치하여 시료 채취와 유량 측정을 수행하였다. 현장에서 수위변화에 의해 자동으로 동작되는 유량측정 장치와 일정 시간간격으로 시료를 채취하여 BOD₅ , COD_Mn , TOC, SS, T-N, NH₄-N, NO₃-N, T-P, PO₄-P 항목에 대한 분석을 실험실에서 수행하였다.
축산 지역 하류에 위치한 농업용 저수지의 강우시 유입, 유출수 분석을 통해 축산지역의 강우 유출 특성과 저류지에 의한 축산계 비점 오염물질의 저류형 시설에 의한 유출 저감 효율을 분석하였다.
조사 시기는 2017년 5월부터 2018년 9월까지 17개월간 연속적으로 진행되었으며, 표면유출 조사를 위해 강우 유출수가 도로변에 설치된 중력식 관로에 의해 유하되므로 관거 내에 자동 시료채취기 및 유량 측정 장비(SIGMA 950)를 설치하여 시료 채취와 유량 측정을 수행하였다. 현장에서 수위변화에 의해 자동으로 동작되는 유량측정 장치와 일정 시간간격으로 시료를 채취하여 BOD₅ , COD_Mn , TOC, SS, T-N, NH₄-N, NO₃-N, T-P, PO₄-P 항목에 대한 분석을 실험실에서 수행하였다. 모든 분석 방법은 수질오염공정시험법에 준하여 실시하였으며 유량과 시료 채취 간격은 국립환경과학원의 비점오염물질 분석 기준에 의거 수행하였다.

대상 데이터

조사대상 지역인 구일 소류지는 농업용수 공급을 위해 설치된 농업용 저수지로 대청호 수계의 소옥천의 지류인 구일천 상류에 위치하고 있다. 대상유역은 충북 옥천군 옥천읍 서대리, 구일리, 귀현리에 해당되는 지역이다. 소류지로 유입되는 유역 면적은 1.
조사 대상 기간인 2017년 5월부터 2018년 9월 까지 17개월간 1일 5mm 이상의 강수가 발생한 날은 총 70일 이었으며 기간 중 1일 최대 강수량은 2018년 8월에 발생한 108 mm/일 이었다. Fig.
4 cms 이상에서는 오히려 유량 증가시 부유물질 농도가 급격히 감소하는 현상을 보이고 있다. 조사 대상 지역은 한우사가 밀집된 전형적인 축산 지역이며 경사가 급한 산지에 위치하고 있어 초기 세척 현상이 명확하게 나타남을 알 수 있다. 우리나라의 축산계 비점 오염 산정식(NIER, 2010)은 축사 지역에서 점오염원만 발생하는 것으로 산정되고 있으며, 축분에 의한 비점 오염은 퇴, 액비 현태로 자원화 되어 농경지에서만 유출되는 것으로 산정되고 있다.
조사대상 지역인 구일 소류지는 농업용수 공급을 위해 설치된 농업용 저수지로 대청호 수계의 소옥천의 지류인 구일천 상류에 위치하고 있다. 대상유역은 충북 옥천군 옥천읍 서대리, 구일리, 귀현리에 해당되는 지역이다.

이론/모형

현장에서 수위변화에 의해 자동으로 동작되는 유량측정 장치와 일정 시간간격으로 시료를 채취하여 BOD₅ , COD_Mn , TOC, SS, T-N, NH₄-N, NO₃-N, T-P, PO₄-P 항목에 대한 분석을 실험실에서 수행하였다. 모든 분석 방법은 수질오염공정시험법에 준하여 실시하였으며 유량과 시료 채취 간격은 국립환경과학원의 비점오염물질 분석 기준에 의거 수행하였다. 농업비점 오염물질의 발생 특성과 소류지의 오염물질 제거효율 분석을 위하여 자동채수기는 소류지 입·출구에 각각 설치되어 운영되었다.

성능/효과

약 30 분간 발생한 총 7mm 가량의 강우에 의해 초기 세척이 발생하였으며 부유물질농도가 급격히 증가하였다. 강우 종료 후 유출량은 급격히 감소하였지만 유기물질과 부유물질의 농도는 서서히 감소하는 추세를 보였다. 그러나 12시간 경과 후 발생한 2차 강우에서는 세척 현상으로 만들어지는 유량 증가에 따른 부유물질 농도 증가는 발생하지 않고 있다.
강우시 부유 물질의 제거효율은 60%로 나타나고 있으며 총인은 22% 제거되어 비강우시에 비해 제거효율은 감소하고 있다. 저류형 시설을 이용한 농촌지역 비점오염 유출 삭감을 위해서는 저수지의 용량 뿐 아니라 집중 호우 발생 이전의 저수지 수문 관리등 유지관리가 비점 제거효율에 더 크게 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
소류지의 수질처리 용량을 초과하는 강우 발생시 소류지 침전 퇴적물의 유출 현상이 발생하고 있으며 유출 오염물질은 주로 부유성 물질로 발생하고 있다. 조사대상 소류지는 농업용 저수지로 축조, 관리되어지는 관계로 집중호우기 이전에 소류지의 저수량을 최소로 할 필요가 있으나 이 시기가 농업용수 사용기와 맞물려 이에 대한 관리가 적절히 이루어지지 않고 있는 것으로 분석되었다. 소류지에 의한 축산계 비점오염물질의 적정한 관리를 위해서는 소류지의 저수용량 뿐 아니라 저수지의 수위 관리도 함께 이루어지는 것이 중요함을 알 수 있다(Moon DH et al.
0cms 이하에서 피크 농도를 제외하고는 유량이 증가하여도 오염물질 농도가 크게 변화하지 않고 있다. 총질소 농도가 유량 변화에 반대 방향으로 변화하는 양상을 보이는데 질산성 질소는 유량이 증가하면 농도가 감소하고 강우 종료후 유량이 감소하면 다시 농도가 증가하는 양상을 보여 전술한 바와 같이 기저유출의 영향을 나타내는 것을 알수 있다. 반면 Fig 8에 나타낸 유출량 1.
축산 지역의 비점 오염물질 유출은 주로 초기세척현상에 의해 발생되고 있었으며 강우시의 유입수 농도는 비강우시에 비해 SS농도가 가장 높게 발생하고 있으며 T-P도 4배 이상, 총질소는 평균 30% 증가하는 것으로 나타났으며 질소항목으로 보면 질산성 질소는 거의 변화가 없는 반면에 암모니아성 질소가 2배 이상 증가하고 있다. 농업용 저수지에서 강우시의 유입수 농도는 비강우시에 비해 SS농도가 가장 높게 발생하고 있으며 T-P도 4배 이상 증가하는 양상을 보인다.

후속연구

농촌형 비점 발생은 대상 지역의 토지 이용 현황, 토지의 경사도, 강수형태 등에 따라 매우 다양하게 나타나므로 특정한 설계 기준에 의해 획일적인 지침을 만드는 것이 매우 어려운 실정이다. 비점 저감 대상지역에 대한 장기 적인 오염 발생 특성 분석을 통해 이에 대응하는 오염물질 저감 시설을 확보하는 것이 우선적으로 검토되어야 할 사항이다. 본 연구는 구일 소류지의 농촌형 비점 저감 시설로서의 효율 분석을 위해 지역의 비점 발생현황을 조사하였으며, 강우시와 비강우시의 소류지 유입, 유출수와 하류 하천의 수질 분석을 통해 저류형 비점 저감 시설의 설계, 운영 자료의 제공을 위해 수행되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비점 오염물질 저감을 위한 시설은 어떻게 구분되는가?	비점 오염물질 저감을 위한 시설은 크게 장치형과 저류형으로 구분할 수 있다(MOE, 2014). 도시형 비점오염물질은 도로 등에서 발생되는 초기 강우에 의한 것이 대부분이므로 여과 또는 침전 형태의 장치형 시설을 설치하는 경향이 있다.
	농촌에서 발생되는 비점오염원은 어떻게 구분되는가?	그러나 상대적으로 유출 지속시간이 길고 발생 지역을 특정할 수없는 농촌형 비점의 경우 장치형보다는 저류형이 더 효과적인 것으로 알려지고 있다. 농촌에서 발생되는 비점오염원은 크게 축산계와 토지계로 구분할 수 있는데 축산계는 농경지에 살포된 가축분뇨 퇴, 액비의 수계 유출량과 축사 및 퇴비사, 방치 축분 등에 의한 가축분뇨의 부적정 관리에 의한 강우 유출을 말하며 토지계는 농경지, 산림, 초지 등의 강우시 오염물질 유출을 말한다(MOE, 1999, NIER, 2010)).
	비점 오염물질 저감을 위한 시설 중 농촌에 적합한 형태는?	도시형 비점오염물질은 도로 등에서 발생되는 초기 강우에 의한 것이 대부분이므로 여과 또는 침전 형태의 장치형 시설을 설치하는 경향이 있다. 그러나 상대적으로 유출 지속시간이 길고 발생 지역을 특정할 수없는 농촌형 비점의 경우 장치형보다는 저류형이 더 효과적인 것으로 알려지고 있다. 농촌에서 발생되는 비점오염원은 크게 축산계와 토지계로 구분할 수 있는데 축산계는 농경지에 살포된 가축분뇨 퇴, 액비의 수계 유출량과 축사 및 퇴비사, 방치 축분 등에 의한 가축분뇨의 부적정 관리에 의한 강우 유출을 말하며 토지계는 농경지, 산림, 초지 등의 강우시 오염물질 유출을 말한다(MOE, 1999, NIER, 2010)).

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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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