[논문]2010년 시화호유역 질소 물질수지 산정

최정길; 이효진; 김태하; 최재훈; 우준식; 이강웅

doi:10.5322/jesi.2018.27.3.179

2010년 시화호유역 질소 물질수지 산정
Estimation of Nitrogen Mass Balance in Sihwa-ho Watershed, 2010 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.27 no.3, 2018년, pp.179 - 193

최정길 ((주)지오시스템리서치 환경화학생태부) , 이효진 ((주)지오시스템리서치 환경화학생태부) , 김태하 ((주)지오시스템리서치 환경화학생태부) , 최재훈 ((주)지오시스템리서치 환경화학생태부) , 우준식 ((주)지오시스템리서치 환경화학생태부) , 이강웅 (한국외국어대학교 환경학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Nitrogen budgets in Sihwa-ho in 2010 were estimated using a mass balance approach. Major nitrogen fluxes sources can be divided into three sections: cities, agricultural area, and forest. Surplus nitrogen 2,030~2,214 ton/yr (2,123 ton/yr in average) was discharged to Sihwa Lake. 20% of the surplus nitrogen is removed from the wetland and 60% is removed tidal flats. Therefore net nitrogen discharge from Sihwa basin is estimated to be 650~708 ton/yr (679 ton/yr in average). Wet and dry nitrogen deposition and load from non-point sources ware estimated to be 97 ton/yr and 69 ton/yr, deposition is using CAMx model. So estimated total nitrogen discharge into Sihwa-ho was 817~875 ton/yr (846 ton/yr in average). The atmospheric load explains 11.1~11.9% (11.5% in average) of the total nitrogen load Sihwa-ho.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 시화호 수질개선을 위해 대기로부터 직·간접적으로 침착된 질소산화물의 양과 주변 유역에서 토지이용특성에 따른 질소산화물의 배출특성을 파악하여 시화호 내측 수질개선의 기초자료로 활용하고자 한다.

가설 설정

본 연구에서는 갯벌에서 질소 제거효율을 보수적으로 평가하기 위하여 모래(Sand) 84.9%를 차지하는 계화도보다 낮은 60%로 가정했다.
본 연구에서는 인공습지에서 질소 제거효율을 보수적으로 평가하기 위하여 20%로 가정하였다.

제안 방법

국립환경과학원에서 수행한 2010년 산성강하물 결과는 우리나라 전체 평균을 계절별로만 제시하고 있어, 금회 자료를 봄(3~5월), 여름(6~8월), 가을(9~11월), 겨울(1~12월)로 구분하여 비교하였다(Table 6, Fig. 4.).
도시지역에서 음식물 섭취로 유입된 질소량은 축산지역에서 육가공으로 유출된 질소를 유입량으로 사용하지 않고, 1인당 단백질 섭취률을 사용하여 추정하였다. 그 이유는 축산지역에서 육가공으로 유출된 질소량(7,710 ton/yr)은 전국에 유통되기 때문에 정확한 유입량을 계산할 수 없었다.
본 연구는 대기로부터 습식 및 건식으로 시화호 내측과 주변 유역에 침착된 질소량을 CAMx 모델로 산정하였으며, 물질수지법을 이용하여 시화호 유역의 토지이용 특성에 따른 질소 유입 및 유출량을 산정하였다.
본 연구에서 비점오염원의 산출은 지목별 질소 유입 및 유출 수지를 이용하여 유출이 확인되지 않은 모든 질소량을 비점오염원에서 시화호 내측으로 직접 배출된 질소량으로 산출하였다.
질소 유입항목은 인공질소비료 사용량, 토양에서 질소고정량, 관개용수 내 질소량, 가축분뇨 처리 후 농경지로 재살포된 질소량, 가축사료 사용량으로 하였다.
해양수산부에서 수행된 결과는 안산시 대부와 반월 그리고 화성에서 2006년 1월부터 2007년 9월까지의 조사지점별 월별 결과를 제시하고 있어 금회자료와 비교하였다(Table 7, Fig. 5.).

대상 데이터

기상자료는 NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) 에서 제공하는 전지구규모의 기상자료로 6시간 간격의 GRIB 파일을 이용하였다.
기상모델의 입력자료인 지형자료는 USGS (United Sates Geological Survey)로서 1°, 30′, 10′, 5′, 2′, 30′′ 간격들의 지형자료로서 각각 구분되어 있는 전지구 규모의 지형자료가 내포된 자료이다.
수치모형실혐 결과를 검・보정하기 위하여 2010년 대기환경연보(국립환경과학원, 2011)와 2006~2007년 시화호 해양환경 개선 사업(해양수산부, 2007)의 실측자료를 인용하였다.
시화호 수질에 영향을 미칠 것으로 예상되는 안산시, 시흥시 그리고 화성시의 매송, 비봉, 남양, 마도, 송산면을 연구 대상 지역으로 선정하였다(Fig. 1.).
화학모델의 입력자료인 배출자료는 동아시아자료의 규모의 자료인 FRCGC (Frontier Research Center for Global Change)/REAS (Regional Emission Inventory in Asia)와 글로벌 규모의 자료인 RETRO (REanalysis of the tropospheric chemical composition over the past 40 yers)을 조합하여 사용하였다.

이론/모형

기상장 수치모델은 WRF (Weather Research and Forecasting Model)를 이용하였으며, 대기질 수치모형은 CAMx (Comprehensive air quality model with extension, ver3.0)로 하였다.

성능/효과

또한 WRF-CAMx는 강우가 증가하는 6~7월에 질소침착량의 경향이 기존 연구결과와 상이한 것으로 추측해 볼 때, 시화호로 유입된 질소 중 대기로부터 침착된 비율은 본 연구결과보다 다소 증가할 것으로 사료된다.
연구지역의 임야에서 침엽수, 활엽수 그리고 혼효림의 면적은 19,759 ha이며, 산림이 없는 무입목지는 총 339 ha로 나타났다(Table 10).
농경지에 시비된 질소와 작물 생산량과의 관계를 보면, 작물 생산량은 질소양분의 공급이 증가함에 따라 그 양이 일정해지는 것으로 나타났다.
연구대상지역의 인구는 총 972,414명 중 안산시가 753,862명, 시흥시가 158,958명, 화성시가 59,594명으로 안산시의 인구밀도가 상대적으로 높았다.
이와 같이 시화호 수질을 개선하기 위해서는 농・ 축산지역으로 배출되는 잉여 질소에 대한 적절한 관리가 필요하며, 특히 평균 19.7%를 차지하는 대기기원의 오염원과 비점오염원에 대한 관리가 필요할 것으로 사료된다.
전체 질소 배출량 중, 대기로부터 시화호로 침착된 질소의 비율은 11.1~11.9%(평균 11.5%)로 나타났으며, 비점오염원으로 배출된 질소는 7.9~8.5%(평균 8.2%)를 차지하는 것으로 조사되었다.

후속연구

따라서 시화호 수질개선을 위해서는 기존에 추진해 온 단일매체 중심 적인 오염평가 방법이 아닌 대기오염과 수질오염 제어에 대한 복합적인 평가가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시화호에서 부영양화가 상시 발생한 이유는?	시화호는 행정구역상 경기도 안산시와 시흥시 그리고 화성시에 걸쳐 조성된 인공호수로, 1994년 물막 이 공사 이후 내측 기수역에서는 외해수와의 교환이 원활하지 않아 육상으로부터 유입된 오염물질로 인한 부영양화가 상시 발생하였다. 1996년에 “시화호 수질 개선대책”의 일환으로 시화호 상류역의 반월천, 동화천, 삼화천으로부터 유입되는 비점오염물질의 오염부하를 저감하기 위해 인공습지를 2002년 5월부터 설치, 운영하였다(Choi et al.
	도시지역에서 음식물 섭취로 유입된 질소량을 1인당 단백질 섭취률을 사용하여 추정한 이유는?	도시지역에서 음식물 섭취로 유입된 질소량은 축산지역에서 육가공으로 유출된 질소를 유입량으로 사용하지 않고, 1인당 단백질 섭취률을 사용하여 추정하였다. 그 이유는 축산지역에서 육가공으로 유출된 질소량(7,710 ton/yr)은 전국에 유통되기 때문에 정확한 유입량을 계산할 수 없었다. 이에 우리나라 연간 1인당 단백질 섭취량인 75.
	질소는 어떻게 순환하는가?	질소는 자연생태계인 대기, 물, 토양 생물영역에서 질소기체(N2), 암모늄 이온(NH4+), 암모니아(NH3), 질산성 질소(NO3-), 아질산성 질소(NO2-) 형태로 서로 고정, 질산화, 무기화, 탈질화 작용을 거쳐 자유롭게 순환한다(Scolow, 1999). 질소는 존재 형태에 따라 인류의 식량생산에 중요한 역할을 하고 수중에서는 영양소로 작용하여 수생 식물과 미생물의 성장에 필수 영양소로 활용되지만 과다유입 시 수중의 산소함량을 낮춰 빈산소수괴를 형성하거나, 부영양화 같은 수질 오염 현상을 일으키는 주요 원인으로 작용한다(Smil, 1997).

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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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