[논문]갑천 상류부의 수질오염 우려구간 수질특성 및 수질관리방안

장유호; 손봉호; 저소웅; 임봉수

doi:10.15681/kswe.2019.35.5.399

갑천 상류부의 수질오염 우려구간 수질특성 및 수질관리방안
Characteristics and Management Plan of Water Quality at the Water Pollution Deterioration Area of the Upper Stream of Gapcheon 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.35 no.5, 2019년, pp.399 - 408

장유호 (대전대학교 환경공학과) , 손봉호 ((주)지엔에스엔지니어링) , 저소웅 (대전대학교 환경공학과) , 임봉수 (대전대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The average annual water quality at Yongchon Bridge, Bonggok 2 Bridge, and Gasuwon Bridge in upstream of Gapcheon in 2018 was Ib grade (good) in organic matters, including BOD and TOC compared to the local environmental standard in Daejeon. However, their monthly changes for TOC partially exceeded the standard during the busy farming season at Bonggok 2 Bridge and Gasuwon Bridge. Although the annual average TP was within the standard, the monthly change at Bonggok 2 Bridge partially exceeded the standard. For Dugyecheon, the annual average water quality in 2018 at Umyeon-dong Bridge and Wonjeong Bridge, which are downstream of the Gyeryong public sewage treatment plant, exceeded the local environmental standard in BOD. COD was exceeded, and TP was within the standard. It seemed that the causes of deteriorated water quality downstream of Dugyecheon were discharges of agricultural water from agricultural land and effluent from the Gyeryong public sewage treatment plant. Assuming the pollution load of 100% based at the Mulangil point of the mainstream of Gapcheon, the ratio of BOD load and TOC load were as high as 58% and 47%, respectively. At the basin of Bonggok 2 Bridge and Mulangil, the loads downstream of Dugyecheon including the Gyeryong public sewage treatment plant were as high as 43% for TN and 56% for TP, respectively, indicating that Dugyecheon had a major impact on the water quality at the mainstream of Gapcheon.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. Sampling points of the Gapcheon watershed.
그림 Fig. 2. Changes of annual average concentration of COD at Yongchon Bridge, Bonggok 2 Bridge and Gasuwon Bridge.
그림 Fig. 3. Change of monthly concentration of COD at Yongcheon Bridge, Bonggok 2 Bridge and Gasuwon Bridge.
그림 Fig. 4. Changes of annual average concentration of TOC at Yongchon Bridge, Bonggok 2 Bridge and Gasuwon Bridge.
그림 Fig. 5. Change of monthly concentration of TOC at Yongchon Bridge, Bonggok 2 Bridge and Gasuwon Bridge.
그림 Fig. 6. Changes of annual average concentration of TN at Yongchon Bridge, Bonggok 2 Bridge and Gasuwon Bridge.
그림 Fig. 7. Changes of monthly concentration of TN at Yongchon Bridge, Bonggok 2 Bridge and Gasuwon Bridge.
그림 Fig. 8. Changes of annual average concentration of TP at Yongchon Bridge, Bonggok 2 Bridge and Gasuwon Bridge.
그림 Fig. 9. Changes of monthly concentration of TP at Yongchon Bridge, Bonggok 2 Bridge and Gasuwon Bridge.
그림 Fig. 10. Changes of annual average concentration of BOD at the main points of Dugaecheon.
그림 Fig. 11. Changes of annual average concentration of COD at the main points of Dugaecheon.
그림 Fig. 12. Changes of annual average concentration of TOC at the main points of Dugaecheon.
그림 Fig. 13. Changes of annual average concentration of TN at the main points of Dugaecheon.
그림 Fig. 14. Changes of annual average concentration of TP at the main points of Dugaecheon.
표 Table 1. Adequacy based on the local environmental standards
그림 Fig. 15. Classification of the basin by the measurement survey point.
그림 Fig. 16. Ratio of the pollution load accoding to the each basin.
표 Table 2. The concentration result and ratio of the pollution load at the main sampling point

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 갑천 상류부인 봉곡2교를 중심으로 수질오염 우려구간으로 예상되는 지점을 선정, 수질 특성 파악, 오염원 및 오염부하량 산정 등을 통해 갑천 상류부의 수질관리방안을 제시하는 것이다

제안 방법

수질기준 은 두계천 합류점부터 유등천 합류전까지 구간에서 Ib(좋음)으로 설정되어 있으므로 두계천이나 용촌교 상류부도 Ib등급으로 설정하였다. TN은 지역환경기준에 포함되어 있지는 않지만 본 연구에서 경험적으로 타 수질항목과 비교하여 4.0 mg/L를 기준으로 판단하였다. 적합성에 대한 비교 표시는 지역환경기준을 만족할 경우는 O으로 표시, 월평균 값이 부분적 초과한 경우는 ∆으로 표시, 연평균 값이 초과한 경우 는 ×으로 표시하였다.
갑천 상류부 봉곡2교를 중심으로 두계천 지류, 용촌교 및 물안길 지점 등에서 수질 및 유량조사와 기존 수질측정망 수 질 자료를 이용하여 수질 특성파악, 오염부하량 산정 및 비교, 수질관리방안에 대해 다음과 같은 결론을 얻었다.
유량 측정은 갈수시인 2018년 11월 ~ 12월에 3회 측정하였고, 유량측정은 Global Water BA1100 Model FP111 Flow Probe 유속계를 이용하여 유속-단면적 방법으로 측정하였으며, 현장 여건에 따라 부표를 이용한 유속측정으로 상호 보완하였다. 실측 유량과 수질을 각각 평균한 자료를 이용하여 주요 지점을 기준으로 유역에 해당하는 오염부하량을 산정하였으며, 2013년부터 2018년까지의 수질변화 특성을 파악하기 위해 수질측정망 자료를 활용하였다.

대상 데이터

물안길 지점을 기준으로 봉곡 2교와 물안길 사이에 유량이 전체 유량의 52 %, 두계보가 26 %, 용촌교가 17 %, 계룡공공하수처리장이 5 %의 비율을 차지하였다. 각 지점의 수질자료는 수질측정망의 2018년 평균 자료를 활용하였으며, 수질측정망에 없는 자료는 실측자료의 평균치를 이용하였다. BOD, TOC, SS, TN, TP 오염부하량은 유량과 수질자료를 바탕으로 산술적인 방법을 이용하여 산정하였다(Lim, 2018).
유량 측정은 갈수시인 2018년 11월 ~ 12월에 3회 측정하였고, 유량측정은 Global Water BA1100 Model FP111 Flow Probe 유속계를 이용하여 유속-단면적 방법으로 측정하였으며, 현장 여건에 따라 부표를 이용한 유속측정으로 상호 보완하였다. 실측 유량과 수질을 각각 평균한 자료를 이용하여 주요 지점을 기준으로 유역에 해당하는 오염부하량을 산정하였으며, 2013년부터 2018년까지의 수질변화 특성을 파악하기 위해 수질측정망 자료를 활용하였다. 본 연구에서 분석한 수질항목은 TOC, COD, BOD, SS, TN, TP이고, 분석방법 은 수질오염공정시험기준(ME, 2018)에 따라 분석하였다.
1은 수질조사지 점의 위치를 나타낸 것으로 공공하수처리시설 2곳과 유원지 3곳을 함께 표시하였다. 하천 수질과 유량조사를 동시에 측정한 지점은 갑천의 경우 용촌교, 봉곡2교, 물안길 지점으로 선정 하였고, 기존 수질측정망 지점은 수질 변화를 알아보기 위해 활용하였다.

이론/모형

실측 유량과 수질을 각각 평균한 자료를 이용하여 주요 지점을 기준으로 유역에 해당하는 오염부하량을 산정하였으며, 2013년부터 2018년까지의 수질변화 특성을 파악하기 위해 수질측정망 자료를 활용하였다. 본 연구에서 분석한 수질항목은 TOC, COD, BOD, SS, TN, TP이고, 분석방법 은 수질오염공정시험기준(ME, 2018)에 따라 분석하였다.

성능/효과

(1) 갑천 상류부의 용촌교, 봉곡2교, 가수원교의 2018년 연 평균 수질은 대전 지역환경기준에 비교해 볼 때 BOD 및 TOC 농도는 Ib등급(좋음)을 모두 만족하였으나, 월평균 수 질은 봉곡2교와 가수원교의 TOC 및 COD 농도는 농번기에 부분적으로 초과하였고, 봉곡2교의 연평균 TP 농도는 기준 치에 만족하였으나 월평균은 부분적으로 초과하였다. 초과한 원인은 강우시 축산농가에서 배출되는 비점오염물질이나 하수처리구역이외 지역에서 충분히 처리되지 않은 점오염물질이 유입되는 것으로 판단된다.
(2) 두계천의 경우 2018년 연평균 수질은 지역환경기준에 준할 때 계룡공공하수처리시설 하류부인 우면동, 원정교의 BOD 농도는 모두 초과하였으며, 우면동의 COD 농도는 만족하였고, TP 농도는 초과한 반면, 원정교의 COD 농도는 초 과하였고 TP 농도는 만족하였다. 두계천 하류부의 수질 악 화원인은 농경지의 농업용수의 배출, 계룡하수처리시설 방류 수의 유입 등으로 판단된다.
(3) 갑천 본류 물안길 기준으로 오염물질 부하량을 100 % 로 가정하였을 때 봉곡2교와 물안길 구간이 차지하는 유역 에서 BOD 부하량의 비율이 58 %, TOC 부하량의 비율이 47 %로 높게 나타났으며, 계룡하수처리시설을 포함한 두계천 하류지점 부하량은 TN 부하량의 비율이 43 %, TP 부하량의 비율이 56 %로 높게 나타나 두계천이 갑천 본류의 수질에 미치는 영향이 높은 것으로 판단된다.
TN과 TP 부하량의 비율은 봉곡2교와 물안길 사이에서 유입되는 물안길지점 TN 부하량이 39 %, TP 부하량이 35 %로 높은 편이지만, 계룡공공하수처리장에서 방류되는 부하량 비율이 각각 30 % 수준으로 유기물질 부하량 비율보다는 약 4 배 정도 높은 것으로 나타났다. 공공하수처리장 방류수를 포함하여 전체 두계천 TN과 TP 부하량 비율은 각각 43 %, 56 % 로 갑천 본류에 미치는 영향이 높은 것으로 판단된다.
갑천 본류 지점에서 최상류인 용촌교는 모든 수질항목이 만족하는 것으로 나타났으며, 봉곡2교의 연평균 COD 농도는 지역환경기준을 초과하고 있었으며 월별로는 COD 및 TOC 가 모두 부분적으로 초과하였다. 가수원교는 연평균 COD 농도가 지역환경기준에 만족하였지만 거의 기준인 4.0 mg/L에 근접하는 것으로 나타났으며, 월별로는 COD 및 TOC 농도가 모두 부분적으로 초과하고 있다. 두계천의 경우 2018년 연평균 수질은 계룡공공하수처리시설 하류부인 우면동, 원정 교의 BOD 농도는 모두 초과하였으며, 우면동의 COD 농도는 만족하였고, TP 농도는 초과한 반면, 원정교의 COD 농도는 초과하였고 TP 농도는 만족하였다.
갑천 본류 지점에서 최상류인 용촌교는 모든 수질항목이 만족하는 것으로 나타났으며, 봉곡2교의 연평균 COD 농도는 지역환경기준을 초과하고 있었으며 월별로는 COD 및 TOC 가 모두 부분적으로 초과하였다. 가수원교는 연평균 COD 농도가 지역환경기준에 만족하였지만 거의 기준인 4.
267 mg/L로 약간 증가하였다. 공공하수처리시설의 방류수 수질기 준이 TN 20 mg/L 이하이나 실제 방류수의 평균 TN 농도는 8 ~ 13 mg/L 수준으로 공공하수처리시설 바로 아래 지점인 우면동에 영향을 미친 것으로 판단되며 하류로 내려갈수록 TN 농도가 희석되거나 감소된 것으로 판단된다.
TN과 TP 부하량의 비율은 봉곡2교와 물안길 사이에서 유입되는 물안길지점 TN 부하량이 39 %, TP 부하량이 35 %로 높은 편이지만, 계룡공공하수처리장에서 방류되는 부하량 비율이 각각 30 % 수준으로 유기물질 부하량 비율보다는 약 4 배 정도 높은 것으로 나타났다. 공공하수처리장 방류수를 포함하여 전체 두계천 TN과 TP 부하량 비율은 각각 43 %, 56 % 로 갑천 본류에 미치는 영향이 높은 것으로 판단된다. 계룡 공공하수처리장은 고도처리공정이 도입되어 방류수의 총질소 와 총인 농도가 방류수 수질기준 이하로 처리되더라도 하천관리 측면에서 부하량 삭감이 필요한 것으로 판단된다.
대전시 환경기본조례의 지역환경기준(Daejeon Metropolitan City, 2014)은 지방자치단체에서 별도로 관리하는 하천수질 기준으로 국가에서 제시하는 것보다 약간 강화된 기준이다. 두계천 합류점부터 유등천 합류점전까지의 하천수질기준은 Ib등급(좋음)이며, 환경정책기본법의 하천 생활환경기준에 의한 수질기준은 국가환경기준은 II등급(약간 좋음)에 해당 하는 것으로 나타났다.
평균 유량은 물안길이 176,650 m3 /일, 두계보가 89,980 m3 /일, 용촌교가 56,850 m3 /일, 계룡공공하수처리장 이 16,700 m3 /일로 조사되었다. 물안길 지점을 기준으로 봉곡 2교와 물안길 사이에 유량이 전체 유량의 52 %, 두계보가 26 %, 용촌교가 17 %, 계룡공공하수처리장이 5 %의 비율을 차지하였다. 각 지점의 수질자료는 수질측정망의 2018년 평균 자료를 활용하였으며, 수질측정망에 없는 자료는 실측자료의 평균치를 이용하였다.
물안길 지점의 오염부하에 가장 큰 영향을 끼치는 유역은 봉곡2교와 물안길에서 유입되는 부하량으로 BOD 기준으로 58 %, TOC 기준으로 47 %, SS 기준으로 30 %로 나타났다. 유기물질 부하량은 하수처리구역 외 지역에서 방류되는 오염물질, 축산농가 주변의 비점오염물질 등이 지류하천(금곡천, 매노천 등)을 통해 유입되기 때문인 것으로 판단된다.
따라서, 갑천 상류부에 대하여 수질오염원 저감을 위한 관 리방안을 제시하면 농경지에 발생하는 유입오염원과 강우시 축산농가로부터 유입되는 비점오염물질 저감하는 관리가 우선되어야 할 것으로 판단된다. 물안길지점을 기준으로 볼 때 하천 오염부하에 큰 영향을 미치는 구간은 봉곡2교와 물안길 구간으로 우선순위가 높은 구역으로 나타났으며, 지류하천인 금곡천(방동저수지의 배출수)과 매노천의 오염원관리도 필요한 것으로 판단된다.
하천에 위치한 보 등으로 인해 체류시간이 증가하여 질산화로 인해 질산성질소 농도가 높은 것으로 판단된다. 봉곡2교의 질소성 분이 높은 이유는 두계천에서 유입되는 질소성분에 의한 것으로 판단되며, 두계천 최하류부인 두계보에서 실측한 최근 TN 농도도 약 2.9 mg/L정도이고, 상류부인 원정교에서도 3.267 mg/L 수준으로 높은 것으로 나타났다.
533 mg/L로 증가하였다. 세 지점 모두 지역환경기준치 TOC 3.0 mg/L이하로 하천수질기준 Ib등급(좋음)를 유지하였으나 용촌교에 비해 봉곡2교와 가수원교의 TOC 농도가 BOD와 COD 와 마찬가지로 약간 높은 것으로 나타났다. 이와 같이 TOC가 증가한 원인은 2018년에 두계천 하류부 원정교 지점에 평균 TOC 2.
(1) 갑천 상류부의 용촌교, 봉곡2교, 가수원교의 2018년 연 평균 수질은 대전 지역환경기준에 비교해 볼 때 BOD 및 TOC 농도는 Ib등급(좋음)을 모두 만족하였으나, 월평균 수 질은 봉곡2교와 가수원교의 TOC 및 COD 농도는 농번기에 부분적으로 초과하였고, 봉곡2교의 연평균 TP 농도는 기준 치에 만족하였으나 월평균은 부분적으로 초과하였다. 초과한 원인은 강우시 축산농가에서 배출되는 비점오염물질이나 하수처리구역이외 지역에서 충분히 처리되지 않은 점오염물질이 유입되는 것으로 판단된다.
한편, 본 연구와 유사한 지역의 연구결과를 살펴보면 갑천의 하류부인 금강합류 직전 지점인 갑천(G5-1) 지점의 오염 부하에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 대전공공하수처리시 설 방류수라고 할 수 있으며, 특히 공공하수처리장 방류수 가운데 TN과 TP 부하량의 영향이 각각 63 %와 76 % 정도를 차지하고 있어 방류수 수질기준 강화에도 불구하고 추가 적인 부하량의 삭감이 필요한 것으로 판단된다. 그러나 BOD 와 COD의 경우는 갑천으로 유입되는 각종 지류하천 및 우 수구에서 유입되는 양이 가장 많은 것으로 산정되어 갑천의 수질관리를 위해서는 소하천 및 비점오염물질의 관리가 매우 중요할 것으로 사료된다(Lee, 2008; Lee and Seo, 2015)

후속연구

(4) 갑천 상류부에 대하여 수질관리방안은 농경지에 발생하는 유입오염원과 강우시 축산농가로부터 유입되는 비점오 염물질 저감하는 관리가 우선되어야 할 것이며, 두계천에서 유입되는 영양염류의 오염부하량이 갑천 상류부에 미치는 영향을 저감하기 위해서는 계룡공공하수처리시설 고도처리 공정의 효율적인 운영과 하천 제외지에 식생되고 있는 습지 관리에 대한 노력이 필요하다.
따라서, 갑천 상류부에 대하여 수질오염원 저감을 위한 관 리방안을 제시하면 농경지에 발생하는 유입오염원과 강우시 축산농가로부터 유입되는 비점오염물질 저감하는 관리가 우선되어야 할 것으로 판단된다. 물안길지점을 기준으로 볼 때 하천 오염부하에 큰 영향을 미치는 구간은 봉곡2교와 물안길 구간으로 우선순위가 높은 구역으로 나타났으며, 지류하천인 금곡천(방동저수지의 배출수)과 매노천의 오염원관리도 필요한 것으로 판단된다.
한편, 두계천의 우면동과 원정교의 연평균 BOD 농도는 지 역환경기준을 초과하였으며 두 지점의 월별 TN, TP 농도는 부분적으로 초과하였는데 이는 계룡공공하수처리장 방류수가 유입되어 두계천의 수질오염에 영향을 준 것으로 판단된다. 또한, 두계천에서 유입되는 영양염류의 오염부하량이 갑 천 상류부에 미치는 영향이 질소부하량은 약 43 %, 인부하량은 약 56 %로 높게 나타난 것을 볼 때 계룡공공하수처리시설 고도처리공정의 효율적인 운영과 하천 제외지에 식생되고 있는 습지관리에 대한 노력이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	갑천 최상류부 지역의 문제점은 무엇인가?	갑천 최상류부 지역은 대전광역시에서 중요한 생태하천으로 주민들이 흑석유원지, 장평유원지, 상보원유원지 등을 친 환경 물놀이 지역으로 이용되어 왔다. 그러나, 이러한 지역은 하수처리구역외 지역이므로 미처리된 오수가 하수관로에 차집되지 않거나, 계룡공공하수처리시설의 방류수가 두계천을 통해 갑천에 합류되어 수질오염을 가중시키고 있다. 또한, 갑천 상류부 용천교 지점 근처인 서구 평촌동, 용촌동, 매노동 등 일원에 시설용량 6,000m3 /일 규모의 평촌공공폐수처리시 설이 2020년 조성 예정이고(Lim, 2018) 농업용수로 활용되는 방동저수지의 배출수가 갑천으로 유입되어 향후 수질오염에 악영향을 끼칠 것으로 우려하고 있다(Chu and Lim, 2018). 최근 갑천 상류부 주요 수질측정망 지점인 봉곡2교 지점은 하류 지점인 가수원교(갑천1) 지점에 비해 수질이 악화되고 있는 실정이다. 이는 계룡공공하수처리시설 방류수가 제1지류하천인 두계천으로 유입되어 수질이 양호하지 않을 뿐만 아니라 갑천 상류부에 유입되어 봉곡2교 등의 수질에 영향 을 미쳤기 때문인 것으로 판단된다.
	갑천 최상류부 지역의 특징은?	갑천 최상류부 지역은 대전광역시에서 중요한 생태하천으로 주민들이 흑석유원지, 장평유원지, 상보원유원지 등을 친 환경 물놀이 지역으로 이용되어 왔다. 그러나, 이러한 지역은 하수처리구역외 지역이므로 미처리된 오수가 하수관로에 차집되지 않거나, 계룡공공하수처리시설의 방류수가 두계천을 통해 갑천에 합류되어 수질오염을 가중시키고 있다.
	봉곡2교의 수질에 영향을 미치는 요 인은 무엇인가?	5배로 높은 경향을 띄고 있다. 봉곡2교의 수질에 영향을 미치는 요 인은주변지역의 도시화에 의한 영향도 있지만 계룡공공하수 처리시설의 방류수와 두계천의 수질변화와 관계가 있을 것으로 추정된다(Lee, 2012). 두계천과 갑천 주요 지점의 5년 간(2013 ~ 2017) 총질소와 총인의 수질변화를 살펴보면 두계천의 경우 갑천의 가수원교에 비해 총질소 농도는 급격히 증가하고, 총인 농도의 경우는 급격히 감소하는 특징을 나타내 고 있다.

참고문헌 (13)

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Ekka, S. A., Haggard, B. E., Matlock, M. D., and Chaubey, I. (2006). Dissolved phosphorus concentrations and sediment interactions in effluent-dominated Ozark streams, Ecological Engineering, 26(4), 375-371.

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원문보기 상세보기
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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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