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문제 정의
- 그러나 엄청난 예산 투자에 비해 수질개선 효과에 대한 평가는 미흡한 실정이다. 본 연구의 목적은 유역에 설치된 합류식 하수관거를 분류식으로 개선하고, 강우시 초기 세척에 의해 유입하는 비점오염원을 삭감하기 위한 초기우수 처리시설 설치가 소규모 저수지인 저수지의 수질개선에 미치는 효과를 평가하는데 있다.
제안 방법
- 모의 시나리오는 기존의 합류식하수관거 운영(S-1), 분류식 전환(S-2), 분류식 전환과 초기우수 (~10 mm) 처리 (S-3)로 구분하여 실행하였다. 합류식을 분류식으로 전환할 경우 70%의 오염부하가 삭감되며, 초기 우수 처리를 포함할 경우 추가적으로 18%의 부하가 삭감되었다.
대상 데이터
- 9713으로 매우 높았다(그림 2). Branches 1 ~ 3의 저수지 유입량은 군산기상대에서 관측한 일별 강우량 자료를 이용하여 합리식으로 일별 유출량을 산정하였으며, 댐 하류 관개용수로 지선으로부터 제수문을 통해 양수된 물의 유입량은 농촌공사의 월별 양수장 가동 자료를 수집하여 사용하였다. 댐 방류량 자료는 M 저수지의 2006년 일별 관측수위를 이용하여 유입량과 수위-체적 곡선으로부터 산정하였다.
- Branches 1 ~ 3의 저수지 유입량은 군산기상대에서 관측한 일별 강우량 자료를 이용하여 합리식으로 일별 유출량을 산정하였으며, 댐 하류 관개용수로 지선으로부터 제수문을 통해 양수된 물의 유입량은 농촌공사의 월별 양수장 가동 자료를 수집하여 사용하였다. 댐 방류량 자료는 M 저수지의 2006년 일별 관측수위를 이용하여 유입량과 수위-체적 곡선으로부터 산정하였다. 그림 3에 저수지 유입량과 방류량 자료를 경계조건으로 사용하여 모의한 저수지 수위와 실측수위를 비교하였다.
- 수치해석을 위해 저수지 지형자료는 수계 형상을 고려하여 3개의 구획(Branch)으로 구분하고, x-방향으로는 100m 간격으로 수계전체를 33개의 요소(Segment, Ax = 100m), 수심방향으로는 Im 간격으로 11개 층 (Layer)으로 구성하였다(그림 D 저수지 지형(Bathymetry) 자료는 농촌공사의 수심즉량 결과(한국농촌공사, 1977)로부터 추출하였으며, 모형에서 계산한 저수지 수위별 용량곡선을 실측자료와 비교한 결과 결정계수값#)이 0.9713으로 매우 높았다(그림 2). Branches 1 ~ 3의 저수지 유입량은 군산기상대에서 관측한 일별 강우량 자료를 이용하여 합리식으로 일별 유출량을 산정하였으며, 댐 하류 관개용수로 지선으로부터 제수문을 통해 양수된 물의 유입량은 농촌공사의 월별 양수장 가동 자료를 수집하여 사용하였다.
- 관개용수를 공급하는 소규모 저수지이다(한국농촌공사, 1977). 총 유역면적이 366 ha이고 만수면적이 88 ha로서 유역면적/만수면적의 비는 4.2이다(표 1). 유역면적의 대부분을 인근 유원지가 차지하고 있고 주요 오염원은 강우시 합류식 하수관거를 통해 유입하는 하수(Combined Sewer #와 주변 유원지의 음식점 등에서 배출되는 생활하수이다.
데이터처리
- 모델의 보정은 2005년 5월과 8월에 측정한 제한된 수질자료를 이용하였고 저수지 중앙부 대표지점에서 관측값과 모의결과를 비교하였다. 그림 4에 BOD와 TP의 관측값과 모의값을 보정한 결과 모델의 모의 값은 관측값을 잘 반영하는 것으로 나타났으며, 저수지 수질은 강우시 합류식 하수관거의 유출수가 부하되는 시기에 일시적으로 악화되는 경향을 보였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 하수관거 정비사업에 따른 오염부하량 변화가 저수지 수질에 미치는 영향을 평가하기 위해 미국공병단에서 개발한 횡방향 평균 2차원 저수지 수리 및 수질예측 모델인 CE-QUAL-W2(Cole and Wells, 2004)를 사용하였다. W2 모델은 연속방정식과 x-방향 및 z-방향 운동량 방정식, 자유수면 방정식, 밀도 상태방정식, 물질수지방정식의 6개 지배방정식으로 구성되며, 6개의 미지수 즉, X-방향 유속(u), z-방향 유속(w), 수압(P), 밀도(p), 저수지 수위(Q, 수질농도(C)를 유한차분 수치해석기법을 사용하여 계산한다(Cole and Buchak, 1995; Cole and Wells, 2004).
성능/효과
- M 저수지의 주요 오염원인 기존의 배수구역 합류식 하수관거를 분류식으로 개선할 경우, 저수지의 BOD, COD, T-N, T-P 및 ChLa의 농도는 현재보다 20 ~ 30% 정도 개선 될 것으로 예측된다. 또한, 하수관거의 분류식 전환에 따라 여유가 있는 오수펌프장을 이용하여 오염도가 높은 초기우수(10 mm 미만)를 일시 저류하여 처리할 경우, 추가적으로 5~6%의 수질개선 효과가 상승할 것으로 예측된다.
- 0 mg/L 이하로 유지되며, 호수 수질기준 II등급 유지가 가능할 것으로 판단된다. T-N과 T-P의 농도는 조류 성장과 매우 밀접한 관계를 보였으며, 분류식 하수관거로 전환할 경우 상당한 수질개선 효과가 기대되었다. 분류식 하수관거와 초기우수처리시설을 모두 설치할 경우, 수온이 높아 조류 성장이 활발해지는 여름철에 저수지 T-P 농도를 0.
- 모의결과를 비교하였다. 그림 4에 BOD와 TP의 관측값과 모의값을 보정한 결과 모델의 모의 값은 관측값을 잘 반영하는 것으로 나타났으며, 저수지 수질은 강우시 합류식 하수관거의 유출수가 부하되는 시기에 일시적으로 악화되는 경향을 보였다.
- 또한, 하수관거의 분류식 전환에 따라 여유가 있는 오수펌프장을 이용하여 오염도가 높은 초기우수(10 mm 미만)를 일시 저류하여 처리할 경우, 추가적으로 5~6%의 수질개선 효과가 상승할 것으로 예측된다. 따라서 하수관거 정비사업을 통해 M 저수지는 기존의 농업용 저수지의 목표수질 뿐 만 아니라, 인근 유원지의 친수공간으로써 적합한 H 등급 수질을 달성할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에 적용된 수질모델링 기법은 광범위하게 진행되고 있는 하수관거정비 사업의 수질개선 효과를 평가하는데 유용하게 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.
- T-N, T-P 및 ChLa의 농도는 현재보다 20 ~ 30% 정도 개선 될 것으로 예측된다. 또한, 하수관거의 분류식 전환에 따라 여유가 있는 오수펌프장을 이용하여 오염도가 높은 초기우수(10 mm 미만)를 일시 저류하여 처리할 경우, 추가적으로 5~6%의 수질개선 효과가 상승할 것으로 예측된다. 따라서 하수관거 정비사업을 통해 M 저수지는 기존의 농업용 저수지의 목표수질 뿐 만 아니라, 인근 유원지의 친수공간으로써 적합한 H 등급 수질을 달성할 수 있을 것으로 판단된다.
- 1%까지 개선효과가 상승했다. 또한, 합류식 (0.70 mg/L)에 비해 분류식 하수관거(0.58 mg/L)는 연평균 T-N 농도를 17.1% 개선되었으며, 초기우수 처리시설(0.55 mg/L)을 추가 할 경우 21.4%까지 개선되는 것으로 나타났다. 연평균 T-P의 농도는 합류식(0.
- T-N과 T-P의 농도는 조류 성장과 매우 밀접한 관계를 보였으며, 분류식 하수관거로 전환할 경우 상당한 수질개선 효과가 기대되었다. 분류식 하수관거와 초기우수처리시설을 모두 설치할 경우, 수온이 높아 조류 성장이 활발해지는 여름철에 저수지 T-P 농도를 0.02 mg/L 이하로 유지 가능 할 것으로 예측되었다. 따라서 분류식 하수관거와 초기우수처리 대책은 저수지내 6월 이후 여름철에 저수지내 조류 성장 억제에 효과가 클 것으로 판단된다.
- 8%까지 개선되는 것으로 나타났다. 연평균 COD 농도는 합류식(3.75 mg/L)에 비해 분류식 하수관거(2.72 mg/L)에서 27.5% 개선되었으며, 초기우수 처리시설(2.51 mg/L)을 추가 할 경우 33.1%까지 개선효과가 상승했다. 또한, 합류식 (0.
- 4%까지 개선되는 것으로 나타났다. 연평균 T-P의 농도는 합류식(0.028 mg/L)에 비해 분류식 하수관거(0.022 mg/L)에서 21.4% 개선되었으며, 초기우수 처리시설(0.02。mg/L)을 추가 할 경우 28.6%까지 개선효과가 상승했다.
- 유역면적의 대부분을 인근 유원지가 차지하고 있고 주요 오염원은 강우시 합류식 하수관거를 통해 유입하는 하수(Combined Sewer #와 주변 유원지의 음식점 등에서 배출되는 생활하수이다. 저수지의 수질은 2005년 5월과 8월에 농림부 한국농어촌공사에서 실시한 수질 측정망 조사결과, COD의 경우 각각 4.5 mg/L, 4.3 mg/L로써 호소수질환경기준 ID등급으로 농업용수 수질 환경기준 IV등급을 만족하였다. 또한, T-P는 0.
- 연평균 수질개선효과를 그림 7에 나타내었다. 합류식(1.25 mg/L)에 비해 분류식 하수관거(0.91 mg/L) 는연평균 BOD 농도를 27.2% 개선되었으며, 초기우수 처리시설(0.84 mg/L)을 추가 할 경우 32.8%까지 개선되는 것으로 나타났다. 연평균 COD 농도는 합류식(3.
후속연구
- 특히, 강우량이 많은 여름철에 수질개선효과가 매우 큰 것을 예측 되었다. 또한 오수 펌프장의 여유용량을 이용하여 오염도가 높은 초기우수(10mm 미만)를 저류하여 처리할 경우 추가적인 수질 개선 효과를 기대할 수 있다. 분류식 하수관거와 초기우수처리를 모두 이행할 경우, 여름철 저수지내 BOD와 COD 농도는 각각 1.
- 따라서 하수관거 정비사업을 통해 M 저수지는 기존의 농업용 저수지의 목표수질 뿐 만 아니라, 인근 유원지의 친수공간으로써 적합한 H 등급 수질을 달성할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에 적용된 수질모델링 기법은 광범위하게 진행되고 있는 하수관거정비 사업의 수질개선 효과를 평가하는데 유용하게 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.
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