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문제 정의
- 본 논문에서는 이러한 비점오염원의 관리방안 중 하나인 수변완충지대를 하천 유역에 설치하는데 있어 최적의 효과를 얻기 위해 piolt실험을 통하여 수변완충지대 설치시에 필요한 설계인자인 수변완충지대 설정 폭의 길이를 도출하고자 하였다.
제안 방법
- 본 실험에서는 식생종과 폭길이에 따른 오염부하 저감효과 분석을 위하여 폭의 길이별, 식생별로 나누어 평균값을 비교•분석하였다. 유입수의 농도 변화는 저농도와 고농도로 나누어 실험하였으며, 유입농도 조절을 위하여 질소성분의 경우에는 KN03 시약을, 인 성분은 KH2PO4 시약을 사용하여 농도를 임의로 조절하여 실시하였다.
- 9 mg/L 이었으며, 유입유량은 10-13 ton/hr로 하였다. 시료 채취는 자체 제작한 장치（시료채취봉） 및 Lysimeter를 이용하여 1일 1회로 1 L 폴리에틸렌 병에 시료를 채취하였고 신속히 실험실로 운반하여 냉장•보관한 후 가능한 빠른 시일 내에 분석하였다.
- 4에 나타내었다. 실험 data는 현장실험의 결과를 통합하여 사용하였으며, 오염물질 제거효율은 유입수 대비 측정 농도를 가지고 계산하였다.
- 본 실험에서는 식생종과 폭길이에 따른 오염부하 저감효과 분석을 위하여 폭의 길이별, 식생별로 나누어 평균값을 비교•분석하였다. 유입수의 농도 변화는 저농도와 고농도로 나누어 실험하였으며, 유입농도 조절을 위하여 질소성분의 경우에는 KN03 시약을, 인 성분은 KH2PO4 시약을 사용하여 농도를 임의로 조절하여 실시하였다. 유입수의 농도는 SS 80.
- 현장 실험지는 식생종별로 잔디지역, 갈대지역, 갯버들지역, 혼합지역, 대조지역으로 나누어 조성하였다. 각 지역별로 하천으로의 폭약 20 m, 하천변의 길이 약 15 m로 조성되었으며, 실험시 유입수를 조제할 수 있는 반응조를 약 50 ton 규모로 설치하였다（Figure.
- 현장에서 시료를 채취한 후에 실험실로 운반하여 분석하였다. 본 실험에서는 채수량이 미량인 경우가 많아 일부 항목의 경우 Ion Chromatograph를 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 시료 채취는 유입부의 유량 균등조와 수변완충지 내부에 설치된 깊이별 시료 채취봉과 유출부에서의 표면유출부에서 채취하였다. 시료 채취 지점은 토양표층으로부터 15 cm, 30 cm, 50 cm, 80 cm에서 채취하였으며, 폭의 길이에 따라 2 m, 5 m, 8 m, 11m에서 채취하였다. 세부적인 시료 채취 지점은 Fig.
- 시료 채취는 유입부의 유량 균등조와 수변완충지 내부에 설치된 깊이별 시료 채취봉과 유출부에서의 표면유출부에서 채취하였다. 시료 채취 지점은 토양표층으로부터 15 cm, 30 cm, 50 cm, 80 cm에서 채취하였으며, 폭의 길이에 따라 2 m, 5 m, 8 m, 11m에서 채취하였다.
이론/모형
- 현장에서 시료를 채취한 후에 실험실로 운반하여 분석하였다. 본 실험에서는 채수량이 미량인 경우가 많아 일부 항목의 경우 Ion Chromatograph를 이용하여 분석하였다. 분석항목 및 분석방법은 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
- 11 m 거리에서 잔디지역의 경우 오염물질 제거효율은 SS 83.6%, T-N 57.7%, T-P 60.6%, TOC 59%로 나타났으며 , 갈대지역 의 경우는 SS 64.2%, T-N 55.1%, T-P 53.4%, TOC 59%이 었 으며, 갯버들지역은 SS 65%, T-N 56.8%, T-P 53.3%, TOC 56.9%로 나타났으며, 혼합지역은 SS 49.8%, T-N 56.3%, T-P 53.2%, TOC 60.9%이었으며, 대조지역의 경우는 SS, T-N, T-P, TOC 각각 48.5%, 57.2%, 57.3%, 65.8%로 나타났다. 5개의 구간 모두에서 폭의 길이가 길어질수록 오염 물질 제거효율이 높아지는 것으로 나타났다.
- 8%로 나타났다. 5개의 구간 모두에서 폭의 길이가 길어질수록 오염 물질 제거효율이 높아지는 것으로 나타났다. SS, T-N, T-P의 제거효율은 각각 83.
- 5개의 구간에서 모두 SS의 제거효율은 폭의 길이가 길어질수록 SS의 제거효율이 급격하게 높아지는 것으로 나타났으나, 그 외 T-N, T-P, TOC의 경우에는 SS의 경우보다는 제거효율이 폭의 길이에 따라 조금씩 증가하는 것으로 나타났다.
- 5개의 구간 모두에서 폭의 길이가 길어질수록 오염 물질 제거효율이 높아지는 것으로 나타났다. SS, T-N, T-P의 제거효율은 각각 83.6%, 57.7%, 60.6%로 잔디지역에서 가장 높게 나타났으며, 이는 초본류인 잔디의 피복율이 가장 높기 때문으로 사료된다. TOC의 경우에는 대조지역에서 제거효율이 65.
- 6%로 나타났다. 갈대 지역에서는 오염물질 저감효율이 T-N의 경우 80 cm에서 90.5%, T-P 98.6%, TOC 62.8%로 나타났으며, 갯버들 지역의 80 cm 깊이에서 T-N 87.9%, T-P 99.0%, TOC 67.2%, 혼합 지역의 80 cm 깊이에서 T-N 89.6%, T-P 97.0%, TOC 76.9%, 대조 지 역에서의 T-N, T-P, T0C의 저감효율은 각각 89.3%, 98.0%, 76.2%로 나타났다
- 반면, 나머지 3개 지역 （갯버들, 혼합, 대조 지역）에서는 15 cm부터 3개항목（T-N, T-P, TOC）에서 모두 50% 이상의 높은 오염물질 제거효율이 나타났으며, 깊이가 깊어짐에 따라 오염물질 제거효율이 더 높아지는 것 으로 나타났다. 결국 5개 지역모두 깊이가 깊어질수록 오염물질의 저감효율이 더 높아졌으며, 이는 토양 내에 존재하는 미생물과 식물의 뿌리에 의한 것으로 사료된다
- 잔디와 갈대 지역에서는 15 cm 깊이에서 오염물질 제거효율이 약 50%의 수준이었으나 깊이가 50 cm가 넘어가면서 오염물질 제거효율이 급격히 증가하는 경향을 보였다. 반면, 나머지 3개 지역 （갯버들, 혼합, 대조 지역）에서는 15 cm부터 3개항목（T-N, T-P, TOC）에서 모두 50% 이상의 높은 오염물질 제거효율이 나타났으며, 깊이가 깊어짐에 따라 오염물질 제거효율이 더 높아지는 것 으로 나타났다. 결국 5개 지역모두 깊이가 깊어질수록 오염물질의 저감효율이 더 높아졌으며, 이는 토양 내에 존재하는 미생물과 식물의 뿌리에 의한 것으로 사료된다
- 수변완충지대의 설계시 가장 우선 고려되어야할 사항인 폭의 길이에 따른 결과에서, 잔디 지 역에서의 SS, T-N, T-P의 제거효율이 가장 높게 나타났고, TOC의 제거효율은 대조 지역에서 가장 높게 나타났다. 이는 초본류인 잔디 지역의 표면 피복율이 실험적 조건에 의해 초본류인 환삼 덩굴과 같은 잡초류를 제거한 나머지 4개의 실험 지역보다 높았기 때문으로 사료된다.
- 수변완충지에서 의 표면유출수와 하부유출수를 분석한 결과로부터 오염물질의 저 감효과는 하부 유출에서 월등한 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 표면 하에서 일어나는 다양한 오염물의 저감 작용(토양에 의한 흡착, 고정, 여과작용 및 식물에 의한 뿌리부의 흡수, 흡착, 고정, 미생물에 의한 고정 등)에 의한 것으로 판단되며, 표면유출의 형태는 약간의 오염물 저감효과는 있으나 근본적인 하천수질 개선 기여에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.
- 5에 나타내었다. 실험 data는 현장실험의 결과를 통합하여 사용하였으며, 오염물질 제거효율은 유입수와 폭의 길이별 유입수에 따른 오염물질 제거효율로 나타내었다.
- 잔디와 갈대 지역에서는 15 cm 깊이에서 오염물질 제거효율이 약 50%의 수준이었으나 깊이가 50 cm가 넘어가면서 오염물질 제거효율이 급격히 증가하는 경향을 보였다. 반면, 나머지 3개 지역 （갯버들, 혼합, 대조 지역）에서는 15 cm부터 3개항목（T-N, T-P, TOC）에서 모두 50% 이상의 높은 오염물질 제거효율이 나타났으며, 깊이가 깊어짐에 따라 오염물질 제거효율이 더 높아지는 것 으로 나타났다.
후속연구
- 위의 결과에서 거리에 따른 오염 부하량 제거효율을 이용하여 상관관계식을 유도하고, 목표수 질을 설정하여 수변완충지대의 조성을 계획하는 지역의 비점오염원 조사를 충분히 실시한 뒤에 목표수질에 대한 오염물질의 제거율을 산정하면 유도한 상관관계식으로 역산하여 수변완충지대의 설계시 필요한 폭(하천변에서 하천까지의 거리)을 산정 가능할 것이다.
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