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문제 정의
- 그러나 우리나라에서는 아직까지 침사구에 대한 연구나 평가가 이루어지고 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 밭에서 발생하는 비점오염물질의 유출을 저감하기위해 침사구를 적용하여 비점오염물질 유출 저감효과를 평가하고자 하였다.
제안 방법
- 이때 발생하는 오염물질은 강우에 의한 영향이 가장 크기 때문에 연구지역의 강우 특성 분석하는 것은 비점오염물질 저감대책을 위한 가장 우선적으로 선행되어야 한다. 따라서 연구대상 지역인 춘천지역의 기상청 자료를 이용하여 30년 평균 연 강수량을 분석하였다.
- 시험포 하단부에는 시험포에서 발생하는 오염물질의 양을 측정하기 위해 Flume과 수위계 그리고 수질자동시료채취기를 설치하여 유량과 수질농도를 측정하였다. 또한 시험포에서 발생한 유출수는 토양침투나 외부로의 유출을 차단하고, 모든 유출수가 침사구로 유입되게 하기 위해 비닐 배수로를 설치하였다. 이때 시험포와 동일하게 유출부에 Flume과 수위계 그리고 수질시료채취를 위한 샘플러(카쇽턴 휠)를 설치하여 유량과 수질농도를 측정하였다.
- 밭에서 발생하는 비점오염원 저감효과를 분석하기 위해 6개(각 110m2)의 무밭 시험포를 조성하여 무 재배기간(2011년 4월부터 7월) 동안 시험포에서 발생하는 강우유출수를 1.125 m3(1.5 m× 1.5 m× 0.5 m) 크기의 침사구로 유입되도록 하였다.
- 수위측정은 밭의 경우 강우에 의한 유출량의 변화가 크기 때문에 ‘강우유출수 조사방법’에서 제시하는 강우유출수 조사방법의 측정간격보다 적은 5분 간격으로 측정하였다(환경부, 2009).
- 수질분석은 시험포의 경우 유출지속시간에 따라 30분∼2시간 간격으로 채취하였으며, 침사구는 카쇽턴 휠을 통해 수집되는 유출수를 채취하였다.
- 그림 1과 같이 동일하게 적용된 각 시험포 2개(관행, 볏짚, 볏짚거적)에서 발생하는 유출수가 1개의 침사구에 유입되도록 총 3개(#1, #2, #3)의 침사구를 설치하였다. 시험포 하단부에는 시험포에서 발생하는 오염물질의 양을 측정하기 위해 Flume과 수위계 그리고 수질자동시료채취기를 설치하여 유량과 수질농도를 측정하였다. 또한 시험포에서 발생한 유출수는 토양침투나 외부로의 유출을 차단하고, 모든 유출수가 침사구로 유입되게 하기 위해 비닐 배수로를 설치하였다.
- 시험포에서 유출되어 침사구로 유입되는 유입수와 침사구에서 용량을 초과하여 유출되는 유출수에 대한 부하량을 비교하여 침사구의 비점오염 저감효과를 분석하기 위해 유량과 수질농도를 측정하였다. 유입수와 유출수의 유량은 Flume을 통해 통과하는 수량의 수위를 측정하여 수위-유량곡선을 이용하여 유량으로 환산하였다.
- 시험포에서 유출되어 침사구로 유입되는 유입수와 침사구에서 용량을 초과하여 유출되는 유출수에 대한 부하량을 비교하여 침사구의 비점오염 저감효과를 분석하기 위해 유량과 수질농도를 측정하였다. 유입수와 유출수의 유량은 Flume을 통해 통과하는 수량의 수위를 측정하여 수위-유량곡선을 이용하여 유량으로 환산하였다. 수위측정은 밭의 경우 강우에 의한 유출량의 변화가 크기 때문에 ‘강우유출수 조사방법’에서 제시하는 강우유출수 조사방법의 측정간격보다 적은 5분 간격으로 측정하였다(환경부, 2009).
- 또한 시험포에서 발생한 유출수는 토양침투나 외부로의 유출을 차단하고, 모든 유출수가 침사구로 유입되게 하기 위해 비닐 배수로를 설치하였다. 이때 시험포와 동일하게 유출부에 Flume과 수위계 그리고 수질시료채취를 위한 샘플러(카쇽턴 휠)를 설치하여 유량과 수질농도를 측정하였다.
- 수질분석은 시험포의 경우 유출지속시간에 따라 30분∼2시간 간격으로 채취하였으며, 침사구는 카쇽턴 휠을 통해 수집되는 유출수를 채취하였다. 채취된 수질시료는 수질오염공정시험방법에 따라 BOD5, SS, CODMn, DOC, T-N 그리고 T-P 등을 분석하였다.
성능/효과
- 5%)의 저감효과가 나타났다. 3개의 침사구 저감효과를 종합해 보면 평균 64.1%의 유출량 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 동일한 크기 3개의 침사구 유입량을 기준으로 유출량 저감율을 그래프로 나타낸 결과는 그림 2와 같다.
- 2%의 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 그러나 저감효과 산정결과는 유출수가 발생하지 않은 강우유출수의 저감효과가 100%로 산정된 결과가 합산된 결과로서, 시험포에서 발생한 유출수의 수질농도 보다 침사구에서 발생한 유출수의 수질농도가 항상 낮게 나타나진 않았다. 이는 침사구에서 발생하는 유출수는 강우강도와 강우량이 매우 높을 경우에만 침사구의 용량을 초과하여 유출이 발생하기 때문에 카쇽턴 휠로 유입되는 유출수의 농도에 큰 오염물질이 포함되었기 때문으로 판단되며, 이에 반해 시험포에서 발생한 유출수는 강우강도가 높지 않아도 유출이 발생하며 일정한 간격으로 수질시료를 채취하였기 때문에 시험포의 EMC 농도가 낮은 경우가 발생한 것으로 판단된다.
- 3 mm)의 강우범위로 연구유역의 오염물질이 발생할 수 있는 강우량에 대한 대부분의 강우계급을 분석 한 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서 측정한 결과는 강우에 의해 밭에서 유출이 발생한 강우사상만을 분석한 횟수에 포함한 결과로써, 유출이 발생하지 않은 10 mm 이하의 강우량 까지 포함한다면 연구유역에 발생할 수 있는 모든 강우량에 대해 분석한 결과라고 볼 수 있다. 특히 최근 기후변화로 인해 폭우성 강우가 급증하고 있기 때문에 본 연구와 같이 밭에서 강우에 의한 비점오염물질 유출특성을 분석하기 위해서는 100 mm 이상의 강우에 의한 유출특성도 고려하여 분석할 필요가 있을 것으로 판단된다.
- 이와 같이 시험포에서 발생하는 강우유출수가 침사구의 용량을 초과하지 않으면, 밭에서 발생하는 비점오염원을 저감시키는데 매우 효과적인 것을 알 수 있다. 또한 침사구에 퇴적된 세립자의 토양만큼 시험포에서 발생한 세립자의 부유물질을 하천으로 유입되지 않게 막을 수 있을 것으로 판단되며, 이로 인해 하천의 탁수 문제나 수생태계에 미치는 악영향을 줄 일 수 있는 것으로 판단된다. 그러나 그림 3의 (d)와 같이 세립자의 부유물질이 침사구 토양의 공극을 막아 침사구의 비점오염물질 저감효과가 줄어들 수 있다.
- 본 연구에서 연구기간 동안 (2011년 3월∼7월) 분석한 강우량은 12.8∼538.2 mm(평균 83.3 mm)의 강우범위로 연구유역의 오염물질이 발생할 수 있는 강우량에 대한 대부분의 강우계급을 분석 한 것으로 나타났다.
- 본 연구의 결과를 바탕으로 밭에서 발생하는 비점오염물질 저감을 위해 밭의 유출부에 작은 웅덩이 와 같은 침사구를 설치할 경우 비점오염을 저감하는데 매우 효과적인 것으로 판단된다. 또한 강우유출수가 적을 경우 침사구에 의한 유사량의 저감효과도 매우 클 것으로 판단된다.
- 시험포에서 발생한 침사구의 유입수와 침사구에서 발생한 유출수의 수질농도(EMC) 및 수질농도 저감율 산정 결과 BOD5 39.0%, SS 62.1%, CODMn 43.4%, DOC 43.5%, T-N 40.0%, T-P 41.2%의 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 그러나 저감효과 산정결과는 유출수가 발생하지 않은 강우유출수의 저감효과가 100%로 산정된 결과가 합산된 결과로서, 시험포에서 발생한 유출수의 수질농도 보다 침사구에서 발생한 유출수의 수질농도가 항상 낮게 나타나진 않았다.
- 시험포에서 유출되어 침사구로 유입된 유입량은 0.002∼79.166 m3(평균 5.816 m3)으로 나타났으며, 유입량이 가장 많은 관행시험포 침사구(#1)를 기준으로 분석한 유출량은 유출이 발생하지 않은 0부터 538.2 mm의 강우에 의해 발생한 82.1 m3의 범위로 나타났다.
- 침사구에 의한 유출량 저감효과는 유입수가 가장 많은 관행지구시험포 침사구(#1)가 1.4∼100%(평균 33.1%)의 저감효과가 나타났고, 볏짚 시험포 침사구(#2)가 15.1∼100%(평균 71.5%), 유입수가 가장 적은 볏짚거적시험포 침사구(#3)는 26.4∼100%(평균 91.5%)의 저감효과가 나타났다.
- 침사구에 의해 저감된 오염부하량은 3개의 침사구 중 유입량이 많고, 수질농도의 저감효과가 적었던 #1침사구의 경우 SS를 제외한 다른 수질항목의 부하량은 저감효과가 적은 것으로 나타났다. 이는 장마철 발생한 강우로 인해 유출량 저감효과와 수질농도 저감효과가 줄어들었기 때문으로 판단되며, SS 항목은 시험 포에서 발생한 굵은 입자들이 침사구에 가라앉으면서 다른 수질항목들에 비해 높은 저감효과가 나타난 것으로 판단된다.
- 특히 7월 26∼29일에 발생한 538.2 mm 의 집중호우에도 #3 침사구에서 평균 60% 이상의 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 따라서 밭에서 발생하는 비점오염원을 줄이기 위해서는 본 연구와 같이 밭의 지표를 볏짚이나 다른 피복재 등으로 피복하여 토양의 이동을 최소한으로 줄여 오염부하량을 저감하여야 할 것으로 판단되며, 유출이 발생할 경우 밭의 유출부에 작은 웅덩이와 같은 침사구를 설치하여 하천으로 유입되는 오염물질을 저감해야 할 것으로 판단된다. 그러나 아직까지 침사구를 설치함에 따라 발생할 수 있는 문제점 등을 분석하지 않아, 추가적인 연구를 통해 침사구의 적정 규모나 유지관리 방법을 조사해야 할 것으로 판단된다.
- 또한 강우유출수가 적을 경우 침사구에 의한 유사량의 저감효과도 매우 클 것으로 판단된다. 따라서 밭에서 발생하는 비점오염원을 줄이기 위해서는 본 연구와 같이 밭의 지표를 볏짚이나 다른 피복재 등으로 피복하여 토양의 이동을 최소한으로 줄여 오염부하량을 저감하여야 할 것으로 판단되며, 유출이 발생할 경우 밭의 유출부에 작은 웅덩이와 같은 침사구를 설치하여 하천으로 유입되는 오염물질을 저감해야 할 것으로 판단된다. 그러나 아직까지 침사구를 설치함에 따라 발생할 수 있는 문제점 등을 분석하지 않아, 추가적인 연구를 통해 침사구의 적정 규모나 유지관리 방법을 조사해야 할 것으로 판단된다.
- 이는 침사구에서 발생하는 유출수는 강우강도와 강우량이 매우 높을 경우에만 침사구의 용량을 초과하여 유출이 발생하기 때문에 카쇽턴 휠로 유입되는 유출수의 농도에 큰 오염물질이 포함되었기 때문으로 판단되며, 이에 반해 시험포에서 발생한 유출수는 강우강도가 높지 않아도 유출이 발생하며 일정한 간격으로 수질시료를 채취하였기 때문에 시험포의 EMC 농도가 낮은 경우가 발생한 것으로 판단된다. 따라서 침사구의 저감효과를 높이기 위해서는 침사구의 크기를 크게하여 침사구에 저류되는 시간을 증가시키거나, 침투량을 높일 수 있는 방안을 검토해야 할 것으로 판단된다.
- 또한 본 연구에서 측정한 결과는 강우에 의해 밭에서 유출이 발생한 강우사상만을 분석한 횟수에 포함한 결과로써, 유출이 발생하지 않은 10 mm 이하의 강우량 까지 포함한다면 연구유역에 발생할 수 있는 모든 강우량에 대해 분석한 결과라고 볼 수 있다. 특히 최근 기후변화로 인해 폭우성 강우가 급증하고 있기 때문에 본 연구와 같이 밭에서 강우에 의한 비점오염물질 유출특성을 분석하기 위해서는 100 mm 이상의 강우에 의한 유출특성도 고려하여 분석할 필요가 있을 것으로 판단된다.
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