초록 ▼

1. 연구 배경 및 목적
수자원의 부존 정도와 수질은 기후변화가 인류사회와 환경에 대하여 영향을 미치는 매우 중요한 요소로서 이들 문제에 대한 이해도를 높이는 것은 지속가능한 발전을 위하여 반드시 필요하다. 그러나 최근까지 국내의 기후변화 연구는 수자원의 양적 변화 및 평가에 집중되어 왔으며 아직까지 기후변화에 따른 지표수의 수질영향에 관한 연구는 미미하여 향후 수질관리를 포함한 통합물관리 전략 수립을 위한 기초자료로 활용하는 데 한계를 지니고 있다.
본 연구에서는 기후변화로 인한 수질영향에 대하여 체계적인 평가와 함께

1. 연구 배경 및 목적
수자원의 부존 정도와 수질은 기후변화가 인류사회와 환경에 대하여 영향을 미치는 매우 중요한 요소로서 이들 문제에 대한 이해도를 높이는 것은 지속가능한 발전을 위하여 반드시 필요하다. 그러나 최근까지 국내의 기후변화 연구는 수자원의 양적 변화 및 평가에 집중되어 왔으며 아직까지 기후변화에 따른 지표수의 수질영향에 관한 연구는 미미하여 향후 수질관리를 포함한 통합물관리 전략 수립을 위한 기초자료로 활용하는 데 한계를 지니고 있다.
본 연구에서는 기후변화로 인한 수질영향에 대하여 체계적인 평가와 함께 정책적으로 기후변화의 영향을 고려하는 효율적인 수질관리 방안을 모색하고자 한다. 본 연구는 2년 연차 연구과제의 2차년도 연구로서, 1차년도 연구로서 수행된 기후변화에 따른 하천과 호소의 수온변화, 병원성 미생물, 미량유해물질 등에 대한 잠재적 수질영향평가 결과와 유역모델 및 3차원 수리/수질 모델을 연계·구축한 수질모의시스템을 기반으로 하여 다양한 기후변화 조건과 수질관리 대책에 대한 시나리오 분석을 통해 수질변화 영향을 예측평가하고 1, 2차년도의 연구 결과를 종합 분석하여 기후변화 대응 수질관리 전략 및 국가정책 방안을 제시하고자 한다.

2. 주요 연구 내용
가. 미래 기후변화 시나리오에 따른 수질오염 부하량 변화
전 지구 기후변화 모델 중 한반도의 기후 특성을 잘 재현하는 것으로 평가된 CGHR(T63)의 모형을 사용하여 A1B 기후변화 시나리오에 대한 낙동강 유역의 향후 2100년까지의 기온 및 강우량을 예측하고 SWAT모형을 통한 지표유출량과 수질오염 부하량 변화를 모의하였다. 기후변화로 인한 지표유출량과 오염부하량의 변화는 과거 30년 자료와 비교할 때, 향후 증가가 뚜렷하다. 증가 경향은 낙동강 하류지역보다 상류지역에 크게 나타나며 계절별로는 겨울과 봄의 증가가 많은 것으로 나타난다. 과거 30년 동안의 자료와 비교하여 기후변화로 인한 지표유출량의 증가가 뚜렷한 지역으로 내성천, 임하댐 상류, 회천 유역들의 증가가 60% 이상으로 가장 크게 나타났고, 다음으로는 안동댐 상류, 병성, 금호, 백천, 양산, 합천댐 상류 유역에서도 40% 이상의 높은 증가가 나타났다. TSS 부하량도 유출량의 증가와 상호 밀접한 관계를 나타내어 내성천, 임하댐 상류, 회천 유역에서 약 80% 이상의 높은 증가를 보였다. TN 부하량의 증가율이 높은 지역으로는 백천, 합천댐 상류, 회천에서 40%∼100%의 범위로 매우 높았고 내성천 유역과 임하댐 상류, 양산천 유역의 증가가 뚜렷하였다. TP 부하량은 임하댐 상류, 회천, 양산천 유역의 증가가 높아 40% 이상을 차지했고 다음으로는 길안천, 위천 유역 등의 증가가 높았다.
2100년까지의 모의된 부하량 변화를 살펴보면, TSS 부하량의 경우는 지표유출량 변화에 비례하여 35%∼45% 증가가 예상되며 그에 따른 TSS 유출농도는 상류지역은 17%∼22%, 하류는 12%∼17% 정도 증가하는 것으로 나타난다. TN 부하량은 10%∼25% 정도의 증가가 예상되지만 TN 농도는 희석효과로 인해 4%∼20%가 감소되는 것으로 예측된다. TP의 경우도 TN의 경우와 비슷하여 유출부하량은 5%∼20% 정도 증가하지만 유출농도는 15%∼26% 정도 감소하는 것으로 나타난다. 이와 같이 TSS의 유출특성과 달리 TN과 TP는 지표유출량 증가가 부하량의 증가를 초래하지만 그와 반대로 수질 농도는 유출량 증가에 의한 희석으로 감소 경향을 나타낸다. 하지만 이러한 유출 평균농도의 감소가 본류 구간의 수질개선을 의미하는 것은 아니며 본류 구간의 수질 특성은 유출된 부하량이 시·공간적 특성에 따라 물리, 화학, 생물학적 메커니즘을 통해 변화될 수 있다.

나. 이상 기후변동에 따른 수질 변화
이상 기후변동으로 인한 가뭄과 홍수 조건에서 유출량 및 수질 변화를 분석하고자 낙동강 유역에 대한 분석 시나리오를 2012년을 기준년도로 하여, 과거 30년 간의 강우 관측자료 분석을 통해 1994년도를 가뭄 대표년도로 선정하였고 태풍 루사가 발생했던 2002년도를 홍수 대표년도로 선정하여 수질 변화를 모의 분석하였다. 각 시나리오별 연평균 강우량은 2012년 1,221mm, 1994년 653mm, 2002년 1,409mm이며 기준년도(2012년) 대비 가뭄년도(1994년)는 46.5% 감소 , 홍수년도 (2002년)는 15.4% 증가하였다. 시나리오에 따라 낙동강 본류로 유입되는 주요 지류하천 유역의 지표유출 변화를 살펴보면, 가뭄년도인 1994년도의 경우는 기준년도(2012년)에 비해 낙동강 유역 전체에 걸쳐 전반적인 감소 경향을 보이며 특히 낙동강 중·하류 서부지역의 지표 유출량 감소가 뚜렷하게 나타난다. 홍수년도(2002년)의 경우에는 임하댐 상류유역과 양산천, 밀양댐 상류 유역에서 유출량 증가가 크게 나타난다. TSS 유출부하량은 가뭄과 홍수년도 모두 낙동강 상류지역에서 부하량 변동이 크게 나타나고 있다. 특히, 임하댐 상류 및 하류 구간과 상주 지점에 이르는 지역의 부하량 증가가 뚜렷하며 양산천, 밀양댐 상류 유역에서도 증가 경향이 나타난다. 한편, 영양염류물질의 부하량 증감을 보면, TN 부하량은 가뭄년도에는 임하댐 상·하류 유역에서의 증가가 뚜렷하고 홍수년도에는 임하댐 상·하류 유역과 함께 낙동강 하류 구간의 증가도 나타난다. 이에 반해 TP 부하량은 상대적으로 기준년도에 비해 가뭄년도의 부하량 변화가 미미하게 나타나고 홍수년도의 경우, 임하댐 상류 구간, 양산천과 밀양댐 유역에서의 증가가 두드러지게 나타난다.
위와 같이 이상기후에 의한 가뭄과 홍수 시나리오별 공간적 유출부하량 특성은 유출수질의 변화로 나타난다. 가뭄년도의 경우, TSS의 유출 농도가 급격히 증가하는 것으로 나타나고 그 경향도 상류지역보다는 하류지역에서 크게 나타나고 있다. 이는 건조한 상태에서 토양 유실율이 매우 높게 나타나는 토양 특성에 기인하는 것으로 판단된다. TN의 유출농도 또한 가뭄에 의해 다소 증가되는 경향을 보이며 TP의 유출농도는 본류 구간에서는 기준년도에 비해 증가하나 그 정도가 미미하며 오히려 지류 구간에서 하류로 갈수록 증가 경향이 크게 나타난다. 홍수년도의 경우에는 TSS의 유출농도의 변화는 본류 구간에서 기준년도와 유사하게 나타나고 지류 구간에서는 다소 증가되는 경향을 보인다. 또한 TN과 TP의 유출농도는 다소 증가하는 경향이 나타나며 TN은 본류 구간에서, TP는 지류 구간에서 그 경향이 뚜렷하게 나타난다.

다. 기후변화 시나리오의 불확실성이 수질 예측에 미치는 영향
한반도의 수환경 평가 및 예측에 적절한 기후변화 시나리오를 선정하고 이를 SWAT 모형의 입력자료로 활용하여 유역 유출량 및 수질 변화를 모의하여 기후 시나리오의 불확실성과 예측된 수질의 불확실성 영향을 검토하였다. 다양한 기후변화 시나리오 비교를 위해 우리나라에 적합한 GCM 모형을 선택하여 B1 시나리오 4개, A2 시나리오 1개, A1B 시나리오 1개를 포함하는 총6개 시나리오-GCM 모형 결과를 구미시 낙본E 상류 유역을 중심으로 모의하여 비교하였다. 각 기후변화 시나리오-GCM 모형에 대한 시대적 구간별 변화를 살펴보았을 때, 기후변화 시나리오 A2에 대해서 2080년대 가장 큰 강우량(과거 평균 대비 159%∼222% 증가)과 유량의 변화(과거 평균 대비 245%∼286% 증가)가 전망되었지만 수질의 농도는 희석효과로 인해 오히려 감소(TP 27%∼87%)하는 것으로 전망되었다. 강우량의 증가에 의해 유역으로부터 하천으로 유입되는 수질오염물질 증가량이 유량 증가량에 미치지 못해 이러한 현상이 나타난 것으로 판단된다. 또한 계절적인 변화를 살펴보았을 때는 강우는 가을철에 가장 높게 나타냈고 유량과 수질은 여름철에 가장 크게 전망되었다. 즉, 가을철과 여름철 전망치에서 가장 큰 변동폭과 불확실성을 나타내었다. 기후변화의 불확실성이 강우, 유량 및 수질에 미치는 영향을 살펴보았을 때, 물론 계절별 또는 예측시기별로 차이가 있겠지만 전체적 전망치에 대하여 강우량이 동절기에는 큰 변화가 없었으나 강우량이 많은 8월에는 강우<유량<수질항목 순으로 큰 불확실성을 나타내었다. 수질 변화의 전망 또는 예측에 있어 강우 및 유량이 가장 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있지만 기후변화 전망에 사용된 모형 및 시나리오에 따라서 달라질 수 있고 또 다른 외부적 요인이 작용할 것으로 예상된다.

라. 낙동강 유역의 미래 목표 수질 달성 정도 평가
미래 기후변화 시나리오에 따라 변화되는 유출부하로부터 산정된 유출농도 분포에 대해 현재 하천 수질 기준 I등급 달성 정도를 비교하여 보았다. TSS는 수질 기준 I등급인 25 mg/L 기준으로 과거 30년 동안 I등급 수질 기준 달성율이 낙본E는 65%, 낙본M은 71%를 나타내었으나 미래로 갈수록 점차 떨어져 2080년대에는 낙본E 55%, 낙본M은 59%로 기후변화로 인한 TSS의 수질악화가 10%~12% 정도의 수질 기준 달성율을 저하시키는 것으로 전망된다. TP 경우는 한정된 오염원에 대한 기후변화로 인한 지표 유출량 증가로 농도 희석효과를 나타내어 TP 수질 기준 I등급인 0.04mg/L 기준으로 수질 달성율이 과거 30년에 비해 미래에는 12%~17% 정도 증가되어 2080년대에는 낙본E 71%, 낙본M은 52% 정도 증가하는 것으로 예측되었다.
한편, 이상기후에 의한 가뭄과 홍수 시나리오별 낙동강 유역의 수질 변화에 대해 하천 수질 기준 I등급 달성 정도를 비교하여 보면, 일반적으로 SS는 지류 구간에 비해 본류 구간, 상류에 비해 하류 구간의 수질 달성율이 떨어진다. 이러한 수질 변화 특성은 홍수년도에 악화되어 수질 달성율이 2%~12% 정도 낮아지며 가뭄년도에는 더 심각해져서 모든 본류 구간에서 I등급 수질을 달성하지 못하는 것으로 전망된다. TP 경우는 본류 구간에서는 가뭄, 홍수 등에 따라 수질 변화의 폭이 크게 나타나지만 이상기후로 인한 수질 달성율의 변화가 뚜렷하게 나타나지 않는다. 하지만 지류 구간에서는 가뭄으로 인한 수질 달성도가 낙동강 유역 전반에 걸쳐 6%~8% 정도로 낮아지고 홍수년도에는 낙동강 상류 지역 내성천에서 수질 달성율이 떨어지는 것으로 예측된다.

마. 수질 관리 우선 관리지역 도출
앞에서의 검토된 기후변화에 따른 단위 유역별 미래 오염부하량 발생량과 단위 면적 당 발생부하량 평가, 그리고 현재 대비 미래 부하량 증가 비율 등을 검토하여 기후변화 대응 수질관리 취약유역을 수질 항목별로 살펴보았다. TSS의 경우, 내성천, 안동댐, 임하댐, 낙본K, 회천, 낙본H, 영강, 금호강 등으로 취약 순위가 나타나 주로 낙동강 중·상류 구간의 지류에서 상대적으로 취약한 것으로 나타났다. 총질소의 경우, 낙본K, 낙본I, 낙본M, 낙본C 등 낙동강 본류 구간의 중하류에 취약성이 높게 나타났다. 반면, 총인의 경우 낙본D, 양산천, 임하댐, 금호강, 길안천, 위천 등의 순으로 낙동강 유역 전반에 걸쳐 지류구간에 취약성이 높은 것으로 나타났다.
낙동강 유역 전체의 오염원별 TN의 부하량 분포 특성을 살펴보면, 토지 비점오염이 가장 많아 51%를 차지하며 축산으로부터 발생되는 비점오염 부하량이 29%로 두 번째 많은 오염원이 되고 있다. 다음으로는 개별 점오염원이 10%, 환경기초시설 배출 부하량이 9%, 그리고 기타 관거 누수와 관거 월류수가 각각 1.2%, 0.1%를 차지하고 있다. TP 부하량 분포도 TN 부하량 분포 특성과 비슷하여 토지 비점오염 45%, 축산 비점오염 37%, 개별 점오염원 9%, 환경기초시설 9%, 관거 누수 1.5%, 관거 월류 0.2%를 나타내고 있다.
배출 오염원 중 가장 많은 비중을 차지하고 있는 토지비점 오염부하는 주로 지류에 분포하며 남강댐, 남강, 금호강, 밀양, 위천, 안동댐 지역에서 각각 전체 배출 부하의 5% 이상을 배출하는 중점관리 대상지역으로 나타났고 다음으로 감천, 임하댐, 내성천, 합천댐, 영강, 낙본G, 낙본M, 회천 등의 유역에서 각각 3%~5%의 토지비점 오염부하량을 배출하는 것으로 조사되었다. 축산오염에서 배출되는 비점오염 부하량의 분포도 낙동강 중·하류에 위치한 지류 구간에서의 오염부하 기여율이 높아 금호강, 위천, 회천, 낙본J, 남강, 감천, 남강댐, 내성천 유역에서 각각 전체 배출 부하의 5%이상을 나타냈고 전체 배출부하량의 50% 이상을 차지하는 것으로 조사되었다.
개별 점오염 배출 부하량은 낙동강 중·하류 지역에서의 부하기여율이 높아 남강, 금호, 낙본E, 감천, 위천, 낙본G, 남강댐, 밀양 유역에서 전체 배출 부하량 대비 각 유역별로 5% 이상의 부하량을 배출하여 전체 배출 총량의 52.8%를 배출하는 것으로 나타났다. 환경기초시설은 도시화가 진행된 지역에서 주로 많은 오염부하가 발생하여 낙본G, 낙본E, 남강, 낙본M, 감천, 낙본C에서 5% 이상 배출되어 전체의 72%를 차지하였고 특히 구미, 대구지역인 낙본G와 낙본E 유역은 20% 이상의 높은 배출 기여율을 보였다.
한편, 관거 누수 및 월류에 따른 부하율은 전체 부하율에 비해 높지는 않으나 도시 비점발생에 중요한 오염원으로 관거 누수로 인한 배출부하량 분포를 보면, 낙본M, 낙본G, 낙본E, 금호, 안동댐, 남강, 양산천, 낙본I 등의 중·하류 본류 구간인 도시지역에서 전체 오염 부하의 83.6%를 차지하고 있고 낙본M, 낙본G, 낙본E 유역은 오염부하 기여율이 10% 이상 차지하는 것으로 나타났다. 하수관거 월류부하는 남강, 영강, 낙본G, 밀양, 안동댐, 낙본M, 양산천, 반변천, 금호강, 낙본E 등에서 5% 이상으로 75.5%를 차지하여 낙동강 유역 전체에 걸친 전반적인 대책 수립이 필요하다. 특히 남강 유역은 전체 배출부하량의 16% 이상을 차지하는 높은 지역으로 나타나 집중 관리가 필요할 것으로 판단된다.
이상과 같이 기후변화에 따른 오염부하량의 배출 특성과 오염원별 배출부하량 기여율 분포 특성을 고려하여 탁수 유발물질과 영양물질에 대한 낙동강 유역의 우선 관리지역을 3등급으로 구분하여 도출하였다. 우선 강우 유출에 의해 직접적으로 영향을 주는 TSS발생 부하에 대한 검토 결과로부터 탁수 유발물질의 우선 관리지역으로 내성천, 안동댐, 임하댐 유역의 낙동강 상류 지역과 금호강, 영강, 회천의 중류 지역, 그리고 낙본H와 낙본K, 합천댐 유역에 대해 관리가 우선되어야 한다. 또한 TN와 TP로 대변되는 영양물질의 경우는 오염부하의 발생 특성이 TSS와 달리 낙동강 중류 지역에 우선 관리지역이 많으므로 안동댐, 위천, 감천, 남강댐, 금호강, 회천, 밀양강, 낙본E, 낙본G, 낙본H를 우선 관리지역으로 선정하였다.

3. 정책 제언
이상과 같이 미래 기후변화 시나리오에 기반한 유출부하량 평가와 비시나리오 기반의 가뭄 및 홍수에 따른 수질 영향평가로부터 도출된 결과를 바탕으로 기후변화 대응을 위한 수질 제어 및 관리 방안을 다음과 같이 제언하고자 한다.

가. 비점오염 관리를 위한 수질오염총량제의 부하지속곡선 적용
기후변화로 인한 지표유출수의 증가는 비점오염부하량의 증가로 나타나고 있으며 특히 토지와 축산으로부터 발생되는 비점오염부하량의 기여율은 80% 이상을 초과할 것으로 판단된다. 또한 도시지역에서 중요한 관거 누수 및 월류로 인한 도시 비점오염은 점차 중요한 수질관리 대상이 되고 있다. 이러한 도시 비점오염관리를 위해서는 지속적인 비점오염 발생 저감 대책 수립 및 재정지원과 함께 비점오염 관리를 위한 수질오염총량제의 부하지속곡선(Load Duration Curve)을 적용할 수 있는 유연성이 필요하다. 현재 시행되고 있는 저수량 또는 평수량을 기준유량으로 산정하고 있는 부하량 평가 및 할당 방식은 유량과 수질 변동성을 고려하는 데 한계가 있다. 부하량의 발생 특성상 TSS의 경우, 풍수기 또는 홍수기에 배출되는 부하량이 목표수질 부하량을 초과할 확률이 높아지기 때문에 현행의 저수량 또는 평수량 기준의 부하량 산정은 배출되는 부하량 규제효과가 크지 않게 된다. 또한 TP의 경우는 저수기 또는 갈수기의 목표수질 부하량을 초과하는 경우가 높게 예상되므로 저수지와 갈수기의 배출부하량 규제를 집중하는 것이 필요하다.

나. 물 재이용을 통한 지류/지천 살리기
4대강 본류의 수질개선을 위해서는 지류 관리의 연속성이 보장되어야 하며 이를 위해 유역 내 본류와 지류를 모두 포함하는 유량, 수질 및 생태복원을 위한 통합물관리계획을 수립하는 것이 중요하다. 특히 기후변화로 인한 지류의 갈수기 수질악화 가능성이 크기 때문에 수질개선 및 생태복원을 위한 오염원의 저감과 유량 확보가 무엇보다 중요하다. 현재 추진되고 있는 지류 지천 환경대책은 전국의 47개 중점관리 지류를 선정하고 비점오염 저감사업, 생태하천 복원 사업, 환경기초시설 투자 계획 등 수질개선 사업과 물환경 및 상·하수도 제도 개선 계획을 주요 관리 과제로 추진하고 있으나 수질개선 및 생태복원을 위한 유량 확보에 대한 노력은 부족한 것이 아쉽다. 특히 본류와 달리 지류의 유량 확보 방안은 유역 내 물순환 이용체계 개선을 통한 유량 확보 방안이 되어야 한다. 이에 대한 좋은 대안이 하수재이용이다. 하수처리수재이용은 기후변화 대비 물순환 건전성 및 하천 수질 개선의 효과뿐만 아니라 하천 유지용수에 적합한 하수처리를 통해 점오염 배출부하량의 저감효과와 함께 하수재이용 관련 물산업의 활성화를 기대할 수 있어 물 재이용 서비스를 통한 새로운 가치창출과 지속가능한 녹색성장을 위한 물산업 성장동력으로서 발전할 수 있을 것이다. 따라서 물 재이용 활성화를 위한 정부의 적극적인 지원정책과 함께 환경보존을 위한 효율적인 규제를 통해 물 재이용 산업 활성화를 도모하는 것이 필요하다. 하수처리수 재이용수 수질기준 강화에 따른 기존 하수처리를 크게 향상시킨 고도처리 개념을 도입한 재이용수 공급은 수자원의 유지와 오염된 물의 복원이라는 자연환경 보호와 함께 규제를 통한 물 재이용 관련 기술개발 및 산업육성 측면에서 강화되어야 한다.
전국에 잠재적으로 하천유지유량으로 이용가능한 하수재이용 수량을 해당 유역의 하수처리수 공급 가능량과 수급 관계를 고려하여 추산해보면, 2008년 기준으로 하천유지용 재이용수량인 213,537천㎥/년에서 58개 하수처리장에서 564,403천㎥/년의 하수처리수를 추가로 하천유지용수로 재이용하면, 총 777,940천㎥/년의 하천유지용수 공급량을 확보할 수 있는 것으로 조사되었다. 특히 유역별 하수재이용수의 공급가능량이 많은 지역은 남한강, 한강 하류, 낙동강 중·하류지역, 금강 상류, 영산강 중·하류지역 등으로 조사되었다. 이와 같이 잠재적으로 지류하천의 유지용수로의 하수처리수가 재이용되면, 공공하수처리시설의 총 배출오염부하량의 4.8%의 삭감 효과가 발생할 것으로 추산되며 국내 물산업시장의 창출 효과도 기대된다.

다. 도시 비점오염 관리
도시비점 오염원의 관리는 빗물관리와 함께 다뤄야 한다. 도시지역은 불투수층의 증가로 인해 풍수기에는 집중호우에 의한 침수 피해가 발생하고 갈수기 및 평수기에는 강우량 부족 및 빈도감소로 고농도 오염배출로 인한 수질 및 수생태 악화가 초래하게 된다. 이러한 현상은 기후변화로 인해 홍수기 강수량이 집중되고 가뭄이 심화되어 물관리의 어려움을 가중시키고 있다. 도시 비점오염은 우천 시에 도시, 도로, 공사장 등에 쌓인 오염물질이 빗물에 씻겨 하수관으로 유입되나 하수처리장 처리용량 초과로 다량의 고농도 하수가 하천으로 직접 방류되는 배출 특성을 가지고 있으며 합류식 하수도 월류수(CSO: Combined Sewer Overflow)의 경우, 도시 우수나 하수처리수보다 훨씬 더 나쁜 수질 특성을 보이는 경우가 많다.
이러한 도시 비점오염의 관리를 위해서는 상시 주기적인 하수관 준설, 빗물관리, 도로 물청소 등의 오염원 관리를 통해 월류량을 저감하고 주변 하수관거 배수능력을 고려하여 우수배재 설계빈도 초과지역에 대한 빗물저류시설 등을 설치하는 것이 필요하다. 특히 빗물저류시설은 비점오염물질 처리를 위해 비점오염 처리시설을 포함하는 것을 고려해야 한다. 관리·기술적인 측면에서는 하수관거로부터 하수 누출수(exfiltration)를 정량화하고 침입수, 유입수, 누출수와 연계한 SSOs 최소화를 위한 관리방안의 마련 등이 확립되어야 한다. 한편, 제도적인 측면에서는 하수도 관거 계획 시 빗물능력 강화를 위해 확률빈도를 당초 5년∼10년에서 10년∼30년으로 상향조정하고, 하수저류시설의 수요에 대한 지역별 검토 및 설치가 이루어질 수 있도록 하수도 정비 기본계획에 반영되도록 하는 것이 필요하다.

라. 체계적인 수질 모니터링 시스템 구축과 하천 환경용수의 확보
기후변화로 인한 기온상승과 강우 변동은 수온 변화에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 낙동강 유역의 과거 수온 변화를 살펴본 결과, 유역 내 수온 변화의 43.4%가 기상변화로 인한 직접적인 영향을 나타내었고 하천의 경우가 호소수에 비해 기온변화에 따른 수온 영향이 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 특히 수온 상승은 용존산소 저감과 클로로필 농도의 증가와 의미 있는 상관관계가 있는 것으로 나타나 향후 기후변화에 따른 수온 상승과 그에 따른 수질 영향에 대비하기 위해서는 하천 환경용수의 확보 방안에 대한 고려가 필요할 것으로 판단된다.
한편, 기후변화는 물환경의 변화를 초래하고 병원성 미생물의 증식과 분포 및 이동에도 큰 영향을 줄 수 있다. 국내의 병원성 미생물에 의한 발병은 위생환경의 발전으로 점차 줄어드는 추세였다. 그러나 가속화되어가는 기후변화는 기온 증가와 함께 집중호우 및 홍수로 병원성 미생물에 의한 피해를 증가시킬 수 있다. 또한, 향후 기후변화에 따른 기온과 수온의 상승, 수문학적인 순환의 변화 등은 미량오염물질의 잔류농도를 증가시킬 우려가 있다.
따라서 향후 기후변화에 따른 수질 영향에 대비하기 위해서는 수온, 병원성 미생물, 미량유해물질 등에 대하여 체계적이고 지속성 있는 모니터링을 통한 양질의 자료 구축이 중요하다. 수온 변화의 장기 모니터링을 위해서는 더 정밀한 측정과 모니터링 프로토콜이 필요하며 병원성 미생물의 경우는 원인 유발균에 대한 기초연구 확대와 조기진단 방법의 개발을 통하여 지표미생물 확대와 정확한 병원성 미생물 관리가 필요하다. 또한 미량오염물질은 사전예방의 원칙을 적용하여 관리체계를 강화하는 것이 바람직하다. 더불어 낙동강에서는 갈수기에 반복되는 수질사고를 예방하기 위하여 하천의 수량을 확보하는 것이 중요하며 이를 위해 유역 내 물순환시스템을 최적화하여 하천의 자정능력을 향상시키고 하천의 건강성 회복을 이루어야 할 것이다.

(출처 : 국문 요약 4p)

Abstract ▼

Climate change has the potential to significantly alter not only available water resources but also water quality, with consequent impacts on biogeochemical cycling and ecosystems of natural bodies of water. Pollution on water resources could have very damaging impacts on human societies and the env

Climate change has the potential to significantly alter not only available water resources but also water quality, with consequent impacts on biogeochemical cycling and ecosystems of natural bodies of water. Pollution on water resources could have very damaging impacts on human societies and the environment; thus we definitely need to increase our understanding of these problems for sustainable growth. However, until recently, the research on domestic climate change had focused on the evaluation of water quantity; therefore it is necessary to assess the impacts and vulnerabilities of climate change on water quality as basic information to establish the strategy of water environmental management. As such, this study desires to seek solutions for effective water quality management to consider the impacts of climate change.

Projected changes and their impacts on water quality are simulated in response to climate change stressors. CGHR(T63) simulation on the A1B scenario is converted to regional scale data using the statistical downscaling method known as MSPG (Multi-Site Precipitation Generator), and they are applied to Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model to simulate rainfall-runoff and pollutant loading in the Nakdong River basin. The results demonstrate that rainfall-runoff and pollutant loading in the future (2011~2100) will clearly increase as compared to the last 30-year average. More specifically, an increase in the rate of both rainfall-runoff and pollutant loading is expected to continue its acceleration until 2040. This phenomenon is more pronounced in the upper basin during the winter and spring seasons. Runoff shows similar patterns to the precipitation, increasing by 60%. Accordingly, the runoff increase results in the escalation of pollutant loading by 35∼45% for TSS, 10∼25% for TN, and 5∼20% for TP. However, the runoff increase results in de-escalation of the concentration by 4∼20% for TN and 15∼26% for TP, except TSS (increase by 12∼22%).
Climate change will also bring about extreme droughts and floods. Therefore, it tried to simulate rainfall-runoff and pollutant loading in the Nakdong River basin as the condition for extreme droughts and floods. The year 1994 and 2002 (typhoon 'Rusa') were chosen as the drought and flood year, respectably, through the analysis of past rainfall data for 30 years. The simulation results were compared with the rainfall-runoff and pollutant loading of the standard year (2012). Such changes showed decreases in both the rainfall-runoff and pollutant loading for the drought year when compared to 2012; on the other hand, increases were observed for the flood year. In the drought year, the pollutant loading on the special sub-basin also increased. However, the runoff decrease during the drought year resulted in an increase in water quality concentration, and the runoff increase during the flood year resulted in a decrease in water quality concentration. Overall, it showed that water quality could get worse during the dry (low water) season.
The uncertainties of climate scenarios and predicted water quality impacts were mainly reviewed in the upper basin. Runoff and water quality during the summer were prospected the most significant CV(Coefficient of Variance) value. In other words, the variations and uncertainties of summer were shown the largest estimates. Uncertainties of climate change on rainfall, flow, and water quality were shown in the order of water quality > flow > rainfall. Overall, watershed model and scenarios used in climate change projections can vary, and other external factors are expected to contribute to the uncertainty.
Climate change impacts on water quality concentration distribution required for the current river level to achieve the Target water quality(TWQ) Class I were assessed. Achievement of water quality standards on SS is expected to decrease by 10% towards the future of 2080's compared to the past. The increased surface runoff due to climate change represented the dilution effect of TP concentration, and achievement of TWQ on TP is expected to increase by 10% towards the future of 2080's compared to the past. On the other hand, in the case of extreme climate change like droughts and floods, the difference is larger depending on the event; but overall, the achievement rate of TWQ was expected to decrease.
Based on some reviewed results, water quality management vulnerability to climate change were analyzed using water quality parameters. SS and TN appeared relatively vulnerable to the tributary of Nakdong River's upper reach and mainstream of Nakdong River's downstream, respectably. On the other hand, TP appeared to be vulnerable to the tributary of entire Nakdong River. Its source contribution of TN load in the Nakdong River basin was analyzed to be the highest from non-point source of Land areas (51%); second was non-point sources from Livestock Farm areas (29%); next came individual point source (10%); then came waste water treatment plants (WWTPs) (9%) and Leaking of Conduit(1.2%); and finally Combined Sewer Overflows(CSOs)(0.1%) followed. Its source contribution of TP load similar to TN showed non-point source from Land areas (45%), non-point source from Livestock Farm areas (37%), individual point source (9%), WWTPs (9%), Leaking of Conduit (1.5%) and CSOs (0.2%) in descending order.
The critical areas for SS and nutrient management in the Nakdong River basin were selected after considering the characteristics of discharge load and distribution of contributed rates due to climate change. In the case of SS discharge load, which has a direct impact through rainfall-runoff, selected critical areas were the watersheds of upstream (such as Naeseungcheon, Andong dam, and Imha dam), mid-stream (such as Geumhogang, Younggang, and Heocheon), and downstream (such as Nakbon H, Nakbon K, and Hapcheon dam). In the case of nutrients, unlike SS, mid-stream of Nakdong River was evaluated as the critical area.
There are water quality control and management recommendations to response against climate change through the evaluation of climate change impacts on water quality based on global climate model and climate change scenario.
Surface runoff due to climate change increases the outflow of non-point source (NPS) pollution loads, and the contributed rate from Land and Livestock areas are predicted to overflow by more than 80%. In addition, NPS pollution from Leaking of Conduit and CSOs in urban area are water quality management issues. To manage NPS pollution, it needs to not only establishing measures for NPS reduction and funding but also apply Load Duration Curve (LDC) based on Total Maximum Daily Loads(TMDL). The pollutant load allocation method in the TMDL plan calculated by ordinary water flow has limits in considering the flow and water quality variabilities. Because SS pollutant load discharged during the summer flood season can become more likely to exceed TWQ, the current estimation method of pollutant load based on low flow is not effective for TMDL. It is also needs to concentrate the regulation of pollutant load during the period because TP pollutant load is expected to exceed TWQ during the low flow season.
Tributary management's continuity must be ensured to improve water quality of main streams. To achieve this, it is important to establish Integrated Water Management Plan for flow, water quality, and ecological restoration, including all of the main streams and tributaries in the basin. In particular, because water quality could deteriorate during the low flow season due to climate change, reduction of pollution and securing streamflow to both improve water quality and restore ecosystems are very important.
Unlike the main stream, the plan to secure the flow in the tributary will be the measurement of securing flow through the improvement of water circulatory system in the basin. A good alternative is the use of reclaimed water. The use of reclaimed water could expect following effects: reduction point source pollutant loading, revitalization of water industry regarding to wastewater reuse technologies, rehabilitation of water cycle, and improved water quality against climate change. Therefore, the use of reclaimed water could be promoted as a growth engine of the water industry, as it could create new value from water reuse services and promote sustainable green growth. It is necessary to promote the water reuse through effective regulations and government policies that actively support the protection of the environment.
Management of urban NPS pollution has to also deal with rainwater management.
Urban areas, due to an increase in impermeable layers, has been damaged by floods caused by heavy rains during the high flow season. The discharge with high concentration pollutant load from insufficient rainfall runoff during the low flow season is polluting the stream water quality and aquatic ecosystems. These phenomena are increasing the difficulties of water management to prepare for extreme floods and droughts due to climate change. Urban NPS pollutants from roads and construction sites inflow the sewerage, and it is similar in characteristics as large amounts of wastewater being discharged directly into rivers when the treatment capacity of WWTPs is exceeded during rainfalls. The CSOs from combined sewerages often have much deterioration in water quality when compared to urban runoff and treated wastewater.
For NPS pollutant control, it needs to reduce CSOs by controlling pollutant sources (i.e. periodic dredging of sewerage, rainwater management, and road water-cleaning) and install rainfall storage systems in areas where the runoff design frequency exceeds the capacity of sewerage. The quantification of exfiltration from sewerage and development of CSOs control measures have to be established with regards to the technical aspect. On the other hands, the probability frequency must be upgraded from 5~10 year to 10~30 year when planning sewerages, and the installation of wastewater storage systems which take into account local demand should be reflected in the institutional aspect.
Temperature increase and rainfall variability due to climate change could directly impact temperature. In particular, water temperature increase was positively correlated with Dissolved Oxygen decrease and Chlorophyll-a increase; so it needs to prioritize the measures for supplying environmental flow to prepare for climate change impacts on water quality. In addition, climate change could impact changes in water environments and the growth, distribution, and locomotion of pathogenic microorganisms. In other words, climate change, as a result of increasing temperatures and heavy rainfall (flood), has increased a variety of diseases and problems caused by pathogenic microorganism, and increases in air/water temperature and changes in water cycle could also increase residual concentration of micropollutants. Therefore, it is important to establish good quality data through well organized and continuous monitoring to prepare for climate change impacts on water quality in the future.
Accurate management of pathogenic microorganism is needed through enlargement of preliminary study on pathogenic microorganisms and development of early diagnosis measures. Moreover, it is desirable to strengthen management system of micropollutants using the precautionary principle. It is important to prevent recursive water pollution accidents during the low flow season, and both improvement of self-purification and restoration of stream health through optimization of water cycle system in the basin are required to undertake this endeavor.

(출처 : Abstract 216p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 서 언 ... 3
• 국문요약 ... 4
• 목차 ... 14
• 표목차 ... 16
• 그림목차 ... 17
• 제1장 서 론 ... 20
• 1. 연구의 배경 및 목적 ... 21
• 2. 연구 내용 및 방법론 ... 22
• 3. 선행 연구 분석 ... 24
• 제2장 기후변화에 따른 수질 영향 평가 ... 28
• 1. 미래 기후변화 시나리오에 따른 수질 영향 ... 29
• 가. 한반도 기후변화 시나리오 검토 및 선정 ... 29
• 나. 낙동강 유역의 시·공간적 수문·수질 변화 분포 ... 30
• 다. 기후변화의 계절적 영향 ... 34
• 라. 수질 농도에 미치는 영향 ... 37
• 2. 이상 기후변동에 따른 수질 변화 ... 40
• 가. 시나리오 구성 및 방법 ... 40
• 나. 유역별 유출량 및 부하량 변화 특성 ... 42
• 다. 낙동강 주요 지점의 수문·수질 변화 ... 49
• 라. 가뭄 및 홍수가 수질에 미치는 영향 ... 52
• 3. 기후변화 시나리오의 불확실성이 수질 예측에 미치는 영향 ... 58
• 가. 수질 변화 예측을 위한 기후변화 시나리오 검토 및 선정 ... 58
• 나. 기후변화 시나리오 생성 ... 63
• 다. 기후변화 시나리오에 기반한 수질 변화 전망 ... 66
• 라. 기후변화 시나리오에 기반한 전망치의 계절별 비교 ... 70
• 마. Flow Duration Curve를 이용한 비교 ... 74
• 바. 기후변화 시나리오에 기반한 수질 변화 전망의 불확실성 검토 ... 76
• 사. 결과 요약 ... 82
• 제3장 기후변화 대응 낙동강 유역 수질관리 방안 ... 84
• 1. 낙동강 유역의 미래 목표수질 달성 정도 평가 ... 85
• 2. 수질관리 취약 유역/부문 검토 및 우선 관리지역 도출 ... 90
• 가. 수질 항목별 기후변화 취약 유역 ... 90
• 나. 오염원별 배출부하량 기여율 분포 ... 93
• 다. 기후변화 대비 수질 우선 관리유역 도출 ... 102
• 3. 기후변화 대응을 위한 수질관리 정책 방향 ... 105
• 가. 비점오염 관리를 위한 수질오염총량제의 부하지속곡선 적용 ... 105
• 나. 물 재이용을 통한 지류/지천 살리기 ... 108
• 다. 도시 비점오염 관리 ... 111
• 라. 체계적인 수질 모니터링 시스템 구축과 하천 환경용수의 확보 ... 112
• 제4장 요약 및 결론 ... 114
• 참고 문헌 ... 120
• 부 록 ... 126
• Abstract ... 216
• 끝페이지 ... 221