3.1 유역 오염발생 현황조사 및 예측

3.2 유역오염 물질의 적정 관리 방안

3.3 호소 내의 저질토 현황 및 관리 방안

3.4 호소 수질예측 및 수질개선 방안

제 3 장 수질오염현황 및 수질관리방안

3.1 유역 오염발생 현황 조사 및 예측

3.1.1 소유역 현황

3.1.1.1 소유역 구분 및 측정지점

- 본 연구에서는 실측지점을 중심으로 실측지점으로 물이 유입되는 해당지역에 대하여 지형도 내의 등고선 자료를 이용하여 소유역을 구분하였으며, 구분된 소유역은 GIS data인 수치고도자료(DEM)와 비교하여 대응시켰다. 이처럼 구분된 소유역에 대하여 본 연구에서는 각 소유역별 실측자료를 이용하여 오염부하량을 산정 하였고, 이를 모형에 의한 결과치와 비교하였다.

- <표 3-1-1>은 대상유역의 수질 및 유량 측정지점을 나타낸 것이고, 그에 해당되는 유역을 쉽게 파악하도록 <그림 3-1-1>과 같이 나타내었다.

<표 3-1-1> 서산 A·B지구 수질 및 유량 측정지점

구 분	측정번호	측 정 지 점
A지구	A-1	서산시 인지면 산동리 동막마을앞 하천 (간월호 합류점)
	A-2	서산시 인지면 새원안 마을앞 하천 (간월호 합류점)
	A-3	서산시 오산동 청지천 하류부 (간월호 합류점 부근)
	A-4	서산시 해미면 도당천 하류부 (간월호 합류점 부근)
	A-5	서산시 고북면 기포리 기포교
	A-6	홍성군 서부면 광리 와룡천교
B지구	B-1	태안군 남면 진산리
	B-2	태안군 태안읍 반곡리 태안천
	B-3	서산시 부석면 갈마2리 새마마을 앞 보

<그림 3-1-1> 서산 A·B지구의 실측지점별 소유역 구분

3.1.1.2 소유역별 수문현황

가. 강우자료

- 본 연구에서는 간월호, 부남호로 유입되는 유출량 산정을 위해 1999년 한해동안 서산 A·B지구에 발생한 강우량 자료를 바탕으로 합리식을 이용하여 유출량을 산정 하였다.

- <표 3-1-2>는 합리식에 적용된 서산 A·B지구의 월별 강우량을 정리한 것이고, 수질측정 기간 중 서산 A·B지구의 강수량은 자료집 <표 Ⅲ-1-1> 수록하였다.

나. 유량측정

- 유량측정은 측정지점에 설치된 교량 또는 보를 이용하여 접근한 뒤 측정.

<표 3-1-2> 서산 A·B지구의 월별 강우량 자료(mm)

	1월	2월	3월	4월	5월	6월	7월	8월	9월	10월	11월	12월
1997	20.5	32.5	29.6	69.5	232.8	204.4	298.7	87.2	16.1	8.7	116.7	40.2
1998	40.1	54.2	35.0	160.6	95.5	281.7	295.6	491.8	168	24.3	55.6	9.2
1999	8.0	7.8	59.9	90.1	178.8	105.1	175.6	497.4	532.6	111.3	36.6	23.4
2000	62.9	2.9	3.7	38.1	62.1	204.0	61.0	608	298.1	34.4	24.8
평균	32.88	24.35	32.05	89.58	142.30	198.80	207.72	421.10	253.70	44.67	58.42	24.27

자료 : 기상청 (www.kma.go.kr)

- 대부분 원형관이나 사각형 관을 통해 유입되는 수량을 측정하기 위해 유속계를 이용하여 유속을 측정한 후 유입수량이 차지하는 수면 폭과 수심을 측정하여 수학적으로 계산된 단면적을 곱하여 유량을 산정

3.1.1.3 소유역별 수질현황

가. 조사지점

- <그림 3-1-2>와 같이 간월호 유입지역에 6개의 수질측정 지점을, 그리고 부남호 유입지역에는 3개의 수질측정 지점을 선정, 총 9개의 수질측정 지점을 선정하였다.

- 수질측정 지점은 간월호·부남호로 유입되는 대표적인 하천을 위주로 선정

- 측정시 접근성을 높이기 위해 각 하천이 간월호와 부남호로 유입되는 합류지점에 건설된 교량에서 수질을 측정하였다. 조사지점의 하천별 특성을 간단히 정리하면 아래와 같다.

A-1 : 서산시 부석면과 인지면을 거쳐 간월호로 유입되는 야당천 하류부

A-2 : 서산시 인지면을 거쳐 유입되는 둔당천 하류부

A-3 : 서산시 중심부를 거쳐 간월호로 유입되는 청지천 하류부

A-4 : 서산시 해미면을 거쳐 간월호로 유입되는 도당천 하류부

A-5 : 서산시 고북면을 거쳐 간월호로 유입되는 도윤천 하류부

A-6 : 서산시 갈산면과 홍성군 서부면을 통해 유입되는 와룡천 하류부

B-1 : 태안군 태안읍과 남면의 경계를 따라 부남호로 유입되는 하천 하류부

B-2 : 태안읍을 거쳐 부남호로 유입되는 태안천 하류부

B-3 : 서산시 부석면을 거쳐 부남호로 유입되는 장검천 하류부

<그림 3-1-2> 간월호(A지구) ·부남호(B지구) 수질측정 지점

나. 분석항목 및 방법

- 환경기준 항목인 pH, DO, 수온, BOD, COD, SS, T-N, T-P, NO3-N, PO4-P의 총 10개 항목에 대하여 <표 3-1-3>에 나타낸 방법에 의하여 분석

- 중금속에 대한 조사는 기존의 농진공이나 금강환경청에서 조사한 자료에서 검출이 되지 않아 조사항목에서 제외

<표 3-1-3> 수질측정 항목 및 분석방법

측정항목	측정분석기기명	분석방법
pH	pH Meter (현장측정용)	직접측정법
DO	DO Meter (현장측정용)	직접측정법
수온	현장측정용	직접측정법
COD	Drying Oven	산성K2Cr2O7법(Open Reflux Meth.)
BOD	BOD incubator	20℃, 5일간(적정법)
SS	Glass Filter Apparatus	여과평량법
T-N	Spectrophotometer	흡광광도법
T-P	Spectrophotometer	아스코르빈산환원법
NO3-N	Spectrophotometer	흡광광도법
PO4-P	Spectrophotometer	아스코르빈산환원법

다. 조사현황

- 간월호·부남호로 유입되는 하천에 대한 수질조사는 매달 1회씩 측정

- 수질측정 기간 중 서산 A·B지구의 강수량을 예년과 비교해 보면, 2, 3, 4, 5, 7월의 강수량이 적어 2000년도 전반기에 이지역에서 가뭄이 장기간 지속된 것을 알 수 있다. (자료집 <표 Ⅲ-1-1> 참조)

- 건기시 수질 측정시 시료채취 지점별로는 유입되는 하천수의 전량을 주위의 개인소유 논에서 농업용수로 끌어 써 유량측정을 하지 못한 경우도 있었다.

- 겨울철 수질 및 유량측정은 강우량이 적어 대부분 하천의 수량이 극히 적어 유량이 정체 상태에 있었으며, 그나마 낮은 기온에 의해 유입수가 얼어서 측정이 어려웠다.

- 6월과 8월의 시료채취시 서산 A·B지구의 선행강우량은 각각 42.6mm와 60.3mm을 기록하였다. 시료채취 일자를 결정할 때 기상청의 기상예보를 바탕으로 오랜 가뭄기간에도 홍수기 시료채취를 시도하였으나 기상예보와 달리 강우량이 전혀 없었던 경우도 있었다. 또한, 강우량이 100mm 이상인 경우에는 토사로 이루어진 접근로가 유실되어 측정지점으로의 접근이 불가능하기도 하였다.

- 간월호·부남호로 유입되는 대표적인 하천 9개 지점을 측정하기 위하여 자동차로 시료채취한 거리는 약 130 km에 달하였다.

라. 유입하천 수질측정 결과

- 간월호·부남호로 유입되는 대표적인 하천 9개 지점의 수질측정 결과는 자료집 <표 Ⅲ-1-2>에 나타난 바와 같다. 수질측정 기간중 6월과 8월은 강우시 시료를 채취 한 것이고, 나머지는 무강우시 시료를 채취한 것이다.

- <그림 3-1-3>∼<그림 3-1-11>은 각 유입하천 측정지점의 월별·오염물질별 농도 변화를 그림으로 나타낸 것이다 (자료집 <표 Ⅲ-1-2> 참조).

- 간월호와 부남호로 유입되는 각 하천의 수질을 측정한 결과, 대체적으로 하천수질 환경기준 Ⅳ 등급인 농업용수의 수질을 나타내고 있으며, 강우시 측정지점에 따라 부유물질(SS)의 농도가 농업용수의 수질을 초과하는 것으로 나타났으며, 생화학적 산소요구량(BOD) 또한 측정지점별로 농업용수 수질을 다소 초과하는 결과를 나타내고 있다.

- 하천수질에 적용되지 않으나 호소수질 기준에 적용되고 있는 총질소와 총인의 경우, 측정결과 모든 측정지점에서 호소수질 Ⅳ등급인 농업용수 수질을 초과하고 있으며, 각 측정지점의 유입 평균 총질소 농도값은 2.5∼3.5 mg/□의 범위로 호소의 농업용수 수질 (1.0 mg/□이하)을 2.5∼3.5배 초과하고 있다. 또한, 총인의 경우, 각 측정지점의 유입 평균 총인의 농도값이 0.3∼0.4 mg/□로 호소의 농업용수 수질 (0.1 mg/□ 이하)을 3∼4배 초과하는 것으로 나타났다.  총질소와 총인은 강우시 농도가 증가하는 경향을 보이고 있다.

- 간월호와 부남호의 수질악화는 유입되는 질소와 인이 수질악화의 주 오염물 질로 판단된다.

- 간월호와 부남호의 녹조예방과 수질악화를 저감시키기 위해서는 간월호의 경우, 유입유량이 많은 해미천 하류부인 A-4 측정지점, 와룡천 하류부인 A-6  측정지점, 청지천 하류부인 A-3 측정지점의 상류 유역,  그리고 부남호의 경 우, 대부분의 유량이 유입되는 태안천 하류부인 B-2 측정지점의 상류유역의  질소와 인 오염원의 적절한 관리방안이 필요할 것으로 판단된다.

마. 측정결과의 분석

1) 수소이온 농도의 변화

- 각 유입하천의 월별 수소이온 농도의 변화는 <그림 3-1-3>에 나타나 있다. (참조 자료집 <표 Ⅲ-1-2>)

- 각 유입하천의 수소이온 농도는 6.6∼9.0 범위를 나타내고 있으며, 가뭄이 장기간 지속된 3, 4, 5, 7월에 다소 높게 나타났다.

- 6월에 예년의 강우량(203 mm)을 기록한 후 pH는 점차 낮아져 8월에는 모든 측정지점에서 6.5∼7.2 범위의 일정한 값을 나타내고 있다.

- 측정지점별 pH의 농도변화를 살펴보면 홍성군 결성면, 구항면, 서부면에 분포하는 축산폐수가 유입되는 와룡천 (A-5) 지점이 타 지점보다 높은 값을 나타내는데, 8월을 제외하곤 8.0 이상의 값을 기록하였다.

2) 수온 및 용존산소(DO) 농도의 변화

- 각 유입하천의 월별 용존산소 농도의 변화는 <그림 3-1-4>에 나타나 있다 (참조 자료집 <표 III-1-2>).

- 각 유입하천의 수온은 3월에 최저치 6.8℃, 7월에 최고치 32.2℃를 기록하였다.

- 생물학적 산화반응 속도는 온도에 따라 증가하고 산소요구량도 증가하므로

용존산소량이 적어지는 여름철의 수질관리가 매우 중요하다.

- 용존산소는 하절기에 접어들수록 감소하여 수온이 상승하는 6, 7월에 최소값을 보이다가 8월부터 다시 상승하는 경향을 보이고 있다. 각 지점에서 측정된 용존산소의 값은 대체적으로 4∼8 mg/□ 범위를 나타내고 있어, 각 유입하천의 용존산소 농도는 하천수질 IV 등급인 농업용수 수질기준인 2 mg/□을 만족시키고 있다.

3) 부유물질(SS) 농도의 변화

- 각 유입하천의 월별 부유물질 농도의 변화는 <그림 3-1-5>에 나타나 있다 (참조 자료집 <표 III-1-2>).

- 부유물질의 농도는 강우량과 밀접한 관계가 있는데, 가뭄기간인 3, 4, 5월 보다 강우량이 상대적으로 많았던 6, 7, 8월 기간동안의 부유물질 농도가 상대적으로 높은 값을 보이고 있다.

- 각 측정지점별 유입 평균 부유물질의 농도는 대체로 25∼72 mg/□의 범위를 나타내고 있다.

- 태안군 남면에서 유입되는 하천이 부남호와 합류하는 B-1 지점의 부유물질이 강우시 매우 높은 값을 나타내고 있는데, 이 지점은 강우시 부남호의 수위가 상승하여 유량이 정체되어 육안으로도 부유물질 농도가 매우 높은 것을 확인할 수 있었다.

- 측정기간중 부유물질의 농도가 100 mg/□ 이상으로 하천수질 Ⅳ등급인 농업용수의 수질을 만족시키지 못하는 경우가 5월, 6월, 7월에 각 1개 지점, 8월에는 2개 지점에서 기록되었다.

4) BOD 농도의 변화

- 각 유입하천의 월별 BOD 농도의 변화는 <그림 3-1-6>에 나타나 있다.

(자료집 <표 Ⅲ-1-2> 참조)

- 유입하천의 BOD 농도는 가뭄이 시작된 3월부터 강우량이 예년수준을 기록한 6월을 제외하곤 지속적으로 증가하는 경향을 보였으며, 강우량이 많은 6월과 8월에는 농도가 감소됨을 알 수 있다.

- 7월에 측정한 BOD 농도값은 대부분의 측정지점에서 하천 Ⅳ 등급, 농업용수 수질기준인 BOD 8 mg/□를 초과하고 있으며, 또한 부남호로 유입되는 하천의 5월에 측정된 BOD 값이 높게 나타났다. 이는 2, 3, 4, 5월의 지속적인 가뭄으로 인하여 유입유량이 적어 전체적인 BOD 농도값이 상승한 것으로 판단된다.

- A-3 측정지점에는 약 15m 상류부에 서산시 하수처리장(처리용량 30,000 m3/day)이 건설되어 운영중인데 BOD 배출허용기준이 하천수질의 농업용수수질기준을 상회하고 있어 강우량 및 상류부의 유입유량이 적을 때 처리장의 배출수 BOD 농도값에 의해 호소수질 농업용수 수질 (8 mg/□)을 초과하는 수질이 간월호로 유입될 수 있는 가능성이 높은 것으로 나타났다.

- 각 유입하천의 BOD 농도값은 비교적 하천수질 Ⅳ 등급인 농업용수 수질을 만족시키고 있다.

5) COD 농도의 변화

- 각 유입하천의 월별 COD 농도의 변화는 <그림 3-1-7>에 나타나 있다.

(자료집 <표 Ⅲ-1-2> 참조).

- COD 농도의 변화는 가뭄이 지속된 3월부터 각 유입하천의 COD 값이 증가하여 5월에 최고치를 나타내다가 강우량이 많았던 6월을 기점으로 값이 감소하는 경향을 보이고 있다.

6) 질소 농도의 변화

- 각 유입하천의 월별 총질소 및 질산성 질소의 월별 농도의 변화는 각각 <그림 3-1-8>과 <그림 3-1-11>에 나타나 있다.

(자료집 <표 Ⅲ-1-2> 참조).

- 총질소 (T-N)는 암모니아성 질소, 질산성 질소, 아질산성 질소의 합으로 수중에 용존상태에서 미생물의 기질 또는 영양물질로 작용하여 부영양화를 유발하기도 한다.

- 총질소 농도는 1.09∼4.56 mg/□의 범위를 나타내고 있으며, 시료채취시 60 mm의 강우량을 기록한 8월에는 모든 측정지점에서 3.9∼4.5 mg/□의 비교적 일정한 값을 보이고 있다.

- 측정지점별로는 청지천이 간월호와 합류하는 지점인 A-3 지점에서는 총질소의 평균 농도가 3.8 mg/□로 타 측정지점에 비해 상대적으로 높았다. 이는 측정지점에서 대략 15m 상류에 위치한 서산시 하수처리장이 아직 질소와 인을 제거하기 위한 고도처리 시설이 설치되어 있지 않아 하수내의 질소와 인 성분이 제거되지 않고 간월호로 유입되기 때문으로 판단된다.

- 각 측정지점의 질소농도는 2.5∼6.2 mg/□ 범위를 나타내고 있다.

- 질산성 질소 (NO3-N)는 총질소의 평균 55∼65%를 차지하고 있으며, 강우량이 많았던 8월에 상대적으로 높은 농도범위를 나타내고 있다.

7) 인 농도의 변화

- 각 유입하천의 총인의 농도와 인산염 인의 농도는 각각 <그림 3-1-9>과 <그림 3-1-10>에 나타나 있다.

(자료집 <표 Ⅲ-1-2> 참조).

- 총인의 농도는 가뭄이 지속된 3, 4, 5월에는 비교적 낮은 농도의 값(0.1∼0.2 mg/□)을 나타냈으나, 강우량이 예년의 평균 수준을 보인 6월부터 증가하여 7월에 대부분 측정지점에서 가장 높은 농도를 기록한 후 8월부터 감소하는 경향을 보이고 있다. 이는 가뭄후의 강우에 의해 비점오염원에서의 인이 강우와 함께 유입됨에 기인한 것이라 판단된다.

- 각 유입하천의 총인의 농도 범위는 0.2∼0.9 mg/□로 나타났다.

- 각 측정지점의 유입 평균 총인의 농도는 0.3∼0.4 mg/□를 나타내어 호소 수질기준 Ⅳ등급인 농업용수 기준(0.1 mg/□ 이하)을 3∼4배 초과하고 있다. 따라서, 총인은 총질소와 더불어 A·B지구 담수호의 수질악화에 주요한 원인 물질로 판단된다.

- 측정지점별 유입 평균 총인의 농도를 비교해 보면, 측정지점 A-3, A-5, B-2 지점에서 다소 높게 나타났다.

- 인산염 인(PO4-P)의 유입 평균 농도는 총인의 유입 평균 농도의 약 60∼68 %를 차지하고 있으며, A-3, B-2 측정지점에서의 유입 평균농도가 타 측정지점보다 비교적 높게 나타났다.

<그림 3-1-3> 유입하천 수소이온농도(pH)의 농도변화

<그림 3-1-4> 유입하천 용존산소(DO)의 농도변화

<그림 3-1-5> 유입하천 부유물질(SS)의 농도변화

<그림 3-1-6> 유입하천 생화학적 산소요구량(BOD)의 농도변화

<그림 3-1-7> 유입하천 화학적 산소요구량(COD)의 농도변화

<그림 3-1-8> 유입하천 총질소 (T-N)의 농도변화

<그림 3-1-9> 유입하천 총인 (T-P)의 농도변화

<그림 3-1-10> 유입하천 인산염 인(PO4-P)의 농도변화

<그림 3-1-11> 유입하천 질산성질소(NO3-N)의 농도변화

바. 농경지 배수로 수질측정 결과

- 서산 A·B지구 농경지에서는 약 3,000여 개의 배수로가 바둑판 형태로 조성되어 있으며 이러한 배수로를 통해 간월호·부남호로 유입되는 전체 유량을  산정하기는 매우 힘들며 이에따라  간월호와 부남호로 유입되는 전체 오염물질의 부하량을 산정하는 것이 불가능하다.

- 농경지의 배수로 갑문은 갈수기나 평수기에는 닫혀져 있다가 홍수기에만 열어 유량을 담수호로 방류하고 있으며, 측정기간 중 8월의 시료채취 시에만 서산 A·B지구의 농경지 배수로를 통해 유량을 담수호로 방류하고 있었다.

- 배수로를 통해 담수호로 유입되는 수질을 측정하기 위하여 8월에 A지구 3개 지점의 배수로와 B지구 4개 지점의 배수로에서 시료를 채취하였다. <표 3-1-4>는 서산A·B지구 농경지 배수로에서의 수질측정 결과를 나타내고 있다.

<표 3-1-4> 농경지 배수로 수질 측정결과 2000. 8월

구분	A지구 배수로 1	A지구 배수로 2	A지구 배수로 3	B지구 배수로 1	B지구 배수로 2	B지구 배수로 3	B지구 배수로 4
수온(℃)	24.8	24.5	24.7	24.3	24.0	25.0	24.6
DO	4.3	3.22	3.40	5.75	4.47	6.23	5.95
pH	7.3	7.3	7.3	7.0	7.1	7.3	7.4
SS	154.0	20.3	104.5	15.0	15.8	11.8	11.3
BOD	4.31	2.57	2.33	2.93	1.59	3.01	1.74
COD	7.55	6.14	7.71	8.42	5.72	8.44	3.15
T - N	3.72	3.67	3.12	3.56	4.56	3.17	3.00
T - P	0.68	0.55	0.58	0.79	0.56	0.75	0.67
PO4-P	0.50	0.42	0.45	0.52	0.48	0.61	0.51
NO3-N	2.11	0.99	0.67	0.98	1.30	0.87	0.54

- 농경지 배수로의 수질측정 결과, pH는 7 내외로 비교적 일정한 범위를 나타내고 있으며, 부유 물질의 농도는 배수로에 따라 농도의 편차가 심했으며, BOD 농도는 1.74∼4.31 mg/□의 범위를 나타내었다.

- 총 질소의 농도는 3.0∼4.56 mg/□의 범위로 측정된 모든 배수로의 총질소 농도가 3.0 mg/□를 넘고 있다. 총인의 농도 범위는 0.55∼0.79 mg/□의 농도범위를 나타내고 있어, 이러한 총 질소와 총 인의 농도는 호소수질 기준에서의 농업용수 수질을 초과하고 있다. 따라서, 홍수기 시 배수로가 개방되어 농경지의 유량이 담수호로 유입될 때 담수호의 수질을 악화시킬 수 있는 가능성이 있는 것으로 판단된다.

3.1.1.4 소유역별 오염부하량 현황

가. 유입하천별 오염부하량 측정결과

- 간월호와 부남호로 유입되는 하천의 수질을 측정한 결과와 유량을 기준으로  각 하천을 따라 간월호와 부남호로 유입되는 각 오염물질의 부하량을 평가하였다.

- 각 유입하천의 월별 유입유량과 강우 및 무강우시 오염물질 부하량 그리고 측정지점별 유입유량과 오염물질 부하량의 비율을 <그림 3-1-12>∼<그림 3-1-27>에 나타나 있다. 또한, 자료집 <표 Ⅲ-1-3>은 월별 유입하천별 오염부하량을 표로 나타낸 것이다.

- 간월호, 부남호로 유입되는 각 오염물질의 총 부하량을 기준으로 각 측정지점별 유입오염 부하량을 평가해 본 결과, 도당천이 간월호로 유입되는 A-4 측정지점이 전체 오염부하량의 약 40 %를 차지하는 주 오염유역으로 나타났으며, 청지천 하류부인 A-3 측정지점과 와룡천 하류부인 A-6 측정지점도 중요한 오염유역으로 나타났다.

- 축산시설이 산재한 A-6 측정지점은 강우시 다량의 질소와 인이 유입되는 것으로 나타나 강우시 이 지역의 질소와 인에 대한 적절한 대비책이 필요함을 알 수 있다.

- 부남호의 경우, 대부분의 오염물질이 태안천 하류부인 B-2 지점으로 유입  되고 있었다.

- 간월호와 부남호의 수질개선을 위해서는 간월호의 경우, 주 오염유역인 A-4, A-6, A-3 측정지점 유역에서 배출되는 오염물질의 적절한 관리방안이 수립되어야 하며, 부남호의 경우, 태안천이 유입되는 B-2 측정지점 유역의 오염물질 관리방안이 필요한 것으로 평가 되었다.

- 강우시 유입유량 및 유입 오염부하량이 가장 증가한 지점은 A-6 지점으로 무강우시 유입유량이 32,779 m3/day (7월기준)인데 비해 강우시 유입유량은 752,096 m3/day (8월기준) 약 23배 증가하였다. 또한 T-N 오염부하량의 경우, 무강우시 T-N 부하량이 100.4 kg/day (7월기준) 인데 비해 강우시 T-N 부하량은 3,084 kg/day (8월기준)로 약 31배 증가 하였다.

나. 유입 유량 특성

- <표 3-1-5>은 간월호·부남호 유역의 측정지점별 유입유량 비율을 나타내며, <표 3-1-6>은 간월호·부남호 담수호별 유입유량에 대한 측정지점별  유입유량 비율을 나타내고 있다.

- <그림 3-1-12>은 강우 및 무강우시 측정지점별 유입유량을 나타내고 있으  며, <그림 3-1-13>은 A·B지구 담수호 총 유입유량에 대한 측정지점별 유 입 유량 비율을 나타내고 있다.

- 간월호·부남호로 유입되는 하천의 총 유량은 A-4 > A-6 > A-3 순으로 나타났으며, 강우시 가장 유량이 가장 증가한 측정지점은 A-6 지점인 것으로 나타났다.

- 측정지점별 간월호와 부남호로 유입되는 총 유입유량을 비교해 보면, 도당천의 본류와 해미천, 대교천이 최종적으로 합류하여 유입되는 A-4 측정지점이 총 유입유량의 40∼50%를 차지하는 최대 유입하천인 것으로 나타났다. 그밖에 A-6 측정지점이 전체 유입유량의 약 20%, A-3 측정지점이 약 15%로 나타났다.

- 간월호와 부남호의 담수호별 측정지점에 따른 유입유량을 비교해 보면, 간월호의 경우, A-4 > A-6 > A-3 순이며, 무강우시에는 A-3 측정지점의 유입유량이 A-6 측정지점보다 높게 나타났다. 부남호의 경우, B-2 > B-1 > B-3 순이며 대부분의 유량이 B-2 측정지점 즉, 태안천을 통해 유입됨을 알 수 있다.

- 간월호와 부남호로 유입되는 총 유량을 담수호별 비교해 보면 간월호로 유입되는 유량이 간월호와 부남호로 유입되는 전체 유량의 약 90%를 차지하고 있어, 대부분의 유량이 간월호로 유입됨을 알 수 있다.

<표 3-1-5>  간월호·부남호 유역의 측정지점별 유입유량 비율

지 점 구 분	간월호							부남호
	A-1	A-2	A-3	A-4	A-5	A-6	합계	B-1	B-2	B-3	합계
강우시(%)	1.7	7.7	13.5	41.3	3.3	25.2	92.7	1.7	4.6	1.0	7.3
무강우시 (%)	1.5	2.9	17.6	61.4	1.5	8.9	93.8	0.3	5.4	0.5	6.2

<표 3-1-6> 간월호·부남호 담수호별 유입유량에 대한 측정지점별 유입유량 비율

지 점 구 분	간월호							부남호
	A-1	A-2	A-3	A-4	A-5	A-6	합계	B-1	B-2	B-3	합계
강우시(%)	1.8	8.3	14.6	44.5	3.6	27.2	100	22.7	63.4	13.9	100
무강우시 (%)	1.6	3.1	18.8	65.5	1.6	9.4	100	5.5	86.6	7.9	100

<그림 3-1-12> 강우 및 무강우시 측정지점별 유입유량

<그림 3-1-13> A·B지구 담수호 총 유입유량애 대한 측정지점별 유입유량 비율

다. 유입 오염부하량 특성

- 강우 및 무강우시 측정지점별 유입 오염부하량과 비율은 <그림 3-1-14>∼<그림 3-1-25>에 나타나 있으며, 자료집 <표 Ⅲ-1-3>은 유입하천별 월별 오염부하량을 표로 나타내었다.

- 측정지점별 부유물질 오염부하량은 대체적으로 유입유량의 순서와 같이 나타났다.

- 오염물질별 부하량을 분석해 보면, SS, BOD, COD 부하량의 경우,  A-4 > A-3 > A-6 순으로 나타났으며, T-N, T-P, PO4-P, NO3-N의 경우, A-4 > A-6 > A-3 순으로 나타났다.

- 강우시 유입하천의 BOD 및 COD 농도는 감소하나 유입유량의 증가로 오염부하량은 증가하고 있음을 보여주고 있다.

- 총질소(T-N)와 질산성 질소(NO3-N) 그리고 총인(T-P)과 인산염인(PO4-P) 농도의 경우, 강우시 농도가 증가하는 경향을 보이며, 유입유량의 증가로 인하여 오염부하량은 급격히 증가하고 있다. 특히, 측정지점중 축산시설로부터 축산폐수나 축분이 와룡천을 통하여 간월호로 유입되는 A-6지점에는 강우시 다량의 질소와 인이 유입되고 있음을 알 수 있다.

- 실제 홍성군 결성면 용호리에 축산폐수처리시설(처리용량 : 300□/day)이 설치되어 있으나 현재 가동이 되지않아 다량의 축산폐수나 축분이 강우시 와룡천을 따라 간월호로 유입되고 있다. 강우시 총질소와 총인의 오염부하량은 A-4 즉정지점과 A-6 측정지점이 거의 비슷한 수준으로 유입되고 있다. 따라서, 강우시 대부분의 질소와 인은 A-4 측정지점과 A-6 측정지점으로 유입됨을 알 수 있다.

- 부남호의 경우, 강우 및 무강우시 모두 태안천을 통해 부남호로 유입되는 B-2 지점의 오염부하량이 가장 높게 나타나 태안천이 부남호의 주 오염경로로 파악된다.

<그림 3-1-14>  강우 및 무강우시 측정지점별 SS 부하량

<그림 3-1-15>  측정지점별 유입 SS 부하량 비율

<그림 3-1-16>  강우 및 무강우시 측정지점별 BOD 부하량

<그림 3-1-17>   측정지점별 유입 BOD 부하량 비율

<그림 3-1-18> 강우 및 무강우시 측정지점별 COD 부하량

<그림 3-1-19>   측정지점별 유입 COD 부하량 비율

<그림 3-1-20> 강우 및 무강우시 측정지점별 T - N 부하량

<그림 3-1-21>  측정지점별 유입 T -N 부하량 비율

<그림 3-1-22> 강우 및 무강우시 측정지점별 T - P 부하량

<그림 3-1-23>   측정지점별 유입 T-P 부하량 비율

<그림 3-1-24> 강우 및 무강우시 측정지점별 PO4 - P 부하량

<그림 3-1-25> 측정지점별 유입 PO4-P 부하량 비율

<그림 3-1-26> 강우 및 무강우시 측정지점별 NO3 -N 부하량

<그림 3-1-27> 측정지점별 유입 NO3-N 부하량 비율

라. 간월호, 부남호의 유입 오염부하량 비교

- 간월호와 부남호로 유입되는 각 오염물질의 총 부하량을 <표 3-1-7>에 나타내었다. 괄호안은 간월호, 부남호로 유입되는 각 오염물질의 유입총량을 간월호와 부남호의 유입비율을 나타낸 것이다.

- 자료집 <그림 Ⅲ-1-1>과 <표 Ⅲ-1-4>에 간월호와 부남호로 유입되는 각 오염물질의 월별 오염부하량을 나타내었다.

- 간월호와 부남호로 유입되는 각 오염물질을 담수호별로 비교해 본 결과 오염물질별로 다소 차이가 있지만 전체 오염부하량의 90% 정도가 간월호로 유입되며 부남호는 약 10%가 유입됨을 알 수 있다.

<표 3-1-7> 간월호·부남호 유입 오염부하량

(단위 : kg/day)

	간월호 (A지구)	부남호 (B지구)
SS	67330 (91%)	6326 (9%)
BOD	8057 (92%)	735 (8%)
COD	22843 (88%)	3237 (12%)
T - N	4718 (94%)	327 (6%)
T - P	496 (90%)	56 (10%)
PO4 - P	332 (87%)	48 (13%)
NO3 - N	3101 (94%)	192 (6%)

3.1.2 공간 데이터베이스

본 과업에서는 분산형 수질모형을 구동하여 유역에서 발생하는 오염부하량을 산정하기 위해 유역의 각 지점별 공간정보를 이용하였는데, 사용된 공간정보는 유역의 고도 값을 이용하였으며, 유수의 흐름추적을 통해 오염물질의 거동을 파악하였고, 유역의 각 지점별 토지이용, 토양형태 등을 파악하여 이에 따른 유출특성 및 오염발생 현황 등을 분석하였다.

3.1.2.1 수치고도도(DEM: Digital Elevation Model)

환경부에서 제공한 1초간격의 Resolution 30m를 갖는 신온, 서산, 당진, 홍성 등 4개의 유역에 대한 1:50,000의 수치고도 자료를 GIS software인 Arcinfo를 이용하여 대상유역인 서산 A·B지구로 유역을 구분하였다. 또한 Arcview 3.1을 이용하여 격자크기 200m×200m의 격자형태로 변환한 후 ASCII형태의 수치고도 자료로 추출함으로써 AGNPS(AGricultural Non-Point Sources)모형의 흐름방향과 흐름방향에 따른 이동 격자번호, 경사길이의 입력자료를 생성할 수 있도록 하였다.

서산 A·B지구의 수치고도도를 나타내면 <그림 3-1-28>와 같다.

3.1.2.2 토지이용도(Landuse)

토지이용도는 1:50,000 지형도를 바탕으로 GIS Software인 Arcinfo를 이용하여 디지타이징 하였으며, 산림(Woodland), 논(Legumes), 밭(Small-grain), 도시(Urban), 수계지역(Water) 등 5개의 토지이용으로 분류하였다. 구축된 토지이용도는 유역의 토지특성을 분류하고, 토지이용별 특성값을 설정하여 토지이용에 따라 AGNPS 모형의 입력 매개변수인 SCS-CN(Curve-Number), Overland Manning 계수, USLE(Universal Soil Loss Equation)식의 C 인자(factor)와 지표면 상태계수     그리고 COD 인자(factor)를 산정 하는데 이용된다. 구축된 토지이용도는 자료집 <그림 Ⅲ-1-2>와 같다.

3.1.2.3 토양도(Soil map)

토양도의 구성은 국립지리원에서 작성한 1:250,000의 개략토양도를 이용하여 대상유역인 서산 A·B지구에 대하여 <표 3-1-8>에 나타난 것과 같이 14개의 토양 군으로 분류하여 작성하였다. 구축된 토양도는 AGNPS 모형의 매개변수인 USLE식의 토양침식인자(K factor)와 토양형태(Soil type)를 산정하는데 이용된다. 자료집 <그림 Ⅲ-1-3>는 구축된 토양도를 나타낸 것이다.

<그림 3-1-28> 서산 A·B지구의 수치고도도

<그림 3-1-29> 서산 A·B지구의 경사방향도

<그림 3-1-30> 서산 A·B지구의 그림자 형성도

3.1.2.4 경사도(傾斜圖-Slope map)

경사도는 앞서 구축된 수치고도도(DEM)를 GIS Software인 Arcview 3.1을 이용하여 경사도(傾斜圖)로 변환시켜 구성하였다. 경사도(傾斜圖)에 의한 경사각의 정도(%)는 AGNPS 모형의 입력매개변수인 USLE식의 지형인자(S factor)와 영농보존인자(P factor)를 산정하게 된다. 서산 A·B지구의 구축된 경사도(%)는 <그림 Ⅲ-1-24과 같다.

3.1.2.5 기타 GIS map

<그림 3-1-29>에 나타낸 경사방향도는 이미 구축된 수치고도도(DEM)를 이용하여 작성한 것으로 물의 흐름방향에 대한 경사방향을 나타낸 것이다. 또한 <그림 3-1-30>은 그림자 형성도(Hillshade)를 나타낸 것으로써 그림의 윗부분을 0。로 보았을 때 북동쪽 30。각도에서 빛이 비추어 나타나는 그림자를 나타낸 그림이다. 그림자 형성도(Hillshade) 또한 수치고도도(DEM)를 이용하여 작성한 것이다.

<표 3-1-8> 서산 A·B지구의 토양 분류표

Symbol	Soil	Hydrologic Properties	Type	K	비 고
Fta	간석지, 미사사양질 내지 미사석양질	배수매우불량	B	0.32	해안지에 분포된 토양
Fma	회색토 및 충적토	배수약간불량	B	0.32	해안평탄지에 분포된 토양
Fmc	염류토	배수약간불량 내지 불량	B	0.32
Apa	회색토 및 충적토	배수약간불량	D	0.32	내륙평탄지에 분포된 토양
Apb	적황색토	배수약간불량	D	0.32
Raa	적황색토 및 산성암	배수양호	A	0.35	저구릉지 및 산록지에 분포된 토양
RA·B	적황색토 및 암쇄토	배수양호	A	0.35
Rac	적황색토 및 산성암	배수양호	A	0.35
Rea	암쇄토	배수매우양호	A	0.35
Rxa	회색토 및 충적토	배수불량 내지 약간 양호	B	0.32
Maa	암쇄토 및 적황색토	배수양호	A	0.35	구릉지 및 산악지에 분포된 토양
MAB	암쇄토	배수매우양호	A	0.35
Mac	암쇄토	배수매우양호	A	0.35
Mmb	암쇄토, 변성퇴적암 및 편암	배수매우양호	A	0.35

3.1.3 오염부하 산정모형

3.1.3.1 원단위법

원단위라 함은 단위시간당 단위면적당 배출되는 오염부하량(kg/ha/year)을 의미한다. 원단위는 크게 세 가지 방법으로 산정할 수가 있는데, 첫번째 방법은 계산법으로 계산에 의한 원단위법은 투수지역과 불투수 지역으로 나누어 산정 된다. 투수지역은 USLE식을 이용 단위면적당 침식량을 계산하고, 특정한 비점오염물질의 침식량과 인함유율간의 관계를 이용하여 원단위를 산정하게 된다. 불투수지역은 오염물질의 축적율과 소실율을 이용하여 계산한다. 두번째 방법은 실측법으로 지표면에서 오염물질 총량을 실측한 후 축적율 및 분해율을 적용하는 방법으로 홍수기 때 특정지역을 통과하는 하천 상류와 하류의 수질을 비교하여 수질의 차이를 환산하여 당해 유역에서의 비점오염물질 배출 원단위를 산정하는 방법이다. 세번째 방법은 토지이용별 홍수기 배출물질을 직접 채취하여 농도를 측정하는 방법으로 측정회수가 충분하게 이루어지면 가장 신빙성 있는 방법이다. 토지이용별 홍수기 유출수량과 오염부하량을 실측하여 단일강우사상, 월간, 계절간 또는 년간 오염물질의 원단위 계산뿐만 아니라 각종 회귀식을 이용해 실측한 유량, 강우량, 오염물질 유출량사이의 상관관계를 규명할 수 있다.

미국의 경우 원단위를 작성코자 하는 오염물질에 대해 수년간 연속측정 수질자료와 수량자료를 이용해 원단위를 산정하는데, 그 식은 다음과 같다.

원단위(kg/ha/year) = [eqn: Sigma c_i q_i / A]

여기서, [eqn: c_i]: i번째 측정 농도,  [eqn: q_i]: i번째 측정 유출량,  A: 유역면적

미국의 경우와는 다르게 일본은 장기간의 연속자료보다는 수회의 강우-유출-오염 측정자료를 이용해 이를 연간의 강우량이나 유출량과 연결시켜 다음식을 통해 연간 비점오염원 원단위를 산정한다

원단위(kg/ha/year) = [eqn: k Sigma c_i~ q_i~ t_i × 365/ Sigma t]

여기에서, [eqn: c_i]: i번째 농도

[eqn: q_i]: i번째 유출량

[eqn: t_i]: 시료와 관련된 시간간격[전회시료채취시기-당회시료채취시기)/2

+(당회시료채취시기-다음시료채취시기)/2]

[eqn: k]: 변환계수,

[eqn: 365/Sigmat]: 연간단위 환산계수

본 연구에서는 미국의 경우를 바탕으로 1995년 환경부에서 산정한 토지이용별 유출계수와 서산 A·B지구의 1999년 한해동안의 월별 강우량을 이용하여 유출량을 산정하였고, 이에 환경부에서 측정 고시한 간월호, 부남호의 수질농도를 적용하여 원단위를 산정하였다.

가. 원단위 산정

아래의 식 3.1은 원단위 산정을 위한 계산식이다. 이 식에서 유역으로 유입되는 유출량은 합리식을 이용하여 산정하였다. <표 3-1-9>은 합리식에 이용되는 유출계수로써 1995년 환경부가 금강유역에 대하여 월별, 토지이용별로 조사한 자료를 이용하였다. <표 3-1-10>은 합리식에 이용된 서산 A·B지구의 해당 토지이용면적을 나타낸 표이다.

위의 유출계수와 면적 그리고 <표 3-1-2>에 나타난 서산 A·B지구의 강우량을 이용하여 산정된 유출량에 <표 3-1-10>에 나타난 간월호, 부남호의 유입 하천수질 농도를 적용하여 년간 토지이용별로 유입되는 오염부하량을 산정하였고, 산정된 오염부하량을 토지이용면적으로 나눔으로써 단위면적당 오염부하량인 원단위를 산정하였다.

원단위(kg/ha/yr) = [eqn: Sigma ~c_i ~ q_i ~ /~ A] …………………………………………… (3.1)

[eqn: c_i] : 월별 강우사상에 대한 평균농도

- 1997∼1999년의 간월호, 부남호의 월별 평균농도

[eqn: q_i] : 월별 강우사상에 대한 총유출량([eqn: Q=CIA])

[eqn: C] : 토지이용별 유출계수  - 금강유역의 토지이용별 유출계수

[eqn: I] : 강우량  - 1999년 한해동안 서산 A·B지구의 월 강우량

[eqn: A]: 면적  - 서산 A·B지구의 토지이용별 면적

<표 3-1-9> 금강유역의 토지이용별 월별 유출계수( C )

자료: 비점오염원 조사연구 사업 보고서, 환경부,1995

	논	밭	산지	목장지	도시(마을)
1월	0.53	0.45	0.57	0.49	0.53
2월	0.53	0.45	0.57	0.49	0.53
3월	0.46	0.39	0.49	0.42	0.46
4월	0.42	0.36	0.45	0.39	0.42
5월	0.41	0.35	0.44	0.38	0.41
6월	0.25	0.22	0.27	0.24	0.25
7월	0.47	0.40	0.50	0.43	0.47
8월	0.49	0.42	0.52	0.45	0.49
9월	0.71	0.60	0.76	0.66	0.71
10월	0.62	0.53	0.67	0.58	0.62
11월	0.35	0.30	0.37	0.32	0.35
12월	0.59	0.50	0.62	0.54	0.59

<표 3-1-10> 서산 A·B지구의 토지이용별 면적(ha)

자료: 금강유역 환경오염 조사현황, 1999

	논	밭	산 지	목장지	도시(마을)
간월호	13410	5293	15085	386	6621
부남호	7685	3225	7349	27	4158

<표 3-1-11(a)> 간월호의 월별 수질 변화

항목 월	DO(mg/l)	BOD(mg/l)	COD(mg/l)	SS(mg/l)	T-N(mg/l)	T-P(mg/l)	수온(℃)	pH
1월	8.5	2.5	5.5	8.7	3.117	0.023	2	8.2
2월	9.8	2.7	5.8	6.9	1.926	0.008	6	8.3
3월	8.9	3.3	7.0	3.3	2.619	0.173	11	7.3
4월	8.0	3.4	9.5	14.9	3.480	0.064	12	8.2
5월	8.4	3.6	8.6	23.6	2.189	0.047	18	7.8
6월	8.4	3.1	11.4	18.7	3.718	0.042	25	7.5
7월	8.5	16.1	10.3	34.8	1.952	0.078	29	9.0
8월	6.6	2.7	8.1	23.0	1.905	0.103	29	7.4
9월	6.3	3.1	7.3	39.0	2.942	0.091	27	9.1
10월	9.3	2.5	8.2	57.3	3.690	0.099	20	8.2
11월	9.1	2.3	6.2	18.5	1.900	0.011	13	8.6
12월	9.6	2.6	6.1	17.2	3.638	0.087	6	7.6

자료 : 환경부, 1999

<표 3-1-11(b)> 부남호 월별 수질변화

항목 월	DO(mg/l)	BOD(mg/l)	COD(mg/l)	SS(mg/l)	T-N(mg/l)	T-P(mg/l)	수온(℃)	pH
1월	14.3	4.7	6.7	12.5	3.308	0.044	2	8.3
2월	9.7	4.9	7.6	10.0	1.063	0.018	5	8.9
3월	8.2	4.8	8.5	11.9	1.242	0.079	11	7.9
4월	8.7	7.3	7.3	15.3	1.710	0.021	12	8.7
5월	8.6	3.5	8.6	8.9	1.762	0.040	19	8.1
6월	8.3	4.3	9.8	17.5	2.374	0.025	25	8.0
7월	8.6	3.6	9.3	34.0	1.635	0.018	29	9.6
8월	6.8	2.8	8.9	20.7	1.768	0.173	30	7.8
9월	6.7	3.3	8.9	15.2	1.400	0.035	28	8.9
10월	7.9	3.4	7.0	14.4	2.422	0.064	21	9.0
11월	9.0	2.8	6.4	9.3	2.078	0.060	12	8.8
12월	9.6	2.2	6.6	8.8	1.724	0.068	8	8.0

자료 : 환경부, 1999

3.1.3.2 AGNPS(AGricultural Non-Point Sources) 모형

가. 개요

AGNPS 모형은 미국 농무성(Agricultural Research Service)과 토양보존국(Soil Conservation Service, SCS) 그리고 미네소타 오염관리국(Minnesota Pollution Control Agency, MPCA)이 공동으로 개발한 단일 호우사상에 대한 분포형 매개변수 모형으로, 유역을 수문특성이 균일한 격자로 구분하여 이들 격자에 대해 각각의 호우사상에 따른 수문인자, 토양침식 및 유사이송, 그리고 N, P, COD 등의 수질 성분을 계산하고, 이를 유역의 출구까지 추적해 대상유역의 비점오염 부하량을 산정하도록 구성되어 있다.

AGNPS 모형은 격자단위로 운영되며, 전체유역은 균일한 정방형 격자로 이루어지게 된다. 오염물질은 유역 경계부에서 각 격자들을 통하여 유역출구로 유출되므로, 격자간의 흐름경로를 고려해 주어야 한다. 따라서 모든 유역의 특성과 그에 따른 입력자료들은 격자단위로 주어진다.

<그림 3-1-31>은 AGNPS 수질모형의 구성형태를 개략적으로 도시화한 것이다.

<그림 3-1-31> AGNPS 모형의 공정도

나. 모형의 구성

1) 유출량 산정

AGNPS 모형에서 유출량의 산정은 미국 토양보존국이 개발한 SCS Curve Number식에 의하여 계산되는데, SCS 방법은 유출량 자료가 없는 경우 유역의 토양특성과 식생피복상태 등의 자료만으로 총 우량으로부터 초과강우량을 산정할 수 있는 방법이다.

① 유효우량

SCS에서 정의한 총우량과 유효우량과의 관계식은 식 3.2와 같다.

[eqn: Q_d ={ (P_t -I_a )^2} over {(P_t -I_a ) + S_max}] ……………………………………………… (3.2)

여기서, [eqn: Q_d] : 직접유출량   [eqn: P_t] : 호우별 총우량

[eqn: I_a] : 강우초기의 손실   [eqn: S_max] : 유역의 최대잠재보유수량

식 3.2에서의 초기손실, [eqn: I_a]는 유출이 시작되기 전에 생기는 차단, 침투,  지면저류 등을 포함하며, S와는 식 3.3과 같은 관계를 갖는다고 가정한다.

[eqn: I_a = 0.2S_max] ………………………………………………………………… (3.3)

식 3.3을 식 3.2에 대입하면 Qd는 식 3.4와 같이 표현된다.

[eqn: Q_d = {(P_t -0.2S_max )^2} over {P_t +0.8S_max}] …………………………………………………… (3.4)

식 3.4에서의 최대잠재보유수량 산정공식은 다음 식 3.5와 같다

[eqn: S_max = 25,400 over CN -254] ………………………………………………………  (3.5)

여기서,[eqn: CN]: 유출곡선지수

유출곡선지수 CN(Curve-Number of Runoff)은 유역의 토양이나 토지이용 및 처리상태하의 수문학적 토양-피복성질을 나타내는 지표로서, 토지이용, 토양종류, 수문학적 토양조건에 따라 1∼100사이의 값을 갖는다.

자료집 <표 Ⅲ-1-5>는 선행함수조건 II에 따른 SCS-CN값을 나타낸 것이다.

② 첨두유량

AGNPS 모형에서는 강우사상에 따른 첨두유량의 산정방법을 하천의 형태에 따라 두 가지로 구분하여 선택할 수가 있다. 먼저 Smith & William(1980)의 경험식이 있는데 이 방법은 CREAMS 모형에 적용했던 것으로, 하천의 단면형태를  삼각형 하천으로 가정하여 계산한다. 산정방법은 식 3.6과 같다.

[eqn: Q_p = 3.79A_r^0.7 CS^0.16 {( Q_d over 254 )}^{(0.903A^0.017)} LW^{-0.19}] ……………………… (3.6)

여기서, [eqn: Q_p]: 첨두유량 [eqn: A_r]: 유역면적 [eqn: CS]: 하천경사 [eqn: Q_d]: 직접유출량

[eqn: LW] : 유역길이-면적비([eqn: L^2 /A_r]) [eqn: L]: 유역길이

두 번째 방법으로는 소유역의 유출량과 첨두유량을 산정하는 SCS방법에 의한 TR-55(USDA, 1986)모형식으로 하천의 단면형태를 장방형 하천으로 가정한다. 산정방법은 식 3.7과 같다.

[eqn: Q_p = 10 ^{log[C_0 + C_1 ( logT_c ) + C_2(log T_c ) ]}^2 [ A_r over 640 ] Q] …………………………… (3.7)

여기서, [eqn: Q_p] : 첨두유량 [eqn: A_r]: 유역면적 [eqn: Q]: 유출량

[eqn: T_c] : 흐름경로를 통한 유하시간의 합

[eqn: C_0],[eqn: C_1],[eqn: C_2] : 유출계수, CN값에 의해 결정되는 초기손실

2) 침식 토양의 이송

토양침식은 물이나 빙하, 바람, 중력의 영향으로 인해 토양이 손실 혹은 제거되는 경우를 말한다. 유역의 토양침식량에 대한 정확한 추정은 현실적으로 매우 어려우며 가장 바람직한 방법은 유사한 지역의 토양 손실량 실측자료를 이용하는 것이다. 토양손실량의 추정방법으로는 일반적으로 USLE(Universal Soil Loss Equation)식을 이용하는데, AGNPS의 토양침식모형에서 이용되는 USLE식은 식 3.8과  같다

[eqn: A=R·K·LS·C·P]  …………………………………… (3.8)

여기서, [eqn: A]: 토양침식량 [eqn: R]: 강우에너지 인자 [eqn: K]: 토양침식 인자

[eqn: LS]: 지형인자  [eqn: C]: 식생피복인자    [eqn: P]: 토양보존인자

토양 손실량은 각 격자별로 계산되어지는데, 침식된 토양과 유사량은 점토, 실트, 작은 골재, 큰 골재, 모래의 5가지 토양형태로 나누어 계산되어진다.

3) 오염물질의 이송

① 영양물질(Nutrients)

유역으로 유입되는 질소(N), 인(P)의 이송은 화학적 이송식에 의해 계산되어진다. 모형에서 사용되는 이송식은 토양구조에 따른 다양한 영향을 고려한 CREAMS 모형(Frere 등, 1980)과 가축평가모형(Young 등, 1982)에서 사용된 식이 적용된다. 영양염류량은 물에 용해되는 것과 유사에 흡착되는 것 두 가지로 나누어 계산된다. 유사에 흡착되는 영양물질량은 각 cell로부터의 총 유사량을 이용하여 계산되는데 식 3.9와 같다.

[eqn: N u t_sed = (N u t_f ) Q_s (x) E_r] ………………………………………………… (3.9)

여기서, [eqn: N ut_sed] : 유사에 의해 이송되는 N 이나 P

[eqn: N ut_f] : 토양내의 N 이나 P의 량

[eqn: E_r] : 유사 전달률   [eqn: Q_s] : 유사량

여기서 [eqn: E_r]은 식 3.10과 같이 표현된다.

[eqn: E_r = 7.4 Q_s (x) ^ -0.2 T_f] …………………………………………… (3.10)

여기서 [eqn: T_f] : 모래와 점토질 토양에서의 유사에 흡착된 영양물질 농도율의

수정계수(Young 등, 1987)

용해성 영양물질의 산정은 강우와 시비정도, 토양여과 상태에 따른 영향을 고려하여야 한다. 강우유출시 용해성 영양물질의 산정식은 식 3.11과 같다.

[eqn: N ut _sol ~=~ C _{n ut} ~=~ N ut_ext Q]  ………………………………………… (3.11)

여기서, [eqn: N ut_sol] : 유출시 용해성 N 이나 P의 농도

[eqn: C _{n ut}] : 토양면 유출시 용해성 N 이나 P의 평균농도

[eqn: N u_ext] : 유출시의 N 이나 P의 이동에 따른 계수 [eqn: Q]: 총유출량

② 화학적 산소요구량(COD)

AGNPS모형에서는 영양염류와는 달리 COD는 용해성이라는 가정하에 계산하게 된다. 유출에서 COD의 산정은 계산된 유출량과 그 유출에서의 평균COD농도에 의해 계산되는데, 영양염류와 마찬가지로 COD는 일단 하천으로 유입되면 모형내에 설정된 지수감소함수(Exponential decay function)나 사용자가 설정한 감소율에 따라 시간이 지나면서 감소하게 된다.

다. 입·출력자료

1) 입력 자료

AGNPS 모형은 분산형 수질모형으로서 각 격자별로 매개변수들을 입력하게 되는데 먼저 유역을 정방형의 격자모형으로 나누고, 각 격자별로 14개의 초기 데이터를 설정해 준 다음, 22개의 매개변수를 입력하게 된다. AGNPS 모형의 초기데이터는 자료집 <표 Ⅲ-1-6>와 같고, 입력 매개변수는 <표 Ⅲ-1-7>과 같다.

또한 AGNPS 모형의 구동을 위해서는 토양형태에 따라 토양내의 인과 질소의 양 등의 토양정보를 입력시켜야 하고, 지형계산을 하지 않고, 첨두유량 산정방법으로 TR-55를 선택하였을 경우에는 하천형태에 따라 하천의 길이나 폭 등 하천정보를 추가하여야 한다. 그 외에 가축이나 살충제 등에 의한 오염원량을 산정하기 위해서는 추가적으로 입력하게 되는 추가 데이터가 필요하게 된다. <표 Ⅲ-1-8>은 추가 데이터의 항목을 개략적으로 나타낸 것이다.

2) 출력 자료

AGNPS 모형은 유역내의 각 격자별로 19개의 결과값이 산정되어 나타나게 되는데 살펴보면 <표 Ⅲ-1-9>과 같다.

3.1.4 유역의 발생 오염부하량

3.1.4.1 원단위 산정결과

가. 유출량 산정

본 연구에서는 토지이용별 원단위 산정을 위해 합리식을 이용하여 유역으로 유입되는 유출량을 산정하였다. <표 Ⅲ-1-10>는 1999년 기준으로 서산 A·B지구에서 토지이용별로 발생, 담수호로 유입되는 유출량을 나타낸 것이고, <그림 3-1-32>은 월별, 토지이용별 유역에서 발생하는 유출량의 변화를 그래프로 나타낸 것이다.

<그림 3-1-32> 서산 A·B지구 발생 유출량

나. 토지이용별 오염물질 유출 원단위

<표 3-1-12>는 서산 A·B지구에서 발생한 총 오염부하량을 토지이용 면적으로 나누어 산정한 값으로 토지이용별 오염물질 유출 원단위를 나타낸 것이다. 자료집 <그림 Ⅲ-1-5>는 각 오염물질별 토지이용에 따라 나타나는 유출 원단위를 그래프로 나타낸 것이다.

<표 3-1-12(a)> 서산 A지구의 토지이용별 오염물질 유출 원단위(1999년)

(kg/ha/yr)

	논	밭	산지	목장지	도시(마을)
SS	306.3154446	259.8704	327.0322	283.4968	305.5776
BOD	40.02148163	33.88084	42.54391	36.80776	39.8058
COD	78.61057141	66.58767	83.61894	72.49718	78.14516
T-N	25.67076362	21.62155	27.24375	23.64468	25.4054
T-P	0.86008008	0.730344	0.916811	0.794211	0.858122

<표 3-1-12(b)> 서산 B지구의 토지이용별 오염물질 유출 원단위(1999년)

(kg/ha/yr)

	논	밭	산지	목장지	도시(마을)
SS	169.2354	144.2054	180.6224	156.4208	169.2354
BOD	33.45478	28.49967	35.7573	30.98301	33.45478
COD	84.07613	71.60233	89.80374	77.81948	84.07613
T-N	16.17068	13.78777	17.2789	14.97459	16.17068
T-P	0.699415	0.597429	0.744914	0.644968	0.699415

다. 기존 원단위 산정치와의 비교

본 연구에서 산정된 원단위값의 검증을 위해 1995년 환경부에서 수행한 전국의 비점오염원조사연구의 결과와 1990년 일본에서 산정한 원단위 값을 바탕으로 서산 A·B지구의 원단위 값을 <표 3-1-13>에서 비교해 보았다.

<표 3-1-13> 기존 원단위 산정값과의 비교

(kg/ha/yr)

		서산A(2000)	서산B(2000)	환경부(1995)	일본(1990)
T-N	논	25.67	16.17	23.93	10∼46
	밭	21.62	13.79	34.45	8∼53
T-P	논	0.86	0.7	2.22	0.2∼9
	밭	0.73	0.6	0.88	0.2∼6

라. 담수호 유입 오염부하량

<표 3-1-14>은 담수호로 유입되는 유출량과 담수호내의 수질 농도를 이용하여 유역에서 1999년 한해동안 발생하여 담수호로 유입되는 오염부하량을 산정한 것이다. <그림 3-1-33>는 자료집 <그림 Ⅲ-1-5>과 마찬가지로 유역에서 발생하여 담수호로 유입되는 오염 부하량을 토지이용별로 구분하여 나타낸 것이다.

<표 3-1-14(a)> 토지이용별 간월호 유입 오염부하량(1999년)

(ton/yr)

	논	밭	산지	목장지	도시(마을)	합계
SS	4107.690112	1375.494	4933.281	109.4298	2023.229	12549.12
BOD	536.6880686	179.3313	641.7749	14.20779	263.5542	1635.556
COD	1054.167763	352.4486	1261.392	27.98391	517.3991	3213.391
T-N	344.2449402	114.4429	410.9719	9.126847	168.2091	1046.996
T-P	11.53367388	3.86571	13.8301	0.306565	5.681625	35.21767

<표 3-1-14(b)> 토지이용별 부남호 유입 오염부하량(1999년)

(ton/yr)

	논	밭	산지	목장지	도시(마을)	합계
SS	1300.574	465.0625	1327.394	4.223362	703.6807	3800.934
BOD	257.1	91.91144	262.7804	0.836541	139.105	751.7334
COD	646.1251	230.9175	659.9677	2.101126	349.5885	1888.7
T-N	124.2717	44.46555	126.9826	0.404314	67.23769	363.3619
T-P	5.375001	1.926707	5.474372	0.017414	2.908166	15.70166

<그림 3-1-33> 토지이용별 담수호 유입 오염부하량

3.1.4.2 비점오염 모델링 결과

본 연구에서는 서산 유역에서 발생하는 오염부하량을 산정하기 위하여 표 2-15에 나타낸 1999년의 월별 강우사상과 <표 3-1-15>에 나타낸 6개의 강우사상을   바탕으로 비점오염 모델링을 시행하였다.

<표 3-1-15> 실측기간에 대한 9개 소유역의 수문자료

실측일	선행강우량(mm)	지속기간(day)	지속시간(hr)	비 고
2000. 3. 9	0.6	3. 8	24
2000. 4. 8	1.2	3. 27	24
2000. 5. 23	1.2	5. 18 ∼ 19	48
2000. 6. 24	42.6	6. 22 ∼ 24	72
2000. 7. 19	2.7	7. 15 ∼ 17	72
2000. 8. 31	384.9	8. 23 ∼ 28	144
2000. 9. 30	9.94	9. 1 ∼ 9. 30	24	선행강우량이 매우 작아 월 강우량의 평균값 이용
2000. 10. 21	1.11	10. 1 ∼ 10. 31	24

가. 소유역별 발생 오염부하량

자료집 <그림 Ⅲ-1-6>는 각 소유역에서 발생하는 유출량을 GIS scene을 이용하여 나타낸 것이다. 서산 유역에서 발생한 가뭄으로 인하여 본 연구에서는 6월과 8월의 강우사상을 바탕으로 모형에 적용하여 그 결과를 도시하였다. 이로부터 강우사상에 의해 유역 각 지점에서 발생하는 유출량이 확연한 차이를 보임을 알 수 있다. 특히 A-4와 A-6 유역에서 유출이 크게 발생함을 알 수가 있다.

<그림 Ⅲ-1-7∼9>는 각 소유역에서 발생하는 오염부하량을 각각 T-N, T-P, COD로 구분하여 산정한 값을 GIS scene을 이용하여 나타낸 그림이다. 유출량과 마찬가지로 유역에서 발생하는 오염부하량도 A-4와 A-6 유역에서 많은 양이 발생하는 것으로 나타났고, B지구에서는 B-1 유역에서 가장 많은 양의 오염물질이 발생하는 것으로 나타났다.

<표 3-1-16>에서는 9개 소유역에서 발생하는 오염부하량을 A지구와 B지구로 구분하여 산정된 총 발생 오염부하량을 나타내었다.

<표 3-1-16(a)> 월별 발생오염부하량(T-N)(kg/day)

호수	지점	3월	4월	5월	6월	7월	8월	9월	10월
간월호	A-1	1.54	2.78	3.61	41.32	9.02	597.07	68.02	1.5
	A-2	0.89	1.60	1.97	23.83	4.73	1821.93	38.57	3.3
	A-3	2.04	3.67	4.81	54.71	11.17	1342.61	111.70	1.8
	A-4	11.41	20.55	27.33	305.92	69.68	4531.20	213.00	15.4
	A-5	5.24	9.44	8.50	140.54	18.77	1311.32	142.85	8.496
	A-6	4.20	7.55	11.33	112.48	30.48	4022.72	317.00	11.3
	총 발생량	25.33	45.59	57.54	678.80	143.85	13626.86	891.14	41.796
부남호	B-1	2.00	3.60	3.35	53.61	7.70	494.91	121.87	31.6
	B-2	3.60	6.48	8.42	96.47	18.70	1647.31	135.88	12.1
	B-3	0.32	0.58	0.51	8.66	1.07	440.39	81.90	13.1
	총 발생량	5.92	10.66	12.28	158.74	27.48	2582.61	339.65	56.8

<표 3-1-16(b)> 월별 발생오염부하량(T-P)(kg/day)

호수	지점	3월	4월	5월	6월	7월	8월	9월	10월
간월호	A-1	0.04	0.06	0.06	0.23	0.13	0.81	0.30	0.08
	A-2	0.21	0.28	0.30	1.12	0.70	3.19	1.29	0.38
	A-3	0.29	0.37	0.42	1.52	0.93	2.80	1.32	0.51
	A-4	4.55	5.91	7.09	24.10	16.67	12.97	25.06	8.45
	A-5	0.29	0.38	0.35	1.56	0.75	3.68	1.42	0.47
	A-6	1.55	2.01	1.75	8.21	4.33	7.70	12.89	2.44
	총 발생량	6.93	9.01	9.98	36.75	23.50	31.15	42.28	12.34
부남호	B-1	0.14	0.18	0.23	0.75	0.53	2.91	1.28	0.27
	B-2	0.14	0.18	0.20	0.73	0.44	2.33	0.59	0.25
	B-3	0.06	0.08	0.08	0.31	0.19	0.85	0.34	0.10
	총 발생량	0.34	0.44	0.50	1.79	1.16	6.08	2.21	0.62

<표 3-1-16(c)> 월별 발생오염부하량(COD)(kg/day)

호수	지점	3월	4월	5월	6월	7월	8월	9월	10월
간월호	A-1	37.96	83.52	94.38	1025.00	270.86	50553.55	1332.50	115.64
	A-2	69.30	152.47	218.03	1871.19	603.94	143042.23	2151.87	240.83
	A-3	53.81	118.39	121.94	1452.91	298.75	123832.49	1264.03	156.21
	A-4	235.79	518.74	497.99	6366.38	1289.80	339317.31	6621.04	660.87
	A-5	86.75	190.86	211.85	2342.42	461.83	79229.94	2131.60	261.76
	A-6	87.59	192.69	250.50	2364.87	716.43	292982.45	3712.85	288.07
	총 발생량	571.21	1256.66	1394.69	15422.68	3641.61	1028957.98	17213.88	1723.38
부남호	B-1	37.22	81.89	64.69	1005.01	166.91	37302.88	1708.52	95.28
	B-2	66.10	145.42	145.42	1784.76	346.11	107213.52	1445.66	189.05
	B-3	9.96	21.92	19.29	269.05	53.63	41087.90	295.96	26.79
	총 발생량	113.29	249.24	229.41	3058.82	566.65	185604.30	3450.13	311.11

나. 담수호 유입 오염부하량

본 연구에서는 앞절에서 언급한 것처럼 실측지점에 해당되는 9개 소유역에서 발생 오염부하량 산정과 함께 서산 A와 B지구 전체 유역에서 발생하여 각각 간월호와 부남호로 유입되는 전체 오염부하량을 산정 하였다.

산정방법은 서산 A와 B지구를 구분하고, 각 지구에 대하여 분산형 수질모형을 적용함으로써 담수호로 유입되는 총 오염부하량을 산정한 것이다.

<표 3-1-17>는 유역에서 발생하여 간월호와 부남호로 유입되는 유출량을 모의하여 나타낸 것인데 <표 3-1-14>에 나타난 소유역별 발생 오염부하량에 비해 그 값이 크게 나타나는 이유는 <표 3-1-14>에서 적용한 유역은 실측지점에 대해 구분한 유역으로서 서산 A·B지구 전체를 포함하지 않는다. 또한 소유역에 대한 오염부하량 산정은 2000년에 발생한 강우량을 바탕으로 모의하였기 때문에 가뭄으로 인해 강우량이 매우 적었던, 특히 7월의 경우를 보면 <표 3-1-15>에 나타난 바와 마찬가지로 예년에 비해 강우량이 매우 적게 나타나 1999년 강우량을 바탕으로 산정된 담수호 유입 오염부하량에 비해 현저히 작게 나타남을 알 수 있다.

<표 3-1-18>은 월별 담수호 유입 수질농도를 나타낸 것으로써 1999년 강우사상을 모형에 적용하여 모의한 간월호와 부남호로 유입되는 수질 농도 값이다. <표 3-1-19>에서는 <표 3-1-17>과 <표 3-1-18>의 값을 이용하여 담수호로 유입되는 총 오염부하량을 월별로 구분하여 산정한 값을 나타내었다.

<그림 3-1-34>은 자료집 <표 Ⅲ-1-10>의 합리식에 의해 산정한 담수호 유입 유출량과 <표 3-1-17>의 담수호 유입 유출량의 모형 결과값을 비교하여 나타낸 그림이다.

<그림 3-1-35>에서는 실측된 담수호내의 수질농도와 모형을 통해 모의된 수질농도를 월별로 구분하여 비교해 보았다. 모형 결과 값으로 나타난 수질농도가 실측치에 비해 비교적 작게 나타난 것은 실측값이 부영양화 현상이 심각한 담수호 내의 수질자료를 나타내는 반면 모형 결과 값은 담수호 유입 직전의 하천 수질 자료를 나타내기 때문으로 사료된다.

<표 3-1-17> 월별 담수호 유입 유출량

월	간 월 호 (만톤)	부 남 호 (만톤)
1	123.7282		40.68166
2	123.7282		40.68166
3	346.5036		509.4847
4	937.8947		1202.678
5	3562.136		3887.379
6	1305.043		1605.536
7	3449.339		3780.683
8	15888.59		15000.71
9	17329.29		16273.64
10	1465.729		1777.736
11	150.802		52.84603
12	119.3733		52.84603

<표 3-1-18> 월별 담수호 유입 수질농도

기간	T-N(ppm)		T-P(ppm)		COD(ppm)
	간월호	부남호	간월호	부남호	간월호	부남호
1월	2.550	2.071	0.039	0.048	4.486	5.817
2월	2.250	2.071	0.039	0.048	4.486	5.817
3월	4.214	1.780	0.177	0.017	6.741	7.687
4월	3.136	1.292	0.143	0.072	6.675	7.563
5월	2.565	0.884	0.050	0.029	8.929	8.124
6월	3.352	1.211	0.104	0.055	9.132	8.260
7월	2.583	0.891	0.060	0.034	8.935	8.128
8월	1.812	0.570	0.020	0.013	8.730	7.996
9월	1.779	0.555	0.023	0.015	8.722	7.991
10월	3.229	1.164	0.098	0.052	9.109	8.243
11월	2.255	2.827	0.181	0.065	7.533	8.219
12월	2.371	3.496	0.105	0.076	4.804	6.543

<표 3-1-19> 월별 담수호 유입 오염부하량

기간	T-N(ton)		T-P(ton)		COD(ton)
	간월호	부남호	간월호	부남호	간월호	부남호
1월	3.16	0.84	0.05	0.02	5.55	2.37
2월	2.78	0.84	0.05	0.02	5.55	2.37
3월	14.60	9.07	0.61	0.08	23.36	39.16
4월	29.41	15.54	1.35	0.87	62.60	90.95
5월	91.38	34.38	1.79	1.13	318.08	315.81
6월	43.75	19.45	1.35	0.88	119.18	132.62
7월	89.09	33.70	2.07	1.28	308.20	307.28
8월	287.85	85.49	3.16	1.94	1387.15	1199.44
9월	308.22	90.31	3.93	2.40	1511.54	1300.40
10월	47.33	20.69	1.44	0.93	133.51	146.54
11월	3.40	1.49	0.27	0.03	11.36	4.34
12월	2.83	1.85	0.13	0.04	5.73	3.46

<그림 3-1-34> 월별 담수호 유입 유출량

<그림 3-1-35(a)> 월별 담수호 유입 수질농도(T-N)

<그림 3-1-35(b)> 월별 담수호 유입 수질농도(T-P)

<그림 3-1-35(c)> 월별 담수호 유입 수질농도(COD)

<그림 3-1-36>는 원단위로 산정한 담수호 유입 오염부하량과 모형의 결과값으로 산정된 오염부하량을 간월호와 부남호로 구분하여 월별로 나타내었다. 간월호로 유입되는 T-N 값의 경우는 9월을 제외한 홍수기에 모형 결과값이 원단위 산정값보다 높게 나타났고, 대부분의 평, 갈수기에는 원단위 산정값이 높게 나타났다. 부남호로 유입되는 T-N 값은 대체적으로 비슷한 경향을 띄고 있다. T-P값의 경우도 강우량이 많은 홍수기에는 원단위 산정값이 모형 결과값보다 더 크게 나타났다. 담수호 유입 COD 부하량은 강우량이 많았던 8, 9월에 모형의 결과값이 원단위 산정값보다 높게 나타나는 경향을 보이고 있다.

유역발생 오염부하량은 유출량에 가장 많은 영향을 받는다. 본 연구에서의 담수호 유입 오염부하량을 비교, 분석한 결과 또한 강우-유출에 관계되어 오염부하량의 양상이 다르게 나타남을 알 수 있었다.

본 과업에서는 평·갈수기와 홍수기에 유역에서 발생하는 오염부하량의 양상을 파악하고자 GIS의 공간 데이타베이스와 분산형 수질모형을 이용하여 각 지점별 발생 오염부하량을 산정하고, 이를 GIS scene을 이용하여 나타내었다. 자료집 <그림 Ⅲ-1-10>이 이를 나타내는 그림으로, 평·갈수기는 1999년 4월의 강우사상을 바탕으로 모의하였고, 홍수기는 1999년 8월의 강우사상을 바탕으로 모의하여 나타내었다. 물론 한해동안의 강우사상을 바탕으로 모의한 결과값이 일반성이나 대표성을 띄긴 어렵겠지만, 본 연구에서는 유역에서 발생하는 오염부하량의 값보다는 유역 각 지점에서의 발생 오염부하량의 변화양상을 파악하는데 초점을 두었기 때문에 만족스러운 결과를 도출하였다고 사료된다.

자료집 <그림 Ⅲ-1-10>에서 보는바와 같이 서산 A·B지구에서는 상류로부터 이송되어 담수호로 유입되면서 오염부하량이 증가하는 양상을 보여주고 있는데, 특히 A-4지역과 A-6지역 그리고 B-1지역을 포함한 하류지역에 많은 양의 오염부하량이 발생함을 알 수가 있다.

<그림 3-1-36> 월별 담수호 유입 오염부하량

3.1.5 장래 유입오염부하량 예측

본 절에서는 서산 A·B지구에서 발생하여 담수호로 유입되는 장래 유입 오염부하량을 예측하고자 다음과 같이 두 가지 방법으로 접근하여 보았다.

먼저 과년도의 강우패턴을 중심으로 향후 5년간의 담수호 유입 유출량을 예측하고 이에 따른 유역 발생 오염부하량을 예측하는 것이다. 이 부분은 서산 A·B지구의 토지이용변화를 고려하지 않은 단순히 강우사상에 따른 담수호 유입 오염부하량을 산정한 것이다. 이렇게 산정된 값을 통해 토지이용변화 혹은 수처리시설에 따른 유입오염부하량의 값과 비교함으로써 좀 더 정확한 담수호 유입 오염부하량의 변화를 살펴볼 수 있다.

두 번째의 경우는 앞서 언급한 바와 같이 토지이용변화와 함께 하수 처리시설 설치유무와 가동여부, 그리고 인구증가 등의 제반여건을 고려한 담수호 유입 오염부하량의 예측으로서, 서산 A·B지구의 공간 및 유역현황 변화에 대한 오염부하량의 발생현황을 용이하게 파악할 수 있다.

3.1.5.1 강우사상을 바탕으로 한 연도별 유입 오염부하량 예측

우리나라는 연평균 강수량이 1,274mm로 지구 연평균 강수량 973mm의 1.3배에 해당한다. 하지만 대부분의 강우가 6∼9월에 집중 편승되어 있어 여름철 우기에는 많은 홍수피해가 발생하고 있는 반면, 겨울과 봄에는 만성적인 가뭄에 시달리고 있다. 또한 최근에는 기상이변으로 인한 게릴라성 호우로 인해 강우강도가 최고치를 나타내고 급경사로 인한 돌발홍수도 빈번히 발생하고 있다. 전반적으로 강우량이 증가하는 것도 기상이변에 의한 현상이라 말할 수 있다.

하지만 2000년도에 발생한 서산유역의 유래없는 극심한 가뭄은 기상현상의 불투명성을 단적으로 보여주기도 한다.

오염부하량은 유출량과 밀접한 관계가 있음은 새삼 언급하지 않아도 될 것이다. 따라서 본 연구에서는 향후 5년간의 강우예측을 통해 서산 A·B지구에서 발생하여 담수호로 유입되는 유출량을 예측하였고, 그에 따른 담수호 유입 오염부하량을   예측하였다. 강우예측은 1990년부터 2000년까지의 월별 강우량을 바탕으로 빈도분석 프로그램인 Fap를 이용하여 2006년까지 강우빈도를 예측하였다. <그림 3-1-37>은 예측된 강우량에 의한 유출량 분석을 나타낸 것으로 산정된 유출량 자료를 바탕으로 <그림 3-1-38>와 같이 2006년까지의 담수호 유입 오염부하량을 예측하였다.

그림에서 보는바와 같이 2000년을 전후로 오염부하량이 감소하였다가 2002년부터 점차 예년의 값을 찾아가고 있음을 알 수 있다.

강우량에 의한 유출량 빈도분석은 1990년부터 2000년까지의 과거 10년치 월별 강우량 자료와 최근 발생한 게릴라성 호우 등 기상이변상황에 대한 단순한 고려사항만 적용한 것이기 때문에 자료에 대한 신빙성을 주장할 순 없지만 개략적으로 강우패턴에 따라 발생하는 오염부하량을 예측한 것에는 큰 무리가 없을 것으로 사료된다.

<표 3-1-20>와 <표 3-1-21>은 <그림 3-1-37>에 나타난 연도별 담수호 유입 오염부하량을 예측한 값을 표로 나타낸 것이다.

<그림 3-1-37> 담수호 유입 유출량 예측

<그림 3-1-38> 담수호 유입 오염부하량 예측

<표 3-1-20> 연도별 간월호 유입 오염부하량 예측

	SS	BOD	COD	T-N	T-P
1998	8208.29	1689.93	2749.33	796.02	25.13
1999	12546.95	1634.92	3212.01	1046.21	35.21
2000	9843.99	1652.94	2990.41	906.78	30.70
2001	12269.64	1954.51	3398.98	1051.95	36.15
2002	13256.26	1817.19	3462.83	1134.03	37.44
2003	12271.59	1903.71	3364.86	1039.18	36.43
2004	12087.7	1753.69	3105.36	992.09	33.72
2005	11508.7	1689.65	3140.09	968.74	34.79
2006	10595.35	1368.70	2777.42	883.38	31.94

<표 3-1-21> 연도별 부남호 유입 오염부하량 예측

	SS	BOD	COD	T-N	T-P
1998	3440.07	660.13	1521.37	304.67	13.09
1999	3800.93	751.73	1888.7	363.36	15.70
2000	3695.05	694.59	1717.47	339.44	16.18
2001	4237.48	775.21	1979.73	383.76	17.68
2002	4211.78	801.92	2015.5	401.93	17.81
2003	4232.22	771.17	1970.27	378.75	18.19
2004	3896.45	711.14	1829.62	352.18	15.65
2005	3978.80	710.76	1861.11	354.04	18.18
2006	3474.35	633.11	1661.48	320.67	16.80

3.1.5.2 장래 토지이용계획을 고려한 유입 오염부하량 예측

본 연구에서는 장래 유입 오염부하량 예측 부분을 다루기 위해 장래 토지이용변화에 따른 오염부하량을 산정하고자 하였다. 특히 대부분이 농업지역으로 이루어진 서산유역의 경우는 토지이용 상태에 따라 발생 오염부하량이 크게 좌우되기 때문에 본 연구에 있어서 토지이용변화의 고려는 불가피한 것이다.

서산 유역은 점유율이 43.44%를 차지하는 산림지역을 제외하고는 논이 27%, 밭이 11% 순으로 점유율을 나타내고 있다. 그러나 공장용지, 도로, 제방 등 사회간접자본 시설에 소요되는 토지가 증가함에 따라 서산유역의 토지이용특성이 변하고 있다. 게다가 현대의 서산농장 매각으로 인해 향후 서산유역의 토지이용현황은 크게 변화를 보일 것으로 전망된다.

본 연구에서는 서산유역의 토지이용변화에 따른 담수호 유입 오염부하량 예측을 위해 토지이용계획을 단기(∼2006년), 중기(2006년∼2010년), 장기(2011∼2020)으로 나누어 토지이용변화에 따른 발생오염부하량을 예측해 보았다.

단기, 중기, 장기 토지이용 계획에 적용된 토지이용면적은 <표 3-1-22>과 같다.

토지이용계획은 4장의 내용을 바탕으로 구성하였는데, 단기 토지이용계획의 경우는 현재의 토지이용상태를 유지시킨다는 전제하에 토지이용에 큰 변화를 적용하지 않았다. 중기 토지이용계획의 경우 하수종말 처리장 등 처리시설의 설립과 기 설립된 하수처리장의 가동으로 인해 도시지역 또는 농경지 지역에서 많은 양의   오염 부하량이 삭감될 것으로 판단되지만, 반대로 서산유역의 인구증가와 가뭄으로 축적된 토양내의 유기물질이 향후 유출을 통해 발생하는 것을 고려하였을 때 오염부하량의 삭감폭은 그다지 크게 나타나지는 않을 것으로 판단된다. 장기적인 토지이용 계획에서는 서산 유역의 인구증가 폭의 감소와, 처리시설의 기능향상으로 인한 오염부하량의 삭감량 등을 고려하였다. 또한 농경지와 산림지역의 감소로 인해 토양내의 유기물질과 농경지 경작으로 인해 발생되는 비점오염부하량은 그 양이 감소할 것이다. 게다가 도시지역에서는 주 오염원인 점오염원이 사회시설 증가로 인한 인구증가 등의 이유로 인해 그 발생량이 늘어나겠지만 비점오염원에 비해 처리가 용이하기 때문에 장기적으로 갈수록 서산 유역에서 발생하여 담수호로 유입되는 오염부하량은 급격히 감소할 것으로 사료된다.

<그림 3-1-39>는 이러한 내용들을 고려하여 산정된 장래 담수호 유입 오염부하량 값을 나타내 주고 있다.

<표 3-1-23>와 <표 3-1-24>은 장래 담수호 유입 오염 부하량 예측값을 토지 이용별로, 토지이용계획별로 구분하여 나타내 보았다.

<표 3-1-22> 장래 유입 오염부하량 예측시 적용된 토지이용면적(ha)

간월호	논	밭	산지	목장지	도시(마을)	총면적
단 기	13410	5293	15085	386	6621	40795
중 기	13021	5267	14875	350	7256	40769
장 기	12508	5047	14058	300	8016	39929

부남호	논	밭	산지	목장지	도시(마을)	총면적
단 기	7685	3225	7349	27	4158	22444
중 기	7317	3125	7294	21	4548	22305
장 기	7114	2974	7109	19	5018	22234

<그림 3-1-39(a)> 장래 간월호 유입 오염부하량 예측

<그림 3-1-39(b)> 장래 부남호 유입 오염부하량 예측

<표 3-1-23> 토지이용별 장래 간월호 유입 오염부하량 예측(ton/yr)

		논	밭	산지	목장지	도시(마을)	총량
SS	단 기	4012.62	1348.10	4820.89	1981.17	106.86	12269.64
	중 기	3897.00	1341.55	4754.43	2171.62	96.90	12261.50
	장 기	3231.63	1109.60	3880.54	2071.05	71.76	10364.58
BOD	단 기	639.64	215.05	767.07	315.81	16.96	1954.52
	중 기	604.96	208.41	736.71	337.12	14.97	1902.17
	장 기	417.75	143.54	500.68	267.73	9.24	1338.95
COD	단 기	1111.69	374.31	1334.52	548.88	29.58	3398.98
	중 기	1068.73	368.66	1302.63	595.55	26.54	3362.11
	장 기	847.40	291.53	1016.20	543.07	18.79	2716.99
T-N	단 기	343.97	115.70	413.28	169.83	9.17	1051.95
	중 기	329.97	113.70	402.57	183.88	8.21	1038.33
	장 기	269.43	92.58	323.48	172.67	5.98	864.14
T-P	단 기	11.83	3.98	14.19	5.84	0.31	36.15
	중 기	11.58	3.99	14.10	6.45	0.29	36.40
	장 기	9.75	3.35	11.68	6.25	0.22	31.25

<표 3-1-24> 토지이용별 장래 부남호 유입 오염부하량 예측(ton/yr)

		논	밭	산지	도시(마을)	목장지	총 량
SS	단 기	1450.34	519.04	1478.69	784.71	4.70	4,237.48
	중 기	1379.27	502.27	1465.71	857.31	3.65	4,208.21
	장 기	1100.82	392.38	1172.82	776.49	2.71	3,445.22
BOD	단 기	265.19	94.88	270.80	143.48	0.86	775.21
	중 기	251.20	91.44	267.36	156.13	0.67	766.8
	장 기	200.51	71.42	213.94	141.44	0.50	627.81
COD	단 기	677.43	242.34	691.24	366.53	2.20	1,979.74
	중 기	641.96	233.67	682.73	399.02	1.70	1,959.08
	장 기	526.34	187.49	561.15	371.27	1.30	1,647.55
T-N	단 기	131.29	47.01	134.00	71.04	0.43	383.77
	중 기	123.39	44.95	131.25	76.69	0.33	376.61
	장 기	101.56	36.21	108.31	71.64	0.25	317.97
T-P	단 기	6.06	2.17	6.16	3.28	0.02	17.69
	중 기	5.93	2.17	6.29	3.69	0.02	18.1
	장 기	5.33	1.90	5.66	3.76	0.01	16.66

3.1.6 요약 및 결론

본 절의 목적은 서산 A·B지구에서 발생하는 오염부하량과 발생 후 담수호로 유입되는 오염부하량을 산정하고, 수문현상 및 공간정보 등의 변수를 통해 발생되는 장래 유입 오염부하량을 예측함으로써 유역관리방안에 도움을 주는데 있다. 하지만 유역으로부터 발생하여 간월호, 부남호로 유입되는 유출량 자료 등 대상유역에 대한 자료가 미비하여 연구를 진행함에 있어 많은 어려움이 있었다.

따라서 본 절에서는 담수호 내의 유입 오염부하량을 산정하기 위하여 합리식을 이용하여 유출량을 산정하였고, 이를 통해 서산 A·B지구의 토지이용별 원단위와 유역에서 발생하는 오염부하량를 산정하였다. 또한 대상유역인 서산 A·B지구에 대한 GIS data를 작성하여 공간 데이터베이스를 구축하였고, 이를 분산형 수질모형인 AGNPS 모형을 구동하는데 이용하였다. 먼저 각 실측지점별 소유역을 구분하기 위하여 DEM 자료를 이용하였고, 구분된 각 소유역에 대한 모델링을 통해 소유역별 발생 오염부하량을 산정하였다.

산정된 값은 <표 3-1-15>에 나타낸 바와 같고, 서산 A·B지구를 9개의 소유역으로 구분하여 각 소유역별 발생 오염부하량을 T-N, T-P, COD로 구분하여 월별 발생량을 산정하였다. 서산 유역의 계속되는 가뭄으로 인해 유역내의 수질농도가 매우 높아 실측자료에 의해 산정된 오염부하량이 너무 크게 나와 위의 값과 비교함에 있어서는 다시 타당하지 못한 부분이 있다. 하지만 각 소유역별 발생 오염부하량 산정뿐 만 아니라, 서산 A지구와 B지구에 대해 각각의 모델링을 통해 간월호와 부남호로 유입되는 오염부하량을 산정하고, 산정된 오염부하량은 앞서 언급한 원단위를 통해 산정된 오염부하량과 비교, 분석하는 과정을 거침으로써 결과값에 대한 검증을 통해 만족스러운 결과를 도출하였다. 원단위법에 의한 오염부하량과 모형에 의한 오염부하량의 비교는 <그림 3-1-34>에 나타난 바와 같다.

또한 평·갈수기와 홍수기에 발생하는 오염부하량을 비교하기 위하여, 1999년 4월과 8월의 강우사상을 모형에 적용함으로써 평·갈수기와 홍수기에 발생하는 오염부하량의 차이를 GIS scene을 통해 쉽게 비교할 수 있도록 하였다. GIS scene은 자료집의 <그림 Ⅲ-1-10>에 나타난 바와 같고, 각 오염물질 발생량의 범례를 평·갈수기때와 홍수기때를 일치시킴으로써 유역의 어느 지점에서 발생 오염부하량의 변화가 어느 만큼 나타나는지 쉽게 파악할 수 있다. 또한 자료집의 <그림 Ⅲ-1-2>에 나타난 서산유역의 토지이용도를 바탕으로 어느 토지이용현황에서 어떻게 오염부하량이 발생하는지를 용이하게 파악할 수 있다.

비록 실측된 유출량 자료와 수질농도 자료의 미비로 인하여 모델링이나 원단위 산정에 있어서 부족한 점이 있었지만, 유역의 공간정보를 이용하여 대상유역의 강우사상별 또는 토지이용별 발생되는 오염부하량을 유역의 각 지점별로 산정하였고, 여러 제반여건에 따라 변화되는 유역의 오염물질 발생현황을 파악할 수 있었다는 것은 큰 성과라 할 수 있다. 더군다나 공간정보 및 유역현황의 조건 변화를 통해 향후 유역에서 발생되는 오염부하량을 예측하여 담수호로 유입되는 오염부하량을 산정함으로써 본 연구의 최종목표인 유역의 오염발생 현황 조사 및 예측에 가깝게 접근할 수 있었다.

향후 좀 더 정확한 유역의 공간정보자료를 확보하고, 실측지점에서의 세밀한 수질측정과 유출량 측정을 통해 데이터 축적이 이루어진다면, 더 나은 결과를 도출할 수 있을 것이다.