A Study of Calculation of Nonpoint Sources Load in the Panmuncheon by Precipitation

춘식 이; 태효 임; 헌각 권

doi:10.9798/KOSHAM.2017.17.3.399

Abstract

In this study, the non - point pollution source runoff characteristics were analyzed by using the result of monitoring. In addition, the nonpoint source pollutant behavior were analyzed by estimating the nonpoint source load and the delivery rate for the target watershed. The average flow during rainfall was 0.87 m²/sec in the upstream, 13.12 m²/sec in the middle, and 20.68 m²/sec in the downstream. The average flow rate was 0.02 m²/sec in the upstream, 0.25 m²/sec in the middle, and 2.92 m²/sec in the downstream when the rainfall did not come. And when the rainfall did not occur, the average flow rate increased rapidly during rainfall while maintaining a very small flow rate. The water quality of Panmuncheon was ranged from BOD 2.1∼2.9 mg/L, COD 4.7∼5.0 mg/L, SS 10.5∼27.4 mg/L, TOC 5.2∼9.1 mg/L, T-N 2.381∼2.933 mg/L and T-P 0.075∼0.117 mg/L during rainfall. In the case of the downstream, it was found that the water quality was not changed by rainfall occurrence. In the absence of rainfall, the downstream water quality was maintained at BOD 2.6 mg/L, COD 4.6 mg/L, TOC 5.2 mg/L, SS 23.0 mg/L, T-N 2.369 mg/L, T-P 0.066 mg/L, and river water quality grade 2. In the case of Panmuncheon, the upstream water pollution degree was high and the water pollution degree tended to decrease as the water flowed downstream. The delivery rate of non-point source was estimated according to rainfall occurrence. The non-point source pollutant delivery rates in the Panmuncheon watershed were estimated to be BOD 0.497, T-N 0.891 and T-P 0.131 when the rainfall, and BOD 0.360, T-N 0.874 and T-P 0.179 when rain will not come.

Keywords: Delivery Load, Nonpoint Source, Delivery Ratio

요지

본 연구에서는 남강 유입 지천 중 판문천에 대해 상, 중, 하류로 구분하여 강우 시 비점오염원 모니터링을 진행하고 그 결과를 활용하여 해당 유역에 대한 비점오염원 유출특성을 분석하였다. 더불어 대상 유역에 대한 비점오염원 부하량 및 유달율을 산정하여 비점오염원의 거동을 분석하였다. 강우 시 평균 유량은 판문천 상류의 경우 0.87 m²/sec, 중류 13.12 m²/sec 및 하류 20.68 m²/sec로 조사되었다. 무강우 시 평시 유량은 상류 0.02 m²/sec, 중류 0.25 m²/sec, 하류 2.92 m²/sec로 조사되었으며, 매우 적은 유량을 유지하다 강우 시 급격히 증가하는 형태를 나타내었다. 판문천의 강우 시 수질 농도는, 강우 시 BOD 2.1∼2.9 mg/L, COD 4.7∼5.0 mg/L, SS 10.5∼27.4 mg/L, TOC 5.2∼9.1 mg/L, T-N 2.381∼2.933 mg/L, T-P 0.075∼0.117 mg/L 범위로 조사되었다. 판문천 하류부의 무강우 시 및 강우 시 수질농도를 비교할 경우 큰 차이는 나타나지 않았다. 무강우 시 진주 판문천의 평균 수질(하류)을 분석한 결과, BOD 2.6 mg/L, COD 4.6 mg/L, TOC 5.2 mg/L, SS 23.0 mg/L, T-N 2.369 mg/L, T-P 0.066 mg/L로 조사되어 하천수질 등급 II(약간 좋음) 수준을 유지하고 있는 것으로 파악되었다. 진주 판문천의 상⋅중⋅하류의 수질 농도를 검토한 결과, 전체적으로 상류의 수질 오염도가 비교적 높았고 하류로 유하함에 따라 수질이 다소 좋아지는 경향을 나타내었다. 강우 시기와 무강우 시기로 구분하여 항목별 유달율을 산정하였다. 진주 판문천유역의 경우 강우 시 유달율이 BOD 0.497, T-N 0.891, T-P 0.131이였으며, 무강우 시 유달율은 BOD 0.360, T-N 0.874, T-P 0.179로 조사되었다.

1. 서론

강우 시 유출되는 비점오염원 부하가 수질에 미치는 영향은 하수처리율이 향상되고 경제 활동수준이 높아질수록 증가하고 있으며, 토지이용이 고밀도로 이용되고 있는 미국의 경우 총 수질오염부하의 50% 정도가 비점오염원에 의한 것으로 조사되고 있다(Novotony and Chesters, 1981). 특히 도시지역 하천의 경우, 각종 독성 유기물 및 중금속의 주요 오염원이 비점오염원에 의한 것으로 밝혀지고 있으며, 폐쇄성 수역의 경우 영양물질의 80% 이상이 비점오염원에 의한 것으로 계산되고 있다(Novotony and Chesters, 1981). 최근의 수질오염 특징은 과거의 대량 발생원의 점오염원에 의한 수질오염에서 도시 강우 유출수, 농지 등에 의한 다수의 저 농도 발생원의 비점오염원에 의한 광역적 수질오염이 갈수록 문제가 되고 있다. 특히 일부 비점오염원 농도는 토지이용의 고도화에 따라 점오염원 보다 높은 항목도 존재하며, 강우 시 유입량도 막대하여 수질환경에 큰 영향을 미친다.

비점오염원은 강우 시 주로 토지계 오염원에서 배출되는 특성을 가지고 있어 수계오염총량제 지침에서 제시하고 있는 토지계 원단위를 통해서 비점오염원 발생부하량을 산정하기도 하나 원단위 산정시 주거지역 및 시가지 지역에서 과대 산정되는 경향을 가지고 있어 정확한 비점오염원 부하량을 산정하는데 그 한계를 가진다. 과학적인 비점오염부하량 산정을 위해서는 생활계 오염원에서 유출되는 관거 월류수, 축산계에서 배출되는 축산퇴비, 토지계 오염원에서 유출되는 토지계 오염원 등의 자료를 조사하여 각 오염원에서 강우 시 유출되는 비점오염 부하량 산정이 필요하다. 비점오염물질의 구분은 유역 및 지역의 토지이용 형태별로 강우유출수의 유출 특성이 다양하게 나타나고 강우 시 지표면에 축적되어 있던 각종 오염물질들이 유출수에 씻겨 단시간 내에 수체로 유입되는 특성을 나타낸다. 이러한 특성으로 인해 해당 유출수가 유입되는 하천의 수질변화에 심각한 영향을 미치고 있다(Kwon et al., 2011). 토지이용형태의 급격한 변화(도시화, 공업화)에 따라 토지이용이 고밀도로 이루어지고 있기 때문에 전체 오염유출량에 대한 비점오염 유출량이 점하는 비율이 증가하는 경향에 있으며, 비점오염원의 경우 강우에 의해 유출되어, 직접적으로 하천에 유입되고 있다. 따라서 수역의 수질을 적절히 관리하기 위해서는 유역 내에 분포하는 비점오염 발생량의 공간적 시간적 분포를 우선적으로 파악함과 아울러 수역으로 유출되는 오염발생량을 양적⋅질적인 측면에서 규명하는 것이 대단히 중요하다(Kwon, 2011).

유달율은 오염원으로부터 배출된 오염물질이 하천으로 유입되어 수체의 어느 특정지점에 도달하는 비율로서 배출부하량과 유달부하량의 함수로부터 산정되며, 환경용량지표로서 사용되고 있다. 유달율은 유역의 지형적 조건, 수리⋅수문학적 조건, 기후, 계절 등 매우 다양하고 복잡한 변수들에 의해 결정되기 때문에 수학적 해법으로 계산하기 곤란하다. 일반적인 유달율 산정방법은 수계의 어느 특정 지점에서 유량과 수질을 측정하여 유달부하량을 구한 후 해당 수계의 유역 내 배출부하량으로 나누어 주는 것으로 알려져 있다. 그러나 이 방법은 유달부하량에 대한 실측자료가 있는 유역에서는 유용하게 사용될 수 있으나 유량과 수질에 대한 실측자료가 없는 미계측 유역에서는 유달율 산정이 가능하지 않다(Kim, 2008).

본 연구에서는 남강 유입 지천 중 판문천에 대해 상, 중, 하류로 구분하여 강우 시 비점오염원 모니터링을 진행하고 그 결과를 활용하여 해당 유역에 대한 비점오염원 수질평가를 수행하였다. 또한 조사대상 하천이 포함된 유역에 대한 비점오염원 발생 및 배출부하량을 산정하고 유달율을 산정하여 비점오염원의 거동을 분석하고자 하였다.

2. 연구방법

2.1 조사 대상 지점

조사대상 유역인 진주 판문천은 낙동강 제1지류인 남강으로 유입하는 제2지류이며, 남강의 최상부에 위치하고 있는 지방하천이다. 판문천은 진주시 판문동 산106에서 발원하여 진주시 평거동 695-162에서 남강과 합류한다. 유역면적은 6.85 km²이며, 유로 연장은 5.20 ㎞이다. 남강 유역 소권역내 판문천의 위치를 Fig. 1에 나타내었고, 토지이용 현황을 Table 1에 나타내었다. 판문천 유역은 행정구역상 2개면 4개동에 분포하고 있으며, 판문천 유역의 토지피복 분류를 Table 1에 나타내었다. 진주 판문천은 토지피복분류체계상 산림이 가장 많은 면적(62.3%)을 차지하고 있으며, 기타(14.4%), 대지(11.1%), 답(8.2%), 전(4.0%) 순인 것으로 나타났다.

Fig. 1

Location of Survey Sites and Land Use

Table 1

Information of Land Use in the Survey Basin

Sites	Si, Gun, Gu	Eub, Myun, Dong		Unit(km²)
Sites	Si, Gun, Gu	Eub, Myun, Dong		total	farm	paddy field	forest	urban area	Other
Up-strewam	Jinju	Daepyeong	Sinpung	0.12	0.00	0.00	0.07	0.01	0.03
		Myungsuk	Gahwa	0.06	0.00	0.00	0.04	0.00	0.01
		Myungsuk	Usu	0.09	0.01	0.01	0.06	0.01	0.01
		Ihyun		0.03	0.00	0.00	0.01	0.00	0.00
		Panmun		1.70	0.07	0.14	1.08	0.18	0.23
total				1.99	0.08	0.16	1.28	0.20	0.27
Mid-stream	Jinju	Daepyeong	Sinpung	0.08	0.00	0.00	0.05	0.00	0.02
		Panmun		1.77	0.06	0.15	1.11	0.20	0.26
		Pyunggeo		0.05	0.01	0.00	0.01	0.02	0.01
total				1.91	0.07	0.15	1.18	0.22	0.28
Down-stream	Jinju	Daepyeong		0.09	0.00	0.00	0.06	0.00	0.03
		Yougok		0.05	0.01	0.00	0.03	0.00	0.01
		Ihyun		0.03	0.00	0.01	0.02	0.01	0.00
		Panmun		2.74	0.10	0.24	1.70	0.31	0.39
		Pyunggeo		0.03	0.01	0.00	0.01	0.01	0.01
total				2.95	0.12	0.25	1.81	0.33	0.43
total				6.85	0.27	0.56	4.27	0.76	0.99

판문천에 대한 모니터링을 진행하기 위해 개발 정도 및 주변 토지이용 현황을 기준으로 하천을 상, 중, 하류로 구분하였다. 상류의 경우 하천 주변 토지이용현황이 자연 상태를 띄는 지점을 선정하였으며, 중류 지점의 경우 일부 주거지역이 포함되는 토지이용형태를 나타내었으며, 하류지점의 경우 아파트 및 도로 등 불투수 토지피복 비율이 높은 토지피복형태를 나타내는 지점을 선정하였다. 판문천 상⋅중⋅하류의 유역면적은 각각 1.99 km², 1.91 km² 및 2.95 km²으로 조사되었다. 상류측정지점 유역에서 산림이 64.3%, 기타 13.6%, 대지 10.1%, 답 8.0%, 전 4.0% 순인 것으로 나타났다. 중류측정지점 유역에서 산림이 61.8%, 기타 14.7%, 대지 11.5%, 답 7.9%, 전 3.7% 순인 것으로 나타났다. 판문천 하류측정지점 유역에서 산림이 61.4%, 기타 14.6%, 대지 11.2%, 답 8.5%, 전 4.1% 순인 것으로 나타나, 진주시 판문천의 상⋅중⋅하류 유역의 토지이용 현황은 거의 유사한 것으로 조사되었다.

2.2 유량 및 수질 모니터링

진주 판문천에 대해 강우 및 무강우 시 유량⋅수질을 모니터링 하였다. 2016년 비점오염원 모니터링은 총 6회 수행하였다. 강우 시 조사 간격은 현장 상황(강우량, 강우지속시간 등)에 따라 샘플링 개수를 조정하였으며, 무강우 시 조사는 4시간 간격으로 실시하였다. 수질분석은 BOD, COD, TOC, SS, T-N, T-P 항목에 대해 실시하였으며, 채취된 시료 샘플은 아이스박스에 보관 후 경남과학기술대학교 산학협력단 환경측정검사센터에 의뢰하여 수질분석을 수행하였다. 무강우 시 조사치는 하천의 기저유량 및 부하량으로 구분하고, 강우 시 측정된 조사치와의 차이를 통해 복합피복유역에서 하천으로 유입되어 유하되는 비점오염원의 부하량을 산정하고자 하였다. 유량은 유속-면적법(Velocity-Area Method)에 의거하여 측정하였으며, 유속측정은 유속계 Valeport Limited Co. Flow Meter (Model 801(Flat))을 활용하였다. 복합피복유역인 진주시 판문천에 대한 유량⋅수질 측정은 상류, 중류 및 하류의 3개 지점에 대해 조사하였다.

2.3 유달율 산정

유달율이란 각 오염원으로부터 배출된 오염물질이 하천에 도달하는 비율로서 일반적으로 오염원으로부터 배출되는 오⋅폐수의 특성에 따라 차이가 있다. 이러한 유달율은 침식토양의 유달율, 합리식의 유출계수, 통계식을 이용한 유달율, 실측치를 이용한 유달율, 모형을 이용한 유달율 등과 같이 다양한 방법에 의해 결정된다(Shim, 2010). 본 연구에서는 아래 식과 같이 해당유역에서의 배출부하량과 모니터링 지점에서의 유달부하량의 비로 산정하였다.

(1)

ξ(%) = Ce × QeLi × 100

위 식에서ζ는 유달율이고, Ce는 대상물질농도(kg/m²), Qe는 하단부에서의 유량(m²/day), Li는 해당구역에서의 배출부하량(kg/day)이다.

3. 연구결과

3.1 유량 및 수질 모니터링 결과

2016년 조사대상 지점들에 대한 유량 측정 결과를 강우 및 비강우시로 구분하여 Table 2에 나타내었고, 결과 비교 그래프를 Fig. 2에 나타내었다. 강우 시기의 평균 유량을 살펴보면, 판문천 상류의 경우 0.87 m²/sec, 중류 13.12 m²/sec 및 하류 20.68 m²/sec로 조사되었다. 해당 하천의 경우 무강우 시 평시 유량이 상류 0.02 m²/sec, 중류 0.25 m²/sec, 하류 2.92 m²/sec 매우 적은 유량을 유지하다 강우 시 급격히 증가하는 형태를 나타내었다. 강우 시 하천 조사 지점별 유량 최대/최소비의 경우 상류 214.8, 중류 160.7 및 하류 108.4로 강우에 따른 유량 변화가 크게 조사되었다. 무강우 시 최대 최소비의 경우 조사 시기적 차이는 있으나, 상류 27.0, 중류 23.6 및 하류 3.8로 조사되었다. 상류의 경우 214.8로 최대/최소비가 가장 크게 조사되어 강우 시 유량 변화가 가장 큰 것으로 조사되었다. 이는 평상시 하천 유량의 차이에 따른 영향도 받고 있으나, 주변 산지에서 유입되는 수량의 증가가 강우에 따른 유량 변화에 가장 큰 영향을 미친 것으로 판단된다.

Table 2

Summary of Flow and Water Quality Monitoring Results

Sites		Precipitation (mm)	flow (m³/sec)
Sites		Precipitation (mm)	Up-stream	Mid-stream	Down-stream
When the rain	Ave.	53.8	0.87	13.12	20.68
	Max	158.9	8.59	194.46	303.38
	Min	6.4	0.04	1.21	2.80
Rain will not come	Ave.	-	0.21	2.72	6.17
	Max	-	0.54	5.91	11.15
	Min	-	0.02	0.25	2.92

Fig. 2

Compare Max/Min Ratio When the Rain and Rain Will Not Come for the Survey Area

조사 강우사상 중 가장 발생 빈도가 높은 20~30 mm 강우사상에 대해 강우량에 따른 유량변화를 Fig. 3에 나타내었다. 먼저 총 강수량 31.4 mm를 나타낸 강우사상의 경우 첨두강수량이 발생하고 난 후 첨두유량 발생 시간 차이가 조사지점별 차이를 나타내었다. 상류의 경우 첨두강수량이 발생하고 난 후 2시간 30분이 지나 첨두유량을 나타낸 반면, 하류의 경우 약 5시간이 지난 후 첨두유량을 나타내었다. 이는 해당 강우사상의 경우, 긴 강우 지속시간과 이로 인한 상류에서 하류방향으로 느린 유속의 영향으로 유하시간 및 하천 유입 유량의 차이가 원인으로 작용한 것으로 판단된다. 총 강수량이 25.6 mm를 나타낸 강우사상을 살펴보면, 앞선 강우사상과 유사한 유량 증가 패턴을 나타내지만 첨두유량 도달 시간의 경우 상류에 비해 하류의 첨두유량 도달시간이 빨리 나타나 앞선 강우사상과 서로 다른 양상을 나타내었다. 본 강우사상의 경우 앞선 강우사상에 비해 강우 지속시간이 늦고, 첨두강수량 도달 시간은 빠른 강우패턴을 나타내었다. 이러한 영향으로 인해 상시 유량이 적은 조사대상 하천의 경우 첨두 유량 도달 패턴이 달라지는 결과를 나타낸 것으로 판단된다. 이와 같이 적은 유량의 소한천의 경우, 강우 발생 특성에 따른 유량 증가 형태가 다르게 나타나는 것으로 보아 오염물질별 유달율도 큰 차이를 나타낼 것으로 판단된다.

Fig. 3

Flow Variation by Precipitation Events

Fig. 4

Concentration Variation When the Rain at Survey Sites

판문천에 대한 강우 및 무강우시 수질분석결과를 요약하여 Table 3에 나타내었다. 강우 시 진주시 판문천 수질은 BOD 2.1∼2.9 mg/L, COD 4.7∼5.0 mg/L, SS 10.5∼27.4 mg/L, TOC 5.2∼9.1 mg/L, T-N 2.381∼2.933 mg/L, T-P 0.075∼0.117 mg/L 범위로 조사되었다. 그리고 진주시 판문천 하류부의 무강우 시 및 강우 시 수질농도를 비교할 경우 큰 차이는 나타나지 않았다. 무강우 시 진주 판문천의 평균 수질(하류)을 분석한 결과, BOD 2.6 mg/L, COD 4.6 mg/L, TOC 5.2 mg/L, SS 23.0 mg/L, T-N 2.369 mg/L, T-P 0.066 mg/L로 조사되어 하천수질 등급 II(약간 좋음) 수준을 유지하고 있는 것으로 파악되었다. 진주 판문천의 상⋅중⋅하류의 수질 농도를 검토한 결과, 전체적으로 상류의 수질 오염도가 비교적 높았고 하류로 유하함에 따라 수질이 다소 좋아지는 경향을 보였다. 복합피복유역인 진주시 판문천의 강우 시 수질분석 결과(총 6회 조사), 강우량 및 강우강도변화에 따라 수질농도의 변화가 다양한 범위에서 발생하였으나, 전체적으로 상류부의 오염도가 가장 높았으며, 중⋅하류부로 유하함에 따라 SS를 제외한 기타 항목에서는 수질이 개선되는 경향을 보였다. 특히 진주 판문천의 하류부는 시가화지역 및 진주전통소싸움경기장 등이 위치함에도 불구하고 수질이 상⋅중류부에 비해 향상되었는데, 이는 진주시 판문천의 하류지역에 설치된 우수조정지[평거4지구(평거1) 우수유출저감시설(저류지), 시설면적: 3,310.6 m², 저수용량: 3,562.0 m²의 영향을 일부 받은 것으로 사료된다. SS의 경우 상류부는 평균 12.3 mg/L, 중류부 평균 10.5 mg/L으로 나타나 중류부에서 토사 유입이 감소하였으나, 하류부에서는 평균 27.4 mg/L로 상류와 중류부에 비해 높게 조사되었다. 진주시 판문천의 하류부에서 SS 평균 농도가 높게 나타난 이유는 판문천 상류부 및 주류부의 제방이 주변 토지계 보다 높게 인공화(쇄석+콘크리트)되어 있으나, 하류부는 제방 높이가 인근 토지계와 거의 같고 제방이 하류 상부는 자연형(흙제방), 하류 중⋅하부는 인공화(흙+자갈+바위)의 혼합형으로 이루어져 강우 시 토사 유입 가능성이 높기 때문인 것으로 사료된다.

Table 3

A Summary of the Results of Water Quality Analysis When the Rain Events

Item	Survey Sites	BOD	COD	TOC	SS	T-N	T-P
Max/Min	up-stream	8.0	3.5	26.7	103.0	11.4	10.7
	mid-stream	5.9	3.7	14.9	101.0	7.7	7.1
	down-stream	6.2	3.7	11.9	300.4	3.7	15.5
Average (mg/L)	up-stream	2.3	5.0	9.2	12.3	2.944	0.117
	mid-stream	2.1	5.0	6.3	10.5	2.551	0.091
	down-stream	2.9	4.7	5.2	27.4	2.381	0.075

총 6회의 강우사상 중, 농도 변화가 뚜렷이 발생된 31.4 mm 강우사상을 살펴보면, 먼저 BOD, COD 항목의 경우 상, 중, 하류 모두 첨두강우량이 지난 후 약 7시간 후 쯤 첨두농도를 나타내었다. 조사지점별 첨두 농도 도달 시기의 경우 일부 차이를 나타내었는데, 상류의 경우 강우 초기 BOD 항목이 첨두 농도를 나타내었으나 COD 항목의 경우에는 첨두강우량 이후 첨두 농도를 나타내었다. 중류의 경우 BOD, COD 항목 모두 첨두강우량 이후 첨두농도를 나타내었으나, 발생 시기는 COD가 BOD에 비해 첨두농도 도달 시간이 긴 것으로 조사되었다. 하류의 경우 BOD, COD 모두 중류와 유사한 형태를 나타내었으며, BOD 첨두농도 도달 후 COD 첨두농도가 발생하였다. 상류의 경우 하천주변이 산지 및 녹지로 이루어져 있어 유입수에 오염물질의 대부분이 분해성 유기물인 것으로 판단되며, 중류 및 하류의 경우 하천 주변 일부 경작지 및 주거지역과 같이 개발된 토지이용형태로 인해 유입수내 난분해성 물질의 영향을 받아 상류와는 다른 패턴의 농도변화를 나타낸 것으로 판단된다.

3.2 조사지점별 비점오염원 부하량 산정

유역별 산정된 배출부하량을 Table 4 및 Fig. 5에 나타내었다. 조사지점별 BOD 배출부하량의 경우 상류 7.25 kg/day, 중류 75.92 kg/day, 하류 99.30 kg/day로 산정되었으며, T-N 배출부하량은 상류 6.88 kg/day, 중류 68.77 kg/day, 하류 73.33 kg/day로 산정되었다. T-P 배출부하량은 상류 0.29 kg/day, 중류 3.85 kg/day, 하류 3.80 kg/day로 산정되었다. 판문천 전 유역을 대상으로 배출부하량을 산정한 결과는 BOD 62.80 kg/day, T-N 50.90 kg/day 및 T-P 2.71 kg/day로 산정되었다. 조사지점별 배출부하량의 경우 하류지점으로 내려갈수록 값이 크게 산정되었으며, T-P 배출부하량의 경우 중류와 하류가 유사하게 산정되었다. 판문천 전체 유역과 비교해 보면, BOD, T-N 및 T-P 모두 중, 상류가 전체 유역에 비해 높은 배출부하량을 나타내었다. 대상 유역을 상, 중, 하류로 구분하여 배출부하량을 산정한 결과를 통해 하천 기준 소유역에 대한 비점오염원 관리 대상 구역이 더욱더 세분화 되어야 할 필요성을 알 수 있었으며, 이후 유달부하량 및 유달율 산정을 통한 유역관리 기초자료 확보가 중요한 역할을 할 것으로 사료된다.

Table 4

Calculation of the Discharged Pollution Load at the Survey Basin (unit: kg/day)

Sites	BOD	T-N	T-P
up-stream	7.25	6.88	0.29
mid-stream	75.92	68.77	3.85
down-stream	99.30	73.33	3.80
Average	60.82	49.66	2.65

Fig. 5

Compare Discharge Load Per Unit Area

2016년 복합피복유역인 진주 판문천의 모니터링 결과를 활용하여, BOD, T-N, T-P 및 기타 분석 항목에 대해 유달부하량을 산정하였다(Table 5). 산정된 유달부하량은 강우에 따른 부하량 변화를 살펴보기 위해 강우 시기와 무강우 시기로 구분하였다. 강우 시 상류부의 평균 유달부하량은 BOD 2.4 kg/day, COD 4.8 kg/day, SS 16.0 kg/day, TOC 7.6 kg/day, T-N 2.42 kg/day, T-P 0.14 kg/day로 산정되었다. 중류부의 경우, BOD 48.9 kg/day, COD 157.0 kg/day, SS 686.8 kg/day, TOC 266.5 kg/day, T-N 46.01 kg/day, T-P 3.40 kg/day로 산정되었다. 하류의 평균 유달부하량은 BOD 108.4 kg/day, COD 288.5 kg/day, SS 4,545.1 kg/day, TOC 398.3 kg/day, T-N 84.51 kg/day, T-P 5.69 kg/day로 산정되었다. 무강우 시의 평균 유달부하량은 상류 BOD 1.0 kg/day, COD 1.6 kg/day, SS 1.3 kg/day, TOC 2.2 kg/day, T-N 1.10 kg/day, T-P 0.03 kg/day로 산정되었다. 중류부의 경우, BOD 9.0 kg/day, COD 23.4 kg/day, SS 18.0 kg/day, TOC 23.7 kg/day, T-N 13.85 kg/day, T-P 0.46 kg/day로 산정되었다. 하류의 평균 유달부하량은 BOD 28.7 kg/day, COD 58.7 kg/day, SS 135.3 kg/day, TOC 102.1 kg/day, T-N 24.57 kg/day, T-P 0.89 kg/day로 산정되어 강우 발생 유무에 따른 유달부하량의 차이가 큰 것으로 조사되었다. 강우사상별 산정된 부하량의 최대/최소 비를 살펴보면, BOD 20.4, COD 43.2, SS 1,148.5, T-N 16.0, T-P 119.5로서 강우량 등에 따른 유달부하량 변화가 많았다. 진주 판문천 SS 부하량의 최대/최소 비를 유역별로 살펴보면, 진주 판문천 상류의 경우 69.6, 중류 1,283.4, 하류는 1,148.5로서 중류유역과 하류유역에서 매우 높게 나타났는데, 이는 진주 판문천 중류는 인공화된(쇄석 + 콘크리트) 하천제방 높이가 인근 토지계와 거의 같고, 하류유역의 경우 제방이 자연형(토사, 바위 + 자갈 + 토사)으로 이루어져 강우량이 많을 경우 토지계와 제방의 토사유실이 많아졌기 때문인 것으로 사료된다. 또한 중류의 유역면적(1.91 km²)이 하류(2.95 km²) 보다 1.5배가 작지만 SS 부하량의 최대/최소 비는 1.1배로 높아, 복합피복유역인 진주 판문천의 SS 부하량의 주된 원인은 강우에 의한 토지계의 표면유출에 기인되는 것으로 판단된다.

Table 5

A Summary of Calculation Results of Delivery Load (unit: kg/day)

Survey Sites			Delivery Load
Survey Sites			BOD	COD	SS	TOC	T-N	T-P
When the rain	up-stream	Ave.	2.4	4.8	16.0	7.6	2.42	0.14
		Max.	4.7	10.4	48.7	33.1	4.41	0.38
		Min.	1.0	1.7	0.7	1.2	1.35	0.02
	mid-stream	Ave.	48.9	157.0	686.8	266.5	46.01	3.40
		Max.	224.5	765.9	3,978.7	1,476.7	177.75	16.77
		Min.	7.6	14.7	3.1	10.9	10.89	0.10
	down-stream	Ave.	108.1	288.5	4,545.1	398.3	84.51	5.69
		Max.	482.7	1,426.1	26,646.4	2,180.0	339.25	28.68
		Min.	23.7	33.0	23.2	24.4	21.19	0.24
Rain will not come	up-stream	Ave.	1.0	1.6	1.3	2.2	1.10	0.03
		Max.	1.7	2.6	3.5	7.6	2.24	0.05
		Min.	0.3	0.5	0.3	0.3	0.11	0.02
	mid-stream	Ave.	9.0	23.4	18.0	23.7	13.85	0.46
		Max.	20.9	77.8	59.3	59.8	34.67	1.77
		Min.	1.7	5.1	3.5	5.5	1.03	0.10
	down-stream	Ave.	28.7	58.7	135.3	102.1	24.57	0.89
		Max.	49.6	113.9	562.7	375.4	63.67	2.78
		Min.	12.1	20.2	19.8	13.2	12.40	0.25

판문천 유역의 유달부하량을 산출한 결과, 중류유역의 면적이 가장 작음(상류의 약 0.96배, 하류의 약 0.65배)에도 불구하고, 유달부하량은 하류, 중류 및 상류의 순으로 나타났다. 무강우 시 진주 판문천 하류의 평균 유달부하량은 BOD 28.7 kg/day, COD 58.7 kg/day, SS 135.3 kg/day, T-N 24.57 kg/day, T-P 0.56 kg/day로 산정되었다. 복합피복유역인 진주 판문천 하류의 강우 시와 무강우 시 산정된 평균 유달부하량의 비를 살펴보면, BOD 약 5.3배, COD 약 4.9배, SS 약 33.6배, T-N 약 3.4배, T-P 약 10.2배로 나타났다.

3.3 비점오염원 유달율 산정

진주 판문천 유역에 대해 강우 시기와 무강우 시기로 구분하여 항목별 유달율을 산정하여 Table 6에 나타내었다. 진주 판문천유역의 경우 강우 시 유달율이 BOD 0.497, T-N 0.891, T-P 0.131이였으며, 무강우 시 유달율은 BOD 0.360, T-N 0.874, T-P 0.179로 조사되었다. 판문천 전체유역을 대상으로 산정된 유달율의 경우 BOD 항목은 무강우 시기에 비해 강우 시 약 1.3배 증가하는 것으로 조사되었으며, T-N 항목은 유사한 수치를 나타내었다. 반면 T-P항목의 경우 강우 시기에 유달율이 무강우 시기에 비해 약 1.4배 정도 낮아지는 것으로 산정되었다. BOD 및 T-N의 경우 상, 중, 하류 전반적으로 강우 시 하천으로 유입되는 형태에 따른 증가로 판단되며, T-P항목의 경우, 판문천 중류에서 강우 시 높은 유달율을 나타내었으나 하류에서는 낮아지는 형태를 나타내었다. 이는 인(P)의 경우, 자연 발생요인 보다 하천 주변 농작물 경작에 의한 영향을 받는 것으로 판단되며, 중류의 경우 하천 주변 농작물을 경작하는 밭지역과 소규모 주거지가 밀집한 형태의 토지이용도를 나타내는 것을 근거로 판단할 수 있다. 조사 당시에도 하천 주변 시비 후 남은 잔여 비료의 방치 및 토양에 시비된 비료의 씻김 현상이 발생하였다. 반면 하류부의 경우 아파트 및 단독 주거지역으로 구성되어 있고, 하천 주변의 경우 정비로 인해 강우에 따른 인위적 유입은 확인 되지 않았다.

Table 6

Delivery Ratio of the Survey Sites

Sites	BOD		T-N		T-P
Sites	When the rain	Rain will not come	When the rain	Rain will not come	When the rain	Rain will not come
up-stream	0.087	0.074	0.219	0.203	0.040	0.038
mid-stream	0.569	0.359	1.945	1.261	0.449	0.321
down-stream	0.975	0.941	2.012	1.942	0.313	0.356
Total	0.497	0.360	0.891	0.874	0.131	0.179

항목별로는 BOD, T-P의 경우 강우 및 비강우시의 유달율이 1을 초과하지 않았으나, T-N의 경우 강우 및 무강우 시 모두 ‘1’을 초과하였다. 이는 판문천 중류 유역에 위치한 주거지(진주예술촌), 하류유역의 진주전통소싸움경기장, 하천정비공사(진행) 등 하천주변 완충지에 대한 인위적 관리가 이루어지데 그 원인이 있는 것으로 사료된다. 일반적인 유달율은 이론적으로 1을 초과하지 않아야 하지만 지역별 강우 편차가 크고, 하천주변 완충지에 대한 인위적 관리가 이루어지는 우리나라 실정으로 인해 지역별, 조사 항목별 유달율이 1을 초과하는 현상이 발생하는 것으로 판단된다.

4. 결론

본 연구에서는 남강 유입 지천 중 판문천에 대해 상, 중, 하류로 구분하여 강우 시 비점오염원 모니터링을 진행하고 그 결과를 활용하여 해당 유역에 대한 비점오염원 유량 및 수질 평가를 수행하였다. 더불어 대상 유역에 대한 비점오염원 부하량 및 유달율을 산정하여 비점오염원의 거동을 분석하였다.

(1) 강우 시기의 평균 유량은 판문천 상류의 경우 0.87 m²/sec, 중류 13.12 m²/sec 및 하류 20.68 m²/sec로 조사되었다. 무강우 시 평시 유량은 상류 0.02 m²/sec, 중류 0.25 m²/sec, 하류 2.92 m²/sec 매우 적은 유량을 유지하다 강우 시 급격히 증가하는 형태를 나타내었다. 강우 시 하천 조사 지점별 유량 최대/최소비의 경우 상류 214.8, 중류 160.7 및 하류 108.4로 강우에 따른 유량 변화가 크게 조사되었다. 무강우시 최대 최소비의 경우 조사 시기적 차이는 있으나, 상류 27.0, 중류 23.6 및 하류 3.8로 조사되었다. 상류의 경우 214.8로 최대/최소비가 가장 크게 조사되어 강우 시 유량 변화가 가장 큰 것으로 조사되었다.
(2) 판문천의 강우 및 무강우시 수질 농도는, 강우 시 BOD 2.1∼2.9 mg/L, COD 4.7∼5.0 mg/L, SS 10.5∼27.4 mg/L, TOC 5.2∼9.1 mg/L, T-N 2.381∼2.933 mg/L, T-P 0.075∼0.117 mg/L 범위로 조사되었다. 판문천 하류부의 무강우 시 및 강우 시 수질농도를 비교할 경우 큰 차이는 나타나지 않았다. 무강우 시 진주 판문천의 평균 수질(하류)을 분석한 결과, BOD 2.6 mg/L, COD 4.6 mg/L, TOC 5.2 mg/L, SS 23.0 mg/L, T-N 2.369 mg/L, T-P 0.066 mg/L로 조사되어 하천수질 등급 II(약간 좋음) 수준을 유지하고 있는 것으로 파악되었다. 진주 판문천의 상⋅중⋅하류의 수질 농도를 검토한 결과, 전체적으로 상류의 수질 오염도가 비교적 높았고 하류로 유하함에 따라 수질이 다소 좋아지는 경향을 나타내었다.
(3) 판문천 유역의 유달부하량을 산출한 결과, 중류유역의 면적이 가장 작음(상류의 약 0.96배, 하류의 약 0.65배)에도 불구하고, 유달부하량은 하류, 중류 및 상류의 순으로 나타났다. 무강우 시 진주 판문천 하류의 평균 유달부하량은 BOD 28.7 kg/day, COD 58.7 kg/day, SS 135.3 kg/day, T-N 24.57 kg/day, T-P 0.56 kg/day로 산정되었다. 복합피복유역인 진주 판문천 하류의 강우 시와 무강우 시 산정된 평균 유달부하량의 비를 살펴보면, BOD 약 5.3배, COD 약 4.9배, SS 약 33.6배, T-N 약 3.4배, T-P 약 10.2배로 나타났다.
(4) 진주 판문천 유역에 대해 강우 시기와 무강우 시기로 구분하여 항목별 유달율을 산정하였다. 진주 판문천유역의 경우 강우 시 유달율이 BOD 0.497, T-N 0.891, T-P 0.131이였으며, 무강우 시 유달율은 BOD 0.360, T-N 0.874, T-P 0.179로 조사되었다. 판문천 전체유역을 대상으로 산정된 유달율의 경우 BOD 항목은 무강우 시기에 비해 강우 시 약 1.3배 증가하는 것으로 조사되었으며, T-N 항목은 유사한 수치를 나타내었다. 반면 T-P항목의 경우 강우 시 유달율이 무강우 시기에 비해 약 1.4배 정도 낮아지는 것으로 산정되었다. BOD 및 T-N의 경우 상, 중, 하류 전반적으로 강우 시 하천으로 유입되는 형태에 따른 증가로 판단되며, T-P항목의 경우, 판문천 중류에서 강우 시 높은 유달율을 나타내었으나 하류에서는 낮아지는 형태를 나타내었다.
(5) 강우 시 비점오염물질에 대한 소하천에서의 부하량 및 유달율을 산정한 결과, 하천 유량 변화의 경우, 강우지속시간 및 첨두강우량 도달 시간 등 다양한 강우 변수에 따라 크게 달라 질 수 있음을 알 수 있었다. 또한 비점오염원별 강우 시 유입 형태를 농도 분석을 통해 확인 할 수 있었으며, 하천의 비점오염원 부하량 증가는 농작물 경작 및 해당 경작지 관리 상태에 따른 영향을 받고있는 것으로 조사되었다. 추후 점오염원이 포함되지 않은 하천의 경우, 좀 더 상세한 조사를 통한 기초자료 확보를 통해 소규모 유역에 대한 비점오염원 관리 방안 수립이 이루어 져야 할 것으로 판단된다.