하천이나 호수로 유입되는 오염물질은 유역으로부터 점오염원 또는 비점오염원 형태로 발생한다. 이중 점오염원은 폐수배출시설, 하수발생시설, 축사 등으로서 관거⋅수로 등을 통하여 일정한 지점으로 수질오염물질을 배출하는 배출원을 말한다. 그러나 비점오염원은 도시, 도로, 농지, 산지, 공사장 등으로서 불특정 장소에서 불특정하게 수질오염물질을 배출하는 배출원으로 정의하거나(수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 제2조 제1호, 제2호), 점오염원 이외의 일체의 수질오염원을 의미하기도 한다(Committee for the Han River Water Management System, 2016).

효과적인 비점오염원 관리를 위해서는 비점오염물질이 발생되어 공공수역으로 도달, 배출되는 양을 정확히 산정해야 하고, 이러한 정량화를 위해 단위시간⋅단위면적당 원단위(Unit Load), 유량가중평균농도(EMCs: Event Mean Concentrations)를 로그정규분포로 가정하는 통계적 방법(Statistical Method), 유량-부하곡선(Rating Curve), 회귀식 방법 등을 이용할 수 있다(US. EPA, 1991). 국내에서는 비점오염원 관리가 수질과 수생태계에 중요하다는 인식하에 환경부에서 2004년 관계기관 합동으로 “비점오염원관리종합대책(’04〜’20)”을 수립하였으며, 2012년에 수정대책을 수립하여 종합적인 비점오염원 관리를 추진하고 있다. 종합대책의 전반기인 1단계(’04~’05)에는 국가(중앙정부)가 제도개선과 시범사업을 추진하였으며, 2단계(’06〜’1)에는 중앙정부와 지자체가 합동으로 4대강 유역에서 비점오염원의 최적관리를 위한 사업을 추진하였고, 3단계(’12〜’20)부터는 본격적인 비점관리를 위하여 지자체가 중심이 되는 방향으로 비점오염원 관리사업 방식이 제안되었다. 2012년에 수립된 “제2차 비점오염원관리 종합대책(’12〜’20)”에서는 그간의 경험을 토대로 기술적인 진보와 관리기반 변화 등을 반영하여 ‘유출량 저감’, ‘통합적 관리’, ‘사전 예방적 관리’ 등 유역 차원에서 발생원 단계에서부터 비점오염원에 대한 관리를 강화하는 정책이 상당히 포함되었다(NIER, 2016). 하지만 강우 시 유출되는 비점오염물질은 대상 유역의 토지이용 형태, 강우 및 유출 특성 인자의 영향에 따라 상당한 차이가 있고, 또한 그 대상 규모도 방대하여 구체적인 목표나 방향을 설정하기가 어려운 것이 현실이다(Choi et al., 2011). Roh (2006) 및 Bedient (1980)에 따르면, 비점오염원은 시간당 부하의 변동 폭이 크고, 초기강우 시 고농도의 오염물질이 배출되어 정량화가 어렵다는 연구결과를 발표하였다. Jung 등(2007)은 토지이용을 주거, 상업, 공업, 도로, 주차 지역으로 분류하고 선행무강우시간과 강우 특성을 고려하여 유량가중평균농도 개념을 통해 토지이용에 따른 유출특성을 분석하였으나 분포도 및 비선형 상관 분석에만 연구되어진 것으로 사료된다. Kal 등(2017)은 낙동강수계에서의 비점오염원 장기모니터링 자료를 첨두수질농도 기준으로 강우유출특성 분석 및 적정모니터링 시기 등에 대해 도출한 바가 있다. 본 연구에서는 앞선 연구결과에 대해 추가 모니터링 자료를 적용하여, 소유역별 비점오염원 관리방안 수립을 위한 방법으로, 장기 모니터링 자료를 활용한 첨두수질농도를 산정하고, 해당 농도를 기준으로 누적강수량, 첨두수질농도까지의 누적강수량 및 시간 등의 평가 인자와의 비교 분석을 통해 대상 소유역별 비점오염원 관리방안을 도출 하였다.

본 연구에서는 소유역별 비점오염원 관리 방안 수립을 위한 방법으로, 장기 모니터링 자료를 활용한 첨두수질농도(Peak concentration)를 산정하고, 해당 농도를 기준으로 유출 관련 다양한 평가 인자와의 비교 분석을 통해 대상 소유역별 비점오염원 관리 방안을 도출 하였으며, 그 결과는 아래와 같다.

(1) 금호강 유역을 대상으로 통계적으로 유의한 3년간(2015~2017년) 113회 모니터링 결과를 이용하여 분석을 수행한 결과, 모니터링 지점의 선행건기일수는 지역별로 1.0 ~ 14.0일 범위이며 총강수량은 상류 88.7 ㎜, 지류 101.3 ㎜, 하류 103.1 ㎜로 조사되었다. 금호강유역에 대해 산정된, 첨두수질농도는 BOD 기준, 상류 2.4 ㎎/L, 지류 3.2 ㎎/L, 하류 3.3 ㎎/L, T-N기준 상류 2.6 ㎎/L, 지류 4.0 ㎎/L, 하류 3.5 ㎎/L, T-P기준으로 상류 0.1 ㎎/L, 지류 0.22 ㎎/L, 하류 0.18 ㎎/L로 조사되었다. 첨두수질농도까지의 누적강수량은 BOD 기준, 상류 61.1 ㎜, 지류 71.5 ㎜, 하류 81.2 ㎜, T-N기준 상류 68.2 ㎜, 지류 85.6 ㎜, 하류 85.9 ㎜, T-P기준으로 상류 63.0 ㎜, 지류 74.6 ㎜, 하류 91.6 ㎜로 조사되었다. 첨두수질농도까지의 유량가중평균농도는 BOD 기준, 상류 2.2 ㎎/L, 지류 2.9 ㎎/L, 하류 3.0 ㎎/L, T-N기준 상류 2.4 ㎎/L, 지류 3.8 ㎎/L, 하류 3.3 ㎎/L, T-P기준으로 상류 0.09 ㎎/L, 지류 0.20 ㎎/L, 하류 0.16 ㎎/L로 조사되었다.

(2) 오염물질항목별 평균 첨두수질농도까지의 EMCs는 BOD는 3월, 4월, COD는 4월, SS는 4월, 8월, T-N은 4월, T-P는 8월에 가장 높은 값을 나타내었고, 모니터링 지점별 오염물질 평균 첨두수질농도까지의 EMC는 금호강 본류의 경우 4 ~ 8월, 지류의 경우는 3 ~ 8월의 봄 ~ 여름사이로 높은 첨두수질농도를 나타내는 것으로 조사되었다. 누적강수량계급에 따른 강우사상 분포비율은 누적강수량 150 ㎜이내일 때 강우사상 분포 비율이 80% 이상을 차지하는 것으로 분석되었다. 3개 지역의 강우자료는 모두 영천 기상대 관측소 자료를 이용하고 있으며, 150 ㎜이내에서 80% 이상의 분포율을 나타내므로 150 ㎜를 기준으로 비점오염 관리가 필요한 것으로 분석되었다.

(3) 장기모니터링 자료를 활용하여 통계적 분석을 실시하고, 대상유역에 대한 오염원 조사 분석 결과를 활용하여 지천별 소유역 기준 비점오염원 관리방안을 제시하였다. 금호강 본류 유역의 경우 관리 시기는 4 ~ 8월고 분석되었으며, 금호강 상류유역은 축산계 오염 및 농업지역에서 강우 시 유출되는 비점오염 관리가 필요하며, 적용 가능 관리기술로 축산계 오염원을 제어하기 위한 축산습지, 침투도랑, 축산분뇨 공공처리시설 등을 제시하였다. 또한 유역 내 도로지역에서는 침투 측구 등을 설치하여 강우 시 유입되는 비점오염원을 관리할 수 있다. 금호강 하류유역의 주요 오염원은 주거지 및 도로에서의 도시지역 비점오염원이며, 관리기술로는 저류지, 침투도랑, 침투 측구, 침투포장 등을 제시하였다.

(4) 유역의 오염원 분포 특성에 따라 적용 될 수 있는 관리기술을 선정하여 제시하였다. 도시지역 및 주거지역과 같이 불투수 토지피복비율이 높은 유역은 저류지 및 침투도랑 설치를 통해 하천으로 유입되는 강우유출수를 방지하거나, 침투 측구, 침투포장 등을 설치하여 강우 시 유입되는 비점오염원을 관리 할 수 있다. 또한 신시가지와 같이 계획에 의해 개발되는 유역에서는 LID 시설을 통한 비점오염원 관리가 추가되어야 할 것으로 판단된다. 농업지역 및 축산계 비점오염원에 대한 관리기술로는 축산습지를 설치하여 강우 시 오염원을 저류 할 수 있으며, 침투도랑 등을 설치하여 오염원이 하천으로 유입되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 또한 축산분뇨를 처리하기 위한 공공처리시설을 도입하여 방치되는 축산분뇨가 없도록 체계적인 관리가 필요하다.

(5) 과거 오염원에 대한 정책적 관리 방향이 현재는 물순환 및 비점오염원에 대한 관리 방향으로 전환되고 있는 시점에서, 국내 특정 유역에 대한 비점오염원 부하량 및 오염도를 평가하기 위한 기초자료는 아직도 부족할 실정이다. 향후 조사대상유역을 다양하게 구분하여 비점오염원에 대한 장기적 모니터링이 추가적으로 수행되어야 할 것으로 사료되며, 이러한 기초연구자료를 활용할 수 있는 후속 연구도 수행되어야 할 것으로 판단된다.