3.1 교통지역 비점오염원 모니터링 결과
낙동강수계 교통지역(도로)에 대해 2007년부터 2013년까지 수행된 모니터링 결과를 분석하였다. 도로 형태별로 구분하여 강우유출수에 대한 모니터링을 수행하였으며, 해당 모니터링 횟수를 정리하여
Table 3에 나타내었다.
Table 2.
In this Study, Reduction Efficiency by Nonpoint Source Pollution Reduction Facility (NIER, 2014) (Unit: %)
Nonpoint pollution reduction facility |
BOD |
T-N |
T-P |
Infiltration ditch |
77 |
62 |
73 |
|
Trees filtration box |
54 |
49 |
65 |
|
Infiltration gutter |
53 |
72 |
46 |
조사대상 교통지역은 다양한 세부토지피복을 내포하고 있으나, 본 연구에서는 국내 가장 많이 분포된 고속도로, 국도 및 간선도로로 구분하여 모니터링을 수행하였으며, 강우 시작 후 유출이 종료되는 시점을 기준으로 하여 전수조사를 실시하였다. 도로형태별 강우계급에 따른 조사 횟수는 10 ~ 30 ㎜ 강우계급의 조사 횟수(고속도로 48%, 국도 34%, 간선도로 42%)가 가장 많았다. 누적강우량은 고속도로의 경우 50 ㎜ 이상의 강우계급이 417.2 ㎜로 가장 높게 조사되었고, 국도 및 간선도로의 경우는 575.7 ㎜ 동일하게 조사되었다. 국도 및 간선도로의 경우 조사지점이 유사하여 동일한 강우사상이 적용되었다.
강우 유출 및 유출수 관련 변수들을 분석하여
Table 4 및
Fig. 2에 나타내었다. 분석 대상 강우사상은 전수조사가 수행된 전 강우사상을 모두 포함하였으며, 항목은 선행무강우일수, 총강우량, 강우지속시간, 첨두수질농도, 첨두수질농도 도달시간, 첨두수질농도 도달 누적 강수량, 첨두유량, 첨두유량 도달시간, 첨두유량 도달 누적 강수량으로 선정하였다. 불투수율이 높은 단일 토지피복의 경우, 초기유출수가 고농도로 유출됨으로 인한 영향이 하천수질에 많은 영향을 미치고 있어, 초기 강우 유출수에 대한 관리가 대상피복에 대한 비점오염원 관리 비중 중 가장 높게 차지하고 있다.
Shin et al. (2004), 연구 논문에서는 도시지역의 경우 불투수율이 높아 강우유출수의 양과 오염물질 양이 강우초기에 급속히 증가하는 초기유출현상이 두드러지고 있음을 도출한 바 있다.
분석결과를 살펴보면, 선행무강우일수는 평균 6.7일로 조사되었으며, 해당 지점의 강우량은 평균 31.3 ㎜, 강우지속시간은 9.1시간으로 조사되었다. 조사대상 지점은 도로의 경우 형태에 따른 일부 조경에 의한 차이는 있으나 100% 불투수율을 나타내는 토지피복으로 적은 강우량에도 유출을 나타내는 특성을 보였다. 수질항목별 첨두수질농도를 분석한 결과, BOD 항목의 경우 간선도로의 농도가 44.0 ㎎/L로 가장 높게 조사되었으며, 국도(20.9 ㎎/L) > 고속도로(14.9 ㎎/L)로 농도차이를 나타내었다. SS 항목의 경우도 BOD와 유사한 경향을 나타내어 간선도로(194.5 ㎎/L) > 국도(64.9 ㎎/L) > 고속도로(47.9 ㎎/L) 순으로 농도차이를 나타내었다.
대표적인 영양염류 물질인 T-N 항목은 간선도로(13.687 ㎎/L) > 국도(7.143 ㎎/L) > 고속도로(4.842 ㎎/L) 순으로 농도차이를 나타내었으나, T-P 항목의 경우 간선도로(1.380 ㎎/L) > 고속도로(0.440 ㎎/L) > 국도(0.286 ㎎/L) 다른 항목과는 다른 경향을 나타내었다.
도로형태에 따른 분석 항목별 첨두수질농도의 경우 고속도로의 경우 SS 항목이 중간값(madian) 기준으로 강우사상에 따른 농도 변동성이 가장 낮은 것으로 조사되었으며, 기타 항목의 경우 강우사상에 따른 변동성이 큰 것으로 조사되었다. 국도의 경우 COD 항목의 농도 변동성이 가장 낮은 것으로 조사되었으며, 간선도로의 경우 고속도로와 동일하게 SS 항목이 강우사상에 따른 변동성이 가장 낮게 조사되었다. 첨두수질농도 도달시간은 전 항목 기준으로 평균값을 살펴보면, 고속도로 1.67시간, 국도 0.95시간, 간선도로 0.99시간으로 강우 시작 후 다소 빠른 시간 내에 첨두수질을 나타내는 것으로 조사되었다. 첨두수질농도 도달까지의 누적강수량은 전 항목 기준 평균값은, 고속도로 5.1 ㎜, 국도 2.7 ㎜ 및 간선도로 2.0 ㎜로 강우 시작 후 누적강수량이 10 ㎜가 되기 전에 첨두수질농도를 나타내는 것으로 조사되어 이를 통해 불투수율이 높은 도로의 경우, 초기우수관리의 중요성을 다시 한 번 확인 할 수 있었다. 도로형태별 첨두유량은 평균 0.8 ㎥/sec로 조사되었으며, 첨두유량 도달 시간은 5.8시간으로 도로 형태에 따른 차이가 작은 것으로 조사되었다. 첨두유량 도달까지의 누적강수량은 평균 21.6 ㎜로 조사되었다.
도로 형태별 비점오염원에 대한 유량가중평균농도(EMCs, Event Mean Concentrations)를 산정하여
Table 5 및
Fig. 3에 나타내었다.
각각의 강우사상에 대한 EMCs를 산정한 후 강우계급별 구분하여 제시하였으며, 강우계급의 구분 기준은 국립환경과학원 강우유출수조사방법에 준하였다. 비점오염원 유량가중평균농도의 경우 강우사상에 따른 값의 변화가 다양하고, 동일한 지역에 동일한 강우사상이더라도 유출수의 양과 수질 변화가 큰 특성을 나타낸다. 이러한 비점오염원 농도 특성에 따라 EMCs를 강우계급별로 구분하고 제시하였다.
도로 형태에 따른 EMCs의 경우 평균값으로 살펴보면 고속도로의 경우 BOD 4.5 ㎎/L, COD 16.0 ㎎/L, SS 19.5 ㎎/L, T-N 2.331 ㎎/L, T-P 0.174 ㎎/L로 조사되었다. 국도의 경우 BOD 5.3 ㎎/L, COD 12.2 ㎎/L, SS 13.7 ㎎/L, T-N 3.256 ㎎/L, T-P 0.080 ㎎/L로 조사되었으며, 간선도로의 경우 BOD 13.8 ㎎/L, COD 55.7 ㎎/L, SS 2.4 ㎎/L, T-N 50.400 ㎎/L, T-P 0.980 ㎎/L로 조사되었다. 간선도로의 경우 다른 도로에 비해 SS를 제외한 전 항목의 농도가 높게 조사되었다. 조사대상 간선도로의 경우, 타 도로에 비해 차량 통행량이 많고, 이륜차 및 도보로도 활용되는 특징을 가지고 있다. 이러한 도로 특징으로 인한 음식물 혼합 쓰레기 투기 및 도로 주변 화단에 대한 퇴비 적재, 살포가 원인으로 적용된 것으로 판단된다.
2007년부터 2013년까지 낙동강수계에 분포된 도로(교통지역)형태별 강우 유출수를 분석하여 비점오염원 원단위를 산정하였다. 비점오염원원단위는 현재 수질오염총량제 시행을 위해 특정유역에 대한 토지계 배출부하량을 산정하기 위해 적용하고 있으며, 현재까지 대분류 토지피복체계에 대한 원단위만 적용되고 있는 실정이다. 향후 토지계 비점오염원 원단위 개정을 통해 새로이 산정된 원단위가 적용될 예정이며, 본 연구에서는 대상유역 모니터링 결과를 활용하여, 교통지역 원단위를 산정하고, 기존 수질오염총량지침에서 적용되고 있는 원단위와 비교 후 이를 활용하여 도로에 적용될 수 있는 비점저감시설의 삭감부하량을 산정하고자 하였다.
중분류 토지피복 기준 교통지역에 대해 산정된 비점오염원 원다위는 BOD 12.42 ㎏/㎢/day, T-N 7.553 ㎏/㎢/day, T-P 0.391 ㎏/㎢/day로 산정되었다(
Table 6). 기존 수질오염 총량관리지침 기준 토지계 비점원단위의 경우 BOD 17.76 ㎏/㎢/day, T-N 13.69 ㎏/㎢/day, T-P 0.631 ㎏/㎢/day로 본 연구에서 산정된 원단위에 비해 다소 높게 적용되었다. 기존 활용되고 있던 원단위의 경우 대분류 기준으로 제시되어 있으며, 해당 대분류군 내에는 주거, 상업, 공업 등 다양한 불투수지역의 원단위를 종합하여 대푯값을 제시하고 있었다. 하지만 본 연구에서 산정된 원단위는 교통지역(도로)에서의 강우 시 유출수 기준으로 산정하여 기존 대분류 값에 비해 작게 산정된 것으로 판단된다.
조사대상지점에 대한 설계강우량(P, mm) 산정을 위해 대상지역 기상청의 10년간 발생 강우사상 중 5mm 이상의 사상을 Histogram을 작성하였다(
Fig. 4). 본 연구에서는 설계용량 기준을 누적발생빈도확률 기준 90%에 해당하는 강우량을 기준으로 하였으며, 이에 따라 대상지역 설계강우량이 18.5 mm로 산정되었다.
낙동강수계 교통지역에 대한 비점오염원 원단위를 장기모니터링 자료를 활용하여 산정하였으며(
Table 6), 그 결과를 활용하여, 해당 도로별 저감시설별 삭감부하량을 산정하였다(
Table 7,
Fig. 5). 기존 대분류 원단위 적용에 비해 중분류 토지피복 원단위 적용 시 시설별 저감효율은 침투도랑 69.9%, 수목여과박스 55.2%, 침투측구 62.0% 감소하는 것으로 조사되었다. 중분류 원단위 기준 산정된 삭감부하량은 대상 유역에서 도로개발 시 사전 적용 후 해당 개발에 따른 부하량을 평가 할 수 있는 근거 자료가 된다. 기존 대분류 토지계 비점원단위의 경우 불투수 토지피복(주거, 공업, 상업, 교통 등)에 대해 공통적인 원단위 값을 적용하여, 분석하고자 하는 특정 피복에 대한 정확한 부하량 산정은 어려운 실정이었다. 본 연구에서는 교통지역에 대해 산정된 원단위를 적용하여 부하를 산정하였으며, 이러한 원인으로 인해 원단위 감소에 따른 저감효율 감소 결과를 나타낸 것으로 사료된다. 대상 도로에 적용된 저감시설별 삭감부하량을 비교해 본 결과, BOD의 경우, 침투도랑의 삭감부하량이 가장 큰 것으로 조사되었으며, 수목여과박스와 침투측구의 삭감부하량은 유사하게 산정되었다(고속도로: 수목여과박스 0.0088 ㎏/day, 침투측구 0.0086 ㎏/day, 국도: 수목여과박스 0.0546 ㎏/day, 침투측구 0.0538 ㎏/day, 간선도로: 수목여과박스 0.0136 ㎏/day, 침투측구 0.033 ㎏/day). T-N의 경우 침투측구의 저감효율이 가장 큰 것으로 조사되었으며, 다음으로 침투도랑 > 수목여과박스 순으로 저감효율 차이를 나타내었다. T-P의 경우 저감시설에 따른 저감효율 차이는 크게 나타나지 않는 것으로 분석되었다. 저감시설에 대한 저감효율을 평가해 본 결과 항목별로는 BOD > T-N > T-P 순으로 삭감부하량 차이를 나타내었다.