Estimation of Total Allowable Pollutant Loads Using Eco-hydrodynamic Modeling for Water Quality Management on the Southern Coast of Korea

생태계 모델에 의한 총허용 오염부하량 산정을 통한 연안해역의 수질관리

For effective management of water quality on the southern coast of korea, a three-dimensional eco-hydrodynamic model is used to predict water quality in summer and to estimate the reduction rate in pollutant loads that would be required to restore water quality. Under the current environmental conditions, in particular, pollutant loadings to the study area were very high, chemical oxygen demand (COD) exceeded seawater quality criteria to comply with current legislation, and water quality was in a eutrophic condition. Therefore, we estimated reduction rates of current pollutant loads by modeling. The model reproduced reasonably the flow field and water quality of the study area. If the terrestrial COD, inorganic nitrogen and phosphorus loads were reduced by 90%, the water quality criteria of Region A were still not satisfied. However, when the nutrient loads from polluted sediment and land were each reduced by 70% simultaneously, COD and $Chl-{\alpha}$ were restored. When we reduced the input COD and nutrient loads from the Nakdong River by 80%, $Chl-{\alpha}$ and COD of Region B decreased below $10\;{\mu}g\;1^{-1}$ and $2\;mg\;1^{-1}$, respectively. The water quality criteria of Region C were satisfied when we reduced the terrestrial COD and nutrient loads by 70%. Total allowable loadings of COD and inorganic nutrients in each region were determined by multiplying the reduction rates by current pollutant loads. Estimated high reduction rates, although difficult to achieve at the present time under the prevailing environmental conditions, suggest that water pollution is very severe in this study area, and pollutant loads must be reduced within total allowable loads by continuous and long-term management. To achieve the reduction in pollutant loads, sustainable countermeasures are necessary, including the expansion of sewage and wastewater facilities, polluted sediment control and limited land use.

한국 남해의 연안역(진해만에서 부산연안)에 있어서 효율적인 수질관리를 위해서, 3차원 생태-유체역학 모델을 적용하여 하계 수질을 예측하고, 목표 수질회복을 위한 오염부하 삭감량을 산정하였다. 현재의 오염부하량 조건하에서 연안해역의 수질(화학적 산소요구량과 영양염류 농도 등)은 설정된 해양환경수질기준을 초과하였고, 또한 부영양화 상태에 있기 때문에 유입하는 오염부하량의 저감이 필요하였다. 이러한 배경하에서, 모델이 적용되어 보정과 검증과정을 통해 연구해역의 유동장과 수질 분포를 유사하게 모의하였다. 시나리오 분석결과, 진해만 해역은 $Chl-{\alpha}\;10{\mu}g\;1^{-1}$와 $COD\;3\;mg\;1^{-1}$ 이하를 동시에 만족하기 위해서는 육상 점오염원으로부터 90% 정도의 오염물질 저감뿐만 아니라, 장기간 오염물질의 유입으로 인한 베이스 농도 자체가 높아서 이를 저감하기 위한 퇴적물로부터 용출되는 질소와 인도 약 70% 정도 삭감해야 하는 것으로 나타났다. 낙동강 하구해역은 $Chl-{\alpha}\;10{\mu}g\;1^{-1}$와 $COD\;2\;mg\;1^{-1}$ 이하를 만족하기 위해서는 낙동강 자체의 유입부하량을 약 80% 정도 저감해야 하며, 낙동강 하구해역을 제외한 부산 연안역은 $Chl-{\alpha}\;10{\mu}g\;1^{-1}$와 $COD\;1\;mg\;1^{-1}$ 이하를 만족하기 위해서는 유입부하의 70% 정도의 삭감이 이루어져야 하는 것으로 예측되었다. 연구해역의 수질이 공간적으로 차이가 있으나 대체적으로 상당히 오염된 상황이라 이러한 삭감량은 매우 커서 현실적으로 단기간에 달성하기는 어려울 것이다. 그러므로 장기적인 관점에서 지속적인 노력 즉, 해역으로 유입하는 미처리된 오염물질 차단, 수처리시설의 확충과 제거 능력 향상 및 오염된 퇴적물 정화 등이 필요하다.