유역관리에 따른 수질개선 효과분석을 위한 HSPF 모델 적용

Application of HSPF Model for Effect Analyses of Watershed Management Plans on Receiving Water Qualities

  • 송혜원 (이화여자대학교 환경공학과) ;
  • 이혜원 (이화여자대학교 환경공학과) ;
  • 최정현 (이화여자대학교 환경공학과) ;
  • 박석순 (이화여자대학교 환경공학과)
  • Song, Hye-Won (Department of Environmental Science and Engineering, Ewha Womans University) ;
  • Lee, Hye-Won (Department of Environmental Science and Engineering, Ewha Womans University) ;
  • Choi, Jung-Hyun (Department of Environmental Science and Engineering, Ewha Womans University) ;
  • Park, Seok-Soon (Department of Environmental Science and Engineering, Ewha Womans University)
  • 발행 : 2009.05.30

초록

유역관리 계획이 하천 수질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran) 모델을 경안천에 적용하였다. BASINS 3.1 GIS 프로그램에 DEM (Digital Elevation Model), 토지이용도, 하천도, 환경기초시설 등을 입력하여 경안천 유역을 총 57개 소유역으로 구분하고 모델 입력 자료를 산출하였다. 먼저 관측된 기상 및 하천 수량 자료를 이용하여 수문 모델의 타당성을 확인한 후 수질 모델을 보정하고 검증하였다. 적용한 수질은 수온, DO, BOD, $NO_3-N$, $NH_3-N$, Org-N, TN 그리고 TP이며, 대부분의 경우 측정치와 예측치가 적절히 일치하였다. 보정 및 검증 완료된 모델을 활용하여 소유역의 수질관리 방안에 따른 경안천 본류의 수질개선 효과를 분석하였다. 적용한 시나리오는 세 가지로, 첫째, 유역관리 활동을 통한 지천 수질개선, 둘째, 환경기초시설의 확충과 처리수질 향상, 그리고 셋째, 이 두 가지를 동시에 적용하는 것이다. 예측결과에 따르면 환경기초시설 확충과 처리수질 향상이 유역관리를 통한 지천 수질개선보다 효과적인 것으로 나타났다. 경안천이 만족할 만한 수질로 개선되기 위해서는 두 가지 방안이 모두 적용되어야 하는 것으로 나타났다.

The HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran) model was applied to the Kyoungan stream watershed to analyze effects of watershed management plans on receiving water qualities. Utilizing BASINS 3.1 GIS program, the Kyoungan stream watershed was divided into 57 sub-basins and model input parameters were obtained, from DEM (Digital Elevation Model), land use type, stream map, and wastewater treatment facilities, etc.. The hydrologic module of the model was validated based on the measured meteorological data and stream flow data. Then the model was calibrated and verified against the field measurements of water qualities, including temperature, DO, BOD, $NO_3-N$, $NH_3-N$, Org-N, TN and TP. In most cases, there were reasonable agreements between measurements and predictions. The validated model was used to analyze the water quality improvements in the main stream of Kyoungan stream according to the watershed management plans in sub-basins, which are three different scenarios: water quality improvement in tributaries through watershed management activities, expansion and up-grade of wastewater treatment plants, and application of first and second scenarios together. It was concluded that expansion and upgrade of wastewater treatment plants would be more effective than watershed management activities. In order to improve water qualities to the satisfactory level, both watershed management and point source control must be required in the Kyoungan stream.

키워드

참고문헌

  1. 환경부, "2007 환경 백서," (2007)
  2. 환경부, "경험으로 얻은 유역관리 10 대 교훈," (2003)
  3. 최정현, 박석순, "효과적인 수질 관리를 위한 소유역 중심의 유역관리", 대한환경공학회지, 28(8), 820-825(2006)
  4. 한강유역환경청, "유역공동체 참여를 통한 소유역 계획수립 과 집행 방안," (2005)
  5. Bicknell, B. R., Imhoff, J. C., Kittle, J. L., Jobes, T. H. Jr., and Donigian, A. S. Jr., "Hydrological Simulation Program - Fortran, user's manual for version 12, US. Environmental Protection Agency," Environmental Research Laboratory, Athens, GA(2001)
  6. Na, E. H. and Park, S. S., "A hydrodynamic and water quality modeling study of spatial and temporal patterns of phytoplankton growth in a stratified lake with buoyant incoming flow," Ecological Modelling, 199, 298-314(2006)
  7. Na, E. H. and Park, S. S., "A hydrodynamic modeling study to determine the optimum water intake location in Lake Paldang, Korea," J. American Water Resources Association, 41(6), 1315-1332(2005) https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2005.tb03802.x
  8. 한강유역환경관리청, "2000년도 한강수계 환경기초조사 사업 : 경안천 유역의 오염 부하량 조사," (2001)
  9. 경기도, "경기통계연보," (2003)
  10. 환경부, "팔당상수원 비점오염원 최적관리사업 기본계획 및 타당성 조사 수립 보고서," (2000)
  11. Albek, M., Qgutveren, U B., and Albek, E., "Hydrological modeling of Seydi Suyu watershed(Turkey) with HSPF," J. Hydrol., 285, 260-271(2004) https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2003.09.002
  12. Bergman, M. J, Green, W., and Donnangelo, L. J, "Calibration of storm loads in the South Prong watershed, Florida, using BASNISIHSPF," J. American Water Resources Association, 38(5), 1423-1436(2002) https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.2002.tb04356.x
  13. Anthony, S. D., Wayne, C. H., and Thomas, O. B., "Modeling of nonpoint source water quality in urban and non-urban areas," EPA-600/3-91-039, US. Environmental Protection Agency, Environmental Research Laboratory, Athens, GA(1991)
  14. 성동권, 최경식, 김태근, 조기성, 'HSPF모델의 유출량 산정모률 입력인자 분석 및 GIS를 이용한 인자선정' 대한토목학회지, 22(3), 519-528(2002)
  15. 임상준, "HSPF모델을 이용한 비점오염부하량 산정에 관한 연구," 충남대학교 환경공학과 석사학위논문(2001)
  16. 한강환경관리청, "경안천 유역 오염원현황보고서," (1999)
  17. 송혜원, "경안천 수계 유역관리 효과분석을 위한 HSPF-QUAL2K 모델 연계 적용에 관한 연구" 이화여자대학교 석사학위논문(2006)