Watershed Management Plan through Water Quality Monitoring for Main Branches of 4 Water Systems in Chungcheongnamdo

충청남도 4대수계 주요 지류하천 수질 모니터링을 통한 유역 관리 방안

Abstract

This study aimed to develop a plan for effective performance of a watershed through correct identification of a river watershed by using the flowrate of the river and water quality data, which is the basis for the establishment of the water environment policy. The target river for water quality improvement was selected based on the monitoring result for 4 water systems in Chungcheongnamdo province in the recent 3 years. The result of analysis for the distribution of discharge capacity by a pollution source group for the water quality improvement target river showed that most of the target river has a high discharge capacity in the water system for living and livestock. Analysis for the density of the total discharge capacity of the whole watershed of Chungcheongnamdo indicated that the river that needs water quality improvement has high BOD concentration and high discharge load density at the point that this river is located. Thus, for efficient watershed management through selection and concentration, Chungcheongnamdo needs to improve the target river in priority. Stepwise planning is also required to establish and execute the water quality improvement in order to satisfy said target water quality, and establish the index for the water improvement rate for its evaluation.

1. Introduction

유역 내 오염물질의 거동을 파악하고 오염하천의 수질개선을 위한 수질정책의 수립을 위해서는 하천 유량 및 수질 모니터링 자료의 축적이 무엇보다도 중요하다. 이를 위해 국토해양부에서는 유량측정망, 환경부에서는 수질측정망을 일부 지방하천을 포함한 국가하천을 중심으로 운영하여 관련 자료를 구축하고 있다(MOE, 2010; MLTMA, 2010). 특히, 환경부에서는 유역관리 수단으로 수질오염총량관리제를 시행해오면서 4대강 본류를 중심으로 수질과 유량을 동시에 측정하는 수질/유량측정망을 운영하고 있으며, 최근에는 주요 지류하천의 광역시·도 경계지점에 수질/유량측정망을 구축하여 수질과 유량을 측정하고 있으나, 실제 해당유역의 현황을 파악하는 데 어려움이 있는 것이 사실이다(MOE, 2011). 충청남도는 금강, 삽교호, 서해, 안성천 수계로 총 4개의 수계로 분류 되며, 하천이 총 500개소가 위치하고 있으며, 이 중에서 국가하천은 8개소(금강수계 4개소, 삽교호수계 3개소, 안성천수계 1개소), 지방하천은 492개소(금강수계 238개소, 삽교호수계 97개소, 서해수계 136개소, 안성천수계 21개소)가 위치하고 있다(MLTMA, 2013).

충청남도에도 국토해양부에서 운영하는 수위측정망, 환경부에서 운영하는 수질측정망이 위치하고 있으나, 측정지점 및 주기 등이 서로 달라 해당유역의 현황을 파악하기에는 한계가 있는 실정이다.

특히, 유역관리를 위한 수질정책의 수립 및 시행을 위해 서는 하천 유량 및 수질모니터링을 통하여 해당유역의 현황을 정확히 파악하고 오염하천 유역을 선정하여 수질을 개선을 하는 것이 무엇보다도 중요하나, 유량 및 수질자료 구축의 한계로 인해 지류하천을 대상으로 유량과 수질을 종합적으로 고려하여 유역특성을 조사한 연구는 거의 전무한 실정이다. 최근에 팔당 및 한강수계 주요 지류하천을 중심으로 수질과 유량의 시·공간적 변화특성을 조사한 연구가 수행된 바가 있으나(Han et al., 2009; Han et al., 2010), 기존 연구들은 4대강을 포함한 주요하천을 대상으로 수질 자료의 변화특성을 분석하거나 통계학적 기법을 활용하여 수질항목간의 특성변화 등을 평가하는 것이 대부분이었다(Chang et al., 2008; Gang and Ahn, 2006; Kim et al., 2009; Park et al., 2010; Ryu et al., 2006).

그동안 수많은 수질정책을 수립하여 시행하였음에도 불구하고 하천유역의 정확한 분석을 통하여 수질개선이 필요한 유역을 선정하고 개선대책 및 삭감계획의 수립을 통해 하천수질을 개선하기 위한 구체적인 절차나 방법 등이 마련되어 있지 않은 실정이다. 특히, 삭감계획을 수립하고 시행함에 있어 대부분의 자치단체가 지역적인 특성 및 요구, 재정적인 측면을 중점적으로 고려함으로 인해 실제 수질개선이 필요한 하천유역임에도 불구하고 우선순위에서 밀리는 경우가 발생하고 있으며, 실제적으로 삭감계획이 수립되어 시행되더라도 하천의 수질개선을 위해서는 보다 많은 시간과 재정투자가 요구되는 실정이다. 이를 개선하기 위해서는 먼저 하천유역을 정확히 진단하여 수질개선이 필요한 대상하천 및 유역을 선정하고 제한적인 재정여건에서 선택과 집중을 통하여 하천수질이 개선될 수 있도록 하는 것이 무엇보다도 중요하다(Park et al., 2010; Chungcheongnamdo, 2010).

따라서 본 연구에서는 충청남도에 위치한 지류하천 85개소의 3년간(2011년~2013년) 수질자료를 활용하여 수질특성을 분석하였으며, 이를 통해 우선적으로 수질개선이 필요한 하천을 선정하였다. 또한 선정된 하천 유역의 오염 원인을 진단하기 위하여 단위면적당 배출되는 오염부하량(배출부하밀도)을 비교·분석하였고, 그 결과를 바탕으로 수질개선 방안을 제시 하였다.

본 연구의 결과가 수질오염총량관리제, 하천정비기본계획, 중소권역 물환경관리계획, 환경보전종합계획, 환경영향평가, 하수도 정비기본계획, 비점오염원저감시설 설치 등 하천관리에 중요한 기초자료로 활용될 수 있기를 기대하며, 이러한 자료가 효율적인 유역관리를 위한 중요한 자료로 활용될 수 있기를 바란다.

 

2. Materials and Methods

2.1. 대상유역 현황

충청남도는 주요하천을 중심으로 크게 4개의 수계로 구분되는데, 전체의 약 45%로 가장 큰 면적을 차지하고 있는 금강수계, 예당호 및 삽교호가 위치하고 있고 중북부지역이 대부분인 삽교호수계, 전체의 약 32%로 두 번째로 큰 면적을 차지하고 있는 북서부지역의 서해수계, 그리고 북부지역으로 경기도와 인접하여 경계를 이루고 있는 안성천수계로 나눌 수 있다. 참고로 Table 1에 충청남도 4개수계의 유역 현황을 간략히 나타내었다(Park et al., 2013).

Table 1.Characteristics of watersheds in Chungcheongnam-do

2.2. 하천 유량 및 수질모니터링

하천의 유역환경 분석을 위해 충청남도에 위치하고 있는 하천 중에서 해당지역의 유역환경을 대표할 수 있고, 저수기에 하천 유량이 0.1 m3/s 이상인 하천 중에서 해당유역의 오염물질 거동분석을 위해 필요한 하천 말단지점을 총 85개소(금강수계 35개소, 삽교호수계 23개소, 서해수계 22개소, 안성천수계 5개소) 선정하여 2011년~2013년까지 3년 동안 일정간격으로 유량 및 수질을 모니터링 하였다. 오염 물질의 거동분석, 수질 및 유량간의 상관성 등을 고려하여 하천 유량 및 수질측정은 동일지점에서 측정하는 것을 원칙으로 하였으며, 하천 유량 및 수질측정은 모두 ‘수질오염 공정시험기준’을 따랐다(MOE, 2015). 한편, 수질측정은 BOD5, CODMn, T-N, T-P 등 주요 수질항목을 대상으로 하였으며, 본 연구에서 BOD5를 기준으로 하였다. 하천유량은 연속측정이 가능한 유속계(Valeport model 801)를 이용하여 유속-면적법에 따라 산정하였으며, 실험분석을 위해 하천수를 채수하여 냉장 보관한 다음 실험실에서 각 항목을 분석하였다. Fig. 1은 충청남도 4대수계 모니터링 지점(85개소)을 나타낸 그림이다.

Fig. 1.Monitoring points of major rivers of 4 Watershed.

2.3. 오염원 및 오염부하량 산정

하천 유역 내에 존재하는 오염원을 파악하고 오염원별 부하량을 산정하기 위한 기초자료로 충청남도 15개 시·군의 2012년 말 기준 ‘전국오염원조사’ 자료를 활용하였다. 전국 오염원조사 자료를 바탕으로 현행 수질오염총량관리제에서 사용하고 있는 부하량 산정방법을 이용하여 오염원 그룹별(생활계, 축산계, 산업계, 토지계, 양식계, 매립계) 발생 및 배출부하량을 산정하였다. 발생 및 배출부하량 산정시 적용하는 원단위는 ‘수계오염총량관리기술지침’에서 제시하는 원단위를 적용하였다.

2.4. 수질개선하천의 선정 및 하천 유역진단 방법

하천 수질 모니터링 자료에 근거하여 III등급의 생활용수로 이용하거나 일반적 정수처리 후 공업용수로 사용할 수 있고, IV등급의 농업용수로 사용하거나 고도의 정수처리 후 공업용수로 사용할 수 있는 수질 기준에 의거 환경정책기본법 하천생활환경 BOD5기준으로 III등급(5.0 mg/L)을 초과하는 하천을 우선 선정하였다(MOE, 2013).

갈수기 하천의 건천화 경향을 보였던 유량 0.1 m3/s이하의 유역면적이 작은 하천 및 오염원이 타 시·도에 해당하는 하천은 수질개선 방안마련 및 대책수립이 불가능한 경우를 고려하여 대상에서 제외하였다.

수질개선이 필요한 하천유역을 진단하기 위하여 하천유역별 오염부하량, 오염부하량간 상관관계 분석, 하천유역 면적당 배출부하량 비를 고려한 배출부하밀도 등을 분석하였다. 다양한 분석결과를 활용하여 수질개선 하천유역별로 오염물질을 저감하기 위한 최적 관리방안을 제시하고자 하였다(Cho et al., 2012).

 

3. Results and Discussion

3.1. 수질개선 대상하천 선정

Table 2는 수질개선하천의 산정 방법에 의거 하여 수질 개선 대상하천 15개소를 선정한 결과이며, 수계별로는 금강수계 4개소, 삽교호수계 3개소, 서해수계 5개소, 안성천수계 3개소를 선정하였다. 금강수계의 경우 금산에 위치한 금산천이 가장 평균 수질이 높았으며, 강경천, 마산천, 방축천은 모두 논산시 유역에 분포하고 있는 대표적인 지류 하천이다. 삽교호수계에 위치한 대상하천은 다른 수계에 비해 수질 평균 농도가 월등히 높은 경향을 보였고, 특히 온천천 같은 경우 대상하천 중에 가장 높은 평균수질을 나타냈다. 서해수계는 하천생활환경 BOD5기준으로 III등급(5.0 mg/L)을 초과하는 하천이 가장 많은 수계이며, 안성천 수계는 하천이 가장 적은 수계이나 초과되는 하천이 3개나 포함되어 대상하천 비중이 높은 수계로 나타났다.

Table 2.Result of target river selection for water quality improvement by Watershed

Fig. 2는 충청남도 4대수계 모니터링 지점 85개소의 지류 하천을 환경정책기본법 하천생활환경기준 생태캐릭터 기준의 색감을 이용하여 하천의 기준을 7개 등급으로 나타냈다(MOE, 2013). 금강수계 같은 경우 하천측정 지점이 가장 많은 지역이며, 대부분의 하천등급이 II등급(3.0 mg/L) 이하인 하천의 비중이 높은 것으로 나타났다. 수질오염총량지역에 포함된 금강수계가 다른 수계에 비해 수질농도가 준수한 결과로 나타났다. 아산시와 천안시에 대상하천이 다른 시군에 비해 과잉 밀집되어 있는 결과를 볼 수 있다.

Fig. 2.Result of target river selection for water quality improvement by Watershed.

3.2. 오염원 그룹별 배출부하량 산정

Table 3은 수질개선 대상하천을 오염원 그룹별 배출부하량 분포를 나타낸 결과이다. Table 3에서와 같이 대부분의 대상하천에서 생활계, 축산계 배출부하량이 크게 나타나는 것으로 조사되었으며, 토지계에 의한 비점오염원 배출부하량 또한 큰 것으로 나타났다. 금강수계는 논산시에 위치한 강경천, 삽교호수계는 천안시에 위치한 천안천, 서해수계는 서산시에 위치한 청지천, 안성천수계는 천안시에 위치한 성환천이 배출부하량이 가장 크게 나타났다. 생활계 같은 경우는 인구 밀집 지역인 도심지역에 위치한 하천들이 배출부하량이 높게 나타났고, 축산계 또한 축산이 많은 지역에 위치한 하천들이 높은 배출부하량 수치를 보였다. 또한 토지계는 대지화 면적이 높은 지역이 배출량이 크므로 이 또한 도심지역에 위치한 하천의 배출부하량이 높게 나타났다.

Table 3.Discharge capacity by target river for water quality improvement

3.3. 오염원 그룹별 배출부하밀도 분포

Table 4는 수질개선 대상하천 오염원별 배출부하량에 하천유역 면적을 이용하여 배출부하밀도를 분석한 결과이다. 하천 유역면적에 따라 배출부하 밀도가 배출부하량 자료와 상이 하게 나오는 결과를 나타낸다. 수계별 배출부하 밀도 분석 결과 천안천, 온천천, 둔포천, 매곡천, 청지천, 성환천의 순으로 배출부하 밀도가 높은 것으로 나타났으며, 삽교호수계에 속해있는 대상하천이 다른 수계에 비해 높은 배출부하 밀도를 보이고 있다.

Table 4.Discharge load density by target river for water quality improvement

Fig. 3~6은 오염원 그룹별 배출부하량 비중이 높은 생활계, 축산계, 산업계, 토지계를 기준으로 배출부하밀도를 나타 내었다. Fig. 3은 금강수계 오염원 그룹별 배출부하밀도를 나타낸 그림으로 산정결과 수질개선 대상하천 강경천, 마산천, 방축천, 금산천 유역에서 Fig. 3(a)와 Fig. 3(b)의 생활계, 축산계, 토지계 배출량이 큰 것으로 나타났다. 논산천 유역인 강경천, 마산천, 방축천의 주오염원은 축산계와 생활하수유입으로 축산분뇨 처리시설과 관거 정비를 통해 수질개선을 유도할 수 있을 것으로 판단된다. 금산천은 생활계 배출량이 많은 것으로 조사되었으며, 대부분이 하수리처리구역에 포함되어 있으나 하수관거의 정비사업 등이 필요한 것으로 판단된다.

Fig. 3.Discharge load density by group for pollution source of Geumgang River Watershed.

Fig. 4는 삽교호수계 오염원 그룹별 배출부하밀도 산정 결과 수질개선 대상하천은 곡교천을 중심으로 상류에 위치하고 있는 천안천, 매곡천, 온천천이 수질개선 대상으로 선정 되었으며, 온천천, 천안천 유역에서는 생활계, 매곡천 유역에서는 축산계 배출량이 큰 것으로 나타났다. 특히 온천천, 천안천 유역은 하수관거정비 및 생태하천 복원 등의 사업을 통해서 수질개선이 시급한 하천으로 나타났다.

Fig. 4.Discharge load density by group for pollution source of Sapgyo-Lake Watershed.

Fig. 5는 서해수계 오염원 그룹별 배출부하밀도 산정 결과 청지천, 당진천 유역에서는 생활계, 광천천, 당진천 유역에서는 축산계 배출량이 큰 것으로 나타났다. 기존 시설의 처리구역 확대 및 신규 설치가 필요한 것으로 판단된다.

Fig. 5.Discharge load density by group for pollution source of Seohae Watershed.

Fig. 6은 안성천수계 오염원 그룹별 배출부하밀도 산정 결과 성환천, 둔포천 유역에서는 생활계, 둔포천 유역에서는 축산계 배출량이 큰 것으로 나타났다. 둔포천을 제외한 나머지 대상하천은 생활계 오염원에 의한 배출이 원인으로 조사되었으며, 기존 시설의 처리구역 확대 및 신규 설치가 필요한 것으로 판단된다.

Fig. 6.Discharge load density by group for pollution source of Anseongcheon Watershed.

Fig. 7은 충청남도 전체 유역의 총배출부하 밀도를 분석한 결과를 나타낸 것이다. 그림에서와 같이 수질개선이 필요한 하천 유역은 배출부하밀도가 높게 나타내는 경향을 보였다. 일부 하천에서 배출밀도가 작음에도 불구하고 수질이 높은 경향을 보이는 하천이 있으며 그에 따른 합리적인 해석이 필요하다. 하천의 수질개선을 위해서는 하천의 특성, 배출부하량, 배출부하밀도등을 고려해야 하며, 특히 단위유역 면적당 배출부하량이 높다는 것은 동일면적 대비 발생하는 오염원이 큰 유역을 우선으로 선정해한다. 하천유역을 진단하기 위하여 하천유역별 오염부하량, 오염부하량간 상관관계 분석, 하천유역 면적당 배출부하량 비를 고려한 배출부하밀도 등을 분석해야 한다. 다양한 분석결과를 활용하여 수질개선 하천유역별로 오염물질을 저감하기 위한 최적 관리방안이 필요하다(Cho et al., 2012). 때문에 선택과 집중을 통한 효율적인 유역관리 차원에서 충청남도에서는 대상하천을 우선적으로 개선하기 위해 노력 하여야 한다(Chungcheongnamdo, 2010).

Fig. 7.Target river for water quality improvement by water system and distribution of discharge amount by watershed.

대부분 수질개선이 필요한 하천유역은 생활계, 축산계, 토지계가 주된 원인이므로 유역에 해당하는 오염원의 저감을 위한 노력이 필요하다. 따라서 하천정비사업, 공공하수 처리시설의신·증설 및 처리구역 확대, 기존시설의 효과적인 운영을 통한 방류수질 개선, 가축분뇨공공처리시설 및 공동자원화시설 신설, 비점저감시설 설치 등 유역 특성에 맞는 수질개선의 노력 및 시행이 필요하며, 단계별 계획과 목표수질을 설정하여 목표수질 만족을 위한 노력을 기울여야 한다.

 

4. Conclusion

모니터링을 통한 효율적인 유역관리를 위해 수질 및 유량측정, 하천유역의 오염원 분석, 배출부하량 및 배출부하밀도를 통하여 하천을 진단하고 수질개선 유역을 선정하여 충청남도 전체지역에 적용한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.