• 한국물환경학회지
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• 제37권6호
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• pp.520-530
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• 2021

Multivariate statistical analysis and an environmental hydrological model were applied for investigating the causes of water pollution and providing best management practices for water quality improvement in urban and agricultural watersheds. Principal component analysis (PCA) and cluster analysis (CA) for water quality time series data show that chemical oxygen demand (COD), total organic carbon (TOC), suspended solids (SS) and total phosphorus (T-P) are classified as non-point source pollutants that are highly correlated with river discharge. Total nitrogen (T-N), which has no correlation with river discharge and inverse relationship with water temperature, behaves like a point source with slow and consistent release. Biochemical oxygen demand (BOD) shows intermediate characteristics between point and non-point source pollutants. The results of the PCA and CA for the spatial water quality data indicate that the cluster 1 of the watersheds was characterized as upstream watersheds with good water quality and high proportion of forest. The cluster 3 shows however indicates the most polluted watersheds with substantial discharge of BOD and nutrients from urban sewage, agricultural and industrial activities. The cluster 2 shows intermediate characteristics between the clusters 1 and 3. The results of hydrological simulation program-Fortran (HSPF) model simulation indicated that the seasonal patterns of BOD, T-N and T-P are affected substantially by agricultural and livestock farming activities, untreated wastewater, and environmental flow. The spatial analysis on the model results indicates that the highly-populated watersheds are the prior contributors to the water quality degradation of the river.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.315-315
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• 2020

기후변화로 인하여 전 세계적으로 이상기후가 진행되고 있다. 우리나라의 경우 홍수와 가뭄 등의 이상 강수가 빈번히 발생하고 있으며, 이로 인한 비점오염물질의 유출과 집적이 발생하고 있다. SWAT (Soil and Water Assessment Tool)과 HSPF (Hydrological Simulation Program)등의 다양한 모델이 비점오염의 유출을 모의하기 위하여 활용되고 있으나, 농장 단위에서 유역 단위까지 다양한 대상지역에 대한 장기 모의와 BMP적용에 따른 효율평가가 어려운 실정이다. Texas A&M Agrilife Research에서 개발한 APEX(Agricultural Policy Environmental eXtender model) 모형의 경우, 농장 단위에서 유역 단위의 대상지역에 대하여 최대 100년까지 일단위 모의가 가능한 특징이 있다. 하지만 APEX 모형은 개발된지 상당한 시간이 지났으며, 데스크탑 기반의 모형이므로 다양한 플랫폼에서의 활용이 어려운 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 1. 기존 데스크탑 기반의 APEX 모형을 웹에서 구동할 수 있도록 웹 기반 시스템을 구축하였으며, 2. 양분유출에 대한 모의 평가가 가능하도록 결과를 시스템화하는 모듈을 추가하였다. 또한, 3. 웹 기반 APEX 모형의 활용도를 위하여 최적관리기법을 적용할 수 있는 모듈을 개발 및 추가하였다. 본 연구의 결과는 향후 농업비점오염원 지역의 양분유출을 확인·예측하고 관리하기 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대하며, 최적관리기법을 활용한 저감 정책을 수립하기 위한 평가도구로 활용될 수 있을 것이다. 또한, 기존 데스크탑 기반의 모형을 웹 기반으로 이전하였으므로, APEX 모형 혹은 다른 데스크탑 기반 모형들의 웹 이전을 통한 사용자 편의성 증대를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 아울러 본 연구의 결과는 APEX 모형의 작물 매개변수가 국내 환경에 최적화 되어있지 않으므로 정확한 BMP 저감효과 모의에는 한계가 있으므로, 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.466-466
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• 2022

2018년 물관리 일원화를 위한 정부조직법 개정으로 기존 국토교통부의 「수자원의 조사·계획 및 관리에 관한 법률」 등의 사무가 환경부로 이관되었다. 과거 부처별로 나누어진 물 관리 체계에 따라 부처간 업무중복, 과잉투자 등 수량과 수질에 대한 분리된 관리체계의 한계점으로 유역 상류에 설치된 댐의 경우 저류된 댐 용수의 수질악화의 문제가 발생하였다. 또한, 물관리 일원화 이후, 「제2차 물환경관리 기본계획」에서는 2025년까지 주요 상수원 수질을 좋음(I)등급 달성을 목표로 제시하였고, 이와 연계하여 평가지표 등에 설정한 댐 수질목표를 2025년까지 매우좋음(Ia) 등급 달성을 위해서는 댐 상류 주요 오염원에 대한 과학적 분석이 필요하며 이에 대한 관리대책 마련이 시급한 상황이다. 본 연구의 공간적 범위인 사연댐은 울산공업지구의 공업용수 확보를 위해 1965년 준공되어 울산 일원에 100,000m³/일 이상의 공업용수를 공급하는 수원시설이며, 대곡댐은 기존 울산지역에 공업용수로 사용하던 사연댐의 물을 생활용수로 전환하고, 대곡·사역댐의 연계운영을 통해 연간 66백만의 생활용수를 공급하기 위한 수원시설이다. 수질 목표기준의 경우 대곡댐은 좋음(Ib), 사연댐은 매우좋음(Ia)로 설정되어 있으나, 2015~2019년까지의 TOC, T-P의 평균 달성률을 살펴보면 대곡댐은 TOC 45.8%, T-P 27.1%의 목표수질 달성률을 나타내었고, 사연댐은 TOC 및 T-P 모두 0%로 목표수질을 달성하지 못한 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 대곡·사연댐 상류 유역을 대상으로 유역의 특성 및 오염원 발생 특성을 파악하고, 이에 따른 물환경관리 종합대책을 수립하기 위하여 1) 유역 물환경 기초자료 조사와, 2) 모니터링을 통한 댐유역 오염 원인분석을 수행하였다. 그 결과를 바탕으로 소유역별 오염부하량을 분석하고 개선대책(안)을 도출하였다. 이 때, 개선대책의 효과를 분석하기 위해서 유역 모형(HSPF)과 호소수질(AEM3D) 모형을 활용하여 수질모델 구축 및 보정을 수행하였고, 개선 대책(안)에 대한 목표수질 달성여부를 파악하였다. 최종적으로 대곡·사연댐 유역의 호소수질 변화를 파악하고 댐 유역 특성을 고려한 맞춤형 물환경관리 종합대책을 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.510-510
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• 2016

농업 비점오염원의 영향을 분석하고 여러 가지 대안(관리정책)이 수계의 수질에 미치는 영향을 평가하기 위해서 유역모형의 적용이 필요하다. 이러한 유역모형에는 모형의 복합성, 계산시간 등에 따라 simple method, mid-range model, detail model로 나눌 수 있다. Simple methods는 요구되는 자료가 작으나 그 결과의 정확성은 떨어진다. 반면에 detail model는 정확한 결과를 획득할 수 있으나 그만큼 방대한 자료와 모니터링을 요구하며, 보정 및 검증에 많은 시간과 노력을 필요로 한다. 특히, 복잡한 유역특성 및 축산오염원을 포함한 복잡한 특성들을 고려해서 모델링하기 위해서는 detail model이 필요하며 본 연구에서는 HSPF모델을 이용해서 그 영향을 분석하고자 하였다. 따라서 본 연구에서는 농업에 미치는 영향을 평가하기 위해서 청미천 유역 및 덕천천 유역을 대상유역으로 선정하여 그 영향을 분석하였다. 농업에 미치는 영향을 평가하기 위해서 유역내 투입된 비료사용량을 통계청 자료를 활용하여 산정후 적용하였으며, 축산 부산물중 자원화되는 축산 액비 및 퇴비량을 산정하여 그 영향에 대해 분석하였다. 또한 기존에 광범위하게 활용되고 있는 수질오염총량관리제도에서 산정되는 배출부하량에 유달율을 고려하여 점오염으로 입력하였으며, 직접방류되는 하수처리장도 함게 고려하여 구축하였다. 청미천 유역의 청미천1 지점의 BOD, T-N, T-P에 대한 보정기간의 평균 관측값은 4.205mg/L, 3.844mg/L, 0.137mg/L이며 검정기간의 관측값은 2.741mg/L, 4.638mg/L, 0.144mg/L로 나타났다. BOD, T-N, T-P에 대한 보정기간의 NSE는 -0.58, -0.20, -0.33이며, 검정기간의 NSE는 -0.26, -1.35, -3.54로 분석되었다. BOD, T-N, T-P에 대한 보정기간의 RMSE는 2.65, 1.63, 0.12이며, 검정기간의 RMSE는 1.36, 1.64, 0.07로 나타났다. 덕천천 유역의 경우 국가관측망이 없어 동진강의 제일 말단 지점인 동진강3 지점의 BOD, T-N, T-P에 대한 보정기간 평균관측값은 2.891mg/L, 3.455mg/L, 0.096mg/L이며, 검정기간의 관측값은 2.293mg/L, 3.223mg/L, 0.104mg/L로 나타났다. BOD, T-N, T-P에 대한 보정기간의 NSE는 -0.20, -0.56, -0.49이며, 검정기간의 NSE는 0.24, -0.06, -0.19으로 분석되었다. BOD, T-N, T-P에 대한 보정기간의 RMSE는 1.53, 2.12, 0.05이며, 검정기간의 RMSE는 1.05, 0.98, 0.06으로 나타났다. 본 연구의 분석결과는 점오염원, 축산계비점오염, 토지계비점오염, 시비량, 배경부하로 구분하여 분석을 실시하였으며 분석결과 청미천 유역의 비점오염 기여율이 약 65%를 차지하고 있는 것으로 평가되었으며, 덕천천 말단에서는 약 37.7%의 비점오염물질이 하천수질에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 기존 수질오염 총량관리제도에서 점오염의 감소에 의한 비점오염비중이 커지는 것으로 평가되었으며, 그 중 축산이 차지하는 비중이 상대적으로 높은 것으로 평가되고 있지만, 본 연구의 결과에서는 그보다 적은 수준이 수계에 영향을 미치는 것으로 분석되었다.