농촌유역의 건전한 물순환 관리방안 모색을 위해, 농촌유역의 대표적 불투수면인 시 설재배지 배수시의 홍수유출량 감소방안을 고찰해 보았다. 그리고 일반 농촌유역의 비 점오염관리를 위한 최적관리기법(Best management practices; BMPs) 중 우리나라에 적용가능한 관리방안을 검토하고자 한다.
가. 시설재배지의 간접배수
시설재배지는 도시지역과 같은 수준의 불투수지역 성격을 갖는다. 불투수성 토지이 용을 갖는 지역의 유출곡선번호(CN) 추정에서는 불투수면적의 구성비와 불투수 토지 로부터 유출이 배수계통으로 흘러나오는 방식 등 여러 인자를 고려해야 한다. 불투수 지역으로부터 유출이 배수로로 직접 연결되는 경우와 불투수 지역에서 침투가 일어나 는 잔디나 초지, 기타 투수성 지역으로 흘러나오는 경우가 그 예이다. NRCS 유출곡선 번호(NRCS, 2007)는 다음의 가정에 기초하여 개발되었다
ㅇ 투수성 지역은 수문조건이 양호한 초지로 가정한다.
ㅇ 불투수 지역의 CN 값 98은 유출수가 해당 불투수 지역으로부터 배수계통으로 직 접 연결되어 흘러나가는 경우이다.
불투수성 지역으로부터 유출이 직접 배수시스템으로 흘러들어가는 경우를 연결된 유출형태라고 한다. 또한 불투수성 지역에서 발생한 유출수가 집중 흐름형태로 투수성 지역을 거쳐 배수로로 흘러가는 경우도 연결된 유출상태로 분류한다. 불투수성 지역으 로부터 유출수가 배수로로 흘러들기 전에 투수성 지역으로 면상흐름 형태로 흘러나오 는 경우는 불투수 면적이 연결되지 않은 경우로 분류한다. 즉 불투수성 지역으로부터 직접 배수로로 흘러들어 유출되지 않으므로 흐름 경로에서 침투되기도 하는 경우를 말 한다. 연결되지 않는 불투수 면적을 포함하는 유역에 대한 합성 CNc는 다음 식으로 추정할 수 있다.
CNc= CNp+
P
imp100 (98-CNp)(1-0.5R)
여기에서 CNc는 합성 CN, CNp는 투수조건에 대한 CN, Pimp는 불투수율(%), R은 총 불투수면적에 대한 연결되지 않는 불투수율이다.
현재 대부분의 시설재배지 또는 비닐하우스 지역은 <그림 4-7>의 좌측과 같은 형태 로, 유출수가 직접 배수로로 유입되게 설계된 연결된 유출상태이며 CN은 98이다. 그런 데 시설재배지의 경우 주로 논과 인접하고 있다. 따라서 우측 그림처럼 유출수가 배수 로로 직접 유입되는 대신 논으로 유입되도록 하여 논과 시설재배지를 하나의 필지로 본다면 위 식에 의거해 논과 시설재배지의 합성 CN을 다시 계산할 수 있다.
<그림 4-7> 시설재배지의 간접배수 형태
비닐하우스 유출수가 전혀 연결되지 않는 경우(R=1.0), 논의 CN을 72로 하고 불투수 율이 50%라면, 합성 CNc는 다음 식에서와 같이 79이다.
CN
c= 72 + 50100(98-72) (1-0.5×1)=78.5 ≒79
그러나 일부 지역에서 비닐하우스의 유출수를 연결하지 않는 경우, 즉 불투수면적 중 절반을 연결하지 않는 경우(R=0.5), 합성 CNc는 82이다.21) 이와 같이 불투수지역의 유출수를 인접한 논으로 유출시켜 침투하게 한다면 홍수유출량을 저감할 수 있게 된 다.
나. 최적관리기법
최적관리기법은 유역의 비점오염을 방지하거나 수질 목표와 부합되는 수준까지 낮 추기 위한 영농법이나 구조적 방법을 의미하며, 경제성과 기술적 측면의 타당성이 확 보되어야 한다. 영농법에는 보전 경운법, 지피작물법, 윤작법 등의 방법이 있으며, 보전 경운법에는 무경운법, 등고선 경운법, 대상재배법 등이 쓰인다. 이들 방법은 주로 오염 원의 부하량을 줄이는 조절 방법으로서, 각각의 최적관리기법은 특정한 비점오염의 조 절에 있어서 다른 방법보다 효과적이다. 한편, 최적관리기법의 선정 방법은 다음과 같 다.
① 수질문제 확인
② 그 문제를 일으키는 오염물질과 예상되는 오염원 확인
③ 각 오염물질이 어떻게 수체에 운반되는지 규명
④ 수자원 이용 목적에 대한 타당성 있는 수질 목표 설정
⑤ 수질개선 효과, 지하수 개선 효과, 경제적 타당성, 대상 지역에 대한 적용가능성 등 을 만족하는 적절한 BMP 결정
1) 작물 잔유물관리
(1) 정의 및 효과
작물잔유물 관리란 경운을 제한적으로 시행함으로써 지표면에 지난해의 작물 잔유 물을 남겨두는 것을 말하며, 이를 위한 경운방법에는 무경운법, 멀치경운법, 도랑경운 법 등이 있다. 이 관리방법은 파종전과 파종 작업중 지난해의 작물잔유물을 지면에 남 겨두어 연중 토양침식량 위험도가 가장 높은 한계기간 동안 토양에 대한 피복을 제공 함으로써 작물이 충분히 성장하여 보호 피복을 제공하는 시기까지 비와 바람으로부터 토립자를 보호해주는 역할을 한다. 또한, 지면피복으로 인해 토양침식이 방지되고 수질 보전에 기여한다. 잔유물은 토양경운성을 개선할 뿐만 아니라 썩어가면서 토양에 유기 물을 공급한다. 결과적으로 농작업 횟수 및 경운이 줄어들어 토양 다짐이 감소하고, 작 업시간과 노력 등의 에너지 절약이 가능하다.
보전경운법의 효과는 토양 표면의 작물잔유물이 물침식과 바람침식을 줄여준다는 것이다. 잔유물 양에 따라 다르지만 비보호, 집중경운 농경지에 비하여 최대 90%정도 까지 토양침식을 줄일 수 있다. 또한 탄소량이 높은 토양에서 생존하는 미생물이 농약 을 빠르게 분해함으로써 토양 보전에 기여하고 비료(특히 인)와 농약이 지표수로 유출
되는 양을 절반 정도로 줄여 지하수 수질을 보호해주는 역할을 한다. 작물잔유물은 작 은 새들과 야생동물들의 먹이와 서식처가 되어 생물다양성을 높이는 데도 기여할 수 있다. 마지막으로, 지면에 남겨진 작물 잔유물은 대기질 개선에 기여하는데, ①바람침 식을 감소시켜 공기중 먼지량을 줄여주고, ②농경지의 경운횟수를 감소시켜 화석연료 방출을 줄이며, ③유기물에 많은 탄소를 보존함으로써 탄산가스의 대기중 배출을 줄여 준다.
(2) 기술적 사항
보전경운법은 무경운법, 대상경운법, 이랑경운법, 멀치경운법 등과 같이 경운 파종후 작물잔유물이 30%이상으로 나타나는 경운법을 일컫는다.
ㅇ 무경운/대상경운
무경운법은 파종부터 수확기까지 토양이 경운에 의해 교란되지 않는 것을 말하고, 대상경운법은 이랑 폭의 1/3 이하 정도의 띠 모양으로 경운하는 것을 말한다. 대상경 운법에서는 작물잔유물의 일부가 교란되거나 토양교란이 나타날 수 있다. 파종은 디스 크개구, 줄 치셀, 로터경운기 등을 이용하여 시행한다. 무경운으로 생기는 제초는 작물 보호물질로 사용한다.
ㅇ 이랑 경운
고랑폭의 1/3까지를 제외하고는 파종부터 수확까지 토양을 비교란 상태로 방치하는 방법으로, 파종과 식재는 고랑에 시행하고, 고랑의 상단을 제거하는 방법으로 실시한 다. 디스크개구나 빗질, 혹은 줄제거기, 컬터 등을 이용하여 파종을 마무리하며, 이때, 이랑사이의 지면에 놓이게 된 잡초 제거에는 작물보호제품 혹은 경운법을 적용한다.
다만, 고랑은 줄경운동안 다시 조성한다.
ㅇ 멀치 경운
토양표면을 교란하는 경운방법을 포함하는 광폭경운으로 파종전 혹은 파종중에 실 시한다. 치셀, 포장경운기, 디스크, 비 등의 경운작업기를 주로 이용한다. 제초는 작물 보호상품이나 경운법으로 시행한다.
2) 필터 스트립
(1) 정의 및 효과
필터 스트립은 초본이나 나무, 관목 등의 띠로서 유출과 유사, 비료성분, 농약물질 등을 수로나 하천으로 흘러 들어가기 전에 걸러주어 오염물질배출량을 저감하도록 해 주는 방법이다. 풀, 나무, 관목 등의 띠는 지표유출을 느리게 하여 유사와 비료, 농약 성분 등과 같은 오염물질 등이 초본띠 안에 침전되거나 걸러지는 작용을 한다. 비료성 분 등은 풀이나 나무들에 의해 흡수 소멸되므로 하천으로 배출되지 않고, 필터링된 유 출수만 수체로 유입된다.
(2) 기술적 사항
필터스트립은 경사도 5% 이하에서 가장 효과적이다. 농경지의 필터스트립은 그 폭 이 최소 4.5m 이상이어야 하며, 경사가 심해질수록 더 넓어야 한다. 경사도별 필터 스 트립의 최소 폭 기준은 <표 4-18>과 같다. 한편, 산림지의 필터스트립은 최소 15m로 설치되어야 하며, 필터스트립을 도로로 사용해서는 안된다.
경사도 최소 폭 경사도 최소 폭 경사도 최소 폭
0-10% 4.5m 10-20% 6m 20-30% 7.5m
<표 4-18> 경사도별 필터스트립 최소 폭
3) 한계지 파종
(1) 정의 및 효과
한계지란 토양유실이 매우 심하게 일어나는 지역을 말하며, 한계지 파종은 한계지의 토양침식을 방지하기 위해 풀 또는 그 밖의 초본을 파종하는 것을 말한다. 즉, 과도한 침식이 생기는 격리된 지역에 풀, 초본, 관목 등을 덮도록 하는 것으로, 초본은 지면피 복을 제공하여 강우에 의한 침식을 줄이고, 지면유출을 느리게 하는 기능이 있다.
(2) 기술적 사항
항구적인 피복 발달 전까지는 1년생 초본을 적용해야 하며, 필요시 파종전 표토 7.5cm에 석회와 비료를 시비하되 파종시기와 양 등에 유의해야 한다. 침식이 심각한 지역에는 귀리와 같은 보육작물(nurse crop)이 필요한데, 귀리씨와 풀씨의 비를 1:1.5
정도로 한다. 공사로 인한 교란지나 4:1 경사도보다 급한 나지 등에는 파종전 일시적인 보호를 위해 풀, 지푸라기, 볏짚 혹은 잘게 자른 옥수수대 등을 이용한 멀칭을 실시한
정도로 한다. 공사로 인한 교란지나 4:1 경사도보다 급한 나지 등에는 파종전 일시적인 보호를 위해 풀, 지푸라기, 볏짚 혹은 잘게 자른 옥수수대 등을 이용한 멀칭을 실시한