1. 토지이용별 인 배출특성 및 제어방안
<그림 3>은 혼합토지이용(S4) 지역에서 시간에 따른 강우유출수 내 인의 형태별 농도 변화를 보여주고 있다. 혼합 토지는 주거지역, 농업지 역, 산림, 개발지역을 포함하고 있는 지역이다. 분석된 입도별 인 농도를 살펴보면, 첨두유출이 일어나는 강우중기에 가장 높은 인 농도를 보이고 있다. 또한 대부분이 입자성 인의 형태를 보이고 있는데 그 이유는 개발 지, 산림 및 비포장지역에서 강우유출수가 증가함에 따라 토양의 침식율 이 높아지고 토양 중에 포함된 인이 함께 유출된 것으로 판단된다.
강우초기를 살펴보면 때때로 SRP의 비율이 높게 나타나는 경우가 있 는데, 이는 혼합토지이용지역 중 도시지역의 영향으로 도시지역의 경우 용존성 인의 비율이 비교적 높게 나타나는 특징 반영된 것으로 혼합토지 이용지역 중 유역하류에 위치한 도시지역의 불투수면으로부터 강우 시 유출이 비교적 빨리 일어나기 때문으로 판단된다.
No Runoff
E1 E2 E3 E4
E5 E6 E7 E8
<그림 3> 혼합토지이용지역(S4) 에서의 강우 시 인 배출 특성(Start: 강우초기, Mid: 강우중기, End: 강우말기)
강우 시 토지이용별 인 및 부유성고형물 배출 농도 및 부하 특성비교 _ 37
<그림 4>는 농업우세지역(S6)에서의 시간에 따른 강우유출수 내 인 농도 변화를 보여주고 있다. 강우량과 강우강도가 컸던 E3사상에서만 강 우 중기에 높은 인 농도를 가지는 것을 볼 수 있고 다른 사상은 대부분 강우초기에 높은 인 농도를 보이고 있다. 대체로 강우량과 강우강도에 따 라 인 농도가 비례하는 경향을 보이고 있다. 인의 분포를 보면 대부분 입 자성 인으로 이루어져 있다. 그 이유는 강우 시 논, 밭의 토양침식에 의해 강우유출수와 함께 유출되기 때문이다.
E1 E2 E3 E4
E5 E6 E7 E8
<그림 4> 농업우세지역(S6) 에서의 강우 시 인 배출 특성(Start: 강우초기, Mid: 강우중기, End: 강우말기)
택지개발지역(S5 및 S3)에서 침사지는 규모에 비해 강우량이 충분치 않 아 8번의 모니터링 중 5번의 유출사상에 대한 침사지의 유입수(S5)와 1번 의 침사지 유출수(S3) 모니터링이 이루어 졌다. S3에서 1회 측정된 결과
38 _ 생태환경논집 [Vol.2, no.2 : 수환경 모니터링과 진단]
는 해석을 위한 자료가 부족하다 사료되어 본 논문에서는 제외하였으며, S5의 모니터링 결과를 이용하여 개발지 건설현장에서의 유출특성을 파악 하고자 하였다. <그림 5>는 택지개발지역(S5)에서의 인 농도 변화를 분석 한 것으로 강우 중기에 높은 인 농도를 보이고 있다. 이는 혼합토지이용지 역(S4)⋅농업우세지역(S6)과 마찬가지로 강우량과 강우강도에 비례하여 증가하는 경향을 보이고 있다. 대부분의 인이 입자성 인으로 택지개발지의 경우 강우 시 개발지 현장의 토양이 침식되어 강우유출수와 함께 침사지 로 유입되기 때문이다. E5, E6, E7사상에서는 유출이 일어나지 않았는데, 이 지역은 대부분이 투수 지역으로 강우유출이 일어나기 위해서는 지하 침투율을 넘어 설수 있기 위한 충분한 양의 강우가 필요하기 때문이다. 다 른 지역과 달리 높은 인 농도를(8‒9 mg/L) 보이고 있으며, 거의 대부분이 입자성 인으로서, 공사 활동에 의한 토양교란이 원인이 되어 다량의 토사 가 강우 시 배출되기 때문으로 판단된다. 따라서 비점오염의 효과적인 제 어를 위해 강우유출수 내 토사의 제어가 중요할 것이다.
E1 E2 E3 E4 E6
<그림 5> 택지개발지역(S5, 침사지 유입수) 에서의 강우 시 인 배출 특성(Start: 강우초기, Mid: 강우중기, End: 강우말기)
강우 시 토지이용별 인 및 부유성고형물 배출 농도 및 부하 특성비교 _ 39
<그림 6>은 도시지역(S7)에서의 시간에 따른 강우유출수 내 인 농도 변화를 보여주고 있다. 도시지역의 경우 100% 불투수층으로 구성된 지 역으로 강우 시 유출이 다른 지역에 비해 빨리 시작되며 초기유출현상 (first flush)이 뚜렷하게 나타난다. 인의 구성을 보면 다른 지역과 달리 SP(SRP+DOP)의 농도비가 높은 것을 볼 수 있는데 이는 토양의 침식보 다는 조경관리 등에 필요한 비료, 살충제의 살포, 도시하수의 침투 등이 원인이 된 것으로 판단된다.
지점별 인 농도 및 배출 특성을 살펴보면 투수비율이 높은 지역의 경 우 강우에 의해 토양이 유실되어 인 배출이 일어나므로, 토양의 침식 자 체를 사전에 저감하는 방식이 가장 효과적인 방법일 수 있다. 도시지역의 경우 불투수비율이 높은 배수구역의 경우 강우초기에 급격하게 오염물질 들이 유출되는 현상을 보이므로 초기유출을 집중적으로 관리할 필요가
E1 E2 E3 E4
E5 E6 E7 E8
<그림 6> 도시지역(S7) 에서의 강우 시
인 배출 특성(Start: 강우초기, Mid: 강우중기, End: 강우말기)
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있다. 개발지의 경우 토양 내 인 함유량은 많지 않지만 강우 시 타 지역 에 비해 강우유출수에 많은 토사가 같이 배출되기 때문에 강우량이 많은 경우 대량의 인 배출이 발생 할 수 있다는 점을 고려하여 효과적으로 토 사를 제어를 할 필요가 있다.
2. TP와 TSS의 상관성
<그림 7>은 측정한 모든 grab 샘플의 지점별 강우유출수 내 TP와 TSS의 상관관계를 나타내었다. TSS에 따른 TP농도를 토지이용별로 살 펴보면 도시지역과 농업우세지역의 TSS중 TP함량이 비교적 높으며, 택 지개발지의 경우 TSS중 TP농도가 낮음을 볼 수 있다. 이는 개발지의 경 우 배경토양의 유실에 의한 것으로 도시지역과 농업지역은 배경토양 외 에도 다양한 오염원이 인 배출에 기여하는 것으로 판단된다.
모니터링을 실시한 유역의 토지이용별 TSS와 TP간 상관계수를 살펴 보면 혼합토지이용지역(S4) r=0.827, 농업우세지역(S6) r=0.956, 택지개 발지역(S5) r=0.932, 도시지역(S7) r= 0.659 으로 나타났다. 상관계수가 높은 농업우세지역(S6)과 택지개발지역(S5)은 강우 시 대부분의 인이 토 사와 함께 입자성 인으로 배출되기 때문에 TSS 배출농도가 인 농도에 많 은 영향을 미치는 것으로 판단된다. 혼합토지이용지역(S5)은 입자성 인의 비율이 농업우세지역(S6)과 택지개발지역(S5) 보다는 작지만, 배출되는 인의 형태를 보면 강우 초기를 제외하고는 대부분 입자성 인 형태로 배출 되기 때문에 앞서 설명한 두 지역과 마찬가지로 TSS 배출농도가 인 농도 에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 도시지역 또한 다른 지역에 비해 조금 낮은 상관계수를 보이고 있지만, 입자성 인의 형태로 약 50%정도 배출되고 있어 TSS 배출농도가 인 배출 농도에 상관성이 있는 것으로 사
강우 시 토지이용별 인 및 부유성고형물 배출 농도 및 부하 특성비교 _ 41
료된다. 토지이용에 따른 상관계수의 차이가 조금씩 있지만 모든 지역에 서 TSS배출농도와 배출되는 인 농도는 유의한 상관성이 있었다.
<그림 7> 토지이용별 강우유출수 내 TP와 TSS 상관성
3. 강우특성과 TSS, TP 배출농도와의 상관성
각 지점의 강우사상과 모니터링 결과로 강우강도와 강우량이 TSS와 TP의 배출량과 배출농도에 어떤 영향을 미치는지 살펴보았다. <그림 8>,
<그림 9>는 강우량 및 강우강도에 따른 TSS 및 TP의 EMC(event mean concentration, 유출평균농도)를 나타내고 있다. 도시지역을 제외한 나머 지 지역의 경우 대체로 강우량 및 강우강도가 증가하면 TSS와 TP의 배 출농도가 증가함을 알 수 있다. 특히 개발지의 경우 약 20mm 또는 2.5mm/h의 강우량 및 강우강도에서 높은 TSS 및 TP 배출농도를 나타내 고 있다. 이는 일정규모 이상의 강우량 및 강우강도에서 급격하게 토사가 유출되는 것으로 판단 할 수 있다. 도시지역의 경우 오히려 강우량 및 강
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강우 시 토지이용별 인 및 부유성고형물 배출 농도 및 부하 특성비교 _ 43
(S4) (S6) (S7)
(S4) (S6) (S7)
<그림 10> 강우량 및 강우강도와 TSS 원단위간의 상관성
(S4) (S6) (S7) (S4)
(S6) (S7)
<그림 11> 강우량 및 강우강도와 TP 원단위간의 상관성
5. 토지이용별 이온종 분포결과
<그림 12>는 토지이용별 강우유출수 grab샘플을 분석한 음이온 및 양 이온 분포를 나타내고 있다. <그림 12>를 보면 택지개발지역의 경우 Ca2+와 SO42‒가 상대적 우세를 보이며, 농업우세지역은 Na+, Ca2+, SO42‒
가 상대적으로 우세하였다. 도시지역은 Na+, NH4+, Cl‒이 상대적으로 우 세하였고, 혼합토지이용지역은 Na+, Ca2+, Cl‒, SO42‒가 우세하게 나타나 도시지역과 농업, 택지개발지역 특성을 함께 포함한 혼재된 특성을 보이 고 있었다.
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S5(택지개발지)
<그림 12> 토지이용별 강우유출수내 이온종 분포
Ⅳ. 결론
본 연구는 혼합토지이용 유역에서 강우 시 모니터링을 통해 부유성 고 형물, 인 및 이온종의 배출 특성을 분석 하였다. 형태별 인의 배출 특성을 살펴보면 투수율이 높고 입자성 인이 대부분 배출되는 농업우세지역과 택지개발지역는 강우량이 증가함에 따라 강우유출수 내 고형물 및 인 농 도가 증가함을 볼 수 있고, 강우 시 토양 침식이 비점오염원의 주된 원인 물질로서 토양 침식을 방지할 수 있는 일차적 제어방안의 수립이 중요할 것이다. 혼합토지이용지역(S4) 또한 강우량이 증강함에 따라 배출되는 인 농도가 증가하였고, 배출되는 인의 형태를 보면 대부분 입자성 인의 형태 를 띠고 있지만, 다양한 토지이용으로 강우초기 때때로 SRP 농도가 높게 나타나는 경향을 보이고 있었다. 도시지역은 강우 시 용존성 인의 농도비 가 높은 것을 알 수 있고, 토지특성이 100% 붙투수층으로 강우 시 초기 유출현상이 뚜렷하게 나타나기 때문에 초기유출을 집중적으로 관리 할
강우 시 토지이용별 인 및 부유성고형물 배출 농도 및 부하 특성비교 _ 45
필요가 있다.
토지이용에 따른 차이는 조금씩 있었지만 모든 토지이용에서 TSS와
토지이용에 따른 차이는 조금씩 있었지만 모든 토지이용에서 TSS와