1. 연구지역 및 모니터링 강우사상
<그림 1> 연구지역 및 모니터링 지점
32 _ 생태환경논집 [Vol.2, no.2 : 수환경 모니터링과 진단] E1 6/18/2013 Storm 6/18/2013 2:18 6/18/2013 16:48 14.5 45.6 3.14 E2 7/2/2013 Storm 7/2/2013 4:08 7/2/2013 11:20 7.2 17.2 1.19 E3 7/22/2013 Storm 7/22/2013 2:34 7/22/2013 7:39 5.08 89.4 6.17 E4 8/29/2013 Storm 8/29/2013 7:37 8/29/2013 14:39 7.03 30.6 2.11 E5 9/24/2013 Drizzle 9/24/2013 6:19 9/24/2013 17:34 11.25 0.8 0.06 E6 9/28/2013 Storm 9/28/2013 19:58 9/29/2013 12:36 16.63 9.3 0.64 E7 11/9/2013 Drizzle 11/9/2013 15:25 11/11/2013 11:51 44.43 2 0.14 E8 11/24/2013 Storm 11/24/2013 16:00 11/25/2013 14:36 22.6 17.4 1.20
2. 시료채취방법
모니터링 지점별 강우유출수 시료채취는 수동채취방법(grab sampling) 으로 하였다. 유량 측정은 도시지역(S7)과 혼합토지이용지역(S4)에서는
강우 시 토지이용별 인 및 부유성고형물 배출 농도 및 부하 특성비교 _ 33
자동유량측정기를 이용하였고, 나머지 지역은 수동으로 측정하였다. 강우 량은 도시지역(S7)에 설치한 티핑버킷형 강우계 기록 값을 이지역의 대 표 강우량으로 사용하였다.
시료채취 간격은 강우특성을 고려하여 유출농도 또는 유출유량의 급격 한 변동특성을 대표할 수 있도록 결정하였다. 특히 도시지역(S7)과 혼합 토지이용지역(S4)의 경우 불투수유역의 대표적 특성인 초기유출현상(first flush phenomenon)1)이 발생하므로 채수 시 강우초기 유출수 특성의 높 은 변동성을 고려할 수 있도록 하였다. 즉, 강우 유출 시부터 1시간동안 은 0,5,10,15,30,60 min 간격으로 비교적 촘촘히 시료를 채취하고 1시간 이후부터 유출 종료 시 까지는 1시간 간격의 시료채취를 기본으로 하였 다. 농업우세지역(S6)은 유역 내 불투수 면적 비율이 낮아 초기유출현상 이 발생하지 않으며 비교적 시간에 따른 유출농도의 변동 폭이 작기 때문 에 강우 변화에 따라 채수시점을 유연하게 하여 시료를 채취하였다. 침사 지 유입지점(S5; 이하 ‘택지개발지역’)은 불투수면적은 낮지만 유역경사 도가 크고, 공사 진행으로 인해 토양이 교란되어 비교적 강우초기에 높은 탁수가 유출되므로 도시지역과 마찬가지로 초기유출현상을 고려한 채수 방법을 이용하였다. 채수지점별 상기 설명한 채수방법을 따르되 강우지속 기간을 고려하여 유출지속기간동안 최소 12개 시료를 채취할 수 있도록 채수시점과 횟수를 적절히 조정하였고, 강우 시작 전 기저유출이 존재할 경우 기저유출수 또한 채수하였다.
1) 강우유출 초기에 높은 농도의 오염물질이 유출되는 현상
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3. 시료 분석항목 및 분석방법
본 연구는 토지이용에 따른 인 배출경로 추적 및 효과적인 제어방법 도 출을 위해 강우유출수 내 다양한 형태의 인을 분석하였다. <그림 2>는 본 연구에서 분석한 3가지 다른 형태의 인, 즉 TP(total phosphorus, 총인), SP (soluble phosphorus, 용존성인) 그리고 SRP(soluble reactive phosphorus, 용존반응성인)의 분석 절차를 보이고 있다. TP의 경우 강우 유출수 시료 내 모든 형태의 인을 측정하는 것으로 별도의 여과 없이 산 전처리 과정만을 거친 후 Ascorbic Acid Method로 분석하였다. SP는 물 에 용존 되어있는 모든 인을 측정하는 것으로 1.2 μm 유리섬유여과지를 이용하여 여과 후 TP와 같은 산전처리 방법을 거쳐 Ascorbic Acid Method로 분석하였다. SRP는 1.2 μm 유리섬유여과지로 여과한 시료를 전처리 없이 바로 Ascorbic Acid Method로 분석하였다. 분석된 TP, SP, SRP를 이용해 DOP(dissolved organic phosphorus, 용존성 유기인)와 PP(particulate phosphorus, 입자성인)를 계산 하였다.
<그림 2> 강우유출수내 다양한 인 종류
강우 시 토지이용별 인 및 부유성고형물 배출 농도 및 부하 특성비교 _ 35
이온물질의 경우 Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+등 5개의 양이온과 F‒, Cl‒, NO2‒, Br‒. NO3‒, PO43‒, SO42‒ 등 7개 음이온에 대하여 이온크로마토그 래피법(IC DX‒120, Dionex, CA, USA)을 사용하여 분석하였다. TSS (total suspend solids, 부유성고형물)는 1.2μm 유리섬유여과지에 시료를 거른 후 남아있는 고형물 무게를 측정하여 농도를 계산하였다.
5. 평균유출농도 및 부하량 산정
본 연구는 비점 오염물질유출특성 평가를 위해 각 유출사상별 EMC (event mean concentration, 유출사상평균농도)와 단위면적당 부하(‘원단 위’)를 산정하였다. 각 유출사상 별 EMC와 원단위 산정방법은 각각 식1 및 2와 같다.
총유입량총유출량 중 총 오염물질중량 총유입량 또는 총 유출량
...(1) 총유출부하량 유역면적 × 유효강우 × 유역면적 × 유역면적 ×
...(2)
여기서 EMC는 유출사상평균농도(mg/L), Qi는 모니터링 시간에서의 유출량(㎥/hr), Ci는 오염물질 농도(mg/L), Load는 단위면적당 유출부하 (kg/ha), Peff는 유효강우량(mm), 10‒6은 단위환산계수이다.
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