Analysis on Trends and Major Impact Factors of Water Quality Dynamics in the Gab-Cheon River, Daejeon, Korea

http://dx.doi.org/10.4491/KSEE.2015.37.9.517 ISSN 1225-5025, e-ISSN 2383-7810

대전 갑천의 수질변화 경향 및 주요 수질 영향 인자 분석 Analysis on Trends and Major Impact Factors of Water Quality

Dynamics in the Gab-Cheon River, Daejeon, Korea

이가영․서동일^† Gayoung Lee․Dongil Seo^†

충남대학교 환경공학과

Department of Environmental Engineering, Chungnam National University (Received September 16, 2015; Revised September 25, 2015; Accepted September 28, 2015)

Abstract : This study analyzes water quality change trends in three major rivers in Daejeon and effect of discharge from Daejeon Wastewater Treatment Plant between 1992 and 2014. As of 2014, COD concentration in the Gab-cheon-A station is in level VI for Korea river water quality standard while BOD and TP are in level III. As expansions of the treatment plant, water quality in the Gab-cheon River has been improving accordingly. However, during the study period, TN concentrations of the headwater and the most downstream locations of the Gab-cheon River have increased about twice and three times, respectively. It was estimated that the treatment plant is responsible for 35%. 46%, 76% and 63% of BOD, COD, TN and TP loadings of the Gab-cheon River, respectively. It was also estimated that small tributaries and nonpoint sources are responsible for 54% and 47% of BOD and COD loadings of the Gab-cheon River. Therefore, it is recommended to further reduce nutrient loadings from the treatment plant and also reduce surface runoff organic loading from nonpoint sources including small tributaries and storm sewers.

Key Words : Algal Bloom, The Geum River, The Gab-cheon River, Three Major Rivers in Daejeon, Daejeon Waste Water Treatment Plant, Pollutant Loadings

요약 :

대전 3대 하천의 1992년 1월부터 2014년 12월까지 수질변화 추이를 분석하고, 대전하수처리장의 방류수가 갑천의 수 질환경에 미치는 영향을 분석하였다. 2014년 대전의 갑천3 지점의 BOD, COD, TN, TP 연평균 농도는 각각 1.53, 3.36, 2.16, 0.03 mg/L로서 우리나라 하천수질기준으로 Ib 급수의 수준을 나타내나, 하수처리장 방류수가 유입된 이후 금강으로 유입되 기 직전 지점인 갑천A 지점에서는 각각 3.43, 11.51, 8.62, 0.12 mg/L 수준으로써 COD는 매우 나쁜 수준인 VI 급수의 수준에 해당하며 BOD와 TP는 III 급수의 수준을 나타낸다. 대전하수처리장이 가동을 시작한 1994년 이전의 수질에 비하여 고도처 리 시설이 완공된 2013년 이후의 수질을 비교하였을 경우, 전체적으로 수질이 개선되었으나, 갑천 최상류 봉곡교 지점 및 최 하류 지점의 TN농도는 각각 2배 및 3배가량 증가한 것으로 조사되었다. 갑천 최하류의 수질에 기여하는 오염부하량 분포를 산정한 결과 대전의 하수처리장 방류수가 TN, TP, BOD와 COD 총부하량의 각각 76%, 63%, 35% 및 46%를 차자하는 것으로 나타났다. 따라서 금강의 수질을 개선하기 위한 갑천의 수질관리는 TN 및 TP 등 영양염류는 하수처리장의 방류수를 추가 개선하는 것이 바람직한 것으로 판단되며, BOD 및 COD를 포함하는 유기물은 하수처리장 방류수의 오염부하와 함께 위 부 하량의 각각 54% 및 47%를 차지하는 각종 소하천 및 우수거등 비점오염원에서 유입되는 부하량을 함께 관리해야 할 필요성 이 있다고 분석된다.

주제어 :

대전 3대 하천, 갑천, 대전하수처리장, 금강, 수질오염총량제

1. 서 론

대전은 대한민국 중부를 대표하는 대도시로서 통계청 e- 나라지표(www.index.go.kr)에 의하면 인구는 1993년도에 118 만 명 수준에서 2003년에는 143만 명으로 증가하였고 2013 년의 인구는 151만 명 정도로서 서울, 부산, 대구, 인천 및 광주에 이어 우리나라에서 6번째의 규모를 나타내고 있다.

대한민국의 인구는 1993년 4천 4백만 명에서 2013년 5천 만 명 정도로 꾸준히 증가하며 대전과 광주는 전국적인 인 구변화 추이와 유사한 경향을 보이고 있다. 인구 밀도는 2,851인/km²으로서 서울(16,402인/km²) 및 부산(4,450인/km²) 과는 다소 차이가 있으며 대구(2,790인/km²), 인천(2,715인 /km²) 및 광주(3,021인/km²) 등과 유사한 수준이다. 하천수

질은 유역의 지형, 인구활동, 기상특성 및 환경관리 시설의 설치 및 가동 여부 등에 의하여 크게 영향을 받으며 대체 적으로 하류로 내려 갈수록 인위적인 활동에 의한 부작용 으로 오염부하량이 축적되면서 수질이 악화되는 경향을 보 인다. 또한 하천의 부영양화 및 수질특성은 일반적으로 계 절적인 강우분포특성과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있으며, 우리나라의 경우 여름철 강우 집중도에 따른 유량 변동 특성이 수질 측정값에 직접적인 영향을 미친다는 결 과가 다수 보고된 바 있다.^1,2) 우리나라의 하수도 보급률은 2013년 말 현재 92.1%로서 대부분의 도시에서 하수처리장 이 운영되고 있다고 볼 수 있다.³⁾ 그러나 Table 1에 나타난 바와 같이 하수처리장의 방류수질 기준이 일반적인 하천의 수질보다 현저하게 높으므로 이들의 방류수가 유입되고 난

Fig. 1.

Location of water quality monitoring sites and important locations of the Gab-cheon River by Korean government.

Table 1.

Wastewater effluent water quality standard and river en- vironment water quality standards of major pollutants

BOD (mg/L)

COD (mg/L)

SS (mg/L)

TN (mg/L)

TP (mg/L) 1. Effluent standard for 1^st

degree water body 10 20 10 20 0.200

2. River environment

standard 1^st/3^rd degree 1/5 2/7 25 - 0.020 3. 2014 Gab-cheon River

Annual Average (G3)* 1.5 3.4 4.2 2.16 0.032 4. 2014 Gab-cheon River

Annual Average (G4)** 4.3 7.2 4.1 7.83 0.170

* Before waste water effluent discharge

** After waste water effluent discharge

이후 하류의 수질은 악화될 수밖에 없다. 대전의 갑천의 경 우에도 하류에 위치한 대전하수처리장의 방류수가 합류되 면서 수질이 급격하게 악화되는 경향을 보이며 이는 금강의 수질 악화에 직접적인 원인이 되고 있다.^5~7)

본 연구에서는 갑천을 대상으로 환경부 수질측정망자료 를 이용하여 지점 및 시기별 수질변화특성과 대전하수처리 장의 방류수가 갑천의 수질환경에 미치는 영향을 파악하고 자 하였다. 이런 결과는 갑천의 실질적인 수질관리를 위한 유역 및 하수처리장의 향후 개선안 또는 대안 수립에 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

2. 연구방법

2.1. 연구대상지역

대전의 갑천은 충청남도 논산시 대둔산에서 발원하여 금 강으로 유입되는 금강의 제 1지류인 국가하천으로 유역면 적은 금강 전체 유역면적의 약 1/15에 해당하는 648.87 km², 유로 연장은 73.70 km이다. 유등천은 갑천의 제 1지류로, 유 역면적은 289.14 km²이며 유로 연장은 44.40 km로 갑천면

적의 약 43.7%를 차지하고 있으며 대전천은 갑천의 제 2지 류로 대전광역시의 동부 중심을 관류하며, 유역면적은 89.31 km², 유로 연장은 26.29 km로 유등천 면적의 약 13%를 차 지하는 지방 1급 하천이다.⁶⁾ Fig. 1에 나타난 바와 같은 갑 천, 유등천, 대전천은 대전의 3대 하천으로 지칭되며, 갑천 은 대체로 북쪽방향으로 흐르면서 대전광역시를 관류하여 대덕연구단지 입구에 해당하는 대덕대교 부근에서 유등천 과 합류하고, 원천교 부근에서 대전시 하수처리장의 방류 수가 유입되며 신탄진에서 대청댐에서 방류되는 금강과 합 류한다. 둔산 지역에서 유등천과 합류되는 대전천은 기존 의 합류식 하수관거등에 대해 지속적인 정비가 이루어져 오 고 있으나 대전시 구시가지의 영향을 여전히 나타내고 있으 며 합류되는 유등천의 주요 오염원이 되고 있다.

2.2. 수질 및 유량 자료

우리나라 환경부가 실시하고 있는 갑천의 수질측정 대상 지점은 총 10개 지점으로 Fig. 1 및 Table 2에 나타난 바와

Table 2.

Locations of national water quality monitoring sites in the Gab-cheon River

Site Location

Bonggok Bridge (G0) Bonggok-dong, Seo-gu, Daejeon Gab-Cheon1 (G1) Jeongmin-dong, Seo-gu, Daejeon Gab-Cheon2 (G2) Wolpyeong-dong, Seo-gu,Daejeon Gab-Cheon3 (G3) Samcheon-dong, Seo-gu, Daejeon Gab-Cheon4 (G4) Jeonmin-dong, Yuseong-gu, Daejeon Gab-Cheon5 (G5) Yuseong-gu, Daejeon

Gab-Cheon A (G5-1) Moonpyung-dong, Yuseong-gu, Daejeon Youdeung_Cheon1 (Y1) Sanseong-dong, Joong-gu, Daejeon Youdeung_Cheon5 (Y5) Ojeong-dong, Daedeok-gu, Daejeon Daejeon_Cheon1 (D1) Moonchang-dong, Jung-gu, Daejeon Daejeon_Cheon2 (D2) Seonhwa-dong, Jung-gu, Daejeon Daejeon_Cheon3 (D3) Samsung-dong, Dong-gu, Daejeon

Fig. 3.

Total annual and seasonal precipitation records in Daejeon (1992~2014).

Fig. 2.

Observed flow rates of Hoeduk St. and Boolmu St. at the downstream of the Gab-cheon River, Daejeon, Korea in 2014.

같다.⁷⁾ 한편 G5-1 지점은 오염총량관리제 시행 및 평가를 위 해 2007년부터 갑천의 금강합류 0.1 km 상류 지점에 총량 관리측정지점으로서 선정되어 수질측정이 8일 간격으로 실 시되는 곳이다. 각 측정지점의 수질은 1992년 1월부터 2014 년 12월까지의 월별 자료를 사용하였으며 본 연구에서 수 질항목은 BOD, COD, TN 및 TP를 대상으로 하였다.

Fig. 2는 대전시 하수 처리장이 유입되기 직전인 회덕지점 과 금강과 합류되기 직전인 불무 지점에 대해 국가수자원 관리종합정보시스템(www.wamis.go.kr)에서 획득한 2014년 1년간 유량 실측 결과를 나타낸다. 이 기간 동안 회덕 지점 과 불무 지점의 평균 유량은 각각 7.99 m³/sec와 18.08 m³/ sec로서 두 지점의 연평균 유량차이는 10.09 m³/sec이다. 두 지점 사이에는 대전시 하수처리장의 방류구가 위치하고 있 으며 대덕 테크노밸리를 관류하는 관평천이 유입되고 있다.

대전시 하수처리장의 처리 용량은 일일 최대 90만 톤으로서 10.42 m³/sec에 해당하며 기타의 지천 유입 상황을 고려하 였을 때 이 결과는 합리적인 측정 결과로 분석된다.

2.3. 기상 현황 조사

1992년 1월부터 2014년 12월까지의 대전지방기상청의 월 별 강수량 자료를 사용하였다.⁸⁾ 대전지방기상청은 행정구 역으로는 대전시 유성구 구성동에 위치하며, 표준유역으로 는 갑천 하류 유역에 위치한다. Fig. 3에 나타난 바와 같이

전체 조사기간의 전체 평균 강수량은 1,384.8 mm이며, 1998 년에 2,070.0 mm로 가장 많은 비가 내렸고, 2001년에는 828.7 mm로 가장 적은 비가 내렸다. 계절별 평균 강수량은 여름에 평균 273.0 mm로 가장 높게 나타나고, 겨울에 평균 29.1 mm로 가장 낮은 강수량을 보였다.

2.4. 대전하수처리장

대전광역시 시설관리공단에서 관리하는 대전하수처리장 은 시설용량이 900,000 m³/day (10.42 m³/sec)로 Fig. 1에 나 타난 바와 같이 수질측정망 G3와 G4 지점 사이에 위치하 고 있다.⁹⁾ 1989년 12월 31일에 제 1처리장 준공을 시작으로 1994년 7월 30일에 제 2처리장, 1997년 12월 31일에 제 3 처리장, 2000년 12월에 제 4처리장을 준공하였다. 2008년 5 월 30일에 제 1~3처리장 고도개선공사를 완료하고, 2012년 12월 27일부터 총인처리시설 및 제 4처리장 고도처리시설 을 설치하여 운영하고 있다. 대전하수처리장으로 이송된 하 폐수는 유입침사지-스크린-일차침전지-생물반응조(A2O 공 법) → 이차침전조 → 여과’를 통해 처리하여 갑천으로 방류 되고 있으며, 2004년부터 2014년 12월까지의 월별 및 연평 균 방류수 수질현황은 Fig. 4에 나타난 바와 같다. 대전하수 처리장 방류수의 수질기준은 그림에 나타난 바와 같이 2012 년부터는 BOD는 5 mg/L, COD는 20 mg/L, TP는 0.3 mg/L

(a) BOD Concentration (b) COD Concentration

(c) TN Concentration (d) TP Concentration

Fig. 4.

Monthly variation of effluent water quality of the wastewater treatment plant of Daejeon City (Discharge limit concentration expressed in red dotted line).

(a) BOD (b) COD

(c) TN (d) TP

Fig. 5.

Trends of major pollutant concentration variations in the Gab-cheon River and expansion of Daejeon Wastewater Treatment Plant between 1992-2014.

로 질소를 제외한 항목의 수질기준이 대폭 강화되었다.¹⁰⁾ 2008년 5월에 제 1~3처리장의 고도처리시설이 완공되면서 이후 방류수 중의 TN과 TP의 농도가 꾸준히 감소되고 있 으며, 2012년 12월에 총인처리시설 및 제 4처리장의 고도처 리시설이 완공되면서 방류수의 TP의 농도는 0.15 mg/L 정 도로 대폭 감소되었다.

3. 연구결과

3.1. 수질변화 분석

3.1.1. 갑천 주요 지점의 수질 변화 경향 분석

1992년 1월부터 2014년 12월까지의 갑천의 지점별 BOD, COD, TN, TP 농도의 변화는 Fig. 5에 나타난 바와 같다.

(a) Changes in BOD concentrations (b) Changes in COD concentrations

(c) Changes in TN concentrations (d) Changes in TP concentrations

Fig. 6.

Average water quality concentrations in the Gab-cheon River for expansions of Daejeon Wastewater Treatment Plant between 1992-2014.

1994년 중반 이후 G1, G2와 G3 지점은 서로 수질이 유사한 경향을 나타내며 대전시 하수처리장 방류수가 유입되고 난 이후의 지점인 G4 지점에서 수질이 급격하게 악화되고 금 강과 합류되기 직전인 G5 지점은 TP 농도만 다소 차이가 있을 뿐 대부분 G4 지점의 농도와 유사한 수준을 보이고 있 다. G3와 대전시 하수처리장 사이에는 갑천의 가장 큰 지 류인 유등천이 유입되고 있다.

Fig. 6은 대전 하수처리장의 중요시설 증설 시점을 기준으 로 해당 기간 동안 주요 지점의 평균 수질을 나타내고 있다.

Y5는 갑천에 유입되기 직전의 유등천의 수질 농도를 나타내 는 것으로서 1998년 이후에는 G3의 수질과 거의 유사한 경 향을 나타내며 따라서 G3와 Y5의 하천이 혼합되어도 급격 한 수질 변화의 가능성은 크지 않다. 따라서 G4에 나타난 급격한 수질 악화는 대전하수처리장의 영향이 절대적인 것 으로 분석된다. 그러나 1994년 5월 제 2 처리장이 완공되면 서 전체적으로 수질이 개선되는 경향을 보이나 본 연구의 최 상류(G1) 및 최하류(G5) 지점에서는 오히려 증가하는 경향 을 나타내고 있다. 이는 해당 시기에 하수도 시설의 용량은 증설되었으나 하수관거 공사가 완공되지 않아 하수가 처리 장으로 이송되지 못하고 하천으로 유입되는 오염물질의 실

제량이 증가한 데서 기인된 현상으로 추정된다.

갑천의 BOD와 COD 농도는 Fig. 6(a)과 (b)에 나타난 바 와 같이 전체기간 동안 꾸준하게 감소하는 경향을 띠고 있 다. 2013년 및 2014년 G5-1의 연평균 BOD 농도는 각각 4.6 mg/L 및 3.4 mg/L를 나타내면서 오염총량관리제의 기준 농 도인 5.9 mg/L에 비하여 양호한 수준을 나타내고 있다. 전 체기간 동안 BOD 농도는 약 65% 가량 감소한 반면, COD 농도는 약 41% 가량 감소한 것으로 나타났다. BOD에 비 해 COD 농도가 상대적으로 적게 감소한 것은 유기물 중 난 분해성 물질의 비율이 상대적으로 증가한 데에 기인한 영 향으로 분석된다. 이러한 경향은 우리나라 중요 호소의 수 질 변화 특성에도 나타나는 현상으로 분석되고 있다. 그러 나 여기에서 특기할 만한 것은 G1 지점의 COD 및 TN 농도 변화이다. 1994년 제 2 처리시설이 완공되기 전에 G1의 COD 및 TN 농도는 각각 2.15 mg/L와 1.32 mg/L 수준이었으나 2013년 이후의 평균농도는 2.78 mg/L 및 2.30 mg/L로서 각각 29%와 75% 가량 악화된 것으로 나타나고 있다. 이는 하수처리시설로 오염물질을 이송 처리한다고 하여도 G1 지점 상류의 난분해성 유기물 및 질소를 포함하는 오염물 질의 유입이 과거에 비하여 증가하였다는 것을 의미한다.¹¹⁾

Table 3.

Improvement of major water quality variables concentrations of the Gab-cheon River considering expansions of Daejeon waste- water treatment plant

BOD (mg/L) COD (mg/L) TN (mg/L) TP (mg/L)

St. Before 1994*

After 2013**

% Improvement

Before 1994

After 2013

% Improvement

Before 1994

After 2013

% Improvement

Before 1994

After 2013

% Improvement

G0 1.42 2.83 2.49 0.040

G1 1.59 1.35 15 2.15 2.78 -29 1.32 2.30 -74 0.055 0.034 39

G2 8.43 1.47 83 8.02 3.14 61 6.43 2.41 63 0.321 0.040 88

G3 4.78 1.73 64 5.60 3.38 40 1.66 2.29 -38 0.097 0.040 59

G4 22.31 5.15 77 16.28 7.38 55 13.49 8.37 38 0.751 0.208 72

G5 8.79 3.73 58 9.69 6.65 31 2.79 7.86 -182 0.262 0.120 54

Y5 20.42 1.75 91 21.96 2.92 87 3.70 2.45 34 0.246 0.035 86

* before 1994: average concentration between 1992. 01.~1994. 07., ** after 2013: average concentration between 2013. 01.~2014. 12.

G1 지점의 수질에 영향을 미치는 인자는 주변지역의 도시 화에 의한 영향도 있겠지만 갑천 상류 봉곡교 부근에서 계 룡시의 하수처리 방류수를 포함하고 있는 두계천의 수질변 화와도 관계가 있을 것으로 추정된다.¹²⁾ 그러나 현재 갑천으 로 유입되는 두계천의 수질은 환경부의 물환경 시스템에는 포함되어 있지 않으며 따라서 이러한 수질 변화 경향에 대 한 정확한 원인의 파악이 어려운 상황이다. 다만 Table 3에 나타난 바와 같이 두계천이 유입된 직후인 갑천의 봉곡2교 지점(G0)은 하류에 위치한 G1 지점의 수질농도보다 높은 것으로 나타나고 있다.

Fig. 6에 나타난 바와 같이 G5 지점의 경우 다른 지점들과 달리 1994년 2단계 처리시설이 완공된 직후 BOD, COD, TN 및 TP까지 모든 항목에서 수질 농도가 증가하는 특이한 현 상이 발견되었다. TN의 경우 2.79 mg/L 수준에서 10.64 mg/L로, TP의 경우 0.262 mg/L에서 0.567 mg/L로 각각 급 격하게 증가된 것을 알 수 있다. 이러한 현상은 2001년 4 단계 시설 공사가 마무리 될 때에 다시 한 번 나타나며 여기 서 TN 농도와 TP 농도는 각각 12.78 mg/L 및 0.854 mg/L 로 크게 증가하고 있다. 이는 2001년 당시의 하수처리공법 이 유기물 제어를 목적으로 하므로 하수처리장으로 유입된 영양염류는 적절하게 처리되지 못한 채 방류됨으로써 하수 처리시설에 의해 갑천 하류의 TN 및 TP 농도가 악화되기 때문인 것으로 판단된다. 이러한 경향은 2008년 고차처리 공 법인 A2O 공법이 도입되기 시작하면서 개선되기 시작하였 으며 4단계 시설까지 고차처리가 시행된 2013년 초부터는 G4 이후 지점의 TN 및 TP 농도가 개선되는 경향을 보이고 있다. 그러나 TN 농도는 1994년 이전 2.79 mg/L 수준보다 무려 2.5배 이상 높은 7.86 mg/L 정도의 수준을 나타내고 있다. 또한 TP 농도는 0.12 mg/L로서 하류 하천의 부영양 화를 충분히 자극할 수 있는 높은 농도 수준으로 판단된다.

갑천권역에서는 1997년 8월부터 1, 2단계에 거쳐 만년교~

가수원교 구간(갑천의 대상지점 G1~G2에 해당)의 식생훼 손지역 복구 및 복원을 위해 수질정화시스템을 설치한 바 있고 2008년~2009년에는 갑천하상여과시설을 설치하여 갑 천의 수질을 개선하고자 하였으나 Fig. 5에 나타난 바와 같

이 이들 사업에 의해 갑천의 수질이 크게 개선되었다고 판단 할 수 있는 경향을 보이지 않는다.¹³⁾

3.1.2. 대전천 및 유등천의 수질 변화 경향 분석

Fig. 7과 8은 갑천으로 유입되는 유등천과 유등천으로 합 류되는 대전천의 수질변화 경향을 각각 정리한 것이다. 각 각의 하천으로 유입되는 최하류 지점은 Y5와 D3 지점으로 서 1994년 및 1998년 각각 대전하수처리장 2단계 및 3단계 의 완공시점을 기준으로 대폭 수질이 개선되었다. 그러나 1998년 이후로는 전체적인 수질 항목에서 뚜렷하게 개선되 는 경향은 나타나지 않는 것으로 분석된다. 대전시는 갑천 등의 수질 개선을 위해 위와 같은 하수처리장의 증설 및 개선 외에도 하수관로 정비를 위해 많은 자원을 투입한 바 있다.¹⁴⁾ 2007년부터 2014년까지 약 340억 원 가량을 투자 하여 대전천 유역의 하수관로 55 km 정도가 정비된 바 있 다. 2008년 5월~2011년 11월 및 2010년 7월~2013년 10월의 시기에 임대형민자사업(BTL) 통해 1,457억 및 831억 원을 투입하여 각각 갑천 유역의 168.5 km와 대전, 유등천 유역 의 583.5 km 합류식 하수관거를 분류식으로 개선하는 작업 을 수행한 바 있다. 또한 2013년 1월부터 2015년 5월까지 대전천과 유등천 유역을 대상으로 약 132억의 비용으로 초 기우수처리 시설이 설치되었다.¹⁵⁾ Table 3에 나타난 바와 같 이 갑천으로 유입되기 직전의 지점인 Y5의 수질은 1992년 에 비하여 전체적으로 개선되어 갑천의 합류 직전 지점인 G3의 수질과 유사한 수준으로 나타났다. 그러나 Y5의 수질 에 직접적으로 영향을 미치는 D3 지점의 영양염류 농도는 아직도 높은 수준으로서 여전히 개선의 여지가 있는 것으로 보인다.

3.1.3. 갑천 하류에 영향을 미치는 주요지점의 오염부하량 한국하천정보시스템을 활용하여 해당 유역의 유량측정 지 점을 참고하고 지점별 유량을 산정하였으며, 갑천의 경우 두계천이 합류하는 G0 지점부터 금강합류 전 지점인 G5-1 까지의 거리는 33.6 km이며 해당구간의 유역면적은 295.82 km²이다.¹²⁾ 유등천의 경우 수질총량측정지점인 유등A부터

(a) BOD (b) COD

(c) TN (d) TP

Fig. 7.

Trends of major water quality variables in the Daejeon-cheon River and Youdeung-cheon River and expansion of Daejeon Wastewater Treatment Plant between 1992-2014.

(a) Changes in BOD concentrations (b) Changes in COD concentrations

(c) Changes in TN concentrations (d) Changes in TP concentrations

Fig. 8.

Average trends of major water quality variables in the Daejeon-cheon River and Youdeung-cheon River and expansion of

Daejeon Wastewater Treatment Plant between 1992-2014.

Table 4.

Distribution of loading of major pollution sources of the Gab-cheon River

Bonggok bridge

(G0)

Daejeon STP

Youdeung -Cheon

Daejeon -Cheon

Other tributaries

Gab -Cheon A

(G5-1) Q

(m³/s) 1.62 (9.0%)

10.42 (57.6%)

2.7 (14.9%)

0.47 (2.6%)

2.87

(15.9%) 18.08 BOD

(g/s) 2.27 (3.7%)

21.62 (35.2%)

3.76 (6.1%)

0.68 (1.1%)

33.14 (53.9%) 61.47 COD

(g/s) 4.54 (2.2%)

96.04 (46.2%)

7.36 (3.5%)

1.40 (0.7%)

98.58

(47.4%) 207.92 TN

(g/s) 4.15 (2.7%)

98.79 (63.4%)

6.83 (4.4%)

1.55 (1.0%)

44.53

(28.6%) 155.85 TP

(g/s) 0.06 (2.8%)

1.64 (75.6%)

0.06 (2.8%)

0.02 (0.9%)

0.39 (18.0%) 2.17

갑천으로 합류하는 지점까지 16 km이며 유역면적은 104.19 km²에 해당한다. D1 지점부터 유등천으로 합류하는 5.3 km 구간의 유역면적은 18 km²이다. 두계천이 합류하는 G0 지 점에서의 유량은 1.62 m³/sec, 유등천이 합류하기 전 갑천 의 유량은 약 5.0 m³/sec로 산정할 수 있다. 유등천과 대전 천 합류 이후 회덕지점의 유량은 7.99 m³/sec이고, 대전하 수처리장에서는 10.42 m³/sec의 처리수가 갑천으로 유입된 다. Fig. 2에 나타난 바와 같이 2014년 한 해 동안 불무 지 점의 평균 유량은 18.08 m³/sec이다. G0~G5-1 구간 중 대 전하수처리장의 최대처리용량인 10.42 m³/sec을 제외한 유 량값을 기준으로 하면 유역면적에 비례하여 유등천과 대전 천의 평균 유량을 산정하면 각각 2.70 m³/sec, 0.47 m³/sec 로 산정된다. 갑천의 최하류인 G5-1 지점의 오염물질 부하 를 100%로 보았을 때, 봉곡2교와 유등천, 대전천, 대전하수 처리장 및 기타 지류하천의 오염부하량은 Table 4에 나타낸 바와 같다.

Table 4의 수치들은 갑천 전반의 주요한 지점에서 유입되 는 오염물질을 개략적으로 산정해 보기 위해서 산술적인 방법으로 작성된 것이다. Table 4에 나타난 바와 같이 G5-1 지점의 오염부하에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 대전하 수처리장 방류수라고 할 수 있다. 특히 하수처리장에서 방 류되는 TP와 TN은 각각 76%와 63%로서 방류수의 수질 기준이 강화되었음에도 불구하고 추가적인 감량이 불가피 하다는 것을 나타내고 있다. 그러나 BOD와 COD의 경우는 갑천으로 유입되는 각종 지천 및 우수구에서 유입되는 양 이 가장 많은 것으로 산정되어 향후 갑천의 수질관리를 위 해서는 소하천 및 비점오염물질의 관리가 필요하다는 것을 시사해 주고 있다.

4. 결 론

본 연구는 갑천 및 유등천과 대전천의 총 10개 수질측정 망 지점에서 BOD, COD, TN, TP의 4개 항목의 수질변화 추 이를 분석하기 위해 대하여 1992년 1월부터 2014년 12월

까지 측정된 환경부 물환경정보시스템의 수질자료를 이용 하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1) 2014년 대전의 갑천3 지점의 BOD, COD, TN, TP 연 평균 농도는 각각 1.53, 3.36, 2.16, 0.03 mg/L로서 Ib 급수 의 수준을 나타내나, 하수처리장 방류수가 유입되고 나서 금강으로 유입되기 직전 지점인 갑천A 지점의 BOD, COD, TN, TP 농도는 각각 3.43, 11.51, 8.62, 0.12 mg/L 수준이다.

우리나라 환경부의 하천수질 기준으로 보았을 때 COD는 매우 나쁜 수준인 VI 급수에 해당하며 BOD와 TP만을 보 아서는 III 급수의 수준을 나타낸다. BOD는 난분해성 물질 을 대표할 수 없다는 면에서 그리고 높은 COD 농도는 유 해성 유기물을 포함할 수 있다는 면에서 특히 주목해야 할 사항이다.

2) 2012년 12월 이후 제 4처리장의 총인처리시설과 고도 처리시설이 운영됨에 따라 갑천 하류지점에서 TP의 농도 가 2014년 연평균 0.12 mg/L로 감소되었으나 하절기에는 0.15 mg/L 수준까지 나타난다. TP는 고형물질에 흡착되어 이동하는 경향이 있으므로 고형물질이 바닥에 퇴적되어 영 양염류를 재용출할 수 있는 가능성이 있음에 따라 금강의 부영양화를 자극할 가능성이 매우 높으므로 이에 대한 추가 처리의 대책을 수립해야 할 필요성이 있다고 판단된다.

3) 대전하수처리장이 건설되기 전인 1994년 이전의 수질 에 비하여 고도처리 시설이 완공된 2013년 이후의 수질을 비교하였을 경우, 상류 봉곡교 G1 지점의 COD와 TN 농도 를 제외하고는 전 지역에서 수질이 개선된 것을 확인하였 다. 이는 G1 지점에 난분해성 유기물 및 질소를 포함하는 오염물질의 유입이 증가한 원인으로 추정된다. 또한 특기 할 만한 것은 갑천 최하류 TN 농도는 2.79 mg/L에서 7.86 mg/L로 거의 3배 가까이 증가하였다는 것이다. 이는 하수 처리장으로 하수가 유입은 되지만 적절하게 처리하지 못하 고 있다는 반증이기도 하다.

4) 대전시는 오염총량관리제 기준점인 G5-1의 수질에 기 여하는 오염부하 분포를 산정한 결과 TN과 TP는 대전의 하수처리장 방류수가 각각 76% 및 63%를 차지하는 것이 확인되었으며, BOD와 COD는 도시소하천과 우수구의 영 향을 각각 54% 및 47%씩 받는 것으로 산정되었다. 따라서 갑천의 TN 및 TP 부하량 관리는 하수처리장의 시설을 개 선함으로써 해결하는 것이 바람직하고 COD로 대표되는 난분해서 유기물은 하수처리장에 더하여 각종 소하천 및 우수거등 비점오염원을 관리해야 할 필요성이 있다고 판단 된다.

5) 대전천과 유등천의 수질은 1990년대 중반 차집관거의 설치로 개선된 바 있으며, 노후화된 하수관거의 정비와 대 전천 유역의 하수관로 정비, BTL사업 또한 수질개선에 영 향을 미치는 요인으로 작용하므로 지속적인 하수도정비가 필요하다. 그러나 갑천의 수질정화시스템 및 갑천 하상여 과시설의 설치는 갑천 유역의 수질개선에 크게 기여하지 않 은 것으로 보인다.

Acknowledgement

본 연구는 충남대학교 자체연구비의 지원에 의해 수행되 었으며 이에 감사드리는 바입니다.

References

1. Jones, J. R., McEachern, I. P. and Seo, D., “Empirical evi- dence of monsoon influences on Asian Lakes,” Aquat. Ecosyst.

Health & Manage., 12(2), 129~137(2009).

2. Jeong, C. H. and Moon, B. J., “Hydrochemical and Isotopic Characteristics of Major Streams in the Daejeon,” Econ. En-

viron. Geol., 42(4), 315~333(2009).

3. Korea Ministry of Environment, 2013 Sewage Statistics (2014) (www.me.go.kr/home/web/policy_data/read.do?menuId=10264

&seq=6436).

4. Ministry of Environment, Water Quality and Aquatic Eco- system Conservation Act(2015).

5. Samann Engineering and Hyundai Engineering, “Report of Geum River Master Plan (The Geum River, Miho-cheon, Gab-cheon, Youdeung-cheon),” Daejeon Regional Construction Management Administration(2011).

6. Ministry of Environment Geum River Basin Office, “Water Quality Management Plan of Gab-cheon River Area (2007~

20011),” National Archives of Korea Home Page, http://www.

archives.go.kr(2007).

7. Ministry of Environment Water Environment Information System Home Page, http://water.nier.go.kr(2015).

8. Korea Meteorological Administration Home Page, http://www.

kma.go.kr,(2014).

9. Daejeon Metropolitan City Facilities Management Corporation Home Page, www.djsiseol.or.kr(2015).

10. Seo, D., “A Necessity of Management of Small Streams for National River Management,” Magazine of Water and Future,

Korea Water Resour. Assoc., 42(5), 18~22(2009).

11. Choi, J. Y., Lee, B. G., Han, D. H., Hwang, D. H., Jang, S. H. and Kang, Y. J., “Final Report for Organic Materials Assessment and Management Policy of Public Waters,” Service Report from Korea Environment Institute to Ministry of Environment(2008).

12. Lee, J. K., “A study of sewage reduction for total pollution load management of discharging treatment plant,” Planning Research Report 2012-12 of Daejeon Development Institute (2012).

13. Dongbu Engineering, Daejeon Environmental Technology Development Center, “A Research of Development of Ecolo-

gical River in Urban Area; Deajeon,” Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology(2003).

14. Dongbu Engineering, “Basic Plan for Gap-cheon River Mana- gement,” Service Report from Dongbu Engineering to Deajeon Metropolitan City, The Ministry of Construction and Trans- portation(1993).

15. Ministry of Environment, Home Page, www.me.go.kr(2015).

16. Seo, D., Yun, J. W. and Lee, J. W., “Comparative analysis of QUAL2E, QUAL2K and CAP steady state water quality modeling results on downstream areas of the Geum River, Korea,” J. Korean Soc. Water and Wastewater, 22(1), 121~

129(2008).

17. Seo, D. I., Seo, M. J., Koo, M. S. and Woo, J. K., “Serial use of hydrodynamic and water quality model of the Geum River using EFDC-Hydro and WASP7.2,” J. Korean Soc.

Water and Wastewater, 23(1), 15~22(2009).

18. Seo, D., Lee, E. H. and Reckhow, K. “Development of the CAP water quality model and its application to the Geum River, Korea,” Environ. Eng. Res., 16(3), 121~129(2011).

19. Kim, S. M., Kim, K. H., Hong, I. P. and Seo, D., “Estima- tion of Required Low Flow of the Geum River for Water Quality Management During Dry Seasons,” J. Korean Soc.

Environ. Eng., 19(11), 1347~1360(1997).

20. Geum River Environment Research Center, “1^st Year Annual Report of Analysis of Temporal and Spatial Water Quality Dynamics in the Geum River,” Environment Basic Survey Project of Commission of the Geum River Water Quality Ma- nagement(2005).

21. Lee, H. S., Hur, J., Jeong, S. A., Hwang, S. J. and Shin, J.

K., “Spatial Characterization of Water Pollution in the Urban Stream Watershed (Gap-Cheon River),” J. Korean Soc. Water

Qual., 22(5), 943~951(2006).

22. Nam, T. K., “Trend Analysis of Water Qualities of the Daejeon 3 Major Streams Based on Mann-Kendall Test,”

Master Thesis of Hanbat National University Graduate School of Industry(2013).

23. Lim, B. H., Mun, K. W., Lee, J. Y. and Lee, J. G., “Integrated Management Plan for Three Major Rivers in Daejeon with Themes,” Daejeon Development Institute(2014).

24. Dongbu Engineering, Haneal Engineering Group, “A Basic Design of Restoration of Daejeon-cheon and Youdeung-cheon Ecological Restoration,” Service report from Dongbu Engi- neering to Deajeon Metropolitan city(2006).

25. Zhou, J. J. and Lim, B. S., “Characteristics of Water Quality Change of Urban River according to Installation of Inter- ceptors and Wastewater Treatment Plant,” J. Korean Soc.

Environ. Eng., 36(12), 813~820(2014).

26. Lee, J. H. and Park, E. K., “Rivers Restoration Strategies of Daejeon Metropolitan City,” J. Korea Water Resour. Assoc.,

177, 41(4), 49~59(2008).