A Study on the Water Quality Improvement of Major Tributaries in Seoul, Applying Watershed Evaluation Techniques

총량관리 단위유역 평가기법을 활용한 서울특별시 주요 유입 지천의 수질개선효과에 관한 연구

심규현

⋅ 김경훈

⋅ 임태효

⋅ 김용석

⋅ 김성민

국립환경과학원 낙동강물환경연구소

A Study on the Water Quality Improvement of Major Tributaries in Seoul, Applying Watershed Evaluation Tec hniques

Kyuhyun Shim

⋅ Gyeonghoon Kim

⋅ Taehyo Im

⋅ Youngseok Kim

⋅ Seongmin Kim

Nakdong River Environment Research Center, National Institute of Environmental Research

(Received 12 November 2020, Revised 29 January 2020, Accepted 29 January 2020)

Abstract

South Korea has been divided into quantities and water quality, and due to a revision of the Government Organization law in June 2018, the controversial water management system was integrated into the Ministry of Environment. The total Maximum Daily Loads System has been called the flower of water quality control, and since 2004, all three major river systems which have been introduced into the Han River system, despite its various difficult environments, and subsequently leading to all of the four major rivers undergoing obligatory implementation since 2013. Currently, the target TMDL (Han River Phase 1 and Other Water Systems Phase 3) for the 2020 stage has been implemented.

The domestic TMDL established a basic plan for calculating the load which complies with the unit watershed’s target water quality, as well as an implementation plan for annual load management, both which have been institutionalized in order to evaluate load compliance on a repeated annual basis. Local governments ask external organizations to conduct investigations every year in order to assess the transition, which thereby requires tens of millions of won every year. Therefore, an assessment and management model that can be easily operated at the TMDL personnel level is required. In this study, when the Han river Water System TMDL was implemented in earnest, we confirmed the the water quality improvement effect when TMDL was introduced to major inflow tributaries (TancheonA, JungnangA, AnyangA) under the Seoul City’s jurisdiction through the use of the total amount control unit basin evaluation technique. By presenting customized management measures, we propose the guidelines that are necessary for determining more effective water environmental policies.

Key words : Flow duration curve, Load duration curve, Target water quality, TMDL, Watershed evaluation method

a 전문위원(Researcher), [email protected], http://orcid.org/0000-0001-6659-4794

b,†

Corresponding auther,

c 연구관(Researcher), [email protected], http://orcid.org/0000-0001-6503-9780

d 소장(Director), [email protected], http://orcid.org/0000-0002-0130-3906

e 연구관(Researcher), [email protected], http://orcid.org/0000-0002-9029-1344

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1. Introduction

우리나라는 수량과 수질로 이원화되어 1990년대부터 논란 이 되어왔던 물관리가 2018년 6월 정부조직법 개정을 통해 환경부로 통합되면서 바야흐로 새로운 물관리 일원화 시대 가 도래하였다. 수질오염총량관리제(Total Maximum Daily Loads, TMDL)는 수질관리의 꽃이라고 불리며, 3대강 수계 를 1단계(2004년∼)로 시작해서 많은 어려운 여건에도 불구 하고 한강수계에도 도입됨에 따라 2013 년부터 4 대강 모든 수계에 의무적으로 시행되고 있으며, 현재 2020년을 단계목 표로 하는 오염총량관리가 시행되고 있다 .

3대강수계는 1단계(2004∼2010년: BOD), 2단계(2011∼

2015 년 : BOD, T-P) 가 완료되었고 , 현재 3 단계 (2016 ∼ 2020 년 :

BOD, T-P)가 시행 중이며, 한강수계의 경우 임의제(2003∼

2012 년 : BOD) 로 시행해 오다가 1 단계 (2013 ∼ 2020 년 ) 에 의 무제로 전환하여 생물화학적산소요구량(BOD)와 총인 (T-P) 항목에 대한 수질관리를 현재 시행 중이다 . 2021 ∼ 2030 년 (3 대강 4단계, 한강 2단계)에는 기존 5년에서 10년 단위로 기 본계획 기간을 변경하였으며 , BOD 와 T-P 항목에 대한 시행 계획을 수립하고, 평가에 사용되는 기준유량 산정방법을 부 하지속곡선 (Load duration curve, LDC) 의 기본 토대가 되는 유량지속곡선(Flow duration curve, FDC)으로 변경하여 시행 토록 지침을 변경하였다 (ME, 2019a).

수질오염총량관리 기본방침(ME, 2010)에 따르면 BOD는 기준유량을 과거 10년 평균 저수량으로, T-P는 과거 10년 평 균 저수량 또는 평수량으로 설정하고 있다. 이번에 개정된 기술지침에 따르면 기준유량 구간인 평수구간(초과백분율

40∼60%: 구간평균유량=평수량), 저수구간(초과백분율 60∼

90%: 구간평균유량=저수량)의 구간평균유량을 각각 기준유

량으로 사용토록 하였으며, 기준유량 산정방법은 과거 10년 간의 연속적인 일평균 유량자료를 수집하여 산정하도록 하

였다 . 만일 수집된 자료가 없을 경우는 회귀식 , 수위 - 유량 관 계곡선식 또는 유역모형 등을 활용하여 간헐적 실측자료로 부터 과거 10 년간의 연속적인 일유량을 산정할 수도 있게 개 정하였다.

국내의 TMDL 에서는 단위유역의 목표수질 (Target water

quality, TWQ) 준수를 위한 부하량을 산정한 기본계획과 연

차별 부하량 관리를 위한 시행계획 수립 후 매년 반복해서 연차별 부하량 준수 여부를 평가하도록 제도화하였다. 지자 체에서는 이행평가를 위해 매년 외부기관에 용역을 의뢰하 기 때문에 이로 인해 매년 수천만원의 재정이 소요되고 있 다. 따라서, TMDL 담당자(행정주무관) 수준의 손쉬운 곡선 개발과 평가기법 적용 및 관리방안 마련이 절실히 요구된다.

따라서 본 연구는 한강수계 TMDL 의무제 도입 전⋅후 서 울시 유입 주요 지천(탄천A, 중랑A 및 안양A)들의 수질 평 가를 위해 총량 기준유량(평수량과 저수량) 산정에 그 적용 성이 입증된 백분위법(Percentile Method, PM)을 이용한 대 표 지속곡선 개발과 세 가지 유역평가기법(좌표법, 유량-부 하량곡선 (QLRC) 법 , 부하량 초과법 ) 적용을 통한 수질개선 효과 평가 및 맞춤형 유역관리방안 마련을 제시함으로써 비 전문가 눈높이에 맞춘 간편한 유역평가기법을 제안하고자 한다.

2. Materials and Methods

2.1 연구 대상유역

한강수계는 한강 유역 20개, 북한강 유역 10개, 경안천 유 역 2 개 , 임진강 유역 7 개 , 한강하류 유역 10 개로 이루어져 있는 수질오염총량관리 49개 단위유역 중 서울특별시 관할 유역에 유입하는 3 개 단위유역 ( 탄천 A, 중랑 A 및 안양 A) 을 대상으로 하였다. 연구대상 지역은 한강수계 중 서울특별시 관할 본류 유역으로 유입되는 주요 지류하천으로 대상 하천

Fig. 1. Studied basin and point map.

들의 수질오염총량제 의무제 시행전⋅후 수질개선효과가 뚜 렷하게 발생하는지 알아보기 위한 것이 주요 이유이며 , 낙동 강수계 주요 하천들의 기준유량 평가(Kim et al., 2019; Lee

et al., 2020) 에 대한 타 수계 하천들에 대한 적용성 평가를

위해 대상을 서울 관할지역 유입 지천들로 국한하여 분석하 였다 . 대상 지점에 대한 유역특성 및 위치도는 <Fig. 1> 과

<Table 1>에 나타내었다.

2.2 유량 및 수질자료

하천 유량과 수질 평가를 위한 자료는 환경부 물환경측정 망에서 탄천A, 중랑A 및 안양A 총 3개 지점의 자료를 2006 년부터 2019 년까지 총 14 년간의 평균 8 일 간격으로 측정된 유량(Q) 및 수질자료(BOD와 T-P)를 물환경정보시스템 (http://water.nier.go.kr/) 웹자료를 다운 받아 분석에 이용하 였다. 이 웹사이트에서 최종 공개되는 자료는 확정자료라서 그대로 사용해도 되지만 , 상자그림분석 등 사전 분석을 실시 하여 자료의 이상 유무를 확인한 후 분석을 실시하였다(ME, 2006 ∼ 2019).

2.3 유량지속곡선(Flow Duration Curve, FDC)

FDC는 유황곡선(Duration curve, DC)이라고도 불리며, 하 천의 전체 유량조건에 대한 유량변화를 분석하는 기법으로 일정 주기로 측정된 유량을 시간적 순위에 관계없이 크기순 으로 배열한 곡선이다 . 종축은 유량 , 횡축은 종축 유량보다 큰 유량이 나타나는 빈도인 초과유량 백분율로 식 (1)과 같 으며 , 위에서 아래로 내려오는 형태를 가지는 그래프가 작성 된다. 이러한 FDC는 하천 유역의 장단기 유량 변동분석 및 수질 변화 인자 규명 등을 위한 중요한 수단으로 사용된다 (Kim et al., 2014; Park and Oh, 2013; Vogel and Fenessey, 1994).

Flow Exceedance Percentile 

       ×  (1)

작성된 FDC는 수문학적 조건에 따라 Table 2.와 같이 5단 계로 구분할 수 있고, 국내에서는 유황 유지 일수에 따라 홍 수량(Flood volume), 연중 95일 이상 유지되는 풍수량(초과 확률 26.0%, Abundant flow), 185일 이상 유지되는 평수량 (50.7%, Ordinary flow), 275일 이상 유지되는 저수량(75.3%, Low flow), 355일 이상 유지되는 갈수량(97.3%, Drought flow)으로 구분하고 있다. Table 2.는 초과확률별 국내외 기 준유량 구간별 명명법을 정리한 것이다(Kim et al., 2014; U.

S. EPA., 2007).

2.4 백분위법(Percentile Method, PM)

이 방법은 평균 8일 간격 유량자료를 연속 일유량자료로 확장시키지 않고 계측된 약 45 개 내외의 유량자료만을 가지 고 유황분석을 하는 기준유량 산정방식이다. 유황분석에서 풍수량 , 평수량 , 저수량 및 갈수량은 각각 초과백분율 (%) 로 26.0%, 50.7%, 75.3%과 97.3%에 해당한다. 연속유량(모집 단 ) 에서 45 여 개 유량자료 ( 표본 ) 가 무작위로 추출되었다는 가정하에 표본을 가지고 각각의 초과백분율에 해당하는 유 량을 산정하는 방식이다 . 이 방법은 간단한 절차와 방법을 통해 기준유량을 산정할 수 있는 장점이 있다. 반면에 모집 단으로부터 무작위로 표본이 추출되었다는 가정하에 유의미 한 결과를 도출할 수 있으나, 단지 1년의 평균 45여개 자료 만을 가지고 기준유량을 추정할 경우 표본이 편향 (Bias) 되었 을 가능성이 높다. 특히, 홍수량/갈수량과 같은 극대/극솟값 에 편향이 크게 발생하는 것으로 보고된 바 있으며 (Baek, 2010), 최근 Hwang et al. (2018)과 Kim et al. (2019)의 연구 성과를 살펴보면 총량 단위유역별 Standard-FDC(10년 FDC) Unit

Watershed Monitoring Network Medium Influence

Area River Major

First Stage Target Water Quality

(2013 ∼ 2020year) Basin Area

( ㎢ ) etc

BOD T-P

TancheonA Tancheon4 HanRiverSeoul Tancheon Daewanggyo 6.8 0.454 203.9

JungnangA Jungnangcheon1A HanRiverSeoul Jungnangcheon Sangdogyo 8.6 0.575 118.2

AnyangA Anyang4 HanRiverSeoul Anyangcheon Ogeumgyo 6.2 0.558 217.6

Data Source: Water Environment Measurement Network Operation Plan (ME, 2019b) Table 1. Current status of analysis point basin characteristics

Flow Section

(Exceedance Probability, %) Hydrologic Condition Classification

0∼10 % High Flows, HF Flood Discharge

10∼40 % Moist Conditions, MC Abundant flow

40∼60 % Mid-Range Flows, MRF Ordinary flow

60 ∼ 90 % Dry Conditions, DC Low flow

90∼100 % Low flows, LF Drought flow

Table 2. Classification according to hydrological conditions

산정 시 자료연수 10 년에 해당하는 총 450 개 표본에 대한 백분위법 FDC를 산정 후 Standard-FDC와 비교⋅평가결과 상당히 유사한 곡선식을 제공해 주는 것으로 분석되었다 . 이 와 같은 결과는 표본의 자료 수가 적을 경우에는 통계의 대 표성이 적어 편향된 추정결과를 제공하지만 , 표본의 크기가

5년(약 45개×5년=225개) 이상의 경우 이 방법으로 추정한

표본 기준유량이 모집단의 기준유량을 대변할 수 있을 것으 로 판단된다.

2.5 부하지속곡선(Load Duration Curve, LDC)

LDC는 전체 유량 조건에서 실측 수질 자료와의 관계를 나 타내는 곡선으로 다양한 유량 조건의 수질 자료를 이용하여 LDC에 해당기간 동안의 관측 수질 및 유량을 도식하여 전 체 유량 규모에 대한 관측치의 분포를 확인할 수 있으며, 이 를 이용하여 하천 및 유역관리에 필요한 유량 및 수질의 범 주를 확인할 수 있는 방법으로, DC는 주어진 유량 또는 부 하량과 같은 매개변수가 주어진 값과 같거나 초과하는 시간 의 백분율을 곡선화하여 그래픽하게 표현한 것이다 .(Kim et

al., 2015) 또한 비점오염원과 점오염원의 분포 및 계절적인

수질 영향 , 허용가능부하량과 부하량 삭감 , 초과빈도 , 수질기 준을 만족하는지에 대한 평가 등에 활용할 수 있다. LDC의 작성은 일유량 자료와 수질 자료를 이용하여 식 (2) 로 계산 된 부하량과 해당유량을 이용하여 작성한다.

Loadkgday  Flowm

s ×

   ×  (2)

Standard-FDC 를 작성하기 위해서는 Standard-LDC 뿐만 아니라 오염물질에 대한 TWQ가 필요하다. 본 연구유역의 수질기준을 살펴보면 물환경측정망 운영계획 (ME, 2019b) 에 서는 탄천A, 중랑A 및 안양A는 좋음(Ib) 등급으로 설정하여 관리되고 있다 . 하지만 , 총량단위유역 1 단계 TWQ 로 보면 탄 천A는 BOD 6.8 mg/L (IV), T-P 0.454 mg/L (V) 등급, 중랑 A 는 BOD 8.6 mg/L (V), T-P 0.575 mg/L (VI) 등급 그리고 안양A는 BOD 6.2 mg/L (Ⅲ), T-P 0.558 mg/L (VI) 등급으 로 설정하여 관리하고 있다 . Table 1 에는 LDC 평가를 위해 설정한 최종 설정된 TWQ 값을 함께 수록하였으며, 이 값을 위에서 개발된 Standard-FDC 와 곱하여 각 수질항목별 Standard-LDC를 작성하게 된다.

2.6 총량단위유역의 오염평가모델 2.6.1 유량과 총량수질항목 좌표법

유역오염의 정도 및 관리 필요 정도를 분석하는 모델로 가 장 간단한 것 중 하나는 유량과 수질오염도의 관계를 분석하 는 것이다. 예를 들면, 오염도가 높고 수량이 많은 유역은 하 류 유역 수질에 악영향을 끼치는 주범으로 이러한 유역의 관 리가 제일 먼저 이루어져야 한다. 반면 오염도가 낮고 유량 이 많은 안정화된 청정유역의 경우는 수질관리의 필요성이 시급하지 않은 유역으로 평가된다.

단위유역별 평가 및 관리방안을 제시하기 위한 방법 중 하

나인 연구대상 지역의 유량과 총량관리 항목인 BOD 와 T-P 의 오염도 좌표에 의한 평가 방법은 Kim (2014)이 한강수계 에 적용한 분석기간 3 년 평균값을 기준으로 작성된 Fig. 2 는 좌표법 기준을 준용하였다. 이 좌표기준에 분석하고자 하는 3 개 지류의 평균수질과 유량값을 도시하면 각 지류의 위치 가 좌표상에 결정된다. Fig. 2는 단위유역 전체의 유량평균값 과 관리수질평균값을 교차하는 수직선을 기준으로하여 각각 우측하단부터 시계방향으로 Ⅰ분위(다량청정) 유형, Ⅱ분위

(소량청정) 유형, Ⅲ분위(소량오염) 유형, Ⅳ분위(다량오염)

유형으로 구성한 것을 보여준다.

Fig. 2. Flow-BOD Unit watershed evaluation with the coordinate method.

Data Source: Kim (2014)

Ⅰ분위에 분포하는 단위유역은 유량이 많고 오염도가 유 역전체 평균보다 낮은 것으로 평가되는 유형 , Ⅱ분위의 단위 유역은 유량이 적고 오염도가 낮은 것으로 평가되는 유형,

Ⅲ분위는 유량이 적고 오염도가 높은 것으로 평가되는 유형 ,

Ⅳ분위는 유량이 많고 오염도가 높은 것으로 평가되는 유형 에 각각 해당된다 . 각 유형의 특성을 살펴보면 Ⅰ분위 유형 의 경우 유량이 많고 수질오염도가 전체 유역평균 이내인 유 형으로 오염물질의 유입에 의해 수질변동 폭이 크지 않은 안 정된 유역에 해당된다. 이 유형에는 주로 유역의 본류에 해 당하는 유량이 많은 단위유역들로 구성된다 . Ⅱ분위 유형은 유량은 전체평균 미만이고 수질오염도가 평균수질을 초과하 지 않는 단위유역에 해당된다. 이 유형은 유량이 적어 오염 물질의 유입에 따라 민감하게 변동하는 불안정한 유역으로 지속적인 관리를 통해 청정한 수질을 유지하여야 한다 . Ⅲ분 위 유형은 유량이 적고 수질이 유역평균수질을 초과하는 유 역으로 지속적인 오염물질 유입차단이 필요한 유역에 해당 하는 유형이다. Ⅱ분위와 Ⅲ분위 유형은 주로 유역의 지류에 해당하는 유량이 적은 단위유역들로 구성된다 . Ⅳ분위 유형 은 유량이 많고 하류의 수질 악화에 가장 커다란 영향을 미 치므로 각별한 수질 개선 노력이 필요한 유역으로 악화된 수 질을 최우선적으로 개선할 필요성이 있는 유형이다 .

2.6.2 유량-부하량곡선(QLRC)법

유량 - 부하량곡선 (Q-L Rating Curve, QLRC) 기법은 LDC

에 의한 단위유역 평가기법의 하나로 단위유역의 부하량 평

가를 위한 객관적이고 정량화된 방법이다 . QLRC를 활용한

부하량에 대한 평가는 Standard-LDC와 Observed-LDC의 비

교를 통하여 이루어진다 . Standard-LDC 는 FDC 와 TWQ 를 대입하여 그래프화하며 Observed-LDC는 유역의 TWQ 대신 실제 측정된 수질자료와 FDC 로 그래프화한다 (Kim, 2014).

QLRC는 해당유역에 대한 부하량의 문제점을 그래프로 보 기 쉽게 표현할 수 있다 . 가시적인 그래프로 보여줌으로써 해당유역의 주오염이 점오염원인지 비점오염원인지에 대한 평가를 쉽게 할 수 있고 , 해당유역의 오염 배출원의 유형과 정도에 따라 오염 특성을 CASE Ⅰ(청정형), CASE Ⅱ(점오 염형), CASE Ⅲ(비점오염형), CASE Ⅳ(오염심화형)로 평가 할 수 있다. 각각의 평가된 유형에 따라 단위유역의 문제점 을 파악하여 유역의 수질관리와 오염부하량 삭감 계획 등을 세울 수 있다(Kim, 2014).

일반적으로 고유량 구간에서 기준부하량을 초과하는 경우 댐방류의 경우 등 특별한 경우를 제외하고 주로 강수에 의한 비점오염물질 유입으로 인한 비점오염원에 의한 오염이 주 요인일 가능성이 크며, 저유량 구간에서 발생하는 기준부하 량 초과는 강수가 없는 상태에서 오⋅폐수처리시설 등의 점 오염원에 의한 오염이 주요인으로 작용할 가능성이 크다 (Kim, 2014: Shin, 2013).

Fig. 3. QLRC Total Pollution Source Evaluation model.

Data Source: Kim (2014)

단위유역의 QLRC 를 Fig. 3 에 그래프화한 방법에 따라 평 가유형별로 나눠보면 네 가지 형태로 분류할 수 있다(Kim, 2014).

① CASE Ⅰ : 전체 유량 구간에서 모두 Standard-LDC 를 만족하는 형태로 청정지역과 같은 오염원이 적은 지역에 해당된다 .

② CASE Ⅱ : Standard-LDC와 Observed-LDC의 교차점인 Qc를 기준으로 Qc보다 큰 유량일 때는 부 하량을 만족하고 Qc보다 작은 유량일 경우 에는 만족하지 못하는 형태로 점오염원에 의한 하천오염 영향이 더 커서 점오염원의 관리가 더 필요한 유역에 해당된다.

③ CASE Ⅲ : CASE Ⅱ 형태의 반대의 경우인 형태로 점

오염원 보다 비점오염원의 영향이 더 커서 비점오염원의 관리가 더 필요한 유역에 해 당된다.

④ CASE Ⅳ : 전체 유량 조건에서 모두 Standard-LDC 를 초과하는 형태로 점오염원과 비점오염원 모 두 관리가 필요한 지역에 해당된다 .

2.6.3 부하량 초과법

부하량 초과여부에 대한 평가는 Standard-LDC와 Observed-LDC 의 비교를 통하여 이루어질 수 있다. Standard-LDC를Ls (Fig. 4에서 직선 AD), Observed-LDC를 Lo(Fig. 4에서 직선 BE) 라고 하면 , Fig. 4 에서 직선 AD 아래의 면적 (Lst) 과 직선 BE 아래의 면적(Lot)은 각각 식 (3), (4)로 나타낼 수 있다.

Lst  

^{Lstdt (3)}

Lot  

^{Lotdt (4)}

Fig. 4. Load evaluation model using QLRC

Data Source: Kim (2014)

L  L  L  Lst  Lot (5)

여기서, Lst 는 Standard-LDC, Lot 는 Observed-LDC, L 은 오염부하량(Load), ^L 은 여유부하량(Surplus load, ∆

면적) 그리고 L 은 초과부하량(Excess load, ∆ 면적)이다.

Lst는 해당 유역에서의 TWQ를 만족하는 할당부하량이

며 , Lot 는 실제 관측된 부하량이다 . QLRC 를 이용한 부하량

평가 방법은 식(5)와 같다. L은 삼각형 CDE의 면적으로 여 유부하량 또는 개발가능량을 뜻한다 . L 는 ABC 의 면적으로 초과부하량 또는 삭감필요량을 말한다. L의값이 양수이면 관측부하량이 허용부하량을 초과하지 않은 경우로 부하량 관리가 잘 이루어지고 있음을 뜻하고, L 의 값이 음수이면 관측부하량이 허용부하량을 초과했다는 것을 의미하며 유역 의 부하량 삭감이 필요하다는 것으로 평가된다(Kim, 2014:

Park, 2010: Shin, 2013).

3. Results and Discussion

3.1 대표 유량지속곡선 개발

서울시에 유입되는 대표 3 개 지점 ( 탄천 A, 중랑 A 및 안양 A)에 대한 Standard-FDC를 산정하기 위해, 2006년부터 2019 년까지 총 14 년간 평균 8 일 간격으로 ( 연 36 회 이상 ) 실측 조 사된 유량자료를 부분계측자료에 대한 확장기법인 PM을 이

용하여 Standard-FDC 를 작성하였다 . 각 지점별 실측 조사된

유량 자료를 최대유량에서 최소유량으로 내림차순 정렬하여 특정유량을 초과하는 일수를 백분율로 계산한 후 Standard- FDC 를 작성하면 Fig. 5 와 같이 도시할 수 있으며 , 분석 결과 를 정리하면 Table 4와 같이 정리할 수 있다. 분석된 대표 기 준유량인 홍수량 , 풍수량 , 평수량 , 저수량 및 갈수량을 3 개 지점별로 각각 정리하면 탄천A는 49.231, 11.620, 7.363, 6.118 및 5.274 ㎥ /s 이고 , 중랑 A 는 18.729, 3.644, 2.604, 2.135 및 1.708 ㎥/s이고, 마지막으로 안양A는 39.309, 5.965, 3.924, 3.245 및 2.567 ㎥/s 값이다. 하천의 안정성을 나타내 는 지표로 사용되는 유황계수 값이 크면 치수와 이수관리 어 려운 하천이다. 분석 지점별 유황계수(Duration Coefficient, DC=Q2.5%/Q97.5%) 값을 계산하면 탄천A는 9 중랑A는 11 그리고 안양A는 15로 산정되었다. 우리나라의 대부분 하천

Point

Base flow rate by flow section(㎥/s)

Duration Coefficient

(DC) High Flow

(HF) Moist Conditions

(MC) Mid-Range Flow

(MRF) Dry Conditions

(DC) Low Flow

(LF) 1% 2.5% 10% 20% 26.0% 30% 40% 50% 50.7% 60% 70% 75.3% 80% 90% 97.3% 99%

TancheonA 91.040 49.231 24.197 13.958 11.620 10.499 8.592 7.407 7.363 6.757 6.305 6.118 5.945 5.663 5.274 5.071 9 JungnangA 44.030 18.729 6.846 4.281 3.644 3.343 2.916 2.616 2.604 2.404 2.205 2.135 2.067 1.873 1.708 1.587 11

AnyangA 84.426 39.309 15.854 7.651 5.965 5.214 4.459 3.943 3.924 3.660 3.404 3.245 3.137 2.918 2.567 2.284 15 Table 4. Calculation results of reference flow rate by flow section

Statistic TanCheonA JungnangA AnyangA Analysis Periods 2006∼2019 2006∼2019 2007∼2019 Number of Analysis

Data 589 590 536

Average 11.238 4.358 6.979

Standard Deviation 24.447 24.447 18.721 Coefficient of

Variation 2.175 5.610 2.682

Standard Error 1.007 0.395 0.809 Table 3. Basic statistics of measured flow data

Flow duration interval(%)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

M ean da ily fl ow (m

/s )

1 10 100 1000 High

Flows Moist Conditions Mid-Range

Flows Dry Conditions Low Flows TancheonA AnyangA JungnangA

Fig. 5. Representative Flow Duration Curve(Standard-FDC).

의 유황계수값이 300 이상인 점을 볼 때 , 본 지점들의 유황 계수는 15 이하로서 도심을 관통하는 하천으로 연중 하천의 유지용수가 일정하게 흐르는 하천인 것을 확인할 수 있었다 .

3.2 대표 부하지속곡선 작성

각 지점별 Standard-LDC를 작성하기 위해서는 위에서 산 정된 Standard-FDC 자료에 Table 1 에서 설정한 오염물질별 TWQ 값을 곱하여 계산하게 된다. Fig. 6은 탄천A 지점에서 작성된 각 오염물질별 Standard-LDC를 나타낸 것이며, 각 지점별 초과유량별 대표 부하량은 Table 5에 산정하여 수록 하였다. 이 대표 부하량 자료는 BOD와 T-P 수질항목에 대 한 지점별 수질개선여부 평가를 위한 기준자료로 사용될 것 이다.

3.3 연도별/월별 자료 특성

하천은 살아 숨 쉬는 생명체와 같아 연중 하천의 유량과 수질은 유역에서 발생하는 다양한 하천 영향인자로 변동하 게 된다. 미국의 TMDL에서 “부하량은 계절적 변동에 관하 여 적용할 수 있는 수질 기준을 이행하는데 필요한 수준에서 확립되어야 한다”라고 명시하고 있다(U. S. EPA., 2007). 따 라서 유량의 최고/최저유량 및 기준유량(평수량 또는 저수량

등 ) 이 발생하는 월 (month) 과 계절적 변동을 파악하는 것은

TMDL 개발에 있어 중요한 부분이다.

한강수계 분석지점 자료에 대한 사전분석의 차원에서 연도 별 수질 변동 특성을 분석한 결과는 Fig. 7과 같다. 각 지점 별 BOD 와 T-P 수질항목에 대한 TWQ 대비 연도별 평균수 질과 3년 이동평균수질의 경향을 살펴본 결과 2019년에 중 랑 A 와 안양 A 지점에서 평균수질이 소폭 증가하는 양상을 보이지만, 대체적으로 2009년 이후부터 변동성은 있으나, 하 향 안정화되는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 이유는 한강 수계가 임의제지만 총량제가 시행되면서 각 지차제별 수질 관리에 대한 관심이 증가한 결과이며, 2013년부터 의무제 시 행으로 오염저감 시설설치 등 삭감계획 마련등의 영향이 지 배적이지 않을까 판단한다.

각 지점별 일유량에 대한 월별/초과확률별 유량 변동 특성 을 상자그림(Box plot)으로 살펴보면 Fig. 8과 같다. 이와 함 께 유량 및 수질의 변동성 분석 결과에 대한 연관성을 확인 하기 위해 각 지점별 BOD와 T-P 수질항목에 대한 월별 수 질 변동 분석을 추가로 실시하여 Fig. 8 에 함께 도시하였다 . 이 결과를 해석하면 각 하천별 주요 수질항목의 최고수질 (오 염 ), 평균이상 / 이하 , 최저수질 ( 맑음 ) 을 월 (month) 별로 확인할 수 있다.

Point Item

Base load by flow section(kg/day) High Flow

(HF) Moist Conditions

(MC) Mid-Range Flow

(MRF) Dry Conditions

(DC) Low Flow

(LF) 1% 2.5% 10% 20% 26.0% 30% 40% 50% 50.7% 60% 70% 75.3% 80% 90% 97.3% 99%

TancheonA BOD 53,488 28,924 14,216 8,201 6,827 6,168 5,048 4,352 4,326 3,970 3,704 3,594 3,493 3,327 3,099 2,979 T-P 3,571 1,931 949 548 456 412 337 291 289 265 247 240 233 222 207 199 JungnangA BOD 32,716 13,916 5,087 3,181 2,708 2,484 2,167 1,944 1,935 1,786 1,638 1,586 1,536 1,392 1,269 1,179

T-P 2,187 930 340 213 181 166 145 130 129 119 110 106 103 93 85 79 AnyangA BOD 45,225 21,057 8,493 4,098 3,195 2,793 2,389 2,112 2,102 1,961 1,823 1,738 1,680 1,563 1,375 1,223

T-P 4,070 1,895 764 369 288 251 215 190 189 176 164 156 151 141 124 110 Table 5. Calculation results of reference load by flow section

Flow duration interval(%)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Loa d(kg/ da y)

10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶

Tancheon_LDC(BOD) Tancheon_LDC(T-P) Jungnang_LDC(BOD) Jungnang_LDC(T-P) Anyang_LDC(BOD) Anyang_LDC(T-P)

Dry Conditions Low Flows FlowsHigh Moist Conditions Mid-Range

Flows

Fig. 6. Representative Load Duration Curve(Stanard-LDC).

3개 분석지점의 월별 유량 변동 특성을 살펴보면 우리나라 계절적 강우 특성과 유사한 1∼3월 중에 가장 적은 하천유 량을 보이다가 강우로 인한 하천유량의 증가와 우기 기간인 7∼9월 중에 하천유량이 가장 풍부한 시기를 거쳐 10∼12월 이후 계속해서 하천유량이 줄어드는 양상을 보이는 것으로

분석되었다. 다만 전체 유량 변동폭의 크기는 12월∼2월까 지 변동폭이 조금 크게 발생하는 것이 특징으로 보인다. 하 지만 BOD와 T-P 항목에 대한 월별 변동을 살펴보면 월별 변동이 평균대비 일정한 수준을 유지하는 것을 확인할 수 있 었다. 이와 같은 수질 특성을 보이는 것은 도심에 유입되는 (1) TancheonA

(2) JungnangA

(31) AnyangA

(a) Daily flow rate (b) Excess probability (c) BOD (d) T -P

Fig. 8. Monthly variation of Flow rate, Excess probability, BOD and T-P at the TancheonA, JungnangA, AnyangA monitoring sites.

(1) TancheonA

(2) JungnangA

(31) AnyangA

(a) BOD (b) T-P

Fig. 7. Annual variation of Flow rate, Excess probability, BOD and T-P at the TancheonA,

JungnangA, AnyangA monitoring sites.

인위적인 생활하수와 일정한 수준의 처리장 방류수의 수질 영향을 받는 전형적인 도심하천의 수질 특성으로 보인다.

3.4 오염평가모델 비교⋅평가 3.4.1 유량과 총량관리 수질항목 좌표법

연구 대상지역에 대한 유량과 총량관리 수질항목 관계를 살펴보기 위해 전체자료 , 의무제 시행전⋅후 자료에 대한 좌 표법 평가를 수행하여 기존 연구성과인 Kim (2014) 결과와 비교하였다. Table 6은 분석지점에 대한 좌표법 산정 결과를 수록한 것이며, 유량과 총량수질항목인 BOD와 T-P에 대한 좌표법 분석 결과를 도시하면 Fig. 9와 같다. 대상지점의 좌 표법 평가결과는 모두 Ⅲ분위에 분포하는 것으로 조사되어 유량이 적고 오염도가 높은 지점인 것을 확인할 수 있었다.

하지만 전체자료를 시행전⋅후로 구분해서 분석해 보면 Ⅲ 분위에서 Ⅱ분위로 유량이 적고 오염도가 낮아지는 경향으 로 변하는 것을 확인할 수 있었다 .

의무제 시행전⋅후 수질개선 여부를 파악해 보면 분석 3 개 지점의 유량이 약 30% 줄었지만 수질개선은 평균적으로

BOD는 77% 개선되었으며, T-P의 경우는 163% 개선된 것

으로 분석되었다 . 보다 구체적으로 각 지점별 수질개선 여부 를 확인해 보면 탄천A의 경우는 평균유량은 22% 줄었지만, BOD 는 141%, T-P 는 121% 개선되었고 , 중랑 A 의 경우는 평 균유량은 36% 줄었지만, BOD는 73%, T-P 209% 개선되었 으며 , 끝으로 안양 A 는 평균유량은 28% 줄었지만 , BOD 는

16%, T-P 160% 개선된 것으로 조사되었다. 이와 같은 결과

로 볼 때 한강수계 중 서울로 유입되는 주요 3 개 지역의 지 류 하천의 수질은 총량 시행 전보다 이후 수질이 뚜렷하게 개선된 것을 확인할 수 있었다 .

3.4.2 유량-부하량곡선(QLRC)법

앞 절에서 서술하였듯이 LDC에 의한 유역분류 및 평가를 위해서는 Standard-FDC의 산정이 필요하게 된다. 분석지점

별 TWQ를 위한 기준유량과 Standard-LDC 산출을 위한

BOD 와 T-P 의 TWQ 를 기존 연구성과에서 이용된 자료와 함 께 수록하여 Table 7에 나타내었다. 이 표를 살펴보면 3개 지점에 사용된 TWQ 은 동일하나 기준유량값은 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다. Kim (2014) 연구성과에 사용된 기준유 량은 모형평가를 통해 수행된 예측값 (Gyeonggi-do Province,

2018)이며, 본 연구에 사용된 기준유량은 실측유량 자료를

활용한 산정값이기 때문인 것으로 파악되며 , 기준유량 산정 기간의 차이로 인한 오차도 함께 내포되었을 것으로 판단된 다 . 하지만 두 개의 기준유량 결과만을 비교해 볼 때 평수량 과 저수량에서 탄천A는 각각 –8.7%, -2.2% 적게 산정되었 으며 , 중랑 A 는 평수량에서는 – 13.6% 적게 , 저수량에서는

+2.0% 크게 산정된 것으로 확인할 수 있으며, 끝으로 안양A

는 평수량에서는 – 37.9% 적게 , 저수량에서는 – 51.2% 적 게 산정되는 것으로 분석되었다. 이 결과를 살펴보면 2013년 기본계획 상에 추정된 기준유량 값이 탄천 A 와 중랑 A 의 경 우는 약 ± 10% 내외의 오차를 보이지만, 중랑A의 경우는 기 본계획 상의 기준유량이 과대 산정된 것이 아닌지 판단해 볼 수 있다. 하지만 본 연구에서 사용된 Standard-FDC는 PM 기 법으로 추정한 기준유량으로 편향된 추정 결과로 볼 수 있으 나, 최근 Hwang et al. (2018)과 Kim et al. (2019) 연구결과 를 볼 때 극대/극소 추정량일 경우에는 이 PM 기법의 경우 편향된 추정결과를 제공하는 것으로 볼 수 있으나, 최소 5년 이상의 자료를 이용하여 대표 지속곡선을 추정할 경우 추정 기준유량(평수량 또는 저수량)은 참값과 비교시 ±10% 내외 의 합리적인 일유량 추정치를 제공하는 것으로 주장하였다.

Point

Kim.(2014) All Materials(2006 ∼ 2019) Pre Implementation(2006 ∼ 2012) After Implementation(2013 ∼ 2019) BOD

( ㎎ /L) T-P

( ㎎ /L) Flow

( ㎥ /s) BOD ( ㎎ /L) T-P

( ㎎ /L) Flow

( ㎥ /s) BOD ( ㎎ /L) T-P

( ㎎ /L) Flow

( ㎥ /s) BOD

( ㎎ /L) T-P

( ㎎ /L) Flow ( ㎥ /s)

TancheonA 9.0 0.489 13.760 10.8 0.576 11.238 16.4 0.855 13.070 4.5 0.261 9.174

JungnangA 5.4 0.337 4.820 6.2 0.524 4.358 8.6 0.838 5.389 3.6 0.170 3.194

AnyangA 5.0 0.327 7.29 6.1 0.518 6.979 7.0 0.859 8.600 5.3 0.199 5.464

Table 6. Evaluation result table according to coordinate method

(a) BOD (b) T -P

Fig. 9. Evaluation distribution with the coordinate method.

본 연구에서는 기준 지속곡선인 Standard-FDC 추정을 위한 표본의 크기가 14 년 ( 약 38 개 ×14 년 = 532 개 ) 이상의 자료를 이용한 결과로 표본 기준유량이 모집단의 기준유량을 충분 히 대변할 수 있을 것으로 판단되어 , 본 연구의 기준유량은 이 기준을 준용하여 분석하였다.

연구지역의 BOD와 T-P에 대한 QLRC법 평가를 수행하였 으며 , 평가 결과의 오류를 방지하기 위해 기존 Kim (2014) 와 함께 수록하여 총량시행 전⋅후 수질개선 효과를 평가하였 으며 , 산정결과는 Table 8 에 , 도시결과는 Fig. 10 에 나타내었 다. 기존 연구와 의무제 시행전⋅후의 QLRC법 평가결과 약 Point

Kim (2014) Main Research

Standards

Flowrate(㎥/s) Target Water Quality( ㎎ /L) Standards

Flowrate(㎥/s) Targer Water Quality( ㎎ /L)

MRF DC BOD T-P T-P

Application

Flow MRF DC BOD T-P T-P

Application Flow TancheonA 8.005 6.252 6.800 0.454 Ordinary Water

level 7.363 6.118 6.800 0.454 Ordinary Water level JungnangA 2.958 2.093 8.600 0.575 Ordinary Water

level 2.604 2.135 8.600 0.575 Ordinary Water level AnyangA 5.413 4.908 6.200 0.558 T he Low Water level 3.924 3.245 6.200 0.558 The Low Water level Table 7. Standards flow rate and target water quality

Point Item

BOD T-P

Kim (2014) Pre Implementation

(2006∼2012)

After Implementation

(2013∼2019) Kim(2014) Pre

Implementation (2006∼2012)

After Implementation

(2013∼2019) Load

(kg/day) Load

(kg/day) Load

(kg/day) Load

(kg/day) Load

(kg/day) Load

(kg/day)

TancheonA

Representative-QLRC L=587.5Q+3E-12 L=587.5Q1.0 L=587.5Q1.0 L=39.2Q-2E-13 L=39.2Q1.0 L=39.2Q1.0 Observational-QLRC L=463.8Q+3,142 L=1,602.6Q0.8 L=147.0Q1.3 L=11.1Q+300.1 L=134.5Q0.6 L=7.7Q1.3

Representative Load 8,085.0 2,618.8 2,618.8 452.4 174.9 174.9

Observational Load 9,525.4 4,085.1 2,109.4 539.8 219.6 129.7

Spare Load -1,440.4 -1,466.3 509.4 -87.4 -44.7 45.2

Pollution Circle Type Ⅱ (Point Source) Ⅱ (Point Source) Ⅲ(Nonpoint

Source Pollution) Ⅱ (Point Source) Ⅱ (Point Source) Ⅲ(Nonpoint Source Pollution) Watershed Evaluation Excess basin Excess basin Lean basin Excess basin Excess basin Lean basin

JungnangA

Representative-QLRC L=743.0Q-7E-13 L=743.0Q1.0 L=743.0Q1.0 L=49.5Q-5E-14 L=49.7Q1.0 L=49.7Q1.0 Observational-QLRC L=778.1Q-652.5 L=536.3Q1.0 L=200.9Q1.2 L=20.7Q+36.0 L=91.3Q0.6 L=9.0Q1.4

Representative Load 3,578.1 1,158.3 1,158.3 135.4 77.4 77.4

Observational Load 3,094.7 1,005.1 630.1 239.2 74.8 45.3

Spare Load 483.3 153.2 528.1 -103.8 2.7 32.1

Pollution Circle Type Ⅲ (Nonpoint

Source Pollution) I(Clean) I(Clean) Ⅱ (Point Source) Ⅱ (Point Source) Ⅲ (NNonpoint Source Pollution) Watershed Evaluation Lean basin Lean basin Lean basin Excess basin Lean basin Lean basin

AnyangA

Representative-QLRC L=535.6Q-2E-12 L=535.7Q1.0 L=535.7Q1.0 L=48.2Q-9E-14 L=48.2Q1.0 L=48.2Q1.0 Observational-QLRC L=1,300.0Q-3,870 L=419.1Q1.1 L=291.2Q1.2 L=20.6Q+38.8 L=85.8Q0.8 L=8.7Q1.3

Representative Load 3,905.2 1,508.5 1,508.5 351.5 135.8 135.8

Observational Load 3,758.2 1,548.6 1,170.8 189.3 140.2 82.5

Spare Load 147.0 -40.1 337.7 162.2 -4.5 53.2

Pollution Circle Type Ⅲ(Nonpoint

Source Pollution) Ⅲ(Nonpoint

Source Pollution) Ⅲ(Nonpoint

Source Pollution) I(Clean) Ⅱ(Point Source) Ⅱ(Point Source)

Watershed Evaluation Lean basin Excess basin Lean basin Lean basin Excess basin Lean basin

Table 8. QLRC Act evaluation result

간의 차이가 발생하는데, Kim (2014)의 연구성과는 기존 연 구를 수행하는 최근 3 년 자료 (2011 ∼ 2013 년 ) 를 이용한 분석 결과로 의무제 시행 첫해인 2013년 자료가 혼용되어 분석된 결과로 보여진다 . 하지만 이번 평가결과는 Kim (2014) 연구 결과와 비교할 때, 유역 물수지 자료 등을 수집 반영한 유역 모형의 모의 결과를 이용한 추정치가 아닌 실체 지류하천에 서 실측된 장기간의 실측자료를 이용한 실제 유역 물순환을 반영한 실제 실측유출 결과로서 보다 합리적인 기준치를 제 공해 주는 것으로 판단된다.

본 연구의 주요 핵심인 총량시행 전⋅후 QLRC 법 평가결 과를 살펴보면, 분석대상 3개 지점 모두에서 의무제 총량시 행 후 BOD 와 T-P 수질 항목에 대한 부하량이 삭감대상에서 여유가 발생하는 것으로 분석된 것을 확인할 수 있다. 지점 별로 자세히 살펴보면 탄천A의 경우 BOD는 시행전 – 1,466.3 kg/day(삭감)이던 것이 시행후 509.4 kg/day(여유)가 생겼으며, T-P는 시행전 –44.7 kg/day(삭감)이던 것이 시행 후 45.2 kg/day(여유)가 생긴 것으로 분석되었고, 중랑A의 경우 BOD는 시행전 153.2 kg/day(여유)이던 것이 시행후 528.1 kg/day(여유) 생겼으며, T-P는 시행전 2.7 kg/day(여유) 이던 것이 시행후 32.1 kg/day(여유) 생긴 것으로 분석되었 고, 끝으로 안양A의 경우 BOD는 시행전 –40.1 kg/day(삭 감)이던 것이 시행후 337.7 kg/day(여유) 생겼으며, T-P는 시 행전 – 4.5 kg/day( 삭감 ) 이던 것이 시행후 53.2 kg/day( 여유 ) 생긴 것으로 분석되었다. 좌표법에 이어 QLRC법 평가기법

에 의한 평가에서도 분석대상 3개 지점에 대한 총량수질 항 목인 BOD 와 T-P 수질에서 부하량의 여유가 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 기존 점/비점오염원 모두에 대한 관리에 서 이제 강우 발생시 유역에서 유입되는 비점오염원 저감에 노력을 기울이는 쪽으로 개선방향이 전환되는 시기로 판단 된다 .

3.4.3 부하량 초과법

부하량 초과여부는 Standard-LDC와 Observed-LDC의 비교 를 통해 이루어지며 Table 8에 평가결과를 함께 제시하였다.

총량시행 전⋅후에 대한 분석결과 탄천A와 안양A 지점의 경우는 부하량 초과유역에서 부하량이 여유유역으로 변경된 것을 확인할 수 있으며, 중랑A의 경우는 여유유역에서 여유 유역으로 동일하지만 부하량의 여유가 시행전과 비교해서 BOD의 경우 245%, T-P의 1,103%로 여유로워진 것을 확인 할 수 있었다.

3.5 중점관리유역 선정 결과 및 관리방안

Table 9는 단위유역 평가방법에 따른 대상 지점들의 평가 결과를 최종 정리한 표이다. 좌표법은 BOD와 T-P의 오염도 를 유량에 따라 평가하는 방식으로 유량이 많고 오염도가 높 은 중점관리 유역은 없는 것으로 나타났다. Kim (2014) 연구 결과와 같이 유량은 적지만 오염도가 유역평균 수질기준으 로 초과하는 Ⅲ분위형 ( 소량오염형 ) 을 중점관리대상으로 선

BOD T-P BOD T-P

(1) TancheonA (1) TancheonA

(2) JungnangA (2) JungnangA

(3) AnyangA (3) AnyangA

Pre Implementation(2006 ∼ 2012) After Implementation(2013 ∼ 2019)

Fig. 10. QLRC urban results.

Assessment Itemize Evaluation

Criteria Classification Type

Coordinate Method

Tpye Ⅰ(A Large Quantity

of Cleanliness) Ⅱ(Small Quantity

Cleanliness) Ⅲ(Small Quantity

Pollution) Ⅳ(Large Volume Pollution)

Kim (2014)

BOD-Flow TancheonA

JungnangA AnyangA

T-P-Flow TancheonA

JungnangA AnyangA

Implementation Pre (06∼12)

BOD-Flow TancheonA

JungnangA AnyangA

T-P-Flow TancheonA

JungnangA AnyangA

After Implementation

(13∼19)

BOD-Flow TancheonA

JungnangA AnyangA

T-P-Flow TancheonA

JungnangA AnyangA

QLRC

Type CASE Ⅰ (Clean) CASE Ⅱ

(Point Source)

CASE Ⅲ (Nonpoint Source Pollution)

CASE Ⅳ (Deepening of Pollution)

(2014) Kim

BOD 　 TancheonA JungnangA

AnyangA 　

T-P JungnangA

AnyangA TancheonA 　 　

Pre Implementation

(06∼12)

BOD JungnangA TancheonA AnyangA 　

T-P 　

TancheonA JungnangA

AnyangA

After Implementation

(13 ∼ 19)

BOD JungnangA 　 TancheonA

AnyangA 　

T-P 　 AnyangA TancheonA

JungnangA 　

Excess Law

Type Lean Basin Excess Basin

(2014) Kim

BOD JungnangA

AnyangA TancheonA

T-P JungnangA

AnyangA TancheonA

Pre Implementation

(06∼12)

BOD JungnangA TancheonA

AnyangA

T-P JungnangA TancheonA

AnyangA

After Implementation

(13 ∼ 19)

BOD TancheonA

JungnangA AnyangA

T-P TancheonA

JungnangA AnyangA

Table 9. Classification type comparison chart by evaluation method

Itemize Point BOD

(mg/L) T-P

(mg/L) Flowrate (㎥/s)

BOD Load (kg/day)

Load T-P (kg/day)

Basin Area ( ㎢ )

BOD Area Load Ratio

T-P Load Area Ratio Kim

(2014)

TancheonA 9.0 0.489 13.760 10,711.7 581.4 203.9 52.5 2.9

JungnangA 5.4 0.337 4.820 2,244.7 140.3 118.2 19.0 1.2

AnyangA 5.0 0.327 7.290 3,117.8 206.0 217.6 14.3 0.9

Implementation Pre (06 ∼ 12)

TancheonA 16.4 0.855 13.070 18,475.2 965.6 203.9 90.6 4.7

JungnangA 8.6 0.838 5.389 3,989.6 390.2 118.2 33.8 3.3

AnyangA 7.0 0.859 8.600 5,216.7 638.1 217.6 24.0 2.9

After Implementation

(13 ∼ 19)

TancheonA 4.5 0.261 9.174 3,534.1 206.9 203.9 17.3 1.0

JungnangA 3.6 0.170 3.194 994.3 46.9 118.2 8.4 0.40

AnyangA 5.3 0.199 5.464 2,503.3 93.9 217.6 11.5 0.43

Table 10. Current status of water quality and load amount observed by point

Itemize Kim

(2014)

Implementation Pre (06∼12)

After Implementation

(13∼19)

Basin TancheonA, JungnangA, AnyangA TancheonA, JungnangA, AnyangA TancheonA, JungnangA, AnyangA

Item BOD, T-P BOD, T-P BOD, T-P

Point Source - Advanced treatment facilities for public water treatment plants, Culvert maintenance - Discharge water reuse

Nonpoint Source Pollution

- Combined sewer separation, Expansion of rainwater, Pervious pavement - Contaminant vacuum cleaning vehicle operation

- Installing of sediment outflow prevention facilities on cultivated land - Installing of nonpoint source pollution reduction facilities

- Appropriate fertilizer use - Green block installation

- Inducing minimization of agriculture land

- Replacing Failed Systems and Managing private systems - Inducing expansion of rainwater utilization facility - Moisture regulator support

- Miniizes emissions of livestock pollution source through promotion of resource development - Induce compost from being left unattended for a long time

- Livestock pollution source management

Table 11. Management plan of the coordinate system CASE3 (Small quantity pollution type)

Itemize Kim

(2014)

Implementation Pre (06 ∼ 12)

After Implementation

(13 ∼ 19)

Basin JungnangA

AnyangA AnyangA TancheonA AnyangA JungnangA

Item BOD BOD BOD, T-P BOD T-P

Nonpoint

Source Pollution - Same as above

Table 12. QLRC Act management plan of 3rd-percentile type (Non-point pollution)

정하였다 . 본 연구성과를 보면 총량시행전⋅후 모든 수질항 목에서 중점관리대상 지역으로 선정되었지만, 앞서 언급하였 듯이 시행후 평가결과가 Ⅱ분위형 ( 소량청정형 ) 으로 점점 가 까워지면서 관리되고 있는 것을 확인할 수 있었다. Ⅲ분위형 ( 소량오염형 ) 의 특성은 유량은 적지만 BOD 와 T-P 의 오염도 가 각각의 유역 평균수질을 초과하는 것으로 이에 대한 관리

방안은 Table 11 과 같다 . 점오염원에 대한 관리방안은 공공

수처리장의 시설개선을 통한 고도처리화와 처리장 신설시 고도처리 시설 도입, 하수 미처리 구역의 처리구역 편입과 하수도 정비 등의 방안이 있으며 이를 적용해 중점관리 대상 단위유역의 점오염원의 배출부하량 저감과 TWQ를 준수할 수 있는 것으로 분석되었다. 비점오염원에 대한 관리방안은 비점오염저감시설의 설치 및 적정운영을 비롯하여 관거의 분류식화, 빗물이용 확대, 관거 및 맨홀 준설 등의 관리기법 을 활용하여 배출부하량을 저감할 수 있는 것으로 조사되었다.

QLRC 기준 평가방식은 점오염원과 비점오염원 모두를 관

리하여야 하는 CASE IV의 오염심화형이 중점관리대상에 해 당된다 . 본 연구대상 지역인 3 개 지점의 경우 중점관리 대상 지점은 총량관리 시행전⋅후에서 두 항목 모두 발생하지 않 는 것으로 분석되었다 . 단지 Ⅲ분위형 ( 비점오염 ) 에 대한 관 리가 필요한 것으로 분석되었는데, 이 경우는 Table 12와 같 이 구분하여 관리방안을 정리하였다 .

부하량 초과여부 기준 평가방식은 관측 부하량곡선에 의해 산정된 부하량이 표준부하량 곡선에 의해 산정된 부하량을 초과하는 단위유역이 중점관리 대상유역에 해당된다. 총량시 행전의 경우는 탄천 A 와 안양 A 만 BOD 와 T-P 수질항목 모두 에서 중점관리 대상유역에 해당하였지만, 시행후 3개 모든 지점이 여유유역으로 관리되고 있는 것을 확인할 수 있었다 . 이 평가에서 유형별 관리방안은 앞에서 설명한 바와 같이

Table 11 에서 평가한 점과 비점오염 유형별로 중점관리 대

상을 관리할 필요가 있을 것으로 판단된다. 총량 시행전 안 양 A 의 경우는 Ⅲ분위형 ( 비점오염 ) 에 속하면서 부하량 초과 유역에 해당하므로 이 지점의 경우는 타 지점에 비해 비점오 염관리에 더욱 우선 순위를 두고 중점관리를 하여야 한다.

부하량기준 초과유역에 대한 오염유형별 중점관리 대상 오 염원은 총량 시행전의 경우 탄천A와 안양A 지점에 대해서 만 비점오염원에 대한 관리가 필요한 것으로 분석되었다.

중점관리대상 유역의 수질오염 및 오염부하량 초과현황에 대한 원인 중 단위면적당 기여부하량을 분석하여 Table 10 에 지점별 수질총량관리 항목의 관측수질 및 부하량 현황을 정리하였다. 서울 지역으로 유입되는 3개 지류에 대한 단위 면적당 부하량를 크기순으로 비교해 보면 총량 시행전에는 BOD 와 T-P 모두 탄천 A, 중랑 A 그리고 안양 A 순으로 기여 부하량이 나타나는 것을 확인할 수 있으나, 시행후 BOD는 탄천 A, 중랑 A 그리고 안양 A 순으로 동일하지만 , T-P 의 경우 는 탄천A, 안양A 그리고 중랑A 순으로 변경된 것을 확인할 수 있다 . 시행전⋅후 기여부하량 감소분은 BOD 의 경우 안 양A(24.0 → 11.5) 108% 감소에서 탄천A(90.6 → 17.3) 423%

감소하였으며 , T-P 의 경우 탄천 A(4.7 → 1.0) 367% 감소에 서 중랑A(3.3 → 0.4) 423% 감소한 것을 확인할 수 있었다.

4. Conclusion

한강수계의 TMDL 의무제는 여러 난관을 극복하고 2013 부터 본격적으로 시행되고 있다 . 이 제도에서 이행평가는 각 단위유역내에 허용된 할당부하량의 준수여부를 판단하고 필 요시 시행계획을 변경하여 최종년도 할당부하량을 안정적으 로 만족하도록 하는 제도이다. 결국 이행평가는 전문가 중심 의 평가 용역과 검토 승인을 거치는 전문영역으로만 취급되 고 있는 것이 사실이다 . 이에 지자체 담당자 입장에서 보다 손쉬운 TWQ 달성을 위한 수질개선 및 오염물질 삭감수단에 대한 도입 및 관리방안을 세울 수 있다면 얼마나 좋을까 하 는 것이, 본 연구의 출발점이었다. 본 연구에 소개된 기준유 량 산정법과 유역평가기법은 업무 담당자 수준에서 개략적 으로 손쉽게 운용 가능한 방법으로 담당 하천의 수질개선 효 과 평가 및 맞춤형 관리방안 수립이 가능할 것으로 생각된 다. 이 방법을 통해 한강수계 총량제도 시행전⋅후 서울특별 시 유입 대표 지천인 탄천 A, 중랑 A 및 안양 A 의 수질개선 유 무를 기존 연구성과와 비교하며 담당자 입장에서 평가하고 관리방안을 수립해 보았으며 , 그 주요 결과는 다음과 같다 .

1) Standard-FDC와 Standard-LDC는 실측자료(2006∼2019 년 ; 14 년 ) 를 활용한 PM 을 이용하여 개발하였으며 , 이 방법은 연간 실측 조사된 수질/유량자료 만을 이용한 분석법으로 비전문가인 담당실무자의 입장에서도 평가 기법 개발 및 분석이 가능하다는 장점을 지닌다.

2) 3가지 유역평가기법(좌표법, 유량-부하량곡선(QLRC)법,

부하량 초과법)을 활용하여 한강수계 TMDL 의무제 시 행전⋅후 서울지역 주요 유입지천의 BOD와 T-P에 대 한 평가를 수행하여 수질 개선 효과를 평가한 결과 좌 표법에서는 3개 지점 모두 Ⅲ분위형(소량오염형)의 특 징을 가지지만 BOD와 T-P 항목이 점점 Ⅱ분위형(소량 청정형)에 가까워지는 것으로 평가되었으며 , 유량-부하 량곡선(QLRC)법과 부하량 초과법 분석 결과 점오염원 관리에서 비점오염원 관리로 전환하여야 하는 것으로 분석되었다 .

3) 본 평가기법을 이용하여 서울특별시에 유입되는 주요 3 개 지천에 대한 총량시행 전⋅후 수질개선 여부를 분석 해 본 결과 통계적으로 유의할 정도로 수질이 개선된 것을 확인할 수 있으며 , 담당자 입장에서 수질평가 및 관리방안 마련을 전문가 용역평가 없이도 쉽게 수행이 가 능한 방법이라는데 본 연구의 의미가 있다고 판단된다 . 4) 이와 같은 손쉬운 평가기법을 통해 유역관리업무 담당

자가 직접 유역평가를 수행하고 수질개선대책을 수립한

다면, 보다 내실 있는 계획을 수립할 수 있을 뿐만 아니

라 , 정부나 지자체에 재정지원 요청 등 행정정책을 위

한 근거 자료로 활용할 수 있다는 장점을 지닌다. 따라

서 업무 담당자 입장에서 TWQ 달성여부 평가 및 수질

개선과 오염물질 삭감을 위한 내실 있는 업무에 전념할

수 있으며 , 아울러 관할 지자체에서는 해당 유역에 대

한 오염도와 부하량 배출 정도를 파악하고 관리하는데

활용할 수 있을 것이다.

5) 본 평가 방법은 지자체 담당 공무원의 입장에서 축척된 실측자료(수질/유량)만을 이용하여 수질평가를 수행할 수 있는 간편법을 제공하는데 그 목적이 있다 . 따라서 , 실무관 입장에서 이 방법을 통한 TWQ 달성유무를 개 괄적으로 파악할 수 있다면 복잡하고 어렵게만 생각되 던 총량업무가 행정 공무원들의 기피 업무가 아닌 접근 하기 어렵지 않은 업무로 평가받을 수 있는 계기가 되 었으면 한다. 추가 연구로 제안된 방법의 코딩을 통한 임의 수계 실측자료만 입력하면 평가를 통한 수질개선 과 표준 관리방안을 제시해 주는 전산화 연구를 수행하 도록 할 계획이다.

6) 끝으로 우리나라와 같이 이수와 치수 관리가 어려운 소 하천(유황계수 300 이상인 하천)의 대표 유량/부하지속 곡선 개발 및 유역 오염도와 부하량의 배출 정도를 파 악하는데, 위 평가 방법을 손쉽게 적용할 수 있어 소하 천의 현실적인 평가 및 관리정책 마련에 대안법의 역할 을 수행할 수 있을 것으로 판단된다.

Acknowledgement

이 논문은 낙동강수계 유량측정사업의 지원을 받아 수행하 였습니다.(NIER-2020-05-01-003)

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