장기적 토지피복 분석을 통한 경안천 유역의 토지이용 특성
한미덕ᆞ김지찬*ᆞ정욱진†
명지대학교 환경생명공학과
*유량조사사업단
Land Use Characteristics in the Kyungan Watershed by Analyzing Long-Term Land Cover Data
Mideok Han⋅Jichan Kim*⋅Wookjin Chung†
Department of Environmental Engineering and Biotechnology, Myongji University
*
Hydrological Survey Center
(Received 28 September 2010, Revised 8 February 2011, Accepted 8 February 2011)
Abstract
The use of land cover was sharply changed during 1975~2007 in the Kyungan watershed (561.12 km
2). The changes occurred over an area of more than 227.65 km
2during the overall period at changing rates of 1.04% per year for water area, 1.79% per year for residential area, 2.99% per year for bare area, 3.03% per year for wetland area, 3.04% per year for grass area, 0.87%
per year for forest and 2.32% per year for agriculture area. Water, residential, bare and wetland areas increased, while grass, forest and agriculture areas decreased during the last 32 years. BOD concentrations of representative sites for each sub-watershed continuously increased until the early 2000s as residential area increased with the highest discharged load, but decreased after the mid 2000s except upper Kyungan watershed. Such decline appears to be associated with the planning of Total Maximum Daily Load management for Gwangju city and expansion of waste water treatment plant. It is necessary to control land use/cover changes of the upper watershed and to prepare appropriate watershed management system for improvement in river environment including water quality, stream flow and bio-diversity.
keywords : Geographic Information System (GIS), Kyungan watershed, LULC change, TMDL management system, Water quality
1. 서 론
1)
지난 10여년 동안 토지이용 및 피복(Land use and land cover, LULC) 변화의 분석을 위한 다양한 모델과 기법들 이 개발되어 활용되고 있다. 그 예로는 회귀분석, 마코우 체인(Markow Chain), 셀룰러오토메타(Cellular Atuomata) 등의 모델이 LULC 변화를 설명하기 위해서 적용되었다 (Veldkamp and Lambin, 2001). 주로 최근에 이슈가 되고 있는 LULC 변화로는 전원주택단지의 개발, 산림단절 (Forest Fragmentation), 농경지 확대, 도시의 교외화(Sub- urbanization), 도시의 확산(Urban Sprawl) 등이다. 특히 유 역단위에서의 LULC 변화는 해당 유역을 유하하는 하천 수질뿐만 아니라 유역 생태계 및 수자원 사이클 등에 큰 영향을 미치고 있다(박석순 등, 1994; 하주현 등, 2009; 한 미덕 등, 2009). 하천수질은 점오염원과 비점오염원의 영향 을 받으며 특히, 비점오염원의 대부분 오염물질이 강우시 해당 상류유역으로부터 유출되는 것으로 파악되고 있다. 그
†
To whom correspondence should be addressed.
[email protected]
러므로 상류유역의 LULC는 하류의 수질에 큰 영향을 미 치게 된다. 이러한 LULC는 유역내 표고, 경사, 토양 종류 등의 물리적 인자 및 인구, 관리정책, 하천이용 목적 등의 사회경제적 인자들과 직･간접적으로 연관된다.
유역 유출에 가장 큰 영향을 주는 인자인 토양 및 토지 이용에 의한 비점오염원의 관리를 위해서 국무총리실 주관 하에 관계부처 합동으로 4대강 비점오염원관리 종합대책
을 2004년에 수립하였고 2005년에는 비점오염원관리를 제 도적으로 뒷받침할 수 있는 수질환경보전법 개정 및 각 수 계별 비점오염원 저감시설의 효율평가, 설계기준 정립･운영 및 유지관리 지침서 발간 등의 국책사업을 지속적으로 실 행하고 있다. 또한 2015년까지 비점오염원 유출 사업장에 대한 단계적 관리를 확대하여 기존의 하･폐수 등 점오염원 관리중심에서 토지이용에 따른 비점오염원 관리를 본격적 으로 실시할 계획이다(환경부, 2006). 그러나 위와 같이 비 점오염관리를 위한 장기적인 방향은 설정되어 있으나, 이를 기반으로 보다 효율적이고 체계적인 비점관리 제도 정착을 위한 비점오염원 자료 분석 기법이나 구체적인 기초 데이 터의 확보가 미비한 상태에 있다.
기존의 LULC 변화에 대한 연구들은 주로 인구, 교통, 토
지이용 사이의 관계를 규명하기 위해 토지이용 변화의 추 정을 위한 모형개발 및 적용의 도시계획분야와 유역내의 수질, 생태계, LULC 사이의 상관관계를 해석하기 위한 환 경관리 분야로 크게 분류되고 있다. 전자의 경우 토지이용 변화의 추정을 목적으로 하는 만큼 모형의 개발에 큰 비중 을 두고 있으며 미국에서 폭넓게 적용되고 있는 UrbanSim 모형(Waddel, 2002), 표준적 확률선택모형인 PECAS 모형 (Hunt and Araham, 2003), 셀룰러오토메타 기반의 SLEUTH 모형(Clarke, 1997), 확률선택모형인 Multinomial Logit 모형(Frazier and Kockelman, 2005) 등이 있으며 도 시계획에서의 활용성을 높이기 위해 지속적인 연구개발 노 력이 시도되고 있다.
후자의 경우는 구체적인 모형의 적용보다는 현재의 토지이 용현황과 현재의 수질 및 수생태계의 관계를 분석하기 위해 서 해당유역의 토지이용별 비율과 수질과의 상관관계나 회 귀분석을 하는 경우가 대다수를 차지하였다. Maillard and Santos (2008)은 브라질의 Velhas 유역의 6가지 토지피복 패 턴(Riparian forest, Forest, Savanna, Planted forest, Agro-pastoral, Barren)을 이용하여 다중회귀분석을 하였고 이 회귀식으로부터 수질을 예측하는 연구를 시도하였다. Li 등(2008)은 중국의 Han 유역을 대상으로 Vegetation, Agriculture, Urban, Waters, Bare Land 등의 LULC 비율을 설명변수로 한 단계적 다중 회귀 모델(Stepwise Multiple Regression Model)을 이용하여 pH 및 SPM(Suspended Particulate Matter) 등의 수질항목을 평가하였다. Ahearn 등 (2005)은 미국 캘리포니아 서부 Sierra Nebada 유역의 토지 이용과 수질의 관계를 PRMS(Precipitation Runoff Modeling System)인 수리학적 모형과 결합한 LME(Linear Mixed Effects) 모델을 이용하여 분석하였다. Tu and Xia (2008)은 미국 Massachusetts 유역에서의 토지이용과 수질의 사이의 관계를 평가하기 위해서 GWR(Geographically Weighted Regression) 모형을 제안하여 적용하였다. 앞서 언급된 대부 분의 선행연구들은 회귀분석을 기본으로 수질과 토지이용의 관계를 보다 잘 반영할 수 있도록 수정된 모형을 제시하였다.
그러나 이러한 선행연구들에서 모형의 설명변수로 사용 된 대부분의 토지이용 인자들은 해당유역의 토지이용 및 피복에 대한 항목별 비율을 대상으로 하였다. 광범위한 유 역의 전체 토지이용 비율을 변수로 선택할 경우 해당 유역 의 수질이나 생태계 변화의 주된 원인이 되는 LULC 패턴 을 규명하고 설명하는 데 한계가 있다고 고려된다. 즉, 보 다 세밀하고 구체적인 토지이용 변화에 대한 분석이 우선 적으로 이루어지고 그 이후에 이러한 세부변화가 수질 및 생태계 등에 미치는 영향을 평가하는 것이 바람직할 것으 로 판단된다.
그러므로 본 연구에서는 경안천 유역을 중권역 물환경관 리계획의 표준유역인 5개 유역으로 분류하여 1975년에서 2007년 사이의 1) 각 유역에서의 토지이용 패턴에 유의한 차이가 있는지를 대지면적 중심으로 검토하였고, 2) 이 결 과와 수질 등의 환경인자 자료와의 관계를 명확히 규명하 고자 하였다.
2. 연구방법
2.1. 연구대상지
본 연구의 대상지역은 경안천 유역으로 광주산맥이 유역 의 분수령을 이루고 있으며, 경기도 용인시 호동 문수봉에 서 발원하여 북서류하다 용인시를 관류하면서 방향을 북으 로 바꾸어 경기도 광주시를 관류한 후 수도권의 상수원인 팔당호로 합류하는 하천이다. 상수원으로 유입되는 하천이 기 때문에 수질이나 토지이용 등에 매우 민감한 유역에 해 당한다. 특히 경안천의 경우 1985년 이후부터 수변을 중심 으로 시가화 지역이 급속도로 발전하고 있어 보다 효율적 인 토지이용관리가 필요한 유역이기도 하다. 이러한 이유로 경기도 광주시는 하천의 용수목적 등에 맞는 목표수질을 설정하였고 해당 하천수계의 배수구역에서 배출되는 오염 부하 총량이 설정된 목표수질을 달성할 수 있는 허용량 이 하가 되도록 관리하는 제도인 수질오염총량관리제도를 2004년부터 승인을 거쳐 실시하고 있으며 용인시의 경우도 2008년부터 오염총량관리계획을 실시 중에 있다(경기개발 연구원, 2010).
2.2. LULC자료
LULC자료는 국가수자원관리종합정보시스템(2010)에서 각 유역 및 하천별로 1975년부터 2000년까지 5년 간격의 LULC raster 데이터(30×30 m)를 이용하였다.
경안천 유역의 토지이용 자료는 7개 년(1975년, 1980년, 1985년, 1990년, 1995년, 2000년, 2007년)에 대해서 수집되 었다. 2000년 이후의 토지이용 자료의 경우 국가수자원관 리종합정보 시스템에서 제공되지 않아 1975년부터 2000년까 지의 6개 년도의 데이터는 국가수자원관리종합정보 시스템 으로부터 수집되었고, 환경부에서 제공한 2007년 데이터를 이용하였다. 각 년도별 데이터의 형식, 해상도, 토지이용 분류항목 등이 년도별로 상이하여 ArcGIS를 이용하여 30
× 30 m 격자 데이터로 모든 년도별 데이터를 재분석하였고 토지이용 분류항목은 1975년의 7개 분류항목으로 간소화하 였다. 분류항목은 수역, 대지, 나지, 습지, 초지, 산림, 농경 지 등 7개 항목이다. 대상지역의 LULC 격자 데이터를 이 용하여 1975년부터 2007년까지 동일한 격자에서 토지이용 및 피복에 대해서 어떠한 변화가 일어났는지에 대한 분석 을 실시하였다. 단순히 산림이나 농경지지역이 도시나 산업 지역으로 대체된 일반적인 내용이 아닌 각각의 30 × 30 m의 격자가 최근에 어떻게 변화하였는지에 대한 구체적이고 정 밀한 분석을 실시하였다.
토지이용 패턴 분석과 더불어 수질과의 관계분석을 위하
여 각 항목별, 기간별 토지이용 면적의 변화를 대지면적을
중심으로 분석하였다. 토지계 지목별 연평균 발생부하 원
단위를 비교해 보면, 대지의 경우 생물학적 산소 요구량
(BOD), 총질소(T-N), 총인(T-P)의 주요수질항목에 대해 전,
답, 임야, 기타 토지계에 비교하여 월등히 높은 부하량을
발생시키는 경향을 나타냈다. 각 토지계 지목별 발생부하량
은 Table 1과 같다(환경부, 2009a).
Fig. 1. Five sub-watersheds including with the locations of water sampling sites and waste water treatment plants (WWTs) in the Kyungan watershed.
Table 1. Unit loads from land cover type
Land cover BOD(kg/km2･day)
T-N (kg/km2･day)
T-P (kg/km2･day)
Crop 1.59 9.44 0.24
Paddy 2.3 6.56 0.61
Forest 0.93 2.2 0.14
Residential 85.9 13.69 2.1
Water, Bare,
Wetland, Grass 0.96 0.759 0.027
2.3. 수질자료
수질자료는 환경부의 물환경정보시스템(2010) 및 경기도 보건환경연구원(2008)에서 측정한 자료를 이용하였으며 각 표준유역별로 최하류 측정지점을 대표지점으로 설정하였다.
경안천상류에서는 경안천2, 경안천중류는 오산천1, 경안수 위표는 경안천4, 곤지암천은 곤지암천, 경안천하류는 경안 천6의 지점 자료를 이용하였다(Fig. 1). 경안천 4지점은 1989~
2009년 수질자료를 활용하였고 그 외 4개 지점은 1992~
2009년 자료를 활용하였다.
2.4. 분석단계
분석방법의 단계에서는 1) 각 기간(1975~1980년, 1980~
1985년, 1985~1990년, 1990~1995년, 1995~2000년, 2000~
2007년)과 토지항목별로 대지로 변환된 면적을 연별로 산
출하여 각 항목별 대지로의 변화비율 분석, 2) 변화율이 높
은 상위순위의 토지항목이 대지로 변화되는 패턴을 각 단
위유역별로 분석하여 단위유역별 차이 분석, 3) 각 단위유
Table 2. Area (km
2) and proportion (%) of land cover type from 1975 to 2007 in the Kyungan watershed
Land cover 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2007
Water 4.39(0.8) 3.6(0.6) 5.78(1) 3.52(0.6) 3.84(0.7) 3.21(0.6) 10.94(2)
Residential 4.82(0.9) 9.3(1.7) 9.87(1.8) 20.72(3.7) 30.7(5.5) 39.28(7) 63.31(11.3)
Bare 0.02(0) 2.62(0.5) 1.23(0.2) 9.47(1.7) 8.53(1.5) 14.03(2.5) 11.09(2)
Wetland 1.21(0.2) 0.05(0) 0.41(0.1) (0) 0.01(0) 2.47(0.4) 1.6(0.3)
Grass 7.44(1.3) 13.54(2.4) 18.37(3.3) 27.1(4.8) 32.52(5.8) 46.11(8.2) 17.2(3.1) Forest 407.04(72.5) 405.79(72.3) 405.24(72.2) 387.8(69.1) 387.58(69.1) 361.61(64.5) 364.01(64.9) Agriculture 136.19(24.3) 126.2(22.5) 120.2(21.4) 112.51(20.1) 97.93(17.5) 94.41(16.8) 92.95(16.6)
역별 환경기초시설 및 수질 자료의 연도별 변화 분석을 포
함하여 조사하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1. 경안천유역 LULC 패턴의 변화
1975년부터 2007년까지의 7개 토지이용 항목별 면적 및 비율은 Table 2와 같다. 총 면적이 561.12 km
2인 경안천 수계의 1975년 토지이용 구성은 산림이 72.5%, 농경지가 24.3%로 대부분의 면적을 차지하고 있었고 이를 제외한 수 역, 대지, 나지, 습지, 초지의 합이 3.2%로 구성되어 있었 다. 이에 비해 2007년의 토지이용 비율을 살펴보면 산림과 농경지가 각각 64.9%, 16.6%로 여전히 대부분의 면적을 차지하고 있지만 대지 면적은 4.82 km
2(0.9%)에서 63.31 km
2(11.3%)로 급속히 증가되고 있음이 확인되었다.
또한, Fig. 2에서 제시하는 바와 같이 1975년과 2007년의 토지이용면적을 항목별로 비교해 보면, 수역, 대지, 나지, 습지, 초지 면적은 증가한 반면 산림, 농경지 면적은 감소 하는 경향을 보였다. 토지이용 변화량은 이와는 조금 다른 양상을 보였다. 토지이용 변화량이란 일정구간의 시작년도 에서 종료년도까지 해당 토지항목을 그대로 유지한 면적과 타 항목으로 변화된 면적을 이용하여 산출되었다. 즉, 나지, 습지, 초지, 대지와 같이 비교적 차지하는 면적비중(2% 이 하)이 낮은 토지항목의 경우 변화량이 매우 큰 것으로 나 타났다. 그러나 수역의 경우는 전체 면적은 작지만 타 토 지항목으로의 변화가 어려운 특성 때문에 33.26%로 낮은
Fig. 2. Land cover changing rate between 1975 and 2007.
Fig. 3. Changed area of Land cover(LC) from six land cover types to residential type for each period.
변화량을 나타냈다. 1975년부터 지속적으로 전체면적의 60%
이상을 차지하고 있는 산림의 경우는 32년 동안의 변화량 이 27.92%로 분석되었다. 농경지의 변화량은 74.43%를 나 타냄에 따라 1975년에 농경지였던 지역의 토지이용이 2007 년에는 상당수 타 토지항목으로 변환된 결과를 보였다.
Fig. 3에서는 단위면적당 수질오염 부하량이 가장 높은 대지를 중심으로 각 해당기간에 각각의 토지항목들이 대지 로 변화된 면적에 대한 결과를 제시하였다. 1975~1990년의 경우 대지로 변화된 토지항목의 대부분이 산림과 농경지였 으나 1995년부터는 초지와 나지에서 대지로 변환되는 비율 도 크게 증가하였다. 1975~1980년을 제외한 1980~2007년 에서 대지로 가장 많이 변환된 토지항목은 농경지였으며, 그 다음으로 산림, 나지, 초지의 순으로 나타났다. 1975~
1980년에는 연간 1.64 km
2이 타 항목에서 대지로 변환된 반면 2000~2007년에는 연간 5.69 km
2가 대지로 변환됨에 따라 기간별로 변화 면적비에 차이가 있는 것으로 나타났 으며 시간이 경과함에 따라 대지로 변화된 면적이 크게 증 가하는 경향을 보였다. 이것은 1975년부터의 인구증가와 밀접한 관련이 있다. 1975년에서 1980년의 5년동안에는 6.4%에 불과했던 인구증가율이 2000년 이후 5년동안 93,727명에서 154,466명으로 64.5%의 급격한 인구증가율 보임에 따라 해당유역의 대지면적이 동반 상승한 것으로 평가된다(국가수자원관리종합정보시스템, 2010).
3.2. 단위유역별 LULC 패턴의 변화
Fig. 4에서 경안천 전체 유역을 대상으로 대지로의 토지이
용 변화패턴을 분석한 결과 주로 농경지와 산림이 대지로 변 환되는 것을 확인하였다. 따라서 각 표준유역에 대한 연도별 대지로의 변화패턴을 농경지와 산림을 중심으로 살펴보았다.
1975년 대비 해당연도에서의 농경지에서 대지로의 변화면적 은 모든 표준유역에서 시간이 경과할수록 증가하는 것으로 나타났으나 각 중권역별로 변화율의 차이는 있었다. 각 표준 유역별 변화에 대한 1차 곡선식의 기울기를 비교해 보면 경 안천상류(기울기: 1.427), 경안수위표(1.096), 곤지암천 (0.800), 경안천중류(0.398), 경안천하류(0.325) 순으로 높은 증가비율을 보였다. 산림에서 대지로의 면적 증가율은 경안 천상류(기울기: 1.391), 곤지암천(1.307), 경안수위표(0.992), 경안천중류(0.504), 경안천하류(0.391) 순으로 높았다. 특히 곤지암천 표준유역의 경우 2000~2007년에 농경지와 산림으 로부터 대지로의 변환면적이 급상승하는 경향을 보였는데, 이러한 결과는 2004년부터 실시된 광주시의 수질오염총량관 리제를 통한 오염물질발생량의 자체관리로 팔당상수원보호 구역이라는 지역적 제약을 극복하고 도시화 및 토지개발이 꾸준히 이루어진 결과로 해석되었다. 경안천 상류유역은 행 정구역상 용인시에 해당하는 지역으로 용인시는 1975년에서 1980년사이에는 21.6%의 인구증가율을 보였으나 2000년 이 후 5년사이에는 77.4%의 인구증가율을 나타냄에 따라 2000년 이후 급격한 도시화가 진행되어 그에 따른 대지면적 비율이
Fig. 4. Residential changing area from (a) agriculture and (b) forest in the sub-watersheds since 1975.
증가한 것으로 판단되었다(통계청, 2010). 경안수위표 유역 의 경우는 광주시의 중심시가지가 위치한 지역으로 지속적 인 인구증가 및 개발에 의해서 대지로의 토지이용변화가 증 가한 것으로 판단되었다. 그러나 경안천 하류의 경우 수도법 에 의해 지정된 상수원 보호구역 설정에 의해서 공장, 숙박 관광시설, 음식점, 축산시설, 양식장, 골프장 등의 입지가 허 가되지 않는 지역으로서 개발이 매우 제한적으로 이루어져 개발면적의 증가율이 매우 낮게 나타났다.
3.3. 수질과 LULC 변화의 관계
각 표준유역별 대표지점의 수질측정 시작년도부터의 연 도별 BOD 평균값을 비교한 결과, 각 유역별로 상이한 시 간적 변화를 보였다. 경안천상류를 제외한 경안수위표, 곤 지암천, 경안천하류의 경우 2000년 초반까지 전체적으로 증가하는 경향을 뚜렷하게 보인반면 경안천상류의 경안천 2,3 지점은 오히려 1998년까지 감소하는 패턴을 보이다가 다시 증가하는 등 두 지점의 패턴이 상이한 경향을 보였다.
경안천2,3 지점사이에는 용인하수처리장과 경안천중류로부 터의 유입이 발생한다. 1990년에 신설된 용인하수처리장의 2008년 기준 처리량은 37,994톤/일이며 방류수의 BOD농도 는 5.78 mg/L로 방류수수질기준을 만족하는 결과를 보였다 (환경부, 2009b). 또한 경안천중류의 오산천 1 지점의 경우 도 약 2 mg/L 내외의 BOD 농도를 유지하는 것으로 나타 났다(Fig. 5). 따라서 경안천3지점의 경우 2004년 이후부터 지속적으로 수질이 양호해지는 반면 경안천2지점은 오히려 증가하는 경향을 나타내고 있다(Fig. 5). 경안천2 지점의 영 향유역은 행정구역상 용인시에 해당하며 생활계, 축산계, 산업계 오염원이 밀집되어 있는 특징을 보였다(한강유역환 경청, 2006). 특히 용인의 양돈단지의 경우 일정규모 이하 가 규제대상에서 제외되자 대규모 시설이 규제미만의 소규 모 시설로 분산되어 관리가 매우 어려운 실정이며 유역 내 산재하고 있는 규제 미만의 영세 축산 농가의 경우 대부분 의 분뇨처리를 토지환원에 의한 퇴비화에 의존하고 있기
Fig. 5. BOD concentration changes in the sub-watersheds.
Fig. 6. BOD load-change from 1975 to 2007 in the Kyungan watershed.
때문에 강우시 처리과정에서의 상당량이 비점오염원으로써 수체내로 유입되고 있다(박연희와 박석순, 2004; 최지용, 2002). 이러한 다양한 원인에 의해서 수질이 지속적으로 악 화되는 경향을 보이는 것으로 판단되었다.
Table 2에 의하면 토지이용패턴의 변화 중 부하량이 가 장 높은 대지면적은 토지이용 분석이 시작된 1975년부터 지속적으로 증가하고 있다. 1975년 대비 2007년의 토지 지 목별로 발생하는 BOD, TN, TP 부하량을 계산한 결과 4,974.4 kg/day, 319.0 kg/day, 107.2 kg/day의 부하량이 32 년 동안 증가한 것으로 분석되었다. 이중에서 대지증가에 의한 부하량 증가비율은 BOD, TN, TP 순서대로 99.4%, 97.4%, 99.4%로 수질항목에 관계없이 대부분이 타 토지항 목에서 대지로 변환됨에 따라 발생하는 부하량으로 평가되 었다(Table 3). 이러한 부하량의 변화를 공간적으로 분석하
Table 3. Load-changes from 1975 to 2007 in the Kyungan watershed
Land cover Load-changes
BOD (kg/day) T-N (kg/day) T-P (kg/day)
Water 6.3 5.0 0.2
Residential 5,024.5 800.8 122.8
Bare 10.6 8.4 0.3
Wetland 0.4 0.3 0.0
Grass 9.4 7.4 0.3
Forest -40.0 -94.7 -6.0
Agriculture -36.7 -408.2 -10.4
Sum 4,974.4 319.0 107.2
면 Fig. 6과 같으며, 경안천하류를 제외한 대부분의 지역에
서 하천에 인접하여 부하량이 크게 증가하는 지역이 밀집
되어 있는 것이 확인되었다.
Fig. 7. Accumulated processing capacity of waste water treatment plants.
그러나 이러한 토지이용 패턴의 변화에 따른 지속적인 부하량의 증가로 인한 수질악화가 예상되지만 각 표준유역 별 수질데이터의 경우 2000년 초반까지는 증가하던 BOD 농도가 그 이후부터는 지속적으로 감소하는 경향을 보였다.
이러한 결과는 Fig. 7에서의 하수종말처리장의 용량변화에 서 해석된다. 경안천하류의 경우 영향유역에 위치하고 있는 모든 하수처리장의 영향을 받게 된다. 이에 따라 경안천내 의 하수종말처리장의 용량변화를 분석해보면, 1992년의 18,750톤/day에서 매년 증가하여 2000년에는 91,950톤/day 로 증가하였다. 그러나 이러한 증가추세는 부하량의 증가를 제어하기에는 한계가 있었으며 2002년에 처리용량 25,000 톤/day의 경안하수처리장 완공되고 2004년에 용인하수처리 장 12,000톤/day가 증가되면서 수질이 호전된 것으로 판단 된다. 또한 2004년부터 실시된 광주시의 수질오염총량관리 제도에 의한 오염원관리 및 삭감시설의 확충 등이 크게 작 용한 것으로 보인다. 광주시에 위치한 곤지암천 유역의 경 우 Fig. 4에서 제시하는 바와 같이 경안천상류 및 경안수위 표 유역과 함께 대지로의 개발이 활발하게 이루어진 것으로 분석되었다. 그럼에도 불구하고 곤지암천의 수질이 2000년 초반까지 증가하다가 급격하게 감소한 후 2.0 mg/L이하로 지속적으로 유지되는 것은 수질오염총량관리제도의 영향이 큰 것으로 판단된다. 광주시의 경우 2003~2007년까지의 수 질오염총량관리 기간 중 중반기 이후에 모든 삭감계획 (BOD기준)이 진행된 상황으로 삭감계획에서 제시된 삭감 방법을 살펴보면 하수처리장 증설 및 방류수 수질개선을 통해 전체 삭감량의 79.5%, 하수관거 정비를 통해 14.3%, 산업폐수의 하수처리장 연계처리를 통해 2.8%, 비점저감시 설을 통해 1.9%, 가축분뇨 수거율 증대를 통해 1.5%의 삭 감계획을 수립하였다(박재홍, 2008). 2008년 광주시의 수질 오염총량관리제의 이행평가 결과에 의하면 단위유역별 BOD
배출부하량은 경안천하류 표준유역 중 서하보 상류에 포함 되는 단위유역(한강F-서하보상류 단위유역)을 제외하고 각 단위유역별 할당부하량을 모두 준수하는 것으로 나타났다.
한강F-서하보상류 단위유역은 광주하수처리시설이 안정화 가 되지 않아 방류수질이 관리계획에서 예측한 것보다 높 아 방류부하량이 증가했기 때문으로 보고되고 있다. 지정할 당시설 배출부하량 평가에서도 역시 광주하수처리시설을 제외한 경안, 곤지암, 오포, 도척, 광동, 매산하수처리서설 모두 지정할당량을 준수하는 것으로 나타났다(광주시, 2009).
그러나 경안천상류의 경우 용인하수처리장 상류에 위치한 수질측정망에서 수질이 지속적으로 악화되는 것으로 평가 됨에 따라 집중적인 관리가 요구된다. 이에 따라 2008년부 터 실시되고 있는 용인시 수질오염총량관리제도가 본격적 으로 시행되면 수질개선의 긍정적인 효과가 기대된다.
4. 결 론
본 연구에서는 1975년부터 2007년까지의 경안천의 표준 유역별 토지피복도 및 수질을 분석하여 다음과 같은 결론 을 도출하였다.
1) 1975년 기준 2007년의 각 토지피복 항목별 변화량은 수 역 33.26%, 대지 57.35%, 나지 95.65%, 습지 97.2%, 초 지 97.30%, 산림 27.92%, 농경지 74.43%로서 나지, 습 지, 초지 등 총면적대비 5%가 되지 않은 작은 면적의 항목들에서 변화량이 큰 것으로 분석되었다.
2) 1975년부터 2007년까지의 각 토지피복별 증감패턴을 분 석한 결과, 수역, 대지, 나지, 습지, 초지 등은 증가한 반면 산림과 농경지는 감소하는 경향을 보였다.
3) 다섯 개의 표준유역에 대해서 산림 및 농경지에서 대지
로 변화된 면적을 추정한 결과, 산림이 대지로 변화된
경우에는 경안천하류와 중류의 경우 1975년 대비 2007 년에 세 배정도 대지 면적이 증가한 반면 경안천수위표, 경안천상류, 곤지암천의 경우는 다섯 배 이상 증가한 것 으로 평가되었다. 특히 곤지암천의 경우 아홉 배 이상 급상승하였다. 농경지에서 대지로의 변화 역시 이와 유 사한 경향을 보였으며 최대증가는 경안천상류에서 아홉 배로 나타났다.
4) 1975년 대비 2007년의 토지 지목별로 발생하는 BOD 부 하량을 계산한 결과 4,974.4 kg/day의 부하량이 증가한 것으로 분석되었으며, 대지증가에 의한 부하량 증가의 비 율은 99.4%로 대부분이 차지하는 것으로 평가되었다.
5) 경안천상류를 제외한 네 개 표준유역에서의 BOD농도의 시간적 변화는 2000년 초까지 전반적으로 증가하다가 그 이후부터 감소하는 유사한 경향을 보였다. 이러한 경 향은 하수종말처리장의 확충 및 광주시의 수질오염총량 관리제도 시행의 영향이 큰 것으로 판단된다.
사 사
이 논문은 2009년 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국 연구재단의 지원[NRF-2009-353-D00042] 및 한국연구재단 의 대학중점연구소 지원사업[2010-0028300]의 지원을 받아 수행된 연구임.
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