1. 서 론
1)1960년대 이후 정부는 점오염원에 의한 하천 수질 악화 를 방지하기 위해 지속적인 투자와 연구를 수행하였다. 이
†To whom correspondence should be addressed.
Department of Civil & Environmental Engineering, Kongju National University
E-mail: [email protected]
러한 환경부의 적극적인 투자와 노력에 의해 국내 하천의 수질은 크게 개선되었으며, 2000년대 이후 수질오염총량관 리제도와 하수 및 산업폐수 등에 대한 방류수 수질기준 강 화 등으로 더욱 개선되었다. 그러나 자연상태의 토지가 주 거, 상업, 도로 용지 등으로 변경되고, 도시개발, 산업개발 등 각종 개발은 불투수 면적의 증가를 초래하였다. 그 결 과, 1970년 전국 평균 3%에 불과했던 불투수면적률이 2012년에는 수계 및 임야를 제외하면 22.4%까지 증가하였
국내 비점오염 관련 연구 동향 및 향후 연구방향 제언
전제찬･정제호･김용석･김이형
*,†국립환경과학원 유역총량연구과
*공주대학교 건설환경공학과
A Review of Research Trend Related to NPS and Suggestion for Research Direction in the Future
Jechan Jeon･Jeho Jung･Yongseok Kim･Lee-hyung Kim*,†
Water Environment Research Department, National Institute of Environmental Research
*Department of Civil & Environmental Engineering, Kongju National University (Received : 11 December 2017, Revised: 26 January 2018, Accepted: 26 January 2018)
요 약
본 연구에서는 1980년대부터 수행되어온 비점오염원과 관련된 연구동향을 1) 비점오염물질의 유출특성, 2) 처리기술, 3) LID 및 GI 기술, 4) 관리방안 및 정책의 4개 분야로 나누어 검토하고, 향후 연구방향을 제시하였다. 비점오염원과 관련된 연구는 2010년 이전까지는 주로 비점오염물질의 유출특성에 관한 연구가 주를 이루었으며, 최근에는 LID 및 GI 기술 개발·효과평 가 및 적용이 주를 이루고 있었다. 비점오염원의 대책마련을 위해서는 사회·지리·환경·기상 등 많은 분야를 접목한 연구가 이루어져야 하지만 아직까지는 많이 미흡한 실정이었다. 또한, 지역적으로 비점오염의 발생 원인물질과 최적 저감대책이 다를 수밖에 없으므로 중앙정부에 의한 일률적인 대책과 가이드라인보다는 지역의 특성을 고려한 대책과 가이드라인의 마련이 필요하였다. 아울러 관주도가 아니라 민간주도로 비점오염원을 관리할 수 있는 법과 제도의 마련이 필요하였다. 아울러 관주도가 아니라 민간주도로 비점오염원을 관리할 수 있는 법과 제도의 마련을 위한 연구가 수행되어야 할 것이다.
핵심용어 : 강우유출수, 비점오염원, 빗물오염, 유출저감, 저영향개발
Abstract
Research trend about nonpoint pollution source(NPS) that have studied since 1980 was divided into 4 categories:
1) runoff characteristics of NPS, 2) treatment technique, 3) LID and green infrastructure(GI), 4) management practices and policy. This study reviews them and recommends the future research direction. The research on runoff characteristics of NPS until 2010 was mainly carried out. But recently, many researchers has been conducting studies on technology development, effect evaluation and field application. Providing best measures on NPS should be tried to conduct studies that many fields such as society, geography, meteorology and environment are fused. But it has not been enough yet. Because the cause material and optimum measures of NPS are different from each other regionally, it is considered that it needs studies to prepare measures and guidelines with regional characteristics rather than a uniform measures and guidelines by the central government. In addition, more comprehensive studies must be carried out to establish rules and regulations to manage NPS not only by government sector but also the private sector.
Key words : LID, Non-point Pollutants Source, Stormwater Runoff
으며, 모든 특·광역시에서는 20%를 초과하게 되었다(환경 부, 2013). 이에 과거와 비교할 수 없는 많은 비점오염물질 과 새로운 오염물질이 하천으로 유입되고 있으며, 이와 같 은 영향으로 수계에서 난분해성 물질과 유해물질의 함량이 점차 높아지고 있는 것으로 보고되었다(환경부, 2006). 높 은 농도의 비점오염물질이 지속적인 유입되면 수질의 악화 뿐만 아니라 수생태계 건전성 또한 약화시킬 수 있는데(최 지용 등, 1997), 비점오염물질에는 농지에 살포된 비료와 농약, 낙엽, 동식물의 사체, 자동차 배기가스, 주거 및 산업 단지 등에서 배출되는 영양물질, 암모니아, 중금속 물질, 유 기물, 탁도물질, TSS, 독성물질, 산성물질 등 매우 많은 종 류의 오염물질이 함유되어 있어 심각한 수생태계 파괴와 같은 현상을 초래할 수 있다는 연구결과가 있다(강주현, 2007).
우리나라에서는 1980년대 초반부터 비점오염원 배출량을 조사하기 시작하였으며, 수질오염총량관리제의 시행에 따라 실측자료를 바탕으로 한 토지이용별 발생원단위로서 비점오 염원이 차지하는 비율을 평가하여 왔다. 이러한 연구 결과들 을 토대로 국립환경과학원(NIER, 2010)은 비점오염원이 2010년 68.3%, 2020년에는 72.1%까지 그 기여율이 높아질 것으로 예측하였다(Fig. 1과 Fig. 2). 결국 30년 전 점오염원 대신 비점오염원이 하천 수질오염의 주범이 되었다.
Table 1에는 비점오염 관리 방법에 따른 비점오염원 관 리 단계를 구분하여 나타내었다. 1998년 11월에 수립한 ‘4 대강 물관리 종합대책’에 포함된 비점오염원 관리방안은 비 점오염원과 관련된 최초의 정부차원의 대책이었으나, 관련 법령상 비점오염원 관리규정이 미비하였으며, 유역별 특성 에 근거한 최적관리를 위한 기술이 부족하였다. 이후 ‘4대 강 물관리 종합대책’을 토대로 2004년에는 범정부 차원의
‘제1차 비점오염원 관리 종합대책(’04~‘11년)’(이하 제1차 종합대책)이 마련되었으며, ‘제1차 종합대책’에는 비점오염 원 관리에 필요한 법적 근거 마련, 비점오염저감시설 시범 설치 및 모니터링 사업에 대한 추진 계획 등이 포함되었다.
‘제1차 종합대책’에 따라 2005년 3월 ｢수질환경보전법｣(｢수질
및 수생태계보전에 관한 법률｣로 개정)을 개정하여 비점오 염원 관리를 위한 법률적 근거를 처음으로 마련하였으며, 2006년에는 ‘비점오염원 설치신고제도’와 ‘비점오염원 관 리 지역 지정제도’가 시행에 들어갔다. 또한 2006년에는 장 기계획인 ‘물환경관리 기본계획’이 수립되어 수계영향권역 별로 비점오염원을 관리하게 되었다. 2011년 제1차 종합대 책이 종료됨에 따라 기후변화와 4대강 사업 등 국내외 환 경 변화를 고려한 비점오염원 종합관리 대책인 ‘제2차 비점 오염원 관리 종합대책(’12~‘20년)’(이하 제2차 종합대책)이 마련되었다. 제2차 종합대책에서는 물순환구조를 개선해 강우유출량을 저감하고, 유역통합관리를 통한 비점오염발 생을 최소화하며, 국민 참여 및 생활실천형 비점오염관리를 강화하는 것을 목표로 한다.
Fig. 1. Forecast of NPS source pollution loads(NIER, 2010)
Fig. 2. Average water quality of main 4 rivers(Interagency committees, 2012)
Table 1. Step of NPS management
Step of NPS management Contents of NPS mansgement
Level 1 Early stage of NPS management using TMDL (1998~2003)
- Management of NPS through the installation of apparatus type facilities without a legal system
Level 2 NPS removal system Establishment stage (2004~2011)
- Establishment of efficient NPS management system through system improvement related to NPS
- Implementation and assessment of apparatus type and natural type NPS removal facilities
Level 3 Future direction of management technology (2012~2013)
- Introduction of LID technology for NPS management
- Direction establishment of domestically applicable LID technology - Future direction of Korean LID technology
Level 4 Stage of example applicaton of management
- Development of Korean featured LID/GI technology - Establishment of design criteria for LID and GI technology - Establish of connecting technologies between gray infrastructure
and GI Level 5 Stage of expeding application of management technology
(2019~) - Extended application GI and NPS technologies
이러한 정부의 대책으로 4대강 비점오염저감시범시설의 설치 및 모니터링, 고랭지밭 흙탕물 유출저감, 빗물유출제 로화 시범단지, 물순환선도도시, 빗물오염 요금(가칭) 도입 등 다양한 연구들이 이루어져 왔으며, 비점오염원 관리를 위 한 방안 설정 및 정책들이 수행되었다. 그러나 2010년까지 비점오염원과 관련된 초기 연구는 비점오염물질의 유출특성 을 규명하는 것이 대부분이며, 비점오염원에 대한 대책을 마 련하기 위해서는 수질, 기상, 미생물, 지하수, 사회학적인 요 인 등 다양한 분야에서 연구가 되어야 함에도 불구하고 아 직은 많은 분야에서 연구가 미흡한 것으로 보여진다. 또한 최근에는 비점오염저감 뿐만 아니라 유량의 저감과 경관 개 선 등 다양한 기능을 가지는 LID 및 GI 기술들이 도입되어 도시 차원의 물순환효과, 환경방재, 친수구역개발을 고려한 도시계획과 조경분야까지 고려한 연구가 필요한 것으로 보 여진다. 따라서 본 연구에서는 지금까지 진행되어온 비점오 염원 연구들을 종합적으로 고찰하고, 최근 현안들을 고려하 여 향후 연구 방향에 대해 논의해보고자 한다.
2. 비점오염 연구동향 및 추진방향
비점오염원 관리 대책을 마련하기 위해서는 비점오염이 문제시 되는 지역에서의 발생원인과 원인물질 등에 대한 정확한 파악과 지금까지의 대책에 대한 영향 평가의 과정 이 필요하다. 이와 함께 더 다양하고 최적의 해법을 마련하 기 위해서는 현재까지 국내에서 비점오염과 관련하여 연구 된 내용들을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 현재까지 국내에서 보고된 연구논문들과 보고서들을 검토하고, 비점 오염원의 유출특성, 비점오염원 처리기술, LID 및 GI 기술, 그리고 정책 및 관리방안으로 구분하여 고찰하였다.
2.1 비점오염물질의 유출특성
비점오염물질의 유출에는 해당 지역의 선행건기일수, 강
우량, 강우강도와 같은 환경적인 측면뿐만 아니라 토지이용 형태, 경사도, 배수구역 면적, 주민 삶의 질 등과 같은 사 회·지리적인 면도 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 따라 서 효율적인 비점오염원 관리정책을 수립하기 위해서는 정 확한 비점오염물질 유출특성의 파악이 선행되어야 한다. 국 내에서 비점오염원의 유출특성은 1980년대부터 연구되기 시작하였으며, 이 시기에는 대연천과 수영만, 주암호, 팔당 상수원, 안양천, 경안천 유역 등 유역 차원에서 비점오염물 질이 수계에 미치는 영향을 평가하였다(정장표 등, 1993;
최우정 등, 1988; 조은일 등, 1995; 김성수, 2002; 황병기 등, 2001; 이현동 등, 2001; 김철 등, 2001; 문종필 등, 1999; 박청길 등, 1995). 그 후 2004년부터 정부의 비점오 염원 관련 정책이 추진됨에 따라 본격적으로 비점오염물질 의 유출특성에 관한 연구가 시작되었는데, 도로, 주차장, 논, 밭, 주거지역, 산림지역, 산업단지, 상업지역 등과 같은 단일 토지형태 및 복합토지형태를 가지는 비점오염원에 대 해 모니터링하고, 초기세척효과, EMC 농도, 부하량, 원단 위 등을 제시하였다(Fig. 3, Table 2).
비점오염원에 대한 유출 농도, 초기세척효과 등에 대한 분석 결과는 비점오염원의 발생 후 대책 마련에 큰 도움을 주었으며, 원단위 조사는 수질오염총량관리제에서 토지계 의 발생부하량 산정에 기초자료로 이용되고 있다(Table 3).
그러나 발생원에서 직접 모니터링한 부하량과 수체로 유출 되기 직전 유달부하량이 고려된 지점에서 모니터링한 부하 량의 개념 차이 없이 부하량이 산정되어 연구결과들을 직 접적으로 비교하기는 어려운 것이 많은 것으로 나타났다.
또한 많은 연구들이 단순히 강우량에 따른 초기세척효과, 유출농도와 부하량만을 파악하였으며, 유출특성에 영향을 미치는 유역의 경사도, 토지피복도, 배수구역 면적와 같은 요인들을 함께 고려하여 지역 특성이 반영된 유출 결과는 파악하기 어려운 것으로 나타났다. 최근에는 난분해성 물질 과 미량 유해물질이 수계로 유입되어 문제로 대두되고 있 다. 병원균에 대한 내성 증가를 목적으로 돼지에 투여되는
Fig. 3. Runoff curve of NPS(Son et al., 2008)
항생제는 가축분뇨의 형태로 비점오염물질이 되어 하천과 지하수로 유입될 수 있다. Amoxyciliin, Tetracycline 등과 같이 항생제로 많이 이용되는 물질이 비점오염에 의해 수 계로 지속적으로 유입되면, 미생물이나 수중 동식물에게도 항생제로 작용하고, 수중 생태계에 악영향을 미칠 수 있으 므로 향후에는 이러한 미량물질에 대한 연구도 진행되어야 할 것으로 보여진다.
한편, 최성현 등(2002)과 이종각 등(1995)에 의해 비점오 염원으로서 합류식 하수관거 월류수의 유출특성에 대한 연 구도 수행되었으며, 일반적인 수질항목과 중금속 외에 대장 균군과 대장균의 유출 특성을 조사한 사례(김건하, 2006a, 2006b)와 융설로 인해 발생하는 비점오염물질의 유출 특성 을 조사한 사례(최용훈 등, 2012)도 있는 것으로 나타났다.
김건하는 도시지역 강우유출수에서 발생하는 대장균군의
농도는 생하수보다 높아서 하천수 오염의 중요한 발생원이 라고 하였다. 또한, 모델링에 의한 유출 농도 및 부하량 산 정에 관한 연구도 많이 수행되었는데, 주로 SWMM, HSPF, SWAT, BASINS 등과 같은 모델들이 활용되는 것 으로 나타났다.
장재호 등(2009)은 BASINS/SWAT 모델을 이용하여 경 안천 유역의 오염부하 배출 특성을 밝혔으며, 이재운 등 (2012)은 BASINS/HSPF 모델을 활용하여 비점오염부하량 을 정량적으로 평가하고자 하였다. 한편, 박윤식 등(2014) 은 유역에 대한 탁수저감대책으로 STEPL WEB 모형을 이 용하여 식생여과대와 농경지의 산림으로의 환원을 모의하 고, 이과정에서 기후변화 시나리오를 적용하여 장기적인 유 사량 발생을 모의하였으며, 권헌각 등(2015)은 SWMM을 활용하여 교통지역 비점오염원 EMCs를 산정하였다.
Table 2. Effluent concentrations of NPS in Various land use type
Land use type SS BOD COD TN TP References
Road 36.6-580.1 15.94-50.2 16.1-331 1.11-14.6 0.4-1.43
Kang et al., 2005 Kim et al., 2004 Shon et al., 2008
Jean et al., 2012 Go et al., 2009
Parking lot 66.5-462 5.4-39.2 13.6-186.5 1.2-9.7 0.14-1.3
Shin et al., 2004 An et al., 2012 Go et al., 2009
Bridge 28.8-140.0 11.1-57 15.8-22.4 0.9-24.4 0.2-1.0 Kil et al., 2008;
Kim et al., 2012
Railroad 88.5 - 173.9 11.1 - Kim et al., 2005
Rasidential area 34.9-163.7 8.9-63.8 12.6-37.5 3-13.1 0.36-3.4
Ryu et al., 2013 Kim et al., 2012 Shin et al., 2004 Jung et al., 2007
Business area 69.8-91.6 13.7-69 15.8-42.2 7.7-9.1 0.59-1.3 Shin et al., 2004
Jung et al., 2007
Industrial complex 25.5-120.6 8.8-20.8 15.4-44.5 4.5-5.58 0.2-1.48
Jung et al. 2007 Shin et al., 2004 Kim et al., 2012 Kim et al., 2012
Livestock area 227.6 32.2 41.2 32.8 2.6 Hwang et al., 2012
Mining area 1,499 13.4 18.3 3.2 0.6 Choi et al., 2010
Forest area 14.8-45.5 1.1-2.6 1.8-2.9 1.7-2.3 0.1-0.14
Kwak et al., 2008 Choi et al., 2009
MOE, 1999
Field 319.5-724 0.7-16.1 17.3-99.2 1.54-51 0.1-4.9
Jeon et al., 2013 Joo et al., 2007 Kang et al., 2009
MOE, 1999
Rice paddy 17.4-104.3 2.3-23 7.7-42.8 1.4-6.5 0.12-0.61
Park et al., 2005 Song et al., 2012
MOE, 1999
Grassland 110.1 9.1-35.1 17.5 3.0-53.7 0.8-1.72 Lee et al., 2009
MOE, 1999
CSOs 436.4-1503.5 115.9-188.7 202.9-477.1 12.3-20.9 2.3-9.6
Choi et al., 2002 Park et al., 2005 Lee et al., 1995
비점오염원의 유출특성에 대한 다양한 연구 결과들이 있음 에도 불구하고, 환경·지리적 요인에 의해 큰 불확실성을 가지 기 때문에 결과들을 일반화하는 것이 쉽지 않다. 따라서 다양한 지역에서 장기적인 비점오염 유출특성을 지속적으로 파악하 여야 할 것으로 보여진다. 또한 모니터링을 수행하는 조사자들 마다 샘플링 간격, 유량 측정 방식 등 모니터링 방법이 다소 상이한 점이 있어 그 불확실성을 더욱 증가시키고 있다. 국립환 경과학원에서 유량과 수질 모니터링을 위한 매뉴얼인 ‘강우유 출수 조사방법(2012년 개정)’을 제정하였지만, “유출지속시간 이 6시간을 초과하는 경우 유출현상을 정확히 조사할 수 있도 록 조사간격을 임의로 조정할 수 있다.” 와 같은 현장 조사원에게 자율성을 주어 현장 상황에 맞추어 모니터링을 하도록 판단을 맡기는 부분이 많다. 이러한 모니터링 방법은 현장과 강우 상황 의 가변성이 매우 크기 때문에 충분한 모니터링 경험과 지식이 충분히 갖추었을 때는 가능하지만, 실제 현장조사자는 충분한 모니터링 경험을 갖추지 않는 경우도 많기 때문에 현장에서 발생하는 다양한 상황별로 모니터링 방법에 관한 가이드라인을 만들어 모니터링 방법에 통일성을 부여하는 것이 비점오염원 유출특성 조사의 불확실성을 줄이는 방법으로 판단된다.
2.2 비점오염원 처리 기술
그간 국내에서는 비점오염저감시설의 설계, 개발, 운영 및 관리에 대해서도 많은 연구가 이루어져 왔다. 비점오염 의 저감은 비점오염저감시설이나 장치를 설치하는 구조적 인 방법(Nonstructural practices)과 비점오염물질의 발생 을 예방하거나 유출이 저감되도록 토지이용을 계획하는 방 법인 비구조적 방법(Structural practices)으로 이루어진다.
국내 연구는 주로 구조적인 방식에 대해 연구되어져 왔으 나 최근들어 비점오염물질의 저감뿐만 아니라 유출 유량까 지 저감하기 위해 LID 및 GI에 관심을 갖기 시작하면서 비 구조적인 방법도 많이 연구되고 있다. 구조적인 접근인 BMP(Best Management Practice)에 관한 연구는 시설의 개발 후 효과 평가나 설계인자 도출과 관련하여 많이 이루 어졌는데, 주로 여과형이나 인공습지 시설에 집중되어 있는 것으로 나타났다. 여과형 시설에서는 망간사와 제올라이트, 입상활성탄, 여과사, 질석미분, 안트라사이트 등과 같은 여 재의 오염물질 저감 효과와 흡·탈착 능력 및 적용 가능성 등에 대한 평가가 주를 이루었으며, 최적 투수계수, 체류시 간, 여재혼합비율 등과 같은 설계인자를 도출한 연구도 있 었다(이희창 등, 2008; 유희성, 2015; 최성현, 2011; 노성 덕, 2005; 김선희, 2010; 김태균, 2009; 이병식 등, 2016;
문소연 등, 2015). 한편, 기존에 개발된 여과형 시설의 단 점을 보완하거나 효율을 증가시키기 위한 연구도 많이 진 행되었는데, 강희만 등(2011)과 최지연 등(2013)은 여과형 시설에 침투기능을 접목한 침투여과형 기술을 개발하여 시 설의 처리효율을 높이고자 하였다. 또한, 유희성(2015)은 여과형 시설에서 제거가 어려운 용존성 유기물질의 제거를 위해 응집조를 후속설비로 설치하는 연구를 수행한 바 있 으며, 모기 번식, 악취 발생 등을 유발하는 원인인 여과잔 류수를 처리하기 위한 연구는 김선희 등(2010)에 의해 수 행되었다. 2014년 비점오염저감시설의 설치 및 관리·운영 매뉴얼(환경부, 2014)에 여과형 시설의 역세척 기능과 관련된 내용이 추가되면서 이준호 등(2015)은 여과형 시설의 역세 척에 대한 연구를 수행하기도 하였다.
인공습지에서는 도시지역, 농촌지역, 축사지역, 농공단지 Table 3. Unit loads by land-curve
Major category middle category
BOD TP
Major category unit load
middle category unit load
Major category unit load
middle category unit load
siting
Residential area
17.76
10.28
0.631
0.6
Industrial area 33.10 0.085
Commericial area 75.02 1.385
Leisure complex area 14.87 0.609
Road 12.42 0.391
Public facilities area 7.25 0.447
paddy Paddy 4.24 4.24 0.467 0.467
Farm
Field
4.57
4.8
1.435
1.400
Greenhouse 11.85 3.511
Orchard 2.69 0.630
Others 1.45 0.813
Forest
Broadleaf forest
1.49
1.53
0.056
0.089
Coniferous forest 1.31 0.035
Mixed forest 1.76 0.058
Others
Golf course
1.60
5.39
0.094
0.738
glasslansd 3.71 0.295
The rest 0.96 0.027
등에서 발생하는 비점오염물질을 처리하고, 그 효율을 파악 한 연구들이 다수 있었으며(문대헌 등, 2014; 강창국 등, 2010; 박기수 등, 2013; 정우진 등, 2014; 윤춘경 등, 1997; 이상혁 등, 2014; 이정용 등, 2011), 4대강수계에 비 점오염저감 시범사업으로 설치한 10개소 인공습지의 설치 사례를 보고한 문헌(서성철 등, 2009)도 있었다. 한편, 인 공습지가 넓은 면적을 차지하여 도심지역에 적용이 어려운 점을 고려하여 이정용 등(2011)과 강창국 등(2011)은 도시 내의 녹지공간에 적용가능한 소규모 인공습지를 개발하기 위한 Pilot-scale test와 Test-bed 시설 등을 설치하여 연구 를 수행한 바 있다. 인공습지의 오염물질 처리 메커니즘과 설계인자를 밝히기 위한 연구들도 수행되어져 왔다. 고대헌 등(2010)은 습지 내에 존재하는 부유물질, 유기물, 질소, 인, 병원균, 중금속 물질이 제거되는 주요 기작에 대해 기존 에 보고된 문헌들을 통해 고찰하였는데, 질소 제거의 주된 기작은 근권(rhizosphere)에서의 질산화/탈질에 의한 것으 로 보고하고 있으며, 인은 여재 등의 기층(substrate)에서의 흡착에 의한 것으로 판단하였다. 강세원 등(2011)은 인공습 지에서 오염물질을 저감하는 주요 메커니즘 중 하나인 달뿌 리풀, 수련, 부들, 갈대 및 줄과 같은 수생식물에 의한 영양 염류의 흡수특성에 관해 평가하였으며, 고지연 등(2003)은 식생 밀도 차이에 따른 영양염류 제거효율을 평가하였다.
침전효율과 유지관리 주기 등을 밝히기 위해 침강지의 퇴적 특성과 설계 적정성에 대한 연구는 박기수 등(2012)에 의해 수행되었으며, 이상규 등(2012)은 인공습지에서 유입 질소 형태의 따른 토양 미생물의 변화를 모니터링하여 미생물에 의한 질소의 제거를 밝히고자 하였다. 이소영 등(2015)은 국내 43개의 인공습지에 대해 현장답사를 수행하고 적정 설 계 방안과 유지관리 및 운영방안도 제시하였다.
한편, 모델을 이용하여 인공습지의 설계 및 처리수질을 예측한 연구도 활발히 진행되었는데(윤춘경 등, 2000; 최 인욱, 2002), 윤춘경 등(2002)은 기존 문헌들에 제시되어 있는 인공습지에서 유출수 농도를 예측하는 추정식의 적용
가능성에 대해 고찰하여 인공습지의 설계 및 운영에 도움 을 주고자 하였으며, 최인욱 등(2002)은 농촌유역 수질관 리를 위한 의사결정 지원시스템인 DSS-WQMRA 모형을 개선, 보완하여 농촌지역의 인공습지 설계모형을 개발하고, 실제 인공습지에 적용하여 모형의 적용성을 검토하였다.
여과형 시설과 인공습지 외 와류형 시설, 식생여과대, 식생수 로 등에 관한 연구도 수행되어져 왔는데 와류형 시설에서는 오염물질의 처리효율과 체류시간에 따른 효율변화와 관련하 여 연구가 진행되었다(길경익, 2006; 김태현, 2009; 이호선, 2013). 식생여과대와 관련한 연구에서 정상옥 등(2002)은 식 생여과대의 효율을 평가하고, 식생여과대가 비점오염원의 관 리에 매우 효과적인 것으로 밝히고 있으며, 침투능력을 향상시 키기 위해 계단형으로 이루어진 식생여과대를 개발하여 오염 물질의 저감을 평가한 연구(이영아 등, 2007)와 침강지의 준설 주기 도출(길경익 등, 2013)한 연구가 있었다. 또한, 이병수 등(2008)과 길경익 등(2014)은 식생의 피도가 식생여과대의 오염물질의 저감에 미치는 영향을 평가하였는데, 이병수 등 은 생장기와 동절기를 구분하여 질소와 인에 미치는 영향을 분석하였다. 한편, 식생수로의 길이와 유하시간이 비점오염 물질의 제거에 미치는 영향에 대해서는 백승봉 등(2013, 2015)에 의해 수행된 바 있다. 이와 같이 다양한 비점오염원 저감시설에 대한 설계 및 효과 평가가 많이 이루어져 왔지만, 연구자 또는 개발자마다 다른 방식으로 시설을 평가하기 때문에 시설에 대한 표준효율 또는 신뢰성 있는 효율을 도출 하기에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 이에 설계자들이 현장에 적합한 비점오염시설을 보다 명확하게 선택할 수 있도록 시설별로 표준효율을 도출하기 위한 방법론에 관한 연구가 수행되어져야 할 필요가 있다. 또한, 현재는 개별시설 을 단독으로 관리·운영하는 방안들은 제시되어 있으나, 소유역 내에서 곳곳에 설치된 비점오염시설들을 함께 운영·관리하는 것은 더욱 경제적이고 효율적일 것이므로 비점오염저감시설 관리주체의 입장을 고려한 최적 관리 및 운영 방안 마련 또한 요구되어진다.
Table 4. Treatment efficiency of NPS technoloies(MOE, 2014)
Type of NPS technologies BOD TN TP
Storage type Detention basin 34 28 36
Underground detention basin 25 24 20
Constructed wetland Constructed wetland 53 37 60
Infiltration type
Permeable paver 75 83 65
Infiltration basin 69 58 69
Infiltration trench 77 62 73
Plant type
Bio slope 44 42 42
Bio swale 34 45 51
Tree box filter Planter box Bioretention 54 49 65
filter-type filter-type facility 50 46 54
Vortex type facility 16 11 22
Screen type facility 15 9 19
Coagulation-sedimentation type 80 20 85
2.3 LID 및 GI 기술
2010년 이전까지는 자연형과 장치형 시설이 비점오염저 감시설로서 큰 관심을 받은 반면, 그 이후부터는 친환경적 이면서 비점오염물질의 저감과 함께 물순환 효과에도 긍정 적으로 영향을 미치는 LID 및 GI 시설이 큰 주목을 받고 있다. 특히, 2012년 제2차 비점오염원 종합관리 대책(관 계부처합동, 2012)에서 LID 기법의 적용 확대를 주문하면 서 본격적인 연구가 추진되기 시작하였다. LID 및 GI 시설 로는 침투도랑, 식생체류지, 인공습지, 나무여과상자, 식물 재배화분, 식생수로, 침투통 등이 있으며(Fig. 4), 많은 연구 들은 이러한 시설들의 비점오염저감효과와 함께 물순환효
과를 평가하였다(Fig. 5)(최지연 등, 2013; 유철상 등, 2015; 홍정선 등, 2015; 홍정선 등, 2016; 유기경, 2015;
서주환 등, 2013).
LID의 경우 일정한 배수라인이 존재하지 않는 상황에서 발생하는 강우유출수를 소규모 분산형으로 관리하기 때문 에 주변 녹지를 이용하여 설치 위치를 선정하는 것이 중요 하다. 이에 연종상 등(2014)은 SWMM을 이용하여 옥상녹 화와 투수성 포장의 적정 위치를 선정하고자 하였으며, 박 윤경 등(2016)도 SWMM을 이용하여 투수성 포장의 비용 경제적인 설치 위치를 선정하기 위한 설계방안에 대한 연 구를 수행였다. 또한, 김효민 등(2012)은 자연적인 빗물순 환체계 요소별로 입지선정 방법을 제시하였다.
Rain garden Infiltration collector well Treebox filter
Small constructed wetland Planter box GI technology applied to intersection
Green roof Undergroung detiontion basin Rain berrel
Fig. 4. Type of LID technologies
Fig. 5. Effect of runoff and pollutant removal of LID technologies (Choi et al., 2013)
LID 시설의 경우 물순환 효과를 갖기 때문에 과거 비점 오염물질의 제거만을 목표로 설정되었던 장치형 및 자연형 시설과 목표 처리 강유량이 같을 수 없다. 이에 LID 시설 의 설계유량 산정에 대한 연구가 현경학(2012), 최보경 등 (2015) 및 이정훈 등(2014)에 의해 수행되었다. 현경학은 공동주택, 도로, 공원, 학교, 상업업무시설 등과 같은 토지 이용형태와 저류시설, 침투시설과 같은 LID 시설의 종류에 따라 처리강우 기준이 달라져야 한다고 주장하고 있으며, 최보경 등(2015)은 수확체감법칙의 개념을 이용하여 침투 도랑 시설의 최적 수질처리용량은 15.5mm인 것으로 밝히 고 있다. 또한, 이정훈 등(2014)은 장치형 시설과 같이 연 속적으로 유입되는 강우유출량을 주로 처리하는 시설의 설 계용량인 WQF(Water Quality Flow)에 상응하는 LID 시 설의 적정 설계유량을 산정하기 위한 방법론을 제시하였다.
한편, 불투수면적이 넓은 도시에 주로 설치되는 LID 및 GI 시설은 도시계획분야와 반드시 연계되어야만 한다.
2012년 이후 환경부, LH공사, 국토부 등은 아산탕정 신도 시, 평택고덕 신도시, 에코델타시티, 오창 및 전주(LID 시 범 설치지역) 등과 같은 지역에 LID 시설을 설치하며, 실 제 도시개발 현장에 적용하고자 노력하고 있다. 실제 서울 시에서는 2014년에 서울특별시 물순환 회복 및 저영향개 발 기본조례를 개정하여 저영향계획구역을 지정하고, 저 영향개발 지구단위계획을 수립할 수 있도록 하여 서울시의 도시계획에 물관리계획을 포함시키도록 하였다. 반영운 등 (2016)은 도시계획시설물인 교통시설계획, 건축물계획, 경 관계획, 환경관리계획, 공원·녹지계획의 5개 도시설계요소 에 대해 LID 기술의 적용 가능성을 평가 연구를 수행한 바 있다. 그러나 실제 도시개발사업에 LID 시설을 적용하는 것에는 설계 및 시공자의 인식 및 전문성 부족, 지자체 공 무원과 주민들의 인식 부족, 시공이 완료된 LID 시설의 지 자체 이관의 어려움, 유지관리 비용 마련 어려움 등과 같은 문제점이 있는 것으로 드러났다. 이에 도시개발기관이 설치 한 LID 시설을 지방정부로 원활히 이전할 수 있도록 하는 방안의 마련이 필요해졌으며, 이에 따라 정문선 등(2015) 은 지방정부의 저영향개발 적용에 영향을 주는 요인에 관 한 연구를 수행하였고, 이미홍 등(2014, 2016)은 LID 시설 과 관련된 지자체의 조례들을 고찰하여 지방정부 차원에서
원활하게 LID 시설을 수용할 수 있는 근거들을 마련하고자 하였다.
한편, LID 시설은 토양과 같은 여재, 식물 및 미생물 등 에 의해 유량 및 오염물질이 저감된다. 토양 및 여재의 경 우 과거 여과형 시설에서 많은 연구가 이루어졌으나, 식물 및 미생물에 대한 연구는 현재까지 많이 이루어지지 않은 실정이다. LID 시설의 식물과 관련된 연구에서는 최혜선 등(2016)이 연상홍, 메타세콰이어, 하늘매발톱 등 LID 시 설에 적용 가능한 식물들을 대상으로 겨울철 살포되는 제 설제에 대한 내성을 연구하였으며, 이은엽 등(2016)은 도 로변 LID 시설인 침투도랑에 적합한 식물 선정에 관한 연 구한 바 있다. 김성훈 등(2016)은 LID 시설을 설치한 후 토양의 DNA를 추출하여 박테리아의 다양성을 파악하고, 박테리아 다양성이 높은 지역으로 빗물을 유도하여 오염물 질의 정화 효율을 높이기 위한 연구를 수행하였으나, 그 횟 수가 부족하여 추가적인 연구가 더 필요한 것으로 나타났 다. 한편, LID 시설과 관련된 데이터가 축적됨에 따라 2014년부터 LID 시설의 설계 및 운영 비용과 관련된 연구 들이 진행되기 시작했는데, 전지홍 등(2014)은 SUSTAIN 모델을 이용하여 비용효율적인 LID 시설을 설계를 모의하 고자 하였으며, 연종상 등(2015)은 SWMM을 이용하여 시 공·유지관리 비용 대비 유출저감효율 분석하였다. 또한, 이 승원 등(2016)은 서울 시내에 설치된 LID 시설을 대상으로 물, 에너지, 대기질 개선, 기후변화 대응 등 4가지 카테고리 로 분류하여 가치를 산정하고, 정량화하고자 하였다. 그에 따르면 옥상저류 시설이 물과 에너지 관련하여 직접적 편 익의 비중이 가장 큰 것으로 분석하고 있으며, 대기질 개선 및 기후변화 대응 부분에서는 간접적인 편익이 일부 발생 한 것으로 보고하고 있다. 지금까지 LID 시설의 개별 설치 와 성능평가에 대한 연구는 많이 이루어져 왔지만, 여러 시 설이 설치된 유역 차원에서의 효과 평가, 시설의 조합 및 설치 위치에 따른 효과 평가, 비용·편익분석, LID 시설 내 에서의 오염물질의 이동경로와 저감 메커니즘 등과 관련된 연구는 아직 많이 미흡한 실정이다. 또한 오염물질 및 유량 저감 외에 탄소저감효과, 지하수에 미치는 영향, 심미성 효과 등 LID 시설이 가지는 다양한 장점들에 대한 과학적인 평가 또한 이루어져야 할 것으로 보인다. 이러한 부가적인 평가
Fig. 6. Construction method of green zone to prevent the discharge of NPS
의 경우 평가 방법에 따라 그 결과가 큰 차이를 나타낼 수 있으므로 평가 방법의 정립 또한 연구될 필요가 있다. 비점 오염물질의 경우 발생 후 관리보다는 발생 전 관리하는 것 이 편리하고 적은 비용이 소요되므로 최대한 발생 전에 관 리하는 것이 바람직하다. 따라서 지면 위로 솟아오른 가로 수와 화단 등의 식수대를 지면 아래로 낮추어 식수대의 토 사가 강우유출수에 의해 흘러나오지 않게 하는 등 조경·토 목의 설계와 시공 방법 변경에 의한 비점오염물질 저감대 책 또한 마련되어야 할 것이다.(Fig. 6).
또한, LID 및 GI 기술이 삭막한 도시 공간 내에서 하천, 호수 등의 수공간과 가로수, 수변공간, 공원 등의 녹지축과 연계되어 최상의 효과를 나타낼 수 있도록 시설의 최적 조 합, 설치위치 등 최적 설계기법에 대한 연구들이 수행되어 져야 할 것으로 보여진다. 실질적인 도심지 물 관리를 위해 서는 LID 시설의 연구 및 개발뿐만 아니라 현장에 적용하 는 것 또한 중요하다. 이에 신도시, 산업단지, 재개발사업과 같은 도시계획 및 개발 관련 법과 제도에서 LID 및 GI 시 설의 적용을 고려할 필요가 있으나, 현재 법과 제도는 매우 미약한 수준이다. 현재 도시개발 관련 사업지침 등에 LID 에 대한 내용이 일부 반영되어 있긴 하나 개념을 소개하는 수준에 그치고 있으므로 향후 실제 적용을 위해서는 도시 계획 및 개발 관련 제도에 LID 시설의 적용을 적극 반영할 수 있도록 관련 정부가 앞장서야 할 것이다.
2.4 정책 및 관리방안
비점오염과 관련된 많은 연구 결과들을 바탕으로 정책을 제안하는 연구 또한 많이 수행되었다. 최지용(2006)과 신 동석(2007)은 비점오염원과 관련된 전반적인 정책의 현황 에 대해 소개하였으며, 강희만과 이주광(2007)은 도로 유 출 비점오염원 저감시설의 정책적 관리의 수단으로 강우시 작 전 노면 청소, 도로 노변 주위 식생의 관리, 포장/차선 및 시설물 도색 페인트 친환경 재료 사용 유도, 제설제로 염화칼슘 대신 모래 이용과 같은 구체적인 대안을 8가지 제시하였다. 김이형 등(2008)은 수질과 수생태계 보전을 위한 지속가능한 환경정책 방안으로 LID 기술과 LID 기술 의 한 분야인 Aquatic Buffer기술을 소개하고, 비검증 오염 저감시설 적용에 대한 대책수립, 기존도시 비점오염관리는 공공성 토지이용지역 위주로 환경조성사업 추진, 비도시 지 역의 비점오염원 관리는 대규모 집중식 비점오염저감시설 설치, LID 정책을 위한 부처간 긴밀한 협조체계 구축, 비점 오염원관리를 위한 LID 기술적용사업 추진, 비점오염원의 점오염원화 사업 추진 등 12개의 정책제언을 하였다. 신동 석(2012)은 LID 적용에 따른 비점오염원관리 정책의 변화 에서 LID 도입 등 관리정책 추진효과 정량화 방안과 비점 오염저감량 인정 방향, LID 등 신기술 적용 확대 방향 등 에 대해 제안하였으며, 박재철 등(2012)은 LID를 포함하는 녹색 공간을 대상으로 하는 녹색 인프라 정책을 위한 국내 법과 제도의 개선 방안에 대해 연구하고, 녹색 인프라 정책 을 위한 수단과 전략을 제시하였다. 한편, 2014년 이후에는
LID의 전국적 확산을 위해 시설의 설치와 관리의 주체인 지방정부 차원의 조례를 분석하고, 개선점을 연구한 사례가 등장하였는데, 최정희(2014)는 서울특별시 빗물관리 조례가
서울특별시 물순환 회복 및 저영향개발 기본조례(이하 서울시 물순환 조례)로 전부개정된 배경과 내용 및 특징 등 을 분석하고, 전부 개정된 의미를 도출하고자 하였다. 최정 희는 2014년에 개정된 서울시 물순환 조례는 기존의 개별 빗물이용시설의 설치를 권장·지원했던 조례와 달리 정량적 인 빗물관리 수치를 제시하고, 이를 인허가와 연계하여 구 체적인 물관리 정책의 실행 수단을 확보한 것으로 보고하 였다. 서울시와 수원시를 제외하고 현재 우리나라의 빗물 재이용 관련된 조례는 지역의 특성에 대한 고려는 전혀 없 이 중앙정부에서 제작한 메뉴얼에 따라 제정되고 있어 각 기 다른 지방정부의 특성을 반영하기 어려우며, 단순한 시 설을 설치하는 것에만 집중되어 있다. 따라서 지역별로 다 른 강우강도, 불투수율 등 지역의 특성을 적극 반영할 수 있는 새로운 가이드라인이 필요하다. 결국에는 LID의 설치 및 관리는 지방 정부의 몫이며, 분산 배출되는 빗물의 성공 적인 관리는 시민의 참여가 필수적이므로 빗물 관련된 규 제나 인센티브 등 지방 정부를 유인할 수 있는 법적 규제 및 경제적 유인 방법에 대한 연구와 시민의 참여를 위한 방 안 마련이 필요하다. 또한, 하천오염물질관리, 홍수·가뭄 재 난관리, 수자원활용 등 각기 진행되고 있는 빗물에 대한 연 구를 통합하여 양적·질적으로 도시내 물순환 정상화를 위한 종합적인 연구 결과를 도출할 필요가 있으며, 이러한 연구 가 진행되기 위해서는 정부의 적극적인 의지 및 투자와 지 방정부의 관심이 필요한 것으로 보여진다.
3. 결 론
‘제1차 비점오염원 관리 종합대책’ 이후로 국내에서는 비점 오염원에 대한 다양한 연구들이 수행되었다. 본 연구는 국내에 서 현재까지 진행된 비점오염원 관련 연구동향을 분석하고, 이 를 바탕으로 향후 연구 방향에 대해 논의하고자 하였다.
그간 국내 비점오염원 관련 연구는 비점오염물질의 유출 특성, 처리기술, LID 및 GI 시설, 관리방안 및 정책에 대한 많은 연구들이 진행되었지만, 대부분이 유출특성 규명과 개 별 처리시설의 효과평가에만 치중되어 있어 다양한 시설이 함께 유역 내에 적용되었을 경우 어떠한 영향을 미치는지 에 대한 평가는 많이 이루어지지 않은 것으로 분석되었다.
비점오염원과 관련 연구는 궁극적으로 비점오염원이 문제 시 되는 지역의 대책 마련과 정책적인 활용에 있다. 그러나 현재까지 단일 및 복합 토지 피복별로 수많은 지역에서 모 니터링이 실시되어 초기세척효과, EMC농도, 부하량, 원단 위 등의 결과를 도출하였으나 기본적으로 가지는 비점오염 원의 불확실성과 모니터링에 따른 불확실성으로 인해 신뢰 성 있는 결과 값으로 일반화하기는 쉽지 않았다. 이에 다양 한 지역에서 장기적인 모니터링이 지속적으로 요구되어지며, 모니터링 방법 또한 일반화되어야 할 것으로 판단된다. 그
리고 개발되는 다양한 시설에 대한 평가 방식이 각각 상이 하여 신뢰성 있는 처리효율을 도출하는 것이 어렵기 때문 에 처리효율의 과학적인 평가 방법 마련 또한 필요하다.
LID 및 GI 기술은 시설이 가지는 다양한 효과에도 불구 하고 현재는 유량 및 오염물질의 저감 능력에 대한 평가에 대한 연구만 주로 이루어지는 것으로 분석되었다. 추후 LID 및 GI 시설의 확대 적용을 위해서는 탄소저감, 지하수 충진효과, 심미성, 부동산 가치증대 효과 등 다양한 장점에 대한 평가가 이루어져야 하며, 평가 방법 또한 정립되어야 할 것으로 보여진다. 도시내에서 호수, 하천과 같은 수공간 과 연결녹지, 수변구역, 가로수 등의 녹지 같은 기존 인프 라와 접목하여 최적의 효과를 나타내는 시설의 설계와 배 치·조합 방안에 대한 연구도 필요한 것으로 보여진다. 또한, 도시 개발 계획 단계에서 LID 시설이 제대로 반영되어 실 제 현장에 적용될 수 있도록 LID 관련 법과 제도개선에 대 한 연구 역시 필요하였다.
LID 시설 적용과 관련된 문헌의 검토 결과 현재와 같이 중앙 정부에서 제작한 지역특성을 고려하지 않은 천편일률적 인 비점 가이드라인은 문제점을 가지는 것으로 분석되었으 며, 지역별로 비점오염원 유출 특성 조사, 처리기술 개발, 비 용, 운영 및 관리 평가 등을 전반적으로 검토하여 비점오염대 책수립이 필요한 지역에 인적·물적 자원을 고려하여 최적의 관리목표와 대상물질을 선정하여 대책을 수립하는 지역 맞춤 형 대책 수립에 대한 연구가 필요하였다. 그러기 위해서는 지역의 특성에 맞는 강우유출 특성의 파악과 시설의 개발 등 이 선행되어야 한다. 또한, 비점오염원을 효과적으로 제어하 기 위해서는 중앙정부보다는 지자체와 주민들 스스로가 비점 오염저감을 위해 노력해야 하며, 이를 위해서 지자체 공무원, 시공자, 주민들을 대상으로 지속적인 교육이 필요하기에 비 점오염원에 관한 국민 인식 현황 파악 및 향상 방안을 마련해 야 하고, 관주도가 아니라 민간주도로 비점오염원을 관리하 는 법과 제도의 마련이 필요한 것으로 분석되었다. 그리고 추후에는 지하수, 호수, 하천 등에서 비점오염물질, 홍수·가 뭄 재해관리 및 수자원활용 등 각각 진행되고 있는 빗물관리 연구들을 통합하여 유역 내에서 통합·유기적으로 관리할 수 있는 통합 물관리 방안을 마련할 필요가 있다.
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