오염총량관리를 위한 의사결정 지원 시스템 적용에 관한 연구

Abstract

In this study, WARMF(Watershed Analysis Risk Management Framework), the calculated system of TMDL(Total Maximum Daily Load) based on scientific calculations, was applied to the Kyounan stream watershed. WARMF is a decision support system(DSS) that can guide stakeholders to a consensus watershed management plan and provide point source and nonpoint source loads until the water quality meets the criterion. The study area, the Kyoungan stream watershed, was divided into 14 catchments and 14 stream segment using DEM(Digital Elevation Model) data. After the model was calibrated and verified, TMDL module computed BOD reduction loads for the criterion at the outlet of the Kyoungan stream watershed. The water quality criterion of the outlet of the Kyoungan stream is BOD below 1mg/L, but it is impossible. In this study, when water quality criterions were 3.0mg/L, 3.5mg/L, and 4.0mg/L, the model was calculated point source and nonpoint source loads until the criterion was met. When water quality criterion was 3.0mg/L, WARMF calculated point source and nonpoint source loads for achievement percent - 80%, 85%, 90% of criterion. In this case, point source reduction loads were important for improved water quality. As point source reduction loads increased, total permission pollution loads also increased. When water quality criterion was 3.5mg/L, WARMF calculated point source and nonpoint source loads for achievement percent - 85%, 90%, 95% of criterion. in this case, point source reduction loads were important for improved water quality, too. When water quality criterion was 4.0mg/L, WARMF calculated point source and nonpoint source loads for achievement percent - 90%, 95%, 100% of criterion. Specially, for achievement percent 100% of criterion, point source reduction loads will be reduced 20% and nonpoint source loads must be reduced, too. The TMDL module produced multiple possible solutions for TMDL and compatible solution can be selected to consider many factors of the watershed. Currently, management pollution of total load management is BOD, but goal of total load management is to improve water quality of Han River. So, the prediction of total phosphorus permission input loads is also very important. Therefore, in this study, total phosphorus loads to maintain oligotrophic state were calculated by Vollenweider loading plot. After the total phosphorus loads were applied to Kyoungan stream watershed, the phosphorus concentration was predicted at the inflow site of the Paldang Lake. Acceptable loading to maintain oligotrophic state is 8.56 ton/yr and excessive loading is 17.12 ton/yr. These loadings were distributed to subwatersheds and the phosphorus concentration was predicted. As a result, current phosphorus concentration was higher than simulated phosphorus concentration. So, measures to reduce total phosphorus loads will be needed. From above, when total load management is enforced, WARMF that is a decision support system(DSS) can be utilized to predict reduction loads for goal water quality and establish reduction methods.;본 연구에서는 오염총량관리제 시행을 앞두고 과학적 근거에 바탕을 둔 유역의 삭감 오염부하량 산정 시스템인 WARMF(Watershed Analysis Risk Management Framework)를 경안천 유역에 적용하였다. WARMF는 유역관리 계획 수립시 도움을 주기 위해 만들어진 의사결정 지원시스템(decision support system : DSS)으로, 하천의 목표 수질 달성을 위한 점오염원과 비점오염원의 삭감량을 제시해 준다. 연구 대상 지역인 경안천 유역에 대하여 DEM(Digital Elevation Model) 자료를 이용하여 14개의 소유역과 14개의 하천 구획으로 구분하여 모델을 적용하였다. 모델의 보정과 검증을 끝낸 후 팔당호 유입지점에서 오염총량관리제의 관리 대상물질인 BOD의 목표수질이 달성되기 위한 BOD의 삭감량을 산출하였다. 현재 경안천 유역 유출 지점에서 BOD 목표수질은 1mg/L로 고시되어 있으나 현실적으로 그 목표수질을 달성하는 것이 불가능한 상태이므로, 오염총량관리제가 시행될 광주시에서 재설정한 목표수질을 바탕으로 목표수질 3.0mg/L, 3.5mg/L, 4.0mg/L 일 때, 목표수질 달성을 위한 점오염원과 비점오염원의 삭감부하량을 산정하였다. 3.0mg/L일 경우 목표수질 80%, 85%, 90% 달성하기 위한 점오염원과 비점오염원의 허용부하량을 산정하였으며, 어느 정도 수질 향상을 위해서는 점오염원의 삭감이 필요함을 살펴볼 수 있었다. 점오염원의 삭감이 증가할수록 총허용부하량이 증가함도 살펴볼 수 있었다. 3.5mg/L의 수질을 85%, 90%, 95% 만족시키기 위한 점오염원과 비점오염원의 허용부하량을 각각 산정하여 보았으며, 3.0mg/L일 경우와 마찬가지로 점오염원의 삭감부하량이 증가할수록 비점오염원의 허용부하량이 증가하며 총허용부하량이 증가함을 알 수 있다. 목표수질 4.0mg/L를 90%, 95%, 100% 만족시키기 위해서도 마찬가지로 부하량이 산정되며 특히 100%의 수질을 만족시키기 위해서는 점오염원이 20%이상 삭감되어야 하고, 비점오염원도 큰 삭감이 필요함을 알 수 있다. WARMF에서 산정된 TMDL 값 중 해당 유역의 여러 가지 요건들을 고려하여 그에 적합한 대안을 선정할 수 있게 된다. 또한 현재 오염총량관리제의 관리 대상 물질은 BOD이지만 결국 오염총량관리제의 목표는 한강수계의 수질 개선에 있기 때문에 경안천이 유입되는 팔당호에서 부영양화의 원인이 되는 인의 허용 유입 부하량을 파악하는 것 역시 중요하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 Vollenweider 인 부하 곡선을 이용하여 빈영양화가 유지되기 위한 인의 부하량을 산정하였으며, 경안천에 할당된 인 부하량을 경안천 유역에 적용하여 팔당호 유입 지점에서의 인 농도를 예측하였다. 부영양화가 발생하지 않도록 하기 위한 최대허용 부하량의 경우 8.56ton/yr이고, 과부하되는 부하량은 17.12ton/yr이다. 이 부하량을 각 소유역 인의 점오염원 배출부하량에 비례하여 부하량을 할당하여 그 결과를 예측하여 보았다. 현재 팔당호로 유입되는 인의 농도는 위에서 산정한 부하량을 사용하여 시뮬레이션한 결과보다 더 큰 값을 나타냄을 알 수 있다. 이에 따른 하수종말처리장의 고도 처리 방법 도입 등 인의 부하량 삭감을 위한 대책이 필요하다고 사료된다. 이상에서 우리나라에 오염총량관리제가 시행될 경우 의사 결정 지원 시스템인 WARMF를 유용하게 적용하여 목표 수질 달성을 위한 삭감부하량을 산정할 수 있으며, 그에 따른 삭감 방안 수립 및 오염부하량 할당 방안에도 도움이 되리라 사료된다.