2.1. 연구내용

수질오염총량관리에서 운영 중인 영산강·섬진강수계 단위 유역 내 시·군 경계지점 27개 지점과 영산강 제1지류 중심 의 8개 지점에서 영본C 단위유역의 시·군 경계인 영본C1 (대촌천)과 영본C2(장성천), 영암군-나주시 경계지점인 영본 C3(금천)을 선정하여 유량 및 대상오염물질(BOD, T-P)을 조사·분석하였다.

2.2. 연구방법 및 범위

대상지역인 영본C1(대촌천), 영본C2(장성천), 영본C3(금 천)의 부하량 산정을 통한 목표수질 달성여부와 초과오염 원의 원인을 분석하였다(Fig. 1).

Fig. 1. Location map of research object measurement point (Yeong-bon C1, C2, C3).

부하량 산정은 5년간('11년~ '15년) 8일 간격으로 측정된 유량 및 수질자료를 이용하였고, 목표수질 달성여부는 관측 부하지속곡선을 활용하였다. 관측부하지속곡선은 부하지속 곡선과 비슷한 방법으로서, 오염총량관리 목표수질 및 부하 량 등을 시각적으로 표현하므로 일반인들도 쉽게 이해할 수 있으며, 목표수질 초과원인 등을 규명하는데 유용하게 사용되며(^{Nevada, 2003}), 하천의 전체 유량조건에서 개별 수질들과 목표수질이 어떠한 관계에 있는지를 나타내는 곡 선이다(^{Park et al., 2011}).

관측부하지속곡선은 5년간('11년~ '15년) 측정된 유량자료 를 활용하여 목표부하량을 설정하였다. 소유역 하천 모니터 링지점의 목표수질이 설정되지 않아 목표부하량은 수질오 염총량관리제의 목표수질 기준유량인 저수기 유황으로 설 정하였으며, 작성된 관측부하지속곡선의 결과를 분석하여 BOD 및 T-P의 초과량을 파악하고, 유량초과확률을 구간별 로 분류하여 오염원의 초과원인을 분석하였다.

3.1. 유량 및 수질측정조사

영산강 수계의 영본C 단위유역의 영본C1(대촌천), 영본 C2(장성천), 영본C3(금천)지점의 유량 및 수질자료를 조사 하였다. 수질자료는 측정된 유량에 농도를 곱하여 부하량 으로 산정하였다. 측정 기간('11년~ '15년) 중 연평균 유량 은 영본C3 지점이 2012년에 0.744 m³/s로 가장 많게 산정 되었으며, 2014년 영본C2 지점은 0.193 m³/s로 가장 작게 산정되었다. 농도에서 부하량으로 산정된 BOD의 최대, 최 소 부하량은 각각 영본C1 지점에서 평균 160.9 kg/d('11년), 영본C2 지점에서 41.2 kg/d('15년)로 나타났다(Table 1, Fig. 2 ~ 4).

Fig. 2. Flow rate by monitoring point.

Fig. 3. BOD by monitoring point.

Fig. 4. T-P by monitoring point.

측정수질(농도)을 오염원의 양적 평가를 위해 부하량으로 산정한 결과 유량에 농도를 곱하여 산정하는 부하량은 영 본C1(대촌천) 지점이 상대적으로 적은 유량에도 높게 평가 되어 오염원이 많은 것으로 나타났으며, 유량에 비해 부하 량이 낮게 평가된 영본C3(금천) 지점은 오염원이 적은 것 으로 나타났다(Table 2 ~ 3).

3.2. 부하지속곡선 작성 및 분석

관측부하지속곡선작성법은 실측된 수질에 유량이나 수질 측정일의 일평균 유량을 곱하여 관측부하량을 산정하고, 유 량에 목표부하량을 곱하여 목표부하지속곡선을 작성한다. 관측부하지속곡선은 오염부하지속곡선과 다르게 오염원의 초과 유황 판단이 쉽고, 유황에 의한 초과 추세파악이 가 능하다.

관측부하지속곡선 작성을 위해 측정된 5년간의 유량자료 를 활용하여 목표수질 설정을 위해 기준유량을 설정하였다. 측정지점의 경우 현재 목표수질이 설정되어있지 않았으며 유황 분석을 위한 365일의 유량자료가 확보되지 않았다. 따라서, 기준유량 설정은 수질오염총량관리제의 오염대상물 질인 BOD 및 T-P의 기준유량인 저수기로 설정하고 1년 중 저수기 구간인 5 ~ 6월, 10 ~ 11월에 측정된 자료를 분석 하였다(Table 4 ~ 7). 목표수질 설정을 위한 BOD는 영본C1 지점이 4.3 mg/L, 영본C2 지점이 2.7 mg/L, 영본C3 지점이 1.9 mg/L로 산정되었으며, T-P는 영본C1 지점이 0.145 mg/L, 영본C2 지점이 0.102 mg/L, 영본C3 지점이 0.064 mg/L로 산정되었다(Fig 5 ~ 6).

Fig. 5. BOD during low water season by measurement point.

Fig. 6. T-P during low water season by measurement point.

설정된 목표부하량을 기준으로 관측부하지속곡선을 작성 하여 부하량의 상관성을 회귀분석을 통해 분석하였다. 관측 부하지속곡선에서의 부하량 상관분석은 부하지속곡선(LDC) 의 평가 방법과 다르게 연속된 유량자료를 활용하여 평가 하는 방법이 아닌 측정된 자료만으로 평가함으로서 평가구 간 내 자료의 연관성을 평가하기 위해 분석하였다. BOD 목표부하량 상관계수는 0.367 ~ 0.521로 측정부하량은 0.179 ~ 0.217로 평가되었다. T-P는 목표부하량 상관계수는 0.265 ~ 0.521로 측정부하량은 0.141 ~ 0.388로 분석되어 유량과 오염원의 상관관계는 낮은 것으로 나타났다(Table 8). 이는 유량에 의한 오염원의 불규칙한 유입에 의한 원인으로 판 단된다. Table 8은 관측부하지속곡선을 통한 부하량 상관관 계를 나타낸 것이다.

지점별 초과율 평가는 수질오염총량관리 이행평가 기준 인 초과율 50 % 이하로 설정하여 평가하였다. 초과율 평가 결과는 영본C1지점의 경우 2011년부터 2015년까지 211회 측정을 하였으며, BOD 초과율은 71.43 % ~ 82.93 %로 분석 되었으며, T-P 초과율은 57.14 % ~ 75.68 %로 분석되어 평 가 기준을 초과하는 것으로 나타났다. 영본C2 지점의 5년 간 측정회수는 221회이며, BOD의 초과율은 58.14 % ~ 80.95 %로 분석되었으며, T-P 초과율은 62.79 % ~ 80.00 % 로 분석되어 평가 기준을 초과 및 최근 부하량이 증가하는 것으로 분석되었다. 영본C3 지점의 5년간 측정회수는 219 회로 BOD 초과율은 61.29 %, 2013년 61.70 % ~ 82.22 %로 분석되었으며, T-P 초과율은 59.52 % ~ 78.57 %로 분석되었 다(Table 9 ~ 10, Fig. 7 ~ 8).

Fig. 7. Measured load duration curve BOD.

Fig. 8. Measured load duration curve T-P.

3.3. 오염원 초과원인 분석

관측부하지속곡선을 활용하여 수질오염총량관리제의 평 가 기준(초과율 50 % 이하)에 의해 목표 수질 달성여부를 평가하였다. 오염원의 초과원인을 분석하기 위해 유량초과 확률분포를 10 %씩 10구간으로 구분하여 오염원의 초과율 을 산정하고 그에 따른 초과원인 분석하였다. 부하지속곡선 은 유량 조건에 따라 5개의 조건으로 구분하여 유황에 따 른 평가가 가능하다. 유황조건은 홍수기(0 ~ 10 %), 풍수기 (10 ~ 40 %), 평수기(40 ~ 60 %), 저수기(60 ~ 90 %), 갈수기 (90 ~ 100 %)]으로 구분되어지며, 초과하는 유량조건에 따라 초과되는 원인을 파악할 수 있다(^{U. S. EPA, 2007}). 오염 원의 초과 분석은 유량조건에 따라 홍수기와 같이 고유량 일때 오염원의 초과는 비점오염원의 영향으로 판단하며, 저 유량일때 오염원의 초과는 점오염원의 영향으로 판단한다.

영본C1 지점 평가결과, 구간별 BOD, T-P 초과율은 유량 상하위 구간에서의 BOD는 2.5 % ~ 9.4 %, T-P는 6.1 % ~ 9.5 %, 유량 20 % ~ 80 % 구간에서 BOD는 10.6 ~ 12.5 %, T-P는 10.2 % ~ 12.2 %로 나타났다. 영본C1 지점은 유량초 과확률 0 % ~ 10 % 구간에서 90 % ~ 100 % 구간 보다 초과 율이 높게 평가되어 비점오염원의 영향이 큰 것으로 평가 되었으며, 20 % ~ 80 % 구간에서 오염원의 유입이 고르게 분포되어 있음을 확인할 수 있었다(Table 11).

영본C2 지점은 구간별 BOD 초과율은 유량 상위 0 % ~ 10 % 구간에서 2.6 %, 10 % ~ 20 % 구간에서 7.3 %로 T-P 는 상위 0 % ~ 10 % 구간에서 3.1 %, 10 % ~ 20 % 구간에서 5.6 %으로 나타났다. 영본C2 지점은 유량초과확률분포 90 % ~ 100 % 구간에서 0 % ~ 10 % 구간보다 초과율이 높게 평가되어 점오염원의 영향이 큰 것으로 평가되었으며, 50 % ~ 90 % 구간까지 동일한 초과율을 보였다. 초과율 또한 높은 것으로 나타나 오염원유입은 평수기, 저수기에 높은 것으로 분석되었다(Table 12).

영본C3 지점은 유량초과확률분포에 따른 BOD 초과율은 0 % ~ 10 % 구간과 90 % ~ 100 % 구간이 동일하게 평가되 었으며, 구간별 초과율 편차에서도 크게 차이나지 않아 점·비점오염원의 영향을 받는 것으로 평가되었다. T-P 초과율 은 0 % ~ 10 % 구간은 2.7 %이며 90 % ~ 100 % 구간은 13.3 %로 분석되어 BOD 평가 결과와 다르게 분석되었으 며, 30 % ~ 80 % 구간에서 11.3 %의 초과율을 보여 평·저수 기 유황으로 분석되며, 오염원은 점오염원의 영향을 받는 것으로 판단된다(Table 13, Fig. 9 ~ 10).

Fig. 9. BOD load exceed ratio by flow probability distribution.

Fig. 10. T-P load exceed ratio by flow probability distribution.

4.1. 모니터링 자료 분석

영본C 단위유역의 모니터링 지점의 5년 평균 유량은 영 본C3 지점이 0.592 m³/s로 가장 많았으며, BOD 부하량은 영본 C1지점이 116.26 kg/d로, T-P 부하량은 영본 C1 지점 이 5.209 kg/d로 가장 높게 산정되었다. 영본C3 지점의 경 우 평균 유량은 많으나 부하량이 적게 산정되어 오염원이 적은 것으로 분석되었으며, 영본C1 지점은 평균 유량이 적 으나 부하량이 높게 산정되어 오염원이 많은 것으로 분석 되었다.

4.2. 초과율 분석

목표수질을 설정하고 각 지점의 초과율을 평가한 결과, BOD는 영본C1 지점이 5년 평균 75.83 %로 가장 높았으 며, 영본C3 지점은 72.15 %, 영본C2 지점은 68.78 %으로 분석되었다. T-P의 5년 평균은 영본C2 지점이 71.95 %, 영 본C3 지점이 69.86 %, 영본C1 지점이 69.19 %로 분석되어 목표수질 평가 기준인 50 %를 상회하는 것으로 나타나 유 역관리를 위해서는 영본C1 지점은 BOD 및 T-P를 영본C2, 영본C3 지점은 T-P 관리가 필요한 것으로 판단된다.

4.3. 오염원 분석

목표수질 초과율을 유량초과확률 구간별로 나누어 오염 원의 초과원인을 분석한 결과, 영본C1 지점은 유량상위 상 위구간에서 초과율이 하위구간보다 높게 평가되어 비점오 염원의 영향이 큰 것으로 평가되었다. 영본C2 지점은 유량 하위구간에서 초과율이 상위구간보다 높게 나타나 점오염 원의 영향이 큰 것으로 평가되었으며, 50 % ~ 90 % 구간에 서 초과율이 높은 것으로 나타나 오염원의 유입은 평수기, 저수기에 높은 것으로 분석되었다. 영본C3 지점의 초과율 은 구간별 편차가 작게 나타나 점·비점오염원의 영향을 받 는 것으로 평가 되었다.

본 연구에서 수질오염총량관리제 측정망 자료를 활용하 여 목표수질 평가를 위한 초과율을 산정하고, 이를 유량초 과확률 구간별로 구분하여 평가함으로써 유역관리를 위한 오염원의 초과원인을 분석하였다.

수질오염총량관리제 측정망의 목적에 맞게 이행평가 등 의 자료에 활용할 수 있도록 모니터링 자료를 분석하여 오 염원의 분석 방안을 제시하였다. 이는 수질관리 정책의 시 행 및 수립에 기여 할 것으로 판단된다.