2.1. 유역구분 및 오염부하량 산정

소유역 구분을 위하여 1/5,000 축척의 수치지형도와 1/25,000 축척 자료를 기반으로 수계망도를 벡터중첩하여 흐름방향을 결정하고 흐름누적을 산정한 후 하천셀 집적도에 따라 유역 을 생성하였다. DEM 자료의 공간분석은 ArcGIS와 SPATIAL ANALYST, ARCHYDRO extension을 사용하여 총 4개 단위 유역(삽교천, 무한천, 곡교천, 남원·도고천) 63개의 소유역 으로 구분한 자료(^{Choi et al., 2019})를 활용하였다(Fig. 1). 오염원은 2017년 (https://wems.nier.go.kr) 자료(^{ME, 2019})를 사용하였으며, 오염물질 배출량은 ‘수질오염총량관리 기술지 침’에 따라 배출유량과 배출부하량(BOD, T-N, T-P)으로 구 분하여 배출유형별로 산정하였다(^{NIER, 2014}).

Fig. 1. Unit watershed at Lake Sapgyo.

2.2. 주요하천 수질·유량 모니터링

삽교호수계 내 주요하천에 대하여 수질·유량 모니터링을 실시하였다. 측정위치는 흐름을 저해하는 구조물이 없고, 흐 름이 안정되며, 특정시기(갈수기, 홍수기)에도 동일한 위치에 서 측정이 가능한곳으로 삽교천 18개소(본류 3개소, 유입지 류 15개소), 무한천 18개소(본류 2개소, 유입지류 16개소), 곡교천 20개소(본류 3개소, 유입지류 17개소), 남원·도고천 4개소(본류 1개소, 유입지류 3개소)로 총 60개 지점을 선정 하였다(Fig. 2). 측정횟수 및 측정주기는 2018년 1월~12월 까지 월 1회 주기로 총 12회를 측정하였다. 수질분석 항목은 6개(BOD₅, COD_Mn, TOC, T-N, T-P, SS)이며, 현장측정 항목 은 5개(유량, 수온, pH, DO, 전기전도도)로 현장에서 직접 측정하였다.

Fig. 2. Tributary monitoring points.

2.3. 우선관리 대상하천 선정

유역 내 오염원의 제어 및 하천의 수질 개선을 효과적으로 달성하기 위해서는 해당 하천유역을 정확히 진단하고, 개선 이 필요한 하천유역을 선정하여 제한된 재정여건에서 선택 과 집중을 통한 방법이 중요하다. 더불어 하천의 수질을 유 지관리하기 위해서는 무엇보다도 체계적이고 정확한 하천의 평가가 이루어져야 한다. 따라서 하천을 관리하기 위하여 다 양한 관점에서 과학적이고 체계적인 하천 평가에 대한 지표 및 지수화가 필요하며, 하천 수질개선의 우선순위를 결정하 기 위한 등급화 기준을 마련할 필요가 있다(^{Kim et al., 2007}).

우선관리 대상하천을 선정하기 위한 등급화 연구사례로는 수질 및 유량을 활용하여 4개 그룹으로 분류한 하천그룹화 (^{Kim et al., 2007})방법, 하천 자연도 및 토지이용도 등을 사 용하여 하천 환경기능에 초점을 두는 하천평가등급화(^{Kim et al., 2004})방법, 하천접도, 경사도, 비점배출부하밀도(BOD, T-N, T-P)을 활용하여 등급을 분류하는 비점오염원관리(^{Park, 2010})방법, 수질, 유량, 면적, 오염부하량등의 자료를 사용하 여 계층적 의사결정방법에 적용한 하천등급화(^{Park, 2012})방 법 등이 있다.

본 연구에서는 우선관리 대상하천을 선정하는 방법으로 ‘하 천 수질개선 우선순위 결정을 위한 등급화 모델 개발(^{Park, 2012})’ 에서 사용한 ‘하천등급화’ 방법을 사용하였다. ‘하천등급화’ 방법은 하천의 다양한 인자(수질, 유량, 오염부하량, 면적, 유 달부하량)을 고려하여 모델을 구축하고 계층적 의사결정방법 (Analytic Hierarchy Process, AHP)을 이용하여 검증절차를 통해 각 항목별 가중치 산정 및 중요도를 평가하여 우선관리 대상하천을 선정하였다.

3.1. 유역현황

삽교호수계의 총 유역면적은 1,625.9km²이며 이중 충청남도 가 1,602.9km²로 전체면적의 98.6%, 세종특별자치시 23.0km²으 로 1.4%를 차지하고 있다. 각 시·군별로는 예산군 31.6%, 아산시 24.4%, 천안시 11.8%, 당진시 11.8%, 홍성군 11.5%, 청양군 7.5%, 세종특별자치시 1.4% 순이다. 삽교호수계의 유역현황을 Table 1에 간략히 나타내었다(^{Choi et al., 2019}).

3.2. 삽교호 수질현황

｢수질 및 수생태계 목표수질 평가 규정｣에 따라 삽교호의 수질을 연도별로 평가한 결과 삽교호 중권역 목표수질인 생 활환경기준 III등급(보통)을 목표수질 평가항목인 T-P, TOC 모두 초과하고 있어(Table 2) 목표수질 달성을 위하여 삽교 호로 유입되는 오염하천에 대하여 수질개선이 필요한 실정 이다.

3.3. 주요하천 수질·유량 모니터링

삽교호로 유입되는 60개소 지류하천에 대하여 수질 및 유 량 모니터링을 실시하였다. 삽교천, 무한천, 곡교천, 남원천 의 생활환경기준 BOD는 III등급(보통), T-P는 III~IV등급 (보통~약간나쁨)수준으로 나타났다. 개별하천에 대하여 온 천천 및 천안천이 BOD 기준 IV등급(약간나쁨)수준이며, 천 안천, 대천천은 T-P기준 V~VI등급(나쁨~매우나쁨) 수준 으로 나타났다(Table 3), (Fig. 3).

Fig. 3. Water quality class at Lake Sapgyo tributaries.

주요하천의 수질분석 결과 BOD 기준 I등급 하천이 27개 소(45%)로 가장 많았으며, T-P는 III등급 하천이 22개소로 (37%)로 가장 많은 것으로 나타났다. 삽교천 중권역 목표기 준 III등급(보통) 이상인 하천비율은 BOD 기준으로 남원·도 고천 100%, 곡교천 60%, 삽교천 25% 조사 되었다. T-P의 경우 남원·도고천 75%, 곡교천 70%, 삽교천 56%, 무한천 30%로 조사 되었다(Table 4)(Fig. 4).

Fig. 4. Water quality class summaries(BOD, T-P).

3.4. 오염부하량 산정

단위유역별 오염부하량 산정결과 BOD, T-P 모두 축산계 배출부하량이 가장 큰 것으로 나타났으며, 그 뒤로 생활계, 토지계, 산업계 순으로 나타났다. 단위유역별로는 천안, 아산 을 관류하는 곡교천유역에서 생활계 배출부하량이 가장 크 게 나타났으며, 가축사육을 많이 하는 홍성, 예산을 관류하 는 삽교천유역에서는 축산계 배출부하량이 크게 나타났다.

산업시설에 의한 오염물질 배출량은 곡교천유역(아산 탕정 지구, 천안 산업단지)에서 가장 높게 나타났다. 특히 삽교호 로 유입되는 주요하천 중 수질이 높은 곡교천이 위치한 곡교 천유역의 경우 생활계(인구)에 의한 오염물질 배출량이 전체 배출부하량의 약 60%을 차지했다(Table 5), (Fig. 5, 6).

Fig. 5. Total maximum daily load by unit watersheds.

Fig. 6. Total maximum daily load with respect to pollution sources(BOD).

3.5. 하천등급화 모델 구축

본 연구에서는 우선관리 대상하천을 선정하기 위하여 1.수 질(6), 2.유량(1), 3.면적(1), 4.배출부하량(3), 5.배출부하밀도 (3), 6.유달부하량(6)을 고려하여 대분류 6개 항목, 소분류 20 개 항목으로 구분하여 계층모형을 구축(Fig. 7)하였다. 평가 항목간의 정량적인 분석의 기준이 없이 평가 항목간의 상대 적인 비교에 따라 가중치 값을 결정해야 하므로 평가 항목별 쌍대비교를 통한 상대적인 중요도를 효과적으로 획득할 수 있는 AHP 기법을 활용하여 평가항목 가중치를 산정하였다. 각 항목별 점수는 하천을 오염시키는 정도에 따라 영향이 적 으면 1점 영향이 크면 7점으로 구분하였다. 각 점수대별 분 포는 7점(상위 5%), 6점(5~15%), 5점(15~35%), 4점(35~65%), 3점(65~85%), 2점(85~95%), 1점(95~100%)이며, 지표구간별 배점 및 범위는(Fig. 7)과 같다.

Fig. 7. Grading method for selecting priority management stream.

모든 평가 항목을 쌍대비교 해야 하므로 설문에 대한 구체 적인 이해와 집중이 필요하다. 따라서 전문가(교수, 박사, 연 구원 등)들에게 하천 등급화 모델의 적합성, 평가 부분 지표 적합도, 평가 부분 중요도, 평가 부분별 항목의 중요도로 각 각 쌍대비교를 통하여 그 중요도를 설문 조사하였으며, 설문 지는 ‘하천 수질개선 우선순위 결정을 위한 등급화 모델 개 발(^{Park, 2012})’의 방법을 차용하여 실시하였다. AHP를 적용 하기 위해 필요한 문제에 대한 전문적 경험이 있는 집단의 규모는 집단의 특성이 동질적일 때 10명 이내에도 충분하다 고 제시하였다(^{Gwon, 2008}).

본 연구에서는 총 100여명의 동질적인 전문가(수질관리·유역관리)들에게 전자우편 및 대면설문 등을 활용하여 설문 을 실시한 결과 총 26명의 설문지를 회수하였다. AHP 기법 에 의한 세부 항목 간 가중치는 각 항목간 쌍대비교를 통해 산정하였다. 일관성비율의 값이 0.1이내이면 합리적인 일관 성을 갖는 것으로 판단하고 각 항목별 쌍대비교 결과 일관성 지수가 0.1을 초과하는 경우에는 중요도 산정값에서 제외하 였다.

일관성지수 검증 후 6개 대분류(면적, 유량, 수질, 부하량, 부하밀도, 유달부하량)에 대한 중요도 산정결과 수질이 36.0% 로 가장 높게 나타났으며, 유량(26.1%), 유달부하량(13.4%), 부하밀도(12.0%), 배출부하량(8.9%), 면적(3.7%)순으로 나타 났다. 20개 소분류에 의한 중요도 산정결과 유량이 26.1%로 가장 높게 나타났으며, 유달부하량 중 SS 가 0.6%로 가장 낮 게 나타났다. 대분류별 항목별 중요도는 수질은 TOC가 10.5% 로 가장 높고, T-P(7.4%), BOD(6.3%), T-N(5.9%), COD (3.8%), SS(2.1%) 순으로 나타났다. 배출부하량은 BOD(4.9%), T-P(3.6%), T-N(3.5%)순으로 나타났으며, 부하밀도 및 유달 부하량은 각각 배출부하량과 수질의 각 항목별 중요도와 유 사하게 나타났다(Fig. 8). (Table 6).

Fig. 8. Importance of evaluation after consistency verification.

3.6. 우선관리 대상하천 선정 결과

삽교호 수계내 모니터링 대상 60개소 중 주요하천(삽교천, 무한천, 곡교천, 남원천)의 본류는 유입되는 지류에 따라 수 질이 변화되기 때문에 주요하천 본류에 해당하는 9개(삽교천 1~3, 무한천1~2, 곡교천1~3, 남원천2) 지점은 우선관리 대상하천 선정시 제외하고 나머지 지류하천 51개소에 대하 여 앞서 구축한 하천등급화 방법에 따라 점수화하여 1위부 터 51위까지 순위를 산정하였으며, 총 6등급(A~F)등급으로 구분하였다. 수질개선을 위하여 가장 우선관리 하여야 하는 F등급(5점 이상)은 천안천, 석우천, 온천천, 학성천, 남원천 상류로 5개소로 나타났다. 다음 E등급(4.5점 이상)은 11개소, D등급(4.0점 이상) 10개소, C등급(3.5점 이상) 9개소, B등급 (3.0 이상) 7개소, 오염도가 가장 적은 A등급(3.0점 미만)은 9개소로 나타났다.

본 연구에서는 하천등급화 방법에 의해 구분된 F등급(5개 소)과 E등급(11개소) 하천의 수질개선을 위하여 오염원인을 분석하였다. 환경기초시설 확충 및 방류수 수질개선 등 인구 에 의한 오염부하량을 저감해야 하는 하천이 4개소, 가축분 뇨에 의한 오염부하량을 저감해야 하는 하천이 5개소, 생활 및 축산을 모두 관리해야 하는 하천이 개소로 나타났다(Table 7).

4.1. 결 론

현재 지자체에서는 다수의 수질개선사업을 추진하고 있으 나, 대상하천에 대하여 정확한 진단 및 수질개선 사업 추진 에 따른 삽교호의 수질변화에 예측이 없어 사업효과가 반감 되는 실정이다. 또한 지자체에서는 수질개선 대상하천 선정 시 단편적인 수질자료와 재정적인 측면에서 삭감계획을 추 진하고 있어 효율적인 수질개선 사업이 추진되지 않고 있다.

본 연구에서는 삽교호로 유입되는 주요 하천(삽교천, 무한 천, 곡교천, 남원천)에 대하여 모니터링을 실시하고, 수질개 선을 위한 우선관리 대상하천 선정방법은 계층적 의사결정 방법(AHP)을 활용한 하천등급화 방법을 적용하였다. 하천등 급화 방법에 의한 항목별 중요도 분석결과 수질(36.0%), 유 량(26.1%), 유달부하량(13.4%), 배출부하밀도(12.0%), 배출 부하량(8.9%), 면적(3.7%)로 나타났다.

하천등급화 방법을 활용하여 하천의 오염도를 점수화하여 51개 대상하천의 순위를 산정하였으며 이를 기초로 총 6등 급(A~F)으로 그룹을 구분하였다. 이중 F그룹과 E그룹을 우 선관리 대상하천으로 선정하였다. 삽교호수계 내 가장 우선 적으로 수질개선 대책을 수립하여야 하는 1위 하천으로 천 안천(천안시)이 선정되었으며 2위는 석우천(당진시), 3위는 온천천(아산시)이 선정되었다. 각 지자체에서는 본 연구에서 제시한 우선관리 대상하천(F그룹, E그룹)에 대하여 수질개선 대책을 수립·이행 할 경우 한정된 재원으로 보다 수질개선 효과를 제고할 수 있을 것으로 사료된다.

또한, 우선관리 대상하천별 오염원인(생활, 축산, 기타 등) 에 따라 맞춤형 수질개선 방안(기초시설 확충, 관거정비 및 확대, 가축분뇨처리장 연계처리, 방류수 수질강화, 생태하천 및 저류지 조성, 친환경비료 사용, 도로청소 등)을 수립할 수 있을 것으로 기대한다.

4.2. 향후 연구과제

본 연구는 시간적·자료조사의 한계 등으로 인하여 연구 의 범위가 제한된 바, 이를 보완하기 위하여 향후 연구내용 의 확장을 위해 다음의 내용을 제안하고자 한다.