WASP5를 이용한 담수호의 수질변화 예측 및 관리방안 연구

Abstract

[한글]

우리 나라의 간척사업이 본격적으로 시행된 것은 1960년부터이며, 90년대에 들어서면서 간척사업 규모가 크게 확대되고 있다. 간척사업은 식량부족 문제해결 및 농지면적 확보 등 경제적으로 이로우나, 환경파괴의 문제점을 일으킬 수 있는 양면성을 가지고 있다.

기존에 조성된 담수호의 경우 부영양화 현상이 상당히 진척되어 있는 것으로 조사되고 있고, 담수호는 지리적 특성으로 오염부하가 많을 것으로 예상되므로, 본 연구에서는 간척농지내에 새롭게 조성되는 담수호를 대상으로 장래 수질을 예측하여, 농업용수로서의 이용가능성과 환경보호 등의 두 가지 목적을 달성 할 수 있는지에 대한 예측과 이에 대한관리방안을 마련하고자 하였다.

수질예측을 위하여 WASP5 모형을 이용하였으며, 예측에 필요한 우정호의 필요유입수량, 오염원 변화, 입력자료 등은 탄도담수호 조성사업 계획서의 내용과 기상자료, 기타 참고문헌을 이용하여 작성하였다.

장래 탄도담수호의 오염원 변화는 현재의 상태를 유지(시나리오 Ⅰ), 현재의 상태에서 증가(시나리오 Ⅱ), 현재의 상태에서 감소(시나리오 Ⅲ) 등의 3 가지 형태로 나누어 예측하였으며, 예측된 오염원 변화에 따라 오염원단위를 적용하여 오염물질 부하량을 추정하였다. 예측결과, 장래 탄도담수호에 오염부하가 가장 큰 시나리오 Ⅱ의 경우 BOD는 개발전 229.84㎏/day, 개발후 309.86㎏/day, T-N은 개발전 26.11㎏/day, 개발후 40.58㎏/day,T-P는 개발전 4.70㎏/day, 개발후 7.12㎏/day로 추정되었다. 시나리오 Ⅱ에 비해 시나리오 Ⅰ은 30∼50%, 시나리오 Ⅲ는 70∼99%의 오염물질 부하량 감소가 예측되어, 탄도담수호 예정지구내 인구관리만으로 오염물질 부하량을 상당히 줄일 수 있을 것으로 예측되었다.

우정호의 유입수는 장래 탄도담수호의 수질에 중요한 영향을 미칠 것으로 예상되어 본 수질예측에서 고려되었고, 탄도담수호 조성사업 계획서의 분석자료와 기상자료(1986∼1998)를 이용하여 추정하였으며, 관개용수 사용 시기와 기상자료를 바탕으로 건조시(11∼2월), 평시(3∼6월), 강우시(7∼10월)로 나누어 산정하였다. 예측 결과 우정호 물의 유입이 필요한 시기는 이앙기와 묘대기 기간인 평시(3∼6월)로 21,920,163㎥의 수량이 필요할 것으로 예측되었고, 건조시(11∼2월)와 강우시(7∼10월)에는 각각 1,672,090㎥, 19,938,766㎥의 여유유량이 생기는 것으로 예측되었다. 수질예측을 위해 오염원변화의 형태에 따른 3가지 시나리오를 기초하여 이에 따른 관리방안으로 우정호의 유입수 수질을 Ⅲ등급으로 개선했을 때와 자연수질정화기법을 이용하여 탄도담수호를 관리했을 때 상황을 가정하여 각 시나리오별 대안을 구성하였다.

수질예측결과, 시나리오 Ⅰ의 경우 BOD는 seg 6이 5.763㎎/ℓ로 가장 높았으며, seg 1이0.676㎎/ℓ로 가장 낮게 예측되었고, T-N은 seg 6이 1.059㎎/ℓ, seg 1이 0.764㎎/ℓ, Chl-a는 seg 6이 10.453㎎/㎥, seg 1이 4.403㎎/㎥로 BOD와 비슷한 소구간별 농도분포를 나타냈다. 그러나 T-P의 경우는 seg 6이 0.113㎎/ℓ, seg 1이 0.115㎎/ℓ로 예측되어 다른 수질항목과는 소구간 농도분포의 차이를 나타냈으며, 시나리오 Ⅱ의 경우도 BOD의 경우 seg 6이 5.827㎎/ℓ로 가장 높았으며, seg 1이 0.707㎎/ℓ로 가장 낮게 예측되었고, T-N은seg 6이 1.074㎎/ℓ, seg 1이 0.784㎎/ℓ, Chl-a는 seg 6이 10.460㎎/㎥, seg 1이 4.477㎎/㎥으로 예측되었다. 그러나 T-P의 경우는 seg 6이 0.120㎎/ℓ, seg 1이 0.127㎎/ℓ로 예측되었다. 시나리오 Ⅲ은 BOD의 경우 seg 6이 5.667㎎/ℓ로 가장 높았으며, seg 1이 0.626㎎/ℓ로 가장 낮게 예측되었다. T-N은 seg 6이 1.044㎎/ℓ, seg 1이 0.743㎎/ℓ, Chl-a seg 6이 10.413㎎/㎥, seg 1이 4.320㎎/㎥으로 예측되었으나, T-P의 경우는 seg 6이 0.113㎎/ℓ, seg 1이 0.115㎎/ℓ로 예측되어 시나리오 Ⅰ과 비슷한 소구간별 농도분포 차이

를 나타냈다. 시나리오 Ⅰ에 대해 자연수질정화 기법(인공습지, 차집저류지)으로 담수호를 관리할 경우를 가정한 대안 Ⅰ은 BOD 6.2%, T-N 8.2%, T-P 13.2%, Chl-a 18.8%의 저감효과가 있을 것으로 예측되었고, 시나리오 Ⅱ에 대해 대안 Ⅱ는 BOD 9.1%, T-N 8.6%, T-P 15.3%, Chl-a 24.9%의 농도 감소가 예측되었고, 시나리오 Ⅲ에 대해 대안 Ⅲ은 BOD 5.2%, T-N 7.2%, T-P 6.6%, Chl-a 20.3%의 농도 감소가 예측되었다.

수질환경기준 Ⅳ등급과 비교하여, 대안 Ⅲ의 예측결과만 수질환경기준 Ⅳ등급을 만족하는것으로 예측되었고, 소구간별 농도분포는 유역면적이 넓고 우정호의 물이 유입되는 seg6의 농도가 높게 예측되었으며, 장래 탄도담수호의 영양단계를 평가한 결과, 수질환경기준을 만족하는 대안 Ⅲ을 포함한 모든 시나리오에서 BOD, T-N, T-P는 부영양화상태, Chl-a는 중영양화 단계로 평가되었다.

수질예측 결과를 통해 T-N, BOD, Chl-a의 경우 우정호 유입수의 수질이 농도변화에 중요한 영향을 미칠 것으로 판단되며, T-P는 탄도담수호 유역의 오염부하가 농도변화에 중요한 영향을 미칠 것으로 판단된다.

이상의 연구결과를 종합해 보면, 장래 탄도담수호의 수질을 목표수질 Ⅳ등급으로 유지하고, 부영양화 현상을 방지하기 위해서는 현재 계획중인 자연수질정화 기법만으로는 어려울 것으로 판단되며, 본 연구에서는 인공습지와 차집저류지 외에 수생 식물 처리법, 환경농업 등의 자연수질정화 기법을 고려하였으며, 기타 관리방안으로 저질토 준설, 담수호 내용적 증설, 탄도담수호 예정지구내의 인구관리, 배수갑문 상시 운영, 조류 제어장치 등을 고려하였다. 그러나, 기존의 부영양화 방지 대책들은 담수호의 수질에 2차적인 오염을일으키는 오염원으로 작용할 가능성이 있으므로 현재 활발하게 연구되고 있는 환경친화적인 기법들을 고려하여 적정한 관리방안을 마련해야 할 것이다.

[영문]

This study is trying to predict water quality in future of a freshwater lake, that will be newly built up in reclaimed farmland, and to predict if two purposes of use possibility as agricultural water an environmental protection can be accomplished and also to prepare control alternatives.

I composed three scenarios according to changing types of pollution source to predict water-quality change in future Tando freshwater lake. And also, I predicted water quality by preparing alternative Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ for each scenario in case of managing Tando freshwater lake using natural water-quality purification technique considering an improvement case of Woojeong lake water ranked class Ⅲ using the same techniqu when flowing water of

the lake in.

Scenario Ⅰ is a hypothetical one when the pollution source (population and numbers of cattle) of the Tando freshwater lak in future would keep the current conditions further. Alternative Ⅰ as a managing one of scenario showed density decline at BOD 0.123㎎/ℓ, T-N 0.065㎎/ℓ, T-P 0.013㎎/ℓ, Chl-a 1.017㎎/㎥ over scenario Ⅰ.

Scenario Ⅱ is a hypothetical one when the pollution source (population and numbers of cattle) of the Tando freshwater lake would be increased more than current conditions. Alternative Ⅱ as managing one of scenario Ⅱ showed density decline at BOD 0.194㎎/ℓ, T-N 0.076㎎/ℓ, T-P 0.02㎎/ℓ ,Chl-a 1.618㎎/㎥ over scenario Ⅱ.

Scenario Ⅲ is a hypothetical one when the pollution source (population and numbers of cattle) of the Tando freshwater lake would not exist in the intended site. alternative Ⅲ as a managing one of scenario Ⅲ showe density decline at BOD 0.107㎎/ℓ, T-N 0.067㎎/ℓ, T-P 0.007㎎/ℓ, Chl-a 1.291㎎/㎥ over scenario Ⅲ.

Alternative Ⅲ alone was predicted to satisfy the environmental standard of water quality. For judgement of nutrition step, all scenarios and alternatives were decided as eutrophication∼mesotrophication conditions as well. An as a result of predict for water quality of Tando freshwater

lake, the natural water-quality purification technique alone was predicted not enough to keep the water-quality expectancy and obstruct th phenomenon of non-nutrition of the freshwater lake. As control alternatives for Tando freshwater lake, environmental agriculture and other control alternatives (dredging of sediment, extension of substance of the freshwater lake, population management in drainge basin, ordinary operation of the supply

gate, control equipment of tide) as well as the natural water-quality purification techniqu(constructed wetland, intercepted holding area,handling technique of aquatic plants) are worthy to be considered.