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1 금강수계 2005 년도환경기초조사사업 밭및임야로부터의오염물질배출특성조사 2 년차 ( 요약 ) 보고서 Characteristics of Pollutants released from Forest and Upland Soil 금강수계관리위원회 국립환경과학원금강물환경연구소

2 제출문 금강수계관리위원회귀하 본보고서를 밭및임야로부터의오염물질배출특성조사에관한연구 ( 총연구기간 : 2005년 4월 1일~2005년 11월 30일 ) 의요약보고서로제출합니다 년 11 월 30 일 역무대행기관명 : 국립환경과학원금강물환경연구소 연구기관명 : 사단법인한국환경농학회 연구책임자 : 충남대학교생물환경화학과교수이규승 연구원 : 충남대학교생물환경화학과교수정덕영 연구원 : 한밭대학교환경공학과교수 유병로 연구보조원 : 충남대학교농화학과박사3년 고광용 연구보조원 : 한밭대학교환경공학과박사2년김훈 연구보조원 : 충남대학교농화학과석사2년 김성헌 연구보조원 : 충남대학교농화학과석사2년 나은식

3 요약문 Ⅰ. 제목밭및임야로부터의오염물질배출특성조사 Ⅱ. 조사연구의목적및필요성 현재까지정부에서는상수원과호소및하천의수질을향상시키기위해다각적인대처방안을강구하여왔으나생활오수와공장폐수등과같이상시유출되는점오염원 (Point source) 에대한저감대책만으로는호소및하천수질향상에한계가있다. 현재강우시에빗물에의해부하되는비점오염물질은 4대강오염부하의 22-37% 에달하고, 팔당상수원의경우오염부하의약절반인 44.5% 가비점오염원으로조사되는등수질에미치는영향이크다. 따라서오염원이동기작, 부하량을평가하고오염부하량을경감시킬수있는관리방안에대한연구가매우시급한실정이다. Ⅲ. 조사연구의내용및범위 임야와농경지등의비점오염원은수계의수질오염에가장큰영향을미치는인자로알려져있다. 따라서비점오염원중가장큰단위이면서도비점오염도에대한정량이이루어지지않은임야와농지중밭토양을대상으로하여계절과지형적특성, 토양의이화학적특성, 각각의토양이용도별토양내비점오염원이수질에미치는영향을정량화를목표로다음과같은연구를실시하고있다. 비점오염원의국내외관련자료조사및분석 조사유역의토지이용현황 유수유역현장조사및수문형태조사 금강유수유역내임야 / 밭조사지점선정 수리 / 유거 / 침식 / 유량조사기기설치 수리이동과토양유거특성조사 유거특성별침식과오염물질발생원단위 임야강우시및청천시유량및수질조사 밭강우시및청천시유량및수질조사 - 1 -

4 Ⅳ. 조사연구결과 조사지는충청남도공주시반포면봉암리 480, 490 번지일대와봉곡천지류를중심으로조사지는임야와답이혼재하는지역으로서조사지역내에 2개가옥과봉곡천지류양쪽에염소등을방목하는 1개의축사가위치하고있다. 조사대상지임반유역에해당하는면적은다양한필지로구성되어있으며총면적은 A지역의임반유역약 17만평 ( 약 56111m2 ), B지역 22만평 ( 약 m2 ) 로총 39만평정도로조사되었으며수종은소나무, 갈참나무, 상수리나무, 낙엽송등이혼재하고있으며수중밀도는 10a 당 285주정도이며수종의수령은최저 5년부터최고 36년생정도로조사되었다. 그리고조사임반이시작되는곳으로부터조사지점하단인봉곡리다리입구까지의소수계의길이는약 2.7 km 정도로조사되었다. 각각의조사지점의이화학적특성을조사한결과토양의 ph는대부분 5.5 이하로양이온치환용량이감소시키는특성을보이고있으며토양용액중에존재하는이온의정도를나타내는 EC는 10-1 ds/m 이하로일반농경지보다낮은경향을보여주고있다. CEC( 양이온치환용량 ) 는일반농경지와유사한경향을보여주고있으며토성은임반하단에해당하는 d지점을제외하고는점토함량이작은미사질양토로조사되었다. 한편상기채취된토양내수용성과치환성양이온의분포특성을조사한결과수용성상태로존재하는양이온의함량이치환성양이온의농도보다낮게분포되어있음을확인하였다. 그리고임반과농경지에서양이온의분포특성을살펴보면임반의상부보다하부에양이온의분포가높았으며농경지토양과비교시양이온의분포함량의차이는높지않았다. 경운전과 2005년 7월 20일의밭토양 B의 EC의변화는경운전 EC는 0.25 ds/m 였으나, 7월 20일조사한 EC의평균값은 ds/m로약 ds/m 정도감소한것으로조사되었다. 따라서경운전과강수후 EC의변화는토양으로손실된양이온이나음이온으로추정할수있다. EC 감소량을기준시밭토양 B로부터손실된총이온의함량으로 10a 당유실된토양량을환산하여보면밭토양 B에서의유실된토양의두께는약 0.8mm 정도로추정된다. 강우시최고유거수포집량은 mm이고, 최저유거수포집량은약 1300 mm가포집되었다. 지점별탁도조사결과를비교하면개방형 Trench가폐쇄형 Trench보다최소 2.7배에서최대 7.9배정도높았다. 나지로부터유입된유거수의 ph가피복과식생이형성된토양을통과하여발생한유거수의 ph보다약 0.75 unit정도높았고, EC의경우최대 0.21 ds/m 정도높았다. 조사기간중임야로부터수계로유입되는오염부하량의산정을위해총 6회의청천시유량과수질데이터와, 총 16회의강우사상에대해전수조사를실시하여총오염부하량을산정하였다. 청천시오염부하량의산정은 1일평균부하량에청천일수를곱해서산정하 - 2 -

5 였다. 강우시오염부하량은유량과수질데이터를토대로시간당평균오염부하량을산정하고, 강우영향시간을곱해주어강우시오염부하량을산정하였다. 이렇게산정된오염부하량을총조사일수와조사면적으로나누어일일평균 ha 당부하량을산정하였다. 그결과는 BOD로써 0.95kg km -2 d -1. COD는 1.36kg km -2 d -1, T-N은약 0.63kg km - 2 d -1, T-P는약 0.04kg km -2 d -1, SS는약 1.88kg km -2 d -1 그리고 TOC는약 0.63k g km -2 d -1 로조사되었다. 또한밭으로부터의오염부하량원단위를산정하였는데 BOD로써 4.73kg km -2 d -1. COD는 7.32kg km -2 d -1, T-N은약 6.09kg km -2 d -1, T-P는약 0.55kg km -2 d -1, SS는 14.24kg km -2 d -1 그리고 TOC는약 3.39kg km -2 d -1 로조사되었다. Ⅴ. 조사연구결과의활용방안 본조사가가지는특성은조사지역내토양이용도와지목별로하천으로유입되는유거수이동선상에강우량, 침투, 침식, 유거측정장치를설치하여강우에따른강우이동거리별물질이동을측정할수있는장점을가지고있다. 그리고임반에설치된장치를통하여해당유역상에서발생하는유수의이화학특성을조사할수있어임반과밭으로부터발생하는오염물질의발생량을상대적으로비교할수있다. 따라서이러한장치를타지역의유거수이동과수계부하오염물질조사에활용할수있다. 그리고별개또는연속적수계오염물질부하특성을조사하는기술에본연구에서활용한장치를활용할수있으며연구종결시예상되는응용방법으로토양특성에따른물질부하특성환산방법을타연구에활용할수있을것으로기대된다

6 목차 제 1 장서론 5 제 1 절조사사업의필요성 5 1. 연구의중요성 ( 필요성 ) 5 제 2 절연구내용및범위 연구내용 연구범위 조사방법 23 제 2 장국내외연구현황 30 제 3 장조사연구수행내용및결과 36 제 1 절조사지현황 36 제 2 절청천시와강우시유량및수질특성 청천시유량및수질특성 강우시유량및수질특성 47 제 3 절임야로부터의평균부하량 48 제 4 절밭로부터의평균부하량 53 제 5 절기여도분석 59 제 4 장조사연구목표달성도및대외기여도 61 제 1 절연구목표 61 제 2 절연구목표와달성도 61 제 3 절관련분야기여도 62 제 5 장조사연구결과의활용방안 63 제 1 절타연구에의응용 63 제 6 장참고문헌

7 제 1 장서론 제 1 절. 조사연구사업의필요성 1. 연구의중요성 ( 필요성 ) 현재까지정부에서는상수원과호소및하천의수질을향상시키기위해다각적인대 처방안을강구하여왔으나생활오수와공장폐수등과같이상시유출되는점오염원 (Point source) 에대한저감대책만으로는호소및하천수질향상에한계가있다. 상시유출되는점오염원의경우오염발생부하의정량화가가능하여하수도정비및관련수처리시설등을효율적으로운영함으로서오염을저감시켜수질목표를달성하는것이가능하지만비점오염원은토지이용특성, 강우사상, 지역별오수 우수관리시스템등다양한요인에따라발생정도가다르므로시간적 공간적특성에따른발생오염에대한정량화가매우어렵다. 비점오염원은정확한유출경로를확인이어렵고오염물질의유입이비지속적이다. 주로산림, 초지, 농지, 도시용지등토지이용과관련있으며특히강우시가축분뇨, 농약, 비료등의수계유입및토양의침식으로인한질소 (Nitrogen) 와인 (Phosphorus) 등영양물질에의한호소및하천의부영양화유발등비점오염원에의한수질오염영향이매우크다. 우리나라는수량적인측면에서는홍수로또한수질적인측면에는볼때우리나라비점오염부하량의 71% 가여름철 ( 연강수량의 70% 집중 ) 에집중되고있는것으로알려져있다. 현재강우시에빗물에의해부하되는비점오염물질은 4대강오염부하의 22-37% 에달하고, 팔당상수원의경우오염부하의약절반인 44.5% 가비점오염원으로조사되는등수질에미치는영향이크다. 한강수계에서농업에의한수질보전을위해다양한방안이제시되고있다. 그러나토 - 5 -

8 지별오염원부하량의정량적평가가없으면정책의효율성과지속적시행여부를판 단하기어렵게된다. 따라서오염원이동기작, 부하량을평가하고오염부하량을경감 시킬수있는관리방안에대한연구가매우시급한실정이다. 표 1.1 하천별유역면적과연평균유출량 하천명 유역면적 ( km2 ) 유로연장 (km) 연평균유출량 ( 억m3 ) 연평균강수량 (mm) 한강 낙동강 금강 현재우리나라전국밭면적은 879천ha로서이중약 93 % 에해당하는약 69만ha가경사지 2% 이상에분포하고경사 7 % 이상의경사지밭면적은 62%, 그리고이중영남지역에 75 % 가분포되어있는것으로조사되었다. 따라서토양침식및양분유실에관한국제환경규범제정에대응한연구필요성이증대하고있다. 밭토양은논토양에비해기반정비미비와부적절한토양관리로토양구조의발달이미약하기때문에생산성저하, 저수지매몰, 수자원고갈, 홍수조절기능약화, 상수원오염등의피해를초래하고있다. 그리고연평균강우량 1,200mm의약 2/3 가여름철에집중되어침식에의한토양및양분유실이심하다. 따라서토양침식이일어날때강우에의해서토양입단이분리되어이동되는과정에서점토입자, 유기물등에흡착되어있는양분도동시에유실된다. 그러나작물, 재배시기, 재배기간, 식생의밀도, 지면피복도가차이에의해토양및양분유실의차이가많아이에대한대책이필요하다

9 표 1.2 대관령지역경사지포장에서에서의토양유실조사 작물 옥수수 감자 비료시용 경운표층잔재물토양유실량 (kg/plot) 방법피복도 97년 98년 99년 화학비료 등고선 0% 화학 + 유기질비료 등고선 0% 유기질비료 등고선 0% 화학비료 + 유기질비료 무경운 100% 화학비료 + 유기질비료 상하경 0% 화학비료 무경운 80% 화학비료 등고선 0% 화학비료 + 유기질비료 등고선 0% 화학비료 등고선 0% 화학비료 + 유기질비료 상하경 0% 화학비료 + 유기질비료 등고선 흑색비닐 80% 농업활동에이용되는화학비료와농약의경우작물에흡수되지않고토양과물을통해인근수질로유출, 오염을유발하는양은성분량을기준으로화학비료의경우년 32~48 만톤으로추정되며농약은 7,800~15,600톤으로보고되었다 ( 오세익외, 1997). 이는화학비료와농약중각각 33 ~ 50 % 및 30 ~ 60 % 가손실되는것으로영농관리기법의개선을통한오염부하의저감이시급히요구된다. 현재우리나라에서는토지사용특성과작물별토양유실연구는일부이루어져왔으나유실양분의이동경로등에대한연구는미흡한실정이다. 일반적으로토양침식요인에는강우의성질, 경사도및경사장, 그리고식생과토양특성에따라차이가크므로실질적인조사를하여이에대한대책이반드시필요하다. 표 1.3 관행농업지역의토양유실량평가 토지이용 면적토양유실 (ha) MT/ha/yr Total (MT/yr) 임야 1, ,567 ( 42.2) 관행농업 논 ,121 ( 6.3) 밭 ,226 ( 51.5) 계 3, (mean) 17,914 (100.0) ( 양재의등, 2003) 우리나라의산림은국토면적의약 62 % 를차지하고있고경사도가 5 이하의평탄한 지역은약 23% 에불과하다. 산림에서발원되는하천수의수질은계절적강우분포특 - 7 -

10 성, 식생대, 및산림의지형학적특성에영향을받으며산림의표층토를통과한수분은용출수의형태로침출되어계류수와연결되기도한다. 그리고산림임반으로부터발생하는유거수에포함되어있는유기물, 무기이온및점토광물이계류수로합쳐져산림의수분이동특성과수질내물질의정도에따라양질의공급원으로또는수원의오염원으로도작용하기도한다. 그림 1.1 산지와농지인접지역에서토양침식 강우의영향하에있는토양은지형적특성, 지표면을덥고있는식생구조와재식밀도등에의해토양침식과물질유거특성이달라진다. 특히산림토양의경우깊이별용적밀도변화는토양표면에서의침식, 유기물함량, 토양입자의수직적이동특성과상관성이높은것으로판단된다. 그리고산림토양에서의수분의이동과분포특성은지형적인특성과토양의물리적특성인용적밀도와유기물함량등에의해영향을받으므로이에대한심층연구가필요하다. 그림 1.2 경사지밭토양의토양침식과 Gully 형성모습 - 8 -

11 위에서본바와같이수환경오염원인인비점오염은 1농경지를기반으로한오염원 (land-based pollutants) 과 2영농관리방법을기반으로한오염원 (management- based pollutants), 3영농지역외산림지로구분할수있다. 전자는토양과관련되어있고토양유실에의해토양입자가수계로유입되면서오염이초래된다. 유실되는토사가오염원이되는경우로인산, 중금속, 동식물성병원균등이이범주에속하게된다. 이들오염원의제어는토양유실과토양입자의이동을막을수있는관리방법에의해조절될수있다. 후자의경우는생산성을향상시키거나병해충방제를위해작물이나토양에시용된오염원을가리키는것으로유입된이들의일부는물에녹아서유거수, 유출수와함께이동하고일부는토양입자에흡착되어토양이유실될때이동한다. 특히산림특성에따른수질오염은산지가가지는자연요인과벌채, 간벌, 가지치기, 시비, 보육사업, 토지이용방법등의인위요인에의해영향을받는다. 그러므로이러한오염부하를방지하여수질보전방안을제시할수있는현장실태조사와오염부하량평가가반드시필요하다. 2. 이론적배경 토양침식의발생은다량의강우에동반해서발생하며강우의타격과운동에너지에의해토양의입단이분리되며, 분리된후유거수를따라이동되는과정에서점토입자나유기물등에흡착되어있는양분도동시에유실된다 ( 정등 1999). 토성의경우에는입자의구성비율이어떻게되어있느냐에따라토양표면의세류침식이나강우의토양침투에많은영향을미치는데 ( 하등 2003) 점토가많은토양은점토의전기적성질때문에응집력이강해서분리가어렵지만운동에너지가큰타격성강우에의해분리되면다른것들보다크기가작고가벼워서이동이나토양공극의충진이쉽게이루어지며이런토양공극의충진은강우의지하침투를억제하여유거수의양을증진시키는역할을한다. 또한미사가많은토양은강우의운동에너지가크지않더라도물에의해쉽게분리되고따라서이동도잘된다. 밭이주로경사지에분포되어있는우리나라에서는이러한토양들의유실을감소시킬수있는농경학적방법을개발하는것이국토를보전하거나비점오염을저감시키는최선의방법이될것이나작물마다재배시기, 재배기간, 식생의밀도, 지면피복도의차이가나고토양도표면조도나토양수분함량등의차이가나기때문에토양및양분유실도경지이용형태별, 작물별, 재배시기별, 토양별로차이가많다 ( 정등 2002). 지금까지경사지밭토양에서토양및양분유실이나양분수지에관한연구가라이시미터를이용해주로행해져왔으며 ( 오등 1995, 오등 1996, 정등 1997) 필지단위로행해진연구는미흡 - 9 -

12 한실정이다. 따라서본연구는 2ha 단위의집수지역에서토양유실및양분유실양상을파악하여강우에따른양분수지를구명하고토양유실양을예측하는모델들의적합성을검증하는많은연구가수행되왔다. 이러한연구결과를살펴보면강우가내릴때발생하는물의유출은지면의피복정도와작물의생육상태에따라다르게나타나고동일한강우가내리더라도작물의 canopy 높이에따라다르게나타난다. 특히, 강우시유출을지배하는요소중의하나는지면피복도이다. 본시험에서재배된사료용옥수수는밀식재배하는특성이있어지면피복도도우수하고 canopy 높이도다른어떤작물보다도높다. 따라서물유출이다른작물과다른양상으로전개되는데표 5에나와있듯이물유출량과토양유실량이적은편이다. 이런결과는지면피복도에따른토양수분함량의변화를살펴보면이해가빠르다. 강우후지면피복도에따른토양수분함량의변화는토양표면이작물에의해덮여진정도가 0.5이하인경우에시간에따른토양깊이별토양수분함량변화는강우가내린바로후에토양수분함량이급격히증가하는반면피복도가 0.9를넘었을때의수분변화는시간에따라천천히증가하다일정시간이흐른후에급격히증가하는경향을보인다고보고되었다 ( 허등, 2003). 토양표면의거친정도 (Surface roughness) 는토양유실과물유출에영향을미치는중요한변수중의하나로서지표면에강우가도달하였을때밭에물이괴어있는곳의침하 (depression) 저장능에영향을미친다. 침하저장능은경사기울기에의존하며표면이거친토양은그렇지않은토양보다더많은지표수를저장할수있다 (Moore & Larson 1979, Ullah & Dickinson 1979, Onstad 1984). 지표수의저장능과유출양상이달리나타날수있는토양표면의형상을강우전. 후로비교한결과는입자의크기가주로 1~2 mm로이루어진토양에서는강우전 후에토양입자의장 단축길이와면적의변화가작은반면에 2~4 mm로이루어진토양과 4~8 mm로이루어진토양은길이와면적의변화가현저했다. 특히, 주로 4~8 mm로이루어진토양의변화가눈에띄었으며후자의두개토양은강우후의토양입자의크기가 1~2 mm로이루어진토양과그크기가비슷해졌다. 이는강우의운동에너지에의한타격으로물이침투해야할공극의크기가아주작아진것을의미하고따라서공극을통해침투되는물보다는유출되는물의양이증가되는것으로예측할수있다. 토양이외력에대항하여원래모양을지탱하려는힘을전단응력 (shear stress) 이라하고전단응력이최대가되어외력에의해변형이생기기시작하는것을전단강도 (shear stress) 라한다. 토양에서이런전단강도는동일한토양일지라도수분함량에따라달리나타나며, 특히강우에의한토양유실발생시의전단강도가수분으로포화된상태이므로변형에저항하는힘이제일작다. 표 7은강우전, 중, 후의전단강도값을보여준다. 강우가내리기전전단강도는그때의토양수분함량에따라차이

13 가있으며예로 2002년 21 kpa, 2003년 16.7 kpa로강우중의전단강도는평균 10.3 kpa 로대략이값근처가포화된토양상태를나타내며토양유실도개략적으로이정도수준에서발생할것으로추정한다. 강우후의전단강도는그당시의투수속도나투수량및증. 발산정도에따라증가하는정도가다르며또한, 시험포장에대한전단강도와경도의 krigging에의한공간변이는전단강도가높은곳은대체적으로경도도높게나타난다. 따라서전단강도나경도모두토양수분함량과밀접한관련이있으므로이를해석할때는토양수분의지배력을염두에두어야한다는것이다. 현재까지유역의토양유실량을정확하게추정하는방법은없으며, 범용토양유실방정식 (USLE: Universal Soil Loss Equation) 등을이용하여토사발생을추정하는방법이보편적으로이용되어왔다. USLE 모형은농경지의토양유실에대한실험을통하여도출되었기때문에, 이를유역규모로확대 적용하기위해서 Renard 등은 (1996) 은지표, 토양수분상태등과관련된일부인자를보완한 RUSLE(Revised Universal Soil Loss Equaltion) 모형을제시하였다. 본연구에서도 RUSLE 모형을활용하여금호강유역의토양유실량 (ton/ha/yr) 을예측하였으며, 이를위한산출공식은아래와같다 (Renard 등., 1996). A = R K LS C P 여기서, A : 토양유실량 (ton/ha/yr), R: 강우침식인자, K: 토양침식인자 LS: 지형인자 ( 경사도-경사길이 ), C: 식생피복인자, P: 침식조절인자이며유실량의예측을위해서는강우침식인자를비롯한총 5개영향인자에대한분석이우선적으로이루어져야한다. 현장에서직접실험에의하여토양유실량을예측하는방법도있다. 그러나광역적규모의토양유실량을예측할경우에는각영향인자별자료를수집하고, 해석하는데상당한양의시간과노력이요구된다. 따라서최근에는 GIS를활용하여각영향인자별자료를용이하게획득할수있을뿐만아니라, GRID 기반의중첩분석기법을이용하여최종적인토양유실량의계산이가능하다. GIS를활용한토양유실량의예측은영향인자별주제도의구축과전체적인분석과정은기상관측지점에서의강수관측자료, 토양도, 등고선도, 토지이용도가기본적으로요구되며, 이들자료에서생성된각영향인자별주제도구축이필요하다. 농경지나임야로부터발생하는오염물질이수계로유입되는데영향을미치는요인중토양침식도와식생은오염부하량에직접적인요인으로작용한다. 현재사용하고있는 RUSLE 공식에사용되는토양침식도는다음과같은공식을이용하여적용한다. K fact = (1.292)[2.1 x 10-6 f 1.14 p (12-P om ) (S struc -2) (f perm -3) f p = P silt (100-P clay )

14 여기서 f p 는입경계수, P om 는유기물함량 (%), S struc 는토양구조지수, f perm 는토양단면흡수계급요인 (the profile-permeability class factor), P clay 는점토함량을의미한다. 토양의침식도는토성에따라다음과같이분류할수있다 < 표 1.4> 에서보는바와같이토양내점토함량이증가함에따라토양침식도도증가한다. 표 1.4 토성에따른 K value 토 성 K Sandy, fine sand, loamy sand 0.10 Loamy sand, loamy fine sand, sandy loam, loamy, silty loam Loamy, silty loam, sandy clay loam, fine sandy loam Silty clay loam, silty clay, clay, clay loam, loamy 그러나동일토성을가진토양이라도토양내유기물함량에따라침식도는 2 % 이상의 경우는 0.21 그리고 2 % 이하의경우는 0.24 로증가한다. 따라서토양내유기물함량의증 가는상대적토양침식을감소시키는요인으로작용한다. 표 1.5 토양유기물의함량에따른토성별 K value Textural Class Average Less than 2 % More than 2 % Clay Clay Loam Coarse Sandy Loam Fine Sand Fine Sandy Loam Heavy Clay Loam Loamy Fine Sand 그리고토양유실에영향을미치는강우침식인자는 (R) 총강수 Kinetic 에너지에따라지표 면에서의침식특성이달라진다. R = 1 j=1 n n k=1 [ (E)(I 30 ) k ] m E = (331)log 10 (I), 여기서 E 는총강수 kinetic energy, I 30 는최대 30 분강우강도, j 는년간평균강수량회

15 수, k 는년강수회수, m 은년폭우회수, 그리고 n 은평균강수계수획득연수를나타 낸다. 표 1.6 강우강도에따른 Kinetic Energy (Tons/10a/cm rain) Total Rainfall Intensity (cm/hr) (cm/hr) 강우의 Kinetic 에너지는강우강도가증가함에따라증가하며총강우량이시간당 7.62 cm/hr 이상에서는토양지표면에가해지는 kinetic energy 값은같아진다 < 표 1.6> % Silt + Very Fine Sand st Approxiamtion of K Soil Structure Procedure : with appropriate data, enter scale at lest and proceed to point representing the soil s % sand )( mm), % OM, structure, and permeability. In that sequence, interpolate between plotted curves. The dotted line illustrate procedure for a soil having s+vfs 5%, OM 2.8 *, structure 2, permeability 4. Solution K= Permeability 그림 1.3. 토양의침식량 (K 값 ) 을구하기위한 USDA 계산도표 Soil-Erodibility Factor, K

16 토양유실발생강우량산정하기위한최소한의수학적조건은다음과같다. Y = f(ro) 0 (1) 이공식에서 Y는토양유실 (soil loss) 이고, f(ro) 는물유출 (Runoff) 의함수로서물유출과토양유실과의관계식은실질적인현장조사자료를이용하여강우량에따른토양유실을조사하여조사된자료를기준으로하여함수식을구하여사용할수있다. 예로허등 (2005) 이조사한연구결과를기준으로할때각각의강우상에따른유거량을구한다음유거량별유거수내에포함된토양을구한다. 이러한조사결과에따르는함수식은 1차함수로표시되며 a는기울기, b는 y를지나는값을적용한다. Y = ax-b 0 (2) 그림1.4는유거에따른토양손실량을나타낸것이다. 그림에서보는바와같이일정량이상의유거수가발생한시점부터토양유실이발생하게된다. 토양유실이발생하는초기유거수량은 x 축상에서나타나며전체토양유실량은직선회귀식으로구할수있다. 따라서상기식을활용한강우사상별토양유실이발생할수있는최소한의물유출량은약 2.3 ton/ha이며농경지내의물유출량이 2.3 ton/ha 이상이되면토양유실이발생한다고판단된다 Y=1.52x R 2 =0.839 Soil Loss (kg/ha) Amount of Runoff (Ton/ha) 그림 1.4. 강우시토양유실량과유거량과의관계

17 두변수간의이론적초기조건인 x=0, Y=0이농경지에서발생하는물유출과토양유실관계의현실적조건이아니라는것이다. 즉, 물유출과동시에토양유실이발생한다는이론적조건은강우나토양의파괴처럼에너지를가하여토양의형태에변형을일으키는변형력에저항하는토양이가지고있는응력 ( 전단강도 ) 을고려하고 (Cornelis et al, 2004; Leonard and Richard, 2004; Watts et al., 2003) 있지않으므로이를반영할경우토양유실이발생할수있는초기조건은 Y=0, x>0이된다. 이를바탕으로본시험포장에서토양유실이발생했을때작용하는토양의마찰력과토양입단의응집력은 < 그림 1-6> 과같이표현할수있다. 여기서, n은수직항력, f는마찰저항력, θ는경사각, g는중력가속도를나타내며지구중력방향으로는 mg의힘이작용하고토양유실이발생하는방향으로는 mg sinθ가작용한다. 따라서, 토양유실방향과저항력이작용하는좌표에서토양유실발생의초기조건과수직항력이작용하는좌표에서의수직항력은다음의식과같다. F f = mg sin θ - f = 0 (3) F n = n - mg cos θ = 0 (4) f n θ mgsinθ Force Friction mgcosθ mg θ Strain Cohesion 그림 1.5. 경사장에따른밭토양표면에서의유거량에관련된힘 그림 1.6 토양표면의작용하는물리적힘의특성 따라서, 식 (2) 에서의결과와식 (3) 을모두고려하면토양유실에대한저항력과수직항 력은다음과같은결과를얻는다. f = mg sin θ (kg m s -2 ) = N (5) n = mg cos θ (kg m s -2 ) = N (6) 식 (2) 의결과에서보듯이 (5) 의저항력은 ha 면적에서작용하며, 토양유실발생방향과마 찰저항력의작용방향이반대이므로, 이들이평형을이루고있는값을통해토양유실에

18 대한토양의임계저항을 (7) 과같이구할수있다. P = = 0.51 P (7) 여기서, P f 는압력 (Pa), F는힘 (N), A는면적 (m 2 ) 을나타내며위의결과는물유출이토양에미치는압력이약 0.51Pa 이상이면토양유실이발생하고그이하의압력일때는물유출이존재해도토양유실이발생하지않는다는것을의미한다. 그러나이와같은단일강우량에의한토양손실은실질적강우강도에적용한값으로실제현장에서누적또는연속강우에의한토양손실을환산하기는어렵다. 따라서실제현장에서발생하는강우특성을고려한토양손실은강우량에따른유거수누적계수와경사도별이동거리그리고누적유거량에의한전단강도변화등을고려한토양손실이환산되어야한다. < 그림 1-7> 은토성이다음두개의토양에가해진 2차연속강우에의한유거수량변화와수분침투율을나타낸것이다. 그림에서보는바와같이강우빈도가 1차에서 2차로증가됨에따라유거량은증가하였으나침투량은감소하는경향을보여주고있다. 이와같이토양의침투력이감소하게되면감소된침투력에반비례하여유거는증가하며이는지표면에서전단능이증가에따른마찰력에의한토양소실이발생하기때문이다. Soil I : Clay (32), Silt(35), Sand (33) Soil II : Clay (14), Silt(64), Sand (22) Runoff (mm) Percolation (mm) Soil I Soil II 1 st Rainfall 2 nd Rainfall Soil I Soil II 1 st Rainfall 2 nd Rainfall Rainfall Event 그림 1.7 건조된토양표면의연속적인두차례의강우현상에따른평균유거량과평균침투율

19 제 2 절. 연구내용및범위 1. 연구내용비점오염원은수계의수질오염에가장큰영향을미치는인자로알려져있다. 따라서비점오염원중가장큰단위이면서도비점오염도에대한정량이이루어지지않은임야와농지중밭토양을대상으로하여계절과지형적특성, 토양의이화학적특성, 각각의토양이용도별토양내비점오염원이수질에미치는영향을정량화하여수질오염총량관리제에활용할수있는기초자료를확보하는것을목표로한다. 1차년도연구는금강권역중금강중류유역에속한충남공주시반포면봉곡리임야와밭을대상으로하여조사대상지를선정하고선정된조사대상지를대상으로밭및임야로부터의오염물질배출특성을조사하기위하여조사의대표성을가지는임야와밭을선정하여선정된지역에지표면수분침투율, 유거, 침식, 오염물질존재성상과분포특성, 오염발생원별계절적발샐특성, 유량및수질조사를실시하였다. 임야와밭으로부터의오염발생과부하에따른연구조사내용은다음과같다. 1 토지지목 ( 임야, 밭 ) 과오염부하량과의인과관계 2 토양처리또는기존의오염물질종류와잔류량 ( 화학비료, 유기물등 ) 3 오염물질종류와잔류량별오염부하량과의상관관계 4 토양지표식생별오염부하량과의상관관계 5 토성 ( 점토, 사질토등 ) 과오염부하량과의인과관계 6 강우량과강우강도 ( 일강우량, 시우량등 ) 와오염부하량과의인과관계 7 경사도와경사장 (10%, 20% 혹은 10m, 20m) 과오염부하량과의인과관계 8 지표피복도 ( 나지, 비닐멀칭, 지푸라기피복등 ) 과오염부하량과의인과관계 9 밭토양의경운방법 ( 평행경, 상하경등 ) 과오염부하량과의인과관계 10 조사유역하천의수량과수질모니터링을통한비점오염원배출부하특성 2. 연구범위가. 조사유역의유수유역현장조사및토지이용, 수계현황조사금강중류유역에속한충남공주시반포면봉곡리산 141번지중심으로조사유역을선정하고조사유역내유수유역의토지이용현황을조사하고조사유역내소수계와지천현황을조사하였다. 그리고토지이용도현황에따라면적과활용도, 지형적조건, 식생현황 ( 임야의경우조림특성, 밀도등포함 ), 수계분포와연계특성, 지역별토양의이화학성을조사하였다

20 그림 1.8 금강중류유수유역현황 조사지점선정은임야-밭-수계가연속되는지점또는영향권역외의지역에서지점을선정하여 1대상조사지역의임야와밭토양의지형특성, 토양물리성, 토양화학성과수리특성에대한기초조사를하고, 2산림생태계내의강우의강도및빈도에따른현장침투계수측정수분이동특성, 투수계수등의기초조사를실시하여인공강우기와텐시오미터등을이용하여물의흐름과분산양상을현장에서조사하였다. 조사지역내임야의경우토층발달이육안으로관찰되는동일연속조사선상에서 3 내지 5도의경사별로조사구간을분리하여세부조사지점을선정하고, 밭의경우는임야로부터유거나침식의영향을받는지역과비영향지역에서각각 2개지역을택하여조사를수행하였다

21 그림 1.9 충남공주시반포면봉곡리조사지점현장 가. 유수유역내임야 / 밭조사지점선정봉곡리조사유역내에서임야와밭이연속적오염물질배출특성을지닌지역을선정하였다. 선정기준은임야의경우연속적수리이동범위내에지역을택하여식생정도와경사경 (Slope) 이동일선상에서 3 내지 5도편차를가지고있는지역을선정하고밭의경우임야로부터유수가직접적으로전달되는지역과대조구로유수의영향을받지않는지역을선정하였고그리고유입수계까지유수이동을조사하기위하여유수동선을정하여조사지점은임야, 밭, 수계로구분된다. 조사지점은유출부하량과이동간가중부하특성을조사하기위하여선정된조사지역 ( 임야, 밭 ) 내에서경사방향과경사도를기준하여조사지점을선정한다. 이때조시지점선정기준은조사지역내에서하향경사도를기준하여경사편차 (Slope Gradient, 경사도 / 지점간거리 ) 의범위를 0.1부터 0.3 까지기준하여조사지점수를선정한다. 그리고밭의경우는단일필지안에서경사 0.2이하는 25m 간격으로그리고경사편차가 0.1 증가시마다 10m 간격을기준으로조사지점을선정하였다. 조사대상지는 A( 임야 ), B ( 경사농지 ), C( 평탄나지 ), D( 등고선경작농지 ) 과봉곡천지류 ( 점선 ) 로나누어선정하였다

22 그림 1.10 조사지역 ( 조사대상지 (A: 산림, B: 경사농지, C: 평탄나지, D: 등고선경작농지, 점선 : 봉곡천지류 )) 나. 수리 / 유거 / 침식 / 유량조사기기설치 본조사는각종의기기를이용하여조사한다. 선정된각각의조사지역을경사도와식생으 로구분하여조사지점을선정하고조사지점에서침투율 (Infiltration rate), 수리전도도 (Hydraulic conductivity), 그리고침투된수분의토양내분포특성과수분포텐셜을 Lysimeter, TDT 을설치하여조사한다. 다. 수리이동과토양유거특성조사 Lysimeter 는지표면으로부터 20 cm 간격으로설치한후강우전후에포집된수량을측

23 정하여수분이동에따른수분분포특성을조사한다. Lysimeter는아래그림과같이조사지점의토양을수직으로절단한후매 20 cm 마다 Lysimetr Cup을수평하게설치한후 Lysimeter Cup에포집된수분이아래에설치된통에수집되도록설치하였다. 그리고기기가설치된지점과인접하여유량계와침식측정장치를설치하여각각의강우별침식량을조사하였다. Runoff Trench Runoff Container Lysimeter 그림 1.11 유거수량과침투수측정장치사진

24 라. 임야 / 밭강우시및청천시유량및수질조사 (1) 조사시기유량및수질측정은동일한지점에서시행하며, 유역의대표성을지닌측정이용이한지점으로유역내최적 8개지점을선정하였으며, 조사주기에따른수질및유량측정방법은다음의 < 표 1.7> 과같다. < 표 1.7> 조사주기에따른수질및유량측정방법 조사주기 정기 부정기 수질및유량측정방법 대상조사지점에서매 10 일마다 강우시현장에서강우종료시까지연속적시료채취 각지점에대한청천시측정은 4개의지점 (1, 3, 5, 8지점 ) 에대해서 10일간격으로 1 회씩총 3회를채수를하였고, 강우시채수는 4지점에대해여 1차 (2005년 4월 09일~ 4월 11일 ) 각지점별로 8회, 2차 (2005년 4월 19일~4월 21일 ) 각지점별로 13회, 3차 (2005년 5월 11일~5월 12일 ) 각지점별로 14회, 4차 (2005년 5월 17일~5월 18일 ) 각지점별로 15회, 5차 (2005년 6월 1일~6월 2일 ) 각지점별로 14회, 6차 (2005년 6월 9 일~6월 11일 ) 각지점별로 17회, 7차 (2005년 6월 26일~6월 28일 ) 각지점별로 19회, 8차 (2005년 7월 1일 ~ 2일 ) 각지점별로 10회, 9차 (2005년 7월 3일 ~ 5일 ) 각지점별로 12회, 10차 (2005년 7월 8일 ~ 10일 ) 각지점별로 14회, 11차 (2005년 7월 11일 ~ 16일 ) 각지점별로 19회, 12차 (2005년 7월 27일 ~ 29일 ) 각지점별로 13회, 13차 (2005년 8월 2 일 ~ 6일 ) 각지점별로 13회, 14차 (2005년 8월 10일 ~ 14일 ) 각지점별로 17회, 15차 (2005년 8월 18일 ~ 22일 ) 각지점별로 15회, 16차 (2005년 8월 24일 ~ 28일 ) 각지점별로 15회, 17차 (2005년 9월 1일 ~ 4일 ) 각지점별로 7회, 18차 (2005년 9월 8일 ~ 11일 ) 각지점별로 7회, 19차 (2005년 9월 20일 ~ 27일 ) 각지점별로 15회, 20차 (2005년 9월 30일 ~ 10월 3일 ) 각지점별로 7회, 21차 (2005년 10월 5일 ~ 8일 ) 각지점별로 6회, 총 21회를조사측정하였다. < 표 1.8> 는조사현황을나타낸표이다

25 < 표 1.8> 조사현황 순번채수일자조사횟수청천시강우시비고 조사방법 가. 유량측정해마다증대되는인구와고도산업화에따른생 공용수, 농업용수그리고하천생태와수질보전을위한하천유지용수의확대공급이절실해지는시점에하천의유량측정은수자원의효율적인관리및배분과강우와유출의상관관계를규명하기위한기

26 초작업이며또한공업, 농업분야는물론식품, 의료, 항공우주산업분야에이르기까지공학의모든분야에있어중요한자료이므로장기간에걸쳐관측된신뢰성있는유량자료의획득은대단히중요한일이다. 하천의유량이란단위시간에어느횡단면을통과하는물의양을의미하며시간에따라변화한다. 수위는낙차공이나댐등의상, 하류에서불연속적으로되지만유량은상류에서하류로연속된양으로관측된다. 수자원계획을위해서는장기간유량의변화를알아야하며, 치수계획을위해서는홍수시의유량관측자료가필요하다. 그러나유량관측은유량이나수위와같이연속관측이난해하기때문에관측치가한정되어있다. 유량측정을장기간연속적으로관측하는것은강수관측이나수위관측보다더기술적, 경제적으로어려운일이다. 따라서, 한정된횟수의관측유량과그시점의하천수위와의관계인수위-유량곡선을작성해두면, 이후에는관측된수위로부터유량을측정하지않고도유량을환산할수있다. 또한신뢰성있는수위-유량관계곡선을구하기위해서는유량측정장소, 횟수, 방법이적정해야하고정확한조사를하기위해서는첫째, 정확한통수단면적, 둘째측정에필요한기구의선택및정확성, 셋째측정자의숙련성이중요한요소이다. 따라서본조사에서는수위-유량관계가안정된관계를유지하기위해서는하천의합류점이나발전소의방류로인한수위변동이심한곳등은피하고하상변동이없는직선구간의하천에서유량측정이바람직하다할수있다. (1) 유량측정방법신뢰성있는유량측정성과를얻기위해서는일반하천, 소하천및계류, 인공수로, 감조하천및결빙하천등하천의형태와홍수, 평수, 저수시등측정목적에따라적절한측정방법을선택하여야하며수위및유량측정지점으로서의적합성여부와해당지점의정확한유속과통수단면적의측정이이루어져야한다. 유량을측정하는방법에는유속을측정하여유량을측정하는방법과수위를측정하여유량을환산하는방법이있다. ( 가 ) 하천횡단면과유속측정에의한방법유량은단위시간에하천의어느횡단면을통과하는물의양즉, 유수단면적과유속의곱으로 Q=A V로나타낸다. 유수단면에있어서정해진간격으로배치된측점에서의유속을측정하고유수단면적을곱하여유량을구한다. 유속측정은회전식유속계, 전자기식유속계, 전자파표면유속계등을사용하거나, 홍수시부자를띄워그유하시간을측정하여산출하기도한다

27 ( 나 ) 용기에의한유량측정 - 최대유량이 1m3 /min(16.67l/sec) 미만의경우유슈를용기에받아서측정한다. - 최대유량이 1m3 /min(16.67l/sec) 이상의경우침전지 저수지 기타적당한수조를이용한다. 용기를사용하는경우는다음식에따라유량을구한다. 이때용기에물을받아넣는시간을 20초이상이되도록용량을결정한다. 여기서, : 측정용기의용량 ( m3 ), t : 유수가용량 를채우는데걸리는시간 (sec) ( 다 ) 전자파표면유속계전자파표면유속계에의한유량관측은하천의횡단방향으로일정간격으로전자파표면유속계를설치하고상류방향으로전자파를발사한후, 물표면에서반사되는전자파의도플러효과를이용하여표면유속을측정하는것으로측정한표면유속에보정계수를곱하여평균유속으로변환하여유량을산정한다. 전자파의도플러효과를이용하여하천유속을물과접촉하지않고서도측정할수있어기존유속계로써는측정하기어려운홍수유속을측정할수있으며유속값이매우크거나유량이많은경우, 혹은야간측정에도물과접촉하지않으므로안전하게측정할수있는장점이있다. (2) 본유량조사시유량조사방법청천시유량조사는하천의유량이대부분 1l/sec 이하로조사되어하천횡단면과유속에의한측정방법으로는유량을산정이불가능하여용기에의한유량측정방법을사용하여유량을조사하였으며, 강우시때에는 1차부터 6차까지정확한유량조사를위하여유량계를설치하여유량을조사하였다. 나. 수질분석 (1) 수질시료의채취방법 ( 가 ) 시료의성상, 유량, 유속등의경시변화를고려하여현장의수질상태를대표할수있도록채취한다. ( 나 ) 시료는목적시료의성질을대표할수있는위치에서시료채취용기를사용하여채취하였으며, 채취용기는시료를채우기전에시료로 3회이상씻은다음사용한다. ( 다 ) 유류또는부유물질등이함유된시료는균질성이유지될수있도록채취하였으

28 며, 침전물등이부상하여혼입되어서는안된다. ( 라 ) 시료채취용기에시료를채울때에는시료의교란이최소화되도록하며, 가능한한공기와의접촉시간을짧게하여채취한다. ( 마 ) 채취된시료는즉시실험하여야하나, 본과업의특성상장거리의운반과장시간의보관이불가피하여분석항목별시료의보존방법에따라보존하여규정된시간내에실험하였다. ( 바 ) 시료는보통 2~4 l정도를채취하였다. (2) 시료의보존방법본조사연구에서채취된시료의분석항목과수질오염공정시험법에서규정하고있는측정항목에따른보존방법과보존기간을 < 표 1.9> 에나타내고있다. < 표 1.9> 시료의분석항목및보존방법 측정항목 시료용기 보존방법 최대보존기간 ( 권장보존기간 ) 수온 P, G - 즉시측정 ph P, G - 즉시측정 SS P, G 4 보관 7일 BOD P, G 4 보관 48시간 (6시간) COD P, G 4,H 2 SO 4 로pH2이하 28일 (7일) T-N P, G 4,H 2 SO 4 로pH2이하 28일 (7일) T-P P, G 4,H 2 SO 4 로pH2이하 28일 NO 3 -N P, G 4 보관 48시간 PO 4 -P P, G 즉시여과한후4 보관 48시간 P : Polyethylene, G : Glass (3) 시료의분석방법및원리본조사연구에서사용된분석방법은수질오염공정시험법에준하였으며, 동법에서규정하고있는수질오염물질의농도측정방법및기기는 < 표 1.10 > 에정리한바와같다. 유량및측정지점에대하여수질측정항목중 BOD, COD, TOC, T-N, T-P, SS, 수온, ph, EC, N0 3 -N, PO 4 -P의항목을선정하여수질을측정 분석하였다. 각측정항목에대하여살펴보면 < 표 1.10> 과같다

29 < 표 1.10> 수질측정항목별측정분석기기명및분석방법 측정항목 측정분석기기명 분석방법 수온 유리제수은막대온도계 직접측정법 ph ph METER 이온전극법 SS Glass Filter Apparatus 유리섬유여지법 BOD Incubater 윙클러아지드화나트륨변법 COD Water Bath 산성100 KMnO 4 법 T-N 광전분광광도계 자외선흡광광도법 T-P 광전분광광도계 아스코르빈산환원법 NO 3 -N 광전분광광도계 부루신법 PO 4 -P 광전분광광도계 아스코르빈산환원법 마. 임야 / 밭토양내계절별오염물질분포특성조사지점은임반, 나지, 농경지로구분하여 8개지점을선정하여선정된지점에서토츨발달정도에따라 A, B층으로나누어토양시료를채취하였다. 선정된조사지점토양내오염물질의분포특성은지표면으로부터매 10 cm 깊이별로직경 5 cm의원형시료채취기를이용하여시료를채취하여토양의이화학적특성과이온분포특성을조사하였다. 시료채취는동일조시지점에서 3반복별개시료채취방법으로시료를채취하여반복간평균과유의성검정을실시하여발생원정량화의정확도를높이고자하였다. 그림 1.12 토양시료채취지점 바. 임야와밭으로부터의비점오염원원단위산정 각종오염원의발생량과배출량등을산정시오염원별원단위가필수적으로산정되어

30 야한다. 비점오염원의경우해당유역의토지이용특성과산정방법에따라도시지역과비도시지역으로구분하여구체적인토지이용특성에따른오염물질별원단위를산정한다. 본연구에서적용하는실측에의한원단위산정은조사방법해당유역에서강우시최종유출지점의유량변동을고려한유량가중평균농도와유출계수를도출하여조사기간중의배출량을계산하고, 연간강우량분포및빈도조사를바탕으로토지이용특성에따른오염물질별원단위를산정한다. 정확한비점오염원의원단위산정은장기간의실측자료를바탕으로이루어지며아래의식을통해서쉽게원단위를산정한다. 비점오염원원단위 (kg/ha/year) = ciqi/a Ci : i 번째농도 (mg/l) qi : i 번째유출량 (ton/year), A : 유역면적 (ha)

31 기존자료수집및분석원단위작성을위한토지이용현황조사현지조사및조사지점간수질 / 수량조사 유량가중평균농도 배수구유출량유출계수산출 년간월강우량분포및빈도조사원단위산정방법검토조사대상지 - 임야. 밭 년간환산유출량비법강우빈도적용법 비강우시부하량고려 유출모델에의한비교 기존문헌의비점오염원원단위비교 원단위검증 그림 1.13 비점오염원원단위검증과정

32 제 2 장국내외연구현황 비점오염원은면으로분포하는오염원으로대부분강우시유출되는오염으로우리나라에서는 1994년도처음으로정부차원에서비점오염원에대한토지이용별원단위조사와전국적인오염기여도를조사하였다. 정부에서는대책수립을위해대책수립기획단을구성하는등건교부, 행자부, 산림청, 농림부등관계부처, 한국도로공사, 토지개발공사, 환경관리공단등산하기관, 전문가등과긴밀히협조하고있으며, 금년중에는대책수립을완료할수있도록추진중이다. 관행농업지역과친환경농업시범지역에서농업의관리방법에따른수질오염원부하량을산정, 비교평가하고이들지역에서토양유실방지와수질보전을위한최적영농관리방안 (BMP) 을검토하기위하여연구진들은지난수년간 Runoff Field Monitoring System 구축하여시험을수행하였다. Field Plot Monitoring System을춘천강원대학교포장, 대관령, 양평군지제면, 평창상안미 1리등에설치하고경운, 비료, 지표피복, 작물, 유기물등의처리를하여토사유출량, 유출수질, NPS 부하량, 토양, 생육및수량등을분석하였다. 현재농림부가주관하고있는친환경농업의일환으로연구된한강수계상류인춘천지역에서비점오염원으로부터의토양유실과수계로의질소부하량을조사산정하였다. 조사결과토양유실은주로경사지밭에서일어났으며, 질소부하는토양유실과비료에주로기인하고있음을알수있었다. 그러나이러한결과는한강수계에서영농관리방법에따른수질오염원을관리하고부하량을경감할수있는대책수립에중요한지표를제공할수있었다. 한강수계의밭토양은경사도가 7% 이상인경우가약 60% 에해당되어토양유실이심하고, 이에따라유거수 (runoff) 에따른비점오염원이수계로유입되어부영양화등수질오염을초래하고있는실정이다. 이는생산성악화와생산자원의손실을초래하게되고, 농경지에서일정수량을확보하기위해비료와농약등농자재에의존하는경향이심화되어악순환을초래하고있다. 따라서강우기에토양유실이심한지역의현장조사를통해현행영농방법에따른토양유실 pattern을평가하고, BMP 기술적체계도입결여내용등을조사할필요성이매우크다. 토양유실에따른피해는농경지의유실에따른생산성저하 (Jung, 1998 ; Lee et al., 1998 ; Shin et al., 2003), 유실토의퇴적에의한저수지나하천의매몰 (Kim et al., 2003 ; Lee et al., 1998 ; Oh et al., 1997), 농경지의양분유실로유발되는하천의오

33 염 (Ann et al., 1996 ; Jung et al., 1998 ; Jung et al., 2000 ; Kim et al., 1997) 등이있다. 토양침식은다량의강우에동반해서발생하는데, 강우의타격으로분리된토양입단이유거수를따라이동되는과정에서점토입자나유기물등에흡착되어있는양분도동시에유실된다 (Jung et al., 1999). 또한, 토성의경우에는입자의구성비율에따라토양표면의세류침식이나강우의토양침투에많은영향을미친다 (Ha et al., 2003). 밭이주로경사지에분포하고있는우리나라에서는이러한토양유실을감소시킬수있는농경방법을개발하는것이국토보전이나비점오염을저감시키는최선의방법이될것이나작물마다재배시기 기간, 식생밀도, 지면피복도가차이가나고토양도표면조도나토양수분함량등의차이가나기때문에적정농경방법을개발하는것이쉽지는않다. 더군다나경사지밭토양의토양유실양상을해석하는연구들이주로라이시미터를이용해분석결과를도출하였다.(Oh et al., 1995, Oh et al., 1996, Jung, 1997, Shin et al., 2003). 이등 (1998) 은소유역에서토지이용에따른물수지와토양유실량을파악하여종합적인토양및수자원보전관리에기초자료로활용하기위하여경기도여주군여주읍상거리내의임지, 초지, 밭으로구성되어있는소규모농업유역에서 (35ha) 유출및퇴사탱크를시설하고 90 V노치를설치하여토양유실및물수지 ( 收支 ) 를측정하였다. 연구내용은소유역토양의물유출모니터링및모델개발, 소유역의양분유실량, 강우및토양특성조사, 소유역의환경특성조사, 토지이용에따른토양및물유출모니터링조사였다. 조사결과는유역내토양유실량은 152.2Mg 35ha-1으로유사량은 78.6Mg 35ha-1, 퇴사량 73.6Mg 35ha-1이였다. 유역내물유출량은 65,018Mg 35ha-1로강우량 1,037.9mm의 17.9% 가유출되었다. 토지이용별토양유실량은밭 16.02Mg ha-1, 상전 2.69Mg ha-1 유실되었다. 토양유실예측공식에의한토양유실량의예측치는실측치보다임지, 초지및밭은약 20% 정도과소측정, 상전은 32% 정도과소추정되었다. 정등 (1976) 은경사지에서토양및양분유실량을조사하여토양유실예측및양분유실양상을구명하기위한연구로경사지토양및양분유실에관한연구로경사도가 15% 인밭에라이시메타 ( 폭2m 길이5m 깊이1.2m ) 를설치하고공시작물로는고추, 시비량 (N:P:K = 29:20:23kg/10a, 퇴비 :2.5ton/10a) 을처리한 3개의토양 ( 사양토, 양토, 식양토 ) 을비닐피복, 무피복, 나지로구분하여연구하였다. 연구결과는시험기간동안강우량은 1,139.7mm이고강우인자값은 663.8로평년에비해높았으며년간토양유실량은 16.8~78.9ton/ha로재배방법별, 토성별차이가심하였다고보고하였다. 오등 (1989) 은산지에개원된사과원에서토양관리에따른토양및물유출량을조

34 사하여토양보전의기초자료로활용하기위하여산지과원에서물유출량및토양유실 량조사를실시하였다. 조사결과를살펴보면토양관리에따른토양유실량및물유출 량은 < 표 2.1> 과같다. 표 2.1 토양관리에따른토양유실량및물유출량 구분 청경재배 자연초생 부초 목초 토양유실량 (ton/ha) 물유출량 (k1/ha) 2, 물유출율 (%) 표 2.2 토양유실예측공식에의한토양유실량 구분 강우인자 (R) 토양 (K) 경사 (LS) 작물 (C) 토양관리 (P) 계산치 (A) (ton/ha) 실측치 (M) (ton/ha) M/A 100 청경재재 자연초생 부 초 목 초 강원도고랭지농업지대에속한송천수계상류지역을대상으로하여고랭지농업지역에대한최적의오염저감방안을제시하기위한연구가수행되었다. 연구의세부내용은송천수계집수구역내고랭지농업지역의수계오염도를평가하여경작지로인한오염실태및오염유형과저감시설, 경작지매입, 산림환원, 대체작물제시등과같은구체적인저감방안을제시, 현행관련법령및지자체조례분석을통해구체적정비안을제시 ( 신규개간최소화를위한제도적규제방안마련 ) 한강수계의친환경적농업관리에의한오염부하의저감효과분석을위해일반농업지역과친환경농업지역의토지이용과작물재배현황을조사하였으며, 토지이용별로일반농업지역과환경농업지역의잠재비점오염원부하량을산정비교하였다. 또한한강수계의가축사육실태, 가축분뇨의처리및퇴비화현황, 가축분뇨의농지환원현황등을조사하였다. 이상의내용등을분석하여한강수계의친환경농업의실과허에관하여분석하여최적의친환경농업모델연구를수행하였다 ( 양, 2004) 낙동강유역에서영농활동에의한비점오염원발생량을소유역별, 토지이용별로분석 평가하고지역특성에맞는비점오염원최적관리방안을제시하고제도적관리방안을마련함으로써낙동강수질개선에기여하기위한연구를수행하였다 ( 양, 2004). 연구

35 결과는낙동강수계상류지역대표소유역농경지를선정하여토양의물리, 화학적특성을조사하였다. 토양 ph는 범위에속해있었으며, 유기물함량은 35 g/kg 이었다. 밭토양의유효인산함량이높게나타났는데이는집약적인영농에따른인산의집적에의한것으로사료된다. 수질의경우총 4회에걸쳐분석한결과대체적으로하류로갈수록부영양화원인물질인질소와인의함량이높았다. 고령지농업지대토양오염원및질평가는고령지농업시험장포장에라이시미터를설치하여토사유출량, 유거수등을수집, 분석한결과배추재배지에서의토양유실량은예측치의 53% 수준이었으며비종에따른토양유실량은 6.8 MT/ha, 보전처리별토양유실량은상하경 14.8 > 등고선 3.5 > 등고선 + 비닐멀칭 2.4 MT/ha 순으로등고선재배가상하경에비하여약 74% 저감되었다. 감자재배지에서의토양유실량은예측치의 63% 수준이었으며, 비종에따른토양유실량은 9.5 MT/ha, 보전처리별토양유실량은상하경 15.9 > 등고선 5.6 > 등고선 + 비닐멀칭 1.4 MT/ha 순으로등고선재배가상하경에비하여약 65% 저감되었다. GIS 및 RUSLE 기법을활용하여낙동강상류소유역의토양침식도평가와결과조사대상지의표고는비교적높은것으로조사되었다. EI값에의한분석결과조사대상총면적의 91% 가 EI 60이상의값으로조사되었다. EI값은침식우려한계에대한강수량과토양및경사인자에의한값으로작물인자와토양관리인자가배제되었을경우를뜻하는것이다. 따라서 EI값이높은지역은산림지역을유지하여작물인자와토양보전인자값을높여주어야하며, 산림이외의경작지에서는토양보전을위한경작방법이요구된다. 고령지농업에의한비점오염저감방안은일관적인방법보다는토양유실유형에따른저감대책방안 (BMP : Best Management Practice) 이요구된다. 윤등 (2001) 이조사한결과에따르면토지이용특성별비점오염원유출특성을분석한결과논 / 밭지역에서유출되는오염원성분중에서부유물질중유기물질의비율이매우높으며, 영양물질인질소와인의유출량도산림 / 리조트지역 ( 구운천 ) 의유출량보다월등히높다. 이는농경지역이축산활동에의한오염원과비료, 농약등의유출에기인하여오염원의유출정도가매우심각한것을나타내고있어서비도시지역중농경지역에서의비점오염원에대한적정관리가시급히이루어져야한다고결론을내렸다. 농촌유역의비점오염모니터링과모델링기술개발과관련하여농촌유역수문및수질모니터링, 중소유역의관개회귀수량모니터링및모델링, 농업생태환경모니터링및종합적환경관리시스템개발과새만금사업지구의농업비점오염모델링과저감대책의평가그리고농지자원의보전과관련하여농지의개량과정비기술개발에관한연구와방조제축조후갯벌형성과관한연구등이있다. 한국환경정책평가연구원에서는비점오염물질저감방안연구로우리나라도시지역에

36 서유출되는비점오염원유출특성분석과관리방안을제시하였음 Robillard 등 (1982) 에의하면축산과관련된활동중에서수질에공통적으로영향을주는비점오염원은용존산소량을감소시킨다고보고하였다. 그리고여러가지토지기반활동으로부터온비점오염원의배출이질소비옥화를초래하고, 암모니아질소는축산활동과가장크게관련되어있다. 표 2.3 토양유실과영농관리방안의문제점및대책 ( 양등, 2003) 토양유실유형 영농관리문제점, 환경부담요인및 BMP 대책 영농관리문제 : 우회수로, 배수로, 식생대없음, 나지, 불용토 ( 주로마사토 ) 성토, 상하경 환경부담요인 : 토양유실 (Gully, Rill, Sheet), 비료 / 농약성분, 하상상승, 수질오염 대책 (BMP 기술체계 ): 우회수로설치, 식생대설치, 등고선경운, 지표피복, 배수로설치 영농관리문제 : 우회수로없음, 성토를위한산림무분별훼손 환경부담요인 : 토사유출, 하상상승에의한범람, NPS 대책 (BMP 기술체계 ): 토사유출방지시설, 우회식생수로설치, 산림의복구 영농관리문제 : 상하경, 나지, 불용토에의한성토, 심경 환경부담요인 : 토양유실 (gully, rill), NPS부하 대책 (BMP 기술체계 ): 등고선경운, 지표피복, 계단식. buffer strip, 윤작, 최소경운 EPA에서는도시유출과합류식하수관거계통에관련된유출량과수질의변화를동시에모의할수있도록개발된 SWMM(Storm Water Management Model) 모델및 GUI(Graphic User Interface) CHI (Computational Hydraulic Int.) 에서개발된 PCSWMM 2002를이용하여온천유역의비점오염원발생량을조사하였다. 미국, 유럽등지에서도토지이용 (Land use) 과토지피복 (Land cover) 은다른개념으로정의하고있으며, 환경부문에서는토지피복지도의활용이강조되고있다. 토지피복지도는그제작목적과사용한자료의특성상토지이용현황도와큰차이가있음을확인할수있었다. 따라서오염총량관리제도의내실화를기하기위하여는현행의원단위체계를토지피복항목으로전환하고, 토지피복지도를올바르게활용하기위한활용기법개발과함께새로운원단위체계설정에대한학술연구가수행되어야한다. 그리고비

37 점오염원관리를최초로실시한미국의경우 1970 년대부터관련모델개발을시작하 여현재는 GIS 와비점오염모델의연계로이루어져있다

38 제 3 장조사연구수행내용및결과 제 1 절조사지현황 본조사지는충청남도공주시반포면봉곡리 480, 490 번지일대와소하천을중심으로조사지는임야와전이혼재하는지역으로서조사대상지는임야, 나지, 밭이연속적으로연결되어있다. 조사대상지임야유역의총면적은 39만평정도로조사되었으며수종은소나무, 갈참나무, 상수리나무, 낙엽송등이혼재하고있으며수중밀도는 10a 당 285주정도이며수종의수령은최저 5년부터최고 36년생정도로조사되었다 < 그림 3.1>. 그림 3.1 조사대상지전경 유거수조사지는 2005년 1월초경지정리작업을실시하여토양지표면은교란지표층의특성을보이고있으며경운의깊이는약 20 cm 정도로조사되었다 < 그림 3.2>. 조사지점 A의면적은약 2200 m2, 그리고 B는약 2540 m2이며 2005년 7월 20일현재 A는나지형태로존재하며 B는비닐피복형태로고추, 호박, 고구마등이혼작형태로재배되고있는중이다

39 B A 그림 3.2 조사대상밭토양의경지정리후전경 조사지 A의경사는거의없으며 B는조사대상지전체의경사도는 2도이하로거의유사한경사장을가지고있다. 강우시유거수시료채취는 B에서실시하였다. B 토양의유거수방향은 < 그림 3.3> 에서보는바와같이이랑방향을따라이동하며이랑을따라흐르는유거수는이밭의상부와하부에있는배수로를따라그림좌에서우로흘러나간다. 따라서유거수채취는그림에서보는바와같이밭의상부와하부에유거수채취장치를설치하여강우사상에따른시간별유거수량을조사하였다. 그리고채취한시간별유거수내의토양유실량, 유거수의이화학성, 그리고유거수내에포함돼있는 N, P, K, 유기물함량, 유해물질의특성을조사하였다. B A 그림 3.3 토양유실조사지점의유거수흐름방향과유거수채취지점도

40 그림 3.4 강우시유거수시료채취장면 한편임야지역에서의강우시유거수채취는경사도가약 12도정도에해당하는임야지점을선정하여 < 그림 3.5> 와같이길이 100 cm, 폭 50 cm. 높이 25 cm의아크릴 Trench를제작하여상부로부터 5 m 간격으로하나는임야의상부로부터흘러내려오는유거수를포집할수있도록 Trench의상부가열려있으나다른하나는 Trench내에강우사상에따른유거수량을측정하기위하여 Trench의상부를막은형태로설치하였다 < 그림 3.5>. 그림 3.5 임야지역에서유거수채취장치

41 1. 조사방법강우시유거수에의해임야와밭토양으로부터손실되는영양원의정도를조사하기위하여조사대상지임야중유거조사장치가설치된 4개지점에서표층토 10 cm 깊이까지토양을 3반복으로채취하여이화학성을조사하였다. 그리고밭토양은경운전 (2005년 3 월26일 ) 상기 < 그림 3.2> 의 A지점에서 4개소, 그리고 B 지점에서총 5개소에서표층토 10 cm 토양을 3반복으로채취하여이화학성을조사하였다. 그리고 B지점밭토양에사용하는시비용비료의종류와시비량을작물재배전현장방문을통하여직접조사하였다. 임야와밭으로부터강우시발생하는유거수시료채취는강우시마다강우사상중발생하는강우강도와강우강도별발생하는유거수량을일정시간별로채취하여유거수량을조사하였다. 채취한유거수는실험실에서 ph, EC, TDS, 탁도, 그리고 N, P, K, Ca, Mg 등의양이온을원자흡광분석기를이용하여조사하였으며그리고중금속이온은 ICP를이용하여조사하였다. 2. 임야와밭토양의이화학적특성작물재배전각각의밭토양의이화학적특성을조사한결과토양의 ph는대부분 5.5 이하이며수용성상태로존재하는이온의총량을간접적으로평가할수있는 EC는 0.15 ds/m 이하로일반농경지보다낮은경향을보여주고있다. CEC는일반농경지와유사한경향을보여주고있으며토성은대부분점토함량이낮은미사질양토로조사되었다. 표 3.1 조사지점별토양의이화학적특성 ( ) 시료채취지점밭 A 밭 B 임야 ph EC CEC OM BD (ds/m) (cmol/ kg ) % g/cm 3 토성 Silt clay loam Silt clay Silt clay loam Silt clay loam Sandy clay loam Sandy clay loam Sandy clay loam Sandy clay loam Silt clay loam Silt loam Silt loam Silt loam Silt loam 한편상기채취된토양내수용성과치환성양이온의분포특성을조사한결과수용성상태

42 로존재하는양이온의함량이치환성양이온의농도보다낮게분포하였다. 표 3.2 밭토양양이온분포특성 단위 (mg/kg) 시료채취지점 Na + Mg 2+ K + Ca 2+ x* y* x y x y x y 밭 A 밭 B 임야 * x:soluble, y:exchangeable 그리고임야과농경지에서양이온의분포특성을살펴보면임야의상부보다하부에양이온의분포가높았으며농경지토양과비교시양이온의분포함량의차이는높지않았다. 한편상기채취된토양내수용성과치환성음이온의분포특성을조사한결과수용성상태로존재하는음이온중질산태질소의함량이치환성음이온의농도보다높으나인의농도는수용성상태로존재하는인의함량이치환성보다낮게분포되어있음을확인하였다

43 표 3.3 임야과농경지토양내음이온분포특성 시료채취지점 NO 3 PO 4 -P Infiltration ppm cm/min 밭 A 밭 B 임야 조사지시비현황조사대상지밭에서재배되고있는작목은혼작으로고추, 깨, 옥수수, 고구마등이재배되고있으며시비는 4월 23일경경운후비닐멀칭전기비로복합비료를시용하였으며퇴비시용은하지않았다. 시용량은고추기존시비량을기준하여시비하였다. 기비에사용된비료는복비로 N-P-K 함량이 였으며추비는 6월 15일경 N-K 복비 ( , 남해화학 ) 를극히소량시비하였다. 표 3.4 재배작물별시비량및재배관리정보 고추 작물 시비량 (N-P-K) ( kg /10a) 퇴비량 ( kg /10a) 파종시기 기비 월초 추비 월 15일 7월 19일현재밭토양 B의식생은 < 그림 3.6> 과같이밭중심부에고추, 주변에호박과고구마가재배되고있으며고추재배지의 70 % 정도가피복되어있으며호박과고구마가재배되고있는토양은약 75 % 정도가피복되있는것으로조사되었다. 따라서강우시피복된지점에서의강우에의한토양유실은감소하나이랑과이랑사이의골은작물에의한피복율이낮아상대적강우강도에따른토양유실율은높을것으로추정된다

44 그림 3.6 조사대상지밭토양 B 의작물재배전경 ( 일현재 ) 경운전과 일밭토양 B의이화학특성변화는표 5와같다. 표에서보는바와같이토양의 ph는경운전에는평균값이 4.60 이었으나 7월 20일에조사한토양의 ph는 4.72로 ph는약 0.12 unit 정도증가하였으며 EC는경운전 0.25 ds/m 였으나 7월 20일조사한 EC의평균값은 ds/m로약 ds/m 정도감소한것으로조사되었다. 따라서경운전과강수후 EC의변화는토양으로손실된양이온이나음이온으로추정할수있다. 표 3.5 경운전과 일밭토양 B의이화학특성 밭토양 B ph EC (ds m -1 ) 조사지점 조사지점 조사지점 조사지점 평균 경운전 차이 일반적으로 EC는양이온이나음이온의총량이나총용존고용량으로환산할수있으며이는다음과같은식으로나타낼수있다. 양이온 ( 또는음이온 ) 의총량 (me/kg) = EC (ds/m) * 10 [ 공식 1] 총용존고용량 (mg/kg) = EC * 640 [ 공식 2] 상기양이온 ( 또는음이온 ) 총량과용존고용량 (TDS) 을근거로토양유실량을간접적으로

45 추정할수있다. 추정방법은초기조사된토양의 EC와유거수에서조사된 EC를비교하여토양손실량을간접적으로추정하는것이다. 그림에서보는바와같이유거수량과총양이온량, 총용존고형물발생량과는높은상관관계를보여주었다. 따라서유거수발생량으로부터유거되는토양과오염부하물질의정도를추정할수있을것으로판단된다. 상기에서조사된 EC 감소량을기준시밭토양 B로부터손실된총양이온 ( 또는음이온 ) 의함량은 1.18 me/kg (0.118 ds/m * 10), 그리고총용존고용량은약 mg/kg (0.118 ds/m * 640) 으로추정된다. 이를근거로 10a 당유실된총토양량을환산하여보면다음과같다. 일반적으로밭토양표층토의용적밀도는 mg/ cm3정도로알려져있으며조사한밭토양 B의표층용적밀도는평균 g/ cm3였다. 따라서이를기준시유실된토양의두께는약 0.8 mm 정도로추정된다

46 제 2 절청천시와강우시유량및수질특성 1. 청천시유량및수질특성 1.1 청천시유량및수질특성 청천시유량및수질조사는 1, 3, 5, 8 지점에대하여 ~ 에걸쳐총 6회를실시하였다. 유량의범위가 0.4~0.6 l/sec로서계절별약간의차이를보였을뿐비교적비슷한범위에서측정되었으며, 수질측정결과도비슷한범위에서분석되었다. 분석결과를보면, COD의경우최소 1.2 mg /l에서최대 4.1 mg /l로, SS 의경우도 1 mg /l~ 5 mg /l, BOD는 0.8 mg /l~1.4 mg /l로측정되었다. 청천시수질측정결과는그림 3.11에나타난바와같이전체적으로크게벗어나는결과없이비슷한범위에서분석되었다

47 년도청천시조사결과 표 3.6 청천시유량및항목별수질측정결과 채수일자지점 유량 (l/s) 수온 ( ) ph SS COD Mn BOD 5 ( mg /l) ( mg /l) ( mg /l) T-N NO 3-N ( mg /l) ( mg /l) T-P ( mg /l) PO 4-P ( mg /l) TOC ( mg /l) E C ( μs / cm2 )

48 Conc.(mg/l) Conc.(mg/l) 월 2 일 5 월 16 일 5 월 27 일 10 월 19 일 10 월 31 일 11 월 10 일 11 월 21 일 5 월 2 일 5 월 16 일 5 월 27 일 10 월 19 일 10 월 31 일 11 월 10 일 11 월 21 일 COD BOD Conc.(mg/l) Conc.(mg/l) 월 2 일 5 월 16 일 5 월 27 일 10 월 19 일 10 월 31 일 11 월 10 일 11 월 21 일 5 월 2 일 5 월 16 일 5 월 27 일 10 월 19 일 10 월 31 일 11 월 10 일 11 월 21 일 SS TOC Conc.(mg/l) Conc.(mg/l) 월 2 일 5 월 16 일 5 월 27 일 10 월 19 일 10 월 31 일 11 월 10 일 11 월 21 일 5 월 2 일 5 월 16 일 5 월 27 일 10 월 19 일 10 월 31 일 11 월 10 일 11 월 21 일 T-N T-P Conc.(mg/l) Conc.(mg/l) 월 2 일 5 월 16 일 5 월 27 일 10 월 19 일 10 월 31 일 11 월 10 일 11 월 21 일 5 월 2 일 5 월 16 일 5 월 27 일 10 월 19 일 10 월 31 일 11 월 10 일 11 월 21 일 NO3-N PO4-P 그림 3.7 청천시항목별수질측정결과 (2005 년도 )

49 2. 강우시유량및수질특성강우시유량및수질측정은 1차 (2005년 4월 09일~4월 11일 ) 각지점별로 8회, 2차 (2005년 4월 19일~4월 21일 ) 각지점별로 13회, 3차 (2005년 5월 11일~5월 12일 ) 각지점별로 14회, 4차 (2005년 5월 17일~5월 18일 ) 각지점별로 15회, 5차 (2005년 6월 1일~6월 2일 ) 각지점별로 14회, 6차 (2005년 6월 9일~6월 11일 ) 각지점별로 17회, 7차 (2005년 6월 26일~6월 28일 ) 각지점별로 19회, 8차 (2005년 7월 1일 ~ 2일 ) 각지점별로 10회, 9차 (2005년 7월 3일 ~ 5일 ) 각지점별로 12회, 10차 (2005년 7월 8일 ~ 10 일 ) 각지점별로 14회, 11차 (2005년 7월 11일 ~ 16일 ) 각지점별로 19회, 12차 (2005년 7월 27일 ~ 29일 ) 각지점별로 13회, 13차 (2005년 8월 2일 ~ 6일 ) 각지점별로 13회, 14 차 (2005년 8월 10일 ~ 14일 ) 각지점별로 17회, 15차 (2005년 8월 18일 ~ 22일 ) 각지점별로 15회, 16차 (2005년 8월 24일 ~ 28일 ) 각지점별로 15회, 17차 (2005년 9월 1일 ~ 4 일 ) 각지점별로 7회, 18차 (2005년 9월 8일 ~ 11일 ) 각지점별로 7회, 19차 (2005년 9월 20일 ~ 27일 ) 각지점별로 15회, 20차 (2005년 9월 30일 ~ 10월 3일 ) 각지점별로 7회, 21 차 (2005년 10월 5일 ~ 8일 ) 각지점별로 6회, 총 21회를조사측정하였다

50 제 3 절임야로부터의평균부하량 1. 청천및강우시유량의변화 3 장 2 절에서제시된바와같이평균 10 일간격으로조사된청천시의유량조사자료와 과제수행기간중 21 회의강우데이터를토대로유량의변화에대해검토해보고자한다. 표 3.7 청천시평균수량및수질 ( 조사지점 1) 항목 유량 BOD COD T-N T-P SS TOC (l/s) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 평균 표준편차 ±0.107 ±0.12 ±0.21 ±0.076 ±0.022 ±1.28 ± 청천및강우시부하량산정 (1) 청천시부하량청천시부하량은 < 표 3.7> 에서제시한수치로하여 BOD, COD, T-N, T-P, SS, TOC 의 1일평균부하량을계산하여 < 표 3.8> 에수록하였다. 표 3.8 청천시 1일평균부하량 ( 조사지점 1) BOD COD T-N T-P SS TOC 항목 (g/day) (g/day) (g/day) (g/day) (g/day) (g/day) 1일평균부하량 < 표 3.9> 에는조사기간 2005년 4월 1일 ~ 2005년 11월 21일까지의청천일수를월별로제시하였다

51 표 3.9 조사기간중월별청천일수 월 청천일수 월 청천일수 4월 25 8월 0 5월 28 9월 0 6월 월 13 7월 0 11월 21 조사기간중청천일수 다음의 < 표 3.10> 는 < 표 3.9> 에서얻어진청천일수와 1일평균부하량수치를이용하여수질항목의월별오염부하량을산출한표이다. 표 3.10 조사기간중청천일의월별총부하량 월 항목 BOD(g) COD(g) T-N(g) T-P(g) SS(g) TOC(g) 2005년 4월 년 5월 년 6월 년 10월 년 11월 청천일총부하량 < 표 3.10> 에서볼때청천일에조사수계로유입된임야로부터의오염부하총량은 BOD 로약 4.8kg, COD로는약 6.0kg, T-N은약 1.7kg, T-P는약 0.2kg, SS는약 9.2kg 그리고 TOC는약 3.8kg의수준으로매우미비하였다. (2) 강우시오염부하량 2005년 4월 1일이후 21차례의강우현상이있었으며, 실시간으로조사된유량과수질자료를토대로강우현상에따른유량변화와오염부하량을산정하였다. 산정방법은조사시간별로유량과수질을그래프에그려청천시의유량기준인 0.5l/sec까지도달하는시간까지는강우에의한영향범위로정하고총유량및총부하량을적분의형식으로계산하였다. 청천시의유량기준인 0.5l/sec까지도달되는날짜는 10월 19이었으며, 10월 18일까지는강우에의한영향이있는것으로계산하였다. < 표 3.11> 에는강우시강우량에따른 BOD, COD, T-N, T-P, SS, TOC의부하량을보여주고있다

52 표 3.11 강우량에따른항목별오염부하량 일시 강우량 BOD COD T-N T-P SS TOC (mm) (g) (g) (g) (g) (g) (g) 4월 9일-11일 월 19일-20일 월 11일-12일 월 17일-18일 월 1일-2일 월 10일-11일 월 27일-28일 월 1일 월 3일 월 9일 월 11일 월 28일 월 2일 월 11일 월 20일 월 25일 월 2일 월 9일 월 21일 월 30일 월 5일 월 18일 계

53 < 표 3.11> 에서보는바와같이총 21회의강우현상이있던오염부하량은 BOD가약 266.3kg, COD는약 381.0kg, T-N은약 177.8kg T-P는약 10.8kg, SS는약 525.9kg 그리고 TOC는약 175.5kg 으로조사되었다. 이결과앞에서언급했던청천시의총오염부하량인 BOD 약 4.8kg, COD 약 6.0kg, T-N 약 1.7kg, T-P 약 0.2kg, SS 약 9.2kg 및 TOC 약 3.8kg을합하여보면, 2005년 4월 1일부터 11월 21일까지총 235일간조사지점의임야로부터유입된비점오염원의총량은 BOD는약 271.1kg, COD는약 387.1kg, T-N은약 187.1kg, T-P는약 10.9kg, SS는약 527.6kg 그리고 TOC는약 179.3kg 으로볼수있다. 한편이총부하량을조사임야면적인약 120ha로나누어보면, BOD는약 2.3kg ha -1, COD는약 3.2kg ha -1, T-N은약 1.6kg ha -1, T-P는약 0.1kg ha -1, SS는약 4.4kg ha -1 그리고 TOC는약 1.5kg ha -1 로볼수있으며, 이를다시총조사일수 235 일로나누어보면 BOD는 kg ha -1 일 -1, COD는약 kg ha -1 일 -1, T-N은약 kg ha -1 일 -1, T-P는약 kg ha -1 일 -1, SS는약 kg ha -1 일 -1 그리고 TOC 는약 kg ha -1 일 -1 의수준으로부하된다고추정할수있다. 표 3.12 임야 ha당부하량및일일평균 ha당부하량 BOD(kg) COD(kg) T-N(kg) T-P(kg) SS(kg) TOC(kg) ha ha -1 일 표 3.13 임야에서의비점오염원원단위 ( 단위 : kg km -2 d -1 ) 구분 BOD COD T-N T-P SS TOC Cemola et al.( 미국 ) 현용원단위 과제수행결과 * * : ~ 의결과임. (3) 조사지점 1의실험결과신뢰도확보본연구수행중조사지점 1의데이터의신뢰도를확보하기위해조사지점 1과임야면적의절반정도의지역을조사지점 (A) 으로선택하여시료채취를하고그부하량을조사지점 1의부하량과비교하는실험을수행하였다. 그결과는다음의 < 표 3.14> 에서보는바와같다

54 표 3.14 A 지점과조사 1 지점비교 시료채취강우량 A지점조사 1 지점 A/1 (mm) BOD(g) T-N(g) BOD(g) T-N(g) BOD T-N 5월 17일 월 1일 월 10일 월 27일 월 1일 월 3일 월 9일 월 11일 월 28일 월 11일 월 20일 월 25일 월 21일 계 A지점은임야전체면적의약 43.5% 정도의비율을가지고있으며, 각지점별부하량을비교하면조사기간중 A지점의부하량이조사 1지점의부하량의약 41% 의비율로조사되었다. 이는조사지점 1에서의실험데이터가신뢰할수있는것임을나타낸다고할수있다

55 제 4 절밭으로부터의평균부하량 1. 강우시유량의변화 (1) 강우시오염부하량 가. 조사지점 5 본사이트는임야와전이연속적으로이루어진형태이기때문에청천시의오염부하량은동일하며, 오염부하량산정방법은임야에서산정된방법과동일하지만, 순수밭으로부터의오염부하량을산정하기위해서임야로부터의오염부하량을제외한나머지오염부하량을밭으로부터의오염부하량으로산정하게되었다. 밭으로부터의오염부하량만을보다정확하게산정하기위해서조사지점 3과 5의데이터를사용하였다. 밭에서의유거수가발생하는경우는 4월~10월강우현상이있었을경우에만유거수가발생하였다. 강우시강우량과유출율과의관계는 < 표 3.15> 에서보여주고있다

56 표 3.15 조사지점 5에서의강우량과유출율비교 일시 강우량 (mm) 총유역물량 (ton) 5지점유출량 (ton) 유출율 (%) 2005년 4월9일-11일 년 4월19일-20일 년 5월11일-12일 년 5월17일-18일 년 6월1일-2일 년 6월10일-11일 년 6월 27일-28 일 년 7월 1일 년 7월 3일 년 7월 9일 년 7월 11일 년 7월 28일 년 8월 2일 년 8월 11일 년 8월 20일 년 8월 25일 년 9월 2일 년 9월 9일 년 9월 21일 년 9월 30일 년 10월 5일

57 표 3.16 강우량에따른항목별오염부하량 일시 강우량 BOD COD T-N T-P SS TOC (mm) (g) (g) (g) (g) (g) (g) 4월 9일-11일 월 19일-20일 월 11일-12일 월 17일-18일 월 1일-2일 월 10일-11일 월 27일-28일 월 1일 월 3일 월 9일 월 11일 월 28일 월 2일 월 11일 월 20일 월 25일 월 2일 월 9일 월 21일 월 30일 월 5일 계 나. 조사지점 3 밭에서의원단위를보다정확하게산정하기위해서강우시밭과임야의경계에존재하 는조사지점 3 의월별항목별부하량을 < 표 3.17> 에나타내었다

58 표 3.17 강우량에따른항목별오염부하량 ( 조사지점 3) 일시 강우량 BOD COD T-N T-P SS TOC (mm) (g) (g) (g) (g) (g) (g) 4월 9일-11일 월 19일-20일 월 11일-12일 월 17일-18일 월 1일-2일 월 10일-11일 월 27일-28일 월 1일 월 3일 월 9일 월 11일 월 28일 월 2일 월 11일 월 20일 월 25일 월 2일 월 9일 월 21일 월 30일 월 5일 계 < 표 3.16> 에서보는바와같이총 21회의강우현상이있던오염부하량은 BOD가약 341.0kg, COD는약 476.1kg, T-N은약 252.1kg T-P는약 16.8kg, SS는약 752.8kg 그리고 TOC는약 218.5kg으로조사되었다. 5지점은청천시의오염부하량이포함되어있기때문에 4월~6월까지의청천시의오염부하량인 BOD 약 3.3kg, COD 약 4.2kg, T-N 약 1.2kg, T-P 약 0.1kg, SS 약 6.4kg 및 TOC 약 2.6kg을합하여보면, 임야 밭으로부터유입된비점오염원의총량은 BOD는약 344.4kg, COD는약 480.3kg, T-N은약 253.3kg, T-P는약 16.9kg, SS는약 759.2kg 및 TOC는약 221.1kg 으로볼수있다. 한편 < 표 3.17> 에서보는바와같이 21회의강우현상이있던오염부하량은 BOD가약 309.8kg, COD는약 426.9kg, T-N은약 208.8kg T-P는약 12.9kg, SS는약 655.2kg 그

59 리고 TOC는약 196.4kg으로조사되었다. 강우시밭만의부하량을구하기위해서는 5지점의부하량과 3지점의부하량의차로구할수있다. 이방법으로얻어진밭에서의오염부하량은 BOD가약 34.5kg, COD는약 53.4kg, T-N은약 44.5kg T-P는약 4.0kg, SS는약 103.9kg 그리고 TOC는약 24.7kg으로조사되었다. 이총부하량을조사밭면적인약 2ha로나누어보면, BOD는약 17.3kg ha -1, COD는약 26.7kg ha -1, T-N은약 22.2kg ha -1, T-P는약 2.0kg ha -1, SS는약 52.0kg ha -1 그리고 TOC는약 12.4kg ha -1 로볼수있으며, 이를다시 365일로나누어보면 BOD는 kg ha -1 일 -1, COD는약 kg ha -1 일 -1, T-N은약 kg ha -1 일 -1, T-P는약 kg ha -1 일 -1, SS는약 kg ha -1 일 -1 그리고 TOC는약 kg ha -1 일 -1 의수준으로부하된다고추정할수있다. 표 3.18 밭 ha당부하량및일일평균 ha당부하량 BOD(kg) COD(kg) T-N(kg) T-P(kg) SS(kg) TOC(kg) ha ha -1 d km -2 d 표 3.19 밭에서의비점오염원원단위 ( 단위 : kg km -2 d -1 ) BOD COD T-N T-P SS TOC 현용원단위 과제수행결과 다. 조사지점 8 조사 8지점은 5지점을지나마지막으로시료를채취하는봉곡천상류지점의마지막조사지점이다. 8지점은 5지점의밭뿐만아니라인근의염소방목지를포함하고있는지점이다. 다음의 < 표 3.20> 는조사지점 8의월별부하량을나타낸것이다

60 표 3.20 강우시항목별월별총부하량 ( 조사지점 8) 월 항목 BOD(g) COD(g) T-N(g) T-P(g) SS(g) TOC(g) 4 월 월 월 월 월 월 월 계

61 제 5 절기여도분석 1. 부하량비교 가. 봉곡천최하단지점본연구수행중봉곡천의최하단지점에서시료를채취하여강우현상이많았던 5월부터 9월까지의시료를분석하여월별부하량을계산한값을 < 표 3.21> 에나타내었다. 표 3.21 봉곡천최하단지점에서의항목별월별부하량 BOD(kg) T-N(kg) T-P(kg) SS(kg) 5월 월 월 월 월 계 15,070 10,869 1, ,817 나. 백제교지점의부하량충청남도부여군규암면외리에자리하고있는부여1 측정소 ( 백제교 ) 에서의수질과유량데이타를참고로하여 3년간 5월부터 9월까지항목별부하량을계산하였다. 계산된값은 < 표 3.22> 에표시하였다. 표 3.22 백제교지점에서의연도별부하량 BOD(kg) T-N(kg) T-P(kg) SS(kg) 1999년 12,332,113 13,495, , ,217, 년 17,431,167 22,075, , ,275, 년 16,216,165 14,364, , ,272,401 평균 15,326,482 16,645, , ,588,

62 다. 기여도분석 표 3.23 기여도분석 BOD(kg) T-N(kg) T-P(kg) SS(kg) 봉곡천 15,070 10,869 1, ,817 백제교 15,326,482 16,645, , ,588,476 기여도 (%) < 표 3.23> 은봉곡천이금강의오염부하량에얼마만큼의영향을미칠수있는지를평가한표이다. 금강의오염부하량으로규암지역을선택한이유는하구언담수의영향을받지않는금강의최남단지역이기때문이다. 봉곡천의금강의오염부하량의영향을미치는정도는 BOD가약 0.1%, T-N은약 0.07%, T-P는약 0.41% 그리고 SS는 0.24% 정도의수준으로평가되었다