수생태계의 보존을 위한 하천변 지하수의 최적 오염관리 및 저감기술 개발

Title
수생태계의 보존을 위한 하천변 지하수의 최적 오염관리 및 저감기술 개발
Authors
박정규
Co-Author
문유리; 강연실; 염선영; 오세진; 김지선; 이민주; 이정미
Issue Date
2011-03-31
Publisher
환경부
Series/Report No.
토양ㆍ지하수 오염방지기술개발사업 :
Page
270 p.
URI
http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/21803
Abstract
□ 연구개발의 목적 및 필요성 ? 수생태계의 가치를 보호하는 환경정책으로의 전환 : 전 세계적으로 수생태계를 복원하고 그 건강성을 보호하기 위한 기술개발 및 관리방안 마련이 활발하게 추진되고 있으며, 국내 환경정책도 기존의 물질관리 중심에서 수생태계 보존 중심으로 전향되고 있는 추세다. 그러나 지하수의 영향을 받는 하천 내 수생태계를 보존하기 위해, 하천변 지하수의 특성을 반영한 지하수 오염 저감기술 및 관리정책은 여전히 미흡한 실정이다. ? 지역특성별 하천변 지하수 오염 : 하천 내 수생태계는 인근 토지이용 특성에 따라 상이한 양상을 나타낸다. 예를 들면, 농업지역에서는 과다한 비료사용과 축산 분뇨의 부실한 관리로 인해 인근 하천 내 수생태계가 훼손되고 있으며, 이를 복구하기 위해서는 막대한 경제적 비용이 요구되고 있다. 또한 지역 내 지질특성에 따라서도 수생태영향이 다르게 나타나는데, 예를 들면 비소를 다량 함유한 광물이 분포한 지역에서는 수생동물의 기형이 발견되기도 한다. 따라서 이에 대한 대책을 수립하기 위해서는 각 지역특성별 오염물질의 기원과 부하량 및 이들의 수생태영향에 대한 파악이 수반되어야 한다. ? 하천변 지하수 관리방안 요구 : 이처럼 하천변 지하수의 수질은 하천 내 수생태계에 영향을 미치게 된다. 따라서 하천변 지하수 내 오염발생 시 이에 대한 저감기술이 요구되는데, 이는 저감효율이 높으며 주변 환경에 피해를 주지 않는 저감기술이어야 한다. 이와 더불어 하천변 지하수 수질을 보다 체계적으로 관리하기 위해서는 이에 대한 법·제도적인 관리방안도 마련되어야 한다. □ 연구개발의 내용 및 범위 본 연구는 3년 동안 수행되었다. 우선 질소/인 및 비소 등 오염물질의 기원 및 거동특성을 파악하였으며, 이들의 수생태영향을 국내외 사례를 통해 조사하였다. 또한 시범유역 내 수질과 수생태 자료를 수집·분석하여 토지이용과 수생태간의 관계를 살펴보았다. 농업지역 내 작물과 토양특성에 따른 대수층 오염부하량 산정 기술과 하천오염부하량 산정 기술을 개발하고, 이를 시범유역에 적용하여 시범유역 내 오염물질의 거동 특성을 규명하였다. 시범유역 내 하천변 지하수에 대한 최적 저감기술을 도출하기 위해, SWOT 분석 및 적용 시나리오 모의를 활용하였다. 마지막으로 이와 같이 개발된 산정 기술과 도출된 저감 기술을 현장에 보다 효율적으로 적용할 수 있도록, 법·제도적인 정책방향도 제시하였다. □ 연구개발결과 1. 하천변 지하수 오염물질의 특성 및 수생태영향 ? 오염물질의 기원 및 거동특성 : 농업지역에서 질소와 인은 비료 사용과 축산 분뇨 등으로부터 유래되며, 비소는 변성퇴적암과 화산암 등으로부터 유래되는 것으로 알려져 있다. 각 오염물질의 기원 및 거동특성을 기존 문헌자료 조사를 통해 정리하였다. ? 오염물질의 수생태영향 : 질소, 인, 비소의 각 화학종별 수생태영향을 국내외 문헌을 통해 살펴보고, 시범유역 내 수질과 수생태 자료를 분석하여 토지이용과 수생태간의 관계를 살펴보았다. 2. 하천변 지하수 오염물질의 거동규명 기술 ? 대수층 오염부하량 산정 : 비료 사용과 축산 분뇨 등으로부터 기인한 오염물질은 빗물침투에 따라 대수층으로 유입된다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 활용하여 대수층 오염부하량 산정기법을 개발하고 이를 시범유역에 적용하였으며, 시비 시나리오에 따른 대수층 오염부하량을 비교하였다. ? 하천오염부하량 산정 : 대수층으로 유입된 오염물질은 지하수의 흐름에 따라 하천으로 유입된다. 본 연구에서는 NI, ESTIMATOR, LOADEST, SWAT, GMS 기법들을 활용하여 하천오염부하량 산정기법을 개발하였으며, 이를 시범유역에 적용하여 각 모델들 간의 결과를 비교하였다. 3. 하천변 지하수 오염 저감기술 ? 저감기술 특성 비교·분석 : 하천변 지하수 내 오염물질 저감기술로 습지, 투수성 반응벽체, 수변림에 대해 오염저감 기능 및 효율 등의 특성을 조사하고 국내외 활용사례를 살펴보았다. ? 시범유역 내 최적 저감기술 적용방안 : 습지, 투수성 반응벽체, 수변림의 특성을 SWOT분석을 활용하여 비교·분석함으로써 시범유역 내 최적 저감기술을 도출하였다. 또한 이를 통해 선정된 수변림에 대한 조성 시나리오를 구축하였으며, 적용 결과를 SWAT-REMM을 활용하여 비교하였다. 4. 하천변 지하수 관리방안 ? 법·제도적 오염물질 관리현황 : 질소, 인, 비소의 오염물질에 대한 국내외 지표수 및 지하수 수질기준을 조사하였으며, 각 수질기준의 기준값과 연계성 등에 대해 살펴보았다. ? 법·제도적 하천변 지하수 관리현황 : 국내 및 선진국(캐나다, 호주)의 하천변 지하수 관련 법률 및 제도에 대해 조사·분석하고, 국내 제도의 문제점과 선진국 사례의 시사점을 도출하였다. ? 법·제도 개선방안 제언 : 국내 지하수 관리방안의 문제점 분석과 해외 사례의 시사점을 통해, 하천변 지하수의 관리방안에 대한 개선방안을 제언하였다. □ 연구개발결과의 활용계획 ? 논문게재 및 학술대회 발표 : 국내외 학술지에 논문 2편이 심사 중이며, 향후 추가논문을 투고하고 관련 학술대회에 연구 성과를 발표할 예정이다. ? 수생태영향 자료 및 정량적 산정기술 활용 : 본 연구에서 구축한 수생태영향 DB자료 및 개발된 대수층 오염부하량과 하천오염부하량 산정기술을 향후 지하수 및 지표수 수질 관련 연구에 활용할 예정이다. ? 법·제도 개선방안 제언 : 본 연구에서 제언된 개선방안을 환경부 등 관련 부처 및 기관에 전달하여, 향후 관련 법·제도 개선에 활용하도록 할 예정이다.


□ Backgrounds and Objectives of the Project ? Paradigm shift in environmental management : There has been an active, global engagement in technology development and systems establishment for restoring and conserving the health of aquatic ecosystems. Such tendency is also represented in the environmental protection policies of Korea. while they are not supported by current mitigation technology and management system yet. ? Regional characteristics on riparian groundwater pollution : The characteristic of aquatic ecosystem is affected by the adjacent land use. In agricultural areas, for example, the water quality of rivers and lakes has been deteriorated by improper management of fertilizers and livestock excretions. Its aquatic ecosystems has also been destroyed by deteriorated water quality, which requires inordinate costs for restoration. : Moreover, geological characteristics influences the aquatic ecosystems. For example, severe deformities are caused by high arsenic concentration in water. Concurrently, the sources and load of the pollutants as well as their effects on the aquatic ecosystems should be investigated in order to build their appropriate measures. ? Requirement of riparian groundwater management plan : The quality of riparian groundwater has significant effect on the aquatic ecosystem of rivers and lakes. Therefore, if it is contaminated and has bad influence on aquatic ecosystem, the legal and institutional management measures as well as the appropriate mitigation technology should be developed and employed. □ Scope and Contents of the Project ? Project period: three years(2008.4~2011.3) ? Participant: Korea Environment Institute and Kangwon University ? Contents ? Investigation of the sources and movement of pollutants( nitrogen, phosphorus, and arsenic) as well as their impact on aquatic ecosystems ? Development of estimation technology for the pollutant load into the aquifers and rivers ? Selection of optimal mitigation technology for the riparian groundwater in case study by SWOT analysis ? Recommendations on legal and institutional policies □ Results of the Project 1. Characteristics of Pollutants in Riparian Groundwater and Their Effect on Aquatic Ecosystems ? Sources and movement of pollutants ? the nitrogen and phosphorus produced by animal excretions in conjunction with use of fertilizers in agricultural areas ? the arsenic originating from degenerated sedimentary rocks as well as volcanic rocks were evaluated. ? Effects of pollutants on aquatic ecosystems ? the literature review of the effects of pollutantss such nitrogen, phosphorus, and arsenic on aquatic ecosystems ? the relationship between land use and aquatic ecosystems in case study 2. Estimation Technology of Pollutant Movement in Riparian Groundwater ? Pollutant load into the aquifers ? development of estimation technology of pollutant loads into the aquifers using SWAT ? application of developed technology on the case study ? Pollutant load into the rivers ? estimation of pollutant loads into the aquifers in case study, using NI, ESTIMATOR, LOADEST, SWAT, and GMS ? comparison of their results 3. Pollution Mitigation Tools for Riparian Groundwater ? Comparison of mitigation technology ? the characteristics and function of the constructed wetland, permeable reactive barriers, and riparian buffer zones ? their mitigation efficiency and costs ? Selection of optimal mitigation technology for case study ? selection of riparian buffer zone using the SWOT analysis ? establishment its scenarios and comparison using SWAT-REMM 4. Riparian Groundwater Management Plan ? Institutional and legal management of pollutants ? the water quality standards of nitrogen, phosphorus, and arsenic ? the relationship between the groundwater and surface water standards ? Institutional and legal management of riparian groundwater ? laws and institutions relating to riparian groundwater in Korea and the developed countries(Canada, Australia) ? the problems in domestic institutions and implications of the foreign examples ? Recommendations on institutional and legal improvement □ Proposals for the Applications ? Research Paper Publication and Presentation at Academic Conferences ? Employment of Data and Developed Technology ? Recommendations on institutional and legal improvement

Table Of Contents

제1장 연구개발과제의 개요
제1절 연구개발의 필요성 및 목적
제2절 연구 내용 및 체계

제2장 국내외 기술개발 현황

제3장 연구개발수행 내용 및 결과
제1절 하천변 지하수 오염물질의 특성 및 수생태영향
제2절 하천변 지하수 오염물질의 거동규명 기술 개발 및 적용
제3절 하천변 지하수 오염 저감기술 개발
제4절 하천변 지하수 관리방안

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도
제1절 목표달성도
제2절 관련분야에의 기여도

제5장 연구개발결과의 활용계획

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보
제1절 오염부하량 산정 기술
제2절 하천변 지하수 수질기준 설정기법

제7장 참고문헌

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