기후변화 대응을 위한 수질 제어 및 관리방안 I

DC Field Value Language
dc.contributor.author 안종호 -
dc.date.accessioned 2017-07-05T01:35:37Z -
dc.date.available 2017-07-05T01:35:37Z -
dc.date.issued 20101231 -
dc.identifier A 환1185 녹색2010-19 -
dc.identifier.uri http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/19516 -
dc.identifier.uri http://library.kei.re.kr/dmme/img/001/003/001/녹색2010-19_(안종호)[1].pdf -
dc.description.abstract Water Quality Management Strategy in the Context of Climate Change I Human activities associated with the burning of fossil fuels have propelled global climate change, increasing air temperature as well as changing evaporation, precipitation, and runoff. Climate change has the potential to significantly alter not only available water resources but also water quality, with consequent impacts on biogeochemical cycling and ecosystems of natural bodies of water. Although there are still many uncertainties in forecasting the extent and impact of climate change, it is necessary to assess scientific understanding of the impact and vulnerabilities of climate change on water quality when considering policy implications and directions. To this end, this study investigated all historical data of surface water temperature to quantify potential climate change impacts on water temperature, and assessed possible impacts on water quality of rivers and reservoirs. Long-term water temperature data from 649 stations over the 20-year period from 1989 to 2008(n=144,765) reveal that 14 mesoscale watersheds of a total of 97 show a significant trend towards higher water temperatures. In the Nakdong watershed, for example, 48 stations out of 176 show a significant trend towards higher water temperatures. And 43.4% of variance of water temperatures in said watershed is directly correlated with air temperatures. The top-two Eigen vectors identified by the EOF analysis correspond closely to the air temperature and other metrological data (precipitation, humidity, cloud cover, hours of sunshine, etc.). Moreover, the spatial pattern of EOF reveals that water temperature is more sensitive to air temperature in river systems than in reservoir systems, but it is not possible to separate the effects of variations in water temperature from those of human interventions in the catchment such as land use change. For evincive purposes, 3 case studies were chosen to demonstrate that rising water temperatures are likely to yield lower dissolved oxygen and higher amount of chlorophyll, but at the same time are not associated with bacteria concentrations. As discussed, climate change is likely to exert both direct and indirect influence on water quality and the ecology of natural bodies of water due to increased water temperature and changes in water volume. Higher water temperature is projected to exacerbate certain water quality problems by reducing dissolved oxygen (likely to extend and intensify thermal stratification) and promoting algal bloom, which may become more eutrophic. Thus, it is important to secure appropriate instream flow for conserving water quality and ecology. In addition, a more systematic water quality monitoring system should be built to collect and analyze data, and collecting high-quality data should be priority. Although waterborne diseases induced by pathogens are decreasing gradually due to better hygiene practices, accelerating climate change will cause increased damages from pathogens due to rising temperatures, floods, and concentrated torrential rains. Adaptation to the changed environment is thus of critical importance, and to this end, it will first be necessary to establish and manage various indicator pathogens for the purposes of accurate pathogen management. Management of pathogens in domestic rivers is mostly virus management that uses total coliform and fecal coliform bacteria as indicators. These indicator bacteria may not be reliable, however, as they do not reflect each target waterborne disease that receives great impact from environmental factors, i.e., temperature and humidity, etc. As such, accurate pathogen management that expands the range of indicator pathogens through development of early diagnostic methods and basic research on root causes is first and foremost necessary. Second, it is essential to build sustainable systems for monitoring pathogens. This will involve management of not only direct pathogens in drinking water (as with recent expansions of access to rivers as part of efforts to create water-friendly space), but the building of monitoring systems for each watershed. Third, self-purification capacity of rivers must be improved and maintained through systematic integrated watershed management that embraces the control structure for management of nutrients, sediment, and pathogens together. Fourth, effective policies for securing public health over and above management of pathogens in response to climate change will require cooperation between the Ministry of Environment and the Ministry of Health and Welfare, as well as among other government departments and various experts. In particular, pathogen management will entail policy and technological cooperation among various experts in, as mentioned previously, establishing indicator pathogens, watershed management, monitoring, etc., as well as efficient division of labor and steady cooperation among government departments to be effective. Climate change will also affect the hydrological cycle of water on the earth. Such changes may increase the residual concentrations of micropollutants in the water environment. As water reuse is expanded, people may pay more attention to residual micropollutants of the treated water. Because the presence of any hazardous chemical in drinking water can directly affect human health, quality of the drinking water is regularly evaluated for controlled biological and chemical substances as well as unregulated micropollutants. Recently, river and lake water was also examined for micropollutants, but it still remains difficult to understand their occurrence in water because the sample number and the sampling frequency were limited in such studies. We cannot optionally and freely increase the sample number and sampling frequency because of financial concerns. Hence the target analysis and sampling period can be managed with the results from the drinking water monitoring programs. Korean Ministry of Environment already established the guidelines, which provide countermeasures for the occurrence of a new micropollutant in water. Such measures include the management of emission sources and the establishment of emission standards for a target micropollutant. Unfortunately, the management on the emission source lacks legal cogency because it depends on the voluntary actions, and the establishment of a new emission standard requires significant time and labor. This will create a gap between the detection of a new micropollutant in water and the establishment of the official restriction. Therefore, this study recommends the management of micropollutants based on the preventive principles. The existing regulations on drinking water source are of great importance because they are also valid for micropollutants, and technical reviews are required on the alternative drinking water source, the improvement of drinking water, and wastewater treatment plants, etc. In case of the Nakdong River where water pollution accidents have frequently occurred during dry seasons, for example, an adequate quantity of river water with satisfactory quality is essential in preventing such accidents in the future. In this study, a water quality modeling system has been developed for the replication of the flow and water quality in the Nakdong River, the projected changes and their impacts on water quality simulated in response to climate change stressors. Two Global Circulation Model (GCM) simulations (CSMK and CT63) on the A1B scenario are converted to regional scale data using the statistical downscaling method known as MSPG (Multi-Site Precipitation Generator), and applied to Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model to simulate rainfall-runoff and pollutant loading in the Nakdong watershed. The results demonstrate that precipitation in the future (2011~2100) will increase 11~20% as compared to the last 30-year average. This phenomenon is more pronounced in the upper basin during winter season. Runoff also shows similar patterns to the precipitation, increasing by 23~34%. Accordingly, the runoff increase results in escalation of pollutant loading by 12~18% for TN and 10~17% for TP. More specifically, the rate of pollutant loading increase is expected to continue its acceleration until 2040. The 'Four Major Rivers Restoration Project' has been envisioned as water quality management plans investing in environmental infrastructure such as wastewater treatment plants, advanced wastewater treatment processing, treatment of livestock manure, and sewage pipelines etc. As such, the SWAT model was developed to quantify the impact of land management practices and the pollutant loading in the Nakdong drainage basin. The simulation results call for about 7.3% decrease of Total-P loading in the Nakdong drainage basin through project implementation, and most of the loading reductions are caused by large sewage treatment facilities in the lower basin (Geumho, Nakdong estuary, and Suyoung region). Subsequently, the changes of flow rate and water quality resulting from the project and climate changes were numerically simulated. The hydrodynamic model (EFDC) and water quality model (WASP) were linked for the simulation of the flow and water quality in the Nakdong River. The simulation during the flood season shows that the flood levels will likely be lower in general after the project, and the dredging and small to mid-sized submersible dams will likely increase retention time to 2~3 times its current value. Also, the water quality modeling in the Nakdong River shows that BOD5, TN, and TP are slightly lower or almost stable after the project. However, chlorophyll-a concentrations are increased in the upper basin and become lower in the lower basin, a phenomenon potentially caused by the inhibition effect on photosynthesis (not reduction of nutrient input) as a factor of increasing water depth by waterway dreading. -
dc.description.tableofcontents 제1장 서 론 <br> <br> <br> <br>1. 연구의 배경 및 목적 <br> <br>2. 연구 구성 및 내용 <br> <br> <br> <br>제2장 기후변화에 따른 하천 및 호소의 잠재적 수질 영향 <br> <br> <br> <br>1. 배경 <br> <br>2. 수온의 시?공간적 장기변화 및 기후변화 영향 <br> 가. 수온변화와 수질영향 <br> 나. 낙동강 수계의 시공간적 수온변화 분석 <br> 다. 결과요약 <br> <br>3. 기후변화에 따른 병원성 미생물의 잠재적 영향 <br> 가. 개요 <br> 나. 국내 병원성 미생물 관리현황 <br> 다. 국내 병원성 미생물에 의한 발병현황 <br> 라. 해외 병원성 미생물 관리현황 <br> 마. 병원성 미생물 관리 방향 <br> <br>4. 기후변화에 따른 미량오염물질의 잠재적 영향 <br> 가. 개요 <br> 나. 국내 미량오염물질 관리현황 <br> 다. 국내 미량오염물질 검출현황 <br> 라. 선진국의 미량오염물질 관리사례 <br> 마. 미량오염물질 관리방향 <br> <br> <br> <br>제3장 기후변화에 따른 낙동강 수질영향 예측 <br> <br> <br> <br>1. 수질 오염원 조사 및 부하량 평가 <br> 가. 오염원 조사 <br> 나. 발생 및 배출 오염부하량 <br> 다. 2012년 오염원 및 부하량 전망 <br> 라. 결과요약 <br> <br>2. 유역모델과 3차원 수리/수질 모델의 연계시스템 구축 <br> 가. 배 경 <br> 나. SWAT 모델의 적용 <br> 다. EFDC 모델의 적용 <br> 라. 결과요약 <br> <br>3. 지표유출량 변화에 따른 수질오염 부하량 영향 <br> 가. 한반도 기후변화 시나리오 검토 및 선정 <br> 나. 통계학적 규모내림(Downscaling) <br> 다. 기후변화 시나리오에 따른 영향 분석 <br> 라. 결과요약 <br> <br> <br> <br>제4장 낙동강 주요지점의 수질예측과 전망 <br> <br> <br> <br>1. 서 론 <br> <br>2. 낙동강 현황 <br> 가. 주요지점 수질현황 <br> 나. 지류하천 부하량 평가 <br> 다. 하수처리장 및 취수장 현황 <br> <br>3. 낙동강 3차원 수리·수질모델링 구축 <br> 가. 모델의 선정 <br> 나. 모델 격자 구성 -
dc.description.tableofcontents <br> 제1장 서 론 <br> 1. 연구의 배경 및 목적 <br> 2. 연구 구성 및 내용 <br> 제2장 기후변화에 따른 하천 및 호소의 잠재적 수질 영향 <br> 1. 배경 <br> 2. 수온의 시?공간적 장기변화 및 기후변화 영향 <br> 가. 수온변화와 수질영향 <br> 나. 낙동강 수계의 시공간적 수온변화 분석 <br> 다. 결과요약 <br> 3. 기후변화에 따른 병원성 미생물의 잠재적 영향 <br> 가. 개요 <br> 나. 국내 병원성 미생물 관리현황 <br> 다. 국내 병원성 미생물에 의한 발병현황 <br> 라. 해외 병원성 미생물 관리현황 <br> 마. 병원성 미생물 관리 방향 <br> 4. 기후변화에 따른 미량오염물질의 잠재적 영향 <br> 가. 개요 <br> 나. 국내 미량오염물질 관리현황 <br> 다. 국내 미량오염물질 검출현황 <br> 라. 선진국의 미량오염물질 관리사례 <br> 마. 미량오염물질 관리방향 <br> 제3장 기후변화에 따른 낙동강 수질영향 예측 <br> 1. 수질 오염원 조사 및 부하량 평가 <br> 가. 오염원 조사 <br> 나. 발생 및 배출 오염부하량 <br> 다. 2012년 오염원 및 부하량 전망 <br> 라. 결과요약 <br> 2. 유역모델과 3차원 수리/수질 모델의 연계시스템 구축 <br> 가. 배 경 <br> 나. SWAT 모델의 적용 <br> 다. EFDC 모델의 적용 <br> 라. 결과요약 <br> 3. 지표유출량 변화에 따른 수질오염 부하량 영향 <br> 가. 한반도 기후변화 시나리오 검토 및 선정 <br> 나. 통계학적 규모내림(Downscaling) <br> 다. 기후변화 시나리오에 따른 영향 분석 <br> 라. 결과요약 <br> 제4장 낙동강 주요지점의 수질예측과 전망 <br> 1. 서 론 <br> 2. 낙동강 현황 <br> 가. 주요지점 수질현황 <br> 나. 지류하천 부하량 평가 <br> 다. 하수처리장 및 취수장 현황 <br> 3. 낙동강 3차원 수리·수질모델링 구축 <br> 가. 모델의 선정 <br> 나. 모델 격자 구성 <br> 다. 입력 자료 구성 <br> 라. 모델 보정 <br> 마. 사업 후 보 신설 및 준설 영향 적용결과 <br> 4. 결과요약 <br> 제5장 결론 <br> 1. 기후변화에 따른 하천 및 호소의 잠재적 수질영향 <br> 2. 기후변화에 따른 낙동강유역 지표유출량 및 오염부하량 변화 <br> 3. 4대강 살리기 사업에 따른 낙동강 수질예측과 전망 <br> 4. 시사점 <br> 참고문헌 <br> 부록 <br> Abstract <br> <br> -
dc.format.extent 299 p. -
dc.language 한국어 -
dc.publisher 한국환경정책·평가연구원 -
dc.title 기후변화 대응을 위한 수질 제어 및 관리방안 I -
dc.type 녹색성장연구 -
dc.title.original Water quality management strategy in the context of climate change I -
dc.title.partname 녹색성장연구보고서 -
dc.title.partnumber 2010-19 -
dc.description.keyword 물환경 -
dc.description.bibliographicalintroduction 국문요약 1. 연구 배경 및 목적 수자원의 부존정도와 수질은 기후변화 영향에 대한 인류사회와 환경에 미치는 매우 중요한 요소로서 이들 문제에 대한 이해도를 높이는 것은 지속가능한 발전을 위하여 반드시 필요하나, 아직까지 기후변화에 따른 지표수의 수질영향에 관한 연구는 미미하여 향후 수질관리를 포함한 통합물관리 전략수립을 위한 기초자료로 활용하는데 한계를 지니고 있다. 이에 본 연구는 2년 연차 연구과제의 1차년도 연구로서, 기후변화에 따른 잠재적 수질영향을 살펴보기 위해 하천과 호소의 수온변화와 병원성 미생물과 미량유해물질의 발생 분포 및 관리 실태에 대해 기후변화 대응 측면에서 살펴보고, 유역모델과 3차원 수리/수질 모델의 연계시스템을 구축하여 2차년도의 다양한 기후변화 관련 시나리오 분석을 위해 기본 틀을 마련하고자 하였다. 이를 바탕으로 2차년도 연구에서는 극한가뭄, 홍수, 장기 기온변화 등 다양한 기후변화 시나리오에 따른 수질변화 해석을 실시하고, 1, 2차년도의 연구결과를 종합 분석하여 기후변화 대응한 수질관리 방안 및 전략을 제시하고자 한다. 2. 주요 연구내용 1) 낙동강 유역 장기 수온변화의 기후변화 영향평가 낙동강 유역을 대상으로 과거 수온변화를 살펴본 결과 총 176개 수질 측정망 중 48개 측정망에서 의미 있는 수온상승 경향을 나타내었다. 낙동강 유역 내 수온 변화의 43.4%가 기상변화로 인한 직접적인 영향을 나타내었고, 하천의 경우가 호소수에 비해 기온변화에 따른 수온영향이 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 한편, 뚜렷한 수온 상승 경향을 나타낸 사례지역을 통해 살펴본 결과 수온상승은 용존산소 저감과 클로로필 농도 증가와 의미 있는 상관관계가 있음을 보였다. 2) 병원성 미생물 및 미량유해물질의 잠재적 영향 기후변화는 물환경의 변화를 초래하고 병원성 미생물의 증식과 분포 및 이동에 큰 영향을 줄 수 있다. 국내의 병원성 미생물에 의한 발병은 위생환경의 발전으로 점차 줄어드는 추세였으나, 가속화 되어가는 기후변화는 기온증가와 함께 집중호우 및 홍수로 병원성 미생물에 의한 피해를 증가시킬 수 있다. 또한, 향후 기후변화에 따른 기온과 수온의 상승, 수문학적인 순환의 변화 등은 미량오염물질의 잔류농도를 증가시킬 우려가 있으며, 지하수 재함양과 하수처리수 재이용 등 물 재이용이 확대되는 과정에서 미량오염물질 문제가 불거질 수 있다. 3) 기후변화에 따른 지표유출량 및 오염 부하량 변화 전 지구 기후변화모델 중 한반도의 기후 특성을 잘 재현하는 것으로 평가된 CSMK과 CT63의 두 모형을 사용하여 A1B 기후변화 시나리오에 대한 낙동강 유역의 향후 2100년까지의 기온 및 강우량을 예측하고, SWAT모형을 통한 지표유출량과 수질오염 부하량 변화를 모의하였다. A1B 기후변화 시나리오에 따른 2100년까지의 미래 강우량은 과거 30년 평균에 비해 약 11~20%의 증가가 예상된다. 지역적으로는 낙동강 하류유역보다는 상류유역의 증가가 다소 크고, 계절적으로는 겨울철의 강우량 증가가 뚜렷하여 27~69%까지 증가가 예측되었다. 미래 기온의 변화도 뚜렷한 상승경향을 보였으며, 강우량의 패턴과 동일하게 겨울철의 상류유역의 기온상승이 커서 지난 과거 30년 평균 기온의 71~78%까지 증가되는 것으로 예측되었다. 지표유출량 변화는 강우량 변화의 영향으로 과거 대비 23~34%의 증가되고 봄과 겨울의 증가가 많은 것으로 예측되었다. 토사유출(SS)의 경우도 과거 평균 부하량에 비해 향후 32~43%의 증가가 예상되며, 지표유출량 변화의 패턴을 따라 봄과 겨울의 증가가 많게 나타났다. TN과 TP의 부하량은 강우량과 지표유출량의 증가에 따라 각각 12~18%, 10~17% 정도 증가가 예상되며 2040년까지의 증가 폭이 높은 것으로 나타났다. 4) 4대강 살리기 사업에 따른 낙동강 수질예측과 전망 낙동강 유역의 오염원 현황과 수질모델구축을 위한 기본 자료로 활용하기 위해서 수질 오염원 현황 및 부하량 평가를 실시하였다. 낙동강 대권역의 2007년 배출부하량은 BOD 414,764㎏/일, TN 288,781㎏/일, TP 27,363㎏/일이며, 2012년까지 정부의 수질개선대책이 적용될 경우 배출부하량은 BOD 409,656㎏/일, TN 282,489㎏/일, TP 25,378㎏/일로 전망되었다. 따라서, 2007년 대비 총 BOD 배출부하량은 5,108㎏/일(1.2%)이 감소되며, 특히 수질개선대책이 많은 금호강, 낙동강하구언, 수영강 중권역의 감소량이 가장 많은 것으로 전망되었다. 또한, 2007년 대비 TN, TP 배출부하량도 각각 6,292㎏/일(2.2%), 1,985㎏/일(7.3%)이 감소되는 것으로 전망되었으며, TN은 금호강과 수영강 중권역, TP는 수질개선대책 중에 총인처리시설의 대책으로 대규모 처리시설이 위치한 금호강, 낙동강하구언, 수영강 중권역의 감소량이 가장 많은 것으로 전망되었다. 4대강 살리기 사업의 시행에 따른 낙동강 본류구간의 수질영향을 모의하기 위해 수리동역학 모델인 EFDC와 수질모델 WASP를 사용하였다. 수리-수질 모델을 보정을 위해 국토해양부의 유량자료를 사용하였으며, 낙동강으로 유입되는 오염부하자료는 환경부의 수질측정망 및 오염총량제 8일 간격 측정 자료를 이용하여 점 및 비점오염부하의 영향이 반영되도록 월별 가중평균자료를 산정하여 구성하였다. 또한, 낙동강 본류구간 내 8개의 보 설치와 준설에 의한 하천내의 물리적인 변화를 고려하여 사업전·후로 구분하여 수리 및 수질 모델링을 실시하였다. 사업에 의해 갈수기와 낙동강 중하류 부근에서 체류시간이 대폭 감소하는 것으로 분석되었다. 수질모의 결과는 사업 후 전반적으로 BOD5 농도는 다소 감소하고 Chl-a 농도는 증가하며 TN과 TP 농도는 큰 차이가 없는 경향을 보인다. BOD5 농도의 감소는 체류시간의 증가에 따른 영향이라고 판단이 되며 전체 구간에서 유사한 경향을 나타내고 있다. Chl-a 농도는 사업에 의해 상류부터 합천보 까지는 전체적으로 증가하는 경향을 나타내며 함안보지점에서는 유사하고 낙동강하구언 지점에서는 다소 감소하는 경향을 나타낸다. Chl-a 농도의 변화는 영양염류의 농도변화에 의한 영향은 크지 않으며 공사에 의한 체류시간의 증가가 지배적인 영향을 미치며 하류에서 수심의 증가에 따른 광량의 감소 등에 의한 복합적인 영향에 의한 것으로 판단된다. 3. 정책 제언 1) 체계적인 수질모니터링 시스템 구축과 하천 환경용수의 확보 향후 기후변화에 따른 수질영향을 대비하기 위해서는 수온, 병원성 미생물, 미량유해 물질 등에 대한 체계적이고 지속성 있는 모니터링을 통한 양질의 자료구축이 중요하다. 수온변화의 장기 모니터링을 위해서는 보다 정밀한 측정과 모니터링 프로토콜이 필요하며, 병원성 미생물의 경우에는 원인 유발균에 대한 기초연구 확대와 조기진단 방법의 개발을 통하여 지표미생물 확대와 정확한 병원성 미생물 관리가 필요하다. 또한 미량오염 물질은 사전예방의 원칙을 적용하여 관리체계를 강화하는 것이 바람직하다. 더불어 낙동강에서는 갈수기에 반복되는 수질사고를 예방하기 위해서는 하천의 수량을 확보하는 것이 중요하며, 이를 위해 유역 내 물순환시스템을 최적화하여 하천의 자정능력을 향상시키고 하천의 건강성 회복을 이루어야 할 것이다. 2) GIS 기반의 비점오염관리 시스템을 구축과 비점저감대책 수립 장래 기후변화 시나리오에 따른 수질영향 연구결과에 따르면, 강우량 증가와 기온 상승은 지표유출량의 증가와 함께 수질 오염부하량의 변화에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이러한 유역기반의 수질변화는 기상조건 외에 토지피복이나 토양 및 지형특성에 따라 달라지기 때문에 기후변화에 대응할 수 있는 과학적인 최적운영기법을 통한 지표유출량과 수질오염 부하량 저감방안을 모색하는 것이 필요하다. 이를 위해 최근의 4대강 살리기 수질개선대책에 따른 환경기초시설에 대한 투자와 더불어 GIS 기반의 비점오염관리 분석평가시스템을 구축하여 소단위 관리유역별 비점오염 배출부하 산정 및 오염원의 등급화하여 비점오염 배출부하 삭감량 목표를 설정하고 소유역별 할당량을 선정하는 과학적인 비점저감 대책이 필요하다. -
dc.contributor.authoralternativename Ahn -
dc.contributor.authoralternativename Jong-Ho -
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Reports(보고서) > Green Growth(녹색성장연구)
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