소유역의 축산과 농경 비점오염원이 수질에 미치는 영향 :Effect of livestock and farm NPS pollution on small watershed water quality

이수인

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이수인 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 최중대

발행연도: 2014

저작권: 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

소유역의 오염원 현황과 오염물질 배출특성

이수인 , 신재영 , 주소희 외 2명 한국수자원학회 학술발표회 2016.01 학술대회자료

2014

소유역의 축산과 농경 비점오염원이 수질에 미치는 영향

이수인 지역건설공학과 2014.01 학위논문

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가축분뇨로부터 발생하는 비점오염물질은 발생, 처리, 유통에 이르기까지 전 과정에서 다양한 경로로 배출된다. 그러나 우리나라 축산비점오염원은 관리 주체가 모호하여 규명이 어렵고 접근 또한 어려워 그 영향이 정량화 되지 않아 관리 및 대책 마련이 어렵다. 이에 본 연구에서는 축산시설이 포함되어 있는 중산간 농업 유역에서 축산활동으로부터 발생하는 분과 뇨는 유역 내 퇴비화시설과 개별처리시설을 통해 처리하고 있는 지역을 연구 대상지역으로 선정하여 경종 및 축산 비점오염원이 유역에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고자 하였다. 연구기간은 2013년 3월부터 9월까지 주기적(월 1회) 또는 강우시 유량과 수질농도를 분석하였다. 강우시 수질항목의 최대값 및 평균적인 농도 값이 일반적으로 비강우시보다 높은 것으로 나타났다. 오염원별 수질 농도 비교 결과 TN은 축산시설에서 발생하는 방류수에서 237.831 mg/L로 가장 높은 농도로 하천으로 유입되었다. TP는 농경지에서 배출되는 유출수의 농도가 8.445 mg/l로 가장 높은 농도를 보였다. 이와 같은 관측결과 축산시설과 농경지 두 오염원 모두 하천의 부영양화를 유발하는 영양염류 발생 기여도가 큰 오염원인 것으로 나타났다. 강우시 농경지에서 배출되는 유출수의 SS 농도는 2,782 mg/L로 가장 높은 값을 보여, 하천의 탁수 현상에 많은 영향을 주는 것으로 나타났다. 그러나 유역 말단에서의 수질 농도 분석결과 축산시설과 농경지에서 발생되는 오염물질이 하천에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 나타났다. 이는 오염물질이 하류로 유하하면서 주변의 산림에서 발생하는 유출수와의 희석에 의한 자연정화의 영향이 큰 것으로 보여진다. 또한 축산시설로부터 배출되는 방류수의 수질이 하천에 미치는 영향을 평가하기 위하여 SWAT 모델을 이용하여 축산시설에서 배출되는 TN 부하량의 20%, 40%, 60%가 저감된다 가정하고, 그 영향이 유역의 말단에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 그 결과 유역에서 TN 부하량은 각각 18.95%, 23.39%. 30.53%의 저감효과가 있는 것으로 모의 되어 축산시설의 오염부하 저감율이 커질수록 수질 개선 효과는 상대적으로 낮아지는 것으로 나타났다. 그러나 이는 모델링을 이용한 축산시설로부터 배출되는 오염물질을 제어한다 가정하였을 때 변화를 예측한 자료로 추후 장기적인 모니터링을 통하여 충분한 기초 자료를 수집하고 정량적으로 비교할 필요가 있다고 판단된다. 모니터링을 통한 본 연구결과는 축산시설에서 발생하는 비점오염관리를 위한 정책개발의 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.

Non-point source (NPS) pollution originated from concentrated animal feeding operations (CAFO or livestock wastes) is discharged through many different pathways into rivers and lakes depending on their generation, treatment, handling and transportation. However, CAFO NPS pollution in Korea is not yet well defined nor managed because the leading management agency of the pollution is not clear, studies on the quantification and control of the pollution are not well conducted and thus, effective management and control policies can not be well implemented. The objective of this paper was to quantitatively analyze the effect of CAFO and agricultural NPS pollution on a small mountainous watershed water quality. The selected study watershed includes a few CAFO, solid waste composting facilities, liquid waste treatment facilities as well as agricultural lands. Monitoring sites were chosen at an upstream (N0. 1) and a watershed outlet (No. 6) point, a CAFO NPS pollution discharge point (No. 3), an upstream (No. 2) and a downstream (No.4) point of No. 3, and an agricultural NPS pollution discharge point. Monitoring was conducted from March to October, 2013. Monthly flow rate and selected water quality at each monitoring site were measured during dry days. Rainy day monitoring also was conducted. Modeling was conducted to evaluate the effect of CAFO NPS pollution on the water quality at the watershed outlet. The highest and mean concentration of selected water quality indices during rainy days were higher than those in dry days in general. The highest TN and TP concentrations were 237.831 mg/l and 8.445 mg/l and measured at the CAFO and the agricultural NPS pollution discharge point, respectively. SS concentration from the agricultural NPS pollution discharge point was 2,782 mg/L and the highest among the pollution sources which meant that agricultural land might be the major source for the stream turbidity. The results revealed that the two pollution sources could be equally blamed for the water quality degradation of the stream. However, the effect of the NPS pollution from CAFOs and agricultural lands seemed not to be very influential to the watershed water quality at the outlet. It was thought that dilution and natural attenuation processes in the mountainous stream and stream bed that was mostly composed of rocks, gravels and sands could contribute to the improvement of water quality during the course to the outlet. SWAT modeling revealed that the TN load was reduced by 18.95%, 23.39% and 30.53% at the watershed oulet if the TN load at the CAFO NPS pollution discharge point reduced by 20%, 40% and 60%, respectively. The reduction rate at the outlet decreased as the load reduction increased at the discharge point. It was also thought that the natural attenuation processes played an important role. The modeling was based only on the assumption of the load reduction and not verified by the monitored data. Therefore, it was suggested that a long term monitoring studies for the evaluation of the impact of CAFO and agricultural NPS pollution on the watershed water quality be conducted. And the mechanisms of natural attenuation (or purification) processes in streams of mountainous watersheds also need to be described through the studies.

#축산 #비점오염물질 #농경지

목 차
I. 서 론 1
II. 문헌연구 3
2.1 농업 비점오염원 연구 3
2.2 축산 비점오염원 연구 4
2.3 모델 관련 연구 7
2.3.1 SWAT 7
2.3.2 SWAT-CUP 10
III. 연구방법 12
3.1 유역현황 12
3.1.1 연구대상지역 지형적 특성 12
가. 지형분석 12
나. 토지이용 경사도 13
3.1.2 축산시설 현황 14
3.2 모니터링 방법 15
3.2.1 모니터링 지점 15
3.2.2 유량 모니터링 방법 17
가. 하천 17
나. 농경지(밭) 19
3.2.3 수질 분석 및 오염부하 분석 방법 23
3.3 모델링 분석 방법 23
3.3.1 SWAT 입력자료 구축 23
3.3.2 SWAT-CUP 모델을 이용한 자동보정 24
3.3.3 SWAT 모델의 축산시설 기여율 평가 24
IV. 결과 및 고찰 26
4.1 모니터링 결과 26
4.1.1 강우 및 지점별 유출특성 26
4.1.2 수질특성 31
4.1.3 수질항목 별 지점간의 상관관계 분석 46
4.1.4 오염부하산정 50
4.2 모델링 결과 53
4.2.1 유량 및 TN 자동보정 결과 53
4.2.2 축산시설 오염물질 배출부하에 따른 유역의 수질 변화 평가 56
V. 결 론 57

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