오염원 저감 번역(영어 원본)Roads, because of their large impervious surfaces, are significant nonpoint sources (NPSs) of pollution in urban areas. The increased surface stormwater runoff and discharge of polluted stormwater from roads instigate detrimental impact to the receiving waters. In Korea, the contribution of NPS loadings in the four major rivers in 2003 was about 42% to 69%. Nevertheless, it is predicted to increase between 65% and 70% in 2015 if no control measures will be done (MOE 2004). Therefore, it is certainly essential to manage NPS pollution from watershed areas and is currently the primary concern of the Ministry of Environment (MOE). In order to reach that endeavor, the MOE established the Comprehensive Measures for NPS Pollution Management in 2004. The major policies include implementation of Total Maximum Daily Load (TMDL), riparian buffer zones, land acquisition, and a water use charge to support the program’s efforts. The MOE is aggressively pursuing the implementation and compliance with TMDLs for watershed protection, and effective control of NPS is believed to be the key method for successfully meeting the TMDLs (Jung et al. 2008). New techniques, applying the concept of sustainable development and trying to cause no increasing impacts in the hydrologic cycle, are now being developed. These methods have been devised to deal with infiltration and treatment of stormwater runoff issue termed Best Management Practices (BMPs), and studies are being conducted to consider its applicability in the country. The national monitoring works on the 25 BMP pilot facilities installed within the Han River watershed started since 2006.
Infiltration BMPs can be used to manage stormwater runoff from roofs, paved surfaces, rainwater tank overflows, and grassed and vegetated areas. Stormwater runoff from each of these sources can be directed by pipes and overland flow to an infiltration system (US EPA 1999). The objectives of groundwater infiltration include plans to minimize alteration of the local groundwater system arising from urbanization, to minimize the change in the hydrology of receiving water courses, and to reduce pollution discharges to surface water bodies (Duchene and McBean 1992). Infiltration trenches function similarly to rapid infiltration systems that are used in wastewater treatment and considered as a BMP for stormwater runoff control (US EPA 1999). Infiltration trenches are designed and built to capture stormwater runoff that occurs as a result of the increased amount of impervious surface at a developed site and infiltrate it into the ground (Akan 2002). Although infiltration trenches have been used for many years, few studies on their detailed functioning and long-term performance exist (Warnaars et al. 1999). Unlike traditional stormwater runoff management techniques, infiltration structures, such as infiltration trenches, do not have widely accepted design specifications (Chilson 2004). As a result, land development projects consistently propose traditional techniques such as detention and retention basins to address urban stormwater runoff.
Much of the pollutant load associated with stormwater runoff is carried by sediment, and the removal of sediment or prevention of its transport to surface waters is the major aim of most stormwater pollution controls (Regenmorter 2002). In the Han River, infiltration trench was constructed not only to eliminate the discharge of the water quality volume to surface receiving water but also for the removal of sediment and other pollutants such as particulates, coliform bacteria, organics, nutrients, and metals. Fine material suspended in stormwater is captured within the natural soil, creating a more effective filtering matrix and increasing the pollutant removal (Shoemaker et al. 2002). Infiltration trenches have an estimated removal efficiency of 75–90% for total suspended solids (TSS) and metals and 70–80% for biochemical oxygen demand (BOD). They also provide groundwater recharge and preserve base flow in nearby streams (Schueler et al. 1992; US EPA 1999). However, they do not control peak hydraulic flows (Harrington 1989). Stormwater runoff that contains high levels of sediments or hydrocarbons (e.g., oil and grease) could clog the trench and may require pretreatment.
Due to the impacts on receiving waters and the expense involved in obtaining monitoring data on NPS pollution data, interest has grown in analyzing existing/ measured data to develop estimation models for urban stormwater loads and concentrations (Brezonik and Stadelmann 2002). Such models will be very helpful in order to estimate concentrations for unmonitored watersheds. Consequently, parameters which are relatively easy to monitor can serve as indicators to other constituents reducing labor and time. This sort of data summary and analysis was done particularly in the USA in several metropolitan areas and sites in them (Driver and Tasker 1990; US EPA 1983). However, most of the studies are only related to loading estimates (Driver and Tasker 1990; Charbeneau and Barrett 1998; Yuan et al. 2001; Brezonik and Stadelmann 2002) and not actually concentration estimates. Although many loading estimates have been reported for various land uses, high variability and inconsistencies exist among reported values. These differences may represent real variations or differences in sampling and analytical methods (Mulcahy 1990).
The intent of this research was to evaluate the treatment performance of the infiltration trench based on the stormwater runoff quality data gathered from the long-term monitoring conducted from June 2006 until September 2008 wet season period. The efficiency of the system was assessed considering hydrologic variables. Water quality parameters were characterized by analyzing event sample concentration and event mean concentration (EMC) of particulates, heavy metals, nutrients, and other constituents. Simple linear regressions (SLR) were employed to develop equations for estimating the EMCs of typical pollutants as a function of TSS. Highly correlated 14 Water Air Soil Pollut (2010) 212:13–26 variables were used as a basis to develop estimation models. |
오염원 저감 번역(한국어 번역본)도로는 표면이 대부분 불투수성이기 때문에 도시 지역에서는 중요한 비점 오염원 (NPSs)이 된다. 도로에서 표면 우수 유출수와 오염된 우수의 배수량이 증가하면 수용류(receiving water)에 해로운 영향을 미친다. 한국에서 2003년, 4대강의 NPS 부하 기여율은 약 42%에서 69%였다. 그러나 만일 저감 조치를 취하지 않는다면 2015년에는 65%에서 70%로 증가할 것으로 예측된다 (MOE 2004). 그러므로 무엇보다 중요한 것은 유역에서 NPS 오염을 관리하는 것이며, 이는 현재 환경부 (MOE)의 주요 관심사이기도 하다. 그러한 노력의 일환으로 MOE는 2004년에 NPS 오염 관리 종합 대책을 수립하였다. 주요 정책에는 최대 일일 오염 부하량 (TMDL) 준수, 수변 완충 지대, 토지 취득, 프로그램의 성과를 지원하기 위한 물 이용 부담금이 포함된다. MOE는 유역 보호를 위해 TMDLs의 이행과 준수를 공격적으로 추진하고 있으며, 효율적인 NPS 저감이야말로 TMDLs를 성공적으로 준수할 수 있는 핵심적인 방법이라고 믿는다 (Jung et al. 2008). 지속 가능한 개발이라는 개념을 적용하고 물의 순환에 미치는 영향을 증대시키지 않는 새로운 기술들이 현재 개발 중에 있다. 이러한 방법들은 최적 관리 기법 (BMPs)으로 우수 유출수 문제를 처리하고 침투를 다루기 위해 고안되었으며, 국내에서의 적용성을 고찰하는 연구들이 실시되고 있다. 한강 유역에 설치된 25개 파일럿 시설에 대한 국내 모니터링 연구는 2006년 이후 시작되었다.
침투 기반 BMPs는 지붕, 포장된 표면, 빗물 저장 탱크 오버플로우, 초지, 녹지에서의 우수 유출수를 관리하는데 이용할 수 있다. 이들 각각의 우수 유출수는 파이프와 지표 유출을 통해 침투 시스템으로 보내질 수 있다 (US EPA 1999). 지하수 침투 목표에는 도시화로 인해 발생하는 현지 지하수 시스템의 변질을 최소화하고, 수용류 경로의 수문학적 변화를 최소화하며, 지표 수체로 배수되는 오염 물질을 감소시키는 것이 포함된다 (Duchene와 McBean 1992). 침투 트렌치는 폐수 처리에 이용되고, 우수 유출수 저감을 위한 BMP로 간주되는 급속 침투 시스템과 유사하게 기능한다 (US EPA 1999). 침투 트렌치는 개발지에서 불투수성 표면이 증가된 결과 발생하고, 지면으로 침투하는 우수 유출수를 포착하기 위해 설계되고 건설된다 (Akan 2002). 침투 트렌치는 수년 간 이용되어 왔지만 이의 상세한 기능과 장기 성능에 대한 연구는 거의 존재하지 않는다 (Warnaars et al. 1999). 전통적인 우수 유출수 관리 기술과는 달리 침투 트렌치와 같은 침투 구조물들은 설계 사양의 허용 범위가 넓지 못하다 (Chilson 2004). 그 때문에 토지 개발 프로젝트는 유수지와 저류지 같은 전통적인 기술들로 도시 우수 유출수를 처리할 것을 일관되게 제안한다.
우수 유출수와 관련된 오염 부하량의 대부분은 침전물에 의해 운반되므로 우수 오염 저감의 주된 목적은 침전물을 제거하거나 침전물이 지표수로 이동하지 못하게 막는 것이다 (Regenmorter 2002). 한강의 침투 트렌치는 수질 처리량(water quality volume)이 표면 수용류로 배수되지 못하도록 하기 위해 건설되었을 뿐만 아니라 침전물과 미립자, 대장균, 유기물, 영양물, 금속과 같은 기타 오염물질들 역시 제거하기 위해 건설되었다. 우수에 부유하는 미세물질들은 자연 토양에 포착되어 보다 효율적인 여과 매트릭스가 창출되고 오염물질 제거가 증대된다 (Shoemaker et al. 2002). 침투 트렌치는 총부유성 고형물 (TSS)과 금속의 제거 효율이 75-90%이며, 생화학적 산소 요구량 (BOD)의 제거 효율은 70-80%인 것으로 평가되었다. 침투 트렌치는 또한 지하수를 함양시키고 인근 지류들의 기저 유출도 막아준다 (Schueler et al. 1992; US EPA 1999). 그러나 침투 트렌치는 첨두 유수를 제어하지 못한다 (Harrington 1989). 우수 유출수에 높은 수준의 침전물이나 탄화수소 (예를 들어, 오일과 그리스)가 함유되어 있으면 트렌치가 막힐 수 있고, 전처리가 필요할 것이다.
수용류에 미치는 영향과 NPS 오염 자료에 대한 모니터링 자료 획득 비용으로 인해, 도시 우수 부하량과 농도 추정 모델을 개발하기 위한 기존 자료/측정된 자료를 분석하는데 관심이 증대되고 있다 (Brezonik와 Stadelmann 2002). 그러한 모델들은 모니터링되지 않은 유역의 농도를 평가하는데 매우 유용할 것이다. 따라서 비교적 쉽게 모니터되는 항목을 다른 성분에 대한 지시자로 이용하면 노동력과 시간을 절감할 수 있다. 이러한 유형의 자료 요약과 분석은 특히 미국의 몇 개 대도시 지역과 그 지역의 현장에서 실시되었다 (Driver과 Tasker 1990; US EPA 1983). 그러나 대부분의 연구들은 부하량만을 평가할 뿐이며 (Driver와 Tasker 1990; Charbeneau와 Barrett 1998; Yuan et al. 2001; Brezonik와 Stadelmann 2002), 실제 농도는 평가하지 않는다. 다양한 용도의 토지에 대한 부하량 추정치가 다수 보고되기는 하였지만 보고된 값들은 변동성이 크고 모순적이다. 이러한 차이는 실제 편차나 또는 샘플링과 분석 방법에서의 차이를 나타낸다 (Mulcahy 1990).
본 연구의 목적은 2006년 6월부터 2008년 9월까지 실시된 장기 모니터링을 통해 취합된 우수 유출수 수질 자료를 근거로 침투 트렌치의 처리 성능을 평가하는 것이었다. 시스템의 효율성은 수문학적 변수를 고려해 평가되었다. 수질 항목은 미립자, 중금속, 영양물, 기타 성분들의 호우 사상 시료 농도와 호우 사상 평균 농도 (EMC)를 분석해 규명하였다. 표본 선형 회귀 (SLR)를 이용해 대표적인 오염물질들의 EMC를 추산하는 방정식을 TSS의 함수로 개발하였다.
상호 관련성이 높은 변수들을 기준으로 이용해 추정 모델을 개발하였다. |
