한국환경연구원 논문 번역(한국어 원본)국내 연간 수자원 총이용량은 약 300억 m3수준인데, 이중 1/3에 해당하는 약 100억 m3은 댐을 건설하여 저수한 댐용수를 이용하고 있으나 하천의 상류부에는 여러 가지 제약으로 저수지 조성이 어려운 실정이다. 따라서 유역에서 유출되는 물이 결국 하구를 거쳐 바다로 유출되는 점을 고려하면 하구에 담수호 조성은 수자원 확보의 좋은 대안이 될 수 있다. 한국은 1970년대 이후부터 주로 하구 또는 해면을 체절하여 간척지 조성과 더불어 필요한 수자원확보를 위해 대규모 하구담수호를 조성해왔다. 향후 개발이 완료되어 확보되는 하구담수호의 저수량은 약 170억 m3에 달하여 연간 물 이용량의 약 50% 수준으로 수자원확보에 크게 기여할 것으로 예상된다. 그러나 간척사업을 통한 하구담수호의 조성은 상류유역으로부터 유입된 물이 정체되고 해역으로부터 완전히 고립되어 해수에 의한 희석작용이 더 이상 이루어지지 않아 수질문제를 포함한 환경문제를 야기하게 된다. 한반도의 서해안에는 하구담수호가 10개 이상 분포하고 있는데, 일찍이 이들 호수에서는 수질악화와 부영양화 현상을 경험하였으며 담수호 수질에 대한 사회적 관심이 증가하여 왔다. 폐쇄성 수역의 하구담수호는 주변의 도시화와 공업화의 급진전에 따라 유역으로부터 오·폐수 유입량 및 부하량이 급증하여 수질관리에 불리한 측면이 있다. 이에 따라 수자원의 양적인 측면뿐만 아니라 질적인 면에서도 현재까지 많은 노력을 기울여왔다.
한편, 화성호의 경우 1990년부터 간척사업을 착수하여 2012년 간척지 개답공사를 완료하고 배후 농경지 및 탄도지구의 용수공급기능을 계획하였으나, 수질개선사업의 지연과 상류오염원의 급격한 증가로 화성호 수질이 악화되면서 담수화시기가 지연되고 있다. 목표수질(Ⅳ등급)을 달성하지 못할 경우 배후지 및 탄도지구 용수공급의 지연, 시설방치 등 이미 계획된 사업들의 시행에 중대한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 현재 화성호는 수질보전대책이 완료되어 목표수질을 확보할 수 있을 때 까지 배수갑문을 통한 해수유통을 실시하고 있으나, 최근 해수유통량의 감소는 수질관리에 주요 문제점 중에 하나로 분석되고 있다. 또한 남양천을 포함한 상류의 주요 유입하천에서 평상시 유입수량이 상당히 작은 반면, 외부 유입인구의 급격한 증가로 인한 오·폐수 처리량의 증가, 산업단지의 무분별한 입지, 농업소득 증진을 위한 축산업의 장려, 이에 따른 가축분뇨의 관리미흡 등으로 인하여 하천이 오염되어 높은 농도의 수질이 담수호로 유입되고 있다. 이에 따라 화성호의 목표수질등급이 빈번히 초과하고 있으며 결국 담수화를 전제로 할 경우 상류에서 유입되는 오염원의 제어가 화성호 수질보전에 가장 큰 해결사 역할을 할 것으로 판단된다.
①유역의 지속적인 수질관리와 수질보전대책 이행의 성공여부를 평가하기 위해서는 장기간 모니터링을 통한 자료수집이 수반되어야 하며 유역특성 및 수계환경의 충분한 조사와 오염원의 평가 등이 적절히 이루어져야 한다. ②이를 바탕으로 유역 및 호소의 현재와 장래의 수질을 합리적으로 예측할 수 있어야 하며 적절히 검증된 수질모델을 이용하면 비교적 쉽게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 실질적인 오염물질의 이동특성을 보다 더 정확히 파악함으로써 오염물질의 유입을 효과적으로 최소화하는 방안을 제시할 수 있다. 담수호의 수질은 계획하는 단계에서 이미 수질모델링을 통해 모의되고 예측되어야만 한다. 만약 예측된 수질이 목표수질을 만족하지 않는다면 적절한 수질개선대책이 검토되고 시행되어야 한다. 최근 국내에서는 담수호 및 저수지 수질을 예측하고 수질개선대책을 마련하기 위한 SWAT, HSPF, SWMM 등의 유역수질모델과 WASP, EFDC, GEMSS 등의 호소수질모델의 적용연구가 증가하고 있다.
본 연구에서는 화성호의 수질보전을 위하여 장래 오염원 변화에 따른 수질의 예측 및 관리 방안을 제시하기 위한 기초연구로써 유역 및 호소수질모델을 연계하여 적용성을 평가하였다. 유역기반의 수질모델은 대상수질항목 및 적용지역, 모델의 복잡성 및 계산시간에 따라 다양하게 분류되는데, 농촌과 도시 등 다양한 토지이용특성이 혼재된 지역에서 적용 가능한 BASINS 기반의 HSPF 모형을 적용하였다. 또한 우리나라 대부분의 호소에서는 시간에 따라 모의할 수 있는 비정상 상태의 수질모델이 적용되어야 하며 3차원 수리해석이 가능한 유동모델인 EFDC 모형을 적용하였다. |
한국환경연구원 논문 번역(영어 번역본)The annual use of water resource in Korea is approximately 30,000,000,000 m3. 1/3 of the water source is used from the dam reservoir. Nevertheless, due to various limitations, there are many difficulties in building a dam in the upper region of a river. Therefore, considering the fact that the water outflow from the basin goes through the estuary into the sea, building a freshwater lake in the estuary can be a good alternative for the security of water resource. Since the 1970s, Korea has been building estuary freshwater lakes by the tidal closing for the secure of both sustainable water resources and reclaimed land. The amount of reservoir water in the estuary after future developments are complete is predicted to be approximately 17,000,000,000 m3. This is about 50% of the annual water usage. Thus, such development is expected to greatly contribute to the water resource security. Nonetheless, the construction of estuary freshwater lakes through land reclamation causes the water pollution due to the stagnant lake and the isolation from the seas. This blocks the dilution effect by the seawater and causes environmental issues including water quality problems. There are more than ten estuary freshwater lakes distributed along the west coast of the Korean peninsula. These lakes all have experienced water quality deterioration and eutrophication phenomena that increased social interest on this matter. Estuary freshwater lakes in closed waters have increased inflow of wastewater due to the rapid urbanization and industrialization from upstream watershed. Such makes it hard to manage the water quality. Therefore, there has been much effort on securing not only a certain amount of water resources but also a certain level of water quality.
On the other hand, Hwaseong Lake has been going through land reclamation since 1990. The conversion work to paddy field was completed in 2012. There were plans to supply irrigation waters for agricultural hinterland and other regions, but due to the delay of the water quality improvement project and rapid development of the upper stream, the water quality of the Hwaseong Lake worsened. This led to the postponement of the desalination time. If the reservoir fails to meet its water quality goal (IV Level), it may have a great impact on the planned projects like the water supply of agricultural hinterland and other regions, and the negligence of existing facilities. Currently, the circulation of seawater through the gate is in practice until the reservoir meets its targeted water quality level after completion of the water quality conservation measures. The recent decrease of the amount of seawater circulation is considered a main problem of water quality management. In addition, while there is only a small amount of water inflow from main tributaries including the Namyang Stream, there are increases in pollution of surface waters by the rapid population growth, indiscriminate industrialization, promotion of livestock industry for the increase of agricultural income, poor disposal of animal excreta, and non-point source pollutants by urbanization. Thus, the streams are polluted and such polluted water is flowing into the freshwater lake. The target water quality level of the Hwaseong Lake is often exceeded. For the desalination of the lake to be achieved, there must be controlled pollutant sources in the upper stream watershed to conserve water quality of the lake.
In order to evaluate the success of the watershed’s continuous water quality management and the practice of water quality conservation measures, long term monitoring and data collecting is necessary. Also, there must be a pollution assessment and sufficient research of the characteristics of both the watershed and aquatic environment (Chapra, 1997). Based on this, the current and future water quality of the watershed and reservoir can be evaluated and predicted. This can be relatively easily accomplished by using appropriately verified water quality models. In addition, the behavior characteristics of pollutants can be more accurately understood. Therefore, these can lead to the suggestion of a method to effectively control the pollution of reservoir (Korfmacher, 1998). The water quality of the freshwater reservoir must be simulated and predicted through water quality modeling in the early stages of planning. If the predicted water quality does not meet the target water quality, appropriate measures must be employed for the improvement of water quality. Recently, there have been increased in the applied researches in Korea on water quality models based on watershed like SWAT(Soil and Water Assessment Tool), HSPF(Hydrologic Simulation Program-Fotran), SWMM(Storm Water Management Model), etc. and based on lake like WASP(Water Quality Analysis Simulation Program), EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code), GEMSS(Generalized Environmental Modeling System for Surfacewaters) to predict the water quality and suggest water quality improvement measures.
This study attempts to suggest appropriated management measures and predict the water quality according to increase of pollution source for the water quality conservation of the Hwaseong Lake. To achieve these, its applicability is evaluated in connection with the watershed and lake water quality model. The water quality models based on watershed can be categorized according to the target parameters, target area, and the complications and calculation time of the model. The HSPF model based on BASINS that is applicable to regions that have a mixture of various land-use characteristics like the rural and urban areas was applied. In addition, in most of the lakes in Korea, an unsteady state water quality model that is able to simulate the spatio-temporal variables is appropriate for application. The EFDC model that can numerically analyze three dimensions-flows was applied. |
