대규모 인공습지 운영이 하구담수호 수질에 미치는 영향

함종화 ( Jonghwa Ham ),이태호 ( Taeho Lee ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

공업화, 도시화로 인하여 감소되는 농지를 대체하고 수자원 확보, 육운개선, 도시민의 휴식 공간 제공 등을 목적으로 화옹지구 간척지 개발사업이 1991년에 시행되었으며, 2002년에 방조제 끝물막이 공사 완료 후 현재 내부개발 중이다. 사업 완료 후 조성되는 담수호(1,730ha)의 수질이 농업용수 수질기준을 초과하지 않도록 하기 위해 2002년에 관련기관 합동으로 수질오염방지 종합대책을 수립·확정하였으며, 수질오염방지대책이 완료되기 전까지 화성호의 수질악화를 막기 위해 한시적으로 해수를 유통하고 있다. 2015년 현재 유역대책으로 공공하수처리장 2개소, 마을하수도 15개소, 축산폐수처리용 저장액비 탱크, 가축분뇨 공공처리장 및 비점오염원 저감시설이 설치되었으며, 호내대책으로 인공습지, 침강지 및 수초저류지가 설치되었다. 2014년 6월부터 설치된 인공습지 및 침강지를 운영하였으며, 인공습지 및 침강지 운영이 화성호 수질에 미치는 영향을 분석한 결과는 다음과 같다. 3개의 주하천 중 2개 하천수(남양천, 어은천)는 평시에 2개의 침강지 및 인공습지로 전량 유입되어 처리되고 있으며, 2개의 인공습지를 1년간 운영(2014.6∼2015.5)한 결과 COD, T-N, T-P, Chl-a의 평균 처리효율은 5.0%, 40.0%, 39.8%, 64.3%로 나타나 상대적으로 영양물질 및 Chl-a의 처리효율이 높게 나타났다. 습지식물의 식생피도가 10% 이하로 매우 낮아 습지 내 입자성물질의 침강효과 저하 및 바람 등에 의한 퇴적물 재부유 등으로 입자상물질 및 COD의 제거효율이 낮게 나타났다. 인공습지 운영 전 6년(2008.6 ∼ 2014.5) 동안 유입하천의 BOD, COD, T-N, T-P의 평균 농도는 각각 5.54, 9.69, 4.58, 0.20 mg/L이었으나, 인공습지가 운영된 기간(2014.6 ∼ 2015.5)에는 BOD, COD, T-N, T-P의 평균 농도가 각각 5.70, 10.15, 4.25, 0.24 mg/L로 운영 전 보다 높게 나타났다. 또한 인공습지 운영 전 6년간 해수유입량이 14.83백만톤 이었으나, 인공습지 운영기간에는 10.04백만톤으로 오히려 감소하였다. 그러나 화성호의 수질은 인공습지 운영 전 6년동안 COD, T-N, T-P, Chl-a의 농도가 각각 6.92 mg/L, 1.21 mg/L, 0.090 mg/L, 26.7 mg/㎥으로 나타났으나, 인공습지를 운영한 시기에는 COD, T-N, T-P, Chl-a의 농도가 각각 5.17 mg/L, 0.768 mg/L, 0.080 mg/L, 15.7 mg/㎥나타났다. 인공습지 운영전 보다 운영 후 유입하천의 수질이 더 악화되고, 해수유입량이 감소되었음에도 불구하고, 화성호의 수질은 오히려 개선되었다. 그러므로 아직 습지식물이 충분히 서식하지 않아 인공습지가 충분한 수처리효율을 나타내지 못함에도 불구하고 화성호 수질개선에 크게 기여하고 있음을 알 수 있다. 이상의 결과는 계획된 침강지, 인공습지, 수초저류지 중 일부를 1년간 운영한 것에 대한 담수호 수질변화를 분석한 결과이며, 향후 지속적인 모니터링을 통해 호내대책에 의한 담수호 수질개선효과를 종합적으로 분석할 필요가 있다.

대규모 인공습지의 초기 운영 결과

함종화 ( Jonghwa Ham ),이태호 ( Taeho Lee ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

화옹지구 간척지 개발사업은 공업화, 도시화로 인하여 감소되는 농지를 대체하고 수자원 확보, 육운개선, 도시민의 휴식 공간 제공 등의 목적으로 계획되었다. 화옹지구 간척지 개발사업의 결과 4,482ha의 간척지, 1,730ha의 담수호가 개발되어 5,440만톤의 수자원이 확보될 것이다. 그리나, 사업 완료 후 조성되는 1,730ha의 담수호 수질이 농업용수 수질기준을 초과하지 않도록 하기 위해 2002년에 관련기관 합동으로 수질오염방지 종합대책을 수립·확정하였다. 유역대책으로는 공공하수처리장 2개소, 마을하수도 15개소, 축산폐수처리용 저장액비 탱크, 가축분뇨 공공처리장 및 비점오염원 저감시설을 설치하였으며, 호내대책으로는 인공습지, 침강지 및 수초저류지를 설치하였다. 화성호로 유입되는 비점오염물질을 제거하기 위해 화성호로 유입되는 3개의 유입하천 말단에 각각 인공습지 (남양, 주곡, 매향)를 계획하여 2010년부터 2013년까지 설치하였다. 본 연구에서는 화성호 간척지에 조성된 3개의 인공습지 중 안정적으로 운영 중인 남양습지에서 조사한 수질결과를 분석하였다. 각각의 인공습지 앞에 입자성 물질을 침전시키기 위해 추가로 침강지를 조성하였으며, 인공습지의 면적이 넓고 정상 운영 전까지 시간이 충분하여 습지식물을 별도로 식재하지 않고 자연발아하여 정착하도록 하였다. 2014년 6월부터 정상운영 계획 중에 있는 남양인공습지는 시설점검 및 개략적인 수질개선효율을 조사하기 위해 2012년 5월부터 9월까지 임시 운영하였다. 현장에서 수온, pH, DO, EC를 조사하고, 채취한 시료는 수질오염공정시험법으로 COD, T-N, T-P, Chl-a를 분석하였다. 식생피도가 10% 이하로 습지식물이 거의 자생하지 않고 있었던 2012년 5월부터 9월까지 임시 운영한 결과 남양습지의 COD, T-N, T-P, Chl-a의 유입수 농도는 각각 12.2 mg/L, 2.14 mg/L, 0.114 mg/L, 53.1mg/㎥였으나, 인공습지를 통과하면서 각각 12.3%, 27.0%, 16.7%, 53.5% 처리되어 유출수의 농도는 10.7 mg/L, 1.56 mg/L, 0.095 mg/L, 24.7 mg/㎥로 나타났다. 평균 식생피도가 약 30%를 나타내었던 2014년 6월부터 8월까지 남양습지를 운영한 결과 COD, T-N, T-P, Chl-a의 처리효율은 각각 5.0%, 40.0%, 39.8%, 64.3%로 나타나 상대적으로 영양물질 및 Chl-a의 처리효율이 높게 나타났다. 위와 같이 화옹지구 간척지 개발사업 완료 후 조성되는 화성호의 수질을 농업용수 수질기준 이하로 유지하기 위해 모델링을 통해 적정 규모의 인공습지를 계획·설치하고, 인공습지를 운영한 결과 초기에 낮은 식생피도를 나타내고 있음에도 불구하고 영양물질에 대해 높은 처리율을 나타내었다. 2014년 6월부터 습지가 정상 운영되어 습지식물이 자생하게 되면 3개의 대규모 인공습지를 통해 화성호로 유입되는 오염물질이 상당량 제거되어 화성호의 수질이 농업용수 수질기준 이하로 유지될 수 있는 것으로 판단된다. 향후 조성된 인공습지의 수처리 효율 모니터링을 통해 수처리 효율을 검증하고 최상의 수처리 효율을 얻기 위한 최적의 인공습지 운영방안을 수립할 계획이다.

고흥만 간척지 내 인공습지에 의한 농경배수 정화효율에 관한 연구

유훈선,강동환,권병혁 한국습지학회 2009 한국습지학회지 Vol.11 No.3

본 연구지역은 전라남도에 위치한 고흥만 간척지 내 인공습지이며, 인공습지수와 주변 유입수의 수질특성을 파악하기 위해 2008년 3월 15일 및 2009년 1월 10일에 12개 지점에서 현장조사를 수행하였다. 수온, pH, DO, EC 및 salinity 항목은 현장측정 되었으며, 채수된 시료는 실내에서 TOC, Cl-, COD, TSS, T-P 및 T-N 성분을 분석하였다. 현장 관측된 5개 항목은 인공습지에 비해 유입지점들에서 높게 나타났으며, 이는 주변 농경작지에서 유입되는 오염물질에 의한 것이다. 인공습지수와 유입수 내 농도비는 TOC 성분은 1월에, Cl 성분은 3월에 더욱 높은 값을 보였다. COD 성분은 인공습지수에 대한 유입수의 농도비가 1.37배와 1.49배로서 유사하였다. 유입지점들에서 T-P와 T-N 성분의 평균값은 인공습지 내에서보다 3배 이상 높았으며, 인공습지의 자정능력에 의해 농도가 저감되었다. 본 연구지역의 인공습지에서는 유입수 내 Cl, T-P, T-N 성분의 정화효율이 높은 것으로 나타났다. Cl- 성분의 정화효율은 1차 관측 시 83%, 2차 관측 시 76% 이었으며, 이는 인공습지수에 의한 희석효과에 의한 것이다. T-P 성분의 정화효율은 67%(1차 관측)와 69%(2차 관측), T-N 성분은 100%(1차 관측)와 95%(2차 관측) 로서 매우 높았다. 본 연구에서 T-N의 정화효율이 비현실적으로 높은 것은 유입수의 양이 소량이어서 인공습지수 내에서는 질소 농도가 분석한계 이하로 나타났기 때문이다. 본 연구에서는 T-P 성분의 정화효율이 1월에, T-N 성분은 3월에 높게 나타나 생장기와 동절기의 영향에 의한 것으로 판단된다.

인공습지 조성형태별 수질정화특성

김형중 ( Hyung Joong Kim ),함종화 ( Jong Hwa Haam ),김동환 ( Dong Hwan Kim ),홍대벽 ( Dae Byuk Hong ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

자연정화시설의 장기운영결과를 활용하여 적정 설계방안을 도출하기 위해 충남 당진군 고대면 석문간척지구 내에 9개의 시험시설을 설치하였다. 1시험포는 미식재구, 갈대구, 애기부들구로 구성되고, 2시험포는 침전지이다. 3시험포는 침전지+애기부들+갈대구, 침전지+미식재+갈대구, 침전지+갈대+미식재구, 4시험포는 지표흐름 인공습지+지하흐름 인공습지, 5시험포는 침전지+습지, 6시험포는 습지+침전지, 7시험포는 습지+개방구간(2열)+침전지, 8시험포는 침전지+개방구간(1열)+습지로 구성되었다. 단독형 식재습지(1시험포) 운영결과 인공습지의 가장 대표적 식물인 갈대와 애기부들 사이에 TN, TP, SS의 수질정화효과에 큰 차이가 없고, 애기부들구에 갈대가 많이 침입하므로 그 지역에 많이 자생하는 식물을 식재하거나 자연도래하도록 유도하는 것이 효과적일 것으로 판단되었다. 3시험포 운영결과 인공습지 전체에 식물을 심는 것 보다 식물이 자라는 식재구간과 식물이 자라지 않는 미식재구간(개방구간)을 같이 조성하는 것이 산소공급이 원활하여 수질정화효율이 높은 것으로 나타났다. 2002년부터 2006년까지의 인공습지 처리효율 분석 결과 습지의 식물이 증가하면서 개방수역이 감소하여 용존산소의 농도가 매우 낮은 값을 나타냈다. 이와 같이 장기간운영에 따른 용존산소와 영양물질 처리효율의 감소를 해결하기 위해 2007년 4월에 7시험포와 8시험포에 개방수역을 설치하였다. 2010년 전체 인공습지 시스템의 TP 처리효율은 개방수역을 설치하지 않은 5, 6시험포의 경우 -25.4%와 -23.9%의 처리효율을 보였으며, 개방수역을 설치한 7, 8시험포의 경우 각각 50.1%와 14.2%의 처리효율을 보였다. 개방 수역을 설치하지 않은 5, 6시험포의 경우 습지가 장기간 운영되면서 습지 수체내의 용존산소 부족으로 인한 인의 재부유로 인하여 처리효율이 낮게 나타난 것으로 판단된다. 반면에 개방수역을 설치한 7번과 8번 시험포의 경우 적절한 DO농도 유지를 통한 인의 용출억제효과가 있는 것으로 판단된다. 그러므로 인공습지에 식물이 자라지 않는 개방구간을 조성하는 것이 정화효율이 높으며, 전체적인 DO분포 및 정화효율 면에서 개방구간을 1열 조성하는 것 보다는 2열로 나누어 조성하는 것이 효율이 높았다. 9시험포에서 인공습지의 길이에 따른 정화효율을 분석한 결과 인공습지의 길이가 100m 이상이 되면 정화효율이 크게 개선되지 않으므로 효율성을 고려하여 인공습지의 길이는 100m 이내로 조성하는 것이 경제적이다. 다만, 지역 여건상 정화효율을 높여야만 하는 경우에는 길이를 조절하여 설계할 필요가 있다. 2, 3, 5, 6시험포 운영결과 침전지 또는 인공습지만으로 조성하는 것 보다 인공습지와 침전지를 조합하는 것이 효율이 높고, 조합하는 경우 침전지+인공습지의 순으로 조성하는 것이 정화효율이 높았다. 4시험포 운영결과 지표흐름 인공습지만으로 구성하는 것 보다 지표흐름 인공습지와 지하흐름 인공습지를 조합한 형태가 인공습지의 장기 운영에 따른 TP와 COD 처리효율 저하현상을 보완하기 위한 시스템으로 도입이 가능한 것으로 판단된다.

다목적 인공습지의 홍수저감 및 수질개선 효과 분석

정재원,김연수,어규,김정욱,김형수 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

인공습지는 습지의 수자원 확보 및 홍수제어, 생태서식처, 조경 및 레크레이션, 기후조절, 수질정화 및 환경교육 등의 기능을 목적으로 조성한 습지를 의미한다. 인공습지는 고유의 물순환, 생태, 자연정화, 경관, 심미적 기능 등의 융합적 기능에 의하여 복잡하고 다양한 문제해결에 적당한 기술로 평가받고 있으며, 선진국에서는 이러한 인공습지가 도시화, 기후변화 및 생활수준 향상으로 인한 홍수와 가뭄, 하천생태계 변화, 수질오염과 같은 문제를 해결하는 방안으로 제시되고 있다(환경부, 2014). 이와 같이 여러 목적으로 인공습지가 많이 조성되고 있는데, 특정 기능을 목적으로 인공습지가 조성된다 하더라도 인공적 생태계가 조성되는 습지의 특성상 융복합 기능을 갖게 된다. 인공습지 조성 시에는 특정 목적만이 아닌 다양한 효과에 대한 통합적 분석이 필요하지만, 한 가지 목적에 초점을 맞추는 게 대부분이다. 따라서 본 연구에서는 하천변 인공습지 조성 목적 중 홍수 저감 및 수질개선 효과를 함께 분석하고자 한다. 홍수 저감효과의 경우 동일한 홍수량을 홍수위 산정 모형인 HEC-RAS모형을 이용하여 저류지와 식생수로의 하도를 입력하여 모의하였으며, 수질모형인 QUAL2E모형에 동일한 인공습지를 적용하였을 때의 오염부하량 삭감량을 고려한 시나리오를 적용하여 수질개선효과를 분석하였다. 이와 같이 인공습지를 조성하였을 때의 다양한 효과들을 예측하여 습지의 총체적인 이익을 정량화할 수 있다면 수 있다면 다목적 인공습지를 적재적소에 더욱 효율적으로 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

수질정화효율 향상을 위한 조합형 인공습지 개발

김형중 ( Hyung Joong Kim ),함종화 ( Jong Hwa Haam ),김동환 ( Dong Hwan Kim ),홍대벽 ( Dae Byuk Hong ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

인공습지의 장기 운영에 따른 수질정화효율 저하를 보완하기 위하여 조합형 인공습지 시스템을 개발하였다. 조합형 인공습지 시스템은 지표흐름 인공습지 하단에 수질정화재료를 이용한 계단형 상하흐름 인공습지(지하흐름 인공습지)를 조합하여 구성된 인공습지 시스템이다. 계단형 상하흐름 인공습지는 폭 1.4m × 길이 5.6m × 높이 1m를 4열 설치하고, 그 속에 각각 바이오 세라믹, 활성탄, 복합여재, 제강슬래그를 충진하였다. 유기물 지표인 COD의 경우 유입수는 평균 8.43 mg/L로 농업용수 수질기준을 초과하였다. 그러나 인공습지+활성탄 시스템은 평균 2.17 mg/L로 낮아져 농업용수 수질기준을 만족할 뿐만 아니라 74.24%의 높은 제거율을 보였다. 다음으로 인공습지+제강슬레그 시스템이 평균 6.43 mg/L, 인공습지+활성탄+화산석 시스템이 평균 7.29 mg/L로 농업용수 수질기준을 만족하고, 각각 23.73%, 13.56%의 정화효율을 보였다. 반면, 인공습지+세라믹 시스템은 평균 8.24 mg/L로 수질기준을 초과하고, 2.20%의 낮은 정화효율을 보였다. 분산분석결과도 95% 신뢰수준에서 p=1.159E-05로서 시스템별로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. TN은 유입수의 농도가 평균 3.19 mg/L로서 농업용수 수질기준을 초과하였다. 반면, 인공습지+활성탄 시스템은 평균 0.27 mg/L로 낮아져 농업용수 수질기준 이하를 만족하였다. 인공습지+제강슬레그 시스템과 인공습지+활성탄+화산석 시스템도 처리수의 TN농도가 각각 평균 0.95 mg/L, 0.96 mg/L로 낮아져 대부분 수질기준을 만족하는 경향을 보였다. 그러나 인공습지+세라믹 시스템은 평균 1.06 mg/L로 낮아지기는 하였으나 수질기준을 초과하는 경우가 많았다. 이 때 각 시스템의 수질정화효율은 인공습지+활성탄 시스템이 91.48%, 인공습지+제강슬레그 시스템이 70.34%, 인공습지+활성탄+화산석 시스템이 70.04%, 인공습지+세라믹 시스템이 66.94%의 높은 값을 보였다. TP는 유입수가 평균 0.21 mg/L로서 모두 호소의 농업용수 수질기준인 0.1 mg/L보다 높았다. 반면, 인공습지+제강슬래그 시스템의 경우는 유출수가 평균 0.02 mg/L로 낮아져 90.96%의 매우 높은 정화효율을 보였을 뿐만 아니라 모두 농업용수 수질기준을 만족하였다. 인공습지+활성탄 시스템 유출수도 평균 0.06 mg/L를 나타내면서 모두 농업용수 수질기준 이하를 만족하였고, 이때 TP정화효율은 69.69%의 높은 값을 나타냈다. 인공습지+활성탄+화산석 시스템은 유출수가 평균 0.12 mg/L로서 45.12%의 정화효율을 보였으나 농업용수 수질기준을 만족하지 못하는 경우가 있었다. 인공습지+세라믹 시스템 유출수의 경우도 평균 0.13 mg/L로서 유입수에 비해 낮아져 39.31%의 정화효율을 나타냈다. 이와 같이 조합형 인공습지 시스템은 인공습지의 장기 운영에 따른 TP와 COD 처리효율의 감소현상을 보완하기 위한 시스템으로 도입이 가능한 것으로 판단된다. 특히 활성탄과 제강슬래그를 이용한 인공습지 시스템이 매우 효과가 높은 것을 알 수 있었다.

복층여재 갈대 인공습지에 의한 생활하수 처리

서정윤 한국습지학회 2014 한국습지학회지 Vol.16 No.4

본 연구는 2단(수직 및 수평 흐름) 복층여재(모래와 제올라이트 그리고 모래와 굴 껍질) 갈대 인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하였을 때 각 수질항목별 처리효율 평가이다. 하수는 수리학적 부하량 314 L/m2․day(수직 흐름 인공습지 기준)를 하루 4(10분 동안 주입 후 5시간 50분 동안 중단)회 균등하게 간헐적으로 주입하였다. 그 결과 유출수의 pH는 수평흐름 인공습지 굴 껍질 층의 높이에 크게 영향을 받았으며 굴 껍질 층의 높이가 200 ㎜일 때 pH 6.24를 보였다. DO(oxygen demand)는 유입수(0.19 ㎎/L)보다 수직 흐름 인공습지 유출수(7.65 ㎎/L)에서 높았다가 수평 흐름 인공습지 유출수(6.49 ㎎/L)에서는 다시 낮아졌다. 그리고 여름보다 겨울에 높았다. 또한 OTR(oxygen transfer rate)은 수직 흐름 인공습지 57.15 g O2/㎡ㆍday 그리고 수평 흐름 인공습지 5.65 g O2/㎡ㆍday로 나타났다. NH4+-N의 처리효율은 80.17% (유출수농도 6.01 ㎎/L)로 전부를 제올라이트로 충진하였을 경우(타 연구)와 비교하여 낮았지만 수직 흐름 인공습지 제올라이트300 mm 충진 층으로도 하수처리에서 요구되는 방류수질의 T-N 농도(20 ㎎/L)까지 안전성 있게 처리할 수 있을 것으로예측된다. 각 항목별 평균 처리효율은 유출수에서 SS 88.09%, BOD 88.12%, CODCr 83.11%, CODMn 85.58%, T-N 57.21%,NH4+-N 80.17%, T-P 86.73%를 보였다. NO3--N의 농도는 수직 흐름 인공습지 유출수에서 보다 수평 흐름 인공습지 유출수에서 감소하였다. 유출수 중 T-N의 반 이상이 NO3--N(7.92 ㎎/L)으로 잔존하였으며 NO2--N은 평균 0.90mg/L이었다. T-P의처리효율은 굴 껍질의 충진 층 높이가 800 ㎜에서 93.24%, 500 ㎜에서 86.30% 그리고 200 ㎜에서 55.44%로 굴 껍질 충진층의 높이에 비례하였다. A sewage was treated using a serially combined vertical(VFCW) and horizontal flow double media (sand and zeolite for VFCWand sand and waste oyster-shell for HFCW) reed constructed wetland(HFCW) with intermittent feeding (see Fig. 1). The sewagewas fed into the reed constructed wetland for 10 minutes every 6 hours at the hydraulic load of 314 L/㎡․day. The summarizedresults were as follows: pH values in the effluent depended very heavily on oyster-shell height filled in the HFCW. They weremaintained at less than pH 6.24 when the height of the oyster-shell layer was 200 mm. Influent DO(oxygen demand)values(average 0.19 ㎎/L) were increased in the VFCW(average 7.65 ㎎/L) and decreased again in the HFCW(average 6.49 ㎎/L). They were higher in the winter than in the summer. The OTR(oxygen transfer rate) was 57.15 g O2/㎡ㆍday in theVFCW and 5.65 g O2/㎡ㆍday in the HFCW. The removal efficiency of NH4+-N was 80.17%(6.01 NH4+-N ㎎/L in theeffluent). It was lower than that in the case where only zeolite was filled in the reed constructed wetland. But it was expectedthat treated sewage effluent using a double media reed constructed wetland with 300 mm zeolite layer could stably meet theKorean treated sewage effluent standard(20 mg T-N/L). Average removal efficiencies were SS 88.09%, BOD 88.12%, CODCr83.11%, CODMn 85.58%, T-N 57.21%, NH4+-N 80.17%, T-P 86.73%. Nearly, The concentration of NO3--N in the effluent of theVFCW was decreased in that of the HFCW. More than half of T-N in the effluent was NO3--N(7.92 ㎎/L) but theconcentration of NO2--N in the effluent was average 0.90 mg/L. The removal efficiencies of T-P were 93.24%, 86.30% and55.44% at the height of the oyster-shell-filled constructed wetland of 800 mm, 500 mm and 200 mm, respectively andtherefore, they were proportional to oyster-shell height filled in the HFCW.

정체된 시화 인공습지와 해수유통이 활발한 강화 갯벌에서의 혐기성 유기물 분해능 및 분해경로 비교

김성한,목진숙,정정호,장윤영,최광순,현정호 한국습지학회 2007 한국습지학회지 Vol.9 No.1

본 연구에서는 상대적으로 정체된 환경인 시화 인공습지와 조석에 의한 흐름이 존재하는 강화도 갯벌에서 혐기성 유기물 분해능과 분해경로 중 황산염 환원과 철 환원의 상대적 중요성에 대해 비교하고, 조절요인으로서 퇴적물 상층수 흐름의 중요성을 토의하였다. 퇴적토 상층수의 흐름이 존재하지 않는 시화 인공습지의 공극수에서 CO2, NH4+ , 및 H2S의 농도가 강화도 갯벌에 비해 각각 3 배, 20 배 및 3배 높은 것으로 나타났다. 또한 퇴적물의 산화-환원의 정도를 알 수 있는 Fe(III)와 총 환원된 황의 농도 비는 강화도 갯벌이 시화 인공습지에 비해 12배 이상 높은 값을 나타내어 강화도 갯벌이 시화 인공습지에 비해 상대적으로 산화된 상태인 것을 알 수 있었다. 혐기성 유기물 분해능은 강화도 갯벌 (0.039 mM C h-1 )이 시화 인공습지 (0.0001 mM C h-1 ) 보다 약 390배 높은 값을 보이고 있다. 유기물 분해경로에서 황산염 환원력은 시화인공습지 (314 ~ 580 nmol cm-3 d-1)가 담수습지임에도 불구하고 강화도 갯벌 (2 ~ 769 nmol cm-3 d-1 )과 같은 높은 값을 나타낸 반면, 철 환원력은 강화도 갯벌 (0.1368 μmol cm-3 h-1 )이 시화 인공습지 (0.087 μmol cm-3 h-1 ) 보다 약 1.7배 높은 값을 보였다. 이러한 결과들은 시화 인공습지에서는 전자수용체가 적절히 공급되지 못하고 있음을 나타내며, 이의 개선을 위해서는 강화도 갯벌의 조석과 같은 상층수의 흐름을 조절하는 것이 필수적인 사항으로 인식되었다. The objectives of this study are: (1) to compare the rates and pathways of organic matter minerlaization at stagnant freshwater wetland in Shiwha to highly irrigated coastal wetland in Ganghwa; and (2) to discuss the significance of irrigation into the sediment in controlling the organic carbon oxidation in Shiwha wetland. Concentrations of CO2, NH4+ and H2S in the pore water of the Shiwha wetland were 3 times, 30 times, and 3 times higher than that in the pore water of the Ganghwa wetland, respectively. The ratio of Fe(III) to total reduced sulfur at the Ganghwa wetland was 12 times higher than at the Shiwha wetland. The results indicated that the Ganghwa wetland with frequent tidal inundation were relatively oxidized than highly stagnant Shiwha wetland. Rates of organic matter oxidation at the Ganghwa wetland (0.039 mM C h-1) was 390 times higher than that at the Shiwha wetland (0.0001 mM C h-1). Rates of sulfate reduction at the Shiwha wetland (314 ~ 580 nmol cm-3 d-1) were comparable to the sulfate reduction at Ganghwa wetland (2 ~ 769 nmol cm-3 d-1), whereas Fe(III) reduction rates were 1.7 times higher at the Ganghwa wetland (0.1368 8mol cm-3 h-1) than at the Shiwha wetland (0.0878mol cm-3 h-1). The results implied that the water flow system of the Shiwha wetland was too stagnant to flush out the reduced pore water from the sediment, and thus anaerobic microbial respiration was limited by the availability of electron acceptors.

인공습지 조성에 따른 홍수저감효과 분석

정재원,김연수,홍승진,권형수,김정욱,김형수,Jung,Jae Won,Kim,Yon Soo,Hong,Seung Jin,Kwon,Hyung Soo,Kim,Jung Wook,Kim,Hung Soo 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.4

습지는 수질정화, 재해관리, 생물서식처 제공, 기후변화 대응 등의 다양한 기능을 지닌다. 특히 습지는 수질정화뿐 아니라 유속과 수위를 낮추는 치수목적으로도 활용이 가능하므로 하천변 인공습지의 조성은 홍수조절을 위해 하나의 대안으로 제시되고 있다. 하지만 기존 연구들은 습지의 수질정화 기능과 종 다양성 등 생태적 기능에 관한 것이 대부분이고 천변저류지관련 연구 이외에 수로형습지를 포함한 인공습지 조성에 따른 홍수저감효과 연구는 아직 미비한 실정이다. 본 연구에서는 안양천 중류 유역에 속하는 목감천의 인공습지 조성 전과 후의 홍수위 변화를 통해 홍수범람양상을 비교 분석하였다. 이를 위해, HEC-HMS 모형을 통해 유출량을 산정하고 수리모형인 HEC-RAS모형으로 인공습지를 모형화하여 습지 조성 전 후 홍수위를 분석하였다. 연구 결과로 인공습지 조성 후의 홍수위가 조성 전의 홍수위에 비해 최대 0.81 m, 평균 0.11 m 감소하며, 목감천 전 구간에서 홍수위가 동일하거나 감소함을 확인하였다. 또한 홍수범람해석을 수행한 결과 인공습지 조성 후에 전체 범람면적이 <TEX>$1,994,000m^2$</TEX> 정도 줄어듬을 확인하여 목감천 유역의 인공습지 조성이 홍수위 저감효과가 있는 것으로 분석되었다. Wetlands have various functions such as water purification, disaster management, habitat of creature, climate change management, etc. Constructed wetland has been introduced as an alternative especially for flood control in the river basin, because it can reduce flood stage as well as improve water quality. However, the previous studies only focused on the function of water quality improvement and ecological function of biodiversity, and the studies on the flood control effects according to artificial wetlands including channel-type wetlands have not yet been carried out. In this study, we compared and analyzed the flood inundation by doing comparative analysis on flood level change before and after creation of constructed wetlands. For this study, outflow of study area were calculated using HEC-HMS model, and we investigated the change in flood stage before and after creation of constructed wetlands using HEC-RAS model by modeling artificial wetland. The results showed that flood stage after wetland construction was decreased and the reduced stages were maximum 0.81 m, average 0.11 m when we compared with flood stage before wetland construction. Also, flood inundation mapping results showed that the total area of inundation was also decreased in about <TEX>$1,994,000m^2$</TEX> after wetland construction, and so this study has shown that the artificial wetland can reduce flood stage in Mokgamcheon basin.

가축폐수 처리 위한 인공습지에서 수생식물의 영양염류 흡수 특성

김경진,김정섭,김이형,양금철 한국습지학회 2012 한국습지학회지 Vol.14 No.1

본 연구에서는 2011년 6월부터 11월까지 충청남도 논산시 양지리의 가축폐수 처리를 위해 조성된 인공습지에서 정수식물인 갈대의 처리공정별 계절별 생물량 변이와 질소·인의 흡수량, 수처리 효율을 파악하기 위하여 수행되었다. 조사기간 동안 인공습지 내 갈대의 총 생물량은 200.1 ∼ 669.4 kg의 범위로 보이며 계절별 총 생물량은 7월에 669.4 kg로 가장 높게 나타났다. 인공습지 내 갈대의 지상부 질소 함량은 21.9 ± 0.6 ∼ 32.1± 1.5 mg/g, 지하부는 15.1 ± 5.5 ∼ 24.9 ± 5.7 mg/g, 인의 함량은 지상부에서 1.5 ± 0.3 ∼ 2.4 ± 0.2mg/g, 지하부는 1.6 ± 0.6 ∼ 2.5 ± 0.6 mg/g의 범위로 조사되었다. 인공습지 내 갈대의 질소 흡수량은 9.7 ∼28.0 kg, 인의 흡수량은 0.7 ∼ 2.8 kg의 범위로 조사되었다. 질소의 흡수량은 7월에 28.0 kg으로 가장 높게 나타났으며 11월에 9.7 kg으로 가장 낮게 나타났다. 인의 흡수량은 6월에 2.8 kg으로 가장 높게 나타났으며 11월에 0.7 kg으로 가장 낮게 나타났다. 인공습지로 이입되는 가축폐수의 질소·인 저감 효율은 각각 23.0, 59.1 %로 조사되었다. 본 연구결과는 향후 인공습지 내 오염물질 및 영양염류 순환 도출에 기여할 것으로 판단된다.