첨두유출량 저감을 위한 도시유역 경계 및 우수관망 최적 설계

이정호,전환돈,김중훈 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.2

Although many researches have been carried out concerning the watershed division in natural areas, it has not been researched for the urban watershed division. If the boundary between two urban areas is indistinct because no natural distinction or no administrative division is between the areas, the boundary between the urban areas that have the different outlets (multi-outlet urban watershed) is determined by only designer of sewer system. The suggested urban watershed division model (UWDM) determines the watershed boundary to reduce simultaneously the peak outflows at the outlets of each watershed. Then, the UWDM determines the sewer network to reduce the peak outflow at outlet by determining the pipe connecting directions between the manholes that have the multi-possible pipe connecting directions. In the UWDM, because the modification of the sewer network changes the superposition effect of the runoff hydrographs in sewer pipes, the optimal sewer layout can reduce the peak outflow at outlet, as much as the superposition effects of the hydrographs are reduced. Therefore, the UWDM can optimize the watershed distinction in multi-outlet urban watershed by determining the connecting directions of the boundary-manholes using the genetic algorithm. The suggested model was applied to a multi-outlet urban watershed of 50.3ha, Seoul, Korea, and the watershed division of this model, the peak outflows at two outlets were decreased by approximately 15% for the design rainfall. 자연유역에서의 유역 분할에 관한 많은 연구가 진행되어왔음에도 불구하고, 도시유역에서의 유역 분할에 관한 연구는 이루어져있지 않다. 도시유역간의 경계 구분에 있어서 두 개의 유역 사이에 어떤 자연적 경계 또는 행정적 경계가 존재하지 않아 그 구분이 모호한 경우, 각기 다른 유출구를 갖는 우수관망에 의한 도시유역간의 경계는 오직 우수관거시스템의 설계자에 의하여 결정된다. 본 연구에서 제안된 UWDM(Urban Watershed Division Model)은 각 유역의 유출구에서의 첨두유출량을 동시에 감소시키기 위한 유역경계를 결정하게 된다. 이때, UWDM은 복수의 관거 연결 방향을 갖는 맨홀간 연결 방향을 결정함으로써 우수관거 유출구에서의 첨두 유출량을 저감시키기 위한 우수관망을 결정한다. UWDM을 통한 우수관망의 변경은 관거 내 유출수문곡선의 중첩효과를 변화시키기 때문에, 최적화된 우수관망에서의 수문곡선은 그 중첩효과가 감소된 만큼 유출구에서의 첨두유출량을 감소시킬 수 있다. 따라서 UWDM은 유역 경계상에서의 맨홀간 관거의 연결 방향을 유전자알고리즘을 이용하여 결정함으로써 인접한 도시유역간의 경계를 최적화할 수 있다. 본 연구에서 제안된 모형은 서울의 50.3ha의 각기 다른 유출구를 갖는 인접한 두 개의 도시유역에 적용되었으며, 이 모형의 유역 구분에 의하여 두 개의 우수관망 유출구에서의 첨두유출량은 약 22% 감소하는 결과를 나타냈다.

에머지 방법론을 활용한 우역의 지속가능성 평가 : 금강유역을 중심으로

이승준 ( Seungjun Lee ) 한국환경정책평가연구원 2017 한국환경정책평가연구원 기초연구보고서 Vol.2017 No.-

지속가능성은 환경, 경제, 사회의 상호 연계성을 바탕으로 균형 있는 발전을 지향하는 개념이다. 그동안에는 정책 방향이 경제에 무게를 두었으나, 이제 이를 보완하기 위해 환경가치에 대한 적절한 평가를 요구하는 상황이다. 물질과 에너지의 순환 단위인 유역 관점의 환경관리는 자연환경을 바탕으로 하며, 자연환경과 사회경제환경의 상호작용을 중점적으로 고려한다. 이러한 배경 하에 본 연구는 자연환경과 사회경제환경의 연계성을 바탕으로 지속가능성을 평가하기 위한 도구로서 시스템적 접근을 기반으로 하는 에머지 방법론을 도입하고, 유역 단위의 지속가능성 평가방안을 제시하는 데 그 목적이 있다. 본 연구에서 제시하는 유역 단위 지속가능성 평가방안을 이용하여, 최근 세종특별자치시 출범과 더불어 행정 중심지로서 개발 압력이 높아지고 있는 금강유역을 하나의 사례로 삼아 지속가능성을 평가해 보았다. 현재 국가나 지역의 통계자료는 대부분 행정구역 중심으로 구축되어 있다. 이 점 때문에 에머지 방법론을 활용하여 행정구역 경계와 일치하지 않는 유역을 평가할 때, 행정구역 단위 통계 데이터를 유역 단위 데이터로 가공하는 과정에서 불확실성이 발생한다. 재생자원의 경우 기상 자료와 유역면적 등의 자료를 활용하므로 유역 단위 에머지 산정이 비교적 용이하다. 반면에 사회경제계와 관련한 데이터를 활용하는 외부 구매자원의 경우 행정구역 단위데이터를 면적 비례, 경제총생산 비례, 인구 비례 등을 통해 유역 단위 데이터로 변환해야 한다. 또한 에머지는 특정 재화나 용역을 생산하는 데 들인 물질, 에너지, 정보 등의 투입량을 바탕으로 가치를 산정하는데, 사회경제계의 데이터는 많은 부분이 물질, 에너지, 정보의 단위보다 화폐량 단위로 구축되어 있는 경우가 많아 에머지가 어느 정도 저평가될 가능성을 내포하고 있다. 본 연구에서 제시한 유역 단위 에머지 평가방안을 금강유역의 에머지 평가에 적용해 본 결과, 2013년 기준으로 경제적 생산성을 의미하는 에머지 생산율(EYR)은 1.03으로 낮게 나타났으며 환경적 부담을 의미하는 환경부하 비율(ELR)은 153.18로 높게 나타났다. 따라서 에머지 생산율과 환경부하 비율의 비로 정의하는 에머지 지속가능성 지수(ESI)는 낮은 에머지 생산율과 높은 환경부하 비율로 인해 0.0067로 낮게 나타났다. 에머지 생산율이 낮고 환경부하 비율이 높은 원인은 높은 수입 의존도 때문인 것으로 분석되었다. 즉, 유역이 사회경제활동을 위해 외국으로부터 수입하는 자원과 국내 타 지역으로부터 구매하는 자원의 에머지 비중이 전체 에머지의 대부분을 차지하기 때문에 외부의존도가 높아 지속가능성이 낮게 나타난 것이다. 에머지 방법론이 그 자체로 완전하거나 객관적인 방식이라고는 할 수 없다. 그러나 기존 의사결정을 위한 평가방법론들 중에 비교적 정량적이고 객관적인 잣대를 바탕으로 가치를 산정하는 방식이라는 점에서, 여타의 방법론에서 도출된 결과들과 함께 정책 의사결정의 도구로 활용할 가치는 충분하다고 판단된다. 국책사업이나 환경영향 평가, 생태계서비스 평가 등에 두루 활용함으로써 여타의 방법론들이 평가하지 못하는 환경자원 고유의 가치를 보다 정량적으로 평가하여 기존의 정성적 방식을 보완할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구의 결과를 바탕으로 향후 에머지 방법론을 활용한 유역 단위 지속가능성 평가를 다른 권역에도 적용하여 연구할 필요가 있다. 우리나라의 유역별로 본 연구와 같이 에머지 평가를 통해 지속가능성을 비교하고 각 권역별로 환경이나 경제 측면에서 지속가능성을 높이기 위한 다양한 정책적 시사점을 얻을 수 있을 것이다. 그리고 보다 면밀한 비교와 분석을 위해서는 데이터를 개선하고, 연구를 통해 환경부하 비율과 같은 에머지 지수체계도 보다 정교하게 활용할 수 있도록 개선할 필요가 있다. 장기적으로 자연환경과 사회경제환경의 연계성 속에서 지속가능발전을 이루어 나갈 수 있도록 유역 중심의 환경평가와 관리체계를 구축하기 위한 정책적 지원과 노력이 필요하다. As sustainability is a concept oriented toward the balanced development of environment, economy, and society, a proper valuation of the environment is required to compensate the previous policy direction that has focused on the economy. The environmental management based on a watershed, which is a unit of material and energy circulation, considers the interaction between natural and socioeconomic environments. The purpose of this study is to introduce the emergy methodology, which has been built upon systems approach, as a valuation tool and suggest an evaluating method of the watershed sustainability. As a case study, the study evaluates the sustainability of the Geum River watershed, where development pressure has recently been increasing, using the method suggested in this study. Since the current national and local statistics are arranged by administrative district units, uncertainty may increase in the transformation of the data into the one for a watershed unit. Although the renewable resource data like weather or area is relatively straightforward for a watershed unit, socioeconomic data such as imports and exports requires the transformation of the data for a watershed unit by a proportion of area, gross production, or population. Since the emergy is generally evaluated using the quantity of material, energy, and information previously used to make a product, the socioeconomic data, which is typically represented by a monetary unit, may underestimate the emergy of a product. As a result of the emergy evaluation of the Geum River watershed using the method suggested in this study, the Emergy Yield Ratio(EYR) is as low as 1.03, and the Environmental Loading Ratio(ELR) is as high as 153.18. The Emergy Sustainability Index(ESI), which is calculated by EYR/ELR, is as low as 0.0067. The dependence of the economy on the externally purchased resources is the major factor that influences the low EYR and the high ELR. That is, most of the emergy of the Geum River watershed comes from the domestic and international imports. Emergy would be valuable as a quantitative assessment tool if it is used with other methodologies, which have different perspectives on valuation, in the decision-making and assessment processes, such as national projects, environmental impact assessments, and ecosystem service assessments. As a future study, the watershed-based sustainability assessment using the emergy methodology needs to be carried out for other watersheds. By assessing emergy indices of other watersheds and comparing them, one would get insights on policy recommendations for sustainable development. For the better emergy evaluation of a watershed, data needs to be arranged in a watershed unit and emergy indices such as ELR and ESI need to be improved to reflect the environmental loading and sustainability concept better. In addition, policy should facilitate the watershed-based environmental assessment and management for the sustainable development under the linkage between natural and socioeconomic environments.

도시 및 농촌 유역 하천에서의 강우유출 특성 비교

김호섭 ( Ho-sub Kim ),김상용 ( Sang-yong Kim ),박윤희 ( Yun-hee Park ) 한국물환경학회 2018 한국물환경학회지 Vol.34 No.6

The objective of this study was to compare the rainfall-runoff characteristics in streams of classified urban and rural watershed using land use and population density. EMC (event mean concentration) of BOD, COD, TP and SS increased significantly in urban and rural watershed, but that of TN remained unchanged. Although there were no significant differences in EMC of BOD, COD, TN, TP depending on the watershed characteristics, EMC of BOD and COD significantly increased in the urban watershed, while EMC of TP increased in the rural watershed. In the urban watershed, the first flush time was faster and the first flush effect was stronger in BOD, COD, and TP. However, the difference between cumulative mass and cumulative volume was found to be less than 0.2 in the rural watershed, indicating a weak first flush effect. The discharged masses of BOD (70 %), COD (64 %), and TP (66 %) in the first flush of runoff were higher in urban watershed, while TN (67 %) was higher in rural watershed. The reproducibility of first flush time and the strength of first flush using CV (coefficient of variation) was found to be more reproducible for first flush time in both watersheds. In rural watershed, the CV value of first flush time for TP out of water quality parameters was lower. Whereas the CV values of first flush time for BOD, COD and TP in urban watersheds were similar.

환경평가 지원을 위한 지역 환경현황 분석 시스템 구축 및 운영 낙동강권역 유역건전성 평가체계 마련

박종윤,전동준 한국환경정책평가연구원 2020 사업보고서 Vol.2020 No.-

Ⅰ. 연구의 배경 및 목적 1. 연구 배경 ❏ 대규모 토지개발계획 수립에 있어 환경영향평가 수환경 분야에서 필요한 평가요소는 안정적인 물공급, 하천 수질 및 생태계 보전 등을 중심으로 구성됨. 평가 시에는 선형적 개념으로 접근해 하천의 현황과 영향예측 결과에 따라 저감대책을 마련하는 전략을 사용하고 있음 ㅇ 이러한 수환경 평가체계는 개발로 인한 누적된 영향과 유역관리 측면에서 수환경 보전방안을 고려하지 못하는 한계가 있으며, 수계가 발달하지 않은 지역에서는 그 중요도가 낮게 평가되고 있음. 또한 수량 및 수질은 수문학적으로 연결된 문제임에도 불구하고 별개로 평가되고 있음 ㅇ 개발로 인한 환경변화(토지이용, 지형, 시설물 등)는 궁극적으로 유역의 물순환체계를 변화시켜 유역생태계를 통해 연결되는 자연자원과 수자원 간의 상호작용에 영향을 미치는 만큼, 수환경 영향을 물의 이동을 고려한 복합적이고 광역적인 문제로 인식할 필요가 있음 ❏ 따라서 수환경 영향은 유역 단위 평가가 이뤄져야 하며 유역의 토지이용, 생태계, 수량, 수질과의 관계를 고려하여 유역생태계를 평가할 수 있는 통합평가체계 구축이 필요함 2. 연구 목적 ❏ 본 연구는 유역환경, 수문/수질, 서식지/수생태 등 다양한 평가지표를 이용하여 4대강수계(금강, 한강, 낙동강, 영산강)를 대상으로 통합 유역건전성 평가지수를 산정하고 이를 도식화하여 표준 유역 단위의 수환경 특성을 파악하는 데 일차적인 목적이 있음. 이러한 유역 단위 수환경 수용능력 분석해 유역관리뿐만 아니라 대규모 도시 개발 등 면 단위 개발사업의 환경평가 시 객관적인 입지 적정성 검토 및 친환경 개발 유도에 활용할 수 있는 표준화된 수환경 정보를 제공하고자 함 ㅇ 연구의 공간적 범위는 한강, 금강, 낙동강, 영산강을 포함하는 4대강 수계를 대상으로 하며, 2018년 금강 대권역, 2019년 한강 대권역에 이어 당해 연도 연구에서는 낙동강 대권역을 대상으로 유역건전성 평가체계 구축을 목표로 함 ㅇ 한강 대권역의 경우 방대한 자료의 수집과 모형 구축 및 검증 등 유역건전성 평가를 위한 공간적 범위가 큰 점을 고려하여 두 단계로 나누어 진행하였는데, 본 보고서는 2단계 결과물을 포함하고 있음 - 1단계(2019년)에서는 유역건전성 평가 툴로 이용하고 있는 유역모형(SWAT: Soil and Water Assessment Tool)을 한강 권역 내 237개 표준 유역 단위로 구축하고, 시계열 수문, 수질 관측자료를 이용하여 모형의 적용성을 평가하였음 - 2단계(2020년)에서는 유역환경(토지피복/식생), 수생태 항목의 평가요소에 대한 자료를 수집하고 1단계 수문·수질 모의결과를 토대로 한강 대권역의 유역건전성 평가를 수행함 Ⅱ. 연구 방법 및 자료 1. 유역건전성 평가기술 ❏ 미국 환경보호청(EPA: Environmental Protection Agency)은 유역건전성 체계를“수문, 수질, 토지이용, 수생태, 생물학적 조건 등의 주요 특성에 대하여 동적으로 발생하는 상호작용의 평가를 통해 이해될 수 있는 통합시스템”으로 정의하고 있음¹³⁾ ❏ 유역건전성은 유역이 본래 가지고 있는 자연적인 건전성 평가를 통해 해석할 수 있음. 이러한 유역의 현재 상태 및 유역이 가진 능력을 선행적으로 평가해야 토지이용 변화, 기후변화, 물이용 변화, 인구 증가 등 인위적인 요소에 따른 취약성과 같은 미래 변화에 대한 예측을 수행하는 데 유용한 도구가 될 수 있을 것임 ㅇ EPA(2012, p.2-4)에서는 유역건전성 평가에 이용되는 필수 기본요소들을 landscape condition, geomorphology, hydrology, water quality, habitat, biological condition의 6가지로 제시하고 있음 ㅇ 본 연구에서는 유역건전성 평가를 위해 유역환경(토지피복 상태, 하천), 수문(유출량, 토양수분, 침투량, 지하수 충진량), 수질(SS, T-N, T-P), 서식지/수생태(습지면적, 저수역 분포, 부착돌말류평가지수, 저서성 대형무척추동물평가지수, 어류평가지수) 각각의 요소를 선정하였음. 여기서 수문·수질 평가인자는 SWAT 모의결과를 이용하였으며 서식지, 수생태와 관련된 평가요소는 환경부의 모니터링 자료를 활용함 ㅇ 여기서 사용된 SWAT 모형은 미국 농무부 농업연구소(Agricultural Research Service)에서 개발한 물리적 기반의 장기 강우-유출 모형으로, 대규모의 복잡한 유역에서 장기간에 걸친 다양한 종류의 토양과 토지이용 및 토지관리 상태에 따른 시공간적 유출, 수질 영향에 대한 모의가 가능함 2. 연구자료 ❏ 당해 연도 연구인 낙동강 권역에 대한 유역건전성 평가체계 구축의 일차적인 목적은 유역 수문·수질 평가 도구인 SWAT 모형의 구동을 위한 입력자료 구축과 매개변수 보정을 통한 모형의 적용성 검증임. 모형의 구동에 필요한 입력자료는 기상 및 지형자료이며 모의결과의 검증을 위하여 수문·수질 관측자료를 구축함 ㅇ 모형의 지형입력자료 중 수치표고모델(DEM: Digital Elevation Model)은 국가수자 원종합정보시스템(WAMIS)에서 제공하고 있는 30m 자료를 사용함. 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 해상도의 정밀토양도 자료와 함께 환경부에서 제공하는 중분류 토지이용도를 구축하였음 ㅇ 기상자료는 기상청 기상관측소 28개소의 과거 34년(1984~2017년)에 대한 강수량(mm), 최저·최고 온도(°C), 풍속(m/sec), 상대습도(%), 일사량(MJ/m²) 자료를 구축하였음 ㅇ 유역 내 5개 다목적댐(안동댐, 임하댐, 합천댐, 밀양댐, 남강댐)과 6개 다기능보(상주보, 구미보, 칠곡보, 강정고령보, 합천보, 함안보) 운영을 고려하기 위해 각 시설물의 제원정보 및 일 단위 방류량 자료를 구축하고 이를 모형의 저수지 모의(reservoir operation)에 적용하였음 ㅇ 수질항목에 대한 모형의 보정 및 검증은 유역 내 6개 지점에 대해 환경부 물환경정보시스템에서 제공하는 SS, T-N, T-P 실측자료를 이용하여 수행되었음 Ⅲ. 모형의 적용성 평가 1. 수문모의 결과 ❏ 유역 내 총 10개 지점의 댐 유입량 및 저수량에 대하여 모형의 검·보정을 수행함. 유출모의 관련 16개 매개변수를 선정하여 조정하였음. 보정결과에 따른 모형의 적합성과 상관성을 판단하기 위한 목적함수로는 coefficient of determination(R²), Nash and Sutcliffe model efficiency(NSE),¹⁶⁾ root-mean-square error(RMSE), percent bias(PBIAS)17)를 사용하였음 ㅇ 낙동강 상류에 위치한 안동댐의 경우 검·보정 기간(2005~2017년) 동안 R²는 0.73, NSE는 0.59, PBIAS는 6%로 나타남. 나머지 9개 지점에 대한 R²는 0.76~0.90, NSE는 0.62~0.78, PBIAS는 -7.5~15.2%의 분포를 나타냄 ㅇ 전체적으로 모의결과는 실측치에 비해 다소 과대 추정하는 경향을 보였으나 유출률과 토양수분 변동, 통계분석 결과로부터 SWAT 모형은 낙동강 유역의 유출 특성을 비교적 잘 재현한 것으로 판단됨 2. 수질모의 결과 ❏ 유역 내 6개 수질관측자료에 대하여 모형의 검·보정을 수행함. 3개 수질항목(SS, T-N, T-P)과 관련된 11개 매개변수를 선정하여 조정하였으며, 보정결과에 따른 모형의 적합성과 상관성을 판단하기 위한 목적함수로는 R²를 사용하였음 ㅇ 보정기간(2005~2011년) 동안의 6개 지점에 대한 R2는 SS가 0.66~0.91, T-N은 0.40~0.64, T-P는 0.44~0.69의 상관성을 보이는 것으로 나타남 ㅇ 반면, 검증기간(2012~2017년) 동안의 R²는 SS가 0.56~0.70, T-N은 0.43~0.69, T-P는 0.47~0.68의 상관성을 보이면서 보정기간에 비해 상관성이 다소 높게 나타남 Ⅳ. 유역건전성 평가 ❏ 유역건전성 지수 산정을 위해 토지피복/식생, 하천, 수문, 수질, 서식지, 수생태 6개의 평가요소에 대해 각각의 sub-index를 산정하였으며, 이를 정규화하여 유역에 대한 건전성을 평가하였음 ㅇ 낙동강 대권역 내 195개의 표준유역에 대하여 통합유역건전성 지수를 산정한 결과, 하류 권역에서 상대적으로 건전성이 낮게 평가되었으며, 최상류 유역 중에서는 안동댐 표준 유역의 건전성이 가장 낮게 나타남 ㅇ 이를 중권역 단위로 살펴보면, 표준 유역 단위와 마찬가지로 상류 유역의 건전성은 높고, 하류로 갈수록 건전성이 낮게 평가되는 경향을 확인할 수 있었음. 이중 안동댐 중권역의 경우 가장 건전성이 높게 평가되었는데, 하천평가점수와 하천연결성이 낮게 평가되었음에도 불구하고 수량, 수질, 수생태 항목에서 높은 점수를 받은 것에 기인한 결과인 것으로 분석됨 ㅇ 한편, 한강 대권역 내 237개의 표준유역에 대하여 통합유역건전성 지수를 산정한 결과 하류에 위치한 표준 유역의 건전성이 상대적으로 낮게 평가되었으며, 북한강 유역보다는 남한강 유역의 건전성이 상대적으로 낮은 것으로 분석됨 Ⅴ. 결론 및 향후 연구계획 ❏ 본 연구는 낙동강 대권역을 대상으로 유역건전성 평가체계를 구축하는 것이 목적임. 이를 위해, 유역건전성 지수 산정에 요구되는 평가요소 중 수문(유출량), 수질(오염부 하량) 자료를 생산하기 위한 SWAT 모형을 구축하였으며, 유역환경, 수생태 요소에 대한 자료를 수집하여 낙동강 대권역 195개 표준유역별 유역건전성 지수를 산정하였음. 또한 한강 대권역에 대한 1단계 결과물을 토대로 237개 표준유역별 유역건전성지수를 산정하였음. ❏ 향후 연구에서는 영산강 대권역을 대상으로 표준유역 단위 유역건전성 평가체계를 구축하여 우리나라 주요 4대강 수계에 대한 평가체계를 완성하고, 유역관리를 위한 취약성 평가와 더불어 환경평가 지원을 위한 수환경 정보의 활용방안을 마련할 계획임 Ⅰ. Introduction 1. Background ❏ The evaluation elements in terms of the water environment for a large-scale land development plan in environmental impact assessment (EIA) are composed of stable water supply, water quality, and ecosystem conservation. When conducting EIA, a strategy to prepare reduction measures according to the current status of the river and the results of the impact prediction, which is an approach of the linear concept centering on rivers, is used. ㅇ The evaluation system for the water environment has limitations in considering the cumulative impact of development and water environment conservation measures in terms of watershed management. Especially, its importance is evaluated as low in areas where the water system is not developed. Water quantity and quality are also evaluated separately despite their being a hydrologically linked problem. ㅇ Due to widespread land developments, many healthy watersheds are degrading with the corresponding reduction in vegetation along with the changes in physical and hydrological soil properties that are attributable to soil erosion and water pollution in rivers and water storage facilities ❏ Consequently, water environment impact should be evaluated at a watershed scale. This means that an integrated assessment framework that takes into account the watershed attributes such as land-use, ecosystem, and water quantity and quality need to be established. 2. Purpose of this study ❏ The overall goal of this study is to assess watershed health by examining the natural environment, hydrology, water quality, and aquatic ecology of the four river basins (Geum, Han, Nakdong and Yeongsan) in South Korea. The results could be utilized for watershed management to protect healthy watersheds and site evaluation in the EA process. ㅇ The spatial scope of this study includes on the four river basins which are Han, Geum, Nakdong and Yeongsan River basins. The studies of the Geum and Han River basins were conducted in 2018 and 2019, respectively and the Nakdong River basin (NDRB) was selected in this year’s study area. ㅇ The study focused on the Han River Basin (HRB) was divided into two phases: watershed model implementation and the watershed health assessment phases. - Phase I in 2019: the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), which is a physics-based hydrologic and water quality model, was implemented for the purpose of quantitatively evaluating the hydrology and water quality based on 237 subwatersheds of the HRB. - Phase II in 2020: the watershed health assessment was conducted with six components including the watershed landscape, stream geomorphology, hydrology, water quality, aquatic habitat conditions, and biological conditions. Ⅱ. Materials and Method 1. Watershed health assessment ❏ The foundation of a healthy watershed assessment is a compilation of ecological information that is measurable, comparable and consistent across the area of assessment, and relevant to summarizing the primary attributes of a watershed’s condition. ❏ A healthy watershed is one which natural land cover supports and has the structure and function in place to support healthy aquatic ecosystems. This could be a useful tool for conveying watershed health information with expected future changes, including land cover, water use, and climate change, and should take into account vulnerability to population growth. ㅇ According to the U.S. Environmental Protection Agency (EPA), six indicators are fundamental to the assessment of watershed health: 1) landscape conditions, 2) geomorphology, 3) hydrology, 4) water quality, 5) habitats, and 6) biological conditions. ㅇ In this study, the following six components were selected to evaluate watershed health in the HRB: 1) landscape conditions, 2) stream geomorphology, 3) hydrology (streamflow, soil moisture, infiltration and groundwater), 4) water quality (SS, T-N and T-P), 5) aquatic habitats (wetlands and reservoirs), and 6) biological conditions (TDI, BMI and FAI). ㅇ SWAT is a continuous-time, physically based, semi-distributed watershed model that predicts the effects of various land management practices on hydrologic, sediment and nutrient processes under varying climatic, soil, land use, and management conditions. 2. Data collection ❏ The primary purpose of this study is to verify the applicability of the SWAT model through the establishment of input data and parameter calibration for the simulation of the SWAT model. The SWAT model requires the climate and spatial data as its input variables. Measured water quantity and quality data were collected in order to calibrate and validate the SWAT model. ㅇ A 30 m spatial resolution DEM was obtained from the Water Management Information System (WAMIS), and used in this study. A soil map at a scale of 1:25,000 and the soil layer attribute data were obtained from the Korea Rural Development Administration. A land use map was obtained from the Korean Ministry of Environment. ㅇ Daily weather data including precipitation and minimum/maximum air temperature, wind speed, relative humidity, and solar radiation recorded at 34 weather stations over a period of 34 years (1984-2017) were collected. ㅇ Daily dam inflow, outflow, and storage volume data for the five multipurpose dams (Andong, Imha, Hapcheon, Miryang, and Namkang) and six weirs (Sangju, Gumi, Chilgok, Gangjeong-Goryeong, Hapcheon, and Haman) located in the NDRB were collected and used in the reservoir operation of SWAT. ㅇ Measured water quality data (SS, T-N, and T-P) at the six stations were obtained from the Water Environment Information System. Ⅲ. Model Evaluation 1. Model calibration and validation for streamflow ❏ The SWAT model was calibrated and validated for prediction of streamflow using the measured daily dam inflow and storage data collected at the ten gauging stations. Sixteen hydrologic parameters were adjusted until the simulated streamflow matched the measured data well. Statistical measures for evaluating the model calibration and validation results of the model were as follows: the coefficient of determination (R²), the Nash-Sutcliffe model efficiency (NSE)⁴⁹⁾, the root mean square error (RMSE), and the percentage bias (PBIAS). ㅇ The SWAT model showed a good performance in streamflow prediction at all locations during the calibration and validation periods as indicated by good R² and NSE values that ranged from 0.72 to 0.90 and 0.59 to 0.78, respectively. ㅇ Overall, the model effectively captured the variation characteristics of the runoff and soil moisture but it overpredicted streamflow when compared to observed data. 2. Model calibration and validation for water quality ❏ After streamflow calibration, a multi-variable approach was adopted for calibration and validation for sediment (SS) and nutrient (T-N and T-P) predictions at the six monitoring stations. Eleven parameters related to sediment, T-N, and T-P were adjusted. R² was only used to evaluate the goodness of model calibration and validation results. ㅇ The observed and simulated sediment, T-N and T-P loads matched quite poorly during the model calibration period (2005-2011) by R² values that ranged from 0.66 to 0.91, 0.40 to 0.64, and 0.44 to 0.69, respectively. ㅇ However, the model showed a better performance for the simulated sediment, T-N, and T-P loads, with R² values that ranged from 0.56 to 0.70, 0.43 to 0.69, and 0.47 to 0.68, respectively, during the model validation period (2012-2017). Ⅳ. Watershed Health Assessment ❏ The watershed health index was calculated for the six evaluation factors of landscape conditions, geomorphology, hydrology, water quality, habitat, and biological conditions and then normalized to evaluate the health of watershed. ㅇ According to the result of calculating the integrated watershed health assessment for 195 subwatersheds in the NDRB, the watershed health of the downstream areas was relatively low. Among the upstream areas, the watershed health of the Andong Dam watershed was evaluated as the lowest. ㅇ For integrated watershed health assessment for 237 subwatersheds in the HRB, the watershed health of the downstream areas was relatively low too. Especially, watershed health of the Namhan River basin was relatively lower when compared to the Bukhan River basin. Ⅴ. Conclusions and Future Work ❏ This study was performed to evaluate the health of the watersheds in the NDRB. Among the evaluation factors required for the calculation of the watershed health index, the SWAT model was used to generate hydrology (runoff) and water quality (pollution load) data. The watershed health index for each of 195 subwatersheds in the NDRB was calculated by using the SWAT outputs and collecting data on the watershed environment and aquatic ecological factors. In addition, the watershed health index for each of 237 subwatersheds in the HRB was calculated based on the results of the first phase. ❏ The evaluation framework of the watershed health for the four major river basins in South Korea will be completed by adding the Yeongsan River Basin. In order to support EIA, a utilization plan based on water environment information along with the vulnerability evaluation for watershed management will be considered.

최적관리기법 위치분배에 의한 유역단위 하천유량과 회피비용 변화에 관한 연구

강상준 ( Sang Jun Kang ) 한국환경정책평가연구원 2010 환경정책연구 Vol.9 No.1

본 연구의 목적은 빗물저류 및 흡수 등 우수관리를 위해 설치하는 최적관리기법(Best Management Practices: BMPs)의 효율적인 위치 및 분배 정도를 유역단위에서 살펴보는 것이다. 이를 위해 여러 개의 지류유역과 본류유역으로 이루어진 하나의 대유역을 구축한 후 Hydrological Simulation Program Fortran(HSPF)을 이용하여 도시유역 내다양한 규모와 위치의 BMPs 시나리오를 제작/모의하였다. 이때 대유역 내 전체 BMPs 면적은 일정하도록 하였으며, 유역하구의 첨두유량과 이와 관련된 회피비용을 효율성의 지표로 활용하였다. 모의 결과 BMPs가 상류지류 유역들에 분산 입지했을 때 가장 높은 효율을 보였으며, 본류유역을 포함하여 소유역 한 곳에 집중되었을 때 가장 낮은 효율을 보였다. 하지만 본 연구는 BMPs의 위치 및 분배 변수를 제외한 BMPs 설계 및 유지관리, 유역 내 다양한 토양특성등의 기타변수가 통제된 가상유역을 대상으로 진행되었다는 한계를 안고 있다. 따라서 본 연구는 유역관리에서 BMPs위치 및 분배가 유역관리에 중요한 정책변수일 수 있다는 가능성을 제시하는 데 그치고 있으며, 이러한 가능성은 향후 국내유역에 대한 실증적 모의연구를 통해 논의될 수 있을 것이다. Urbanized environments are constructed to estimate peak flow and cost savings in response to possible BMP allocation at a watershed scale. The main goal is to explore the proper allocation of sub-watershed level BMPs for peak flow attenuation at a watershed scale. Since several individual site scale BMPs work as a form of aggregated BMPs at a sub-watershed scale, it is a question as to how to properly allocate the sub-watershed level BMPs at a watershed scale. The Hydrological Simulation Program-FORTRAN (HSPF) is set up for a hypothetically urbanized watershed. A peak flow is determined to be the primary variable of interest and targeted to characterize the spatial distribution of aggregated BMPs. Construction cost of a regional pond forms the basis of the economic valuation. The results indicate that when total size of BMPs is constant in the entire watershed, (1) it is most effective to have aggregated BMPs in some upper sub-watersheds while the BMPs in either the mainstem sub-watershed or a single sub-watershed are the least effective choices for peak flow attenuation at a watershed scale; (2) savings exist between allocation differences and reduced peak flow increases cost savings. The largest saving is found in the strategy of aggregated BMPs in some upper sub-watersheds. These findings, however, call for follow-up site specific case studies revisiting the watershed scale impacts of BMP allocation. Then, it will be argued that location and extent of decentralization are considerable policy variables for an alternative stormwater management policy at a watershed scale.

충청남도 지류하천의 유량 및 수질 분포특성 분석

박상현(Sang Hyun Park),문은호(Eun Ho Moon),최정호(Jeong Ho Choi),조병욱(Byung Wook Cho),김홍수(Hong Su Kim),정우혁(Woo Hyeok Jeong),이상진(Sang Jin Yi),김영일(Young Il Kim) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.10

충청남도 주요 지류하천 유역을 정확히 파악하고 수질개선이 우선적으로 필요한 하천유역을 선정하기 위해 충청남도주요 지류하천 81개를 대상으로 유량 및 수질을 모니터링 하였다. 충청남도의 남부와 북부지역에 위치한 지류하천들의 유량이 상대적으로 많은 것으로 나타났으며, 금강수계 논산천 유역의 하천들과 삽교호수계의 곡교천, 무한천, 삽교천 등이 큰 경향을 보였다. 수질항목에 관계없이 유역면적에 비해 오염원이 밀집되어 있는 금강수계의 논산천 유역, 삽교호수계의 곡교천유역, 안성천 유역에 위치한 하천들이 수질오염물질의 농도는 높은 것으로 나타났다. 한편, ``환경정책기본법``의 하천수질 II등급을 금강수계의 하천들은 64%, 삽교호수계의 하천들은 45%, 서해수계의 하천들은 26% 만족한 반면, 안성천수계의 하천들은 모두 하천수질 II등급을 초과하여 충청남도에서는 안성천수계, 서해수계, 삽교호수계 순으로 하천 수질개선을 위한 정책을 수립하여야 한다. 결론적으로 충청남도에서 수질개선이 필요한 하천유역은 하천 유량이 많고 수질오염물질의 농도가 높은 강경천, 금천, 논산천, 석성천, 승천천, 정안천, 증산천(이상 금강수계), 곡교천, 남원천, 매곡천, 무한천, 삽교천, 온천천, 천안천(이상 삽교호수계), 광천천, 당진천, 대천천, 도당천, 와룡천, 청지천, 판교천, 흥인천(이상 서해수계), 둔포천, 성환천, 입장천(이상 안성천수계) 등이며, 이러한 하천유역에는 하천의 수질개선을 위해 유역 내 오염원 저감을 위한 환경기초시설의 설치등과 같은 수질개선방안의 수립 및 시행이 시급한 것으로 판단된다. The major 81 tributaries in Chungcheongnam-do were monitored for flowrate and water quality in order to understand the characteristics of the watershed and to select the tributary catchment for improving water quality. The value of flowrate in the tributaries at Nonsancheon catchment at the Geum-River watershed and Gokgyocheon, Muhancheon, Sapgyocheon at the Sapgyo- Reservoir watershed, which is located in the southern and northern area in Chungcheongnam-do, was relatively greater than the other watersheds. The concentration of water pollutants regardless of water quality parameters in Nonsancheon catchment at the Geum-River watershed, Gokgyocheon catchment at the Sapgyo-Reservoir watershed and the Anseongcheon watershed, which have a dense source of pollution, were higher than the other watersheds. However, 64 percent of the tributaries at the Geum-River watershed, 45 percent of tributaries at the Sapgyo-Reservoir watershed, 26 percent of tributaries at the Geum-River watershed all satisfied the Class II regulations in the Framework Act on Environment Policy, but all of the tributaries located in the Anseongcheon watershed exceeded the Class II regulations. Therefore, the policy for improving the water quality of the tributary in Chungcheongnam- do should be established in the following order: Anseongcheon, Seohae, Sapgyo-Reservoir watersheds. Consequently, the tributary catchment for improving water quality, which has a large flowrate and a high concentration of water pollutants, was selected at Ganggyeongcheon, Geumcheon, Nonsancheon, Seokseongcheon, Seungcheoncheon, Jeongancheon, Jeungsancheon (so far Geum-River watershed), Gokgyocheon, Namwoncheon, Maegokcheon, Muhancheon, Sapgyocheon Oncheoncheon, Cheonancheon (so far Sapgyo-Reservoir watershed), Gwangcheoncheon, Dangjincheon, Daecheoncheon, Dodangcheon, Waryongcheon, Cheongjicheon, Pangyocheon, Heungincheon (so far Seohae watershed), Dunpocheon, Seonghwancheon, Ipjangcheon (so far Anseongcheon watershed). The plans as installation of environmental facilities to reduce the source of pollution for improving the water quality of these tributary catchments should be urgently established and implemented.

山林小流域에서 산불이 溪流 水量 및 水質에 미치는 影響

程龍鎬,金景河,丁昌沂,全宰弘,劉在閏 한국임학회 2004 한국산림과학회지 Vol.93 No.7

본 연구는 2000년 4원 산불이 발생한 강원도 삼척시 근덕면 일대의 산불유역을 대상으로 산불에 따른 물환경의 변화를 밝힘으로써 산불발생지역의 물환경 보전대책 수립을 위한 자료를 제공하고자 수행하였다. 연구를 수행하기 위하여 산불발생유역과 산불비발생유역의 각 유역출구께서 2000년 5월부터 9월까지 4개월 동안 강수량, 유출량 등 수량일자와 생물화학적 산소요구랑(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 전질소(TN), 총인(TP), 양이온(Na^+, Mg^(2+)) 및 음이은(Cl^-, NO₃^-), 부유물질량(SS) 9개 수질인사에 대하여 총 36차에 걸쳐 물 환경 변화를 모니터링하였다. 우출성분을 분리한 결과, 산불비발생유역은 직접유출이22%, 기저유출이 78%이었으나, 산불발생유역은 직접유출이 41%, 기저유출이 59%로 산불발생유역이 산불비발생유역에 비해 직접유출이 많이 발생하였다. 모든 수질인자들의 평균 농도 산불비발생유역에 비해 산불발생유역이 골아 산불로 인해 수질이 악화된 것으로 판단되며, 이중 전질소(TN), 총인(TP), NO₃^-, 부유출질량(SS)의 농도가 현저하게 증가하였다. 또한, 계류수질의 경시적 변화를 분석한 결과, 생물화학적 산소요구량(BOD)과 화학적 산요구량(COD)은 산불발생 후 4개월이 경과한 8월부터 두 지역간에 차이가 거의 없는 것으로 나타나 산불에 의해 교란되었던 계류수질이 산불발생 후 4개월이 경과한 시점에서 뚜렷하게 안정화되는 것으로 분석되었다. 따라서, 계류수질에 대한 산불피해의 영향은 초기 4개월 동안 가장 강하게 나타나며, 이후 시간이 경과함에 따라 대부분의 수질인자들이 안정되어 산불피해의 영향이 저감되는 것으로 나타났다. This study was conducted to investigate the effects of forest fire on the water quality and quantity. The burned watershed had been damaged by forest fire broken out in April, 2000. An unburned watershed was selected to compare with the burned watershed. Monitoring parameters were precipitation, water level, 130D, COD, TN, TP, Cl^-, NO₃^-, Na^+, Mg^(2+) and SS, and the monitoring was continued from June to September, 2000. Hydrograph separations in two watersheds during 2 months in 2000 resulted that the rates of direct runoff and base flow in the burned watershed were 41% and 59%, whereas those represented 22% and 78% in the unburned watershed. The periodic mean concentrations of each water quality parameters measured in the burned watershed were higher than those in the unburned watershed. Especially, there were big differences between the periodic mean concentrations of TN, TP, NO₃^- and SS under the burned and unburned watershed. Also, there were wide differences between monthly mean concentrations of each parameter under the burned and unburned watershed in June, 2000. However, those differences were smaller in a lapse of time. In particular, there weren't distinctive differences between monthly mean concentrations of each parameter under the burned watershed and those under the unburned watershed from August, 2000. Therefore, it was concluded that the effects of forest fire on the streamwater quality were decreased after four months forest fire broke out.

산림소유역에서 산불이 계류 수량 및 수질에 미치는 영향

정용호,김경하,정창기,전재홍,유재윤 한국산림과학회 2004 한국산림과학회지 Vol.93 No.7

This study was conducted to investigate the effects of forest fire on the water quality and quantity. The burned watershed had been damaged by forest fire broken out in April, 2000. An unburned watershed was selected to compare with the burned watershed. Monitoring parameters were precipitation, water level, BOD, COD, TN, TP, Cl-, NO3-, Na+, Mg2+ and SS, and the monitoring was continued from June to September, 2000. Hydrograph separations in two watersheds during 2 months in 2000 resulted that the rates of direct runoff and base flow in the burned watershed were 41% and 59%, whereas those represented 22% and 78% in the unburned watershed. The periodic mean concentrations of each water quality parameters measured in the burned watershed were higher than those in the unburned watershed. Especially, there were big differences between the periodic mean concentrations of TN, TP, NO3- and SS under the burned andunburned watershed. Also, there were wide differences between monthly mean concentrations of each parameter under the burned and unburned watershed in June, 2000. However, those differences were smaller in a lapse of time. In particular, there weren't distinctive differences between monthly mean concentrations of each parameter under the burned watershed and those under the unburned watershed from August, 2000. Therefore, it was concluded that the effects of forest fire on the streamwater quality were decreased after four months forest fire broke out. 본 연구는 2000년 4월 산불이 발생한 강원도 삼척시 근덕면 일대의 산불유역을 대상으로 산불에 따른 물환경의 변화를 밝힘으로써 산불발생지역의 물환경 보전대책 수립을 위한 자료를 제공하고자 수행하였다. 연구를 수행하기 위하여 산불발생유역과 산불비발생유역의 각 유역출구에서 2000년 6월부터 9월까지 4개월 동안 강수량, 유출량 등 수량인자와 생물화학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 전질소(TN), 총인(TP), 양이온(Na+, Mg2+) 및 음이온(Cl-, NO3-), 부유물질량(SS) 등 9개 수질인자에 대하여 총 36차에 걸쳐 물 환경 변화를 모니터링하였다. 유출성분을 분리한 결과, 산불비발생유역은 직접유출이 22%, 기저유출이 78%이었으나, 산불발생유역은 직접유출이 41%, 기저유출이 59%로 산불발생유역이 산불비발생유역에 비해 직접유출이 많이 발생하였다. 모든 수질인자들의 평균 농도는 산불비발생유역에 비해 산불발생유역이 높아 산불로 인해 수질이 악화된 것으로 판단되며, 이중 전질소(TN), 총인(TP), NO3-, 부유물질량(SS)의 농도가 현저하게 증가하였다. 또한, 계류수질의 경시적 변화를 분석한 결과, 생물화학적 산소요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD)은 산불발생 후 4개월이 경과한 8월부터 두 지역간에 차이가 거의 없는 것으로 나타나 산불에 의해 교란되었던 계류수질이 산불발생 후 4개월이 경과한 시점에서 뚜렷하게 안정화되는 것으로 분석되었다. 따라서, 계류수질에 대한 산불피해의 영향은 초기 4개월 동안 가장 강하게 나타나며, 이후 시간이 경과함에 따라 대부분의 수질인자들이 안정되어 산불피해의 영향이 저감되는 것으로 나타났다.

유역통합관리의 방안 연구 : 낙동강을 중심으로

우주호 동의대학교 지방자치연구소 2004 공공정책연구 Vol.21 No.-

This article is the study of Integrated Watershed Management of Naktong River. In the past, water management was sub-sectorial, mostly in relation to water supply, irrigation and flood control. There is a growing consensus that integrated watershed management is necessary for sustainable use of water resource for all interests and protection of the environment. The primary objective of this study is to purpose to build an ideal plan of the Integrated watershed management system in Korea. To attain this primary objective, constitutional, organizational and operational requisites should be well established. Based on these three criteria, the current korean watershed management system are evaluated by the two sectors, that is the management of water quantity that is water use and flood control, and the management of water quality that is environment of watershed. The evaluation results show that there are some degree of differences among the sectors, but in general, current watershed management system are far behind to implement integrated watershed management in korea. The conclusion of this study is as follows; To build an ideal integrated watershed management is necessary to carry out three policy subjects, that is the unification plan of watershed management, the integrated management of water quantity and water quality, and the activation of local network system.

유역하수도에서 강화된 방류수 수질 준수농도 적용을 위한 진위천수계 수질영향 평가

정동환 ( Donghwan Jeong ),조양석 ( Yangseok Cho ),안기홍 ( Ki Hong Ahn ),류지철 ( Jichul Ryu ),안경희 ( Kyunghee Ahn ),정현미 ( Hyenmi Chung ),권오상 ( Ohsang Kwon ) 한국환경영향평가학회 2015 환경영향평가 Vol.24 No.5

The different compliance concentration of effluent limit is applied to effluent discharged from public sewage treatment works(PSTWs) in each watershed on the basis of water quality thereof in accordance with the enforced Watershed Sewer System Maintenance Plan in 2013. It is necessary to set the compliance concentration of effluent limit for PSTWs in watershed sewer system, in order to achieve water quality criteria for regional watersheds or target water quality under TMDL program. Watershed Environmental Agencies establish the Watershed Sewer System Maintenance Plan and set the compliance concentration of effluent limit for PSTWs under the plan. The agencies have a plan to apply strengthened effluent BOD concentration limits for PSTWs in Ⅰ to Ⅳ area grade, respectively. Effluent BOD concentration limits will be strengthened from 5~10 mg/L to 3 mg/L in Ⅱ~Ⅲ area grade, from 10 mg/L to 5 mg/L in Ⅳ area grade. Uniform application of effluent BOD concentration limits to PSTWs in the watershed sewer system need to be complemented considering type of sewage treatment technology employed and watershed characteristics. Therefore, this study presents assessment methodology which analyze for the compliance concentration of effluent limit to affect water quality of discharge watershed using simulation model for the Jinwee-stream watershed.