Earticle

본 연구에서는 방사형 흐름을 가지는 지표 유출수에 대한 오염물질의 초기세척현상 모의를 통하여 주차장과 같은 소규모 불투수 배수구역에서 발생하는 수렴형 강우유출수의 동적 유출특성에 대한 일반적 특성을 고찰하고, 이를 토대로비점오염저감시설의 초기우수처리 효과를 극대화 시킬 수 있는 집수시설 배치 방안을 제시하고자 하였다. 이를 위하여1차원 확산파 방정식(diffusion wave equation)과 오염물질 운송방정식을 이용하여 이상적인 방사형 불투수 배수구역에 대한 초기세척현상을 모의 하고, 이 결과를 이용하여 배수구역의 크기에 따른 오염물질의 초기세척강도를 산정 비교하였다. 초기세척 모의결과, 생화학적 산소요구량의 경우 평균경사도 0.02에서 배수구역의 길이 30-50m 범위일 때초기세척강도가 가장 높았다. 이러한 결과는 주차장과 같은 소규모 불투수 구역에서는 강우유출수 집수시설의 위치와갯수를 조정함으로써 배수구역의 길이 변경이 가능하며 이를 통하여 초기세척 강도와 첨두부하를 인위적으로 조절 가능함을 시사한다. 특히 초기우수수 처리에 중점을 둘 경우 집수시설의 위치와 갯수를 적절히 조절하여 초기세척 강도를상승시킴으로써 동일한 용량의 비점오염저감시설로 보다 많은 오염물질 부하저감을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, general characteristics of dynamic behavior of stormwater runoff from a small impervious catchment was investigated from a series of simulations for a radial type surface runoff. Based on the simulation results, a better placement strategy for stormwater inlets to improve performance of a structural best management practice (BMP) was suggested. The degree of pollutant first flush from an ideal radial type impervious catchment was simulated using a 1-D diffusion wave equation coupled with a pollutant transport equation. The results showed that the first flush of the chemical oxygen demand was the strongest when the catchment length ranged 30-50m at a bed slope of 0.02. This result suggested that a required degree of the first flush can be intentionally obtained by just changing the locations and numbers of stormwater inlets, and thereby adjusting the catchment length. Particularly, the overall performance of a structural BMP in reducing pollutant load can be improved by placing the stormwater inlets at locations for obtaining a required first flush strength.

The purpose of this study was investigated to runoff characteristics and unit pollutant load of nonpoint source of first runoff from road during storm event. Road runoff generally contains significant loads of micro-particles, heavy metals and organic constituents. There were two major objectives of this study. The first objective was to characterize pattern of road runoff. The second objective was to estimate of the unit pollutants load from the road first runoff. First flush runoff for four storm events was monitored on three sites of road areas in Daejeon along with traffic volume. The quantity of road runoff and quality constituents, including chemical oxygen demand(CODcr), sus-pended solids(SS), biological oxygen demand(BOD5), total nitrogen(T-N), total phosphorus (T-P), heavy metals were analyzed. The results showed that the event mean concentration(EMC) of BOD5, CODcr, SS, T-N, T-P, Fe, Cu, Cr, Zn, Pb average rages were 66 mg/L, 272 mg/L, 263 mg/L, 13.77 mg/L, 0.52 mg/L, 8.937 mg/L, 0.130 mg/L, 0.113 mg/L, 0.616 mg/L, 0.171 mg/L, respectively. The average unit pollutants load for first runoff from road BOD5, CODcr, SS, T-N, T-P, Fe, Cu, Cr, Zn, Pb were 102, 298, 552, 23.4, 0.77, 17.24, 0.47, 0.09, 1.18, 0.58 g/a/day, and 1.243, 3.685, 3.282, 0.180, 0.009, 0.115, 0.002, 0.002, 0.010, 0.0035 g/a/mm, respectively.

본 연구는 도시지역 강우유출수의 수질특성을 종합적으로 분석하고, 초기강우와 초기강우 이후 유출수의 농도차이를 정량화하여 대규모 지하저류조 설계에 필요한 유입수 수질범위를 제시하고자 수행되었다. 이를 위해 국내외 문헌 28편을 분석하여 토지이용별(도로, 주차장, 교량) EMC 특성과 초기강우(0–30분) 및 이후 구간의 오염물질 농도범위를 비교하였다. 분석결과, 초기강우 구간에서는 전체 오염부하의 50~80%가 집중되며 TSS, COD, TN, TP뿐 아니라 Zn, Cu, Pb 등 중금속이 급격히 증가하는 강한 초기강우현상이 확인되었다. 반면 초기강우 이후 유출수는 상대적으로 안정된 범위를 보였으나 여전히 높은 오염물질 농도를 보였다. 따라서, 대규모 지하저류조의 평균 설계농도는 TSS 30–150mg/L, COD 25–80mg/L, TN 2–6mg/L, TP 0.20–0.80mg/L, Zn 0.10–0.30mg/L로 산정되었다. 또한 하수도법, 물환경보전법, 환경정책기본법, 물순환촉진법 등 국내 법체계 및 미국·일본·독일의 사례 검토를 통하여 대규모 지하저류조는 단순 치수시설이 아닌 수질관리시설로 기능해야 함을 확인하였다. 본 연구결과는 도시침수 대응과 수질보전을 동시에 달성하기 위한 지하저류조 설계·운영의 기초자료로 활용될 수 있다.

This research analyzed the water quality characteristics of urban stormwater runoff and quantified the differences in pollutant concentrations between the first flush and the post–first flush period, with the aim of presenting appropriate influent water quality ranges for designing large-scale underground storage facility. The analysis revealed that 50–80% of the total pollutant load occurred during the first flush, with high increases in TSS, COD, TN, TP, and heavy metals such as Zn, Cu, and Pb. In contrast, pollutant concentrations in the post–first flush period stabilized but still remained relatively high concentrations. The average design influent concentrations for large underground storage facilities were estimated as TSS 30–150mg/L, COD 25–80mg/L, TN 2–6mg/L, TP 0.20–0.80mg/L, and Zn 0.10–0.30mg/L. In addition, a review of Korean legislation and U.S., Japanese, and German case studies confirmed that large-scale underground storage facilities should serve not only for flood control but also as water quality management infrastructure. The findings of this study provide basic data for the design and operation of underground storage facilities aimed at simultaneously reducing urban flooding and improving water quality.

본 연구는 도시지역 강우유출수의 수질특성을 종합적으로 분석하고, 초기강우와 초기강우 이후 유출수의 농도차이를 정량화하여 대규모 지하저류조 설계에 필요한 유입수 수질범위를 제시하고자 수행되었다. 이를 위해 국내외 문헌 28편을 분석하여 토지이용별(도로, 주차장, 교량) EMC 특성과 초기강우(0–30분) 및 이후 구간의 오염물질 농도범위를 비교하였다. 분석결과, 초기강우 구간에서는 전체 오염부하의 50~80%가 집중되며 TSS, COD, TN, TP뿐 아니라 Zn, Cu, Pb 등 중금속이 급격히 증가하는 강한 초기강우현상이 확인되었다. 반면 초기강우 이후 유출수는 상대적으로 안정된 범위를 보였으나 여전히 높은 오염물질 농도를 보였다. 따라서, 대규모 지하저류조의 평균 설계농도는 TSS 30–150mg/L, COD 25–80mg/L, TN 2–6mg/L, TP 0.20–0.80mg/L, Zn 0.10–0.30mg/L로 산정되었다. 또한 하수도법, 물환경보전법, 환경정책기본법, 물순환촉진법 등 국내 법체계 및 미국·일본·독일의 사례 검토를 통하여 대규모 지하저류조는 단순 치수시설이 아닌 수질관리시설로 기능해야 함을 확인하였다. 본 연구결과는 도시침수 대응과 수질보전을 동시에 달성하기 위한 지하저류조 설계·운영의 기초자료로 활용될 수 있다.

This research analyzed the water quality characteristics of urban stormwater runoff and quantified the differences in pollutant concentrations between the first flush and the post–first flush period, with the aim of presenting appropriate influent water quality ranges for designing large-scale underground storage facility. The analysis revealed that 50–80% of the total pollutant load occurred during the first flush, with high increases in TSS, COD, TN, TP, and heavy metals such as Zn, Cu, and Pb. In contrast, pollutant concentrations in the post–first flush period stabilized but still remained relatively high concentrations. The average design influent concentrations for large underground storage facilities were estimated as TSS 30–150mg/L, COD 25–80mg/L, TN 2–6mg/L, TP 0.20–0.80mg/L, and Zn 0.10–0.30mg/L. In addition, a review of Korean legislation and U.S., Japanese, and German case studies confirmed that large-scale underground storage facilities should serve not only for flood control but also as water quality management infrastructure. The findings of this study provide basic data for the design and operation of underground storage facilities aimed at simultaneously reducing urban flooding and improving water quality.

축산 지역 하류에 위치한 농업용 저수지의 강우시 유입, 유출수 분석을 통해 축산지역의 강우 유출 특성과 저류지에 의한 축산계 비점 오염물질의 저류형 시설에 의한 유출 저감 효율을 분석하였다. 급경사지에 위치한 한우 축산 지역의 비점 오염물질 유출은 주로 초기세척현상에 의해 발생됨을 알 수 있었으며 강우시의 유입수 농도는 비강우시에 비해 SS농도가 가장 높게 발생하고 있으며 T-P도 4배 이상 증가하는 양상을 보인다. 반면 총질소는 평균 30% 증가하는 것으로 나타나는데 질소항목으로 보면 질산성 질소는 거의 변화가 없는 반면에 암모니아성 질소가 2배 이상 증가하고 있다. 저류형 비점 제거시설 효율 분석 결과 비강우시 총인 제거효율이 53%로 가장 높고 부유물질은 37% 제거되고 있다. 유기물질은 10% 내외, 총질소는 5% 이내로 제거되며 부영양화로 녹조가 번성하는 하절기에는 오히려 유출수의 질소 농도가 더 높아지는 경우도 빈번히 발생하고 있다. 강우시의 유입수 농도는 비강우시에 비해 SS농도가 가장 높게 발생하고 있으며 T-P도 4배 이상 증가하는 양상을 보인다. 강우시 부유물질의 제거효율은 60%로 나타나고 있으며 총인은 22% 제거되어 비강우시에 비해 제거효율은 감소하고 있다. 환경부의 비점제거시설 기준보다 9배 이상의 용량을 지니고 있지만 비점 전용 시설로 활용되지 못하는 탓에 장마철에 거의 만수 상태로 담수하여 비점제거 효율에 있어서는 충분한 효과를 보이지 못하고 있는 것으로 나타나 저수지의 용량 뿐 아니라 수문관리 등 유지관리도 비점 제거효율에 영향을 미치는 중요 인자로 분석되었다.

It analyzed the efficiency of the runoff reduction of artificial reservoir by analyzing the influent and effluent of reservoir located downstream of the livestock area. Production of non point pollutants in livestock feeding areas, which is located at steep slope land, was mainly due to first flushes. Suspended Solid concentration of influent increased due to amount of rainfall, and T-P also increased over four times and 30 % of total nitrogen increased on average compared to those of dry season. While the concentration of nitrate nitrogen showed little variation, ammonia nitrogen increased over two times. The storage style nonpoint reduction facility showed the highest removal efficiency of 53 % for total phosphorus in dry weather, when the removal efficiency was 37 % for suspended solids, 10% for organic compounds, and 5 % for total nitrogen. Since algal bloom grows due to eutrophication in summer, the minus removal efficiencies of nitrogen concentration through the reservoir occurred with high frequency. Removal efficiency decreased during rainfall, showing 60 % for supended solids, and 22 % for total phosphorus. While having over nine times of capacity than the standard of non-point removal facility from Ministry of Environment, it was impounded with water during rainy season, showing not enough nonpoint removal efficiency, which indicates that maintenance is also an important factor to the nonpoint removal efficiency.

비점오염원은 유역 및 지역의 토지이용 형태별로 강우유출수의 유출특성이 다양하고, 강우시 지표면의 각 종 오염물질들이 도시하천으로 유입되어 수질에 심각한 영향을 미치고 있다. 본 연구에서는 도시지역을 주택 및 공단구역으로 구분하여 강우유출수의 유출특성을 파악하고자 오염물질별 EMC를 산정하였다. 분석 결과 강우시 주택 및 공단지역의 비점오염원은 강우초기에 유출수의 농도가 급격히 증가한 후 서서히 감소하는 초기세척현상 이 발생하였으며, 초기우수의 제어가 필요하였다. 향후 장기적인 강우사상 및 수질조사 자료의 축척, GIS를 이용 한 토지이용형태, 지형 및 지질특성의 자료 축척 등 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Non-point source pollutant is exerting a serious influence on the water quality, since the characteristics of stormwater runoff is varied by the land usage pattern of an area and a basin, and all sorts of pollutants on the earth in rainfall flow into the urban stream. This study estimated EMC of each pollutant to investigate the characteristics of stormwater runoff by separating the urban area as the housing area and industrial area. As a result of the analysis, the first flush effect occurred in the non-point source pollutant of housing area and industrial area, as the runoff concentration gradually reduces after it rapidly increases in the initial rainfall, and in case of the non-point source pollutant the control of first stage rain-water. It is considered to require the continuous follow-up study such as the scale of long-term rainfall event and water quality data, land usage pattern by GIS method, database of topography and geological features, and so forth.

도시화된 토지이용은 불투수율이 높고 인간에 의한 활동으로 인하여 강우시 다량의 비점오염물질이 유출 되어 지표수 및 지하수에 영향을 끼친다. 이러한 포장지역의 비점오염물질로 인한 수질오염을 저감하기 위하여 환경부는 수질오염총량제도 및 개발사업에 대한 비점오염 저감시설 설치신고 제도를 도입하여 운영 중에 있다. 그러나 비점오염저감시설의 규모 및 저감기능 설계를 위해서는 유출특성 분석이 필요하나 현재 기초자료가 부족 하여 원단위 산정 등에 애로점으로 남아있다. 따라서 본 연구에서는 원단위 산정 및 저감시설의 규모산정에 필요 한 강우유출수 특성과 EMC를 제시하고자 한다. 모니터링은 도로 및 주차장에서 3년간 총 30개의 강우사상에 대 하여 수행되었다. 초기강우 유출현상은 강우 시작 후 30분 동안 매우 분명하게 나타났으며, 유출수의 농도에 영 향을 미치는 인자는 강우량, 유역면적, 토지이용, 지리 및 지형적 특성으로 분석되었다. 본 연구결과는 향후 포장 지역의 원단위 산정 및 저감시설 설계시 기초자료로써 활용가능할 것으로 판단된다.

Stormwater runoff affects the quality of surface waterand groundwater due to the nonpoint sources (NPSs) of pollutants that it carries during storm events. Typically, urbanized areas experience high pollutant mass emission because of paved roads and other areas which are all highly impervious. For this reason, proper identification of the levels of pollutants from the watershed area is important to pass the Ministry of Environment of the Republic of Korea’s water quality standards in rivers and streams. This research was conducted in order to determine and quantify the different constituents present in stormwater runoff generated from highly impervious areas in Cheonan City, Korea. Also the average event mean concentration (EMC) of stormwater runoff from paved areas was compared with EMCs of other countries to determine the possible causes of its occurrence. In addition, the occurrence of first flush phenomenon was studied in order to find the first flush criteria to be used on the design of best management practices. The results show the pollutant concentration of stormwater runoff was higher than other countries due its landuse and relatively small size of catchment area.During the first 30 minutes of the rainfall events, occurrence of first flush phenomenon was highly evident. Several factors affectedthe pollutant concentrations in the stormwater such as landuse type, geographic and topographic characteristics,catchment area and amount of rainfall. This research can provide guidance in achieving an effective NPS pollution management applicable to highly urbanized areas in the future.

운전시간이 경과함에 따라 공극폐색 문제로 인하여 수직 흐름형 습지의 기능은 저하되는데 이와 같은 문제는 폰딩(ponding) 이나 월류 현상에 의하여 쉽게 관측할 수 있다. 공극폐색 잠재성을 조사하기 위하여 도로주변에 설치된 파일럿 규모의 습지 운전자료를 분석하였다. 습지에는 각각 우드칩과 마사(부석), 그리고 화산석을 충진하였다. 약 7개월 동안 도로 강우유출수 처리시험을 수행한 후 충진된 여재를 비운 후 여재 층별로 분류하여 여재에 의해 포획된 고형물 입자의 양과 특성을 분석하였다. 분석결과 대부분의 포획물질은 외부기인 부유물질 이었으며 다음으로 여재표면에 증식한 생물막인 것으로 나타났다. 특히 다른 여재와 비교하여 유기성 여재인 우드칩에서 생물막의 증식이 왕성하였다. 또한 전체 포획량 중 30% 이상이 상부 20cm 이내에 집중되어 있어 폐색으로 인한 폰딩 발생시 이 부분의 여재를 우선적으로 교체하여야 할 것으로 판단된다. 또한 모델계산 결과 우드칩 충진 습지에서 폐색에 도달하는데 약 2달 정도가 소요될 것으로 산출되었으나 실제로는 전혀 폐색 기미는 발생하지 않았는데 이는 강우시에만 운영되는 특성상 강우활동이 없는 무강우 기간 동안 포획된 유기물질이나 생물막이 자연적으로 분해되어 일정기간이 경과되면 공극이 회복되었다.

The function of vertical subsurface flow wetlands can potentially be reduced with time due to clogging and are often assumed to be occurring when ponding and overflow is observed during rainfall. To investigate their clogging potential, three pilot-scale vertical subsurface flow (VSF) wetland systems were constructed employing woodchip, pumice, and volcanic gravel as main media. The systems received stormwater runoff from a highway bridge for seven months, after which the media were taken out and divided into layers to determine the amount and characteristics of the accumulated clogging matters. Findings revealed that the main clogging mechanism was the deposition of suspended solids. This is followed by the growth of biofilm in the media which is more evident in the wetland employing woodchip. Up to more than 30% of the clogging matter were found in the upper 20 cm of the media suggesting that this layer will need replacement once clogging occurs. Moreover, no signs of clogging were observed in all the wetlands during the operation period even though an estimation of at least 2 months without clogging was calculated. This was attributed to the intermittent loading mode of operation that gave way for the decomposition of organic matters during the resting period and potentially restored the pore volume.

Characteristics of non-point source (NPS) pollution runoff from a public park in Gwangju, Korea were investigated. Results exhibited the highest pollutant concentrations at the start of the rainfall events due to their build-up and wash off processes. The average event mean concentrations (EMCs) were 27.8, 7.2, 56.3, 7.5, and 0.84 mg/L (range: 4.2-54.8 mg/L) for COD, (0.5-20.8 mg/L) for TOC, (22.3-138.4) for SS, (1.4-18.5 mg/L) for T-N, and (0.17-2.02 mg/L) for T-P, respectively. The study site presented a strong first flush effect for most rainfall events. However, no first flush effect was observed in rainfall events with small rainfall factors (e.g. intensity, amount, and runoff depth). On the other hand, the ratios of total pollution loads discharged by the first 20% of runoff volume were 32% for COD, 34% for TOC, 36% for SS, 42% for T-N, and 50% for T-P. Especially, $MFF_{20}$ (mass first flush) values of T-N and T-P were larger than those of other pollutants (COD, TOC, SS), indicating that T-N and T-P are easily transported by stormwater runoff from the public park. First flush management of T-N and T-P, therefore, is required for efficient water quality management of the public park.

유기농 재배에서 고품질 차나무를 생산하기 위해 유기질 비료의 분해속도와 질소 무기화율을 평가하여 제주도 차밭에 적합한 유기질 새싹비료를 선발하였다. 그리고 선발된 유기질 비료가 첫물차의 생육 및 품질에 미치는 영향을 분석하였다. 화산회토 특징을 갖는 토양에서의 분해속도는 미생물 복합비료, 구아노, 혼합유박, 대두박, 아주까리박, 골분 순이었다. 이 중 미생물 복합비료가 10∼20일 사이에 70% 이상의 가장 빠른 분해율을 보였다. 아장, 아수, 아중, 엽수는 처리간 유의성은 없으나 생육을 평가하는 기준 중의 하나인 출개는 시비량이 증가할수록 높아지는 경향이 뚜렷하였다. 유기질비료를 통한 질소 공급량과 녹차의 맛에 관여가 높은 총유리아미노산의 함량은 비례 관계에 있는 것으로 나타났으며, 시비량에 따라 직선적으로 증가하여 질소화합물이 시비에 직접적인 영향을 받고 있음을 보여주었다. 본 연구결과 미생물 미생물 복합비료를 새싹비료로 활용하면 녹차의 품질지표인 아미노산 함량을 10% 이상 증가시킬 수 있으며, 이는 제주도 차밭의 유기농재배 체계에서 고품질의 첫물차 생산에 기여할 것으로 판단된다.

This study aimed to establish a new organic fertilization system by evaluating the decomposition rate and nitrogen mineralization rate of organic fertilizers to select suitable and efficient fertilizers for Jeju tea gardens. The impact on the growth and quality of the first green tea using the selected fertilizer was examined. No significant difference in the nitrogen mineralization rate of organic fertilizers was observed between soils. The highest nitrogen mineralization rates among organic fertilizers were guano and microbial complex fertilizers. Guano and microbial fertilizers had higher degradation rates than soybean meal, mixed milk meal, castor gourd, and bone meal at 10℃. The NH4+-N content was higher than 160 ∼ 300 g·kg-1 at 30℃, followed by soybean meal, mixed milk meal, castor gourd, and bone meal. Among them, the microbial composite fertilizer showed the fastest decomposition rate of more than 70 % between 10 and 20 days. The length of shoot, number of new shoots, the weight of the bud, and the number of leaves per shoot were not significantly different between treatments, but the emergence tended to increase with increasing fertilization rate. Therefore, the use of microbial fertilizers as a method of fertilization for tea fields in Jeju Island is expected to increase the amino acid content of green tea by more than 10%.

본 연구에서는 수질오염총량제와 정책제안의 원활하고 합리적인 추진을 위해 토지피복분류체계의 대분류중 초지에 해당하고 중분류 중 골프장에 해당하는 지점을 선정하여 강우에 의해 발생하는 비점오염물질의 유출특성을 분석하였다. 연구기간 동안 총 27번의 강우사상으로 인해 발생하는 강우유출수에 대하여 유량과 수질농도를 측정하였다. 유량측정은 웨어를 통한 수위를 측정하여 유량으로 환산하였고, 수질항목은 $BOD_5$, $COD_{Mn}$, DOC, SS, T-N, T-P, $NH_3$-N, $NO_3$-N, $PO_4$-P 등 9개 항목을 분석하였다. 분석된 결과를 이용하여 골프장에서 발생하는 비점오염원의 초기세척효과 발생여부를 판단하기 위하여 누적오염부하량/누적유출량 그래프를 도식화하였다. 연구기간동안 발생한 5~82 mm의 강우로 인해 6.6~2,082 $m^3$의 유출이 발생하였다. 발생된 유출수의 농도는 $BOD_5$ 1.8~11.3 mg/L, $COD_{Mn}$ 19.2~51.4 mg/L, DOC 11.0~31.0 mg/L, SS 2.2~57.3 mg/L, T-N 1.545~16.098, T-P 0.230~4.528 mg/L, $NH_3$-N 0.076~5.285 mg/L, $NO_3$-N 0.122~2.905 mg/L, $PO_4$-P 0.005~2.631 mg/L로 나타났다. 초기유출수의 세척효과는 27번의 강우사상동안 SS 항목의 경우 17번, $NO_3$-N 11번, $NH_3$-N 4번 등이 발생하였다. 초기세척효과가 발생한 강우사상은 초기의 오염원 농도가 중 후반 농도보다 농도가 높음을 의미하므로, 골프장에서 발생하는 강우유출수는 초기에 발생하는 오염원에 초점을 두고 처리방안을 모색해야 할 것으로 판단된다. 또한 SS와 질소계열의 농도가 높은 것은 골프장의 잔디관리를 위한 농약이나 제초제 등의 사용과 토양유실이 원인인 것으로 판단되며, 이를 저감하기 위한 적절한 사용방안과 저감대책이 필요할 것으로 판단된다.

비점오염원은 강우시 토지이용형태에 따라 유출특성이 다양하게 나타나며, 특히 강우 초기에 고농도의 유출수가 수계로 유입하게 된다. 또한 강우량, 강우강도, 선행건기일수 등은 비점오염물질의 농도에 영향을 미치며, 특히 선행건기일수가 길고 강우강도가 강한 강우사상일 경우 고농도의 오염물질이 배출되는 것으로 나타나고 있다(안태웅 등, 2012). 이에 본 연구에서는 3년간(2010년 ~ 2012년)의 모니터링을 통해 고랭지 밭에서 발생하는 비점오염물질의 초기세척효과를 분석하고자 하였다. 초기세척효과의 판단은 Geiger(1987)이 제시한 누적오염부하량과 누적유출량과의 그래프를 비교하여 기울기가 45도 기울기보다 상향하여 분포하였을 경우 양분선과 최대로 벌어진 부분의 시간까지에서 초기세척효과가 발생한다고 판단하였다. 연구결과, 고랭지 밭 지역의 경우 뚜렷한 초기세척효과 현상이 나타나지 않았다. 하지만 CODCr의 경우 3차 강우사상에서 초기세척 효과가 나타난 것으로 분석되었다. 3차 강우사상은 선행건기일수가 0.9일로 매우 짧고 발생강우량이 27.3 mm로 연구기간 동안 가장 적은 강우량이 관측되었지만, 유출발생시점 전후 3시간 동안 강우강도가 4.0 ~ 6.2 mm/hr로 높게 나타났기 때문에 유출초기에 고농도의 오염물질이 발생된 것으로 판단된다. 그동안 선행된 초기세척효과에 대한 연구를 살펴본 결과 이병수 등(2008)은 경안천 유역 농업지역에 대해 초기세척효과를 분석한 결과 일부 강우에서는 초기세척현상이 나타나지만 대부분의 강우에서는 초기세척현상이 나타나지 않아 농촌지역의 경우 초기세척현상의 접근방법은 적절치 않다고 보고하고 있다. 정성민 등(2009)은 고랭지 농업지역에서 SS와 TP는 뚜렷한 초기세척현상이 나타나는 반면, TN과 DOC는 경향을 보이지 않는다고 하였다. 하지만 윤영삼 등(2011)은 강우시 포도밭에서 초기세척효과를 분석한 결과 모든 수질항목에서 약한 초기세척효과가 나타났고 특히 SS의 경우 초기세척효과가 강하게 나타났다고 보고하고 있다. 이처럼 투수지역에서의 초기세척효과에 대한 판단은 연구자에 따라 차이를 보이는데 이러한 이유는 투수지역의 토양의 특성, 강우조건, 지형적 특징 등이 영향을 미치는 것으로 판단된다.

도시유역의 소하천은 불투수 면적의 증가 및 우수관거의 설치로 인해 오염물질 및 강우의 유달률이 증가한 반면 침투 및 저류 기능의 감소로 인해 지하수위가 저하되어 비강우시에 현저하게 유량이 감소되어 하천환경에 심각한 문제를 나타내고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다수의 연구에서 유역에 저영향개발기술을 제안하고 있으나 이들은 과다한 면적을 필요로 함에 따라 설치 및 유지관리에 많은 비용이 발생하고 기존에 개발되어 있는 도시유역에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 도시 소하천의 유량과 수질 문제를 저감하기 위해 위와 같은 문제점을 고려하여 하천 제외지 지하공간을 이용하여 초기 우수 제어 시스템을 개발하고자 하였다. 본 시스템은 도시유역에서 강우에 의해 초기에 오염물질이 다량으로 유출되는 소위 초기세척효과를 제어하기 위해 침전시스템을 설치하고 및 교체가 가능한 카트리지형 여과 시스템으로 구성하였다. 여과 시스템에서 섬유필터를 이용하여 수질을 개선하고 또한 침전 및 여과시스템에 저류가 가능하도록 하여 도시 소하천의 유량에 따라 방류를 조절함으로써 도시 하천의 건천화 감소에 도움이 되도록 구성하였다. 또한 초기우수 제어 시스템을 효율적으로 운영하기 위해 SWMM(Storm Water Management Model) 적용 결과와 자동모니터링 스시템을 활용하는 종합설계 및 관리시스템을 개발하고 있다. 이를 위해 시범 유역에 SWMM을 구축하고 보정 및 검증을 실시하였다. ?측 및 SWMM을 이용하여 계산한 결과 연구대상 지역에서 처리시설에서 수용할 수 있는 초기우수유출량의 적정량은 초기강우 4시간 또는 6 mm의 누적강우량으로 산정되었으며 이를 토대로 현장의 지형여건에 따라 시스템의 설계기준이 수립될 수 있다.

본 연구에서는 불투수성 지역에서 강우시 비점오염원 유출특성을 파악하고, 다양한 해석방법을 통하여 비점오염물질의 초기유출현상을 규명하고자 하였다. 불투수성 지역에서의 강우사상 특성은 강우강도의 영향을 많이 받는 것으로 나타났으며, 강우강도가 크면 초기유출현상이 뚜렷하게 나타나는 것으로 나타났다. 또한 선행무강우일수에 의해서 비점오염물질의 농도차가 큰 것으로 나타나, 이에 대한 대책 마련이 필요할 것으로 판단된다. 비점오염원의 초기유출에 의한 감소율(DR) 평가 결과, 강우시 불투수성 지역에서의 비점오염 유출특성은 건기시 불투수면에 집적되어 있던 비점오염물질이 초기강우에 의해 높은 농도로 유출되는 경향을 보였기 때문에 초기강우로 인한 비점오염물질에 대한 대책을 마련하는 것은 중요하고, 이와 관련하여 비점오염 처리시설에 대한 용량 산정에 대한 평가도 필요할 것으로 판단된다. 초기유출에 의한 감소율(DR) 경향 분석은 비점오염물질에 대하여 감소율(DR) 50%를 기준으로 조사지점별 강우유출시간을 분석하였는데, TSS는 15~60 min으로 나타났으며, 유기물질은 30~90 min으로 나타나는 경향을 보였지만 강우유출이 끝날 때까지도 감소율(DR)이 50% 이하인 특성도 나타났다. 이를 근거로 하여 향후 구조적 BMPs 시설 설계 시 참고자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, trend analysis was performed by various runoff analysis method of Non-point Pollution Source(NPS) at the impervious area. The characteristics of rainfall at impervious area appeared to be influenced by rainfall strength and it appeared that first flush phenomenon occurs often if rainfall strength acts largely. It is judged that the measure is required to be prepared against that now that concentration difference of non-point pollution source appeared to be big by precedent number of days of no rainfall. As the result of calculating Decrease Rate (DR) by first flush of non-point pollution source, it is judged that it is important to prepare the measure against the pollutants about initial rain and it is necessary to calculate the capacity of non-point pollution source processing facilities regarding that now that the non-point pollution source integrated at impervious area showed the characteristics that are flowed out in high concentration by initial rain in case of non-rainfall considering the characteristics of non-point pollution source at impervious area. When taking 50% of non-point pollution source as the standard for decrease rate that was evaluated previously, it appeared as 15~60 min in case of TSS and it appeared as 30~90 min in case of organic compound, but the characteristic whose decrease rate is below 50% also appeared even till rainfall-runoff ends. Based on that, it is judged that it could be used as the reference when designing the structural BMPs facilities later.

건물의 우수관에 연결하여 초기빗물의 부유물질을 처리할 수 있는 장치를 개발하기 위하여 건물옥상 유출 빗물의 수질특성 변화를 파악하고 다양한 여재를 활용해 초기빗물의 부유물질 제거를 연구하였다. 건물옥상 유출빗물의 입자성 물질은 대부분 $10{\sim}30{\mu}m$의 크기로, 부유물질 농도는 강우시 초기 10~20분까지 높았고 점진적으로 감소하였다. 옥상유출빗물의 용존성 유기물과 무기물의 농도도 유출 초기에 높게 나타났다. Anthracite (AC), Polyurethane (PU), Polypropylene (PP) 여재로 여과시 초기에 50%의 부유물질을 제거할 수 있었으나 20분 이상 여과시 제거율이 급격히 낮아졌다. 세척후 반복여과를 고려하면 AC 여재만 9회까지 재사용가능하였다. 여재층의 높이가 높을수록, 통과유량이 적을수록 시간에 따른 SS 제거율 감소폭은 적었고, 여재층 30 cm, 유량 12 L/min 이하로 운전할 경우 초기빗물(SS = 450 mg/L)의 SS 제거율 50%를 달성할 수 있었다.

We analyzed the water quality of first flush and rainfall runoff from a building rooftop, and investigated the removal of suspended solids (SS) in first flush using various media to develop a first flush filtration system. Particle size distribution exhibited most of particles in first flush from the rooftop ranged from 10 to 30 ${\mu}m$. SS concentrations maxed in 10~20 min and decreased afterwards. Dissolved organics and inorganic materials in runoff also showed highest levels in first flush (10 min). Filtration tests using anthracite (AC), polyurethane (PU), polypropylene (PP) showed about 50% of SS removal during the first 10 min operation, but the removal rates dramatically decreased after 20 min of filtration. Based upon the results from rinse and run cycle tests, only AC could achieve nice cycles without distinct decease of SS removal. SS removal rates increased with higher depth of media bed and lower flowrate. The system achieved over 50% of SS removal with a media depth of 30 cm and flowrate < 12 L/min.

최근 계속적인 도시화와 개발로 인해 불투수층이 증가함에 따라, 도시비점오염물질이 동반된 표면유출수가 증가하고 있다. 또한 도시 오염물질 배출특성 중 하나인 초기세척효과(First Flush Effect)가 대두되고 있다. 초기세척효과란 강우 시 강우초반에 고농도의 오염물질 나타나는 현상을 의미한다. 최근 이와 같은 도시 오염물질을 관리 및 저감을 위해 저영향개발(Low Impact Development)이 대안으로 나타나고 있다. 하지만 이러한 저영향개발을 분석 및 정량하기 위해서는 많은 실험적인 연구와 모델링이 필요하다. 본 연구에서는 광주광역시에 위치한 상업지구에 대해 모니터링과 LID 모델링을 실시하였고, 또한 Mass First Flush (MFF)라는 지표를 이용하여 최적 LID 크기를 산정하였다. 본 연구에선 나온 LID 크기는 1.2 mm부터 3.0 mm 정도로 나타났다. 이 결과는 향후 초기세척처리를 LID의 가이드라인으로 유용할 것이다.

강우 초기 표면 유출에 의해 지표수로 전달되는 비점오염물질을 저감하기 위하여 고안된 초기우수처리 장치의 효율을 분석하였다. 장치는 파일럿 규모로서 실험실 수준의 분석 결과에 근거하여 설계되었다. 강우시 사전에 설정된 조건들에 따라 실험 장치로 채수를 실시하였으며, 24시간 동안 정치하여 침강에 의해 오염물질을 제거한 상등수의 수질을 측정하여 효과를 분석하였다. 총 9번의 강우에 대하여 평균적인 제거 효율은 총고형물질(Total Suspended Solid, TSS), 총인(Total Phosphorus, TP) 그리고 총질소(Total Nitrogen, TN)에 대하여 각각 87.4%, 75.3% 및 43.6%로 나타났다. 초기 강우 유출수 오염물질의 농도는 강우량과 강우강도가 증가함에 따라 증가되는 것으로 분석되었다. 이는 강우 초기 각 오염물질의 고형물질의 분율이 더 크기 때문인 것으로 판단된다. 본 연구에서는 초기 강우시 발생하는 유출수에 의한 오염부하의 상당부분을 단순한 침강만으로 효과적으로 제거할 수 있다는 것을 검증하고자 하였으며, 특히 추가의 동력이나 화학물질의 투입 없이도 고형물질 분율이 높은 TSS와 TP의 제거 효율이 우수한 것으로 나타났다.

The effectiveness of the first flush treatment system using settling process was evaluated to reduce urban nonpoint source pollutant loads to surface water during storm events. A pilot scale system was constructed and tested in the field and surface runoff samples were collected automatically according to pre-defined conditions. Nine rainfall events were tested and average removal efficiencies of TSS (Total Suspended Solid), TP (Total Phosphorus) and TN (Total Nitrogen) were evaluated as 87.4%, 75.3%, and 43.6%, respectively. Concentration and removal efficiency of pollutants were found to be affected by an amount of rainfall and rainfall intensities of the respective events. This seemed to be caused by the greater particulate fractions of first flushed samples than the samples collected in later time periods during the same rainfall events. The study showed that it is possible to remove a significant portion of the nonpoint source pollutant loads in initial rainfall runoff by using a simple settling process for TSS and TP without requiring additional power or chemicals.