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Application of Margin of Safety Considering Regional Characteristics for the Management of Total Maximum Daily Loads
Application of Margin of Safety Considering Regional Characteristics for the Management of Total Maximum Daily Loads
Journal of Korean Society on Water Environment. 2014. May, 30(3): 351-360
Copyright © 2014, Korean Society on Water Environment
  • Received : April 07, 2014
  • Accepted : May 19, 2014
  • Published : May 30, 2014
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준대 박
승영 오
osyoung@korea.kr
용석 김

Abstract
The allocation of margin of safety (MOS) at a uniform rate to all areas of the unit watershed makes it very difficult to keep the load allotment stable in the area for lack of reduction measures like forest land. This study developed an equation to calculate margin of safety differentially according to the regional characteristics. The equation was formulated on the basis of the regional characteristic factors such as a load contribution factor for land use type and a site conversion factor for the unit watershed. The load contribution factor represents a contribution of loads from a particular land use. The site conversion factor was derived from the site conversion ratio of a unit watershed. Margin of safety for the non-point pollution load in the land use sector decreased by 20~25% in three river basins. The margin of safety in the unit watersheds with low site occupation ratios decreased in high rate, while in the unit watersheds with large urban area decreased in low rate. With the application of the differential margin of safety considering regional characteristics, not only the reduction of pollution loads can become lighter but also it can be easier to develop plans for Total Maximum Daily Loads (TMDLs) even where the reduction measures are not available.
Keywords
1. Introduction
수질오염총량관리 할당부하량은 계획수립 당시에 배출되는 기존배출부하량을 비롯하여 목표년도에 예상되는 최종배출부하량 및 계획기간 동안에 삭감할 수 있는 삭감가능량 등을 고려하여 산정한다( MOE, 2004 ; Park et al., 2012 ). 수역으로 유입되는 일최대부하량(Total Maximum Daily Load, TMDL)은 점 및 비점오염원 등에 할당된 할당부하량과 불확실성을 고려하기 위하여 설정된 안전부하량으로 구성된다( U.S.EPA, 1991 ). 우리나라에서는 수역으로 유입되는 오염부하량(유달부하량) 대신에 유역 내에서 배출되는 오염부하량(배출부하량)을 총량관리 목표로 정하고 있으며, 목표수질에 해당하는 기준배출부하량의 10%를 안전부하량(Margin of Safety, MOS)으로 설정하여 관리하고 있다( MOE, 2012 ). 안전부하량은 총량관리 시행계획을 수립하는 모든 단위유역에 일률적으로 적용되며, 할당부하량을 준수하기 위해서는 이와 같이 설정된 안전부하량을 추가적으로 삭감하여야 한다.
인위적인 오염원이 존재하는 대지와 같은 토지형태에서는 오염원으로부터의 부하량을 감소하여 안전부하량에 대한 추가삭감이 가능하나, 인위적인 오염원이 거의 존재하지 않은 산림지역과 같은 자연지역에서는 안전부하량에 대한 추가삭감이 매우 곤란하게 된다. 따라서 단위유역의 할당부하량을 준수하기 위해서는 단위유역 내의 다른 지역으로 삭감부하량을 전이시키거나 별도의 삭감방안을 마련해야 하는데, 이것은 또 다른 삭감부담으로 작용할 수 있을 뿐만 아니라 실질적인 수질개선 효과도 기대하기 어렵게 된다.
TMDL 산정과정에서는 과학적 불확실성(scientific uncertainty)에 대한 중요성을 인식하고 이 불확실성을 숙지함으로서 보다 더 나은 정책결정에 이를 수 있다( Reckhow, 1994 ). 수역의 이수목적에 맞는 수질을 유지하기 위하여 가장 중요하게 고려되어야 할 요소 중의 하나는 안전율을 합리적으로 산정하는 것이다( Crumpacker and Butkus, 2009 ). 합리적인 안전율을 산정하기 위해서는 이론적인 배경들과 실제적으로 나타날 수 있는 사항들을 함께 고려하여야 한다( EPRI, 2004 ). 수질오염총량관리제가 의무제로 시행되고 있는 낙동강, 금강 및 영산강・섬진강수계 등 3대강수계에서는 수계 내에 다양하게 존재하고 있는 불확실성 요소들을 분석하여 안전율을 산정하였다( NIER, 2006a ; 2006b ; 2006c ). 또한, 임의제로 시행되고 있는 한강수계에서도 2013년도부터 의무제로 전환될 것에 대비하여 한강수계를 대상으로 안전율을 산정한 바 있다( HRBEO, 2007 ). Seo et al. (2009) 는 수질자료의 변동성과 모델의 불확실성 분석방법을 적용하여 낙동강수계를 대상으로 안전율을 산정하였다.
인간활동이 거의 이루어지지 않고 있는 자연지역이나 기타 배경지역에서는 오염물질의 변동요인이 매우 적으므로, 그 만큼 불확실성 요인도 적다고 할 수 있다. 또한, 자연배경지역은 현실적으로 안전부하량에 대한 삭감수단을 적용하기 매우 어려운 자연적 한계를 지니고 있다. 그러므로 이와 같은 지역에 대해서는 안전율을 차등화하여 적용하거나, 또는 오염원의 분포 등을 고려하여 해당 단위유역에서 수용할 수 있는 안전율을 적용하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 지자체들의 삭감부담을 경감하고 총량관리계획이 원활하게 수립될 수 있도록 하기 위하여 단위유역별 지역특성에 따라 안전부하량을 차등화할 수 있는 방법을 도출하고자 하였다.
2. Materials and Methods
- 2.1. 조사대상 지역
조사대상 지역은 수질오염총량관리제가 의무제로 시행되고 있는 낙동강, 금강 및 영산강・섬진강수계의 3대강수계를 대상으로 하였다( Fig. 1 참조). 의무제 시행지역에서는 광역시도가 주체가 되어 매 단계별로 기본계획을 수립하며, 관할 수계 내의 각 단위유역에 대한 할당부하량과 안전부하량을 산정한다. 낙동강수계는 41개 단위유역으로 구성되어 있으며, 기본계획 수립주체는 5개 광역시도인 강원도, 경상북도, 경상남도, 대구광역시 및 부산직할시이다. 금강강수계는 32개 단위유역으로 구성되어 있으며, 4개 광역시도인 충청북도, 충청남도, 대전광역시 및 전라북도에서 기본계획을 수립하고 있다. 영산강・섬진강수계는 23개 단위유역으로 구성되어 있으며, 기본계획 수립주체는 전라남도(영산강), 광주광역시(영산강), 전라북도(섬진강) 및 전라남도(섬진강)이다.
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The map for the study area.
- 2.2. 불확실성과 안전율
TMDL을 산정할 경우에는 계절적으로 변하는 수질변동 및 오염물질 배출한도와 수질과의 관계에서 불명확한 부분들을 설명할 수 있는 안전율이 고려되어야 한다. 미국의 CWA 303(d)(1)에 따르면 “안전율은 오염부하량과 수질과의 관계에 대한 불확실성(uncertainty)을 나타내주는 TMDL의 필수적인 요소이다” 라고 정의하고 있으며, 다음 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다( U.S.EPA, 1991 ).
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여기서 TMDL = 일최대허용부하량, LC = 수체의 허용용량, WLA = 기존 또는 장래의 점오염원에 할당된 점오염원 할당부하량, LA = 기존 또는 장래의 비점오염원 및 자연배경지역에 할당된 비점・배경지역 할당부하량, MOS = 안전율(안전부하량)이다.
TMDL을 산정하는데 있어서 오염부하량과 수질 사이의 모델관계(model relationship)는 다음 Fig. 2 와 같이 간단하게 나타낼 수 있으며, 목표수질과 만나는 점이 수체에 허용될 수 있는 최대 부하량이다( Depinto et al., 2004 ).
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The model relationship between loads and water quality in the development of TMDLs.
불확실성은 TMDL 산정시 사용한 모델이나 공정변수의 값, 자료의 수집한계, 부정확한 정보 및 시공간적 변동성등에 의하여 발생되며( EPRI, 2004 ), 안전율은 시스템 내에서 예측할 수 없는 변동성이나 변화들을 설명하기 위하여 만들어진다( Ames and Lall, 2008 ). 수질모델에 의한 예측은 보정과 검증수준을 뛰어넘을 수는 없으며, 출력결과와 관련된 불확실성은 항상 존재한다( U.S.EPA, 1999 ). 그러므로 불확실성은 수질예측을 위하여 선정된 모델과 그 모델에 의해서 생성된 결과에서 둘 다 모두 명시적으로 인정되어야 한다( NRC, 2001 ). 안전부하량이 정량화되지 않으면, 오염부 하량 관리프로그램이 과도하게 설계되어 불필요한 조치나 비용이 수반될 수 있으며 또한, 목표수질 달성 가능성이 낮아지도록 과소하게 설계될 위험이 있다( Walker, 2003 ). 불확실성 분석에 대한 장해요인으로서는 분석경험에 대한 한계, 안전율 보호수준에 대한 정보의 부재 및 불충분한 자료 등이 작용하고 있다( Dilks and Freedman, 2004 ). 또한, 수질예측모델이나 과학적 평가방법들이 불확실하다고 알려져 있음에도 불구하고 인적이나 물적 자원의 한계 및 각종 근거자료의 부족 등으로 인하여 불확실성 분석이 잘 이루어 지지 않을 수 있다( Reckhow, 1994 ).
안전율을 철저하게 적용하기 위해서는 첫째, 안전율을 통해서 이루고자 하는 바람직한 보호수준의 결정 둘째, 안전율을 설정하기 위하여 사용할 내재적 및 외재적 방법의 범위 지정 셋째, 분석결과로부터 나온 안전율의 이행 가능성에 대한 검토단계가 필요하다( Dilks and Freedman, 2004 ). TMDL 산정과정에서 나타나는 불확실성은 수질모델링 결과를 확률적인 방법으로 해석함으로서 잘 나타낼 수 있다( Chapra, 2003 ). 수질 변동성과 모델 불확도 분석방법( Walker, 2003 )이나 1차오차분석방법( Zhang and Yu, 2004 ) 등을 이용하면 보다 객관적이고 정량화된 안전율을 산정할 수 있다. 불확실성 결과에 대한 적용성을 높이기 위해서는 새로운 자료가 생성되는 데로 모델을 업데이트 시키는 것이 좋다( Stow et al., 2007 ). 베이지안 네트워크(Bayesien network)를 사용한 리스크 기반의 분석법(risk-based analysis)을 활용하면 다양하게 존재하는 불확실성을 고려할 수 있으며( Ames and Lall, 2008 : Langseth and Brown, 2011 ), 신뢰도를 기반으로 한 안전율(reliability-based MOS)을 산정하면 안전율의 적용성을 높일 수 있다( Franceschini and Tasi, 2008 ).
TMDL을 산정하는데 있어서 유역모델 등의 사용이 증가되고 있으나, 대부분의 경우에는 불확실성이 실제적으로 분석되지 않고 있으며, 안전율이 임의적으로 결정된다( EPRI, 2004 ). 불확실성 분석은 단지 안전율을 결정하는데 필요하기 때문에 하는 것이 아니라 그것이 더 나은 결정으로 이어지기 때문에 분석되어져야 한다( Reckhow, 2003 ). 그러나 불확실성을 분석하기 위해서는 방대한 자료가 요구되고 시간적 제약 때문에 불확실성을 완벽하게 분석하는 것은 현실적으로 매우 어려운 일이다( Chapra, 2003 ). TMDL 산정과정에서 불확실성을 보완하기 위하여 안전율을 일률적으로 적용할 경우에는 오염총량관리 기준에 대한 신뢰성과 형평성에 대한 문제가 제기될 수 있다. 안전율이 너무 작으면 목표수질을 달성하기가 어렵게 될 수 있으며, 안전율이 너무 크면 할당부하량이 그만큼 줄어들어 행정구역별 삭감부담이 커지고 필요 이상의 많은 비용이 소요되어 오염부하량 관리가 비효율적으로 이루어질 수 있다(Dilks and Paul, 2004).
- 2.3. 안전부하량 차등화식 작성
우리나라에서는 오염물질 배출부하량을 오염총량관리 목표로 정하여 관리하고 있기 때문에 목표수질을 만족할 수 있는 배출부하량인 기준배출부하량을 산정한다. 기준배출부 하량은 점오염원에 할당된 배출부하량과 비점오염원에 할당된 배출부하량 및 안전부하량으로 이루어진다. 특히, 토지계 비점오염원으로부터 배출되는 비점배출부하량은 단위유역의 토지형태에 따라 다양하게 나타나며, 각각의 부하량에 대한 삭감여건도 매우 다르다. 본 연구에서는 지역특성에 따라 보다 합리적인 안전부하량을 산정할 수 있도록 안전부하량 차등화 산정식을 작성하였으며, 이 식은 토지형태별 오염부하 속성을 나타낼 수 있는 부하기여도 계수(load contribution factor)와 단위유역의 토지변환 속성을 나타낼 수 있는 대지전환도 계수(site conversion factor)를 근간으로 하여 작성하였으며, 이 계수들은 단위유역의 지역적 특성을 나타낼 수 있는 계수(regional characteristic factor)들 이다. 단위유역별 토지이용 자료는 제2단계 수질오염총량관리 기본계획 보고서의 토지계 오염원자료를 이용하여 산정하였다( Busan Metropolitan City, 2009 ; Chungcheongbuk-do, 2009 ; Chungcheongnam-do, 2009 ; Daegu Metropolitan City, 2009 ; Daejeon Metropolitan City, 2009 ; Gangwon-do, 2009 ; Gyeongsangbuk-do, 2009 ; Gwangju Metropolitan City, 2009 ; Gyeongsangnam-do, 2009 ; Jeollabuk-do, 2009a ; Jeollabuk-do, 2009b ; Jeollanam-do, 2009a ; Jeollanam-do, 2009b ).
이와 같이 작성된 안전부하량 차등화식을 이용하여 각 단위유역별 차등 안전부하량을 산정하였다. 차등 안전부하량을 산정하는데 필요한 지목별 면적은 제2단계 기본계획 수립의 기준이 되는 2007년도의 토지형태를 기준으로 하였다.
3. Results and Discussion
- 3.1. 오염부하량 할당현황
- 3.1.1. 오염부하량 할당율
계획수립 당시에 배출되는 기존배출부하량은 목표년도에 배출하고자 하는 할당부하량 및 계획기간 동안에 감소시켜야 할 삭감부하량의 규모를 결정하는데 매우 중요한 기준이 된다. 제2단계 오염총량관리 기본계획의 기존배출부하량은 2007년도 배출부하량이며, 제2단계 할당부하량은 최종년도인 2015년도에 배출하여야 하는 부하량이다. 3대강수계 단위유역 중에서 시행계획을 수립하는 단위유역을 대상으로 기존배출부하량과 할당부하량을 비교하여 오염부하량 할당율을 분석하였다. 제2단계 기본계획에 의하여 시행계획수립지역으로 지정된 지역은 낙동강수계의 8개 단위유역, 금강수계의 15개 단위유역 및 영산강・섬진강수계의 8개 단위유역이다( Table 1 참조).
The unit watersheds to establish action plans for the 2ndTMDL stage in three river basins
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The unit watersheds to establish action plans for the 2nd TMDL stage in three river basins
3대강수계에 대한 오염부하량 할당율을 보면, 점배출부하량의 경우에는 약 73%가 할당되었으며, 비점배출부하량의 경우에는 약 110%가 할당되어 초과할당된 것으로 나타났다. 이 할당율은 제2단계 기본계획 수립시점을 기준으로 하여 점배출부하량의 27%가 감소되고 비점배출부하량의 10%가 증가되는 것을 의미한다.
점 및 비점할당부하량 대한 각 수계별 시행계획지역의 기존배출부하량과 할당부하량을 비교해 보면 다음 Fig. 3 과 같다. 낙동강수계의 할당율을 보면 점배출부하량의 경우 83.4%로서 3대강수계 중 가장 높은 비율을 보이고 있다. 낙동강수계의 단위유역별 점할당율은 61.9~102.1%의 범위로서 대부분의 단위유역이 기존배출부하량 이하로 할당되었으나, 1개 단위유역인 낙본F에서는 기존배출부하량을 초과하여 할당되었다. 또한, 비점배출부하량의 경우에는 할당율이 113.0%로서 3대강수계 중 가장 높은 할당율을 보이고 있다. 단위유역별 비점할당율은 100.2~129.2%의 범위로서 모든 단위유역에서 기존배출부하량을 초과하여 할당되었다. 금강수계의 점배출부하량 할당율은 64.4%로서 3대강수계 중 가장 낮은 비율을 보이고 있다. 단위유역별 점할당율은 44.5~151.3%의 범위로서 대부분의 단위유역이 기존 배출부하량 이하로 할당되었으나, 1개 단위유역인 금본H에서는 기존배출부하량을 초과하여 할당되었다. 또한, 비점배출부하량의 할당율은 106.4%로서 3대강수계 중 가장 낮은 비율을 보이고 있다. 단위유역별 비점할당율은 91.1~199.1%의 범위로서, 3개 단위유역인 미호B, 무심A 및 원평A에서는 기존배출부하량 이하로 할당되었으나, 그 외 12개의 단위유역에서는 기존배출부하량을 초과하여 할당되었다. 영산강・섬진강수계의 점배출부하량의 할당율은 70.6%이며, 단위유역별 점할당율은 31.5~82.6%의 범위로서 모든 단위유역에서 기존배출부하량 이하로 할당되었다. 또한, 비점배출 부하량의 할당율은 110.5%이며, 단위유역별 비점할당율은 100.4~118.4%의 범위로서 모든 단위유역에서 기존배출부하량을 초과하여 할당되었다. 이와 같이 3대강수계 단위유역에서 비점배출부하량이 초과되어 할당된 것은 비점오염원에 적용된 안전부하량은 삭감되지 않고 그 대신에 점오염원에서 삭감이 이루어지기 때문에 나타난 현상이다.
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The comparison of existing discharge load and load allotment of the unit watersheds to establish action plans in three river basins (NR: Nakdong river, GR: Geum river, YSR; Youngsan・Seomjin river)
- 3.1.2. 삭감계획부하량과 안전부하량
3대강수계의 시행계획 수립지역을 대상으로 하여, 목표년도의 삭감계획부하량과 안전부하량을 비교하였으며, 각 수계별 삭감계획부하량과 안전부하량은 다음 Fig. 4 와 같다. 점오염원 삭감계획부하량에 대한 점안전부하량 비율을 보면, 낙동강수계에서는 72.4%, 금강수계에서는 75.7% 및 영산강・섬진강수계에서는 33.8%로 나타나고 있다. 특히, 영산강・섬진강수계에서 점안전부하량의 비율이 낮은 이유는 목표수질을 달성하기 위하여 삭감하여야 할 점배출부하량의 규모가 점안전부하량에 비하여 매우 크기 때문이다. 비점오염원 삭감계획부하량에 대한 비점안전부하량 비율을 보면, 낙동강수계에서는 비점오염원에 대한 삭감계획이 없으며, 금강수계에서는 약 2.5배 및 영산강・섬진강수계에서는 약 7.5배를 차지하고 있다. 비점오염원 삭감계획부하량은 3대강수계에서 모두 비점안전부하량보다 낮게 나타나고 있는데, 이러한 현상은 비점부하량을 삭감하는 대신에 점오염원에 대한 삭감으로 전환하였기 때문에 나타난 현상이다. 점오염원 위주의 삭감계획은 점오염원에 대한 삭감가능량이 존재할 경우에는 크게 어려움이 없으나, 점오염원에 대한 삭감가능량이 모두 소진될 경우에는 더 이상 적용하기가 어려운 문제점이 발생하게 된다.
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The comparison of load reduction and MOS of the unit watersheds to establish action plans in three river basins (NR: Nakdong river, GR: Geum river, YSR; Youngsan・Seomjin river).
- 3.2. 안전부하량 차등화식
- 3.2.1. 지역특성 계수
3.2.1.1. 부하기여도 계수
부하기여도 계수는 단위면적당 총토지 발생부하량에 대한 토지형태별 발생부하량의 기여도를 나타낸 것으로서, 오염물질 발생부하량의 기여도에 따라서 안전부하량이 다르게 산정되도록 하기 위한 인자이다. 인위적인 오염요인 없는 산림지역은 다른 토지형태에 비하여 오염부하 기여도가 매우 작다. 또한, 이와 같은 지역에서는 오염물질 발생이나 배출도 비교적 일관성 있게 일어나므로 불확실성이 낮은 지역이라고 할 수 있다. 이와는 반대로 인위적인 요인에 의하여 오염물질이 발생하는 대지나 경작지역은 다른 토지 형태에 비하여 오염부하 기여도가 매우 큰 지역이다. 특히, 인간활동에 수반되어 오염물질의 발생 및 배출이 일어나는 대지와 같은 토지형태에서는 전적으로 인위적인 변동요인에 따라 좌우되므로 자연지역에 비하여 상대적으로 오염부하량에 대한 변동성이 크고 불확실성이 높은 지역이라고 할 수 있다. 그러므로 오염부하 기여도가 작고 불확실성이 낮은 산림지역에는 안전부하량을 적게 할당하고, 대지와 같이 오염부하 기여도가 크고 불확실성이 높은 지역에는 안전부하량을 더 많이 할당하는 것이 합리적인 방법이라고 할 수 있다. 또한, 오염부하 기여도가 큰 토지형태는 삭감방안을 적용하기가 비교적 용이하다. 그러나 오염부하 기여도가 아주 작은 토지형태는 발생부하량 자체가 적기 때문에 삭감방안을 적용하기가 매우 어렵고, 또한 실질적인 삭감효과도 거의 나타나지 않는다. 그러므로 삭감방안의 효과성 측면에서도 오염부하 기여도가 큰 토지형태와 작은 토지형태의 안전부하량을 차등화 하는 것이 타당할 것이다.
오염부하 기여도에 따라 안전부하량이 할당되도록 하기위하여, 부하기여도 계수는 토지계 발생부하원단위를 이용하여 도출하였다. 토지형태별 부하기여도 계수는 각 토지지목에 대한 상대적인 부하기여율을 구한 다음, 대지지목을 기준(1.0의 값)으로 하여 부하기여도를 산정하고 차등화식에 적용할 수 있는 값으로 전환하여 나타내었다. 여기서 대지지목의 부하기여도 계수를 0.1로 정한 이유는, 부하기여도가 가장 큰 대지지목에 대해서 현행 안전율인 0.1(10%)과 동일한 값을 유지하도록 함으로서 차등적으로 적용하는 안전부하량이 현행 안전부하량을 초과하지 않도록 하기 위한 것이다.
Table 2 에 나타난 바와 같이 대지지목의 부하기여도 계수는 0.1이며, 현행 안전율인 10%와 동일한 안전율이 적용된다. 부하기여도 계수가 0.1보다 작은 지목은 각 부하기여도 계수에 비례하여 그 만큼 안전부하량이 적게 산정되며, 부하기여도 계수가 가장 작은 임야지역의 안전부하량이 가장 적게 산정된다. 대지지목의 부하기여율은 토지계 전체 부하기여율의 약 93% 이상을 차지하고 있다.
The load contribution factor by land use type
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The load contribution factor by land use type
3.2.1.2. 대지전환도 계수
대지전환도 계수는 단위유역의 대지전환 유형에 따라서 안전부하량이 감소되도록 하기 위한 계수로서 지역별 형평성을 고려하기 위한 것이다. 단위유역 내에서 토지계의 비점오염부하량이 증가하는 가장 큰 요인은, 임야지역과 같이 오염부하 기여율이 작은 지역의 면적이 줄어들고, 그 대신에 오염부하 기여율이 큰 대지의 면적이 증가하기 때문이다. 대지는 오염발생 요인이 매우 큰 토지형태이므로 대지전환이 적을수록 오염발생 요인은 감소한다. 단위유역의 오염발생 요인이 감소하면 그 만큼 불확실성 요인도 감소하게 된다. 따라서 대지전환이 적게 일어나는 단위유역에서는 오염발생 요인과 불확실성이 그 만큼 줄어들기 때문에 더 적은 안전부하량을 할당할 수 있다.
대지전환도 계수는 단위유역의 평균 대지전환율에 대한 개별 대지전환율의 비율인 대지 상대전환비(Relative site conversion ratio)를 이용하여 산정하였으며, 개별 대지전환율이 평균 대지전환율보다 보다 작은 지역은 그 비율에 따라 안전부하량이 감소되도록 하였다. 대지전환도 계수가 큰 지역은 오염물질 발생요인이 큰 지역이므로 안전부하량이 감소되지 않도록 하였으며, 대지전환도 계수가 작은 지역은 그 정도에 따라 안전부하량이 감소되도록 하였다.
단위유역별 대지 상대전환비와 대지전환도 계수를 보면 다음 Fig. 5 와 같다. 개별 대지전환율이 평균 대지전환율보다 큰 단위유역 즉, 대지 상대전환비가 1.0이면 대지전환도 계수를 1.0으로 하였으며, 개별 대지전환율이 평균 대지전 환율보다 작은 단위유역 즉, 대지 상대전환비가 1.0 미만이면 그 비율에 따라 0.9~1.0 사이의 값이 되도록 하였다. 대지 상대전환비가 1.0 이상일 경우에 대지전환도 계수의 상한선을 1.0으로 정한 것은, 현행 안전부하량보다 더 많게 설정되는 것을 방지하여 총량관리 시행지역의 삭감부담이 과중되지 않도록 하기 위한 것이다. 대지 상대전환비가 1.0미만일 경우에 최소값을 0.9로 고정한 것은, 안전부하량의 최대 감소율이 현행 안전율인 0.1(10%)까지 이루어지도록 하기 위한 것이다. 대지전환계수가 1.0인 지역은 오염물질 발생요인이 큰 지역이기 때문에 안전부하량이 감소되지 않는다. 대지전환율이 평균 대지전환율보다 작은 단위유역에서는 해당 단위유역의 대지 상대전환비에 비례하여 10%이내의 범위에서 안전부하량이 감소된다.
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The relative site conversion ratio and site conversion factor by the unit watershed in three river basins.
낙동강수계의 41개 단위유역 중, 개별 대지전환율이 평균 대지전환율보다 큰 단위유역 즉, 대지 상대전환비가 1.0 이상인 단위유역은 영강A 등 19개 단위유역으로서, 이들 단위유역들의 대지전환도 계수는 1.0이 된다. 대지전환도 계수가 1.0 미만인 지역은 남강A 등 22개 단위유역이며, 특히 낙본A, 반변B 및 용전A 등에서는 대지전환도가 아주 낮게 나타나고 있다. 금강수계의 32개 단위유역 중, 대지 상대전 환비가 1.0 이상인 단위유역은 병천A 등 16개 단위유역으로서, 이들 단위유역들의 대지전환도 계수는 1.0이 된다. 대지전환도 계수가 1.0 미만인 지역은 유등A 등 16개 단위유역이며, 특히 금본G, 무심A 및 금본C 등에서는 대지전환도가 아주 낮게 나타나고 있다. 영산강・섬진강수계의 23개 단위유역 중, 대지 상대전환비가 1.0 이상인 단위유역은 탐진A 등 9개 단위유역으로서, 이들 단위유역들의 대지전환도 계수는 1.0이 된다. 대지전환도 계수가 1.0 미만인 지역은 섬본B 등 14개 단위유역이며, 특히 추령A, 영본C 및 오수A 등에서는 대지전환도가 아주 낮게 나타나고 있다. 3대 강수계에서 대지전환도 계수가 1.0 미만인 지역 즉, 낙동강 수계의 22개 단위유역, 금강수계의 16개 단위유역 및 영산강・섬진강수계의 14개 단위유역들은 안전부하량이 감소되는 단위유역들이다.
- 3.2.2. 차등화식
토지형태별 오염부하 기여도를 나타내는 “부하기여도 계수”와 단위유역의 대지전환 상태를 나타내는 “대지전환도 계수”는 지역특성에 따라 토지계 비점오염부하량에 대한 불확실성을 반영할 수 있는 인자가 될 수 있으며, 차등 안전부하량을 산정하기 위한 산식에 적용될 수 있을 것이다. 본 연구에서는 이 계수들을 사용하여 안전부하량 차등화식을 작성하였다.
현행 안전부하량은 다음 식 (2)와 같이 기준배출부하량에 안전율을 곱하여 산정하며, 안전율은 0.1을 적용한다( MOE, 2012 ).
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기준배출부하량은 다음 식 (3)과 같이 점기준배출부하량과 비점기준배출부하량으로 구분된다(NIER, 2012).
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현행 안전부하량은 점오염원에 의한 기준배출부하량과 비점오염원에 의한 기준배출부하량에 동일한 안전율이 적용되므로 각각의 부하량을 구분할 필요가 없으나, 차등 안전부하량은 토지계의 비점오염부하량에만 해당되므로 점오염원에 의한 기준배출부하량과 비점오염원에 의한 기준배출 부하량을 구분하여야 한다. 비점기준배출부하량은 다음 식(4)와 같이 토지계 비점기준배출부하량과 토지계 이외 비점 기준배출부하량으로 구분할 수 있다.
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안전부하량에 대하여 지역특성을 고려할 수 있는 부하량은 토지계 비점부하량이므로 점 및 비점부하량 중 비점부문만 반영할 수 있다. 그러므로 안전부하량을 차등화 하기 위해서는 식 (4)의 토지계 비점기준배출부하량을 사용하여 계산하여야 한다. 안전부하량 차등화식은 토지계의 지목별 기준배출부하량, 지목별 부하기여도 계수 및 단위유역별 대지전환도 계수를 사용하여 다음 식 (5)와 같이 작성하였다. 먼저, 단위유역의 각 지목별 면적에 발생부하원단위을 곱하여 각 지목별 기준배출부하량을 산정한 다음, 지목별 기준배출부하량에 부하기여도 계수를 곱하여 각 지목별 부하량을 합산한다. 이와 같이 합산된 토지계 부하량에 단위유역의 대지전환도 계수를 곱하여 안전부하량을 차등적으로 산 정한다. 이와 같은 차등화식에 의하여 산정된 안전부하량은 토지계의 비점오염부하량에 대한 안전부하량을 나타낸다.
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- 3.3. 안전부하량 감소율 및 결정요인
3대강수계 96개 단위유역에 대한 차등 안전부하량을 식 (5)에 따라 산정하고 현행방법에 의한 안전부하량과 비교하였다. 차등화식에 의한 비점부문의 안전부하량은 현행 비점 안전부하량에 비하여 약 20~25%가 감소된 것으로 나타났다( Table 3 참조).
The decreasing rate of differentiated MOS in three river basins
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The decreasing rate of differentiated MOS in three river basins
낙동강수계의 단위유역별 비점부문의 안전부하량은 현행 안전부하량에 비하여 3.5~44.8%의 감소율을 보이고 있으며, 평균 25%가 감소되는 것으로 나타났다. 감소율이 비교적 높은 지역은 반변A, 용전A, 길안A, 낙본B 및 반변B 등의 단위유역들이며, 감소율이 낮은 지역은 낙본M, 금호C, 낙본G, 낙본N 및 낙본L 등의 단위유역들이다. 금강수계의 단위유역별 비점부문의 안전부하량은 4.6~35.1%의 감소율을 보이고 있으며, 평균 20%가 감소되는 것으로 나타났다. 감소율이 비교적 높은 지역은 초강A, 금본C, 유등A, 금본B 및 보청A 등의 단위유역들이며, 감소율이 낮은 지역은 갑천A, 무심A, 금본G, 만경B 및 미호B 등의 단위유역들이다. 영산강・섬진강수계에서는 현행 비점부문의 안전부하량에 비하여 약 23%의 감소율을 보이고 있으며, 단위유역별 감소율은 7.0~33.4%의 범위로 나타나고 있다. 영산강・섬진강 수계의 추령A, 동복A, 요천A, 섬본E 및 섬본A 등의 단위유역에서는 감소율이 비교적 높게 나타나고 있으며, 영본B, 영본C, 영본D, 영본A 및 섬본F 등의 단위유역에서는 감소율이 낮게 나타나고 있다.
안전부하량이 차등적으로 나타나는 요인은 대지면적 변화와 관계가 있는 대지점유율과 대지전환율이다. 이와 같은 대지면적 변화특성들이 안전부하량의 감소에 미치는 영향을 파악하기 위하여 이들 특성들과 안전부하량 감소율과의 관계를 다음 Fig. 6 과 같이 나타내었다. 대지점유율과 안전부하량 감소율과의 관계는 상관성이 매우 뚜렷하게 나타나고 있으며, 대지점유율이 작을수록 안전부하량 감소율은 급격하게 증가하는 유형을 나타내고 있다. 대지점유율이 작다는 것은 다른 토지형태들의 점유율이 크다는 것을 의미하며, 이 경우에는 부하기여도 계수가 작아지기 때문에 안전부하량이 크게 감소된다. 이와 반대로 대지점유율이 크다는것은 안전부하량의 감소요인이 적다는 것을 의미하므로 안전부하량이 아주 작은 비율로 감소되거나 현행 안전부하량과 거의 유사하게 된다는 것을 알 수 있다. 한편, 대지전환 율과 안전부하량 감소율과의 관계에서는 상관성이 거의 나타나지 않고 있는데, 그 이유는 대지전환율 변화에 따른 안전부하량의 감소폭이 10% 이내로 제한되어 있어서, 대지점유율 변화에 따른 감소량에 비하여 상대적으로 그 양이 매우 작기 때문인 것으로 판단된다.
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The relationship between the cause of differentiation and the decreasing rate in three river basins.
낙동강수계에서 안전부하량 감소율이 가장 높게 나타난 지역들인 반변A 및 용전A 등은 주로 산림지역과 농경지역으로 구성되어 있는 지역들이며 대지점유율이 가장 낮은 단위유역들이다. 그러나 낙본M 및 금호C 등과 같이 안전부하량의 감소율이 가장 낮게 나타난 지역들은 부산 및 대구광역시와 같은 도시지역이 위치하고 있어 대지점유율이 가장 높은 단위유역들이다. 금강수계에서 안전부하량 감소율이 가장 높게 나타난 지역들인 초강A 및 금본C 등은 주로 산림지역과 농경지역으로 구성되어 있는 단위유역들이다. 갑천A 및 무심A 등과 같이 안전부하량의 감소율이 가장 낮게 나타난 지역들은 대전광역시 및 청주시와 같은 도시지역이 위치해 있는 단위유역들이다. 영산강・섬진강수계에서 안전부하량 감소율이 가장 높게 나타난 지역들인 추령A 및 동복A 등의 단위유역들은 주로 산림지역 등으로 구성되어 있는 지역들이다. 영본B 및 영본C 등과 같은 단위유역들은 광주광역시 및 나주시와 같은 도시지역이 위치해 있어서 안전부하량 감소율이 가장 낮게 나타나고 있다.
4. Conclusion
단위유역의 모든 지역에 안전부하량이 일률적으로 적용될 경우, 산림지역과 같이 인위적인 오염원과 삭감수단이 거의 없는 지역에서는 할당부하량을 준수하기가 매우 어렵게 된다. 본 연구에서는 3대강수계 오염부하량 할당율을 검토하고, 총량관리 단위유역 내에서 지역특성에 따라 안전부하량을 차등적으로 적용할 수 있는 안전부하량 차등화식을 작성하였다.
3대강수계의 오염부하량 할당율을 보면, 점배출부하량의 경우 평균 약 73%가 할당되었으며, 비점배출부하량 할당율은 약 110%로서 기존배출부하량을 초과하여 할당되었다. 총량관리 목표연도의 할당부하량이 기존배출부하량을 초과할 경우에는 수질개선에 대한 문제점으로 작용할 수 있다. 3대강수계의 삭감계획부하량과 안전부하량을 비교한 결과, 점오염원에 대한 삭감계획부하량은 점안전부하량보다 높게 나타나고 있으나 비점오염원에 대한 삭감계획부하량은 비점안전부하량보다 낮게 나타나고 있는데, 이러한 현상은 비점오염원에 대한 삭감방안을 적용하기가 곤란하여 비점삭감대상량을 점오염원 삭감계획으로 전환하였기 때문에 나타난 현상이다. 점오염원 위주의 삭감계획은 점오염원에 대 한 삭감가능량이 존재할 경우에는 문제가 없으나, 점오염원에 대한 삭감가능량이 소진될 경우에는 더 이상 삭감계획을 수립하기가 곤란하게 된다.
안전부하량 차등화식은 지역특성을 나타내는 계수인 토지형태별 부하기여도 계수와 단위유역별 대지전환도 계수를 근간으로 하여 작성하였다. 토지형태별 부하기여도 계수는 토지계 발생부하원단위를 기준으로 하여 도출한 것으로서, 부하기여도에 따라 안전부하량에 차이가 나도록 한 것 이다. 단위유역별 대지전환도 계수는 대지전환율을 이용하여 산정하며, 대지전환율에 따라 현행 안전율인 10% 이내에서 안전부하량이 감소될 수 있도록 하였다.
3대강수계의 토지계 비점오염부하량에 대한 차등 안전부하량을 산정한 결과, 현행 안전부하량에 비하여 약 20~25%가 감소된 것으로 나타났으며, 주로 산림지역으로 구성되어 있고 대지점유율이 낮은 단위유역에서 감소율이 높게 나타났다. 반면, 도시지역들이 위치해 있고 대지점유율이 큰 단 위유역에서는 감소율이 매우 낮게 나타나고 있다. 단위유역의 토지형태 등 지역특성을 고려한 차등 안전부하량은 지자체의 삭감부담을 경감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 삭감수단을 적용하기 어려운 지역에서도 총량관리계획을 원활하게 수립할 수 있다. 또한, 오염부하 발생요인이 가장 큰 토지형태인 대지로의 전환감소를 유도할 수 있을 것으로 기대된다.
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