광양만 해역내 오염물질의 거동해석과 체류시간 산정

Abstract

본 연구에서는 광양만 수질환경의 체계적인 관리방안을 마련하기 위한 기초적 연구로서 광양만내 오염물질의 거동특성 해석과 체류시간 산정을 목적으로 (1) 연구대상해역의 대표유입점을 선정하여 현장조사를 실시하고, (2) Tank Model을 이용하여 일별하천유량을 산정하였으며, (3) 광양만으로 유입하는 COD, SS, TN, TP, DIN 및 DIP의 오염부하량을 산정하여 그 계절변동특성을 파악하였다. 그리고 (4) 광양만의 수질환경 특성을 파악하기 위해 군집분석을 실시하여 소해역(BOX)을 구분하고, (5) 해수유동 수치모형실험을 통해 만내 유동특성을 파악하였다. 이를 기초로 하여 단면유량flux를 계산하고 만내 전체에 대한 물질수지를 평가하여 각 영역별 오염물질의 거동을 해석하였다. 또한, (6) 광양만 해역에 대한 COD, TN, TP의 체류시간에 대하여 검토하였으며, (7) 입자추적모형을 통해 해수교환율을 평가하고 오염물질의 잔존율을 계산하였다. 이상으로부터 얻어진 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 광양만의 갈수기 및 홍수기의 입자성 부유물질(SPM) 포집실험 결과, 입자성 부유물질(SPM)의 침강(포집)속도는 각각 0.0360 g/㎠/day와 0.0352 g/㎠/day로 산정되었다. (2) 2006년 광양만으로 유입하는 연평균 하천유량은 11,681.1×10³ ㎥/day이었으며, 오염물질의 연평균 유입부하량은 398 ton-COD/day와 2,846 ton-SS/day, 195 ton-TN/day, 5 ton-TP/day, 126 ton-DIN/day와 3 ton-DIP/day로 산정되었다. (3) 광양만 수질환경특성에 대해 군집분석을 실시한 결과 광양만은 내부해역 4개(I~IV)와 섬진강 하구역 1개(V), 광양만ㆍ섬진강 합류해역(VI), 광양만 외부측 2개(VII, VIII)의 총 8개 해역으로 분할하였다. (4) 단면유량flux 산정결과 광양만 내부의 유량수지는 대체로 IV, V, VII해역에서는 유량이 상승하는 반면 II, III, VI해역에서는 유량이 감소하는 경향을 나타내었으며 특히 IV해역에서는 다른 해역에 비해 많은 양의 유량수지가 수렴되는 것으로 나타나 IV해역의 원활한 해수소통에 대한 연구가 필요한 것으로 생각된다. (5) 광양만의 COD, T-N, T-P 물질수지는 갈수기(Case 2)에 각각 120.8 ton-COD/day(유입)와 9.6 ton-TN/day(유입)로 산정되었으나 T-P의 경우 유출/유입하는 양이 동일한 것으로 나타났으며, 홍수기(Case 3)에는 각각 74.8 ton-COD/day(유입), 69.3 ton-TN/day(유입), 0.7 ton-TP/day(유출)로 산정되었다. (6) 광양만 해역의 오염물질의 평균체류시간은 갈수기에 6 days-COD, 20 days-TN 및 195 days-TP, 홍수기에 3 days-COD, 6 days-TN 및 21 days-TP로 산정되어, 오염물질 중 TP의 체류시간이 약 3.5배(홍수기)~33배(갈수기)정도 길게 나타났다. (7) 입자추적모형을 통한 해수교환율 산정결과 30일 경과시 30%의 입자성 부유물질이 외해로 유출되었으며, 약 70%가 만내에서 표류하거나 침강할 것으로 평가되었다. 또한 각 해역별 갈수기와 홍수기의 오염물질의 잔존율을 계산한 결과 각각 56% ~ 78%와 52% ~ 73%로 IV해역이 광양만 내에서 가장 높은 잔존율을 나타내었다. 특히 광양만 IV해역(만중앙부~묘도남측)의 오염물질 체류시간은 갈수기에 415 days-COD, 30 days-TN 및 593 days-TP, 홍수기에 281 days-COD, 265 days-TN 및 730 days-TP로 산정되어, 타 해역에 비하여 전 항목의 체류시간이 길게 나타나, 광양만내에서 수질오염의 우심해역으로 예상되었다. 또한 IV해역의 오염물질 잔존율이 갈수기와 홍수기에 각각 78%와 73%로 광양만 내에서 가장 높은 잔존율을 나타냄으로써, 다른 해역에 비해 많은 양의 오염물질이 해역내 침강/퇴적할 것으로 판단되며, 이러한 오염물질의 침강/퇴적은 재부유 및 저면용출 등에 의해 장기적으로 IV해역의 오염을 심화시킬 것으로 예상되어 수질관리를 위한 대책이 수립되어져야 할 것으로 판단된다. 한편, 본 연구는 유입부하량을 산정함에 있어 현장조사의 시ㆍ공간적인 제약으로 특정유입점에 국한된 일시적 정량평가를 수행하였으나, 광양만 전해역에 걸친 오염물질 제어/관리를 위한 보다 효율적인 방안을 수립하기 위해서는 장기적이며 광범위한 오염물질 모니터링을 통한 물질거동해석에 관한 연구가 지속적으로 수행되어져야 할 것으로 사료된다.

Gwangyang Bay, located in the south of Korea, is a typical semi-closed coastal sea. Yet, topographical changes have been caused by reclamation projects and new industrial facilities such as the Yeocheon industrial complex and the POSCO (Pohang Steel Company). This has resulted in eutrophication due to increased pollutant loads. These environmental changes have deteriorated water quality and sediments, increased heavy metal pollution, and caused red tides. Estimation and reduction of inflowing pollutant loads are essential to improving water quality. This study will analyze material transportation, the reduction of pollutant loads, and methods of appropriate water recovery within Gwangyang Bay. Fresh water discharge from the five points into the Gwangyang Bay were estimated 20,684.7×10³ ㎥/day, 222.9×10³ ㎥/day, 217.2×10³ ㎥/day, 126.5×10³ ㎥/day, and 96.1×10³ ㎥/day,respectively in dry season, and 57,332.8×10³ ㎥/day, 1,105.2×10³ ㎥/day, 12,242.7×10³ ㎥/day, 162.7×10³ ㎥/day, and 116.1×10³ ㎥/day, respectively in flood season. Total inflowing pollutant loads of COD,SS,T-N, T-P, DIN and DIP into the Gwangyang Bay in the dry season were estimated 127,853kg/day, 201,123kg/day, 11,206kg/day, 329kg/day, 6,306kg/day, and 271kg/day, respectively in dry season, and 1,917,941 kg/day, 151,724 kg/day, 87,020 kg/day, 2,561 kg/day, 67,957 kg/day, and 1,344 kg/day, respectively in the flood season. The DIN/DIP ratios from the five points into the Gwangyang Bay were estimated from 22 to 42 in dry season and from 19 to 84 in flood season, and the T-N/T-P ratios were estimated 21 to 47 in dry season and from 10 to 48 in flood season. The retention time COD,T-N, T-P in the Gwangyang Bay were estimated 8 days, 25 days, and 223 days, respectively in the dry season and 7 days, 3 days, and 29 days, respectively in the flood season. The material budget of COD, T-N and T-P in the Gwangyang Bay were estimated about 120.8 ton/day (influent), 9.6 ton/day (influent) and 0 ton/day, respectively in dry season. Moreover, there were estimated about 74.8 ton/day (influent), 69.3 ton/day (influent) and 0.7 ton/day (outflow), respectively in flood season.