3.4 호소 수질예측 및 수질개선 방안

3.4.1 담수호 수질현황 및 변화추이 분석

3.4.1.1 기존 수질자료의 분석

1997년 이후 금강환경관리청에서는 간월·부남호에 각각 수질측정망 3지점을 설치하여 매월 1회씩 표층수의 수질을 측정하고 있다. 시료채취 지점은 다음 <그림 3-4-1>과 같으며, 수온, pH, DO, BOD, COD, SS, T-N, T-P 등 총 15개의 수질항목을 분석하고 있다. 본 연구에서는 이들 자료를 이용하여 간월·부남호의 장기간 수질변화를 고찰하였으며, DO, BOD, T-N, T-P, 암모니아성 질소, 질산성 질소, 그리고 클로로필-a 등은 수질예측모델(WASP 5)에 이용하였다.

가. 간월호의 수질변화

- A-3 지점의 BOD가 다른 지점에 비해 상대적으로 높음. 이는 유역으로부터 유입되는 오염물질의 영향이 가장 크기 때문인 것으로 판단됨

(자료집 <그림 Ⅲ-4-5> 참고).

- 모든 지점의 연평균 COD는 호소수질기준 Ⅳ등급(기준 8 mg/l)을 초과함.(<그림 3-4-2>)

- T-N 농도의 경우 크게는 6 mg/l에 육박하는 시기도 있었으며, 오염물질 유입에 가장 민감한 A-3 지점이 다른 지점에 비해 T-N 농도가 상대적으로 높고 변화폭도 크게 나타남(<그림 Ⅲ-4-7> 참고).

- 대부분의 T-P 농도는 0.5 mg/l 미만. 하절기에 T-P 농도가 증가하는 현상을 보였는데, 이는 강우에 의해 주변 유역으로부터 오염물질이 유입되기 때문이다(<그림 Ⅲ-4-11> 참고).

- 간월호의 경우, T-N３T-P 비가 매우 높아 인 농도가 제한요소인 것으로 판단됨(<그림 Ⅲ-4-12> 참고).

<부남호>	<간월호>

<그림 3-4-1> 시료 채취지점(금강환경관리청 수질측정망)

<그림 3-4-2> 간월호의 월별 COD변화(1997. 1 ∼ 2000. 6)

- 간월호의 Chl-a 농도는 지점에 따라 큰 차이가 있는데, 하류부인 A-2와 A-3가 상대적으로 높음. 간월호의 경우 겨울철을 제외하면 조류주의보를 상회할 정도로 조류 생체량이 많은 것으로 판단됨(<그림 Ⅲ-4-13> 참고).

나. 부남호의 수질변화

- 97년 여름 유입부인 B-3 지점에서 전기전도도가 약 12,500 □S/cm까지 증가한 경우도 있음. 전기전도도의 변화폭이 매우 큰 것은 부남호의 제염이 완벽하게 이루어지지 않았기 때문인 것으로 추측됨(<그림 Ⅲ-4-18> 참고).

- 각 지점별 BOD는 평균 4 mg/l 정도를 나타내었다. 하절기에 유입부인 B-3 지점의 BOD가 다른 지점에 비해 높은 것을 제외하면, 각 지점별 BOD 차이는 간월호에 비해 작음(<그림 Ⅲ-4-19> 참고).

- <그림 3-4-3>은 각 지점별 COD 농도로, 모든 지점의 연평균 COD가 호소수질기준 Ⅳ등급(8 mg/l)을 초과. 특히, 부남호의 경우 전기전도도 값이 매우 높으므로 장기간 농업용수로 사용시 토지의 생산성 저하 우려.

<그림 3-4-3> 부남호의 월별 COD변화(1997. 1 ∼ 2000. 6)

- T-N 농도는 하절기에 증가하는 경향을 보였으며, 강수량이 많았던 99년 7월에 B-3 지점의 T-N 농도가 4 mg/l에 육박. 전체적으로 오염물 유입에 가장 민감한 B-3 지점이 다른 지점에 비해 T-N 농도가 상대적으로 높게 유지됨(<그림 Ⅲ-4-21> 참고).

- T-P의 경우, 오염물질의 영향을 가장 민감하게 받는 B-3 지점이 하절기에 높은 농도를 유지. 전반적으로 T-P 농도는 7월 이후에 크게 증가하였다가 다음 해 7월경까지 감소(<그림 Ⅲ-4-25> 참고).

- T-N３T-P 비는 간월호에 비해 적은 경향을 보임. 그러나 부남호의 경우에도, 인이 조류의 성장 제한요소임이 분명함(<그림 Ⅲ-4-26> 참고).

3.4.1.2 간월호 및 부남호의 수심별 수질특성

- 간월호 3지점과 부남호 4지점에 대해 수심별로 시료를 채취하여 수질을 분석

- 2000년 2월 26일(겨울철), 4월 29일(봄철), 그리고 7월 15일(여름철)에 채취.

- 수온, pH, DO, 전기전도도 등은 현장에서 직접 분석하였으며, BOD를 비롯한 11개 항목은 충남보건환경연구원에 의뢰하여 분석. 한편, 겨울철 및 여름철 시료에 대해서는 중금속 6개 항목(Cd, As, CN, Hg, Pb, Cr6+)을 추가로 분석.

- 시료채취 지점위치는 저질토 채취 지점위치와 동일(<그림 3-3-1> 참조)

가. 간월호의 수심별 수질특성

- 각 측정지점의 수심은 A-1 지점이 최소 8.5 m(봄철)에서 최대 15.5 m(여름철)이었으며, A-2 지점은 4.0에서 9.2 m, 그리고 유입부인 A-3 지점은 2.1에서 3.5 m이었다. 이와 같이 각 지점의 수심이 일정하지 않은 것은 계절별로 측정지점이 조금씩 달랐기 때문이다.

- 간월호에서는 거의 모든 지점에서 수심에 따른 수온과 DO 변화가 거의 없었다. 이는 간월호에서는 성층현상이 발생하지 않음을 의미한다.

- 전기전도도의 경우, 유입부인 A-3 지점의 전기전도도가 겨울철 및 여름철에 상대적으로 낮은 값은 보인 것을 제외하면, 모든 지점에서 2,000∼3,500 □S/cm의 정도로 수심별 차이가 거의 없었다.

- 염분농도는 수온상승에 비례하여 증가하는 경향을 보였으며, 전기전도도와 높은 상관관계를 보였다(자료집 <그림 Ⅲ-4-37> 참조). 다만, 유입부인 A-3 지점의 경우 여름철에 염분농도가 급격히 감소하는 경향을 보였는데, 이는 강우에 의한 영향 때문인 것으로 판단된다. 여름철 수심별로 측정한 A-1지점의 온도 및 염분농도를 <그림 Ⅲ-4-38>에 수록하였다.

- BOD와 COD는 수심별로 큰 차이가 없었지만, 계절과 지점에 따라서는 큰 차이를 보였다. 특히, 유입부인 A-3 지점의 경우는 다른 지점에 비해 오염물질 농도가 높았는데, 이는 이 지점이 유역에서 유입되는 오염물질에 직접 노출되기 때문인 것으로 판단된다. SS도 유기물 농도와 유사한 경향을 보였다.

- T-N 농도의 경우 각 지점별로 계절이나 수심에 따른 차이가 거의 나타나지 않았지만, NH3-N 농도는 수온상승에 반비례하여 대부분의 지점에서 감소하고, 수심에 따른 차이도 얼마간 확인되었다. 이는 수온상승에 따른 질산화의 영향 때문인 것으로 판단된다. 한편, A-3 지점의 겨울철 NH3-N 값이 다른 지점에 비해 매우 낮았다가 봄철과 여름철에 증가하였는데, 이는 앞에서 언급한 BOD나 COD와 같이 유역에서 유입되는 오염물질의 영향 때문이다.

- T-P 농도도 계절에 따라 큰 차이가 있었으며, 수온증가에 비례하는 경향을 보였다. 모든 지점에서의 T-P 농도가 모두 0.05 mg/l를 초과하였는데, 이는 부영양화 상태의 판단기준인 0.02 mg/l를 크게 상회하는 값이다. 한편, 유역에서 유입되는 오염물질의 영향을 가장 민감하게 받는 A-3 지점이 다른 지점에 비해 T-P 농도가 높았다.

- Chl-a 농도는 수심이 낮을수록 높은 경향을 보였으나, A-1과 A-2 지점간에는 큰 차이가 없었다. 다만, A-3 지점의 Chl-a 농도가 다른 지점에 비해 높은 값을 보였는데, 이는 지난 3년간의 연평균 수질자료와 상반되는 결과이다.

- 대장균의 경우, 여름철 풍수기에 높은 값을 보이고 A-3 지점이 상대적으로 높다는 점을 제외하면, 뚜렷한 경향을 발견할 수 없었다.

나. 부남호의 수심별 수질특성

- 채수지점 가운데 최대 수심은 16 m이었으며, 매번 측정지점이 일정하지 않아 각 지점별 상대적인 수심에 다소 차이가 있었다.

- 부남호 B-1 지점의 겨울철과 여름철 수온분포에 의하면, 부남호는 간월호와 는 달리 성층이 형성되어 있음을 확인할 수 있다(<자료집 그림 Ⅲ-4-39> 참고). 또한, 성층현상에 의해 pH와 DO도 수심에 따라 큰 차이가 있었다. 호수 저층부에 해당되는 B-13 지점과 B-22 지점의 경우에는 계절에 관계없이 용존산소가 거의 없는 혐기성 상태로 유지되고 있는 것으로 판단된다.

- 전기전도도의 경우, 배수갑문에 가까운 B-11, B-12, 그리고 B-13 지점의 전기전도도 값이 다른 지점에 비해 높았으며, B-22 지점을 제외한 다른 지역은 계절에 따른 차이를 보이지 않았다. 염분농도도 전기전도도와 마찬가지로 배수갑문에 가까운 지점인 B-1 지점이 다른 지점에 비해 높았으며, 심수층의 염분농도가 표수층보다 높은 점을 고려하면 부남호 저층부에 고밀도 염분층이 존재하고 있는 것으로 판단된다(<자료집 그림 Ⅲ-4-40> 참고). 결론적으로 부남호의 전기전도도와 염분농도는 간월호에 비해 매우 높고, 부남호 심수층에는 염분농도가 해수의 80 %에 육박하는 염분층이 존재함을 확인할 수 있었다.

3.4.2 유역 오염원의 적정관리에 따른 호소 수질개선 효과 평가

간월호 및 부남호의 상류지역으로부터 유입되는 유역 내 환경기초시설의 설치와 기타 호소 관리방안의 적용에 따른 오염부하 삭감량(최종보고서 3.2.2.2절 참조)을 적용하여 이로 인한 장래 호소의 수질개선 효과를 보정된 수질모형을 이용하여 예측하였다. 호소의 단기수질예측은 2001∼2005년까지 호소수 수질 4등급을 달성하고, 장기예측은 2006∼2010년까지 호소수 수질 3등급까지 개선하는 것으로 정하여 수질을 예측하였다.

3.4.2.1 간월호의 장래 수질예측

3.4.2절에서 WASP5를 이용하여 보정된 수질모형을 바탕으로 간월호의 BOD농도에 대한 장래 수질예측 결과를 대표적으로 <그림 3-4-4>에 나타내었다.

- 유역에서 유입되는 오염물질의 부하량이 감소함으로 인해 호내 BOD 농도가  감소하여 장래 수질이 많이 개선되는 것으로 모의되었다.

- 특히, 유역으로 유입되는 오염물질의 영향을 가장 많이 받는 Seg 1은 현재 수질보다 2005년의 수질이 개선되는 것을 볼 수 있었으나, 다른 구간은 2005년과 2010년 사이에도 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

- 2005년 각 Seg간의 BOD 농도를 COD로 환산한 결과, Seg 2와 3만이 호소수 수질 4등급 미만인 것으로 나타났으며, 2010년에는 간월호 전체가 목표치인 호소수 수질 3등급을 달성하지 못하는 것으로 나타났다.

- 이는 호소 외부에서 유입되는 오염물의 저감만으로는 호내 유기물 농도를 낮추는데는 한계가 있다는 것을 나타내는 결과이며, 이를 해결하기 위해 보다 적극적인 호소 내부대책이 필요한 것으로 판단된다.

<그림 3-4-4> 간월호의 장래 BOD 농도 예측결과

3.4.2.2 부남호의 장래 수질예측

3.4.2절에서 WASP5를 이용하여 보정된 수질모형을 바탕으로 부남호의 BOD농도에 대한 장래 수질예측 결과를 대표적으로 <그림 3-4-5>에 나타내었다.

- BOD의 경우 대부분의 소구간에서 현재 수질보다 2005년과 2010년의 수질이 매우 큰 폭으로 개선되는 것으로 예측된다.

- 2005년 COD값으로 환산한 각 소구간의 수질은 상층부인 Seg 1∼4구간에서 목표치인 호소수 수질 4등급 미만을 나타내었으나, 2010년에는 호소수 3등급을 약간 상회하는 값을 나타내었다.

<그림 3-4-5> 부남호의 장래 BOD 농도 예측결과

3.4.3 호소 수질개선 및 관리방안

3.4.3.1 조류 제거를 통한 수질개선

- 간월호와 부남호의 경우 부영양화로 인해 호수의 생산성이 매우 높아 별도의 조류제거용 설비를 도입하여 운영하는 것이 바람직하다고 판단됨.

- <표 3-4-1>은 이동식 조류제거장치의 시설비와 운영비를 대략적으로 산출한 자료임. 시간당 1,000 m3의 담수를 처리할 때 시설비는 약 3억원, 월 유지관리비는 약 1천만원, 그리고 월 슬러지 처분비는 약 680만원으로 예상됨.

<표 3-4-1> 이동식 조류제거장치의 시설비와 운영비

구분 (용량)	제작설치비 (천원)	월 유지관리비(천원)			슬러지 발생량 (m3/day)	월 슬러지 처리비용(천원)	관리인원
1000 m3/hr	300,000	동력비	3,355	소계 : 10,382	7.6	6,840	2
		약품비	3,027
		인건비	4,000
2000 m3/hr	500,000	동력비	6,710	소계 : 20,761	15.2	13,680	4
		약품비	6,051
		인건비	8,000
5000 m3/hr	1,000,000	동력비	16,776	소계 : 43,908	38.0	34,200	6
		약품비	15,132
		인건비	12,000

3.4.3.2 제염암거를 이용한 염수의 배제 및 응집처리(부남호)

- 심하게 오염된 상태인 것으로 예상되는 염수의 처리를 위해 적용 가능한 처리시스템은 고속응집침전과 모래여과이며, 그리고 필요하다면 포기 및 탈기공정을 추가하여 용존산소를 공급하고 예상되는 악취를 제거할 수 있다(<그림 3-4-6> 참고).

- 다음은 부남호로부터 일일 50,000 m3의 염수를 배제하여 처리할 때 담수화에 소요되는 기간을 계산한 결과이다. 먼저 부남호 수심 8 m 이하의 고농도 염수층을 대상으로 체적과 평균 염분농도를 각각 2.8 × 107 m3 및 18 ◀로 가정하면(개략설계서, 1979. 6.), 수리학적 체류시간은 약 560일로 계산되고, 염분농도가 약 1 ◀로 줄어드는데 걸리는 시간은 약 1620일(4.4년)이다.

- 일일 처리용량 50,000 m3의 고속응집침전 공정을 설치하여 약 5년간 계속 운전한다면 부남호의 염수를 효과적으로 배제할 수 있을 것으로 기대된다. 이렇게 설치되는 수처리공정은 향후 부남호 유역(B 지구)이 다른 용도로 개발될 때 오수나 공업용수 처리용으로 계속 활용될 수 있을 것이다.

- <표 3-4-2>은 제염배수 처리공정의 용량을 10,000 및 30,000 m3/day로 하였을 때 염분농도를 현재의 18 ◀에서 1 ◀로 감소시키는데 소요되는 기간과 대략적인 시설 및 운전비용을 정리한 것이다. 하루에 10,000 m3을 처리할 경우, 제염에 소요되는 기간은 약 22년이며, 30,000 m3을 처리할 경우 약 7.8년이 소요되는 것으로 계산된다.

<그림 3-4-6> 제염배수 처리공정

<표 3-4-2> 제염배수 처리공정의 용량별 시설비와 운영비

구분 (용량)	HRT (day)	T1) (년)	제작설치비 (천원)	월 유지관리비(천원)			월 슬러지 처리비용(천원)	관리인원
10,000 m3/day	2,800	22	2,500,000	동력비	5,000	소계 : 18,000	6,000	4
				약품비	5,000
				인건비	8,000
30,000 m3/day	990	7.8	3,500,000	동력비	7,000	소계 : 22,000	13,000	4
				약품비	7,000
				인건비	8,000
50,000 m3/day	560	4.4	5,000,000	동력비	10,000	소계 : 32,000	24,000	6
				약품비	10,000
				인건비	12,000

1) T=부남호 심수층의 염분농도가 현재의 18에서 1 ◀로 감소되는데 소요되는 기간