소양강댐 유역의 오염부하량 산정을 위한 BASINS/WinHSPF 적용

본 연구에서는 북한강 상류 지역인 소양강댐 유역에 BASINS/WinHSPF모델을 적용하였다. WinHSPF는 도시와 농촌지역 등이 혼재된 토지이용형태를 보이는 유역에 적용하기 적합한 모델로서, 산림이 대부분인 소양강댐 유역의 유출량 및 수질을 모의하고, 유역의 오염부하량을 분석하였다. 또한, 유역관리를 위해 인공습지와 저류지를 설치하였을 경우 WinHSPF의 Best Management Practice Evaluation(BMPRAC)을 통한 오염부하 삭감량을 산정하였다. WinHSPF 모델을 이용하여 유출량은 2000년부터 2004년까지, 수질 항목은 1990년부터 2004년가지 모의하였다. 모델 보정 결과 유량의 변화는 인북천, 북천, 내린천 세 곳 모두 강수량의 변화와 일치하여 변화하는 경향을 나타내고 있었고 모의치가 실측치를 대체적으로 잘 반영하였지만 유출량이 피크인 경우에 실측지에 비해 과소평가 되는 경향을 나타내었다. 이는 각 소유역에서 발생하는 강우량을 이용하여 모델을 구동한 것이 아니고, 일부 국한된 기상관측소의 자료만을 이용하였기 때문에 지역적인 차이가 나타났거나, 수위-유량 곡선을 통해 유출량을 산정하는 과정에서 수위가 높은 시기에 유량이 과도하게 계산된 경우가 있기 때문이라 판단된다. 수질항목은 온도, DO, BOD의 경우 예측값이 연중 수질변화패턴을 잘 반영하였다. TN과 TP는 모의치가 다소 과대, 과소평가되는 경향이 있었는데, 향후 보다 효율적인 유역관리를 위한 모델의 활용을 위해서는 정확하고 자세한 기상자료와 수문자료가 뒷받침되어야 하며, 실측지점의 특성을 대표할 수 있는 수질 및 유출량 측정이 이루어져야 할 것이다. 2000년부터 2004년가지 소양강댐 유역의 오염부하량은 강우량이 가장 논은 2003년에 BOD, TN, TP가 각각 4,109,674 kg $yr^{-1}$ , 6,457,315 kg $yr^{-1}$ , 104,186 kg $yr^{-1}$ 로 가장 높게 나타났다. 월별 부하량은 7월부터 9월에 배출되는 양이 BOD는 약 63.5%, TN 약 64.1%, TP는 약 64.4%를 차지하여, 강우 시 유출량이 증가하면 부하량도 비례하여 증가는 것으로, 강우 유출량에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 인북천, 북천, 내린천, 소양강 유역에서 BOD, TN, TP의 오염부하량은 약 98% 이상이 비점오염원으로부터 발생하는 것으로 분석되었는데, 이는 유역의 대부분이 산지와 농경지로서 산업시설과 같은 점오염원이 적고,강우 시 산림지역 및 농경지에서 많은 양의 비점오염원이 발생하기 때문으로 판단된다. WinHSPF모델의 BMPRAC를 이용하여 Scenario를 적용한 결과 부하량 삭감율은 저류지를 설치한 scenario 2가 가장 많이 감소하는 것으로 나타났다. 강우기(7 ${\sim}$ 9월)의 부하량 삭감율은 BOD의 경우 Scenario 1-1(처리용량 1,500 $m^3$ $day^{-1}$ 인 인공습지), scenario 1-2 (처리용량 1,000 $m^3$ $day^{-1}$ 인 인공습지), scenario 2(면적 4.2ha인 저류지)가 각각 연평균 6.9%, 4.8%, 7.1%의 감소를 보였다. TN은 4.7%, 3.4%, 13.4%의 삭감율을 나타내었으며, TP는 5.6%, 3.9%, 7.3%의 삭감율을 나타내었다. 본 연구에서는 적용하지 못하였으나, 인공습지와 저류지의 적절한 연계시스템을 적용한다면 저감시설 설치 부지면적과 비용의 감소뿐만 아니라 보다 효과적인 수질개선효과를 가져올 수 있으리라 판단된다. 【In this study, the Batter Assessment Science Integrating point and Nonpoint Sources (BASINS 3.0)/window interface to Hydrological Simulation Program-FPRTRAN (WinHSPF) was applied for assessment of Soyang Dam watershed. WinHSPF calibration was performed using monitoring data from 2000 to 2004 to simulate stream flow. Water quality (water temperature, DO, BOD, nitrate, total organic nitrogen, total nitrogen, total organic phosphorus and total phosphorus) was calibrated. Calibration results for dry-days and wet-days simulation were reasonably matched with observed data in stream flow, temperature, DO, BOD and nutrient simulation. Some deviation in the model results were caused by the lack of measured watershed data, hydraulic structure data and meteorological data. It was found that most of pollutant loading was contributed by nonpoint source pollution showing about $98.6%{\sim}99.0%$ . The WinHSPF BMPRAC was applied to evaluate the water quality improvement. These scenarios included constructed wetland for controlling nonpoint source poilution and wet detention pond. The results illustrated that reasonably reduced pollutant loadin. Overall, BASINS/WinHSPF was found to be applicable and can be a powerful tool in pollutant loading and BMP efficiency estimation from the watershed.】