고속도로 강우유출수와 배수로 퇴적물의 중금속 오염 특성 및 평가 연구

안용빈 강원대학교 대학원 2024 국내석사

고속도로를 이용하는 차량이 증가하면서 도로에 배출되는 오염물질의 양도 증가하고 있다. 차량에서 배출되는 중금속은 대기 수송이나 강우로 인해 인근 토양 및 수계로 유출될 수 있으며 그로 인해 인체나 수생태계에 악영향을 끼칠 수 있어 관리가 요구되고 있다. 고속도로에서 배출되는 중금속의 관리를 위해서는 중금속 오염 및 유출 특성을 파악하는 것이 중요하다. 그러나 고속도로에서 중금속의 오염 및 유출 특성을 파악하는 연구와 기초 자료가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 고속도로 배수로 2지점(HU, HD), 휴게소 배수로 1지점(RA), 인근 하천 배수로 1지점(ST)에서 강우유출수 모니터링 및 퇴적물 중금속 오염 분석을 수행하였다. 강우유출수 모니터링은 2022년 6월에서 10월까지 총 3회 수행하였으며 퇴적물 시료 채취는 2022년 4월에서 11월까지 총 7회 수행하였다. 강우유출수 중 suspended solids (SS), total organic carbon(TOC), 및 중금속(Zn, Cd, Pb, Cu, Cr, As)에 대해 분석하였으며 퇴적물 중 입도 및 중금속(Zn, Cd, Pb, Cu, Cr, Ni, As)에 대해 분석하였다. 배수로를 흐르는 강우유출수의 유량을 조사하여 유량가중평균농도(event mean concentration, EMC), 오염부하량과 초기세척비율(mass first flush ratio, MFFn)을 산정해 강우 유출 특성을 파악하였다. 퇴적물 중금속에 대해 중금속 오염 지수인 PI(Single pollution index), PINemerow(Nemerow pollution index)를 사용하여 중금속 오염도를 평가하였다. 강우유출수 모니터링 결과, 강우 초기 유출수에서 중금속의 농도가 고농도로 검출되었으며, 이후 농도가 급격히 감소하는 경향을 보였다. EMC 분석 결과 Cu, Pb, Zn, SS 및 TOC의 EMC가 하천 배수로에서 가장 높았다. 중금속 항목 중 Cu, Pb 및 Zn의 EMC가 고속도로 및 휴게소 배수로의 강우유출수에서도 고농도로 나타났다. 오염부하량 산정 결과, 강우량이 가장 많았던 1차 모니터링에서 오염부하량이 가장 높게 나타났다. Cu와 Zn의 오염부하량이 높게 나타났으며 Zn은 모든 모니터링에서 가장 높은 오염부하량을 가졌다. MFFn 산정 결과, 모든 지점에서 Zn, Cu, Cr 및 Pb의 MFFn이 누적 강우량 30% 이내에서 1.0 이상으로 나타나 초기세척효과가 발생한 것으로 나타났다. Cu, Pb, Zn 및 Cr의 EMC와 오염부하량이 높게 나타났고, 강우 초기 고농도를 보이는 것은 이들이 차량에서 배출되는 주요 중금속들이며, 도로 노면에 집적되어 있어 관리가 필요한 것으로 판단된다. 퇴적물 중금속 분석 결과, 고속도로 및 휴게소 배수로에서 Zn, Cu 및 Cr의 농도가 높은 것으로 나타났다. Zn은 고속도로 하행선 배수로에서, Cu와 Cr은 고속도로 상행선 배수로에서 가장 높았다. 중금속 오염 지수를 산정하여 오염도 평가를 실시하였다. 그 결과 고속도로와 휴게소 배수로에서 Zn, Cu의 PI 값이 very highly polluted 등급으로 나타나 Cu, Zn에 의한 오염이 매우 높은 것으로 나타났다. 중금속 오염도를 종합적으로 평가한 결과, PINemerow가 모두 heavy pollution 이상으로 나타났다. 중금속 간 상관분석 결과 중금속 사이의 높은 양의 상관관계가 나타났으며 이는 중금속들이 동일한 배출원에서 유래했음을 알 수 있었다. 본 연구를 수행한 결과, 강우유출수에서는 강우 초기에 차량에서 배출되는 주요 중금속인 Cu, Pb 및 Zn이 고농도로 유출되며, 배수로 퇴적물에는 Cu, Pb, Zn 및 Cr이 쌓여있는 것으로 나타났다. 따라서 고속도로와 휴게소에서 중금속 오염의 관리가 필요한 것으로 판단된다. Due to the increase in vehicles using highways, the amount of pollutants emitted on the roads is also rising. Heavy metals emitted from vehicles can be transported to nearby soils and water system through atmospheric transport or rainfall, adversely affecting human health and aquatic ecosystems, thus necessitating their management. To manage heavy metals emitted from highways, it is crucial to understand their pollution and runoff characteristics. However, there is a lack of research and basic data on the pollution and runoff characteristics of heavy metals on highways. This study monitored rainfall runoff and analyzed heavy metal pollution in sediments at two points in highway drainage(HU, HD), one point in rest area drainage(RA) and one point in nearby stream drainage(ST). Rainfall runoff monitoring was conducted three times from June to October 2022, and sediment samples were collected seven times from April to November 2022. The analysis included Suspended Solids (SS), Total Organic Carbon (TOC), and heavy metals (Zn, Cd, Pb, Cu, Cr, As) in the runoff, and grain size and heavy metals (Zn, Cd, Pb, Cu, Cr, Ni, As) in the sediments. The flow rate of the rainfall runoff in the drainage was measured to calculate the Event Mean Concentration (EMC), pollution load, and Mass First Flush ratio (MFFn). The heavy metal pollution in the sediments was evaluated using the Single Pollution Index (PI), Nemerow Pollution Index (PINemerow). The rainfall runoff monitoring results showed that heavy metal concentrations were detected at high levels in the initial runoff and then decreased rapidly. The EMC analysis indicated that Cu, Pb, Zn, SS, and TOC had the highest EMC in the stream drainage. Among the heavy metals, the EMC of Cu, Pb, and Zn was also high in the rainfall runoff from highway and rest area drainage. The calculation of pollution load revealed that the first monitoring, which had the highest rainfall, showed the highest pollution load. Cu and Zn had high pollution loads, with Zn having the highest pollution load in all monitoring. The MFFn calculation showed that Zn, Cu, Cr, and Pb had an MFFn of over 1.0 within the first 30% of cumulative rainfall at all points, indicating an first flush effect. The high EMC and pollution load of Cu, Pb, Zn, and Cr, which are major heavy metals emitted from vehicles and accumulated on road surfaces, suggest that their management is necessary. The sediment heavy metal analysis showed high concentrations of Zn, Cu, and Cr in highway and rest area drainage. The pollution index(PI, PINemerow) were calculated to evaluate pollution levels. The results showed that Cu and Zn in the highway and rest area drainage were classified as Very highly polluted according to the PI, showing severe contamination by Cu and Zn. The overall assessment of heavy metal pollution using PINemerow indicated Heavy pollution at all sites. Correlation analysis showed a high positive correlation between heavy metals, suggesting they originate from the same sources. In conclusion, the study found that major heavy metals such as Cu, Pb, and Zn are released in high concentrations in the initial rainfall runoff and that sediments in the drainage channels accumulate heavy metals such as Cu and Zn. Therefore, managing heavy metals is deemed necessary to reduce non-point source pollution.

지하저류시설 설치에 따른 우수유출수 활용 방안

최종영 仁川大學校 大學院 2004 국내석사

오늘날 지역의 도시화 및 산업화가 진행되면서 불투수면적이 점차 증가하고 있고, 이에 따라 도시홍수피해도 증가하고 있다. 수량적 측면에서는 우기의 홍수피해와 함께 건기의 가뭄피해가 증가하고 있고, 수질적 측면에서는 각종 오염물질이 우수유출수와 함께 수계로 유출됨으로써 여러 가지 수질오염문제를 일으키고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해 실험유역에 인공강우장치 및 지하저류시설을 설치하여 실험을 실시하였다. 인공강우 실험과 실제강우 실험을 통하여 우수유출수의 여과 및 유출저감 효과를 분석하였다. 또한 지하저류시설의 설치를 통한 우수유출수의 활용방안에 대해 연구하였다. 인공강우 실험을 실시한 결과, 유출수의 55농도는 평균 68 %의 여과율을 나타냈으며 총 유출량의 감소는 42.8 %~79.9 %로 나타났다. 저감된 유출수는 지하저류시설에 저류되어 이용할 수 있으며, 불투수면적이 늘어나고 유출량이 증가할수록 더 많은 수자원확보 효과가 기대된다. 실제 강우사상에서 실험을 통해 우수유출수의 오염특성을 알아본 결과 BOD, COD_(Mn) 값은 강우강도에 상관없이 양호한 값을 나타냈으며, T-N, T-P 값은 강우가 지속됨에 따라 감소하는 경향을 보였다. 오염원 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 SS농도는 여과율이 67.9 %로 수질오염원 중 가장 높은 여과율을 보였으나 여과수의 평균 55농도는 60mg/ℓ로 비교적 큰 값을 보였다. 우리 나라 수질기준(하천)에 의해 여과저류장치를 통해서 저류되는 우수유출수는 Ⅳ등급으로 나타났으며, 공업용수 2급, 농업용수, 하천유지용수 등으로 활용할 수 있다. As the cities are urbanized and industrialized, the impermeable area is increased and it is caused of the urban flood damage. As the result it is frequently represented that floods occur in the rainy season, draughts occur in dry season, And also environmental problems are occurred by various pollutants which are included in rainfall runoff. In this study, in order to improve these problems, it is installed with artificial rain-facility and sub-soil storage. and it was analyzed efficient of filtering and reducing of through using rainfall and artificial rainfall and also it studied the way to apply storage water in sub-soil storage. At the artificial rainfall experiment, SS concentration was reduced 68 %, and total runoff volume was reduced 42.8 % ~79.9 %. Reduced runoff was stored in sub-soil storage it would be used as water resources. The reduction rate of the 55 concentration was 68% and runoff volume was varied form 42.8 % to 79.9 % with the artificial rainfall experiment. It could be used reduction volume of runoff through the installation of sub-soil storage and the more impermeable area would be broaden the more water resources would be increased. In the rainfall, BOD and COD_(Mn) was indicated equal value without intensity and duration. But T-N, T-P Was decreased by duration. The average reduction rate of the 55 was 67.9%, and average concentration of the filtering rainfall runoff was 60mg/ℓ. The rainfall runoff through installation of sub-soil storage was Ⅳ grade by water quality standard of stream, it could be used for industrial water Ⅱ, agricultural water and instream flow.

연안역주변의 노면강우유출수가 해변오염에 미치는 영향에 관한 연구

차석용 가톨릭관동대학교 2015 국내석사

ABSTRACT The study on influence of beach front-pollution from surface pavement storm water runoff in coastal zone surrounding 1.1. Cha sek-yung 1.2. Major in civil engineering Graduate school cathloic kwan dong university Supervised by professor yook woon -soo Stormwater including nonpoint source (NPS) pollutants has been designated as a major reason for the worsening of receiving beach contamination area in coastal surrounding zone. The Deposited Road Particles(DRPs) characteristic of the non-point source pollution varies depending on the land use, rainfall and geographical features.Deposited Road Particles(DRPs) of Imperviousness storm water run-off contains hazardous contaminants such as heavy metals, hydrocarbons, and fuel additives. For improve beach contamination area of coastral surrounding zone need in treatment facility for imperviousness storm water-runoff. this study observe the component of Deposited Road Particles(DRPs) from road storm water run-off. therefore, this study take out the Polluto-Hydro-graphs and analysised run-off of Deposited Road Particles(DRPs) Especially,run-off characters of Deposited Road Particles(DRPs) is very import facter the treatment facility design. present study producted the first flush Phenomena from the imperviousness road storm water run-off of area of the kang-mun(K-1),zu-munjin(G-1) in east coastral surrounding zone. first flush determines from first flush Phenomena of Polluto-Hydro-graphs was very import in nonpoint source (NPS) pollutants contral. This indicates that the treatment facility design of the storm water run-off first flush pollution will definitely improve the beach contamination area. The contribution load of the EMC(event mean concentration) by the storm water to Kang-mun area was SS 89.3mg/l, BOD 23mg/l, COD 1884mg/l, T-N10.3 and T-P 0.43 coliform 381MPN. The inflow load of the non-point source pollutants was much higher than the water inflow and beach contamination area load was much higher the inflow pollution load. The accumulated runoff pollution load by the storm water first flush was more than 70% of the total load. The amount of the storm water volume was less than 20min which is 15% of the total volume. this study was calculated the first flush ratio(MFFn) from accumulated volume and mass load. The inflow load of the non-point source pollutants was much higher than the water inflow and beach contamination area load was much higher the inflow pollution load. Between the components of storm runoff and concentrations of the beach contaminated area is correlated a significant (R2 = 0.680).

A Study on Fire Water Runoff Retention System to Prevent Water and Soil Pollution at Hazardous Material Handling Facilities

Lee, Junhee 연세대학교 공학대학원 2025 국내석사

When fires occur at hazardous material handling facilities, fire water runoff mixed with hazardous chemicals causes water and soil contamination. Such environmental pollution can persist for extended periods, causing serious damage to ecosystems and human health. According to statistics from the Korea Chemicals Management Association, fire and explosion accidents account for approximately 14% of all chemical accidents over the past five years (2019-2023). Fire department data shows that there are 349 large-scale hazardous material manufacturing facilities and 494 storage and handling facilities exceeding 3,000 times the designated quantity, with 352 hazardous material accidents occurring over the past five years. Notably, 96.94% of all hazardous materials are Class 4 (flammable liquids), some of which can be harmful to aquatic environments, posing environmental contamination risks when discharged with fire water runoff during fires along with fire risks. The 1986 Sandoz fire accident in Switzerland resulted in contaminated fire water runoff flowing into the Rhine River, causing direct damages of 134 million euros and destroying aquatic ecosystems along 700km downstream. In Korea, environmental contamination accidents caused by fire water runoff during major fires are frequently reported in the media, but it is difficult to determine specific damage scales. Representative cases include the 1991 Nakdong River phenol leak accident causing 21 billion won in damages and contaminating the water source for 10 million downstream residents, the 2012 Gumi hydrogen fluoride accident resulting in 55 billion won in direct damages, and the 2024 Hwaseong hazardous material storage warehouse fire that generated 70,000 tons of contaminated water and polluted 8.5km of waterways across two cities. Current domestic regulations primarily focus on preventing routine leaks, lacking integrated management standards for environmental pollutants that may be discharged with large volumes of fire water runoff during major fires. This study aims to analyze European fire water runoff retention system operation cases and develop risk assessment methods and system design standards compatible with domestic legal frameworks to present specific policy measures for phased implementation. This study analyzed European fire water runoff retention systems and presented new risk assessment methods suitable for domestic conditions utilizing fire difficulty grades from the Hazardous Materials Safety Management Act and MSDS standards from the Occupational Safety and Health Act. Field applicability was enhanced by limiting assessment targets to environmentally hazardous substances under hazardous material regulations. For system design, comprehensive technical elements were considered including systematic waste management, stormwater management systems incorporating rainfall contribution calculations based on Korea's 30-year frequency design standards, installation of impermeable oil barriers, and optimal design through hydraulic modeling. Additionally, standardized calculation methods for sprinkler and outdoor fire hydrant systems were presented by analyzing fire water runoff generation volumes according to facility classifications under the Hazardous Materials Safety Management Act. Economic feasibility analysis was conducted through a scenario involving Grade II fire difficulty hazardous material manufacturing facilities, calculating fire water runoff retention capacity and installation costs. The analysis demonstrated that installation costs of approximately ₩590 million represent only 2.2% of past accident damages (Nakdong River: ₩21 billion) and less than 1% of major accident costs (Gumi accident: ₩55 billion), showing exceptional economic value. Current legal frameworks were analyzed to designate the Ministry of Environment as the lead agency for fire water runoff retention system construction, establishing an integrated management system that maintains compatibility with existing environmental regulations while cooperating with the fire department. This study holds academic significance as the first systematic introduction plan for fire water runoff retention systems in Korea and practical value by presenting specific system standards applicable to industrial sites. The risk assessment method considering compatibility with domestic legal frameworks is expected to enhance system construction effectiveness and provide cost-effective environmental protection infrastructure. 위험물 취급시설에서 화재가 발생할 때 유해물질과 혼합된 소화 유출수는 수질 및 토양오염을 야기한다. 이러한 환경오염은 장기간 지속되어 생태계와 인간 건강에 심각한 피해를 초래할 수 있다. 화학물질안전원 통계에 따르면 화재·폭발로 인한 화학사고는 최근 5년간(2019-2023) 전체 화학사고의 약 14%를 차지한다. 소방청 자료에 의하면 지정수량의 3,000배를 초과하는 대규모 위험물 제조시설 349개소, 저장·취급 사업장 494개소가 있으며, 최근 5년간 352건의 위험물 사고가 발생했다. 특히 전체 위험물의 96.94%가 제4류(인화성 액체)이며, 이 중 일부는 수생환경에 유해할 수 있어 화재 위험과 함께 소화 유출수 배출 시 환경오염 위험이 있다. 1986년 스위스 산도즈 화재사고는 오염된 소화 유출수가 라인강으로 유입되어 1억 3천 4백만 유로의 직접 피해와 하류 700km 구간의 수생태계 파괴를 초래했다. 국내에서도 주요 화재 시 소화 유출수로 인한 환경오염 사고가 언론에 빈번히 보고되고 있으나 구체적인 피해 규모 파악은 어려운 실정이다. 대표적 사례로는 1991년 낙동강 페놀 유출사고로 210억원의 피해와 하류 1천만 주민의 식수원 오염, 2012년 구미 불산 사고로 550억원의 직접 피해가 있었다. 특히 2024년 1월 화성 위험물 보관창고 화재에서는 유해화학물질 48톤과 위험물 264톤 등 총 361톤이 누출되어 약 7만톤의 오염수가 발생했다. 구리, 벤젠, 나프탈렌 등 수질유해물질이 기준을 2~36배 초과하고 생태독성이 16배 이상 초과하여 화성·평택 지역 8.5km 구간의 수로가 심각하게 오염되었으며, 이는 소화 유출수 저류시설의 필요성을 명확히 보여준다. 현행 국내 법규는 일상적 누출 방지에 주로 초점을 맞추고 있어, 대형 화재 시 대량의 소화 유출수와 함께 배출될 수 있는 환경오염물질에 대한 통합적 관리기준이 부족하다. 본 연구는 유럽의 소화 유출수 저류시설 운영사례를 분석하고, 국내 법체계와 호환 가능한 위험성 평가방법 및 시설 설계기준을 개발하여 단계적 도입을 위한 구체적 정책방안을 제시하고자 한다. 본 연구는 유럽의 소화 유출수 저류시설을 분석하고 위험물안전관리법의 소화난이도 등급과 산업안전보건법의 MSDS 기준을 활용한 국내 여건에 적합한 새로운 위험성 평가방법을 제시했다. 위험물 법규에 따른 위험물 중 환경유해물질로 평가 대상을 한정하여 현장 적용성을 높였다. 시설 설계를 위해 체계적 폐기물 관리, 한국의 30년 수문 설계빈도 기준에 따른 강우량 기여도 산정이 포함된 우수관리시설, 불투수성 방유제 등 종합적인 소화 유출수 누출 방지 방안을 고려했다. 또한 위험물안전관리법상 시설 분류에 따른 소화 유출수 발생량을 분석하여 스프링클러 및 옥외소화전에 대한 표준화된 산정방법을 제시했다. 소화난이도 2등급의 위험물 제조시설에 대한 시나리오를 가지고 소화 유출수 저류용량 산정과 함께 설치비용을 분석한 결과, 약 4억 6천 9백만원의 설치비용은 과거 사고 피해액(낙동강: 210억원) 대비 2.2%, 주요 사고비용(구미사고: 550억원) 대비 1% 미만, 최근 화성사고(1,000억원) 대비 0.45%에 불과하여 사전 예방투자의 경제적 가치가 입증되었다. 현행 법체계를 분석하여 환경부를 소화 유출수 저류시설 구축의 주관기관으로 제시하고, 기존 환경법규와의 호환성을 유지하면서 소방청과 협력하는 통합관리체계를 구축했다. 본 연구는 국내 최초로 소화 유출수 저류시설에 대한 체계적 도입방안을 제시한 학술적 의의와 산업현장에 적용 가능한 구체적 시설기준을 제시한 실용적 가치를 갖는다. 특히 국내 법체계와의 호환성을 고려한 위험성 평가방법은 시설 구축의 실효성을 높이고 비용 효과적인 환경보호 인프라를 제공할 것으로 기대된다.

초기강우로 인한 도로 유출수의 수질특성

오상호 한밭大學校 産業大學院 2007 국내석사

본 연구의 목적은 최근 들어 비점오염원에 대한 중요성을 인식하고 다양한 저감 방안을 모색하고 있는 현실에 착안하여 대전광역시에서 배출되는 도로 유출수의 수질 특성과 초기 강우에 따른 유출수의 오염을 조사하고 대전광역시에 적용 가능한 수질보전 대책과 유출수의 오염을 저감할 수 있는 적용방안에 대한 연구에 활용 하고자 함에 있다. 고밀도 도시지역의 주요 비점오염원으로는 합류식 하수관 월류수(Combined Sewer Overflow ; CSO)와 도로면의 강우 유출수(Sanitary Sewer Sverflow ; SSO)를 들 수 있는데, 이중 도로 유출수는 부유물질 이외에도 다양한 유해 물질을 함유하고 있고 특히, 강우 초기에는 오염물질이 매우 높은 농도로 배출되며 이로 인해 하천 및 도로 주변의 식생에도 많은 영향을 미치고 있다. 강우 시 도로 유출수의 특성을 분석하기 위한 연구 대상 조사 지역으로 외곽 도로로는 덕명교 지점의 교량배출구와 도심지내 도로로는 가장교 지점, 주거용 진입도로로는 덕명동 우수토구 지점을 선정하였으며, 수량조사로는 조사대상지역의 강우현황(강우강도, 누적강우량)과 유량을 조사하였고, 수질 조사 항목으로는 현장에서는 수온, 전기 전도도 및 pH를 실험실에서는 SS와 COD, TN 및 TP와 자동차 통행과 관련이 있는 중금속류(Fe, Cu, Cr, Pb, Zn)와 입경분포특성을 각각 3회에 걸쳐 조사하였다. 조사 내용을 중심으로 유출특성을 분석한 결과는 3개 조사지점에서 조사한 도로유출수의 수질은 조사 장소나 강우에 약간의 차이는 있으나 강우 초기에 농도가 높고, 유출이 지속되면서 농도가 낮아지는 경향을 보였다. 수질농도의 차이로는 교통량이 많은 도심 지점인 가장교 부근의 수질이 가장 높았고, 다음으로는 도시 외곽도로인 덕명교 지점이었으며, 교통량이 적은 덕명토구 지점은 수질농도가 가장 낮았다. 조사기간 중 3개 지점의 평균 유량가중 평균치(Event Mean Concentration ; EMC)는 비교적 높은 농도를 보였으며 이러한 원인은 자동차 통행에 오염물질 배출 외에 조사기간 중에 극심한 황사현상과 꽃가루가 원인일 것이다. 초기강우 유출특성을 누적유출 유량비에 대한 누적유출 오염 부하량의 비를 도시하여 기울기의 개형으로 평가한 결과 초기유출특성이 나타났다. 이는 초기 강우가 작더라도 초기에 높은 농도로 유출되는 것을 의미하며, 오염물질 제어를 위해서는 초기 강우 유출수에 대한 대책이 효과적일 것으로 판단된다. The purpose of the study is to make the preservation countermeasure for the quality of water and applicability to reduce the pollution of runoff in Daejeon Metropolitan City by recognizing the importance of nonpoint pollution source, searching for many mitigation methods, and also investigating the quality of water of road runoff and the pollution by initial rainfall which was turned out in Daejeon Metropolitan City. The main nonpoint pollution sources in high population density are combined sewer overflow(CSO) and sanitary sewer overflow(SSO). Between them, the road runoff contains various harmful materials as well as suspended solids. Particularly, the pollutants is drawn off highly in initial rainfall. It affects water and vegetation near the road. To analyze the quality of road runoff, few research areas were selected. Outskirt roads are bridge outlet in Dukmyoung bridge area, Gajang road area for downtown, Dukmyoung rainout fall area for residential approach road. To investigate the quantity of water, we examined the status of rainfall (rainfall intensity, accumulated rainfall) and flow rate in the above research areas. In case of the quality of water, water temperature, conductivity, and pH were examined. SS, COD, TN, TP, heavy metals(Fe, Cu, Cr, Pb, Zn) related to traffic passing, and the quality of particle size distribution were examined on 3 times each. The results of the research on the quality of outflow in three investigation area is that the quality of water for road runoff differs from research arear or rainfall. The density is high, and then the density was lowered by continuing outflow in initial rainfall. The difference of water density is that Gajang Bridge area is the highest, which is downtown area having much traffic. In the next, Dukmyoung bridge area is high, which is located city outskirt road. Dukmyoung sewer outlet is the lowest, which has little traffic. EMC is comparatively high in three areas during the research period. The reasons are pollutants caused by traffic and also severe yellow dust and pollen during the research period. It means that the density of road runoff is high, although initial rainfall is small. To control the pollutants, the countermeasure for the first flush is effective.

酸性降下物 및 山林地域 流出水가 住岩湖 水質에 미치는 影響

김남종 조선대학교 대학원 2007 국내박사

Atmospheric pollutants were regarded as non-pointed source pollutants, since nitrogen compounds such as ammonium and nitrate among atmospheric pollutants influence on soil and water quality. It is significant to measure precipitation amount and estimate nitrogen precipitation unit, because chemical composition and precipitation amount within Juam basin are different from other areas. Outflow characteristics of rainfall in forest area varied according to tomography, geological features, species of trees, shape of forest trees and humic deposit. Therefore the area of forest zone near Juam lake by forest types was examined and outflow amount from forest zone was estimated through examining rainfall outflow rate by forest types. Rainfall by time, outflow by forest types, area of survey zone and water quality of runoff were investigated and unit pollutant loading factor by forest types was calculated. Non-pointed pollutant loading of forest zone near Juam lake estimated on the basis of those values could be applied as basic data to establish the countermeasure for management of Juam basin. We accomplished a comparative study on the water quality of runoff from forest zone by forest tree types (broad-leaved, conifer, mixed and herbage area), water form valley, 3 major streams flowed to Juam lake and main stem of Juam lake. And the relationship between pollutants from forest area and water quality of water from valley, stream and Juam lake was investigated. Conclusions of this study were as follows: (1) Annual soluble cation amount among precipitation materials was Na+ > Ca2+ > NH4+ > Mg2+ > K+, and annual average concentration of each cation was Na+ 96.84μeq/L, which occupied about 35% of whole cation, Ca2+ 74.71μeq/L, Mg2+ 58.05μeq/L, NH4+ 53.94μeq/L and K+ 19.92μeq/L. Annual soluble anion amount was SO42- > Cl- > NO3- , and annual average concentration was SO42- 73.63μeq/L, which occupied about 35% of whole cation, Cl- 56.48μeq/L and NO3- 10.84μeq/L. (2) Nitrogen precipitation amount of Juam basin was 78,714 kg/month(August, 2005), 44,763 kg/month(February, 2005) and 40,897 kg/month(April, 2005) in the order of high amount and 11,960 kg/month(September, 2004), 12,972 kg/month(October, 2004), 14,907 kg/month(December, 2004), and 16,125 kg/month(November, 2005) in the order of low amount. The difference between the highest and the lowest month was about 6.5 times. The share rate of nitrogen loading by forest tree types was 58.13% in conifer, 23.29% in mixed and 18.49% in broad-leaved area. Monthly average nitrogen loading of Juam basin during one year from September, 2004 was 31,879 kg/month and annual loading was 382,547 kg/year. (3) Water quality analysis results of runoff by forest tree types were as follows. Annual BOD, CODMn and CODCr concentration of runoff in conifer area was high, and particle and biological recalcitrant compounds were flowed highly. SS, T-N and T-P concentration was high in runoff from broad-leaved area, and biological degradable compounds was flowed. Water quality of water from valley was maintained good under non-rainfall and could be utilized as fresh drinking water. Through water quality standard investigation, a countermeasure establishment was necessary to secure a good quality of drinking water BOD, CODMn, and CODCr concentration of Bo-sung river was higher 1.5 times than other 2 streams, and because of high T-N, and T-P concentration in Songgwang stream, the management for this was necessary. (4) Unit pollutants loading factor of non-pointed pollutants was the highest in broad-leaved area as SS 160.7 kg/ha/ year, BOD 9.8 kg/ha/year, CODMn 14.2 kg/ha/year, CODCr 200.8 kg/ha/year, T-N 6.248 kg/ha/year, and T-P 0.178 kg/ha/year, while was the lowest in conifer area as SS 29.5 kg/ha/year, BOD 6.0 kg/ha/year, CODMn 7.9 kg/ha/year, CODCr 80.6 kg/ha/year, T-N 2.263 kg/ha/year, and T-P 0.122 kg/ha/year. (5) Non-pointed pollutants loading by forest tree types was the highest in conifer area as BOD 127.10ton/year, CODMn 167.67ton/year, CODCr 1,699.95ton/year, T-N 47.74ton/year and T-P 2.57ton/year, while SS loading was the highest in broad-leaved as 1,078.60ton/year. (6) The physico-chemistry characteristics of humics are below. The SUVA(Specific Ultra-vlolet Absorbance) of forest tree types was in the order of an conifer, broad-leaved tree, herbage and mixed area. The SUVA of rivers was in the order of Bo-sung river, Songgwang stream and Dong-bog stream. Middle and high molecular compounds were rich in soil, while low and middle molecular compounds were in Juam lake. Humic materials in soil and Juam lake had similar structure characteristics, and aliphatic and aromatic compounds were detected in soil humics but not aliphatic compounds in Juam lake. 7) The correlation coefficient between DOC and Chlorophyll-a was significant (R2 = 0.714). Although the upperstream and downstream of Juam lake were affected by non-point source of forest reigons, SUVA in Juam lake was low probably due to decomposition and transformation of the outside origin substances inflowed.

도시지역 비점오염원 유출 저감을 위한 강우 유출수 관리방안

김선태 연세대학교 공학대학원 2006 국내석사

본 연구에서는 토지이용별 우수유출과 비점오염원 유출관계를 살펴보고, 비점오염원 저감시설에 의한 수질개선 효과 분석 및 강우 유출수 관리방안 등에 대해 고찰하였다.강우 유출에 따른 비점오염물질의 유출특성을 살펴보면, BOD, COD, SS, T-N, T-P의 경우 초기 강우 유출수에서 비교적 높은 농도를 나타내는 초기세척효과(first-flushing)를 나타내었으나, 중금속(Zn, Cd, Pb, Cu)의 경우는 초기세척효과 및 강우 유출 경향과의 유의성이 나타나지 않았다. 비점오염물질의 지역평균농도(SMC)를 살펴보면, BOD의 SMC는 5.3∼12.1mg/L의 범위로 비교적 낮은 농도를 나타내었고, COD 및 SS의 SMC는 각각 115.9∼67.7mg/L, 22.7∼126.6mg/L의 범위를 보이고 있으며, 자동차도로에서 가장 높은 농도를 나타내었다. T-N의 SMC는 3.26∼9.62mg/L의 범위를 보이고 있으며, 상업지역에서 가장 높은 농도를 나타내었으며, T-P의 SMC는 0.09∼0.48의 범위를 나타내었다. 중금속(Zn, Cd, Pb, Cu)의 SMC는 비교적 자동차도로 및 주차장에서 높은 농도를 나타내었다.강우 유출수의 침전특성 실험결과 전반적으로 강우 유출수의 침전특성은 양호하였으며, 일반적으로 12시간의 침전만으로도 총고형물질의 60∼90%의 침전제거가 가능한 것으로 나타났다. 일반집수정과 침투집수정에서의 우수유출 특성을 살펴보면, 일반집수정의 경우 강우량이 증가함에 따라 유출량도 선형적으로 정비례적으로 증가하였으나, 침투집수정의 경우는 일반 집수정에 비해 유출량이 현저히 저감되었으며, 20mm 이하의 강우에서는 유출이 거의 발생하지 않았다. 비점오염물질의 유출특성이 주로 초기 강우 유출수에서 높은 오염농도를 보이는 점을 감안하면, 침투집수정의 설치를 통해 비점오염부하의 상당부분을 저감할 수 있으리라 판단된다.강우에 의한 오염물질 유출특성은 초기 강우 유출수에서 비교적 높은 오염농도를 나타내고 우리나라의 경우 전체 강우사상의 80% 이상이 20mm 이하의 소규모 강우이므로, 비점오염원 저감을 위한 강우 유출수 처리시설은 약 20mm 정도의 강우를 기준으로 설계되어도 전체 강우사상의 80% 이상을 처리할 수 있으며, 해당 집수유역의 비점오염부하의 상당부분을 저감할 수 있을 것으로 판단된다.비점오염원 관리를 위해서는 우수유출수 처리시설의 설치와 병행하여 사전에 비점오염원을 제거하는 노력이 필요하다. 즉 주기적인 도시청소의 실시, 장마전 맨홀 및 우수관거설비의 점검 및 청소, 유수지 바닥의 퇴적물 준설, 건설지역의 강우 유출수 방지턱 설치 등을 통해 도시지역에 산재해 있는 각종 비점오염원을 사전에 제거해야 할 것이다. Correlation between the storm runoff and non-point pollutions runoff according to a use of land, analysis of an effect on improvement of water quality by facility for reducing of non-point pollutions, method for the control of storm runoff, and so on were studied.The runoff characteristics of non-point pollution materials by storm runoff showed that BOD, COD, SS, T-N and T-P featured the first-flushing effect, showing relatively high concentration in earlystage storm runoff. However, the heavy metal(Zn, Cd, Pb, Cu) showed no meaningful significance with the first-flushing effect and storm runoff tendency. The Site Mean Concentration(SMC) of non-point pollution materials according to the use of land revealed that the SMC of BOD was in relatively low concentration in the range of 5.3∼12.1mg/L. The SMC of COD and SS ranged from 115.9∼67.7mg/L and 22.7∼126.6mg/L, respectively, and showed the highest concentration in motorway. T-N SMC from 3.26∼9.62mg/L and highest in commercial areas and T-P SMC from 0.09∼0.48. Heavy metal (Zn, Cd, Pb, Cu) SMC featured relatively high concentration in motorway and parking lots, which seems to be caused by the vehicular traffic.The result of storm runoff precipitation test showed, on the whole, relatively precipitation characteristics. 12 hours of precipitation was sufficient to remove 60∼90% of suspended solid. When examined the runoff characteristics of general receiving reservoir and infiltration receiving reservoir, the runoff volume in general receiving reservoir increased in proportion to the increase of rainfall while the runoff volume in infiltration receiving reservoir remarkably decreased compared to general reservoir. Little runoff was found in the rainfall volume under 20mm. Considering that the non-point pollution materialshave high pollution in the earlystage storm runoff, the infiltration receiving reservoir is expected to reduce considerable amount of non-point pollutions.Since the characteristic of pollution material runoff by rainfall shows relatively high pollution concentration in early stage runoff and more than 80% of the entire rainfall are 20mm and below in Korea, the storm runoff treatment facilities for the reduction of non-point pollution may be designed to cover approximately 20mm rainfall. It will be able to treat more than 80% of the entire rainfall and contribute to reduce considerably the non-point pollution burden in appropriate drainage area.For the control of non-point pollutions, preliminary efforts to remove the source of pollution should be made along with the installations of storm runoff treatment facilities. The efforts to remove the source of non-point pollutions in urban areas can be made through the periodic cleaning of cities, inspection/cleaning of manhole and rainwater irrigational facilities, dredging the bottom of detention reservoir and installation of storm runoff blocking slope in construction areas.

도시 강우유출수 특성조사 및 장치형 비점오염 저감시설의 제거효율 향상 연구

송영식 경북대학교 대학원 2010 국내박사

Many efforts of investment for treatment facilities such as wastewater treatment plants and sewer systems have limit in order to enhance the quality of lake and river. It resulted in more interests on the management of non-point source pollution. Many treatment facilities have been designed and operated including the storm filter and natural penetrating system to the ground. In this research, verifying on characteristics of runoff in urban areas was conducted in order to refer the results when non-point pollutants removal facilities were designed. And two different systems of lab-scale equipment was used in order to compare the pollutants removal efficiencies of vortex type equipment and ones of inclined plate settler. There were another experiment in order to improve the efficiency of vortex type equipment into which textile balls were input. In all three site-highway, industrial complex and residental areas, the results revealed that the concentrations of pollutants were higher in initial rainfall just as typical runoff in urban areas and the TSS showed relatively higher concentrations as 23 to 80 mg/L than other pollutants. It means particle materials are target pollutant to remove from initial run-off by non-point pollutants removal facilities. In case of vortex type equipment, the average removal efficiency of TSS was about 25% under three different inflow conditions and it showed increasing trend as the inflow rate increased. In case of inclined plate settler, the removal efficiency of TSS was about 35%. There were significant differences compare with vortex type facility, removal efficiencies were decreased as inflow rate increased in contradiction to vortex type. It seemed that the mechanisms between two systems are different, one is settlement by the centrifugal force, the other is by gravity, respectively. In case of vortex type equipment with textile balls, the removal efficiency of TSS was about 50% highest among three different equipments, it showed increasing trend as the inflow rate increased just as vortex type. It seemed that the collision and adsorption between textile balls and particles attracted enhance of removal efficiency. In this study, the inclined plate settler showed the potentiality as effective non-point reduction facility and the enhance of removal efficiencies was achieved by adding of textile balls in vortex type equipment. But it needs comprehensive consideration of management, treatment efficiencies of pollutants when large-scale of facilities are applied to the on-site.

자연적인 위치에너지를 이용한 수리동력학적 분리장치에 의한 강우 유출수 처리에 관한 연구

김연석 한서대학교 대학원 환경공학과 2012 국내석사

도시화, 산업화의 진전으로 토지개발이 가속화 되고 교량, 도로, 주차장등 불투수층 면적이 늘어남에 따라 비점오염원에 의한 하천, 호소의 수질영향이 커지고 있다. 도로 노면에서 강우와 더불어 유출되는 토사, 부유물질, 질소, 인 영양염류, 고농도의 중금속 등의 오염물질은 수집, 처리가 어려워 현재로는 처리 없이 바로 하천으로 유입됨으로서 수질을 오염시키고 이에 따라 물고기가 집단 폐사하거나 저서생물의 서식처가 파괴되어 수생태계가 교란되고 있다. 본 연구에서는 강우시 교량노면에서 발생되는 강우 유출수에 함유된 오염물질 제거방안을 구상한 결과 교량이 제공하는 자연적인 위치에너지를 활용한 처리기술인 수리동력학적 분리기술을 구상하게 되었다. 선행연구로 실시한 실험실 조건에서 수리동력학적 분리장치 분리실험을 운전한 결과 최적의 성능 및 설계인자를 도출한 후 실증플랜트를 설치하게 되었다. 수리동력학적 처리기술중 하나인 하이드로 사이클론은 가장 적은 용량으로 가장 효율적으로 입자상 오염물질을 분리 할 수 있는 기술로 이미 많은 사업에서 적용되고 있으며 외부동력원 없이 교량이 제공하는 위치에너지를 활용할 수 있는 장점이 있다. 수리동력학적 분리기술 성능 분석 결과 2~10m의 수압조건에서 교량노면 면적 500m2로부터 발생되는 강우 유출수에 함유된 30~90%의 TSS 분리효율을 달성하였다. 분리효율은 강우강도와 배수면적에 의해 결정되며 강우강도 7.0mm/hr일 때 5.4m의 압력이 생성되어 약 60%정도의 분리 제거 효율을 얻을 수 있다. As urbanization and industrialization increases, land development accelerates and with the expansion of impervious area including bridges, roads, and parking lots, influence on the water quality of rivers, streams and lakes, which is related to non-point source pollution, is becoming stronger and stronger. For rainwater outflow from road surface, collection and treatment of suspended solid including sediment, nitrogen, hardness, nutrients salt and high concentration heavy metal is difficult, especially those which are discharged into river and stream directly without any treatment. They cause pollution to water, fishes die in group, benthic organism's habitat is destroyed and the water eco-system is disturbed. The objective of this research is to conceive from the removal scheme of bridge surface rainwater outflow on rainy days, a treatment technology that can make flexible use of potential energy provided by a bridge. We call it hydrodynamic separation technology. Operating research results from the separation experiment done with the hydrodynamic separation facility under implemented laboratory condition showed the lowest property and after the design factor is derived, a proof plant is set up. Among the hydrodynamic treatment technologies, hydrocyclone has the best efficiency with the least quantity to separate particle pollution However it needs external power supply. It is a kind of treatment technology which tries to make flexible use of natural position energy provided by a bridge without external power supply like pump. The hydrodynamic treatment technology showed that 2~10m of water pressure condition can achieve outflow separation efficiency of 500m2 bridge surface area including 30~90% of TSS. Separation efficiency depends on the intensity of the rainfall and outflow area. When the rainfall intensity is 7.0mm/hr, 5.4m of pressure will occur and can achieve about 60% separation and removal efficiency.

주변 토지이용이 도로의 강우유출특성 및 장치형 비점저감시설에 미치는 영향분석

김경진 명지대학교 대학원 2012 국내석사

This study was performed to investigate and compare the effects of surrounding landuse activities on stormwater runoff from roadways and nonpoint pollutants removal equipments in Korea. Two separate monitoring stations were selected in Unhakdong and Wangsanri sites that were paved by No.45 roadways type. In case of Unhakdong (Site1) elevated roadway site, it does not include any surrounding landuse, whereas, Wangsanri (Site2) roadway site includes gas stations, accommodations, restaurant, and mountain. Periodic monitoring was conducted for total of twelve stormwater events from June-November, 2011. Water quality parameters such as electric conductivity, pH, temperature, and turbidity were measured in situ using field instruments (Model No. Horiba U-10), whereas, other pollutants such as, TOC, CODmn, SS, T-N, T-P, Chloride, n-H, Pb, Cu, Cr, and Cd were analyzed in laboratories according to standard method. The rainfall mechine(Model No. HB 3207-09) was installed at Site1 and Site2. The runoff flow was measured using automatic flow meter (model: PCM F) in Site1, whereas, in Site2, flow meter was used manually and was calculated for every 1~2 minute interval. In Site1, the concentration tendency decreased gradually for most of the pollutants after 1~2 hours of rainfall. In later period of rainfall event, the flow rate was increased, but pollutants didn’t show tendency to increase in concentration. Therefore, Site1 showed first flush effect (higher concentrations of pollutants at the beginning of runoff events). In Site 2, the majority of the pollutants concentration decreased in the initial period of stormwater event but in the later period, the concentration level increased or decreased with the flow rate change. As results of comparison of EMCs on road runoff of Site1 and Site2, it showed a significant difference of EMCs in monitoring sites. Overall, in Site2, EMC values of TOC, COD, SS, TN, TP, Cl-, n-H, Pb, Cu, Cr, and Cd were averagely 2.6times, 2.6times, 4.6times, 1.5times, 3.4times, 5.5times, 168times, 2.7times, 1.7times, 4.6times, and 1.2times higher than Site1. It means that Site2 is affected by surrounding the land use, though traffic volume in Site1 was almost 1.5 times higher than Site2. In this study, evaluation of nonpoint pollutants removal equipment, performance was also observed. In Site1, removal efficiency of Continuous Deflective Separation (CDS) was 37.53%, 28.47%, and 34.52% (maximum, minimum, average) and the can be compared to SS range 30~70% of common removal, whereas, Stormfilter did not operate well. it did not range in SS removal efficiency, it shows that nonpoint removal equipment in roadways installed for first flush effect. The results showed that roadway runoff became a mean of transportation for various pollutants due to micro landuse effect. After first flush effect, the change in pollutants concentration were also observed with rainfall variation which restricts and limits the nonpoint pollutant removal equipments efficiency. because those were designed considering first flush effect. Therefore this study suggests that surrounding landuse consideration in urban stormwater runoff is important characteristic to design, manage and control roadway runoff. 본 연구는 강우 시 주변토지이용이 도로의 강우유출수와 장치형 저감시설에 미치는 영향을 분석하기 위해 수행되었다. 모니터링 지점으로 선정된 곳은 경기도 용인시 처인구 왕산리(site1)와 모현면(site2)의 같은 45번 지방 국도로 선정하였다. 이 두 지점을 선정한 이유는 왕산리의 도로는 일부 고가도로이면서 방음벽이 설치되어 거의 주변토지이용에 영향을 받기 어렵고, 모현면의 도로는 주변에 숙박업소와 주차장, 음식점, 주유소, 산지 등이 있으면서 도로가 강우 시 주변토지지용에 영향을 받기 쉬운 구조를 가지고 있기 때문이다. 모니터링 기간은 2011년 6월부터 11월까지 총 18번의 샘플을 채취하였다. 분석항목으로는 TOC, CODmn, SS, T-N, T-P, Chloride, 노르말 헥산물질, 그리고 중금속인 Pb, Cu, Cr, Cd 등이 있다. Turbidity는 현장계측기(Model No. Horiba U-10)을 이용하여 현장에서 측정하였다. 그리고 각 연구지역의 강우량 조사는 현장에 강우량계(Model No. HB 3207-09)을 설치하였으며, 유량은 1~2분 간격으로 Automatic flow meter(Model No. PCM F)를 사용하여 조사하였다. 주변 토지이용에 거의 영향을 받지 않는 도로인 site1에 대한 강우유출수의 유량 및 일반항목 수질분석 결과를 살펴보면, 일반적으로 강우 발생 초기에 높은 농도를 나타내다가 sampling number 6~8(모니터링 이후 1~2시간)에서 급격히 농도가 감소하는 현상을 관찰할 수 있으며, 이후 유출되는 유출수는 유량이 증가해도 초기유출보다 낮은 농도로 유지되는 초기유출현상을 확인할 수 있었다. 하지만 주변 토지이용에 영향을 받는 도로인 site2에 대한 강우유출수의 유량 및 일반항목 수질분석 결과를 살펴보면, 강우 발생 초기에 높은 농도를 나타내다가 시간이 지남에 따라 감소하다는 경향을 보이다가 강우량이 증가하여 다시 유량이 증가할 때 오염물질의 농도가 증가하는 현상을 관찰할 수 있었다. 산정된 Site1과 Site2의 EMC를 비교하면, TOC는 site2가 site1보다 평균 2.6배 높고, COD 평균 2.6배, SS 평균 4.6배, T-N 평균 1.5배, T-P 평균 3.4배, Cl- 평균 5.5배, n-H 평균 168배 높았다. 여기서 n-H의 평균값이 가장 높게 나왔는데 이는 site1이 초기농도가 낮을 뿐만 아니라 1~2시간 이후 거의 유출되지 않았기 때문이다. 중금속의 EMC를 비교하면, Pb은 site2가 site1보다 평균 2.7배 높고, Cu는 평균 1.7배, Cr은 평균 4.6배, Cd은 평균 1.2배 높았다. 일반 항목뿐만 아니라 중금속의 모든 EMC값이 site2가 높게 나왔다. 이는 site2가 다양한 주변토지이용에 영향을 받아 site1보다 교통량이 약 1.5배 적음에도 불구하고 EMC값이 높다는 것을 알 수 있었다. CDS에 대한 SS의 처리효율은 최대 37.53%, 최소값 28.47%, 평균 37.52%으로 일반적인 CDS의 SS 처리효율인 30~70%의 범위 안에 들어 적절하게 운영되고 있는 것을 알 수 있었다. 이에 반해 일반적인 Stormfilter의 SS 처리효율인 70~80%의 범위 안에 들어가지 않으므로 적절하게 운영되지 않는 것으로 확인되었다. 이는 주변토지이용에 영향을 받는 도로의 강우유출수는 초기 고농도의 오염물질이 유입될 뿐만 아니라 다시 강우량이 증가하여 유출량이 증가할 때 오염물질이 다시 유입되어 초기유출현상을 기준으로 설계된 도로의 장치형 비점저감시설은 적절하게 운영되지 않아 일반적인 설계효율을 달성하지 못하는 것으로 추측된다. 본 연구에서 주변토지이용에 영향을 받는 도로의 강우유출수 분석 결과 강우시 도로는 다양한 토지이용의 오염물질을 운송하는 수단이 되어 많은 양의 유출되는 것이 확인되었으며, 초기유출현상이 일어난 이후 다시 강우량이 증가할 때 오염물질 유출되는 현상을 보이기 때문에 주변토지이용에 영향을 받는 도로는 초기유출현상 이후에 오염물질이 배출되는 현상까지 고려해서 장치형 비점저감시설을 설계해야 할 것이다. 따라서 본 연구에서 주변 토지이용이 도로의 강우유출수와 장치형 비점저감시설에 미치는 영향이 크다는 것으로 판단되었다.