수계 환경 및 오염 물질 거동 분석을 위한 수리학적 특성, 기상 데이터 및 모니터링 방법론에 관한 연구 doc_id CNTS-00118872468_21

일반적으로 RBP는 연구시스템에 대한 서식지와 생물학적 측정을 경험적으로 정의된 기준 조건과 비교하는 통합적인 평가를 제공한다(Plafkin et al., 1989). 기준 조건은 부지 고유 제어 장소(Site-specific control station) 또는 동일한 지역의 비교 가능한 장소를 체계적으로 모니터링한 데이터를 기반으로 정의된다. 부지 고유 제어는 일반적으로 특정 수계에 대하여 "최상의 달성 가능" 조건을 대표하는 것으로 간주된다. 여러 지역의 데이터를 사용하는 경우, 장소는 "최소한의 방해를 받는" 수질 화학, 물리적 서식지, 생물학적 조건에서 자연적 변동 범위를 나타내기 위해 선택된다. 유사성에 대한 백분율은 연구 장소에서 측정된 생물학적, 화학적, 물리적 매개변수를 기준 장소에 대한 매개변수로 계산하여 나타낸다. 이 백분율은 발견된 분류군의 총 개체수, 용존 산소 포화도, 바닥 재료의 착근성에 기초하여 계산될 수 있다. 하구는 강과 바다를 연결하고 조수, 염분 및 상류 배수의 복잡한 시스템을 보여준다. CSOs의 오염물질이 운송되는 방법을 결정하기 위해 다양한 염분 농도에서의 조석에 따른 변동 및 밀도 효과가 정의되어야 한다. 조석에 따른 변동은 하구 순환 패턴에 영향을 미치며, 염분 패턴과 함께 하구에 유입되는 오염 물질 부하가 분산되는 방식을 결정한다. 속도와 염도 패턴에 따라 하구는 다음 유형 중 하나로 분류될 수 있다. NOAA가 매년 발표하는 조수 데이터와 현재 예측이 충분한 정보가 될 수 있으며, CSO 영향 지역에 가까운 데이터를 개발하기 위해서 새로운 조수 계측기(단계 모니터) 설치를 필요로 한다. 조수와 바람의 변화로 인해 하구와 연안 해류는 종종 빠르게 변화한다. 따라서 연속적으로 깊이와 속도 미터를 사용하여 조수와 조류를 동시에 측정해야한다. 조류는 강물의 흐름을 측정하는데 사용되는 것과 유사한 계량기로 측정할 수 있지만, 흐름의 방향도 기록해야 한다. USGS (1982) 및 USDI (1984)를 통해 이러한 지역의 모니터링 방법에 대한 정보를 확인할 수 있다. CSO가 영향수계에 들어가면, 영향수계의 오염 물질 농도를 변화시키는 희석 및 수송 과정을 거친다. 영향수계에 대한 CSO의 영향은 주로 영향수계의 수압과 CSO 부하의 상대적 크기에 의해 결정된다. CSO의 수송 및 희석되는 과정에 대한 이해는 영향수계에 CSO가 미치는 영향을 특성화하는데 필수적이므로 영향수계 수리학 평가는 영향수계 연구에 있어 중요한 첫 단계이다. 대규모 및 소규모의 유체역학에 대한 인식은 관리기관이 CSO의 영향을 알아보기 위해 영향수계 중 어느 지점에서 샘플을 채취할지 결정하는 데 도움을 줄 수 있다. 대규모 물 이동은 대체로 오염 물질의 전반적인 수송 및 변형을 결정한다. 배출 지점 근처에서의 물 이동(주로 근거리장이라고 불림)과 같은 소규모 수리학은 초기 희석 및 배출 혼합을 결정한다. 예를 들어, 폭이 넓고 빠르게 흐르는 강으로의 배출은 하류로 신속하게 수송되기 때문에 장거리동안 섞이지 않을 수 있다. 강이나 하천에서 유속은 일반적으로 강이나 하천 수로의 깊이, 너비, 단면적 및 수력학적 기하학의 요소다. 강이나 하천의 흐름은 일반적으로 단계(특정 기준 이상의 수위)의 측정과 배출단계를 수위 유량 곡선에 연관시킴으로서 결정된다. 이 관계는 각기 다른 단계에서 강 또는 하천의 유속 측정과 각 단계의 총 배출량을 결정하는 하천 또는 강 유역의 속도 및 면적을 사용하여 발전된다(Bedient 및 Huber, 1992). 큰 강이나 하천의 경우, 장기적인 흐름 및 형상 데이터는 미국 지질 조사소 및 미국 육군 공병대의 특정 수치 측점을 위해 종종 이용된다. 미국 지질 조사소 측정 근처에 위치한 CSO 유출을 위해 모니터링 팀은 유량 관측 지점에 유량 측정을 위한 가장 가까운 미국 지질 조사소 측정 유역을 이용할 수 있다. 유량 정보는 교량 및 댐에서의 단계 측정과 다른 주 및 연방 기관이 수행 한 연구에서 얻을 수 있다. 이러한 유량 자료가 없는 경우, 관리기관은 측정 장치를 설치하거나, 현재 유량계를 사용하여 유량 측정을 수집해야한다. 몇몇의 CSO 유량 모니터링 장치는 강 또는 하천의 개수로 유량을 측정하는데 사용된다. USGS(1982) 및 USDI(1984)는 하천 계측 및 측정 기술에 대한 구체적인 매뉴얼을 발표했다. 호수의 수리학적 특성은 깊이, 길이, 폭, 표면적, 부피, 유역 물질, 주변 대지, 전형적인 바람 유형, 표면 유입(CSO 포함) 및 유출을 포함한 여러 요소에 따라 달라진다. 호수는 상대적으로 낮은 유속과 상당한 수직 온도 경사를 가지므로 잘 혼합되지 않는다(Thomann and Mueller, 1987). 오염물질이 호수에서 얼마나 빠르게 제거 될지를 결정하기 위해서는 플러싱(Flushing) 속도를 정의해야한다. 플러싱 속도는 호수에서의 물의 투입량(유입 및 강수량) 및 산출물(유출량, 증발량, 증산량 및 배출량), 오염물질, 그 특성, 혼합정도에 따라 달라진다. 호수 내의 혼합은 주로 바람 및 온도 변화, 대기압에 의해 주로 나타난다. 호수 오염물질의 거동과 이동 분석은 복잡하며, 일반적으로 상세한 시뮬레이션 모델을 사용해야한다(그러나 호수 내에 완전한 혼합과 같이 가정을 단순화할 때 덜 복잡한 분석을 수행할 수 있다). 오염물질의 거동 및 이동 분석에는 호수의 부피와 표면적, 평균 깊이, 평균 유출량, 유입속도와 같은 매개변수의 정의가 필요하다. 강수량은 수평면상의 지면 위에 액체 형태로 있다는 가정에서 갖게 되는 높이로서, 비, 이슬비 등 액체성 강수는 물론 눈, 싸락눈, 우박 등 고체성 강수도 융해시킨 물의 깊이로 측정하여 강수량에 포함시킨다. 현재 주로 사용하는 강수량센서는 전도되식으로서 1회 전도량이 0.1㎜ 및 0.5㎜ 2가지로 구성되어 있고, 강수량 측정단위는 0.5㎜까지는 0.1㎜단위로, 0.5㎜ 이상은 0.5㎜ 단위로 측정한 값을 전기적인 신호로 출력하여야 한다. 동절기에 강수량을 관측할 수 있도록 하기 위하여 수수기 내부에 히터(Heater)를 설치하여 눈을 녹여 관측할 수 있어야 한다. 위 전도식강수량계는 20㎜±5%의 정확도를 가져야 하며, 수수구는 녹에 강하고 낙엽 등의 이물질이 들어가는 것을 방지하는 기능이 있어야 한다. 그리고 –50~50 ℃의 기온 범위에서 운영이 가능하고, 여러 위험기상 조건에서 작동 가능하여야 하며, 바람에 의한 관측오차를 줄이기 위하여 주변에 바람막이를 설치한다. 설치는 관측장소 내에 주변 장애물들의 영향이 적은 곳에 설치한다. 설치는 노장 내에 주변 장애물들의 영향이 적은 곳에 설치한다. 기상청 제공되는 공공데이터 중 강우자료의 경우 운영하고 있는 종관기상관측장비(ASOS, Automated Surface Observing Systems) 및 방재기상관측장비(Automatic Weather System, AWS)에서 실시간 수집되는 자료로서 다양한 강수량계(저수식, 원통식, 사이펀식, 전도식)와 설량계(원통식, 열전도식) 등의 센서로부터 수집된다. 강우 센서 별 세부적인 설명은 기상청 관측기반국 관측정책과에서 제시한 「지상기상관측지침」을 참조한다. 강우량계의 경우 기기고장, 교정편차, 편향오차 등의 관측 장비 자체의 오류와 전기 및 통신 장애 등에 의한 오류들이 포함되어 결측치 혹은 이상치 데이터가 존재하고 있다. 강우정보의 경우, 관로 수리분석의 가장 큰 영향 인자로서 데이터의 활용을 위해서는 품질관리를 통해 결측치나 이상치로 인한 부정확성을 최소화하는 것이 필요하다.