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제출문
[참여 연구원]
목차
제1장 과업의 목적 12
1.1. 과업의 배경 및 목적 12
제2장 과업의 개요 13
2.1. 과업의 범위 13
2.1.1. 공간적 범위 13
2.1.2. 시간적 범위 14
2.1.3. 내용적 범위 14
2.1.4. 과업내용 및 수행계획 14
제3장 녹조발생 관련 자료 분석 16
3.1. 한강 녹조현상 관련자료 분석 16
3.1.1. 조류 현황 및 분석 16
3.1.2. 한강 본류 수질 자료 18
3.1.3. 한강 지류 수질 자료 29
3.1.4. 팔당댐 방류량 특성 및 한강 수위 분석 37
3.1.5. 물재생센터 현황 및 분석 38
3.1.6. 한강의 정·취수장 현황 40
3.1.7. 수중보 시설 현황 41
3.2. 물재생센터 방류수가 한강수질에 미치는 영향 분석 43
3.2.1. 한강 주요 지점별 오염부하 기여율 산정 43
3.3. 한강 녹조현상 원인 분석 51
3.3.1. 부영양화 상태의 기준 51
3.3.2. 한강 녹조현상 발생 특성 분석 53
3.3.3. 녹조현상 원인 분석 67
제4장 수리·수질 모델 구축 및 녹조발생의 시·공간적 재현 69
4.1. 수치모형의 개요 69
4.1.1. EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code) 69
4.1.2. EFDC의 지배 방정식 70
4.1.3. EFDC 수질모델의 개요 73
4.2. 입력 자료의 구성 75
4.2.1. 격자의 구성 75
4.2.2. 모델 경계조건 구성 76
4.2.3. 구간별 녹조발생 요인별 영향도(민감도) 분석 84
4.3. EFDC 모델 보정 결과 및 평가 86
4.3.1. EFDC 수위 보정 결과 86
4.3.2. EFDC 수온 보정 결과 88
4.3.3. EFDC 수질 보정 결과 92
4.3.4. EFDC 조류 보정(남조류, 규조류 및 녹조류) 98
4.3.5. EFDC 남조류 보정 결과 101
제5장 녹조발생 및 피해저감 시나리오 102
5.1. 팔당댐 방류량 변화가 한강 수질에 미치는 영향 분석 102
5.2. 점 및 비점오염원 수질 변화에 따른 영향 분석 108
5.2.1. 물재생센터 부하량 저감에 의한 영향 분석 108
5.2.2. 비점오염원 관리에 따른 영향 분석 112
5.3. 선곡수중보 제거에 따른 영향 분석 115
5.3.1. 물질 수지에 의한 TP와 엽록소 농도의 수질변화 해석 117
5.3.2. 신곡수중보 제어에 의한 수질 변화 추이 분석 122
5.3.3. 2013년 팔당댐 방류량 적용을 통한 신곡수중보 영향 분석) 130
5.3.4. Lagrangian Particle Tracking(한강의 고형물질 이동특성 및 체류시간 분석) 132
5.4. 취수장 녹조영향 저감을 위한 조정방안 135
5.5. 한강 하류 가양 ~ 신곡수중보 물재생센터 방류수의 영향 범위 산정 139
5.5.1. 격자의 구성 139
5.5.2. 경계조건의 구성 140
5.5.3. 서남 및 난지물재생센터 영향 범위 모의 141
제6장 비상대응 조기예측을 위한 경계조건 146
6.1. 한강 녹조발생 특성 146
6.2. 서울시 조기 녹조 대응 경계 조건 146
6.3. 녹조현상 대응 방안 조건별·단계별 대응 조치 147
6.3.1. 단기적인 방법 148
6.3.2. 중기적인 방법 149
6.3.3. 장기적인 방법 151
제7장 결론 및 종합 154
7.1. 한강 녹조현상 관련 자료 분석 및 발생 특성 분석 154
7.1.1. 한강 녹조현상 관련 자료 분석 154
7.1.2. 물재생센터 방류수가 한강수질에 미치는 영향 분석 155
7.1.3. 한강 녹조현상 발생 특성 분석 155
7.2. 수리·수질 모델 구축 및 녹조발생의 시·공간적 재현 158
7.3. 녹조발생 및 피해저감 시나리오 159
7.3.1. 팔당댐 방류량 변화가 한강 수질에 미치는 영향 분석 159
7.3.2. 물재생센터 부하량 저감에 의한 영향 분석 159
7.3.3. 비점오염원 관리에 따른 영향 분석 159
7.3.4. 신곡수중보 제거에 따른 영향 분석 159
7.3.5. 취수장 녹조영향 저감을 위한 조정방안 160
7.3.6. 한강 하류 가양 ~ 신곡수중보 사이 물재생센터 방류수의 영향 범위 산정 161
7.4. 비상대응 조기예측을 위한 경계조건 162
7.4.1. 한강 녹조발생 특성 162
7.4.2. 서울시 조기 녹조 대응 경계조건 162
7.4.3. 녹조현상 대응 방안 조건별·단계별 대응 조치 162
제8장 연구결과 활용계획 166
전문가·관련기관 의견 168
〈표 3.1-1〉 한강 본류 및 지천 국가 측정망 측정 지점 20
〈표 3.1-2〉 팔당댐 연평균 방류량 변화 추이 37
〈표 3.1-3〉 서울시 물재생센터 현황 39
〈표 3.1-4〉 서울시 취수장 현황 41
〈표 3.1-5〉 서울시 정수장 현황 41
〈표 3.1-6〉 잠실수중보 현황 41
〈표 3.1-7〉 신곡수중보 현황 42
〈표 3.2-1〉 한강 주요 지점 주요 오염원 TP 오염부하 기여율 분석 46
〈표 3.2-2〉 한강 주요 지점 주요 오염원 TN 오염부하 기여율 분석 46
〈표 3.2-3〉 한강 주요 지점 주요 오염원 BOD 오염부하 기여율 분석 46
〈표 3.2-4〉 팔당댐 방류량과 상류 지천의 연평균 방류량과 평균 수질 변화 추이 47
〈표 3.3-1〉 Carlson 영양상태 지수 및 관련 지수 51
〈표 3.3-2〉 부영양화지수를 이용한 호소의 부영양화도 판정표 52
〈표 3.3-3〉 Vollenweider에 의한 영양상태의 구분 52
〈표 3.3-4〉 OECD의 부영양화 구분 52
〈표 3.3-5〉 6월 ~ 9월 수질 자료를 이용한 호소의 부영양화 구분 52
〈표 3.3-6〉 종합부영양화지수와 호수의 부영양화 기준 53
〈표 3.3-7〉 우리나라 조류 경보제 발령 기준 54
〈표 3.3-8〉 우리나라 4대강 수질예보제 발령 기준 55
〈표 3.3-9〉 한강의 지점별 시기별 조류경보제 발령내역 55
〈표 3.3-10〉 한강의 지점별 Chl-a와 인자들 간의 상관관계 분석 결과 56
〈표 3.3-11〉 한강의 지점별 남조류와 인자들 간의 상관관계 분석 결과 57
〈표 3.3-12〉 2011 ~ 2015년 7 ~ 10월 기간 한강 수계 강수량 특성 및 일조시간 59
〈표 3.3-13〉 한강 지점별 평균 유속 모의 결과 65
〈표 4.2-1〉 EFDC 수리-수질 모델 구성을 위한 입력 자료의 종류 및 출처 76
〈표 4.2-2〉 모의에 사용된 유량 경계 조건 78
〈표 4.2-3〉 모의에 사용된 수질 경계 조건 80
〈표 4.2-4〉 EFDC 주요 수질 항목 환산 방법 82
〈표 4.2-5〉 EFDC 수질 모델에 적용된 매개 변수 및 적용 범위 85
〈표 4.3-1〉 EFDC 수위 보정 결과 통계 분석 87
〈표 4.3-2〉 EFDC 수온 보정 결과 통계 분석 91
〈표 4.3-3〉 EFDC 수질 보정 결과 통계 분석 : AME 96
〈표 4.3-4〉 EFDC 수질 보정 결과 통계 분석 : RMSE 97
〈표 4.3-5〉 수질 보정 결과 통계 분석 : R-square 97
〈표 5.1-1〉 팔당댐 방류량 별 한강 주요 지점 평균 수질 변화 모의 결과 104
〈표 5.1-2〉 팔당댐 방류량 변화에 의한 한강 구의 및 영등포 지점 남조류 평균 농도 변화 105
〈표 5.1-3〉 팔당댐 방류량 변화에 의한 한강 주요 지점 평균 유속 변화 모의 결과 106
〈표 5.1-4〉 팔당댐 방류량 변화에 의한 한강 주요 지점 평균 수위 변화 모의 결과 106
〈표 5.1-5〉 팔당댐 방류량 변화에 의한 구의 및 영등포 하절기 남조류 최초 번성 발생 시기... 107
〈표 5.2-1〉 2013 ~ 2015년 물재생센터 방류수 수질 저감에 따른 방류 수질 농도 109
〈표 5.2-2〉 물재생센터 부하량 저감 시나리오 결과 111
〈표 5.2-3〉 비점오염물질 저감 시나리오 결과 114
〈표 5.3-1〉 신곡수중보 제거에 따른 행주 ~ 김포 및 잠실 ~ 김포 구간 2013년 수질 변화 모의 결과 124
〈표 5.3-2〉 신곡수중보 제거에 따른 행주 ~ 김포 및 잠실 ~ 김포 구간 2014년 수질 변화 모의 결과 124
〈표 5.3-3〉 신곡수중보 제거에 따른 행주 ~ 김포 및 잠실 ~ 김포 구간 2015년 수질 변화 모의 결과 124
〈표 5.3-4〉 신곡수중보 지점의 밀물 시 하류 역류 유입 경계 농도 125
〈표 5.3-5〉 잠실 ~ 김포 구간의 연평균 부하량 및 신곡수중보 유무에 따른 오염부하량의 비율 변화 125
〈표 5.3-6〉 수중보 제거 및 퇴적물 제어에 따른 수위 및 유속 변화 모의 결과 126
〈표 5.3-7〉 신곡수중보 제거에 따른 지역별 조류 성장 제한인자의 변화 127
〈표 5.3-8〉 해역 경계 전류지점의 농도 변화가 신곡수중보의 수질에 미치는 영향 모의 결과 129
〈표 5.3-9〉 적용된 팔당댐 방류량 경계조건(연평균) 130
〈표 5.3-10〉 2013년 팔당댐 방류량의 적용과 신곡수중보 제거에 따른 잠실 ~ 김포 구간 수질 변화... 130
〈표 5.3-11〉 기존 시나리오와 신규 시나리오 간의 비교 분석(신곡수중보 존치) 131
〈표 5.3-12〉 기존 시나리오와 신규 시나리오 간의 비교 분석(신곡수중보 제거) 131
〈표 5.3-13〉 신곡수중보 제거에 의한 잠실수중보 ~ 신곡수중보 사이 구간의 유속, 수위 및 체류... 134
〈표 5.4-1〉 한강 서울시 주요 취수장 제원 135
〈표 5.4-2〉 취수탑 인근의 2013 ~ 2015, 3년간 평균 수질 농도 138
〈표 5.4-3〉 잠실수중보 취수탑 부근의 횡방향 수질 및 유속 모의 결과 138
〈표 5.5-1〉 방류수 영향 분석 지점별 연평균 농도 (하천 길이 방향 기준) 145
〈표 5.5-2〉 방류수 영향 분석 지점별 연평균 농도 (하폭 방향 기준) 145
〈그림 2.1-1〉 과업대상지역 13
〈그림 3.1-1〉 한강 수계 녹조현상 관측지점, 취수장 및 물재생센터 위치도 17
〈그림 3.1-2〉 한강 잠실수중보 상류 Chl-a 농도 및 조류 종별 세포수 변화(2011 ~ 2015) 17
〈그림 3.1-3〉 한강 잠실수중보 하류 Chl-a 농도 및 조류 종별 세포수 변화(2011 ~ 2015) 18
〈그림 3.1-4〉 한강 본류, 지천, 수질 관측망 및 주요 시설 위치도 19
〈그림 3.1-5〉 한강 본류 주요지점의 연도별 TP 변화 (2006 ~ 2015) 21
〈그림 3.1-6〉 한강 본류 주요지점의 연도별 TN 변화 (2006 ~ 2015) 22
〈그림 3.1-7〉 한강 본류 주요지점의 연도별 BOD 변화 (2006 ~ 2015) 23
〈그림 3.1-8〉 한강 본류 주요지점의 연도별 Chl-a 변화 (2006 ~ 2015) 24
〈그림 3.1-9〉 한강 본류 연도별 주요지점의 TP 변화 (2006 ~ 2015) 25
〈그림 3.1-10〉 한강 본류 연도별 주요지점의 TN 변화 (2006 ~ 2015) 26
〈그림 3.1-11〉 한강 본류 연도별 주요지점의 BOD 변화 (2006 ~ 2015) 27
〈그림 3.1-12〉 한강 본류 연도별 주요지점의 Chl-a 변화 (2006 ~ 2015) 28
〈그림 3.1-13〉 한강 지류의 연도별 TP 변화 (2006 ~ 2015) 29
〈그림 3.1-14〉 한강 지류의 연도별 TN 변화 (2006 ~ 2015) 30
〈그림 3.1-15〉 한강 지류의 연도별 BOD 변화 (2006 ~ 2015) 31
〈그림 3.1-16〉 한강 지류의 연도별 Chl-a 변화 (2006 ~ 2015) 32
〈그림 3.1-17〉 한강 연도별 지류의 TP 변화 (2006 ~ 2015) 33
〈그림 3.1-18〉 한강 연도별 지류의 TN 변화 (2006 ~ 2015) 34
〈그림 3.1-19〉 한강 연도별 지류의 BOD 변화 (2006 ~ 2015) 35
〈그림 3.1-20〉 한강 연도별 지류의 Chl-a 변화 (2006 ~ 2015) 36
〈그림 3.1-21〉 팔당댐의 방류량 변화 (2006 ~ 2015) 37
〈그림 3.1-22〉 한강 본류 주요 지점의 수위변화 (2011 ~ 2015) 38
〈그림 3.1-23〉 서울의 물재생센터 및 취수장 위치도 38
〈그림 3.1-24〉 서울시 물재생센터의 방류수 TN 농도 (2010 ~ 2015) 39
〈그림 3.1-25〉 서울시 물재생센터의 방류수 TP 농도 (2010 ~ 2015) 40
〈그림 3.1-26〉 서울 및 수도권의 취수 및 정수 시설 40
〈그림 3.2-1〉 한강 부하량 비교를 위한 주요 지점 위치도 43
〈그림 3.2-2〉 팔당댐 방류량 변화 및 연평균 방류량 44
〈그림 3.2-3〉 한강 주요지점의 연도별 TP 부하량 기여율 (2011 ~ 2015) 44
〈그림 3.2-4〉 한강 주요지점의 연도별 TN 부하량 기여율 (2011 ~ 2015) 45
〈그림 3.2-5〉 한강 주요지점의 연도별 BOD 부하량 기여율 (2011 ~ 2015) 45
〈그림 3.2-6〉 한강 주요 물재생센터 TP 농도 변화 추이 49
〈그림 3.2-7〉 한강 주요 물재생센터 TN 농도 변화 추이 50
〈그림 3.3-1〉 2015년 한강 조류 주의보, 경보발령 기간 및 기타 요인 변화 분석 58
〈그림 3.3-2〉 2011 ~ 2015년도 7 ~ 8월 중 팔당댐 방류량 추이 59
〈그림 3.3-3〉 한강 상류(강동대교 ~ 잠실대교) 남조류 세포수와 영향인자 상관관계 특성 60
〈그림 3.3-4〉 한강 하류(성수대교 ~ 성산대교) 남조류 세포수와 영향인자 상관관계 특성 62
〈그림 3.3-5〉 한강 상류지역 유해 남조류 및 무해 남조류와 TP 농도 상관관계 특성 63
〈그림 3.3-6〉 한강 상류지역 남조류 세포수 변화 특성 64
〈그림 3.3-7〉 한강 하류지역 유해 남조류 및 무해 남조류와 TP 농도 상관관계 특성 65
〈그림 3.3-8〉 한강 지점별 평균유속 모의 결과 65
〈그림 3.3-9〉 한강 하류지역 남조류 세포수 변화 특성 66
〈그림 3.3-10〉 북한강 수역 유해 남조류의 최적 성장 조건 68
〈그림 4.1-1〉 EFDC 모델의 구조 70
〈그림 4.1-2〉 EFDC 수질모델의 수질 변수 및 상호 반응 모식도 73
〈그림 4.2-1〉 Cartesian and curvilinear-orthogonal coordinate 75
〈그림 4.2-2〉 The curvilinear coordinate grid of the Han river 76
〈그림 4.2-3〉 한강 수리동역학 및 수질 모의에 고려된 주요 시설 및 오염원 등 경계조건 78
〈그림 4.2-4〉 잠실수중보 상·하류의 조류 분율 81
〈그림 4.2-5〉 산정된 염분 경계 조건 83
〈그림 4.3-1〉 수위 보정 지점 86
〈그림 4.3-2〉 EFDC 수위 보정 결과 87
〈그림 4.3-3〉 수온 보정 지점 88
〈그림 4.3-4a〉 EFDC 수온 보정 결과 89
〈그림 4.3-4b〉 EFDC 수온 보정 결과 90
〈그림 4.3-5a〉 EFDC 수질 보정 결과 92
〈그림 4.3-5b〉 EFDC 수질 보정 결과 93
〈그림 4.3-5c〉 EFDC 수질 보정 결과 94
〈그림 4.3-5d〉 EFDC 수질 보정 결과 95
〈그림 4.3-5e〉 EFDC 수질 보정 결과 96
〈그림 4.3-6a〉 Chl-a 보정 결과 (남조류, 규조류 및 녹조류) 98
〈그림 4.3-6b〉 Chl-a 보정 결과 (남조류, 규조류 및 녹조류) 99
〈그림 4.3-6c〉 Chl-a 보정 결과 (남조류, 규조류 및 녹조류) 100
〈그림 4.3-7〉 남조류 Chl-a 모의 결과 및 남조류 개체수 실측치 비교 101
〈그림 5.1-1a〉 팔당댐 방류량 별 한강 주요 지점 수질 변화 모의 결과 102
〈그림 5.1-1b〉 팔당댐 방류량 별 한강 주요 지점 수질 변화 모의 결과 103
〈그림 5.1-1c〉 팔당댐 방류량 별 한강 주요 지점 수질 변화 모의 결과 104
〈그림 5.1-2〉 팔당댐 방류량 변화에 의한 한강 구의 및 영등포 지점 남조류 농도 변화 모의 결과 105
〈그림 5.2-1a〉 한강 지점별 물재생센터 방류수 수질 저감에 따른 수질 영향 분석 110
〈그림 5.2-1b〉 한강 지점별 물재생센터 방류수 수질 저감에 따른 수질 영향 분석 111
〈그림 5.2-2〉 물재생센터 방류수 수질 저감 시나리오에 따른 남조류 농도 변화 분석 111
〈그림 5.2-3a〉 한강 지점별 비점오염물질 저감에 따른 수질 영향 분석 112
〈그림 5.2-3b〉 한강 지점별 비점오염물질 저감에 따른 수질 영향 분석 113
〈그림 5.2-3c〉 한강 지점별 비점오염물질 저감에 따른 수질 영향 분석 114
〈그림 5.3-1〉 한강의 지류 및 물재생센터 방류수의 유입 및 혼합특성 예시 115
〈그림 5.3-2〉 한강 신곡수중보 철거 영향 분석을 위한 구간 116
〈그림 5.3-3〉 수중의 고형성 인(p₁), 용존성 인(p₂) 및 Chl-a(B)의 수질 반응 모식도 117
〈그림 5.3-4〉 식물성 순 성장 증가와 체류시간 변화 사이의 녹조현상 추이 개념도 121
〈그림 5.3-5〉 일산대교에서의 조류 성장과 신곡수중보 제거에 따른 해수 유입 시 조류의... 128
〈그림 5.3-6〉 Lagrangian Particle Tracking 분석 2013년 132
〈그림 5.3-7〉 Lagrangian Particle Tracking 분석 2014년 133
〈그림 5.3-8〉 Lagrangian Particle Tracking 분석 2015년 133
〈그림 5.4-1〉 한강 하류 서울시 주요 취수장의 위치 135
〈그림 5.4-2〉 2013 ~ 2015, 3년간 취수탑의 인근 Chl-a 농도 136
〈그림 5.4-3〉 2013 ~ 2015, 3년간 취수탑의 인근 TOC 농도 136
〈그림 5.4-4〉 2013 ~ 2015, 3년간 취수탑의 인근 TN 농도 137
〈그림 5.4-5〉 2013 ~ 2015, 3년간 취수탑의 인근 TP 농도 137
〈그림 5.5-1〉 한강 하류 상세격자 (가양 ~ 김포) 139
〈그림 5.5-2〉 서남 및 난지물재생센터 방류수 영향 범위 및 정도를 판단하기 위한 주요 지점... 141
〈그림 5.5-3〉 한강하류 상세 격자 활용 서남물재생센터 방류수 영향 범위 모의 화면 일부 142
〈그림 5.5-4〉 한강하류 상세 격자 활용 난지물재생센터 방류수 영향 범위 모의 화면 일부 142
〈그림 5.5-5〉 한강하류 상세 격자 활용 서남 및 난지물재생센터 방류수 동시 영향 분석 142
〈그림 5.5-6〉 방류수 영향 분석 모의 결과 (방화대교) 143
〈그림 5.5-7〉 방류수 영향 분석 모의 결과 (행주대교) 144
〈그림 5.5-8〉 방류수 영향 분석 모의 결과 (김포대교) 144
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