경제성장을 위한 도시화 및 불투수면의 증가는 자연적인 물순환 체계를 변화시켰으며, 강우시 첨두유량 증가, 발생 시간 단축, 지하 침투량 감소 및 지표수 유출량 증가 등의 수문학적 문제 발생의 원인이 되고 있다. 이에 환경부에서는 기존의 한정된 수자원을 더욱 효율적으로 관리하고 이용하고자 LID/GSI 기법을 통한 강우유출수 관리 방법을 도입하였다. 지붕유출수의 경우, 오염물질 농도가 도로 및 주차장에 비하여 낮게 나타나기 때문에 LID 시설을 통한 처리 후 저류 및 지하 침투를 통한 자연적인 물순환 체계의 재현 혹은 조경, 청소 용수 등으로 이용이 가능할 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 지붕유출수 관리를 위한 LID 시설의 운영 및 처리효율 평가를 통하여 도시내 물순환 체계 구축과 물의 재이용을 도모하고자 수행하였다. 본 연구를 수행하기 위한 LID시설은 침투화분으로서 공주대학교 천안캠퍼스내 조경공간에 설치하였다. 침투화분의 규모는 1.6×1.5(A×D, m2×m)이며, 시설은 강우시 지붕유출수가 직접 유입되는 자갈부와 식생이 식재된 토양층(상부)으로 나뉘어져있으며, 하부에는 모래와 자갈이 충진 되어있다. 시설 하단에는 시설로 유입된 강우유출수를 지하로 침투시키기 위한 지름 10 cm의 침투구멍이 존재한다. 모니터링은 포장지역의 강우유출수 특성을 고려한 수질모니터링 방법으로 수행되었으며 채취된 시료는 입자상물질, 유기물질, 영양염류 및 중금속(Total Pb, Total Cu, Total Zn) 항목에 대하여 수질오염공정시험법에 의해 분석을 실시하였다. 모니터링 및 수질 분석 결과를 토대로 시설 적용 전과 후의 수문학적, 환경적 분석을 수행하였다. 시설의 효율 평가를 위한 강우시 모니터링은 2013년 11월부터 2014년 9월까지 총 12회가 수행되었다. 모니터링이 수행된 대부분의 강우사상은 10 mm 이하의 소규모 강우로 평균 강우량은 8.8±6.7 mm로 나타났다. 침투화분 설치 후의 수문학적 분석 결과, 침투화분을 통하여 지붕유출수의 유출을 약 3시간 정도 지체 시키는 것으로 나타났으며 시설로 유입된 양의 최소 17%에서 최대 100%, 평균적으로 79% 정도 시설 내 저류 및 침투를 통한 유출시간 지체와 유출량 저감 효과를 보였다. 수질시료 분석결과를 토대로 모니터링 기간 동안 집수구역에서 발생된 오염물질의 처리효율을 분석한 결과, 입자상 물질의 경우 평균적으로 76%, 유기물질의 경우 94%, 영양염류는 86~96% 및 중금속의 경우 93% 처리되는 것으로 나타났다.

도시화의 급격한 변화로 인한 불투수층의 증가는 도시 내의 강우유출수를 아무런 처리 없이 직접 도시 내에 유출되어 홍수, 첨두유량 증가 등의 문제점을 야기 시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 미국, 유럽, 우리나라 등 많은 국가에서 개발 전 자연이 가지고 있던 수문학적 기능을 최대한 유지하면서 개발 후 발생되는 비점오염물질을 효율적으로 관리하는 저영향 개발 기술을 도입하고 있다. 따라서 본 연구에서는 도시지역 물순환 관리 및 비점오염물질 저감에 기여하고자 저류와 침투가 가능한 식생체류지를 개발 및 평가하고자 수행되었다. 본 연구는 식생체류지의 물순환 및 비점오염물질 저감 능력을 평가하기 위하여 공주대학교 내 주차장에 설치된 식생체류지의 모니터링을 수행하였다. 모니터링한 수질시료는 수질오염공정시험법에 준하여 입자상물질, 유기물, 영양물질 및 중금속에 대한 분석을 수행하였다. 또한 첨두유량 발생시간 및 지체시간, 첨두유량 저감 및 물수지를 산정하여 물순환 효과를 분석하였다. 식생체류지 시설의 모니터링은 2013년 11월부터 현재까지 총 11회가 수행되었으며 모니터링 결과, 강우유출수의 발생시간은 식생체류지를 적용하기 전에 비하여 약 40min 지체되는 것으로 나타났다. 또한 첨두유량의 발생 시간은 시설 적용 전에 비하여 약 80min 이후에 발생하는 것으로 분석되었으며, 첨두유량은 약 0.3m3/min 저감되는 것으로 나타났다. 물수지 산정 결과, 시설 내 저류 및 침투되는 양은 90%로 높은 물순환 효과를 나타낸 것으로 분석 되었다. 비점오염물질 저감효율을 산정한 결과, 모든 오염물질에서 90% 이상으로 높은 저감효율을 나타내는 것으로 분석되었다. 이는 여재부에서 일어나는 오염물질 저감 기작이 효과적으로 작용되는 것으로 판단된다.

하천이나 호수에 퇴적된 퇴적물은 유역에서 배수된 토양, 유기물질 및 광물질이 침전된 것으로 환경뿐만 아니라 인간의 건강에 악영향을 끼치는 다양한 오염물질을 포함하고 있다. 퇴적물은 분자확산 및 생물기작 등을 통하여 오염물질을 공급 할 뿐만 아니라 침전된 유기물이 분해되어 무산소 환경이 되면 영양염류가 다시 무기이온 상태로 수중에 용출된다. 용출된 영양염류는 수층의 혼합에 의해 표층으로 재공급 및 새로운 유기물을 형성하는 순환을 거치게 되는 등 수질 및 수생태계에 영향을 미친다. 따라서 본 연구는 다양한 토지이용에서 발생하는 퇴적물의 화학적 성상과 수질의 오염성상을 비교 분석하여 퇴적물이 수질에 미치는 영향과 퇴적물 관리 대책 수립의 기초자료를 제공하고자 수행하였다. 본 연구를 위한 기초자료를 확보하기 위하여 포장지역, 축산지역 및 하천지역을 모니터링 지점으로 선정하였다. 퇴적물의 시료채취 경우 지름 5cm, 길이 50cm인 아크릴 코어를 이용하여 채취하였으며, 포장지역의 경우 총 4회, 축산지역은 17회, 하천지역은 28회 수행하였다. 채취한 퇴적물은 토양오염공정시험법에 준하여 유기물 및 영양염류 등의 화학적 특성을 분석하였다. 또한 물환경정보시스템에서 인근하천인 금강, 동진강 및 만경강의 10년간의 수질 측정 자료를 이용하여 수질과 퇴적물의 농도를 상호 비교하였다. 토지이용별 퇴적물의 화학적 분석 결과, 평균 COD의 값은 난분해성 물질로 인하여 포장지역에서 43.88 ± 26.4 5 g/kg으로 가장 높게 나타났으며, 영양염류의 경우 축산지역에서 TN이 7.79 ± 8.32 g/kg, TP가 1.47 ± 0.81 5 g/kg로 높은 농도를 보였다. 하천별 수질 농도 분석 결과 TN과 TP의 농도는 각각 4~6 mg/L, 0.2~0.4 mg/L의 범위를 보이고 있으며 2009년 후반부터 감소하는 경향을 보이고 있다. 또한, TN과 TP중에서 NH4-N와 PO4-P의 비율이 2009년 후반부터 증가하는데, 이는 조류성장의 원인이 될 수 있는 물질의 증가를 의미하기에 유역에서의 NH4-N와 PO4-P의 관리가 필요한 것으로 판단된다. 퇴적물 및 하천수질의 오염물질별 비를 산정한 결과, 모든 토지이용에서 하천 수질에 비해 퇴적물에서 인의 함량이 높은 것으로 나타나 퇴적물 내 인의 관리가 필요한 것으로 분석되었다.