PURPOSES : The purpose of this study is to assess removal efficiency of non-point pollutants and applicability for non-point pollutant reduction facilities by conducting the demonstration project operation. METHODS : In order to analyze removal efficiency of non-point pollutants for facilities such as a grassed swale, a small constructed wetland, a free water surface wetland, a horizontal sub-surface flow wetland, and a sand filtration, the field data including specifications of facilities, rainfall, inflow and runoff rainfall effluent etc. was acquired after occurring rainfall events, and the acquired data was analyzed for removal efficiency rate to assess road non-point pollutants facilities using event mean concentration (EMC) and summation of load (SOL) methods. RESULTS: The results of analyzing rainfall effluent, non-point pollutant sources showed that total suspended solid (TSS), chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), chrome (Cr), zinc (Zn), and lead (Pb) can be removed through non-point pollutant reduction facilities by 60.3% ~ 100%. Especially removal efficiency of TSS, COD and BOD is relatively higher than removal efficiency of other non-point pollutant sources in all kind of non-point pollutant facilities. CONCLUSIONS : Based on the result of this study, even though natural type of non-point pollutant reduction facilities for roads occupy small areas comparing with drainage basin areas, most of non-point pollutant sources would be removed through the facilities.

비점오염원은 도시, 도로, 농지, 산지 등과 같이 불특정장 소에서 빗물 등에 의해 배출되는 오염원으로, 4대강 오염 부하량의 42%~69% 정도를 차지하며, 비점오염물질을 처 리하기 위하여 환경부에서는 수계내 소유역에 비점오염물 질 저감시설을 시범적으로 설치, 운영하고 지속적인 모니터 링을 수행하고 있다. 비점오염 저감시설 시범설치사업은 한 강수계 27개 시설, 금강수계 7개 시설, 영산강수계 7개 시 설, 낙동강수계 5개 시설로 4대강수계 46개 시설이 설치되 어 있다. 비점오염 저감시설은 자연형시설과 장치형시설로 구분되며 자연형시설로는 저류시설, 인공습지, 침투시설, 식생형 시설이 있으며, 장치형시설은 여과형시설, 와류형시 설, 스크린형시설, 응집․침전 처리형 시설, 생물학적 처리형 시설로 구분된다. 비점오염저감시설의 처리효율, 유지관리, 시설의 적정성 등을 평가하기 위하여 한강수계는 2006년부터 낙동강 수계 는 2007년부터 모니터링을 실시하고 있으며, 2008년부터 는 금강과 영산강의 모니터링도 실시되었다. 하지만 모니터 링의 기준은 강우량, 유입/유출 유량 및 농도, 설치비, 유지 관리비 등의 항목으로 이루어져 있어 자연형 시설의 식생에 대한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구는 4대강 비점오 염 저감시설 중 자연형 시설을 중심으로 유형별 식생현황을 파악함으로서 비점오염원 저감에 적합한 식재․유지관리 기 준을 위한 기초자료를 제공하고자 수행하였다. 연구대상지는 4대강유역의 비점오염 저감시설 중 자연형 시설로 식생수로 유형으로 용인 왕산리, 침투저류지로서 용 인 초부리, 인공습지는 고농도 인공습지 유형으로 논산 양 지리, 저농도 인공습지 유형은 공주 상서리로 구분하여 조 사하였다. 자연형 시설의 유형별 식생현황을 파악하기 위하여 기존 준공도와 현존식생을 조사하여 비교․분석하였으며, 저감효 과를 위하여 9월~11월에 월 2회 식물을 채취하여 식물체내 N, P흡수 저감량 분석을 실시하였다. 식생수로(용인 왕산리)는 기존 준공시 침강지와 식생수 로를 조성하고 수질개선효과를 기대하는 식물종으로 계획 되었으며, 줄, 달뿌리풀, 갈대, 물억새 등이 식재되었으나 현존식생을 조사한 결과 식재종으로 달뿌리풀-환삼덩굴 (12.0%)로 조사되었으며, 자연발생종으로 환삼덩굴(63.2%) 의 피복이 심각한 것으로 파악되었고, 주변부 조사에서 단 풍잎돼지풀, 환삼덩굴-고마리, 돌피 등이 조사되었다. 이는 대상지가 매년 발생하는 태풍, 홍수 등의 생태적 교란이 심 한 하천지역으로, 기존 식재되었던 물억새, 줄, 갈대는 도태 되었으며, 달뿌리풀은 기존 식재지 면적보다 감소된 종으로 조사되어, 식재종 보다는 환삼덩굴, 단풍잎돼지풀 등 생태 계교란야생식물의 피복이 높아진 것으로 조사되었다. 침투저류지(용인 초부리)는 기존 준공시 침강지와 저류 지를 조성하고, 부처꽃, 노랑꽃창포, 쑥부쟁이, 갈대 등이 식재되었으며, 현존식생을 조사한 결과 식재종인 노랑꽃창 포(11.7%), 갈대(3.7%) 등이 조사되었으며, 완사면부의 자 연발생종인 쑥(9.0%), 돌콩(1.5%) 등의 이입식물이 발견되 었으나 비교적 원활한 관리가 이루어지고 있는 것으로 파악 되었다. 기존 준공도와 비교하여 분석한 결과 노랑꽃창포는 97.8%의 면적으로 유지되고 있는 유지종으로 파악되며, 부 처꽃은 37.9%, 갈대는 26.7%로 돌콩 등에 의하여 피압되어 면적이 감소되는 감소종으로 조사되었다. 고농도 인공습지(논산 양지리)는 기존 준공시 돼지 축사 의 오염원을 저감하기 위하여 조성된 인공습지로서, 침강 지, 침전지, 얕은습지와 깊은습지로 조성되었으며, 수질개 선효과를 위하여 애기부들, 물억새, 갈대 등을 식재하였으 며, 현존식생을 조사한 결과 식재종으로 갈대(13.5%), 물억 새(1.7%) 등이 조사되었으며, 자연발생종인 쑥(1.5%), 환삼 덩굴(1.5%), 미국개기장(0.6%) 등이 조사되었다. 기존 식재 되었던 갈대는 113.4%의 면적으로 증가되어 유지․증가종으 로 조사되었으며, 물억새는 68.1%로 감소된 감소종으로 파 악되었고, 애기부들 및 연꽃은 도태되어 도태종으로 나타났 다. 저농도 인공습지(공주 상서리)는 기존 준공시 침강지, 얕 은습지, 깊은습지, 침전지를 조성하였으며, 연꽃, 물억새, 미 나리, 달뿌리풀, 갈대, 창포, 애기부들 등을 식재하였으며, 현존식생을 조사한 결과 기존 식재종인 애기부들(6.4%), 갈 대(4.2%), 창포(2.6%) 등이 조사되었으며, 자연발생종으로 줄풀(1.8%), 갈대-돌콩(0.4%), 창포-줄풀(0.1%) 등으로 조 사되었다. 기존 식재되었던 물억새는 257.8%, 애기부들은 159.2%, 연꽃은 136.2%, 갈대는 125.5%의 면적으로 증가 되어 유지․증가종으로 조사되었으며, 창포는 65.7%, 달뿌리 풀은 47.3%로 감소된 감소종으로 파악되었고, 미나리는 도 태되어 도태종으로 나타났다. 저감효과를 위하여 식물체내 N, P흡수 저감량을 분석한 결과, 식생수로는 조사된 달뿌리풀, 물억새의 식물체내 T-N 비율은 달뿌리풀이 0.364%, 물억새가 0.377%로 파악되었 으며, 식물체내 T-P 비율은 달뿌리풀이 0.198%, 물억새가 0.417%로 조사되었다. 용인 초부리의 침투저류지는 현존 식생에 의해 조사된 식물인 노랑꽃창포, 갈대, 부처꽃의 식 물체내 T-N 비율은 노랑꽃창포가 0.976%, 갈대가 0.35%, 부처꽃이 0.379%로 조사되었으며 노랑꽃창포의 저감효과 가 높은 것으로 파악되었다. 식물체내 T-P 비율은 노랑꽃창 포가 0.657%, 갈대가 0.134%, 부처꽃이 0.157%로 분석되 었으며 T-N 비율과 같은 유형으로 조사되었다. 고농도 인공 습지인 논산 양지리의 경우, 갈대와 물억새를 분석한 결과 식물체내 T-N 비율은 갈대는 0.780%, 물억새가 0.645%, 식물체내 T-P 량을 분석한 결과, 갈대는 0.181%, 물억새가 0.155%로 갈대의 저감효과가 높은 것으로 나타났다. 공주 상서리의 저농도 인공습지는 애기부들의 경우 수심에 따른 저감효과를 알아보기 위하여 깊은습지와 얕은습지로 나누 어 분석하였으며, 분석한 식물종으로 애기부들, 물억새, 연, 달뿌리풀, 창포, 갈대로 조사하였다. 식물체내 T-N 비율은 애기부들의 경우 수심 약 1m 내외의 깊은 습지가 0.474%, 수심 20㎝ 내외의 얕은 습지가 0.324%였다. 연은 1.084%, 물억새 0.312%, 달뿌리풀 0.616%, 창포 0.910%, 갈대 0.615%로 조사되었으며, 연과, 창포, 달뿌리풀의 저감효과 가 높은 것으로 사료되었다. 식물체내 T-P 비율은 애기부들 의 경우 수심 약 1m 내외의 깊은 습지가 0.347%, 수심 20㎝ 내외의 얕은 습지가 0.128%였다. 연은 0.375%, 물억새 0.155%, 달뿌리풀 0.166%, 창포 0.428%, 갈대 0.150%로 T-P의 경우 식물종별 크게 차이는 없지만 깊은습지의 애기 부들과 창포, 연의 저감효과가 다른 종에 비해 비교적 높은 것으로 분석되었다. 모니터링(현존식생, 종구성변화)과 저감효과를 종합분석 한 결과, 적극적 관리 및 소극적 관리로 구분하였다. 이에 세부적인 내용으로 하천변의 식생수로와 고농도 인공습지 는 적극적 관리를 통하여 생태교란야생식물종(환삼덩굴 등) 의 집중적 관리가 필요한 것으로 사료되었으며, 침투저류 지, 저농도 인공습지는 소극적 관리를 도입하여 현재 생육 이 양호한 식재종 유지 및 이입종 관리가 우선시 되야 할 것으로 사료되었다. 또한 우선관리종, 수질정화기능 적정종 을 선정하고 이에 따른, 이입종 관리 및 밀도관리를 위한 방법적 측면을 고려하여 추후 비점오염 저감시설을 설치 시, 적절한 식재종의 선택과 선택적 관리기법을 도입해야 할 것으로 판단된다.

개발활동, 도시화로 인한 인구집중, 기후변화 등 물환경 여건이 악화됨에 따라 환경수문학적 문제를 야기하여 수생태계에 악영향을 미친다. 특히, 강우시 포장지역의 경우 불투수율이 높아 첨두유량의 증가로 도시홍수가 유발되며 비점오염물질의 유출을 증가시켜 강우유출수 및 비점오염물질의 관리가 요구되는 실정이다. 이에 환경부에서는 비점오염원을 관리하기 위하여 수질 및 수생태계보전에 관한 법률 및 제도적 장치를 수립하였으며 비점오염관리기법에 관한 매뉴얼 및 가이드라인의 발간을 통해 비점오염원 관리에 최선을 다하고 있다. 최근 들어 국내,외에서는 그린빗물인프라(Green Stormwater Infrastructure, GSI) 기법이라는 새로운 비점오염관리기법의 등장으로 활발한 연구가 진행되고 있다. GSI기법은 개발과 동시에 자연적 침투 및 저류, 여과, 식생에 의한 증발, 증산등의 자연적 유출 저감방법을 모방함으로써 자연적 물순화 체계를 최대한 유지, 보호하는 신개념의 개발방법으로 건전한 물순화 시스템 조성 및 홍수방지, 생물의 서식처 제공, 강우유출수에 포함된 비점오염물질의 저감 등으로 효율적 유역관리를 위한 도시개발사업 등에 적용되어 지고 있다. 따라서 본 연구는 효율적인 비점오염관리를 위한 GSI 기법의 개발의 일환으로 모듈형 침투여과시설을 개발하고자 수행되었으며 시설의 적용에 앞서 실험적 검증을 통하여 적용성을 평가하고자 한다. 본 연구에서 개발하고자 하는 침투여과형 시설은 다양한 강우사상에 적합한 모듈화된 3단형 구조로 여과침투조, 여과저류조 및 최종침강지로 구성되며 시설의 저류용량은 0.028m3의 용량으로 설계되었다. 시설의 운영은 총 8회가 수행되었으며 실험결과, 물수지 및 물질수지 산정을 통해 오염물질별의 저감 효율은 50~90%로 분석되어 70%이상의 높은 침투와 저류를 통한 유출저감에 의해 나타나는 것으로 분석되었다. 침투여과시설의 운영효율은 여재의 공극 막힘현상의 발생여부로 판단이 가능한데 본 기술의 경우 공극 막힘현상은 누적 TSS 양이 8.3~9.0 kg/m2의 범위에 도달할 때 발생하였으며, 이 값은 타 연구결과에 비해 큰 값으로 나타나 장기간 높은 효율을 유지할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 초기침강지를 설치하지 않은 상태에서도 시설로부터 유출되는 시료 내 평균 입경크기는 10 μm로 조사되어 초기침강지를 설치할 경우 입자제거에 효과적일 것으로 판단된다.

본 연구는 도로의 Low Impact Development(LID) 시설에서 노면유출수의 저류와 토양내의 중금속 축적을 모니터링하였다. 경기도 A시에 위치한 시설로 기존가로수 하향식재와 나무화분 여과상자의 가로수 형태가 있으며, 식생 저류조 형태의 식생플랜트와 식생체류장치로 총 4개의 시설에 대하여 모니터링을 실시하였다. 강우에 실시된 4회의 모니터링에서 시설로 유입된 누적 강우유출수는 0.07~0.77 m3의 범위로 나타났으며, 가로수 형태 시설의 강우 유출수에 대한 시설 유입율은 평균 14.9%였다. 식생 저류조 형태의 경우 평균 4.6%의 유입율로 강우 유출수에 대한 저류능력을 나타내었다. 토양 의 중금속은 표층으로부터 10 cm의 토사를 채취하여 농도변화를 계절(여름, 가을, 겨울)에 따라 모니터링하였다. 타이어의 마모에 의해 발생하는 카드뮴(Cd)의 경우 식생플랜트 시설의 초기 기저농도 0.0014 mg/kg에서 겨울에는 0.0304 mg/kg으로 증가하였다. 나무화분 여과상자에서는 납(Pb)이 0.0263 mg/kg에서 0.0606 mg/kg으로 축적된 것을 확인하였다. 이러한 LID시설의 유량 저류는 도심의 불투수층에서 발생하는 강우 유출수가 하천으로 유입되어 유발되는 홍수 및 수해에 대한 방재 효과와 시설 내 중금속 저감을 기대 할 수 있는 것으로 나타났다.

도로는 포장지역으로 불투수율이 높고 차량의 운행으로 인하여 비점오염물질의 축적이 큰 토지이용이다. 도로는 대부분 수계와 연관되어 강우시 처리되지 않은 비점오염물질 및 첨두유량으로 인하여 환경수리학적 문제를 야기하여 수생태계에 악영향을 미친다. 이에 미국, 유럽 및 일본을 비롯한 선진국에서는 각종 수리학적 문제를 해결하기 위하여 환경 친화적인 기술을 개발, 저영향개발 기술 (Low Impact Development) 기술을 적용함으로써 도시내 건전한 물순환 구축 및 수생태 보전을 위한 효율적인 유역관리를 하고 있다. 이러한 기술은 강우유출수의 유출을 지연시켜 개발 이전의 지역이 가지고 있던 수리학적 기능을 최대한 흉내 내는 효율적 유역관리로 도시개발사업 등에 적용되어 지고 있다. 따라서 본 연구에서는 도시지역 물순환 시스템의 왜곡 및 수생태계 복원을 위하여 저류 및 여과 기작이 적용된 도로 LID 기술을 개발하고자 수행되었으며, 현장에 적용된 1.4m×1.4m×2.0m (L×W×H) 규모의 Test-bed를 통하여 수목여과시설에 대한 평가를 실시하였다. 본 연구를 통하여 수목여과시설의 비점오염저감 능력에 대한 평가 결과, 10mm 이하의 소규모 강우에서는 대부분의 비점오염물질 항목에서 유입량 대비 70% 이상의 저감되었고, 10mm 이상의 대규모 강우의 경우 40% 이상의 저감효율을 나타내는 것으로 조사되었다. 또한 물순환 기여도 평가를 통하여 10mm 이하의 소규모 강우가 발생할 시 유입수의 73.7%가 시설 내 저류되었으며 10mm 이상의 큰 강우 발생 시에도 유입수의 30.7%가 저류되어 물순환 기여에 도움이 되는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구의 수목여과시설이 도로에 적용시 비점오염물질의 유출 저감에 기여하여 개발과 환경이 공존될 수 있으며 도시내 물 보유를 높여 자연적인 물순환에 기여 할 수 있을 것으로 판단된다.