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ISSN : 1229-3431(Print)
ISSN : 2287-3341(Online)
Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety Vol.25 No.1 pp.45-57
DOI : https://doi.org/10.7837/kosomes.2019.25.1.045

Modeling the Resident Characteristics of Land-Based Pollutant Inflow to Suyeong Bay

Woo-Sung Jung*,Sok-Jin Hong**†,Won-Chan Lee***,Hyung-Chul Kim***,Jin-ho Kim***,Dong-Myung Kim****
*, *** Marine Environmental Management Division, National Institute of Fisheries Science, Busan 46083, Korea
** Tidal Flat Research Institute, National Institute of Fisheries Science, Gunsan 54014, Korea
**** Department of Ecological engineering, Pukyong National University 45, Yongso-ro, Nam-gu, Busan 48513, Korea
* First Author : sea_jws@naver.com, 051-720-2527
† Corresponding Author : ssokjin@korea.kr, 063-472-8613
November 12, 2018 December 26, 2018 February 25, 2019

Abstract


The resident characteristics of land-based pollutants were analyzed to manage the pollution sources affecting Suyeong Bay. These characteristics were analyzed using a hydrodynamic model and particle tracking model. Pollutants were represented by particles, and the amount of particles and pollutants was represented proportional. The resident characteristics were analyzed by comparing the amount of pollutant load, resident pollutants, and the ratio of resident pollutants remaining in the bay relative to the incoming load for each the of pollution sources. The order of the pollution sources was as follows, according to the amount of resident pollutants at Suyeong Bay. the Suyeong WasteWater Treatment Plant(WWTP), Nambu WWTP, Suyeong river and so on. The amount of resident pollutants was smaller for small load farther away from the interior of bay. Nambu WWTP had the greatest load among the pollution sources, but it showed the smallest ratio of pollutants remaining in the bay relative to incoming load among the pollution points. The result indicates that pollutants affect sea areas differently according to the characteristics each area and the topographic characteristics of pollution sources.


Suyeong Bay , Land-based Pollutant , Hydrodynamic Model , Particle Tracking Model , Resident Characteristics

수영만으로 유입되는 육상기인 오염물질의 체류특성 모델링

정우성*,홍석진**†,이원찬***,김형철***,김진호***,김동명****
*, *** 국립수산과학원 어장환경과, ** 국립수산과학원 갯벌연구소, **** 부경대학교 생태공학과

초록


수영만 해역의 오염원 관리를 위해 유입되는 육상기인 오염물질의 체류특성을 분석하였다. 오염물질의 체류특성은 해수유동 모델과 입자추적 모델을 활용하여 분석하였다. 오염물질은 입자로 표현되며, 입자의 양과 오염물질량은 비례하도록 나타내었다. 체류특성 은 각 오염원별로 부하량, 해역에서 체류하는 오염물질량, 부하량 대비 해역에 체류하는 오염물질량을 비교하여 분석하였다. 수영만 해역 에 체류하고 있는 오염물질량을 오염원별 순으로 나타내면 수영하수처리장, 남부하수처리장, 수영강 등의 순이었다. 오염부하량이 적고 만 내측에서 멀어질수록 해역에 체류하는 오염물질량이 적었다. 오염원 중에서는 남부하수처리장에서 유입되는 부하량이 가장 많았다. 하지만, 유입 부하량 대비 해역에 체류하는 오염물질량은 수영만으로 유입되는 오염원 중 가장 낮은 값을 보였다. 이는, 해역의 특성과 각 오염원의 지형적인 특성에 따라 오염물질이 해역에 미치는 정도가 다르다는 것을 의미한다.


수영만 , 육상기인 오염물질 , 해수유동 모델 , 입자추적 모델 , 체류특성
    National Fisheries Research and Development Institute
    R2019048

    1. 서 론

    수영만에는 대한민국의 대표적 관광지인 해운대·광안리 해수욕장이 위치하고 있으며, 연간 천만 이상의 피서객이 방문하고 있다(KMI, 2017). 하지만, 수영만 해역은 지속적인 인구유입과 연안개발로 인해 해역수질의 오염이 우려된다 (MOF, 2012). 또한, 수영만은 청정해역을 필요로 하는 해역 이 전체 해역의 97.9%이지만, 2005년~ 2014년 평균 COD농도 는 목표수질인 1 mg/L를 초과하여 II 등급으로 나타나고 있 다(MOF, 2012;MOF, 2015). 따라서, 수영만 연안해역의 오염 관리를 위한 연구가 필요할 것이라고 판단된다.

    연안수질 관리를 위해서는 유입되는 오염원의 제어가 필 요하며, 이를 위해서는 오염물질의 영향, 거동, 확산에 대한 해석 및 예측이 유용하다(Kim and Lee, 2009;Lee and Kim, 2002).또한 향후 보건위생상 안전을 위한 대장균과 같은 항 목의 총량관리 기법도입을 위해서도(Ko et al., 2007), 해역에 유입된 오염물질의 거동에 관한 정확한 예측이 필요하다.

    이를 위해서는 생태계 모델과 해수유동 모델을 이용한 입 자추적 방법이 활용되고 있다. 생태계 모델은 해역으로 유 입되는 오염원의 삭감에 따른 수질의 응답특성을 평가하는 데 사용되고 있으며(Susilowati et al., 2004;Hong et al., 2007;Gaddis and Voinov, 2010;Zhao et al., 2012;Jung et al., 2016), 흔 히 수질기준을 만족시키기 위한 오염물질의 삭감량을 결정 하는데 사용되고 있다(Benham et al., 2006). 생태계 모델을 통 해 연안해역 수질을 평가하는 것이 직관적이다. 그러나 연 안해역에서 생태계 모델링을 수행하기 위해서는 해수유동 모델에서 계산된 유동자료가 필요하며, 모델 구축 및 예측 에 필요한 자료가 많다는 단점을 가지고 있다. 해수유동 모 델을 이용한 입자추적방법은 해역의 물리적 체류시간, 해수 교환율, 해역에 유입된 오염물질의 거동 및 이동 범위계산 등에 사용되고 있다(Yoo et al., 2012;Li et al., 2013;Kim et al., 2014;Du et al., 2016;Kim et al., 2016). Yoo et al.,(2007)은 매미 태풍시 낙동강 하구로 유입되는 해안부유쓰레기의 거동을 예측하였다. Kim and Yoon(2009)은 남강댐 방류에 의한 부유 쓰레기의 거동에 대한 연구를 실시하였다. Jung(2009)은 태안 유류유출사고를 대상으로 유출유의 확산에 대한 연구를 실 시하였다. Suh et al.(2010)은 새만금 방조제 공사에 따른 수리 특성 변화를 예측하는데 사용하였다. Cho et al.(2010)은 바다 숲 조성지의 확장을 위해 해조포자의 거동을 예측하고 이에 따라 조성지 구성방안을 제시하는데 활용하였다. Park et al.(2011)은 마산만의 체류시간 및 해수교환율을 산정하였다. Jung et al.(2012)은 강진만을 대상으로 남강댐 방류수의 거동 특성과 만 내 체류시간을 계산하였다. Kim et al.(2014)는 Hebei 석유유출 사고를 재현하는데 사용하였다. Du et al.(2016)은 기후환경에 따른 Changtan Reservoir의 Water age를 계산하였 다. Kim et al.(2016)은 모델상에서 입자뿐만 아니라 염료를 사용하여 진해만의 해수교환율을 구하고 비교하였다. 이와 같은 사례를 살펴보면 유출사고와 같은 특정적인 현상에 따 른 오염물질의 이동을 파악하는데 사용하고 있거나, 체류시 간 및 해수교환율과 같이 해역의 특성을 파악하는데 사용되 고 있다. 입자를 활용한 방법은 해역의 오염을 지속적으로 유발하는 육상기인 오염물질에 대한 연구에도 유용할 것으 로 판단할 수 있다. 즉, 입자를 활용하는 방법은 해역으로 유입되는 육상기인 오염물질의 거동 및 체류특성을 파악하 고, 오염물질이 특정해역에 미치는 정도를 예측하는데 유용 한 수단이 될 것이다.

    수영만은 외해쪽으로 향할수록 폭이 넓어지고 수심이 깊 어지기 때문에, 외해수의 의한 영향을 직접적으로 받는 특 성을 가지고 있다(Lee et al., 1991a). 또한 수영강으로 유입된 오염물질은 외해의 강한 조류영향을 받아, 인근해수욕장까 지 영향을 미치고 있다(Lee et al., 1991b). 이를 통해 수영만 과 같이 물리적 특성이 물질순환을 지배하는 해역은, 유입 되는 오염물질의 체류특성에 대한 연구가 선행될 필요가 있 다고 시사하는 것이다.

    따라서 본 연구에서는 , 수영만 해역으로 유입되는 오염원 관리를 위해, 수영만의 해수유동 계산 및 입자를 활용하여 유입되는 육상기인 오염물질의 체류특성을 모델링하고 분 석하였다.

    2. 재료 및 방법

    2.1 해수유동 모델

    본 연구에서 사용한 해수유동 모델은 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)로 미국 VIMS(Virginia Institute or Marine Science)에서 Hamrick(1992)에 의해 개발되었다. 미국 환경청 (EPA)에서 공인한 모델이며, DSI(Dynamic Solutions International) 사에서 지속적인 관리가 이루어지고 있다. 또한, 다양한 수 환경에 적용이 가능해 세계적으로 널리 사용되고 있는 모델 이다(Kang et al., 2011;Seo et al., 2012;Yin and Seo, 2016;Xu and You, 2016;Osmi et al., 2016).

    모델의 적용범위는 수영만을 포함하는 부산연안을 대상 으로 하였다. 격자는 DSI사의 격자생성 프로그램인 CVL Grid(Version 1.0)을 사용하여 구축하였다. 수심자료는 국립해 양조사원의 전자해도를 사용하였다. 수평격자 형태는 연구 목적과 계산효율을 고려하여 Curvilinear로, 수영만 내측에서 외해쪽으로 갈수록 격자크기가 증가하도록 구성하였다. 수 평방향 격자 크기는 X방향으로 14.4 m ~ 1,751.9 m, Y방향으로 는 11.3 m~ 1,729.5 m로 구성하였다. 수직격자 형태는 Sigma 로 구성하였으며, 수심을 고려하여 총 5개 층으로 구성하였 다. 계산기간은 본 연구대상기간인 2013년 8월을 대상으로 30일 동안 계산하였다. 계산간격은 CFL조건을 고려하여 1 sec로 하였다. 해역의 조석조건은 국립해양조사원에서 제공 하는 기본수준점에 제시되어 있는 4대분조를 보간하여 입력 하였다. 기상자료는 기상청에서 제공하는 기상관측 자료를 활용하였으며, 수온과 염분자료는 국립해양조사원에서 제공 하는 해양관측정보 자료를 활용하였다(Fig. 1, Table 1). 해역 으로 유입되는 유량은 관측값의 평균값을 각 오염원별로 일 정하게 입력하였다.

    2.2 입자추적 모델

    본 연구에서 사용한 입자추적 모델은 EFDC의 Particle Tracking Model이며, Lagrangian방법이다. 해역으로 유입된 입 자는 다음과 같은 식에 의해 이동한다.

    d x = d x d r i f t + d x r a n = u + ∂ D H ∂ x d t + 2 D H d t 2 p − 1
    (1)

    d y = d y d r i f t + d y r a n = υ + ∂ D H ∂ y d t + 2 D H d t 2 p − 1
    (2)

    d z = d z d r i f t + d z r a n = z + ∂ D H ∂ z d t + 2 D V d t 2 p − 1
    (3)

    여기서, x,y,z는 입자의 Lagrangian 좌표, drift부분은 유동에 의한 이류·확산항이며 ran은 random-walk항이다. u,v,w는 x,y,z 방향으로의 유속, DH와 DV는 각각 수평방향 및 수직방향의 확산계수, dt는 계산간격이다. p는 random-walk에 사용되는 값으로 0에서 1사이의 임의의 값을 가진다. random-walk란 통 계학적 개념을 도입한 것으로 모델에서 비선형적인 이동을 예측하는데 활용할 수 있다. random-walk방법을 사용하지 않 을 경우 같은 시간 및 공간에서 방류한 입자는 모델계산에 의해 동일한 위치로 이동되어, 자연현상의 비선형적인 부분 을 예측할 수 없다. 또한 random-walk를 사용할 경우 농도변 화가 급격한 곳에서 수치분산 없이 모의할 수 있다(Dearnaley et al., 1999). Jung and Kim(2008)은 목포해역의 해수유동 및 담수확산 예측시스템을 구축하기 위한 연구를 시행하였는 데, Random-walk방법과 다양한 유한차분법을 비교하였다. 그 결과 충분한 모의입자수를 사용할 경우에 Random-walk방법 은 정확성이 뛰어나다고 하였다. 또한, 확산에 비해 유속이 큰 경우에 다른 유한차분법들은 정확도가 떨어지는 반면 Random-walk방법은 정확도가 높아진다고 나타내었다. 따라 서 본 연구해역인 수영만과 같은 연구해역은 Random-walk방 법을 적용하는 것이 타당하다고 판단하였다.

    2.3 육상기인 오염물질의 체류특성 분석

    해역으로 유입되는 오염물질의 체류특성은 입자물질을 활용하여 분석하였다. 해역으로 방류하는 입자의 양은 해역 으로 유입되는 육상기인 오염물질의 양과 비례하도록 나타 내었다. 오염물질량은 MOF(2015)의 자료를 활용하였으며, 오염물질의 생물학적 분해는 없다고 가정하였다. 수영만으 로 유입되는 오염원은 수영하수처리장, 동부하수처리장, 해 운대 하수처리장, 남부하수처리장, 춘천, 우동천, 수영강, 온 천천, 남천으로 총 8개의 점오염원을 고려하였다(Fig. 2).

    해역으로 유입되는 오염물질량은 수질지표로 사용되는 COD 부하량을 사용하였다. 부하량은 해수유동 모델에서 입 력한 유량과 마찬가지로 관측값의 평균값을 사용하였다. 오 염물질을 반영하는 입자물질은 다음과 같이 유입시켰다. 부 하량이 가장 적은 우동천을 기준으로 각 오염원별 부하량 비를 산정하였다. 산정된 부하량비는 유입 1회당 오염원별 로 유입되는 입자수를 나타낸다. 체류시간 및 해수교환율을 산정한 연구(Park et al., 2011)를 보면 방류시점에 따라 해역 으로 유입된 물질의 체류특성이 다르기 때문에, 창·낙조 및 대조기·소조기에 따른 각각의 연구를 실시하였다. 따라서 본 연구에서는 창·낙조 및 대조기·소조기가 고려될 수 있는 시 점에 입자를 방류하였다. 하루에 각각 2번 발생하는 창·낙조 를 고려하여 하루에 4번씩 각 오염원별로 입자를 유입시켰 다. 또한 대조기·소조기와 유입된 입자가 해역에서 안정화될 수 있도록 총 30일 동안 오염원별로 입자를 유입시켰다. 이 와 같은 방법으로 오염원별 부하량에 맞도록 입자를 하루에 4번, 30일간 총 120회 유입시켰다. 단 유입되는 오염물질량 은 관측자료를 고려해 한달 동안 일정하게 유입된다고 가정 하였다. 유입되는 부하량과 입자수를 환산하면 1입자당 오 염물질량은 약 14.07 kg으로 나타났다(Table 2). 계산시간 30 일 동안 수영만 해역범위 내측에 체류하고 있는 입자수를 구하였고, 이 입자수를 오염물질량으로 환산하여 나타내었 다. 수영만 해역범위는 Fig. 2에 나타냈으며, 이는 MOF(2014) 에서 설정한 수영만 관리범위로 하였다. 평균적으로 해역에 체류하는 오염물질량은 4대분조를 고려하여 14.5일부터 30 일까지 15.5일 동안의 값을 평균하여 나타내었다.

    산정된 결과를 활용해 각 오염원별로 유입되는 부하량, 해역에 체류하는 양 , 해역으로 유입되는 부하량 대비 해역 에 체류하는 오염물질량을 비교하였다. 해역으로 유입되는 부하량대비 해역에 체류하는 오염물질량은 아래와 같이 나 타내었다.

    M L R R = R e s i d e n t   a m o u n t   o f   p o l l u t a n t   k g M o n t h l y   l o a d   a m o u n t   k g
    (4)

    D L R R = R e s i d e n t   a m o u n t   o f   p o l l u t a n t   k g D a i l y   l o a d   a m o u n t   k g
    (5)

    MLRR(Monthly Load Resident Ratio)는 한 달 동안 유입되 는 부하량(Monthly load amount) 대비 해역에 평균적으로 체 류하고 있는 오염물질량(Resident amount of pollutant)이다. DLRR(Daily Load Resident Ratio)는 하루 동안 유입되는 부하 량(Daily load amount) 대비 해역에 평균적으로 체류(Resident amount of pollutant)하고 있는 오염물질량이다. 각각의 수치가 높을수록 유입되는 오염물질이 해역에서 오래 체류하는 것 을 의미한다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 해수유동 모델 검증

    검증은 Fig. 2에 나타낸 CM.1정점과 CM.2정점을 대상으로 실시하였다. 검증은 조위검증 및 조류타원도를 이용하여 유 속·유향을 검증하였다. 관측값은 2014년 8월에 관측된 값을 사용하였다. 조위검증결과는 Fig. 3에 나타내었다. 관측값과 계산값의 비교결과 유사한 값을 나타내었다. CM.1정점의 R2 값은 0.925, CM.2정점의 R2값은 0.929로 나타났다. 유속·유향 검증결과는 Fig. 4와 Fig. 5에 나타내었다. 조류타원 비교 결 과 두 정점 모두 관측값과 유사한 결과를 나타냈으며, 흐름 에 크게 영향을 주는 반일주조의 결과가 일주조에 비해 양 호하게 나타났다.

    모델에서 재현된 유동의 창·낙조의 유동결과는 Fig. 6에 나타냈다. 창조시에는 해운대 해수욕장에서 용호동 방면인, 북동쪽에서 남서쪽으로 흐르는 패턴을 나타내었다. 수영만 하구에서는 수영강 상부쪽으로 올라가는 흐름을 나타내었 다. 만 외측에서는 만 내측에 비해 강한 흐름이 나타났고, 만 안쪽으로 갈수록 유속이 약해지는 것을 볼 수 있다. 낙조 시에는 창조시와는 반대로 용호동에서 해운대해수욕장방면 인, 남서쪽에서 북동쪽으로 흐르는 패턴을 나타내었다. 수영 강 하구에서는 해양쪽으로 나오는 흐름을 나타내었다. 이는 Jung and Yoa(1992)의 연구 결과 및 국립해양조사원 수치조류 도 결과와 유사한 흐름을 나타내었다.

    3.2 육상기인 오염물질의 체류특성 분석 결과

    각 오염원에 기인하여 해역에 체류하는 오염물질의 체류 특성 분석 결과는 오염원별로 Fig. 7, Fig. 8, Table 3에 나타내 었다. 수영하수처리장은 만 내측에 위치하고 있어 약 3일까 지는 오염물질이 만내에서 계속 증가하고 있으나, 그 이후 부터는 창·낙조의 흐름에 의해 증감을 나타내고 있다. 30일 동안 유입되는 총 부하량은 101,271 kg/month이며, 해역에 평 균적으로 9,188 kg이 체류하는 것으로 나타났다. 총 유입되는 부하량대비 체류하고 있는 오염물질량은 약 0.091로 나타났 으며, 하루당 유입되는 부하량대비 체류오염물질량은 약 2.722로 나타났다. 따라서 수영하수처리장으로 유입되는 오 염물질은 월 부하량 대비 약 9.1%, 하루 부하량 대비 약 2.72배가 체류하면서 해역에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    동부하수처리장은 수영하수처리장 인근에 위치하고 있어 수영하수처리장과 유사한 특성을 나타내었다. 30일간 유입 되는 총 부하량은 21,941 kg/month이며, 해역에 평균적으로 1,966 kg이 체류하는 것으로 나타났다. 총 유입되는 부하량대 비 체류하고 있는 오염물질량은 약 0.090로 나타났으며, 하 루당 유입되는 부하량대비 체류오염물질량은 약 2.689로 나 타났다. 따라서 동부하수처리장으로 유입되는 오염물질은 월 유입 부하량대비 약 9.0 %, 하루유입 부하량 대비 약 2.69 배가 체류하면서 해역에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    해운대하수처리장에서 방류된 오염물질은 앞에서 언급한 하수처리장에 비해 해류의 영향을 크게 받는 것으로 나타났 다. 이는 유속이 빠른 해류와 접하게 되는 위치적 요인으로 판단된다. 30일간 총 유입되는 부하량은 9,242 kg/month이며, 해역에 평균적으로 577 kg이 체류하는 것으로 나타났다. 총 유입되는 부하량대비 체류하고 있는 오염물질량은 약 0.062 로 나타났으며, 하루당 유입되는 부하량대비 체류오염물질 량은 약 1.873으로 나타났다. 따라서 해운대하수처리장으로 유입되는 오염물질은 월유입 부하량 대비 약 6.2%, 하루유 입 부하량 대비 약 1.87배가 체류하면서 해역에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    남부하수처리장은 오염물질이 저층에서 방류되고 있으며, 본 연구에서 고려한 오염원 중 유일하게 해중방류를 실시하 고 있다. 총 유입되는 부하량은 112,556 kg/month이며, 해역에 평균적으로 4,292 kg이 체류하는 것으로 나타났다. 총 유입되 는 부하량대비 체류하고 있는 오염물질량은 약 0.038로 나타 났으며, 하루당 유입되는 부하량대비 체류오염물질량은 약 1.144로 나타났다. 따라서 남부하수처리장으로 유입되는 오 염물질은 월유입 부하량 대비 약 3.8%, 하루유입 부하량 대 비 약 1.14배가 체류하면서 해역에 영향을 미칠 것으로 판단 된다.

    춘천은 해운대 하수처리장과 인접하여 해운대 하수처리 장과 유사한 경향을 나타내고 있다. 총 유입되는 부하량은 6,831 kg/month이며, 해역에 평균적으로 390 kg이 체류하는 것 으로 나타났다. 총 유입되는 부하량대비 체류하고 있는 오 염물질량은 약 0.057로 나타났으며, 하루당 유입되는 부하량 대비 체류오염물질량은 1.711로 나타났다. 따라서 춘천으로 유입되는 오염물질은 월유입 부하량 대비 약 5.7%, 하루유 입 부하량 대비 약 1.71배가 체류하면서 해역에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    우동천은 수영강 하구에 위치하고 있어, 수영강에 위치한 하수처리장과 해운대해수처리장의 중간적 경향을 나타내었 다. 총 유입되는 부하량은 1,676 kg/month이며, 해역에 평균적 으로 139 kg이 체류하는 것으로 나타났다. 총 유입되는 부하 량대비 체류하고 있는 오염물질량은 약 0.083로 나타났으며, 하루당 유입되는 부하량대비 체류오염물질량은 약 2.482로 나타났다. 따라서 우동천으로 유입되는 오염원은 월유입 부 하량 대비 약 8.3%, 하루유입 부하량 대비 약 2.48배가 체류 하면서 해역에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    수영강은 본 연구 영역의 최내측에 위치하고 있어서 다른 오염원에 비해 안정화되는 시간이 크게 나타났다. 27일 이후 에 체류하는 오염물질이 증가하고 있어 30일동안 계산된 평 균값보다는 체류하는 오염물질의 양이 더 클 것으로 판단된 다. 총 유입되는 부하량은 14,115 kg/month이며, 해역에 평균 적으로 2,124 kg이 체류하는 것으로 나타났다. 총 유입되는 부하량대비 체류하고 있는 오염물질량은 약 0.150로 나타났 으며, 하루당 유입되는 부하량대비 체류오염물질량은 약 4.519로 나타났다. 따라서 수영강으로 유입되는 오염물질은 월유입 부하량 대비 약 15.0 %, 하루유입 부하량 대비 약 4.52배가 체류하면서 해역에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    온천천은 수영강과 유사한 결과를 나타냈다. 총 유입되는 부하량은 7,180 kg/month이며, 해역에 평균적으로 1,056 kg이 체류하는 것으로 나타났다. 총 유입되는 부하량대비 체류하 고 있는 오염물질량은 약 0.147로 나타났으며, 하루당 유입 되는 부하량대비 체류오염물질량은 약 4.418로 나타났다. 따 라서 온천천으로 유입되는 오염물질은 월유입 부하량 대비 약 14.7%, 하루유입 부하량 대비 약 4.42배가 체류하면서 해 역에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    남천으로 총 유입되는 부하량은 13,897 kg/month이며, 해역 에 평균적으로 760 kg이 체류하는 것으로 나타났다. 총 유입 되는 부하량대비 체류하고 있는 오염물질량은 약 0.055로 나 타났으며, 하루당 유입되는 부하량대비 체류오염물질량은 약 1.641로 나타났다. 따라서 남천으로 유입되는 오염물질은 월유입 부하량 대비 약 5.5 %, 하루유입 부하량 대비 약 1.64 배가 체류하면서 해역에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    수영만으로 총 유입되는 부하량은 288,709 kg/month이며, 해역에 평균적으로 20,492 kg이 체류하는 것으로 나타났다. 총 유입되는 부하량대비 체류하는 오염물질량은 약 0.071로 나타났으며, 하루당 유입되는 부하량대비 체류오염물질량은 약 2.129로 나타났다. 따라서 수영만으로 유입되는 오염물질 은 월유입 부하량 대비 약 7.1 %, 하루유입 부하량 대비 약 2.129배가 체류하면서 해역에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

    오염원의 부하량이 큰 순서는 남부하수처리장, 수영하수 처리장, 동부하수처리장, 수영강, 남천, 해운대 하수처리장, 온천천, 춘천, 우동천 순으로 나타났다. 해역에 체류하는 오 염물질량 순으로는 수영하수처리장, 남부하수처리장, 수영 강, 동부하수처리장, 온천천, 남천, 해운대 하수처리장, 춘천, 우동천 순으로 나타났다. 유입되는 오염물질량대비 체류오 염물질량 순은 수영강, 온천천, 수영하수처리장, 동부하수처 리장, 우동천, 해운대 하수처리장, 춘천, 남천, 남부하수처리 장으로 나타났다. 비교를 해보면 남부하수처리장에서 유입 되는 오염물질량은 1번째로 가장 높게 나타났으며, 해역에 체류하는 오염물질량은 2번째로 나타났다. 하지만 수영하수 처리장이 미치는 오염물질에 비해 약 1/2수준으로 나타났다. 또한 부하량대비 체류오염물질량은 9번째로 수영만으로 유 입되는 오염원 중 가장 낮은 값을 나타냈다. 이는 남부하수 처리장으로 유입되는 오염원의 대부분이 수영만 해역 아래 로 빠져나가기 때문이라고 판단된다. 수영하수처리장에서 유입되는 오염물질량은 오염원 중 2번째로 많고, 해역에 체 류하는 오염물질의 양은 1번째로 가장 많아, 수영만에 큰 영 향을 주고 있는 오염원으로 판단된다. 유입되는 부하량대비 체류오염물질량은 가장 만 내측에 위치한 수영강, 온천천에 이어 3번째로 나타났다. 동부하수처리장에서 유입되는 오염 물질량은 3번째로 많았으며, 체류하는 오염물질량은 4번째 로 나타났다. 수영강에 비해 부하량이 약 1.6배 많지만, 수영 강보다 그 영향이 적은 것으로 보아 위치적인 원인으로 판 단된다. 수영강과 온천천에서 유입되는 부하량은 수영하수 처리장과 남부하수처리장에 비해 미미하게 나타났지만, 유 입부하량대비 체류오염물질량을 보면 가장 높게 나타났다. 이는 강 상부에 오염원이 많이 유입될 경우에, 유입되는 오 염물질량 대비 수영만에 가장 크게 영향을 미칠 것이라고 판단된다. 그 외 오염원들은 부하량이 작거나 외해에 위치 하고 있어 상대적으로 해역에 미치는 영향이 미미한 것으로 판단된다. 이는, 해역의 특성과 각 오염원의 위치에 따라 오 염물질이 해역에 미치는 정도가 다르다는 것을 나타낸다.

    위 결과를 바탕으로 본 연구는 오염원 관리 우선순위를 선정하는데 도움이 될 것으로 판단된다. 오염원별 유입되는 부하량대비 체류오염물질량을 사용하여 오염원 제어 효율 순서를 선정할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 체류하는 오 염물질량을 통해 각 오염원이 해역에 미치는 정도를 간접적 으로 파악할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 연구 영역범위 를 광안리 해수욕장이나 해운대 해수욕장 등으로 변경하여 각 구역에 영향을 주는 오염원을 파악하는데도 도움이 될 것으로 판단된다. 추가적으로 본 연구에서는 생물학적 과정 을 배제한 물리적인 과정만을 고려하였다. 따라서, 생물학적 과정이 고려된 생태계 모델과의 비교가 필요할 것으로 판단 된다 또한 특성이 다른 . , 해역에 적용하여 본 해역과의 비교 가 필요하며, 부산연안의 경우 해류성분 유무에 따른 결과 를 비교 및 분석하는 연구가 필요할 것으로 판단된다.

    4. 결 론

    해수유동모델과 입자추적모델을 이용하여, 수영만으로 유 입되는 육상기인 오염물질의 체류특성에 대해 연구하였다. 해수유동 모델의 재현성은 양호한 것으로 나타났다. 육상기 인 오염물질의 체류특성은 만 내측에 위치할수록 해류의 영 향을 적게 받아 유입된 오염물질의 잔류비가 높게 나타났 다. 해역에 체류하는 오염물질량의 순으로 오염원을 정렬하 면 다음과 같다. 수영하수처리장, 남부하수처리장, 수영강, 동부하수처리장, 온천천, 남천, 해운대 하수처리장, 춘천, 우 동천 순으로 나타났다. 주로 수영강을 통해 유입되는 오염 원이 높게 나타났다. 상대적으로 부하량이 적고 만 내측에 서 멀어질수록 해역에 체류하는 값이 낮은 것으로 나타났 다. 유입되는 오염물질량은 남부하수처리장이 가장 많았으 며, 수영하수처리장에 비해 약 10% 더 많이 유입되었다. 하 지만 해역에 체류하는 오염물질량은 남부하수처리장이 수 영하수처리장에 비해 약 0.5배로 나타났다. 또한 남부하수처 리장은 유입되는 부하량 대비 체류비가 수영만으로 유입되 는 오염원 중 가장 낮은 값을 나타내었다. 이는, 해역의 특 성과 각 오염원의 위치에 따라 오염물질이 해역에 미치는 영향이 다르다는 것을 나타낸다.

    이와 같은 연구는 해역으로 유입되는 육상기인 오염물질 이 수영만 해역에 미치는 정도를 간접적으로 알 수 있을 것 으로 판단된다. 또한 오염원 관리 순위 선정에 유용하게 사 용할 수 있을 것으로 판단된다. 추가적으로 특성이 다른 해 역에 본 연구방법을 적용한 비교연구가 필요하며, 부산연안 유동에 영향을 주는 해류의 유무에 따른 수영만해역 유동의 차이를 비교 및 분석하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

    사 사

    본 연구는 어류가두리 양식장 최적환경관리 기술연구 (R2019048) 사업에 의하여 연구되었음.

    Figure

    KOSOMES-25-1-45_F1.gif

    Grid of hydrodynamic model. (a) zooming-in view of the highlighted section and (b) grid of model domain.

    KOSOMES-25-1-45_F2.gif

    Stations and depth of study area (X: verification point of hydrodynamic model, ●: point of land-based load, —: boundary of Suyeong Bay).

    KOSOMES-25-1-45_F3.gif

    Verification of elevation (up: CM.1, down: CM.2).

    KOSOMES-25-1-45_F4.gif

    Verification of Tidal ellipse at station CM.1. (a, b) at Surface layer; (c, d) at middle layer; and (e, f) at Bottom layer.

    KOSOMES-25-1-45_F5.gif

    Verification of Tidal ellipse at station CM.2. (a, b) at Surface layer; (c, d) at middle layer; and (e, f) at Bottom layer.

    KOSOMES-25-1-45_F6.gif

    Current result of hydrodynamic model. (a) Spring flood; (b) Spring ebb; (c) Neap flood; (d) Neap ebb.

    KOSOMES-25-1-45_F7.gif

    Pollutant amount in Suyeong Bay inflow from each of Land-based Load. (a) Suyeong WTTP; (b) Dongbu WWTP; (c) Haeundae WWTP; (d) Nambu WWTP; (e) Chun Stream; and (f) Wooding Stream. * ARP: Amount of Resident Pollutant, AARP: Amount of Average Resident Pollutant, AIP: Amount of Inflow Pollutant.

    KOSOMES-25-1-45_F8.gif

    Pollutant amount in Suyeong Bay inflow from each of Land-based Load. (g) Suyeong River; (h) Onchun Stream; (i) Nam Stream and (j) Total(sum of all pollutant). * ARP: Amount of Resident Pollutant, AARP: Amount of Average Resident Pollutant, AIP: Amount of Inflow Pollutant.

    Table

    Conditions of calculating (Hydrodynamic Model)

    Counting process of total number of particles

    Resident characteristic result of pollution sources

    Reference

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