수질오염총량제는 유역으로부터 배출되는 오염부하량을 관리하여 최종년도(단계 내)의 목표수질을 달성 및 유지하고자 하는 제도이다(MOE, 2013). 할당부하량 및 목표수질의 달성여부는 삭감계획 및 개발계획에 영향을 주기 때문에 단위유역의 말단지점에서의 수질을 정확하게 평가하는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다.

현재의 목표수질 평가방법은 4대강 수계법(MOE, 2015)에 따라 시행계획 수립대상을 결정하기 위하여 평가하는 방법으로 과거3년 평균수질로 평가하는 것이다. 이 방법은 하천의 유량변화에 따른 수질변화를 반영하지 못하는 한계가 있어서 목표수질 달성여부 평가시 배출부하량은 초과하지만 목표수질은 만족하는 경우가 있으며 이와 반대로 배출부하량은 만족하지만 목표수질은 만족하지 못하여 배출부하량과 목표수질의 상관관계가 제대로 반영되지 않는 경우가 생기기도 한다.

하천의 각 단위유역에서는 지리적 위치, 지형적 특성에 따라 유량변화는 다양하게 나타나며 유역으로부터 배출되는 오염부하량이 동일하더라도 하천의 유량변화에 따라 단위유역 말단 지점에서의 수질변화는 여러 가지 형태로 나타나게 된다(Park and Oh, 2012). 목표수질 달성여부를 평가할 경우, 단위유역의 수질자료만 가지고 평가할 경우에는 하천 유량변화에 따른 수질변화를 고려하기가 어려우므로, 극심한 가뭄이나 홍수 등과 같이 하천의 유량변화가 크게 나타나는 경우에는 평가의 왜곡을 초래할 수 있으므로 보다 실제적인 평가가 이루어지기 위해서는 하천의 유량조건에 따라 나타나는 수질변화 또는 오염부하의 크기 등을 고려하여 목표수질 달성여부를 평가할 수 있는 방법이 필요하다(Park et al., 2012).

단위유역의 유량 및 오염부하량 자료를 바탕으로 작성되는 오염부하지속곡선(Load Duration Curve, LDC)은 하천의 전체 유량조건에 대한 수질 및 부하량 특성을 파악할 수 있는 곡선으로 미국 환경보호청에서는 오염총량관리계획 수립을 위한 LDC 이용지침서를 제공하고 있으며, LDC를 이용하여 현재의 오염부하량, 할당부하량, 및 삭감부하량을 산정하는 등 총량관리 계획수립에 활용하고 있다(U.S. EPA, 2007). 최근 우리나라에서도 수질오염총량제도의 개선과 보완을 위하여 부하지속곡선의 수질오염총량제 적용에 대한 필요성이 대두되고 있으며, 이에 관한 연구가 활발히 진행 중이다(Hwang et al., 2011; Kang et al., 2011; Park and Oh, 2012; Park et al,, 2013, Yun et al., 2013). Hwang et al. (2011)의 연구에서는 낙동강수계를 대상으로 현재의 목표수질 평가방법과 LDC에 의한 평가방법으로 비교 분석하여 개선방안을 제시하였다. 하지만 대부분 LDC평가방법의 도입이 기술적 타당성 검토 정도의 수준이거나 BOD평가에 한정되었고 BOD, T-P에 대해 현행평가방법인 3년 연속 2회 평가에 따른 결과를 비교 평가하여 제시하지는 않았다.

따라서 본 연구의 목적은 현재 총량관리 시행중인 한강수계 26개 단위유역을 대상으로 유량지속곡선(Flow Duration Curve, FDC) 및 LDC를 분석하고 분석된 자료를 바탕으로 현행방법인 최근 3년 수질 연속 2회 평가 및 LDC방법과 비교분석하여 목표수질 평가방법 개선방안을 제시하고 총량제도 유연성 확대에 기여하고자 한다.

부하지속곡선을 이용한 총량관리 목표수질 달성여부 평가대상지역은 한강수계 를 대상으로 하였다. 한강수계는 4대강수계 중 가장 위쪽에 위치하고 있으며 남한강 및 북한강, 한강본류, 경안천 수계 등을 포함한 총 49개 단위유역으로 구성되어 있다(Fig. 1 참조). 그 중 해수유통구간 등 목표수질이 설정되어 있지 않은 단위유역을 제외하고 현재 총량관리 목표수질이 고시된 26개 단위유역을 대상으로 하여 본 연구를 진행하였다.

2.2.1. 현행 목표수질 평가방법의 한계점

총량관리에서 적용하고 있는 과거3년을 이용한 평균수질법은 4대강 수계법(MOE, 2015)에 따라 오염총량관리 시행계획 수립대상을 결정하기 위하여 평가하는 방법으로 총량 관리 단위유역 목표수질지점의 8일 간격 수질측정자료를 사용하여 다음 식 (1) ~ (3)에 의해 평가한다. 여기서, 측정 수질은 산정시점으로부터 과거 3년간 측정한 것으로 하며, 2회 연속 목표수질을 초과하는 지역에서는 오염총량관리 시행계획을 수립하여 시행한다(MOE, 2013).

현행의 평가방법은 과거 3년간의 평균수질을 나타내므로 당해연도의 수질을 대표하지 못할 수 있으며, 산정과정에서 대수변환과정을 거치므로 연평균수질방법과 다르게 나타날 수 있는 문제점 및 수질측정자료가 특정 유량구간에 편중되어 있을 경우에는 그 대표성이 떨어질 수 있는 한계점이 있다(Park and Oh, 2012).

2.2.2. 부하지속곡선(LDC)을 이용한 목표수질 평가방법

최근 TMDL의 이행평가 및 삭감계획에 널리 이용되고 있는 LDC는 하천의 전체 유량 조건에서 실측수질과 목표수질과의 관계를 나타내는 곡선이다(U. S. EPA, 2007). LDC는 오염총량관리 목표수질 및 부하량 등을 시각적으로 표현하므로 목표수질 초과 빈도수와 크기 등을 쉽게 알 수 있다. 또한 LDC는 목표수질을 초과하는 유량조건들을 용이하게 파악할 수 있으며, 목표수질 초과원인 등을 규명하는데 유용하게 사용된다(Nevada, 2003).