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지표면 유출

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목차

1. 개요

지표면 유출은 강수(비, 눈 등)가 토양 속으로 스며들지 못하고 표면을 따라 하천으로 흘러가는 현상이다. 이는 눈이나 빙하가 녹는 지역과 강우가 있는 지역에서 발생하며, 토양의 침투 능력과 강수량에 따라 유출량에 차이가 있다. 지표면 유출은 침투 과잉, 포화 초과, 지하 회귀 흐름 등 다양한 유형으로 나타나며, 도시화, 농업, 산업 활동 등 인간의 활동에 의해 그 양과 오염 정도가 심화된다. 이러한 유출수는 침식, 퇴적, 수질 오염, 홍수 등의 환경 문제를 야기하며, 경제적 손실을 초래한다. 지표면 유출을 관리하고 완화하기 위해 토지 이용 규제, 침식 방지, 홍수 조절 프로그램, 화학 물질 사용 및 취급 규제, 도시 우수 관리 등의 노력이 이루어지고 있으며, 유출수의 측정 및 모델링을 통해 오염 물질 분석과 예측이 수행된다.

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지표면 유출

2. 지표면 유출의 발생

토양이 포화된 후 산비탈에서 발생하는 지표면 유출


지표면 유출은 강수량(비, 눈, 진눈깨비, 우박[5])이 땅속으로 스며들지 않고 지표면을 따라 하천으로 흘러가는 현상이다.

지표면 유출은 강우, 눈 녹음, 빙하 녹음 등에 의해 발생한다. 눈이나 빙하가 녹는 현상은 주로 추운 지역에서 발생하며, 보통 눈은 봄에, 빙하는 여름에 가장 많이 녹는다. 눈과 빙하가 녹는 속도는 기온과 일조 시간에 영향을 받는다. 고산 지대에서는 햇볕이 강한 날에는 하천 수위가 높아지고, 흐린 날에는 낮아지는 경향이 있다.

강설이 없는 지역에서는 주로 강우에 의해 지표면 유출이 발생한다. 하지만 모든 강우가 유출을 일으키는 것은 아니다. 토양은 어느 정도의 물을 흡수할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 오스트레일리아와 남아프리카 공화국[43]의 오래된 토양은 털뿌리가 매우 촘촘하여 많은 비를 흡수할 수 있다.

지표면 유출은 크게 두 가지 유형으로 나뉜다.

  • 침투 과잉 유출: 사막 기후나 스텝 기후와 같이 비가 많이 오고 땅 표면이 단단하거나 포장된 지역에서, 빗물이 땅속으로 스며들지 못하고 지표면으로 흐르는 경우이다.
  • 포화 과잉 유출: 흙이 물로 가득 차고 움푹 파인 곳에도 물이 차서, 더 이상 물이 스며들 곳이 없어 지표면으로 흐르는 경우이다.


이렇게 발생한 지표면 유출수는 결국 강, 호수, 바다로 흘러간다.[44]

우수관으로 흘러 들어가는 지표면 유출

2. 1. 강수와 유출

강수량(비, 눈, 진눈깨비 또는 우박[5])은 지표면 유출의 주요 원인이다. 눈이 없는 지역에서는 강우로 인해 유출이 발생하지만, 토양의 저장 능력으로 인해 가벼운 소나기는 흡수될 수 있으므로 모든 강우가 유출을 생성하는 것은 아니다.[10]

눈과 빙하의 용융은 이러한 현상이 영구적으로 형성될 만큼 충분히 추운 지역에서만 발생한다. 일반적으로 적설은 봄에 최고조에 달하고[6] 빙하 용융은 여름에 최고조에 달하여[7] 이들의 영향을 받는 강에서 뚜렷한 유량 최대값을 보인다.[8] 눈 또는 빙하의 용융 속도를 결정하는 요인은 기온과 일조 시간이다.[9] 고산 지역에서는 맑은 날에는 하천의 수위가 높아지고 흐린 날에는 낮아지는 경우가 많다.

2. 2. 토양의 역할

토양의 침투 능력은 지표면 유출 발생에 중요한 영향을 미친다. 토양의 종류, 구조, 그리고 이전에 얼마나 많은 물을 포함하고 있는지(선행 수분 함량)에 따라 침투 능력이 달라진다.[16] 예를 들어, 오스트레일리아와 남아프리카 공화국의 오래된 토양에서는 뿌리털이 매우 조밀하여 많은 비를 흡수할 수 있다.[10]

강우 강도가 높고 토양의 침투 능력이 낮으면 물이 땅속으로 스며들지 못하고 지표면 유출이 발생한다. 특히, 도시 지역의 포장도로나 건물과 같은 불투수면은 물의 침투를 막아 지표면 유출을 증가시킨다.[13]

토양이 물로 포화되고, 움푹 파인 곳(함몰 저류)에 물이 가득 차면, 계속 내리는 비는 즉시 지표면 유출을 일으킨다. 이때, 이전에 토양이 얼마나 많은 물을 포함하고 있었는지가 토양이 포화되는 데 걸리는 시간에 영향을 준다.[16]

강우 후에도 토양은 어느 정도의 수분을 유지하는데, 이 잔류 수분은 다음 강우 시 토양의 침투 능력에 영향을 미친다. 즉, 선행 토양 수분 함량이 높을수록 토양은 더 빠르게 포화되고, 유출이 발생하기 쉽다. 따라서 지표면 유출은 중간 정도 및 약한 강수 후에 토양 수분을 조절하는 데 중요한 역할을 한다.[16]

2. 3. 지표면 유출의 유형



나무를 이용한 우수 관리(애니메이션)


지표면 유출은 크게 두 가지 유형으로 나뉜다.

  • 침투 과잉 지표면 유출 (Hortonian overland flow[11] 또는 불포화 지표면 유출[12]): 강우량이 땅의 침투 능력을 초과하고, 모든 우묵한 곳의 저류가 이미 채워졌을 때 발생한다. 강우 강도가 높고 토양의 침투 능력이 표면 밀봉이나 포장 등으로 인해 감소하는 사막 기후 또는 스텝 기후 지역, 도시 지역에서 흔히 발생한다.
  • 포화 초과 지표면 유출 (포화 지표면 유출,[14] 또는 던 유출[15]): 토양이 포화되고 함몰 저류가 채워진 상태에서 강우가 계속될 때 발생한다. 선행 토양 수분 수준은 토양이 포화될 때까지 걸리는 시간에 영향을 미친다.
  • 지하 회귀 흐름 (또는 관류수): 언덕 상부에서 토양으로 침투한 물이 토양을 통해 측면으로 흐르다가 하천 근처에서 다시 지표면으로 유출되는 현상이다.


물이 흐르면서 유출량은 증발산, 미지형 기복에 의한 일시적 저장, 지표면을 흐르는 동안의 침투 등 여러 요인에 의해 감소할 수 있다. 그러나 최종적으로 지표면의 물은 강, 호수, 강어귀, 대양 등의 표면수 수역으로 흘러 들어간다.[17]

3. 지표면 유출의 특성

지표면 유출은 깊이가 1 - 10mm 정도이며 유속은 수십 - 수백 m/hr인 물의 흐름이다. 지표면 유출은 주로 1차 하천에 물을 공급하며, 유역 사이에서는 보다 높은 차수의 하천으로 물이 흘러들어간다.

3. 1. 지표면 유출 길이

지표면 유출 길이는 유역의 유출시간을 결정하는 데 중요하게 쓰인다. 1964년 Horton이 제시한 식에 따르면 평균 지표면 유출 길이(\overline{L_g})는 수계밀도(D)의 역수에 비례한다.

:\overline{L_g} \approx \frac{1}{2D}

4. 인간의 영향

강물을 오염시키는 강수량


인간이 활동하면서 발생하는 오염 물질은 유출수에 섞여 하천, 강, 호수, 하구, 바다로 흘러 들어가 수질 오염을 일으킨다. 이러한 오염 부하는 수계 및 관련 생태계에 변화를 초래한다.[19]

인간이 온실 가스를 대기에 배출하면서 기후가 변화하고, 이에 따라 강수 패턴도 바뀌고 있다. 대기 중 수증기 용량이 증가하면서 유출량에도 직접적인 영향이 나타날 것으로 예상된다.[20]

4. 1. 도시화

도시화는 포장도로와 건물 같은 불투수면을 더 많이 만들어 지표면 유출을 증가시킨다. 이로 인해 물이 토양을 통해 대수층으로 침투하지 못하게 된다. 대신 물은 하천이나 우수 유출 하수구로 직접 흘러가 침식과 토사 퇴적을 심화시킨다. 유출량 증가는 지하수 재충전을 감소시켜 지하수위를 낮추고, 특히 가뭄을 악화시켜 우물에 의존하는 농부와 다른 사람들에게 영향을 미친다.[18] 이는 도시 홍수의 주요 원인이 되며, 인명 및 재산 피해, 사회적 혼란을 야기한다.

도시 표면수 유출

4. 2. 농업

농지가 경작되어 흙이 드러나면, 매년 강수에 의해 많은 양의 표토가 수로로 운반되어 비옥한 표토가 유실되고, 표수에 탁도를 일으키는 퇴적물이 첨가된다. 농업 문제의 또 다른 상황은 지표면 유출을 통해 농약 (질산 에스테르, 인산염, 제초제 등)이 운반되는 것이다. 이러한 현상은 화학 물질의 사용이 과도하거나, 좋지 않은 시기에 대량의 강수가 있었을 경우 발생한다. 결과적으로 발생한 오염 유출액은 농약 폐기물뿐만 아니라 하류 생태계 환경에도 영향을 미친다. 전통적인 농법의 대체 수단으로, 화학 물질의 사용을 제거하거나 크게 줄이는 유기농법이 있다.[27]

4. 3. 산업 활동

산업 시설에서 유해 물질이 유출되면 수질 오염을 심화시키고, 생태계에 악영향을 미친다. 이러한 오염 부하는 하천, 강, 호수, 하구 및 해양과 같은 다양한 수역에 도달하여 수질 및 관련 생태계에 변화를 초래할 수 있다.[19]

5. 지표면 유출의 영향

지표면 유출은 여러 가지 방식으로 환경에 영향을 미친다.
침식 및 퇴적지표면 유출은 토양을 침식시키고, 침식된 물질을 하천, 호수, 바다 등으로 운반하여 퇴적시킨다. 토양 침식에는 빗방울이 흙을 튀기는 튀김 침식, 넓은 면적에서 흙이 씻겨 내려가는 면상 침식, 좁은 물길을 따라 침식이 일어나는 세류 침식, 세류 침식이 심화된 구거 침식 등 다양한 유형이 있다.

침식은 농경지의 비옥도를 떨어뜨리고, 물의 탁도를 높여 수생 생태계를 교란시킨다. 마다가스카르에서는 화전으로 인해 국토의 약 10%가 심각한 침식을 겪고 있다. 현대 농업 또한 침식의 주요 원인 중 하나이며, 미국의 옥수수 벨트 지역에서는 표토가 심각하게 유실되었다.[21] 무경운 농법은 토양 침식을 줄이는 효과적인 방법 중 하나이다.[22]
환경 문제지표면 유출은 석유 물질, 제초제, 비료 등 다양한 오염 물질을 운반하여 수질 오염을 일으킨다.[23] 이는 지하수, 토양, 지표수에 영향을 미쳐 인간의 건강을 위협하고 생태계를 교란시킨다. 오염된 물은 식수 공급에 문제를 일으키고, 수생 생물의 생존을 위협하며, 부영양화를 유발할 수 있다. 일부 연구에서는 살충제가 물고기의 성별을 변화시킬 수 있다는 보고도 있다.[24]

경작지 유출

홍수수로가 감당할 수 없을 만큼 많은 양의 물이 흐르면 홍수가 발생한다. 홍수는 자연 현상이지만, 하천 공학 등으로 인해 변화될 수 있다. 홍수는 나일강 범람원의 농업처럼 이익을 주기도 하지만, 인구가 증가하면서 자연 재해로 인식되고 있다. 특히 도시 지역의 지표 유출은 도시 홍수의 주요 원인으로, 인명 피해, 재산 피해, 식수 오염, 사회적 혼란 등 심각한 피해를 일으킨다.[30]

5. 1. 침식 및 퇴적

지표면 유출은 지구 표면의 침식을 일으키고, 침식된 물질은 하천, 호수, 해양 등에 퇴적될 수 있다. 물에 의한 토양 침식에는 튀김 침식, 면상 침식, 세류 침식, 구거 침식의 네 가지 주요 유형이 있다.

  • 튀김 침식: 빗방울이 토양 표면에 충돌하여 흙 입자를 흩뿌리는 현상이다. 흩어진 흙 입자는 표면 유출과 함께 이동한다.
  • 면상 침식: 뚜렷한 물길 없이 넓은 면적에 걸쳐 흙이 씻겨 내려가는 현상이다.
  • 세류 침식: 토양 표면의 거칠기로 인해 유출수가 좁은 물길을 형성하며 침식이 일어나는 현상이다. 이 물길은 너비가 1cm에서 수 미터에 이를 수 있다.
  • 구거 침식: 세류 침식이 심화되어 더 크고 깊은 물길이 형성되는 현상이다. 짧은 시간에 많은 양의 침식 물질을 운반할 수 있다.


침식은 작물 생산성을 감소시키며, 토양 보전 분야에서 연구된다. 유출수에 의해 운반되는 토양 입자의 크기는 직경 약 0.001mm에서 1.0mm까지 다양하다. 더 큰 입자는 짧은 거리만 이동하여 침전되지만, 작은 입자는 물속에 떠서 먼 거리를 이동할 수 있다. 이러한 작은 입자들은 물의 탁도를 높이고 빛 투과를 감소시켜 수생 생태계를 교란시킨다.

마다가스카르 중앙 고지대에서는 국토 면적의 약 10%가 침식으로 인해 식생이 사라지고 깊이 50m, 너비 1km가 넘는 구거가 형성되었다. 이동 경작과 화전 방식은 비옥한 표토 손실을 유발하여 농산물의 비옥도와 품질을 감소시킨다.

현대 산업 농업 또한 침식의 주요 원인 중 하나이다. 미국 옥수수 벨트의 3분의 1 이상이 표토를 완전히 잃었다.[21] 무경운 농법으로 전환하면 미국 농경지에서 토양 침식을 70% 이상 줄일 수 있다.[22]

5. 2. 환경 문제

지표면 유출은 석유 물질, 제초제, 비료 등 다양한 오염 물질을 운반하여 수질 오염을 일으킨다.[23] 이러한 오염 물질은 지하수, 토양, 지표수에 영향을 미치며, 결과적으로 인간의 건강을 위협하고 생태계를 교란시키며 수자원의 미관을 해친다. 1960년대부터 살충제와 같은 오염 물질의 표면 유출에 대한 연구가 진행되었으며, 초기에는 살충제가 물과 접촉하면 식물 독성이 강화되는 것으로 알려졌다.[23]

오염된 지표면 유출수는 하천과 강으로 흘러 들어가 수질을 악화시킨다. 이는 식수 공급원으로 사용될 경우 건강상의 위험을 초래하고, 냄새, 색, 탁도 등 물의 심미적 가치를 떨어뜨린다. 또한, 오염된 물은 수생 종의 신진대사 과정을 변화시켜 물고기 폐사를 유발하거나, 짝짓기, 산란, 알 및 유충 생존력, 어린 개체의 생존, 식물 생산성 등에 악영향을 미쳐 생태계 균형을 파괴할 수 있다. 일부 연구에서는 DDT와 같은 살충제가 물고기의 성별을 유전적으로 변화시켜 수컷을 암컷으로 바꿀 수 있다고 보고되었다.[24]

산림에서 발생하는 유출수는 호수에 다량의 무기 질소와 인을 공급하여 부영양화를 유발할 수 있다. 온대 침엽수림의 유출수는 부식산 함량이 높아 수체를 부식시키기도 한다.[25] 열대 및 아열대 지역의 높고 젊은 섬에서는 높은 토양 침식률로 인해 해안 생태계에 많은 양의 퇴적물, 영양분, 탄소, 오염 물질이 유입될 수 있다.[26]

농업과 관련하여, 과도한 화학 물질 사용이나 강수량이 많은 시기에 농약, 질산염, 인산염 등이 지표면 유출을 통해 이동하면서 수질 오염을 일으키고 하류 생태계에 위협이 된다.

5. 3. 홍수

수로와 수로가 하류로 향하는 물의 양을 처리하지 못할 때 홍수가 발생한다. 홍수의 발생 빈도는 재현 기간으로 표현된다. 홍수는 자연 현상이며, 생태계의 형성과 과정에 영향을 미치지만, 하천 공학과 같은 토지 이용으로 변화될 수 있다. 홍수는 사회에 이익과 피해를 모두 가져다준다. 나일강 범람원을 따라 이루어지는 농업은 곡물에 유익한 영양분을 퇴적시키는 계절 특유의 홍수를 활용한다. 그러나 정착지의 수와 영향이 증가함에 따라 홍수는 점차 자연 재해로 인식되었다. 도시 지역에서 지표 유출은 지역 사회에 반복적이고 비용이 많이 드는 영향을 미치는 것으로 알려진 도시 홍수의 주요 원인이다.[30] 부정적인 영향은 인명 손실, 재산 피해, 식수 오염, 작물 손실, 사회적 혼란 및 일시적인 노숙을 포함한다. 홍수는 가장 파괴적인 자연 재해 중 하나이다.[30]

6. 지표면 유출 관리 및 완화

지표면 유출을 관리하고 그 영향을 완화하기 위한 다양한 방법이 활용되고 있다.
토지 이용 규제: 도시 지역에서는 토지 이용 개발 규제를 통해 불투수면을 최소화하여 표면 유출을 줄일 수 있다. 많은 지방 자치 단체는 포장재 사용, 도시 환경에서 최대 수분 침투를 허용하는 설계 기술을 장려하는 지침 및 규정(구역 설정, 조례)을 발표했다.[33] 캘리포니아주 산타 모니카는 건물 및 재산 설계, 건설 관행, 유지 관리 요구 사항을 명시하는 지역 프로그램의 예시이다.[33]
침식 방지: 중세 시대부터 농부들은 등고선 경작을 통해 토양 침식을 줄여왔다. 1960년대부터 미국 주와 지방 정부는 건설업자에게 침식 및 퇴적물 관리 (ESCs) 시행을 요구하며 건설 유출수 완화에 노력했다. 여기에는 짚단, 장벽, 침사 펜스 설치, 건설 계획 조정, 노출된 토목 지역 최소화 등이 포함된다.[34] 메릴랜드주 몽고메리 카운티는 1965년 최초의 지방 정부 퇴적물 관리 프로그램을 시행했으며, 1970년 메릴랜드주 전체 프로그램으로 이어졌다.[34]
홍수 조절: 나일강 범람원 농업은 계절적 홍수를 활용했지만, 정착지 증가로 홍수는 자연 재해가 되었다. 홍수는 생명, 재산 피해, 식수 오염, 작물 손실, 사회적 혼란 등을 야기하는 파괴적인 자연 재해 중 하나이다.[30] 홍수 조절 프로그램은 강 시스템의 최고 유량을 예측하고, 저류지 설치, 에너지 소산기 사용, 토지 이용 규제 등을 통해 유출을 최소화한다.[35]
화학 물질 사용 및 취급 규제: 농약, 비료 사용 제한, 유해 물질 배출 규제 강화 등으로 수질 오염을 줄일 수 있다. 1976년 미국 자원 보존 및 회복법 (RCRA)과 1987년 수질법 제정 이후, 주와 시는 유해 화학 물질 격리 및 보관을 통제하여 누출을 방지하고 있다.[32] 지하 저장 탱크 이중 격리, 유해 물질 사용 등록, 살충제 수 감소, 비료 및 제초제 규제 강화 등이 일반적인 방법이다. 많은 산업 현장에서는 폐기물 사전 처리를 통해 오염 물질 유출을 최소화한다.
도시 우수 관리: 미국 청정 수질법 (CWA)은 도시화 지역 지방 정부가 배수 시스템에 대한 우수 배출 허가를 받도록 요구한다.[36][37] 이는 시립 분리 우수관 시스템("MS4")에 들어가는 표면 유출에 대한 우수 관리 프로그램 운영을 의미한다. 여기에는 대국민 교육 및 참여, 불법 배출 감지 및 제거, 건설 현장 및 건설 후 유출수 관리, 오염 방지 등이 포함된다. 주 고속도로 시스템, 대학교, 군사 기지, 교도소 등도 MS4 허가 요건을 적용받는다.

6. 1. 토지 이용 규제

토지 이용 개발 규제를 통해 도시 지역의 불투수면을 최소화하여 총 표면 유출을 줄일 수 있다.[32] 많은 지방 자치 단체들은 주차장과 보도를 위해 흙에 설치된 포장재 사용, 도시 환경에서 최대 수분 침투를 허용하는 기타 설계 기술을 장려하는 토지 개발자를 위한 지침 및 규정(구역 설정 및 관련 조례)을 발표했다.[33] 건물 및 재산에 대한 설계 요구 사항, 건설 관행 및 유지 관리 요구 사항을 명시하는 지역 프로그램의 예로는 캘리포니아주 산타 모니카가 있다.[33]

6. 2. 침식 방지

중세 시대부터 농부들은 토양 침식을 줄이기 위해 등고선 경작의 중요성을 인지하고 실천해왔다. 1950년대부터 이러한 농업 방법은 더욱 정교해졌다. 1960년대에 일부 미국 주와 지방 정부는 건설업자에게 침식 및 퇴적물 관리 (ESCs)를 시행하도록 요구하면서 건설 유출수 완화에 노력을 기울이기 시작했다. 여기에는 경사면의 유출을 늦추기 위한 짚단 및 장벽 사용, 침사 펜스 설치, 강수량이 적은 달에 건설 계획, 노출된 토목 지역의 범위와 기간 최소화 등이 포함되었다.[34] 메릴랜드주 몽고메리 카운티는 1965년에 최초의 지방 정부 퇴적물 관리 프로그램을 시행했으며, 이는 1970년 메릴랜드주에서 주 전체 프로그램으로 이어졌다.[34]

6. 3. 홍수 조절

나일강 범람원에서의 농업은 작물에 유익한 영양분을 퇴적하는 계절적 홍수를 활용했지만, 정착지의 수와 취약성이 증가함에 따라 홍수는 점점 더 자연 재해가 되고 있다. 홍수는 생명 손실, 재산 피해, 식수 오염, 작물 손실, 사회적 혼란 및 일시적인 노숙을 포함하여 가장 파괴적인 자연 재해 중 하나이다.[30]

홍수 조절 프로그램은 강 시스템의 최고 유량을 예측하는 데 정량적으로 적용되어 왔다. 최고 유량을 최소화하고 하천의 속도를 줄이기 위한 전략으로, 강 유량의 최고 유량을 완충하기 위한 저류지 설치, 하천 속도를 줄이기 위한 에너지 소산기 사용 및 유출을 최소화하기 위한 토지 이용 규제 등이 일반적으로 적용되는 기술이다.[35]

6. 4. 화학 물질 사용 및 취급 규제

농약, 비료 사용량 제한, 유해 물질 배출 규제 강화 등을 통해 수질 오염을 줄일 수 있다. 1976년 미국 자원 보존 및 회복법 (RCRA)과 1987년 수질법 제정 이후, 주와 시는 유해 화학 물질의 격리 및 보관을 통제하여 누출을 방지하는 데 더 많은 노력을 기울이고 있다.[32] 일반적으로 사용되는 방법에는 지하 저장 탱크의 이중 격리 요구, 유해 물질 사용 등록, 허용되는 살충제 수 감소, 조경 관리에서 비료 및 제초제에 대한 규제 강화 등이 있다. 많은 산업 현장에서는 폐기물을 사전에 처리하여 오염 물질이 하수도나 우수관으로 유출되는 것을 최소화해야 한다.

미국 청정 수질법 (CWA)은 도시화 지역의 지방 정부가 배수 시스템에 대한 우수 배출 허가를 받도록 요구한다.[36][37] 이는 해당 지역에서 시립 분리 우수관 시스템("MS4")에 들어가는 모든 표면 유출에 대한 우수 관리 프로그램을 운영해야 함을 의미한다. EPA 및 주 규정과 관련 간행물은 각 지역 프로그램이 포함해야 하는 6가지 기본 구성 요소를 다음과 같이 설명한다.

  • 대국민 교육 (개인, 가구, 기업에게 우수 오염 방지 방법 정보 제공)
  • 대국민 참여 (지역 프로그램 구현에 대한 대국민 참여 지원)
  • 불법 배출 감지 및 제거 (하수도 또는 MS4에 연결된 기타 비우수 제거)
  • 건설 현장 유출수 관리 (예: 침식 및 퇴적물 관리)
  • 건설 후 (예: 영구적) 우수 관리 통제
  • 오염 방지 (예: 개선된 화학 물질 취급, 연료 및 오일, 비료, 살충제 및 도로 제빙제 관리) 및 "적절한 관리" 조치(예: 시스템 유지 관리).


주 고속도로 시스템, 대학교, 군사 기지, 교도소 등 시와 유사한 우수 배수 시스템을 운영하는 다른 재산 소유자도 MS4 허가 요건을 적용받는다.

6. 5. 도시 우수 관리

미국 (CWA)은 도시화 지역(인구조사국에서 정의)의 지방 정부가 배수 시스템에 대한 우수 배출 허가를 받도록 요구한다.[36][37] 이는 해당 지역에서 시립 분리 우수관 시스템("MS4")에 들어가는 모든 표면 유출에 대한 우수 관리 프로그램을 운영해야 함을 의미한다. EPA 및 주 규정, 관련 간행물에서는 각 지역 프로그램이 포함해야 하는 6가지 기본 구성 요소를 다음과 같이 설명한다.

  • 대국민 교육: 개인, 가구, 기업에 우수 오염 방지 방법에 대한 정보를 제공한다.
  • 대국민 참여: 지역 프로그램 구현에 대한 대국민 참여를 지원한다.
  • 불법 배출 감지 및 제거: 하수도 또는 MS4에 연결된 기타 비우수를 제거한다.
  • 건설 현장 유출수 관리: 침식 및 퇴적물 관리를 시행한다.
  • 건설 후(영구적) 우수 관리 통제
  • 오염 방지: 개선된 화학 물질 취급, 연료 및 오일, 비료, 살충제, 도로 제빙제 관리 및 "적절한 관리" 조치(예: 시스템 유지 관리)를 시행한다.


주 고속도로 시스템, 대학교, 군사 기지, 교도소 등 시와 유사한 우수 배수 시스템을 운영하는 재산 소유자도 MS4 허가 요건을 적용받는다.

7. 지표면 유출 측정 및 모델링

유출수는 다양한 수질 샘플링 방법과 수학적 모델을 사용하여 분석한다. 특정 유기 화합물 또는 무기 화합물, pH, 탁도 등과 같은 오염 물질을 대상으로 하는 연속 자동 수질 분석 기기를 사용하거나, 용존 산소와 같은 2차 지표를 대상으로 측정을 수행할 수 있다. 또한 단일 물 샘플을 채취하여 해당 샘플에 대한 화학적 또는 물리적 테스트를 수행하여 배치 형태로 측정할 수도 있다.

1950년대 또는 그 이전에, 주로 홍수 예보를 위해 유출량을 계산하는 수문학적 수송 모델이 등장했다. 1970년대 초부터는 유해 물질을 운반하는 유출수 수송을 분석하기 위한 컴퓨터 모델이 개발되었다. 이 모델들은 다양한 화학 물질의 용해 속도, 토양으로의 침투, 그리고 수용 수역으로 전달되는 최종 오염 부하를 고려했다.

유출수의 화학적 용해와 그에 따른 수송을 다룬 초기 모델 중 하나는 1970년대 초에 미국 환경 보호국(EPA)과의 계약 하에 개발되었다.[38] 이 컴퓨터 모델은 토지 이용 및 화학 물질 관리 통제 전략을 이끈 완화 연구의 기반을 형성했다.

점점 더 많은 폭풍우 실무자들이 유출수 질과 양에 영향을 미치는 여러 변수의 자연적인 변동 때문에 몬테카를로 모델을 사용하여 폭풍우 과정을 시뮬레이션해야 할 필요성을 인식하고 있다. 몬테카를로 분석의 장점은 입력 통계의 불확실성을 줄이는 것이 아니라 수질 변동의 잠재적 위험을 결정하는 변수의 다양한 조합을 나타내는 것이다. 이러한 유형의 폭풍우 모델의 예로는 ''확률적 경험적 부하 및 희석 모델''(SELDM)[39][40]이 있으며, 이는 폭풍우 수질 모델이다. SELDM은 복잡한 과학 데이터를 유출수가 수용 수역에 미치는 유해한 영향의 위험, 완화 조치의 잠재적 필요성, 이러한 위험을 줄이기 위한 그러한 관리 조치의 효과에 대한 의미 있는 정보로 변환하도록 설계되었다. SELDM은 수문 변수 간의 상호 작용(서로 다른 확률 분포 포함)을 모델링하여 다른 방법으로는 얻기 어렵거나 불가능한 정보를 신속하게 평가하는 방법을 제공하며, 이는 유출수 과정과 다양한 완화 조치의 잠재적 영향에서 장기적인 결과를 나타내는 값의 집단을 초래한다. SELDM은 또한 수질 변동 위험에 대한 다양한 입력 가정이 미치는 잠재적 영향을 결정하기 위해 민감도 분석을 신속하게 수행하는 수단을 제공한다.

다른 컴퓨터 모델(예: DSSAM 모델)이 개발되어 표면 유출수가 반응성 수질 오염 물질로 강줄기를 통해 추적될 수 있다. 이 경우 표면 유출수는 수용 수역에 대한 선형 오염원으로 간주될 수 있다.[41]

참조

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