이 보고서의 목적은 강우 유출수에 대한 일일 전체 최대 부하(total maximum daily load, TMDL) 최대수질 목표를 맞추기 위해 주 교통부(state departments of transportation, DOTs)에 의해 현재 사용되고 있는 최우수 사례(best management practices, BMPs)의 타입에 대한 정보를 수집하는 것임. 이 연구의 접근방식은 두 가지의 요소로 구분되는데, 하나는 일일 전체 최대 부하의 시행과 관련된 현재의 사례를 파악하기 위해 12개의 주 교통부와 인터뷰를 실시하는 것이고, 다른 하나는 고속도로, 일일 전체 최대 부하, 최우수 사례의 성과 및 비용에 근거하여 선정된 문헌을 검토하는 것임. 특히, 생애주기 비용을 포함한 상세한 정량적인 최우수 사레의 성과 및 비용 데이타가 제시됨.

이 연구의 목적은 일일 전체 최대 부하의 실행을 위해 어떤 타입의 최우수 사례가 고속도로에서 특정 목적을 위해 비용 대비 효과적인지에 대한 정보를 제공하는 것임. 새로운 영향 저감 및 녹색 인프라 사례의 등장에도 불구하고, 교통부가 국가 오염물질 배출 제거 시스템(National Pollutant Discharge Elimination System) 허용 규준을 실행하는데 효과적인 최우수 사례 기술 및 비구조적 통제수단 ？ 예를 들어, 오염원 통제(source control) 및 수질 크레딧 거래(water quality credit trading) ？ 이 여전히 부족함. 이러한 문제는 새로운 일일 전체 최대 부하가 지속적으로 개발됨에 따라 더욱 커질 것이고, 많은 수의 교통부는 추가적인 규제에 대응하는데 있어 기술적으로나 경제적으로나 준비가 되어 있지 않을 것임.

주 교통부가 일일 전체 최대 부하를 실행하는 것을 돕기 위한 노력의 일환으로, 정량적 성능을 가지고 사용자가 사용하기 편리한 최우수 사례 매트릭스(matrix)/툴박스(toolbox)와, 다양한 구조적/비구조적 최우수 사례에 대한 생애주기 데이타가 제시됨. 더 일반적인 일일 전체 최대 부하 오염물질의 일부 ？ 퇴적물, 영양분, 분변계 대장균(fecal coliform)과 금속 ？ 가 주 교통부를 위한 적용가능성을 최대화하기 위해 중점적으로 다루어졌음. 성능 및 비용 데이타는 다양한 문헌에서 나왔는데, 그 예로는 400개 이상의 연구를 포함하고 있는 국제 강우 최우수 사례 데이타베이스(International Stormwater BMP Database)를 들 수 있음. 이 연구는 일일 전체 최대 부하의 실행을 앞두고 있는 모든 고속도로 관리자들의 상호 이익을 위해 교통부 사이에 정보의 교환과 기술의 이전을 촉진하기 위해 설계되었음.

구조적 최우수 사례에 대한 성능은 오염물질과 최우수 사례 타입에 따라 다양하였음. 그러나 특정한 추세가 문헌검토로부터 도출되었음. 일반적으로 총 부유성 고형물(total suspended solids, TSS)은 다양한 최우수 사례 ？ 침윤지(infiltration basins), 모래 여과지(sand filters) 및 바이오리텐션(bioretention) ？ 를 가지고 다루기가 상대적으로 쉬운 것으로 나타남. 영양분(특히, 총 질소)은 제거하기가 더 어려울 수 있음; 그럼에도 불구하고 일부 최우수 사례 ？ 예를 들어, 총 질소에 대한 오스틴(Austin)의 모래 여과지와 총 인(total phosphorus)에 대한 침윤지 ？ 는 어느정도 유망함을 보여주었음. 분변계 대장균 데이타는 제한적이었음; 그러나, 여러 최우수 사례는 효과적인 것으로 문서화되었음. 국제 강우 최우수 사례 데이타베이스로부터의 추가적인 최우수 사례의 성능 데이타는, 여과재와 홍수조절지(retention ponds)는 다양한 일일 전체 최대 부하 오염물질 ？ 총 부유성 고형물, 영양분, 분변계 대장균과 총 금속 ？ 에 대해 일관적으로 효과적인 것으로 나타남. 이러한 결론은, 이러한 오염물질의 평균 농도가 국가 전역에서의 많은 연구에 근거한 유입수 농도와 비교할 때 폐수 농도에서 통계적으로 더 낮았다는 통계에 근거함. 전반적으로, 이러한 최우수 사례가 일반적으로 여러 환경 조건에 걸쳐 효과적인 반면, 지역 특유의 최우수 사례 모니터링 데이타를 획득하는 것은 개별 주 교통부의 일일 전체 최대 부하 프로그램를 개발하는데 도움이 될 것임.

성능 데이타는 거리 청소, 배수거 청소, 나무 식재와 같은 비구조적 사례에 대해서도 제시됨. 정량적인 성능 데이타는 일반적으로 최우수 사례의 타입에 대한 문헌에서 부족함. 제한적인 정보가 제안하는 바에 의하면, 거리 청소와 배수거 청소는 만약 이들이 충분히 자주 수행되고 적절한 기술이 사용된다면 총 부유성 고형물, 영양분 및 금속을 제거하는데 효과적인 전략일 수 있음. 나무 식재와 개천 복원은 영양분에 대해 일부 수질 혜택을 가지고 있는 것으로 문서화되었음. 특히, 방빙(anti-icing) 관리는 뉴햄프셔(New Hampshire) 주에서 성공적으로 검증해왔는데, 염화물의 일일 전체 최대 부하에 대응하여 제설에 대한 기술을 개선함으로써 염화물의 20%를 감소시킬 수 있었음.

성능에 더하여, 생애주기 비용 데이타가 제시됨. 그러나, 비용 정보는 비용 추정 접근방법, 보고 단위, 주와 지역 사이에서 비용의 다양성, 최우수 사례에서의 비일관성으로 인해 적절하게 종합될 수 없었음. 이는 또한 비용-편익 분석을 어렵게 하였음. 그러나, 생애주기 비용 데이타의 여러 출처와, 설계, 시공 및 운영관리와 같은 개별 비용 요소에 대한 출처가 제공됨. 최우수 사례 매트릭스/툴박스에서 하이퍼링크(hyperlinks)가 제공됨. 이를 통해 상세한 생애주기 비용 데이타를 가진 여러 보고서가 접근가능함.

효과적인 일일 전체 최대 부하 실행 프로그램을 개발하는데 있어 여러 공통적인 요소가 있는 것처럼 보임. 이들 요소 모두는 폐기물 부하를 균등하게 할당하도록 하고 일일 전체 최대 부하 프로그램을 더 관리가능하도록 개발함으로써 교통부에 혜택을 가져다 줄 수 있음. 핵심적인 요소는 다음과 같음:

-    일일 전체 최대 부하 이슈에 대한 인식과 훈련을 교통부 내에서 증가시킴
-    규모의 경제에 기반한 비용 대비 효과적인 접근방법을 확실히 하고, 이해당사자들 사이에서 정보 공유 및 기술이전을 촉진하기 위해 다른 이해당사자들과 협력하고 수변 파트너십(watershed partnership)을 개발함
-    일일 전체 최대 부하 개발 과정에서, 특히 이러한 과정의 초기단계에서, 주의 규제기관들과 협력함
-    수질 모니터링이나 모델링을 통해서 생성된 오염물질 부하를 추정하고, 다양한 최우수 사례 실행 시나리오로부터 잠재적인 부하 감소를 예측함

일부 교통부는 일일 전체 최대 부하 프로그램에서 상대적으로 성공적이었지만, 다른 교통부는 상당한 어려움을 겪었음. 주요 어려움은 재정 자원의 제한, 효과적인 최우수 사례 기술의 부족, 복잡한 규제환경을 헤쳐나가는 어려움 등을 들 수 있음.

차후의 연구는 다음의 주제에 관해 제안됨: 최우수 사레 시행의 장기적인 부정적 환경 및 문화 측면; 고속도로 환경에 적합한 새롭고 혁신적인 최우수 사례 기술; 최우수 사례의 수명, 생애주기 비용 및 유지관리 비용과 기준에 대한 더 많은 연구; 생물학적 무결성(biological integrity), 퇴적물의 독성, 유기 화합물과 같이 덜 일반적인 오염물질에 대한 일일 전체 최대 부하를 다루기 위한 대안과 창조적인 해법. 마지막으로 여러 다른 최우수 사례 설계의 사용에 대한 더 많은 연구가 필요함.
 

 일일 전체 최대 부하는 연방정부의 1972년 물 오염 통제에 관한 법(Water Pollution Control Act)의 303조 아래에 있는 요구사항임. 이 법률 하에서, 각 주는 오염물질에 의해 손상되고 일일 전체 최대 부하를 필요로 하는 수계의 목록을 개발하도록 요구받았음. 일일 전체 최대 부하는 수계가 받을 수 있고 여전히 수질 기준을 맞출 수 있는 오염물질의 최대 부하에 대한 기술적 계산임. 일일 전체 최대 부하는 모든 점 오염원(point sources)과 비점 오염원(non-point sources) 관련 부하의 합계임.

TMDL = WLA + LA + MOS

여기서 TMDL은 일일 전체 최대 부하이고, WLA(waste load allocation)는 폐기물 부하 할당(기존의 점 오염원으로부터의 오염물질량; 예를 들어 하수 처리 플랜트, 산업용 시설 및 강우)이며, LA(load allocation)는 부하 할당(기존의 비점 오염원과 자연 상태에서의 오염물질량; 예를 들어 농장 유출수와 대기 수은)이고, MOS(margin of safety)는 안전률(분석에서 불확실성에 할당된 일일 전체 최대 부하의 일부분)임.

일일 전체 최대 부하는 일반적으로 주나 환경보호청(Environmental Protection Agency, EPA)에 의해 개발됨. 일부는 주와 협력하여 제삼자에 의해 개발되기도 하였음. 개발 절차는 수계의 부하 역량과, 부하 역량을 맞추기 위해 필요한 오염물질 감소에 근거함. 이처럼 일일 전체 최대 부하는 수변 오염물질 통제 조치와 수질 기준 달성 사이의 중요한 연결고리임.

일일 전체 최대 부하는, 지방의 분리관거 하수 시스템(municipal separate storm sewer systems, MS4s)에 대한 교통부의 국가 오염물질 배출 제거 시스템 배출권(permits)과 건설 배출권에 포함된 폐기물 부하 할당을 통하여 수변 단위에서 일반적으로 실행됨. 교통부의 관점에서 일일 전체 최대 부하는 부상하고 있는 이슈이며, 일부 교통부는 일일 전체 최대 부하와 관련된 경제적, 기술적 어려움에 직면하고 있음. 도로는 종종 많은 수변을 가로지르는 선형의 개체이기에 여러 다양한 이해당사자들을 포함하고 있어 교통부는 독특한 어려움에 직면하고 있음. 일일 전체 최대 부하를 효과적으로 다루기 위해서는 교통부의 관할구역이나 인접한 곳에서 기본이 되는 오염물질 부하를 계산하고 최우수 사례 실행과 관련된 오염물질 부하의 감소를 예측하기 위한 수변 모델링 도구가 필요함.

일일 전체 최대 부하에 더하여, 많은 규제적 요구사항들도 교통부의 강우 유출수 관리 활동에 영향을 미침. 역사적으로, 교통부는 교통 인츠라의 유지관리와 관련된 배수와 수리학적 이슈들을 해결하는데 효과적이었음. 이러한 것에서 다음과 같은 설계 기준이 포함됨: (1) 강우 유출수가 도로 표면에서 신속하고 효율적으로 운반되도록 함, 그리고 (2) 너무 지나친 속도를 피하면서 파이프나 관거에서 스스로 깨끗할 정도의 속도를 보장함으로써 유지관리 니즈를 최소화함. 일부 주(예를 들어, 버지니아 주)에서 이러한 정책의 결과로 최대 흐름율(peak flow rates)에서의 증가는, 하류 방향의 수로 침식과 홍수를 최소화하기 위해 강우 배출을 관리하는 주나 수변 기반의 요구사항으로 이어졌음.

메릴랜드와 버지니아 주와 같은 일부 주는, 교통부로 하여금 공사 후 신규 및 도로 확장 프로젝트에 대해 강우 유출 수질과 수량의 최우수 사례를 시행하도록 요구하는 규제를 구축하였음. 이러한 요구사항은 일반적으로 특정 수변 이니셔티브 -- 예를 들어, 노스캐롤라이나 주의 체서피크 만(Chesapeake Bay)과 니유즈 강(Neuse River) -- 나 다른 자원 또는 서식지 보호 목표의 결과였음.