물꼬관리 및 완효성 비료 시비가 포장단위 논에서의 영양물질 배출부하량에 미치는 영향

김계웅,강문성,송인홍,송정헌,박지훈,전상민,장정렬,김진수,Kim, Kyeung,Kang, Moon Seong,Song, Inhong,Song, Jung-Hun,Park, Jihoon,Jun, Sang Min,Jang, Jeong Ryeol,Kim, Jin Soo 한국농공학회 2016 한국농공학회논문집 Vol.58 No.1

The objective of this study was to investigate the effects of farming methods on mass balance from paddy rice. The experiment fields were established at Chunpo-myeon, Iksan-si in the Saemangeum watershed. Experiment was performed during the growing season to assess water and mass balances of the study field in 2013. The three different farming practices were applied: conventional (TR-A), drainage outlet heighten (TR-B) and slow release fertilizer use (TR-C). Drainage amount from TR-B was reduced by 28.5 % compared to the TR-A, while the amount from TR-C was similar to that of TR-A. Overall, nutrient concentration of paddy water were similar among the treatments except for T-P. Mean T-P concentration from TR-C was lower than that from TR-A (p-value<0.05). As the results of mass balance, TR-B appeared to reduce nutrient surface loss, substantially by 30.9 % and 40.8 % for T-N and T-P an compared to TR-A. TR-C treatment also demonstrated nutrient load reduction by 38.2 % and 40.1 % for T-N and T-P. The study results showed that water and fertilizer treatments are effective in surface load reduction respectively from paddy fields, and, long-term monitoring and evaluation is needed to confirm the reduction.

유역특성에 따른 오염부하량 모의 회귀식 매개변수 추정

김계웅 ( Kyeung Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ),송정헌 ( Jung-hun Song ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

본 연구에서는 미계측 유역에서 오염부하량 모의를 위해, 81개 유역을 대상으로 LOADEST (LOAD Estimator) 기반 회귀모형의 최적 매개변수를 추정하고, 다중회귀분석을 이용하여 유역특성에 따른 회귀모형의 매개변수 추정 방법을 개발하였으며, 시범 유역을 대상으로 개발된 모형의 적용성을 평가하였다. 오염부하량 모의를 위한 회귀모형으로, T-N (Total - Nitrogen)은 LOADEST의 5번 회귀모형을, T-P (Total - Phosphorous)는 3번 회귀모형을 선택하였다. 81개 유역을 연구대상지로 선정하여, 오염물질별 선택된 회귀모형의 최적 매개변수를 추정하고, 오염부하량을 모의하였다. 모의결과, T-N, T-P 모두 선택된 회귀모형이 실측치를 잘 반영하여 모의할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만, 두 물질 모두 오염부하량이 과소 모의되어 실측치와 편의가 발생하는 것으로 나타나, 분위사상법을 이용하여 모의치의 편의보정을 실시하였다. 보정결과, 모형의 정확도는 크게 변하지 않았으며, 오염부하량이 과소 모의 되는 경향이 다소 감소하는 것으로 나타났다. 미계측 유역에서 회귀모형 매개변수 추정을 위해, 다중회귀분석을 이용하였으며, 81개 유역의 최적 매개변수와 유역특성 자료를 이용하여 매개변수 추정방법을 개발하였다. 개발된 방법을 이용하여, 매개변수를 추정하고, 오염부하량을 모의한 결과, 두 방법 모두 실측치를 잘 반영하여 모의할 수 있는 것으로 나타났으며, 최적 매개변수에 의한 모의치와 유사한 모의능력을 갖는 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발된 매개변수 추정방법은 통계적 변량을 통해 실측치를 잘 반영하여 모의되는 것으로 나타났으며, 실측치 기반 매개변수에 의해 모의된 값과도 유사한 모의능력을 보이는 것으로 나타나, 추후 실측자료가 확보되지 않은 농업용 저수지 소유역에 대한 오염부하량 모의와 정책결정을 위한 스크린 모델로서 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

SWAT 모형과 TANK 모형을 이용한 댐 유역의 유출량 모의

김계웅 ( Kyeung Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ),송인홍 ( Inhong Song ),안지현 ( Jihyun Ahn ),박지훈 ( Jihoon Park ),송정헌 ( Junghun Song ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

강우-유출 과정은 복잡하고 시ㆍ공간적 변동이 심하며 비선형성을 포함한다는 특징이 있다. 이러한 강우-유출의 모의를 위해 다양한 모형이 개발되어 왔으며, 과거 모형에 비해 점차 복잡해지는 추세이다. 하지만, 모형의 구조가 간단한 집중형 모형이 복잡한 모형에 비해 모의 능력이 좋지 않다고 할 수 는 없으며, 대상지역, 환경조건, 적용목적 등에 따라 적절히 이용하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 모형의 유형에 따른 장단점을 분석하기 위해서 준분포형 모형인 SWAT(Soil & Water Assessment Tool) 모형과 집중형 모형인 TANK 모형을 댐유역을 대상으로 모의하여 비교ㆍ평가하고자 한다. 대상지역은 4개의 댐유역을 선정하였으며 모형의 구동을 위해 필요한 입력자료는 국가수자원관리종합정보시스템 (WAMIS)의 수문자료와 지형자료(토지이용도, 토양도, 수치표고자료 등)를 이용하여 구축하였다. 모형의 보정을 위한 유출자료는 국가수자원관리종합정보시스템에서 제공하는 2007년부터 2009년까지의 3개년 자료를 이용하였다. SWAT 모형의 매개변수는 ArcSWAT내의 Auto-Calibration 기능을 이용하여 보정하였으며 TANK 모형의 보정은 유전자알고리즘 (Generic Algorithm)을 이용하여 2007년부터 2009년까지의 3개년 자료를 학습시킴으로써 실시하였다. 모형의 검정은 2010년부터 2012년의 자료를 이용하여 실시하였다. 본 연구의 결과는 집중형 모형과 준분포형 모형에 대한 이해를 넓히고 강우-유출 모의를 위한 모형 선정에 있어 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

관개기법에 따른 관개량 저감효과 분석

김계웅 ( Kyeung Kim ),김지혜 ( Jihye Kim ),이현지 ( Hyunji Lee ),김석현 ( Seokhyeon Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ),이재남 ( Jaenam Lee ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

농업용수는 국내 수자원 사용량의 약 60%에 달하고 있으며, 이중 약 60%가 논 용수로 활용되고 있어 논에서의 수자원을 효율적으로 관리하는 것은 중요하다. 하지만 농민은 농업용수를 무상 공공서비스로 인식하여 관행으로 물 흘려대기로 관개하는 등 물 절약에 대한 인식이 부족한 상황이다. 본 연구에서는 관개기법에 따라 관행, 간단관개, 절대 간단관개로 시나리오를 구성하여 논 시험포장을 구축하고, 관개량, 담수심, 배수량 등을 모니터링하여 물수지 분석함으로써 관개기법에 따른 관개량 저감효과를 분석하고자 하였다. 연구대상지는 버들저수지 하류의 논 시험포장을 대상으로 하였으며, 시나리오에 따라 2 반복하여 총 6개로 구축하였다. 시나리오는 관행, 간단관개, 절대간단관개로 구성하였으며, 담수심, 관개량, 배수량, 강수량 등의 계측망을 구축하여 2016년부터 2019년까지 영농기간에 대해 모니터링 하였다. 연구결과 관개량은 관행구 평균 733.6mm, 절대 간단관개 처리구 평균 451.7mm, 간단관개 처리구 평균 575.mm로 나타나, 절대 간단관개 처리구는 관행구에 비해 38%, 간단관개 처리구는 관행구에 비해 22%의 관개량 저감효과가 나타나는 것으로 분석되었다. 본 연구의 결과는 추후 논에서의 용수이용량 저감을 위한 방법 적용을 위한 참고자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

물 및 시비관리 방법에 따른 논에서의 영양물질 수지 모니터링

김계웅 ( Kyeung Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ),송인홍 ( Inhong Song ),송정헌 ( Junghun Song ),김진수 ( Jin Soo Kim ),장정렬 ( Jeong-ryeol Jang ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

새만금 유역의 비점오염원 배출부하량은 농업비점오염원에 의한 오염이 전체 오염의 40 ∼ 60%에 달하는 것으로 보고되고 있으며, 농경지 비점오염원 관리의 필요성이 증가하고 있다. 농경지에서 배출되는 비점오염원은 물리적 특성뿐만 아니라 물 및 시비관리 등 영농방법에 영향을 받기 때문에 영농방법을 고려하여 비점오염원을 관리하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 새만금 유역의 논을 대상으로 물 및 시비관리 시험포를 구축하고, 수문·수질 모니터링을 하여 논에서의 영양물질 수지를 비교·평가하고자 한다. 본 연구의 연구대상지로 익산천 유역 하류에 위치한 전라북도 익산시 춘포면 용연리을 선정하였고, 시험 포장의 크기는 110 m × 35 m (3,850m²)이며 총 6개로 구성되어 있다. 본 연구의 대조구는 새만금 유역에서 적용되는 관행 영농방법을 적용하는 시험포로, 처리구는 물꼬높이를 12 cm로 높여 관리하는 시험구 (물관리구) 및 완효성 비료를 시비하는 시험구(시비관리구)로 구성하였으며, 각 처리구별로 2반복하였다. 모니터링은 2013년 영농기간 동안 수행하였으며, 관개량, 배수량 등의 수문모니터링과 강우시 및 비강우시 수질모니터링을 실시하였다. 수질분석은 서울대학교 농업생명과학공동기기원 (NICEM)에 의뢰·분석하였다. 연구결과 관행구의 T-N 배출부하량은 평균 1.55 kg/10a, 물관리구는 1.17 kg/10a, 시비관리구는 0.85 kg/10a로 나타나 관행구에 비해 물관리구는 약 24%, 시비관리구는 약 45% 저감되는 것으로 나타났다. T-P배출부하량의 경우 관행구는 평균 0.14 kg/10a, 물관리구는 0.10 kg/10a, 시비관리구는 0.07 kg/10a로 나타나 관행구에 비해 물관리구는 약 26%, 시비관리구는 약 49% 저감되는 것으로 나타났다.

유역모형을 이용한 유량조건별 비점배출계수 산정

김계웅 ( Kyeung Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ),이도길 ( Do Gil Lee ),이현지 ( Hyunji Lee ),전상민 ( Sang Min Jun ),이한필 ( Han-pil Rhee ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

수질오염총량관리제도에서는 비점오염 배출부하량을 산정하기 위해 기준유량 조건에서 비점배출계수를 적용하여 산정하고 있다. 하지만, 비점오염원은 강우특성, 유역특성 등에 따라 배출특성이 상이하게 나타나기 때문에 일괄적인 계수로 산정된 배출부하량은 이를 반영하지 못하는 한계점을 가지고 있다. 본 연구에서는 남한강 상류의 총량 단위유역을 대상으로 HSPF를 이용하여 점/비점배출량을 모의하고, 오염총량관리기술지침에 따라 산정된 배출부하량과 비교하여 유량조건에 따른 비점배출계수를 산정하고자 한다. 모델에 필요한 지형자료는 국토지리정보원의 DEM 자료와 환경부의 토지피복도를 활용하여 구축하였으며, 수문/수질 자료는 물환경정보시스템에서 제공되는 자료와 환경부의 전국오염원조사자료를 활용하여 구축하였다. 2006년부터 2015년까지 보정 및 검정을 수행하였으며, 모의된 결과에서 점오염원에 대한 영향을 제외하여 점오염원과 비점오염원에 대한 배출부하량을 산정하였다. 모의된 비점오염 배출부하량과 기술지침에 따라 산정된 배출부하량을 통해 유량조건별 비점배출계수를 산정하였다. 본 연구의 결과는 향후 수질오염총량관리제도의 비점배출계수 개선에 있어서 참고자료가 될 것으로 사료된다.

새만금 유역 시비량에 따른 양분총량제 평가

김계웅 ( Kyeung Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ),송인홍 ( Inhong Song ),송정헌 ( Jung-hun Song ),장정렬 ( Jeong Ryeol Jang ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

농경지 비점오염 발생원인 중 하나인 양분은 작물 생산에 필수적인 요소이나 우리나라는 OECD 국가 중 농경지 양분투입량이 최고 수준에 달하고 있어, 소모되지 못하고 축적 또는 유출되어 환경부하에 많은 영향을 미치고 있다. 환경부와 농림축산식품부는 2017년부터 지역단위 양분총량제를 실시하여 문제를 해결하고자 하고 있으나, 다양한 작물 현황에 따른 양분요구량과 초과량에 대한 연구는 미흡하다. 본 연구에서는 새만금 유역 내 벼 재배 중인 농민을 대상으로 시비량을 조사하고, 대상 지역의 토양검정시비량과 비교하여 새만금 유역에서의 양분총량제 적용시 논에서의 양분저감 효율을 분석하고자 한다. 시비량 조사는 김제시 죽산면과 계화면, 부안군 백산면의 농민을 대상으로 하였으며, 72개의 농가를 설문조사 하였다. 설문조사 결과는 농촌진흥청의 토양검정을 통해 산정된 적정시비량 결과와 비교하였다. 본 연구의 결과는 새만금 유역에서 양분총량제를 시행함에 있어 논에서 토양검정시비량을 투입할 때, 저감효율을 파악할 수 있는 참고자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

Budyko 곡선을 활용한 수문시스템 변화 분석

김계웅 ( Kyeung Kim ),이현지 ( Hyunji Lee ),김학관 ( Hakkwan Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

수문시스템은 기후변화와 도시화와 같은 다양한 인간활동으로 인하여 지속적으로 변해오고 있다. 수문시스템의 변화를 이해하는 것은 주요한 과제였으며, 수문모델링, 기후탄력모델 등을 통해 변화의 원인과 정도를 정량화하고자 하는 노력이 이루어져 왔다. 수문모델링 방법은 변화 원인을 통제하고, 각 조건에 따른 영향분석을 수행하기에 용이하나, 유역별 수문모형의 보정과정은 연구자의 많은 노력이 필요하다. 기후탄력모델은 주로 Budyko 곡선이 활용되어왔으며, 장기간의 실측자료를 기반으로 작성된 곡선에서 변화 폭을 통해 기후변화와 인간활동의 영향을 정량화하는 연구가 진행되어왔으나, 장기간의 실측자료가 미비한 유역에서는 적용에 한계가 있다. 본 연구에서는 기후변화와 인간활동에 의한 수문시스템의 변화를 정량화하기 위해 climate elasticity model과 hydrological model을 접목하여 시범유역을 대상으로 분석하고자 한다. 장기간의 유역 유출량 자료는 HSPF 모형을 활용하여 모의하였으며, 2013∼2015년은 보정, 2010∼2012년은 검정된 모델을 활용하였다. 1970년부터 2015년까지 유출량자료를 활용하여 Budyko curve를 작성하였으며, 1970년대비 2015년의 수문시스템의 변화를 각 원인별로 정량화하였다. 본 연구는 수문시스템의 변화 원인 파악 및 회복을 위한 정책 수립에 기초로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

한강수계 중권역별 오염물질 추세분석 및 달성도 평가를 통한 우선관리물질 선정

김계웅 ( Kim Kyeung ),송정헌 ( Song Jung-hun ),이도길 ( Lee Do Gil ),황하선 ( Hwang Ha-sun ),강문성 ( Kang Moon Seong ) 한국농공학회 2019 한국농공학회논문집 Vol.61 No.3

The objectives of this study were to analyze trends of water pollutants and to evaluate the achievement of water quality standards by subbasins in the Han River. The trends of 40 water pollutants at 232 water quality measurement points were analyzed. Chemical oxygen demand (COD), Total organic carbon (TOC), Total coliforms (TC), et cetera were found to be worsening trend. For evaluation of achievement, we evaluated water quality arithmetic mean with river environment standards and human health standards at representative points of the subbasin. Biochemical oxygen demand (BOD), TOC, Total phosphorus (T-P), Fecal coliforms (FC), TC exceeded water quality standards, and water quality of human health standards was all satisfied. So, we prioritized pollutants. If pollutants exceed water quality standards or were worse, they were classified first pollutants. Although BOD and T-P are first pollutants because of water quality standards excess, they are continuously improved. Also, it is better to maintain current status because water quality management system of BOD and T-P is well prepared. Meanwhile, TOC, TC, and FC exceed water quality standards. Furthermore, they were worse gradually, but there is a lack of management systems such as water quality standards of the effluence facilities. Therefore, it is necessary to supplement the system. The results of this study can be used as primary data for the establishment of water quality standards and selection of management pollutants.

유황곡선 작성방법에 따른 유황 값 비교 및 분석

김계웅 ( Kyeung Kim ),강문성 ( Moon Seong Kang ),이도길 ( Do Gil Lee ),이한필 ( Han-pil Rhee ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

유황곡선은 하천의 유황 변동을 분석하는 방법으로 연간유량 분석방법(calendar-year method)과 전 자료기간유량 분석방법(total-period method)을 이용하여 작성하고 분석할 수 있다. 국내에서는 일반적으로 1년 365일에 대한 유량에 순위를 부여하고, 특정 지속일수 순위의 유량 값을 자료기간 년 수로 평균하여 산정하는 연간유량 분석방법을 사용하고 있으나, 결측 자료가 많아 1년간의 완전한 유량자료를 얻기 어려워 결측된 일부 자료는 수문모형을 통해 보완되기도 한다. 한편, 전 자료기간유량분석방법은 전 기간의 유황을 큰 것부터 순위를 부여하고, 초과확률 백분율에 따라 유황을 산정하기 때문에 일부 기간의 자료가 결측되어도 분석할 수 있으나 국내에서는 사용빈도가 낮다. 본 연구에서는 다음 두 가지 방법을 이용하여 유황곡선을 작성하고, 작성방법에 따른 유황 값을 비교하고자 한다. 유황곡선 작성을 위한 유량자료는 환경부에서 8일 간격으로 측정하는 자료와 국토교통부 수위관측소에서 매일 측정되는 자료, HSPF 모형에 의해 모의된 자료를 이용하였다. 본 연구의 결과는 유황분석 시 유황곡선 작성방법 선정에 대한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.