시설용수 공급 정화시스템 개발

이광야 ( Kwangya Lee ),김해도 ( Haedo Kim ),최경숙 ( Kyungsook Choi ),남효석 ( Hyoseok Nam ),홍민 ( Min Hong ),손종화 ( Jonghwa Son ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

고소득의 친환경 농산물 생산을 위한 양질의 시설용수 공급을 위하여 우리나라 농촌현실에 적합한 수질정화시스템을 개발하였다. 기존의 필터제품의 문제점을 개선하고 보다 경제적이고 편의성을 고려하여 시설재배단지에 청정용 수공급을 목표로 여과와 흡착 그리고 자외선 모듈을 거치는 과정으로 구성하였다. 현장 설치지역의 재배현황 및 수질을 조사하여 현장에 적합한 맞춤형 시설용수 공급시스템 요소기술을 설계하였고, 시작품을 제작하여 현장 설치를 위한 실내 성능시험을 수행하였다. 시작품의 평가는 수질성능분석과 현장사용자모니터링을 통한 사용상의 문제점을 파악하여 시작품을 개선보완 하고자 하였다. 수질성능평가에는 SS, BOD, 탁도, 대장균 수질항목이 사용되었다. 시작품 현장적용성평가를 위하여 대도시 근교의 시설재배가 많이 행해지고 있는 지구로 깨끗한 시설용수 공급에 어려움이 있는 지역을 선정하여 수질성능시험과 사용자 모니터링을 실시하였다. 시작품현장설치지점은 낙동강의 지류인 금호강 하류에 위치한 대구광역시 팔달동 일대의 시설단지내로 선정하여 평가를 수행하였다. 이 지점은 금호강 하류지역으로써 도시 생활폐수 유입과 비점원오염 위험에 노출되어 있는 곳으로 관개원수의 수질이 낮아 고품격ㆍ친환경 농산물 생산을 하기에는 어려움이 많은 곳이다. 시작품의 현장 적용성 평가에서는 시작품의 수질정화능력평가 및 사용자 입장에서의 개선점 파악을 실시한 결과 수질정화능력은 목표치 이상이었으나 여과필터의 위치, 양수기의 적정수압, 동절기 양수기 동파방지 대책 등의 개선점이 파악되었다. 평가결과로 시스템의 수질정화능력이 매우 양호한 것으로 나타났으며, 특히 살균, 부유물질 제거 및 BOD 저감 효율이 우수하여 고품질의 친환경 농산물 생산을 위한 양질의 용수 공급은 물론 영농작업 및 기타 농촌지역에서 발생하는 용수수요에 대해 편의 및 유해성에 대해 보다 안전한 수질의 확보가 가능한 것으로 판단되었다. 또한 현장사용자모니터링을 통해서 제시된 시스템 사용상의 문제점을 개선 보완하여 사용상의 편의도 향상되었다. 그 외에도 본 시스템은 기존의 농업용 용수 공급 수로에 청정수 공급시스템을 간편하게 연결할 수 있어 시스템의 설치에 따른 별도의 부지 확보가 필요가 없으며, 설치에 따른 비용이 크지 않은 장점이 파악되었다.

하안림 조성에 따른 중소하천의 수리특성 변화 및 하상변동 모의

이지완 ( Jiwan Lee ),정혁 ( Hyuk Jung ),정인균 ( Inkyun Jung ),정충길 ( Chunggil Jung ),이미선 ( Miseon Lee ),김해도 ( Haedo Kim ),이광야 ( Kwangya Lee ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

본 연구에서는 여러 가지 홍수형태를 이용하여 하천에 하안림 적용 시 하상의 침식과 퇴적의 형태를 파악하고자 하였다. 본 연구의 대상지역은 안성천 수계의 진위천과 오산천으로 Rosgen(1994)의 하천분류체계 중 1단계분류와 2단계분류를 적용하였다. 하천분류체계에 의해 선정한 4지점의 연구대상지역에 대하여 CCHE2D(Center for Computational Hydroscience and Engineering)모형을 이용한 하상변동 수치모의를 수행하였다. 하상변동 수치모의 결과를 토대로 하상변동결과 중 유속이 2 m/s 인 지점을 대상으로 하상변동을 방지를 위한 하안림 적용 시나리오를 CCHE2D 모형 내조도계수를 이용하여 작성하고 모의 하였다. 하안림 적용 전 홍수 7회 모의 시 진위천의 유속 분포는 0∼0.9 m/s 이었으나 적용 후 0∼1.9 m/s 로 1.0 m/s 가량 유속이 증가하는 것으로 나타났다. 유속이 증가함에 따라 하상의 침식은 1.36 m 증가하는 것으로 모의되었다. 통삼천의 경우 7회 모의 시 식재 전ㆍ후 유속분포가 0∼1.91 m/s 에서 0∼1.74m/s 으로 0.17 m/s 가량 유속이 감소하는 것으로 나타났다. 공세천과 수원천의 경우 적용 후 유속이 각각 0.09 m/s, 0.01 m/s 감소하는 것으로 나타났다. 하안림은 곡류부인 진위천과 통삼천에 적용하였을 때 하상의 변화가 크게 나타났으며 특히 통삼천의 경우 하상퇴적 경감효과가 있었다. 본 연구에서는 국내 하천에 적용하여 분류한 하천 유형별로 2차원 수리해석 모형을 통해 하천의 흐름특성과 하상변동을 분석하였다. 본 연구의 연구결과를 통해 하천분류체계를 이용하여 분류된 하천을 2차원 수리모형을 통한 하안림 조성 시 하상변동을 분석하여 하천복원 및 조성사업에 따른 하천 내 하안림 조성을 계획할 경우 실무적으로 널리 활용 될 것으로 기대된다.

CLUE-s 모형을 이용한 경안천 유역의 미래 토지이용변화에 따른 유출 및 유사량 특성분석

박종윤 ( Jongyoon Park ),이지완 ( Jiwan Lee ),조형경 ( Hyungkyung Joh ),유영석 ( Yungseok Yu ),신형진 ( Hyungjin Shin ),김해도 ( Haedo Kim ),이광야 ( Kwangya Lee ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

최근 급격한 도시화 · 산업화가 진행되고 인구가 증가하면서 토지이용의 변화를 가져왔다. 그로인한 도심지의 증가와 산림 및 농경지의 감소는 우수의 불투수지역 확대와 유수기능을 저하 시키며, 물순환 체계 왜곡에 따른 하천 유출량의 변화와 함께 비점오염원에 의한 수질악화 등의 문제를 야기시킨다. 이에 본 연구에서는 Soil and Water Assessment Tool(SWAT) 모형을 이용하여 경안천 유역(262 km2)을 대상으로 미래 토지이용변화가 유출 및 유사량 특성에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 이를 위해, Landsat TM(1987, 1991, 1996, 2004), ETM+(2001) 위성영상으로부터 시계열 토지이용도를 작성하고, 과거 강우-유출 및 유사량 변화 특성을 분석하였다. 미래 토지이용변화 예측은 Conversion of Land Use and its Effects at Small regional extent(CLUE-s) 모형을 이용하여 2030, 2060, 2090년도의 토지이용변화 시나리오를 작성하였다. 이때, 토지이용과 변화요인 간의 상관관계 분석을 위해 총 12개의 Driving Factor(Altitude, Slope, Aspect, Soil Group, Depth and Type, Distance to Stream, City, National Road and Local Road, Population Density)를 선정하여 로지스틱 회귀분석을 실시하였다. SWAT 모형의 적용성 평가를 위해 1999~2003년까지의 유출량 및 유사량 자료를 이용하여 모형의 보정을 실시하였으며, 2004~2007년까지의 자료를 이용하여 검증하였다. 그 결과, 검보정 기간 동안의 유출량에 대한 모형 효율성 계수는 0.79, 유사량에 대한 결정계수는 0.80으로 분석되었다. 과거 시계열 토지이용도를 바탕으로 토지이용항목별 변화 추세를 분석한 결과, 도시화에 따른 불투수면적 증가로 인해 유역평균 Curve Number(CN)값이 증가하였으며, 지표유출량의 증가를 초래하여 유사량의 유출특성 변화에 영향을 미친 것으로 분석되었다. 본 연구의 결과로부터, 과거에서 현재, 미래 토지이용변화에 따른 경안천 유역의 유출특성 변화를 정량적으로 규명함으로써 효율적인 유역관리 방안을 수립할 수 있을 것으로 기대된다.

농촌지역 인 제거시스템 개발

최경숙 ( Kyungsook Choi ),김해도 ( Haedo Kim ),이광야 ( Kwangya Lee ),홍민 ( Min Hong ),손종화 ( Jonghwa Son ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

농업용수의 수질향상을 도모하고 농경지에서의 용수사용에 의한 위해성 제고 및 영농편의 환경조성 등 친환경농업생산기반 조성의 일환으로 농촌유역 하천수의 주요 수질오염인자인 인의 제거를 주목표로 농촌지역에 활용 가능한인 재거 시스템을 개발하였다. 본 시스템은 유량조, 무산소조, 철이온모듈장치조, 호기조, 침전조, 방류조로 구성되어 있으며, 유입된 원수는 유량조를 거쳐 무산소조로 유입된 후 철이온모듈장치조를 거쳐 호기조와 침전조를 지나 방류되는 과정을 거친다. 여기서 철이온모듈장치조가 인제거를 위한 장치로서 음극의 철판과 양극의 티타늄판을 설치하여 전기분해에 의해 석출된 철이온과 유입수 중의 용해성 인산염이 반응하여 불용성 침전물로 인이 제거되는 화학적 반응과 석출된 철이온이 산소와 결합하여 형성된 입자상 철표면에 인이 흡착되어 제거되는 물리적 반응에 의해 인을 제거하는 방식이다. 또한 철이온모듈은 업다운 방식의 자동세철장치가 설치되어 있어 철판의 바이오막 형성을 방지하여 적정 전압 및 전류의 흐름을 일정하게 유지하여 철이온모듈의 인제거 효율을 유지할 수 있도록 하였다. 인제거시스템의 현장적용성에 대한 평가는 경북 군위군 효령문화마을에서 수행되었다. 본 시스템의 인처리 성능평가를 위해 T-P 항목에 대한 유입수와 처리수에 대한 수질평가를 실시하였으며, 그 외에도 본 시스템의 무산소조와 호기조에서 처리되는 질소와 BOD에 대한 수질정화능력에 대하여도 평가하였다. T-P의 수질분석결과 처리수의 평균치는 0.205 ㎎/ℓ였으며, 최고 0.267 ㎎/ℓ에서 최저 0.171 ㎎/ℓ의 범위를 나타내어 대체적으로 목표수질 0.2 ㎎/ℓ를 만족하는 것으로 나타났다. T-N의 경우는 평균치가 5.90 ㎎/ℓ였으며, 최고치는 7.021㎎/ℓ, 최저치는 3.411㎎/ℓ로서, 전체적으로 T-N 제거율은 30~50%정도인 것으로 나타났으며, BOD의 경우는 평균치가 3.95 ㎎/ℓ, 최고치는 5.8㎎/ℓ, 최저치는 2.1㎎/ℓ로서, 유입수의 50% 정도의 제거율을 보임으로, 질소보다는 BOD에 대한 수처리 능력이 더 뛰어난 것으로 나타났다. 여기서 수질오염인자의 전체 제거율이 높지 않은 이유는 유입수의 수질이 일반 생활하수 수질보다 양호하여 FDA시스템으로 정화할 수 있는 범위 내에서 유입수와 처리수의 격차가 크지 않았기 때문에 나타난 현상으로, 처리수의 수질이 양호함에도 불구하고 전체 제거율에는 크게 영향을 끼치지 않은 것으로 보인다. 본 시스템의 장점으로는 인처리를 위한 약품사용이나 고가의 멤브레인 이용이 불필요하여 초기투자비 및 사후 관리비가 적게 들며, 제작이 용이하고 유지보수가 용이한 점, 그리고 업다운방식의 자동세척장치는 철판의 소모율을 줄여인 제거효율이 일정하게 유지되는 점과, 유기물 부하와 온도에 관계없이 인의 제거가 가능한 점을 들 수 있다. 따라서 본 시스템은 인 제거에 효과가 있을 뿐만 아니라, 사용 및 경제적 측면에서 여러 유리한 장점을 가지고 있어, 농촌지역의 수질오염물질의 방류를 저하하고 용수를 재이용하는데 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

제주도 농업용수 재이용 타당성 검토

장태일(Taeil Jang),박승우(Seungwoo Park),조영경(Youngkyoung Cho),이광야(Kwangya Lee) 대한토목학회 2007 대한토목학회 학술대회 Vol.2007 No.10

농업용 저수지의 공급량 및 수요량 기반 농업용수 가뭄위험도 평가

문영식 ( Young-sik Mun ),남원호 ( Won-ho Nam ),윤동현 ( Dong-hyun Yoon ),이승용 ( Seung-yong Lee ),이광야 ( Kwangya Lee ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

농업가뭄은 작물생육에 필요한 유효수분 부족 또는 관개기 동안 원활한 용수공급이 이루어지지 않은 상황으로 정의할 수 있다. 특히 농업용 저수지는 수자원 공급 및 확보를 위해 전국 18,000 여개가 건설되었으며, 농업용수는 우리나라전체 물 이용량의 약 47% 이상을 차지하고 있을 만큼 중요한 역할을 하고 있다. 안정적인 작물생육과 용수공급을 위해 기후변화 및 농업수자원을 복합적으로 고려하는 가뭄위험도 분석을 통해 선제적 농업가뭄 대응 체계를 마련할 필요가 있다. 위험도 평가는 민감도, 노출도, 적응능력을 기반으로 다양한 요소들을 종합적으로 분석할 수 있으며, 효과적으로 가뭄을 예측하고 대응할 수 있는 의사결정 지원 기반을 마련할 수 있다. 본 연구에서는 농업용 저수지를 기반으로 공급량 및 수요량 기반의 농업용수 가뭄위험도를 평가하였다. 농업용수 가뭄 위험도 평가에 관련된 요소들을 선행연구를 통해 조사하였으며, IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 취약성 평가의 노출도, 민감도, 적응능력 개념을 도입하여 농업용수 가뭄위험도를 평가하였다. 각 개념에 적합한 대응변수를 활용하여 강수량, 농업용 저수지 공급량, 수요량뿐만 아니라 사회·환경적 영향까지 고려하여 평가 항목을 선정하였다. 또한 각 항목별 가중치 산정은 AHP (Analytic Hierarchy Process) 방법과 엔트로피 산정 방법 등을 비교하여 가중치를 산정하였다. 평가 항목과 가중치를 바탕으로 농업용수 가뭄위험도 및 용수공급능력이 취약한 지역을 선정하기 위한 우선순위를 결정하였다. 본 연구의 결과는 선제적 가뭄 대응의 기초자료로 활용되어 농업용수 기반의 가뭄 위험지역 산정에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

충주댐 유역의 기후변화 적응을 위한 수질개선 방안

유영석 ( Youngseok Yu ),박종윤 ( Jongyoon Park ),신형진 ( Hyungjin Shin ),김샛별 ( Saetbyul Kim ),정충길 ( Chunggil Jung ),김해도 ( Haedo Kim ),이광야 ( Kwangya Lee ),김성준 ( Seong Joon Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

기후변화에 의한 미래 기온의 상승과 강수량의 패턴변화는 증발산이나 토양수분 등의 변화로 이어져 궁극적으로는 물 순환의 변화를 초래하며 유출량 변화로 이어지게 된다. 뿐만 아니라 유역의 유출특성변화는 비점오염원에 의한 오염 물질의 거동에 변화를 가져올 것으로 예상되며 그로인한 하천 및 호소 수질, 수생태계에 직접적인 영향을 미칠 것으로 전망된다. 이에 본 연구에서는 충주댐 유역(6,585 km2)을 대상으로 Soil and Water Assessment Tool(SWAT) 모형을 이용하여 기후변화가 하천수질에 미치는 영향을 평가하고, 기후변화 적응을 위한 수질개선 방안으로 최적관리기법 적용에 따른 비점오염 저감효과를 모의하고자 한다. 이를 위해 Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)에서 제공하는 A1B, B1 배출시나리오를 포함하는 MIROC3.2 hires모형의 결과를 과거 30년(1977-2006, baseline period) 기후 자료를 바탕으로 편이보정(bias correction)과 Long Ashton Research Station - Weather Generator(LARS-WG)를 이용하여 Downscaling 하였다. SWAT 모형의 적용성 평가를 위해 6년(1998-2003) 동안의 일별 유출량 및 월별 수질자료(SS, T-N, T-P) 자료를 이용하여 보정 및 검정을 실시한 후, Downscaling된 MIROC3.2 hires의 A1B, B1 시나리오에 대해 2040s, 2080s로 대변되는 미래 기후변화 시나리오를 작성하고 SWAT모형을 이용하여 기후변화가 미래 하천수질에 미치는 영향을 평가하였다. 기후변화 적응을 위한 수질개선 방안으로는 유역의 비점오염 유출 특성에 따른 Best Management Practices(BMPs) 시나리오를 작성하였다. 본 연구에서 적용한 BMP 시나리오는 Streambank Stabilization, Porous Gully Plugs, Recharge Structures, Terrace, Contour Farming이며, 목표수질을 환경부 하천수질환경기준(환경부고시 제2006-227호)의 Ⅰa(매우좋음)~Ⅰb(좋음)으로 설정하여 BMP 시나리오 적용에 따른 하천수질 개선효과를 모의하였다. 본 연구 결과를 통해, 기후변화 영향평가에 의한 수자원의 변동성뿐만 아니라 하천수질 변화를 예측하고, 기후변화 적응을 위한 수질개선 방안을 제시함으로써 미래 기후변화에 능동적으로 대처할 수 있을 것으로 기대된다.

농업용수 회귀수량이 하천 수생태에 미치는 영향

임은진 ( Eunjin Im ),김종건 ( Jonggun Kim ),신용철 ( Yongchul Shin ),남원호 ( Won Ho Nam ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ),이광야 ( Kwangya Lee ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

최근 우리나라에서 농업용수의 다원적 기능에 대한 공감대가 형성되고 작물생육에 필요한 관개용수로만 인식되던 농업용수의 개념이 농촌생활환경개선을 포함하는 다양한 지역용수로의 포괄적 개념으로 전환되고 있다. 농업용수는 식량생산 이외의 효용을 위한 다원적 기능을 가지며 농촌지역의 각종 생산활동과 생활조건의 유지개선을 위한 농업용수의 다원적 기능에 관한 관심이 증가하는 추세이다. 농업용수에서 발생하는 회귀수는 유역의 용수공급계획, 하천 유황의 예측, 관개용수 사용량 결정, 하천 건전화 방지, 수생생태계 보호 및 생물 다양성 확보 등 농업용수의 효율적 사용 및 환경생태유지를 위해 매우 중요한 역할을 하고 있다. 농업용수 회귀수량은 농업용수 중 하천으로 회귀하는 수량을 의미한다. 본류의 생태 유량 확보에 농업용수 회귀 수량이 기여하고 있으며 본류 하천의 환경 보전 기능을 하고 있다. 또한, 수생태계 보호 및 생물 다양성 확보 등 환경 생태 유지에 매우 중요한 역할을 하고 있다. 하지만 농업용수 회귀수량이 하천 수생태에 미치는 영향 분석 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 대사 저수지 유역을 대상으로 농업용수 회귀 수량이 하류 하천 수생태에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고자 한다. 본 연구에서는 회귀 수량은 관개용수량, 배수량, 침투량, 담수심 등 물수지 항목을 논물수지 모형에 적용하여 산정하였으며, 하류 하천의 생태유량 산정을 위해 대사저수지 하류에 위치한 생물측정망 자료를 통해 대표 어종을 선정하였다. PHABSIM 모형을 이용해 모의 대상지역 특성 자료 및 인근 소하천 생물측정망 자료를 바탕으로 HSI 기반 대표 어종 서식처 환경에서 최적 생태유량을 산정하였다. 이를 통해 추정된 농업용수 회귀 수량에 따른 필요 유량이 어류 서식환경에 미치는 영향을 평가하였다. 본 연구 결과 대사저수지 하류 하천에서 농업용수 회귀수량이 차지하고 있는 기여도 큰 것으로 분석되었으며, 최적 생태유량과 비교한 결과 농업용수 회귀수량이 수생태(어류)에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 따라서 농업용수 회귀수량은 하류 하천의 하천유지수량뿐만 아니라 하천 환경생태유지에도 매우 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있다.

지역기반 농업용수의 가뭄재해 취약성 평가

문영식 ( Mun Young-sik ),남원호 ( Nam Won-ho ),전민기 ( Jeon Min-gi ),김한중 ( Kim Han-joong ),강구 ( Kang Ku ),이정철 ( Lee Jung-chul ),하태현 ( Ha Tae-hyun ),이광야 ( Lee Kwangya ) 한국농공학회 2020 한국농공학회논문집 Vol.62 No.2

Drought is one of the most influential disasters in sustainable agriculture and food security of nations. In order to preemptively respond to agricultural droughts, vulnerability assessments were conducted to predict the possibility of drought in the region, the degree of direct or indirect damage, and the ability to cope with the damage. Information on agricultural drought vulnerability status of different regions is extremely useful for implementation of long term drought management measures. The purpose of this study is to develop and implement a quantitative approach for measuring agricultural drought vulnerability at sub-district level based on agricultural water and reservoirs. To assess the vulnerability in a quantitative manner and also to deal with different physical and socioeconomic data on the occurrence of agricultural drought, we selected the appropriate factors for the assessment of agricultural drought vulnerability through preceding studies, and analyzed the meteorological and agricultural reservoir data from 2015 to 2018. Each item was weighted using AHP (Analytic Hierarchy Process) analysis and evaluated through the agricultural drought vulnerability estimation. The entire national vulnerability assessments showed that Ganghwa, Naju, and Damyang were the most vulnerable to agricultural droughts. As a result of analyzing spatial expression, Gyeongsang-do is relatively more vulnerable to drought than Gangwon-do and Gyeonggi-do. The results revealed that the methodology and evaluation items achieved good performance in drought response. In addition, vulnerability assessments based on agricultural reservoir are expected to contribute supporting effective drought decisions in the field of agricultural water management.