CREAMS-PADDY 모형을 이용한 영농방법에 따른 논 비점오염 배출량 추정

송정헌 ( Junghun Song ),강문성 ( Moonseong Kang ),송인홍 ( Inhong Song ),이경도 ( Kyungdo Lee ),장정렬 ( Jeongryeol Jang ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

2006년 물환경관리기본계획에 따르면 점오염원은 감소하고 있으며 비점오염원은 지속적으로 증가하는 것으로 보고 되고 있다. 토지계 비점오염부하 중 농촌계 발생오염부하 비중은 질소와 인이 74%, 55%이며, 농경지 중 논의 비율은 60%이다. 우리나라에서는 농업용수의 80%가 벼농사에 이용되고 있으며, 이에 따른 비점오염 배출량은 하천으로 유입되어 수계의 환경적 문제를 야기시킬 수 있다. 따라서 토지계 비점오염부하량을 저감하기 위해서는 토양, 기후, 오염원 등 지역적 특성에 따라 관개, 시비 관리 등을 포함하는 다양한 형태의 영농방법을 적용하여 논에서의 배출부하량을 최소화 할 필요가 있다. 그러나, 다양한 형태의 영농방법에 따른 논 비점오염원의 유출 특성 구명이나 이에 따른 배출부하의 정량화에 대한 연구는 미흡한 실정이고, 논에서의 다양한 영농방법을 적용하여 비점오염 배출량을 실측하기에는 시간적, 경제적 한계가 있다. 따라서 본 연구의 목적은 논 비점오염모형을 이용하여 논에서의 비점오염 배출량을 정량적으로 추정하고, 이를 바탕으로 논에서의 비점오염 배출량 저감을 위한 최적의 영농방법을 제시하는 데 있다. 논 비점오염모형은 CREAMS-PADDY 모형을 선정하였고, 모형의 보정/검정을 위하여 국립식량과확원 벼맥류부에 의해 모니터링 되고 있는 연구 시험포장의 기상, 토양, 담수심, 침투수량, 관개수량, 유출량, 유출수 수질 및 시비량, 시비시기, 시비 방법 등의 자료를 이용하였다. 논에서의 최적의 영농방법을 수립하기 위하여, CREAMS-PADDY 모형을 이용하여 물꼬 높이, 비종, 그리고 시비량에 따른 비점오염부하량을 추정하고, 그 결과를 비교 평가하였다.

농업용 저수지 물수지 성분 모의의 불확실성

송정헌 ( Junghun Song ),강문성 ( Moonseong Kang ),송인홍 ( Inhong Song ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

농업용 저수지의 운영은 수자원 관리의 중요한 요소 중 하나로 효율적인 관개는 지역의 지속가능한 발전에 이바지 한다. 이에 지난 수십년동안 기후변화 등을 포함한 여러 여건 변화를 대비하여 농업용 저수지의 물수지를 모의하고, 현재의 저수지 운영기준을 평가하는 여러 연구가 수행되어 왔다. 농업용 저수지의 물수지 성분 모의는 인간의 영향에 의한 매개변수와 물리적 매개변수가 복합적으로 영향을 미친다. 이러한 매개변수는 관개지구 특성과 관련된 매개변수 (토양 특성, 관개 효율), 영농방법과 관련된 매개변수 (물꼬 높이, 최소담수심 등), 저수지 운영과 관련된 매개변수 (관개기, 중간낙수기, 제한수위 운영시기) 등으로 이루어져 있다. 이들 매개변수는 지역의 물리적 특성 및 저수지 운영자의 조작방식에 따라 달라지기 때문에 임의적이고 많은 불확실성을 가지고 있다. 연구자가 농업용 저수지의 물수지를 모의하는 경우, 이들 매개변수에 대한 정보가 없기 때문에 저수지 제원 관련 보고서에서 제공하는 수치를 이용하거나 일부 매개변수를 가정하여 모의를 수행하는 것이 일반적이다. 하지만 이러한 방식에 의한 모의 결과는 실제 저수지의 거동과 상당히 다를 수가 있다. 본 연구에서는 저수위를 관측하고 있는 저수지를 대상으로, 인위적 매개변수 및 물리적 매개변수에 따른 농업용수 공급량, 제한수위 방류량, 그리고 만수위 방류량 모의의 불확실성을 평가하고자 한다. 관련 매개변수를 대상으로 민감도 지수, 상대적 민감도 지표를 이용하여 민감도 분석을 수행하였다. 또한, 저수지 제원 관련 보고서에 나오는 매개변수를 이용하여 모의된 저수지 수위와 실제 저수지 수위의 차이를 비교하였다. 유전자 알고리즘 기법과 저수위 실측치를 이용하여 최적 매개변수를 추정하였으며, 보고서에서 제시되는 매개변수와의 차이를 고찰하였다.

농촌용수구역 수문 해석기법의 개선

송정헌 ( Junghun Song ),강문성 ( Moonseong Kang ),송인홍 ( Inhong Song ),안지현 ( Jun Sangmin ),전상민 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

우리나라 농업유역은 논, 밭 등의 농작물의 재배활동이 이루어지는 생산 공간과 산림 및 주거지 등으로 구성되어 있으며, 작물의 생육에 필요한 물을 인위적으로 공급하기 위한 농업용 저수지 등의 수리시설물이 위치하고 있다. 국외에서 개발된 농업유역 모형은 우리나라의 기상, 토양, 작물, 지형, 기후, 토지이용 등 환경조건이 상이한 조건에서 개발된 모형들로서, 우리나라 환경조건이 가지는 특징을 반영하는데 한계가 있다. 국내에서는 농촌용수구역 수문 해석을 위해 HOMWRS (Hydrologic Operation Model for Water Reources System) 모형을 주로 적용하고 있으나, HOMWRS 모형은 농업용수 공급량, 저수지 수위, 관개지구 배수량 등의 모의 요소에 대한 해석 기법의 한계가 지적되고 있다. 본 연구에서는 농촌용수구역 수문순환의 효율적 해석을 위하여, HOMWRS 모형의 모의 기법 중 한계로 지적되어 왔던 저수지 유입량 모의, 농업용수 공급량 모의, 저수지 수위 모의, 관개지구 배수량 모의 에 대해 개선하고자 한다. 우리나라 농촌용수구역은 관개지구의 수문 순환과 저수지 상류유역의 수문 순환이 연계되어 복합적으로 발생하며, 저수지 상류유역, 수리시설물 (농업용 저수지), 저수지 하류 관개지구로 구분된다. 저수지 상류유역의 유출량은 수정 3단 TANK 모형을 이용하며, 기 개발된 회귀식을 수정하였다. 농업용수 공급량은 중간낙수 시기에 관개가 중단되는 것으로 수정하였고, 최근 모를 공장에서 대량생산된 것을 사서 쓰는 추세를 반영하여 못자리 용수량을 생략하였다. 또한, 실제 농업용저수지의 방류는 이앙기 이전인 4월부터 시작하는 것을 고려하였다. 저수지 수위 모의는 물수지식 기반 연속방정식을 이용하였으며, 실제 현장에서 홍수조절 용량 확보를 위해 제한수위를 설정하여 유지하는 것을 고려하여, 홍수기에 제한수위 이상의 수위는 강제 방류시키도록 구성하였다. HOMWRS 모형은 관개지구의 배수량은 모의가 불가하며, 관개지구배수량을 논 포장 배수량과 용수로 배수량 (배분관리 용수량)으로 구분하여 모의가 되도록 구성하였다. 논 포장 배수량은 논의 물수지식으로, 용수로 배수량의 농업용수 공급량에 대한 비로부터 산정하였다. 본 연구 결과는 농촌용수구역의 수문 순환에 대한 전반적인 이해를 넓히며, 농촌용수 관리 선진화에 기여할 수 있을 것이라 사료된다.

농촌용수 물순환 해석모형의 프레임웍 설계

강문성 ( Moonseong Kang ),송인홍 ( Inhong Song ),박지훈 ( Jihoon Park ),송정헌 ( Junghun Song ),김진택 ( Jintaek Kim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

농촌용수의 복잡성과 광범위성을 보다 효율적으로 해석하기 위해서는 농촌용수의 다양한 모의 요소를 각각의 독립적인 객체로 모듈화하고, 조건에 맞게 다수의 모듈을 조합하여 해석할 수 있는 객체지향 모델링 기법 기반의 맞춤형 모델시스템 구축이 필요하다. 본 연구의 목적은 우리나라 농촌지역의 물리적 특성 및 영농의 다양화/복잡화에 따른 농촌용수구역단위의 종합적인 농촌용수 물순환 해석을 위하여, 1) 기존의 국내외 물순환 해석 모듈 및 시스템을 고찰하고, 2) 종합적 농촌용수 해석 모형의 개발 필요성에 대한 전문가 설문조사를 실시하여 분석하며, 3) 이를 바탕으로 종합적 농촌용수 해석 모형을 위한 프레임웍을 개발하는 데 있다. 농촌용수 해석 통합시스템 개발은 기상, 토양, 작물, 산림, 농학, 수리/수문, 수질, 수리시설, 프로그램 등을 포함하는 광범위한 연구 분야가 포함되어야 함으로 단기적 관점에서 수행될 수 있는 연구 사업으로는 한계가 있다. 따라서, 각 학문 분야별 전문가그룹을 통섭하고, 국가적 차원의 중·장기적인 관점에서 종합적/체계적 계획을 수립하여 추진해야 할 것이다. 본 연구의 결과는 우리나라 농촌지역 특성 및 기후변화를 고려한 수자원의 물수요분석 등의 이수 및 홍수 등의 치수에 대한 전방위 대처를 통한 농촌수자원의 안정적인 공급과 국가 청정 수자원 확보를 위한 적정 농촌물순환 해석 기술 제공 및 활용이 기대된다.

HEC-HMS와 HEC-RAS를 이용한 농촌지역 침수해석

강문성 ( Moonseong Kang ),송인홍 ( Inhong Song ),박지훈 ( Jihoon Park ),황순호 ( Soonho Hwang ),송정헌 ( Junghun Song ),김지혜 ( Jihye Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

최근 이상기후에 의한 집중호우와 태풍으로 인해 농경지의 범람 및 농촌과 도시지역 저지대의 침수피해가 가중되고 있다. 농촌지역의 도로 신설 등으로 인해 하천변 저지대에 위치하고 있는 농촌마을은 상대적으로 보다 큰 표고차를 나타내며, 이로 인한 폭우시 배수의 불균형은 빈번한 침수를 발생시키고 있다. 따라서 집중호우로 인해 발생한 하천변저지대 농촌마을의 홍수피해 원인을 정확히 파악하고, 이에 따른 침수피해 지역의 영향 및 방재 방안을 수립하여야 할 것이다. 본 연구의 목적은 경기도 남양주시에 위치한 일패천과 안곡천을 대상으로 HEC-HMS와 HEC-RAS를 이용하여 집중호우시 하천 범람에 따른 농촌마을의 침수량을 정량적으로 산정하고, 이를 바탕으로 침수지역의 침수에 대한 피해 기여도를 분석하여 홍수피해 경로 및 그 원인 구명 및 방재 방안을 수립하는 데 있다. 폭우사상은 2011년 7월 26일-28일에 발생한 632mm을 대상으로 하였으며, 지속시간에 따라 70-200년 빈도로 산정되었다. 이는 지방 2급 하천인 일패천의 50년 빈도의 설계홍수량을 초과하는 것으로 나타나 하천 범람을 초래하였을 확률이 높은 것으로 분석되었다. 유역 유출량 및 하천 수위분석 결과 주요 하천 범람지점은 안곡천 하류와 일패천 합류지점으로 나타났다. 하천변 저지대 농촌마을의 침수량을 정량적으로 산정하였고, 일패천과 안곡천, 그리고 배수암거와 배수로로 인한 영향을 고려하여 침수경로를 구명하고, 그 원인을 파악하여 방재방안을 수립하였다.

농업비점오염 자료 관리 시스템 구축: 소유역을 대상으로

박지훈 ( Jihoon Park ),강문성 ( Moonseong Kang ),송인홍 ( Inhong Song ),송정헌 ( Junghun Song ),장정렬 ( Jeongryeol Jang ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

농업비점오염에 대한 중요성이 대두되면서 이를 저감하기 위한 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 연구의 기본이 되는 것이 비점오염 모니터링이며, 현재 우리나라도 지속적으로 비점오염과 관련된 방대한 모니터링이 이루어지고 있다. 한편, 모니터링으로부터 수집된 자료는 해당 정보를 신뢰할 수 있도록 체계적/과학적으로 관리하여야 한다. 자료관리 과정에서 수집한 자료의 신뢰도 및 품질을 관리하기 위해서는 적합한 시스템을 구축할 필요성이 있다. 따라서 본 연구에서는 소규모의 대상 지구를 선정하여 농업비점오염 자료 관리 시스템을 구축하도록 하였다. 본 연구의 대상 지구는 이동저수지 용남관개지구로서 시험포장의 면적은 약 0.3ha이다. 대상지구의 모니터링 자료는 기상, 수문, 수질, 토양특성, 영농인자 등 이며 MySQL5.5를 사용하여 관계형 데이터베이스를 구축하였다. 또한 MS-Visual Studio C#을 이용하여 자료입력 및 분석 모듈을 개발하였다. 본 시스템은 자료입력 모듈과 분석 모듈로 구성되어 있으며, 각각의 수집할 파일을 데이터베이스에 입력해주는 기능을 제공하고, 관측 자료의 이상치, 결측치 등을 판별하여 수정하는 기능을 제공한다.

광역단위 저수지 관개논 EMC산정

황순호 ( Soonho Hwang ),강문성 ( Moonseong Kang ),송인홍 ( Inhong Song ),송정헌 ( Junghun Song ),안지현 ( Jihyun Ahn ),박지훈 ( Jihoon Park ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

현재까지 여러 포장을 단위로 하는 광역단위 논의 비점오염에 관한 연구는 강우사상별 모니터링 연구보다는 주로장기 유출 모니터링이 많이 이루어져왔다. 특히, 포장단위 논의 경우 비점오염 유출은 관개시뿐만 아니라 강우시 물꼬높이를 초과하여 유출이 발생할 경우에도 이루어진다. 또한 장기간 관개시의 유출특성과는 달리 강우시 비점오염 유출농도 특성은 초기세척효과 (first flush effect)에 의하여 초기에 높고 시간이 지날수록 낮아지며, 동일한 유역에서도 강우특성에 따라 비점오염 유출 농도가 달라지기도 한다. 따라서, 포장단위 논에서의 장기 유출 모니터링뿐만 아니라 강우시 초과 유출되는 유출수에 대한 비점오염 연구 역시 필요하다고 할 수 있다. EMC (Event Mean Concentration)는 강우사상에 따른 유출 오염물질 농도를 나타내는 대표적인 방법으로 유량을 가중평균하는 방법이다. 본 연구의 목적은 광역단위의 저수지 관개논을 대상으로 강우 사상별 유출 특성을 조사하고, 강우사상별 EMC를 산정하여 강우량, 강우강도 등 강우특성과의 상관분석과 강우사상별 비점오염 부하량을 산정하는 것이다. 기간 2011년 5월-7월 사이의 총 10개 강우사상에 대하여 조사한 결과 대상 강우사상의 평균 강수량은 46.7 mm였으며, 평균강우지속시간은 27.3 시간, 평균강우강도는 1.45 mm/hr로 나타났다. 수질항목의 평균 EMC는 SS가 242.4 mg/L, TN이 1.01 mg/L, TP가 0.12 mg/L로 나타났다.

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.

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.