Development of a Comprehensive Modeling System for Assessing Impact of Temporally and Spatially Changing BMP

조재필,전종안,모스타기미사이드,Cho, Jae-Pil,Chun, Jong-Ahn,Saied, Mostaghimi The Korean Society of Agricultural Engineers 2009 한국농공학회논문집 Vol.51 No.2

토지이용변화가 수질에 미치는 영향을 평가하기 위하여 비점오염모형이 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 최적관리기법이 수문 수질에 미치는 영향을 평가하기위한 통합모형시스템을 개발하였다. 통합모형시스템은 DANSAT (Dynamic Agricultural Non-point Source Assessment Tool)과 사용자 인터페이스로 구성되어 있다. DANSAT은 분포형 연속 강우사상 모형으로서 농업소유역에서의 유출량, 유사량, 농약 물질의 이동기작 등을 모의한다. DANSAT은 크게 동적변수 부모형, 수문 부모형, 유사 이용 부모형, 농약 물질 이동 부모형등 4개의 부모형으로 구성되어있다. 동적변수 부모형은 토양의 특성, 작물의 생장 및 작물 잔여물질의 분해 등을 모의하는 하부모형으로 구성되어있으며, 토지 이용 변화에 관계되는 내부 변수들의 시간적 변화를 모의한다. 수문 부모형은 차단, 증발산량, 침투량, 침루량 등을 모의하는 격자 단위 프로세스와 지표유출, 중간유출, 기저유출 및 하천에서의 물의 이동을 모의하는 유역 단위 프로세스로 구성되어있다. 유사 이동 부모형은 세류간 (interrill) 토양입자의 분리, 세류 (rill) 및 하천내의 토양분리, 운송가능량 등을 모의하며, 농약 물질 이동 부모형은 농약의 분해, 평형, 식물에 의한 흡수, 침출 등을 고려하여 농약 물질의 이동을 모의한다. 입력변수는 최적관리기법의 시 공간적인 변화를 고려할 수 있도록 계층구조로 구성하였다. 유역출구에서의 결과 출력 뿐만 아니라, 유역전체에 걸쳐 지표면과 지하수면 사이에서 물 및 오염물질의 이동량 분석을 위한 출력 및 격자단위의 상세 결과 출력을 통하여 최적관리기법을 평가하고 분석할 수 있다. 한편, 사용자 인터페이스는 모형의 구동을 위해 요구되는 광범위한 시 공간 입력 자료를 기존에 존재하는 데이터베이스를 이용하여 생성할 수 있도록 개발되었다.

SWAT모형과 CMIP5 자료를 이용한 기후변화에 따른 농업용 저수지 기후변화 영향 평가

조재필,황세운,고광돈,김광용,김정대,Cho, Jaepil,Hwang, Syewoon,Go, Gwangdon,Kim, Kwang-Young,Kim, Jeongdae 한국농공학회 2015 한국농공학회논문집 Vol.57 No.5

The study aimed to project inflows and demmands for the agricultural reservoir watersheds in South Korea considering a variety of regional characteristics and the uncertainty of future climate information. The study bias-corrected and spatially downscaled retrospective daily Global Climate Model (GCM) outputs under Representative Concentration Pathways (RCP) 4.5 and 8.5 emission scenarios using non-parametric quantile mapping method to force Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. Using the historical simulation, the skills of un-calibrated SWAT model (without calibration process) was evaluated for 5 reservoir watersheds (selected as well-monitored representatives). The study then, evaluated the performance of 9 GCMs in reproducing historical upstream inflow and irrigation demand at the five representative reservoirs. Finally future inflows and demands for 58 watersheds were projected using 9 GCMs projections under the two RCP scenarios. We demonstrated that (1) un-calibrated SWAT model is likely applicable to agricultural watershed, (2) the uncertainty of future climate information from different GCMs is significant, (3) multi-model ensemble (MME) shows comparatively resonable skills in reproducing water balances over the study area. The results of projection under the RCP 4.5 and RCP 8.5 scenario generally showed the increase of inflow by 9.4% and 10.8% and demand by 1.4% and 1.7%, respectively. More importantly, the results for different seasons and reservoirs varied considerably in the impacts of climate change.

동적 농업 비점오염 평가모델 (DANSAT)의 3차원 민감도 분석

조재필,황세운,모스타기미사이드,Cho, Jae-Pil,Hwang, Sye-Woon,Saied, Mostaghimi The Korean Society of Agricultural Engineers 2009 한국농공학회논문집 Vol.51 No.1

새로 개발된 모형에 대한 민감도 분석은 입력변수의 선정 및 보정을 위한 필요한 지침을 제공하기 위해 수행되어야 할 필수적인 과정이다. 동적 농업비점오염 평가모델 (dynamic agricultural nonpoint source assessment tool, DANSAT)은 농업 최적관리기법(BMP)의 지표 및 지하수에 대한 영향을 평가하기 위해 개발된 3차원 모델이다. 본 연구의 목적은 서로 다른 토층 및 유역내 위치에서 입력변수의 변화에 따른 지표 및 지하관련 출력들의 반응을 토대로 DANSAT의 일반적인 민감도 분석을 수행하는 것이다. 선정된 입력변수들의 변화에 따른 세가지의 지표관련 출력 (유출량, 유사량, 유출수중 농약 부하량) 및 두가지의 지하관련 출력 (지하수로의 유입 유량 및 지하수로의 농약 유입량)의 반응이 고려되었다. 민감한 입력변수들은 하나의 격자만을 이용한 예비 민감도 분석을 통하여 선정되었는데, 대체로 토양 관련 인자들이 지표 및 지하에서 양적/질적으로 민감하게 작용하는 것으로 나타났다. 예비민감도 분석을 통해 선정된 토양입력변수들의 서로 다른 토층에서의 변화에 따른 모형 출력들의 반응을 고려한 수직적 민감도 분석결과, 지표관련 출력들의 경우 지표 부근의 상층 토양의 인자가, 지하관련 출력들의 경우 하부 토층의 인자가 각각 민감하게 작용하는 것으로 평가되었다. 유역내에서 입력변수들의 공간적 위치의 변화에 따른 반응을 고려하는 수평적 민감도 분석결과, 유역 경계의 주변보다 하천 주변에서의 입력변수 변화가 모형의 지표 및 지하관련 출력들에 민감한 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 BMP의 지표 및 지하의 수문/수질에 미치는 영향을 평가하기 위해 개발된 DANSAT 모형의 입력변수 선정 및 보정에 유용한 자료로 활용될 것으로 기대된다.

Assessing Applicability of SWAT Calibrated at Multiple Spatial Scales from Field to Stream

조재필,허용구,보쉬 데이비드,Cho, Jaepil,Her, Younggu,Bosch, David The Korean Society of Agricultural Engineers 2015 한국농공학회논문집 Vol.57 No.3

유역 내부의 수문과정에 대한 관측치를 이용한 모형의 보정은 분산형 수문수질 모형의 적용성을 높이는 방법으로 권장되지만, 관측치가 충분하지 않은 경우가 많아 적용사례가 드문 실정이다. 본 연구는 경지에서 유역의 출구까지 여러 단계의 수문과정을 고려하여 분산형 수문수질모형을 보정하는 방법을 제시하고, 이와 같은 방법으로 보정된 모형의 적용성을 검토하고자 하였다. 이를 위해 본 연구는 SWAT 모형을 이용하여 미국 조지아의 South Atlantic Coastal Plain에 있는 한 농업유역의 수문과정을 모의하였다. 또한, 유사와 영양물질의 구체적인 하천운송과정을 모의하기 위해 SWAT모형의 QUAL2E 모듈을 이용하였다. 모형보정은 유역의 유출량 및 유사와 영양물질의 양 뿐만 아니라 경지에서 관측된 바이오매스, 토양 침식량 및 영양물질 발생량, 수변지역 (riparian buffer)에서 발생하는 유사와 영양물질 감소, 하천운송과정 등을 고려하여 수행되었다. 모형의 보정 및 검증기간은 자료기간과 토양보전농법의 시행기간을 고려하여 선정되었으며, 보정된 모형의 적용성은 복수의 통계치 (NSE, RE, RSR 등)를 이용하여 분석되었다. 보정된 모형은 유역의 출구에서 하천유량과 총질소량을 각각 NSE 0.93 및 0.59의 정확도로 모의하였다. 그러나 유사 (NSE: 0.40)와 총인량 (NSE: 0.45)모의에서는 상대적으로 낮은 정확도를 보였다. SWAT의 QUAL2E 모듈을 이용하여 하천에서의 유사 및 영양물질 운송과정을 고려하는 것은 총인과 총질소 모의결과의 정확도를 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 다단계 수문과정을 고려하여 보정된 SWAT모형은 유역 내부에서 발생하는 수문과정을 모의하는데 적용성이 있는 것으로 나타났다. 하지만, 계측방법 및 계측된 자료의 분석방법의 변화에 따른 오차와 토지이용의 시공간적 변화를 모의에서 고려하지 못해서 발생한 오차를 감안하더라도, 보정된 모형은 유역출구에서 관측되는 유사와 영양물질 양을 정확하게 모의하는데 실패 (NSE < 0.5)하였다고 평가할 수 있으며, 이는 SWAT 모형의 보정에서 다단계 또는 유역내부의 수문과정을 고려하는 것이 유역출구에서 높은 모의 정확도를 얻는데 기여하지 못할 수도 있음을 보여주었다.

통합물환경 관리를 위한 모델링 플랫폼 현황

조재필 ( Cho Jaeipil ),신창민 ( Shin Chang Min ),이용석 ( Lee Yong Seok ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

물환경을 고려한 통합 유역관리 차원의 의사결정을 지원하기 위해서는 수문, 수질, 수생태 등을 연계하여 고려할 수 있는 모델링 체계가 필요하다. 해외에서 개발된 모델들을 국내 물환경 평가에 활용하는 데 있어서 국내의 특수 상황을 반영하여 다양한 요소를 종합적으로 고려하기 위해서 플랫폼 관점의 접근이 중요해 지고 있다. 본 고찰에서는 플랫폼을 모델 개발자 및 사용자를 포함한 물환경 모델링 관련 전문가들의 자발적인 참여와 상호작용을 통해 모두에게 새로운 가치를 제공해 주며 지속적으로 성장해 갈 수 있는 생태계로 정의하였다. 이는 Better Assessment Science Integrating point and Nonpoint Sources (BASINS)와 같이 기존의 ICT 기반의 시스템 개발을 통해 특정 모형의 구동에 필요한 모든 입력자료 제공과 분석 및 모델 결과의 가시화를 위한 도구들의 제공 등 사용자 편의성을 기본적인 가치로 포함하고 있음을 의미한다. 모델 개발자를 중심으로 하는 플랫폼의 새로운 가치로서는 다양한 모델 개발자들의 자발적인 참여를 기반으로 하는 통합 모델링 체계 구축을 중심 가치로 고려하였다. 모델 개발자를 위한 다수의 플랫폼 중에서 Community Surface Dynamics Modeling System (CSDMS)을 앞서 정의한 새로운 가치에 가장 근접한 플랫폼으로 살펴보았다. CSDMS는 오픈소스 기반의 모델 버전 관리 및 다양한 개발 언어를 통해 개발된 모델들의 통합을 쉽게하기 위한 기본적인 표준안 제시 등이 시도되고 있다. 모델 사용자를 중심으로 하는 플랫폼의 새로운 가치로서는 모델링에 필요한 입력 자료 뿐만 아니라 모델링 결과까지도 공유함으로써 집단지성을 통한 모델링 결과의 검증 가능성을 고려하였으며, Consortium of Universities for the Advancement of Hydrologic Science Inc. (CUAHSI)의 HydroShare를 중점적으로 살펴보았다. 국내 물환경 모델링은 외국에서 개발된 모형을 국내 환경에 맞게 개선하려는 시도가 있었으나 개발된 모델 코드 및 모델링 결과의 공유와 관련된 개방성 관점에서 상생의 생태계로서는 부족한 점이 많다. 따라서 향후 국내 상황에 적합한 모델링 플랫폼의 도입을 통해 입력자료 준비와 같이 모델링 과정에서 요구되는 많은 노력과 시간을 줄여줌과 동시에 투명한 집단지성 기반의 모델 검증을 통해 모델링 결과의 신뢰성을 높여가는 것이 필요할 것이다.

다중모형 및 격자기반 CMIP5 기후변화 시나리오 상세화 자료를 이용한 극한기후지수 변동성 분석

조재필(Cho, Jae-Pil),김재욱(Kim, Jae-Uk),최순군(Choi, Soon-Kun),황세운(Hwang, Sye-Woon),정휘철(Jung, Hui-Cheul) 한국기후변화학회 2020 한국기후변화학회지 Vol.11 No.2

개혁주의생명신학의 “헥사메론”연구 -유신론 과학의 창세기 1장 해석에 대한 비판적 연구

조재필 ( Jae Pill Cho ) 한국기독교철학회 2015 기독교철학 Vol.21 No.-

본 논문은 유신론적 과학이 창세기 1장의 ‘6일 창조’(헥사메론)를 해석하는 입장들에 대해 개혁주의생명신학의 관점에서 비판적으로 연구하였다. 결론적으로 창세기 1장의 ‘6일 창조’를 문자적인 의미로 이해해야 한다는 주장을 제시하였다. 즉 창세기 1장에 따르면 하나님께서 24시간-하루 의미의 6일 동안 천지를 창조하셨다. 본 논문이 중점적으로 다룬 유신론 과학은 복음주의 진영에 속한 ‘젊은 지구창조론’과 ‘오랜 지구창조론’이다. 두 학파는 헥사메론에 대해서 서로 다른 입장을 취하고 있다. 젊은 지구창조론은 헥사메론을 문자적으로 해석해서 하나님께서 세상을 24시간-하루-6일 동안 창조하셨다는 전통적인 해석을 따른다. 반면 오랜 지구창조론은 헥사메론을 비문자적으로 해석해서 오랜 기간 동안에 이루어진 창조에 대한 상징적인 표현이라고 주장한다. 결론적으로 본 논문은 젊은 지구창조론의 입장을 지지하여 창세기 1장의 헥사메론을 문자적으로 해석해야 한다고 주장한다. 이러한 결론에 이르기 위해 연구를 진행하였다. 역사적 연구를 통해서 교회가 전통적으로 헥사메론을 문자적으로 해석해왔다는 사실을 밝혔다. 다음으로, 본문 연구를 통해서 헥사메론을 문자적으로 해석해야 함을 밝혔다. 특별히 ‘날’을 뜻하는 히브리어 단어 ‘욤’(yom)은 24시간-하루 의미로 단순하게 이해해야 하는 단어임을 밝혔다. 다음으로, 신학적 연구를 통해서 헥사메론에 대한 문자적 해석은 전통적인 기독교 교의였음을 밝혔다. 이상의 연구를 통해서 헥사메론에 대한 문자적 해석 전통을 옹호할 수있었다. 이 전통을 옹호하는 것은 과거의 신앙을 답습하는 것이 아니다. 도리어 현재의 기독교적 학문 영역과 교회 공동체에 기여를 한다. 특히 헥사 메론에 대한 문자적 해석을 옹호함으로 오래 동안 분열된 유신론 과학계의 연합을 위한 실마리를 제공할 수 있다. 본 논문은 무엇보다 ‘오직 성경’의 개혁주의 원리를 실천할 수 있다. 특히 과학의 영역에서도 이 개혁주의 원리는 적용되어야 한다. This article studies about theistic science translation of Genesis Chapter One’s ‘six days of creation’(hexaemeron) in a perspective of Reformed Life Theology with criticism. As a conclusion, I am proposing that hexaemeron need to be translated into literal exegesis. God had created the world in six days with 24 hours a day, as Genesis chapter one says. This article is mostly centered with Young Earth Creationism and Old Earth Creationism, which camps in Evangelism. These two schools have different positions about hexaemeron. Young Earth Creationism translates hexaemeron that God created the world in six days with 24 hours a day with a literal exegesis to the tradition. However, Old Earth Creationism translates the creation with non-literal exegesis and claims that the world was created for a long time and it’s only symbolic. As a conclusion, this article proposes that hexaemeron needs to be translated into literal exegesis. For this propose, I have processed researches: I talks how the church has been translating hexaemeron through historical studies and literal exegesis traditionally. And, I have made it clear that hexaemeron needs to the translated by literal exegesis. Especially, the word that means ‘day’ is from a Hebrew word ‘yom’ which means 24 hours per day. And then, I have also made it clear by theological study that literal exegesis of hexaemeron is a traditional Christian doctrine. Through these studies, you should agree the tradition exegesis of hexaemeron. Agreeing this tradition doesn’t mean that you are following the old faith simply. However, it is contributing the church and the domain of knowledge. By following the literal exegesis of hexaemeron, you can provide the clue to the alliance of theistic science. Most of all, you can practice the Reformation principle of ‘sola scriptura’. This principle must be also practiced in Science, especially.

기후변화 시나리오 불확실성을 고려한 농업용 저수지 물수지 영향 분석

조재필 ( Jaepil Cho ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

최근 극심한 기상이변으로 홍수와 가뭄으로 인한 사회경제적 피해가 증가하고 있다. 극한 가뭄은 농업용수 공급량의 감소뿐만 아니라 작물의 필요수량의 증가 등으로 인하여 농업 생산성에 큰 경제적 피해를 줄 수 있다. 2011년 기준국내 농업용수 공급시설물로는 저수지, 양배수장, 취입보, 집수암거 등이 있으며, 저수지의 경우 전체 69,568개소 중 17,505개로 25%를 차지하고 있으나 관개면적으로는 전체 772,108ha 중 449,105ha를 관개하여 전체 농업용수의 58%를 관개하고 있는 실정이다. 따라서 국내 농업용수의 주요 공급원인 저수지의 기후변화에 따른 거동을 살펴보는 것은 중요한 일이다. 따라서 본 연구는 기후변화에 따른 농업용저수지의 공급량, 관개지구 용수수요량 및 이에 따른 저수지의 저수율 변화에 미치는 영향을 농업용저수지의 특성을 고려하여 분석 및 평가하는데 있다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 수자원 변동성을 평가하기 위하여 CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)를 통하여 제공되고 있는 다양한 전지구모형의 대표농도경로 (RCP ; Representative Concentration Pathways) 전망 자료를 이용하였다. 기후변화 시나리오 자료를 사용하기 위하여 기상청에서 제공하는 12.5km의 국가 표준 시나리오 자료를 포함하여 6개 기상변수 (강수량, 최고기온, 최저기온, 상대습도, 풍속, 일사량)에 대한 일별 자료가 존재하는 5개의 전지구모형의 자료를 사용하였다. 비모수적 분위사상법 (Non-parameteric Quantile Mapping) 방법을 활용하여 과거기간 동안에 변수 별 관측자료와 기후변화 시나리오 자료와의 차이를 이용하여 미래 기간에 대한 계통오차를 보정하한 후 기후변화 시나리오를 농업용 저수지 유역에 대한 기상자료로 활용하였다. 유역 유출량의 변동성을 산정하기 위해서 미국 농무성에서 개발하여 전 세계적으로 보편적으로 사용되고 있는 SWAT모형을 농업용 저수지 유역에 적용함으로서 상류유입량, 증발산량에 의한 필요수량, 저수량의 예측에서 발생할 수 있는 불확실성을 분석하였다. 본 연구는 농업용 저수지의 물수지 분석에 있어서 다양한 기후변화 시나리오 자료에 의한 불확실성을 고려함으로써 기상ㆍ기후 분야 및 수자원분야의 융합연구에 기여하리라 판단된다.

기독교 철학과 성경신학 -기독교 세계관을 제공하는 성경신학-

조재필 ( Jae Pill Cho ) 백석대학교 기독교철학연구소 2004 기독교철학연구 Vol.1 No.-

복합 토지이용 특성의 농촌유역에 대한 농업비점원오염모형의 적용

조재필 ( Cho Jae Phil ),박승우 ( Park Seung Woo ),강문성 ( Kang Moon Seong ) 한국농공학회 1998 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.1998 No.-

GRASS-AGNPS model integrated with GIS was applied to rural watersheds having complex land use characteristics and evaluated for its applicability through calibration using observed data. The analyses of raster encoding accuracy and model behavior to runoff, sediment yields and nutrient loads for different cell-size showed that 150 m cell size indicated reasonable applicability of the model. Simulated runoff was in a good agreement with the observed data and simulated peak runoff rate was larger than the observed data. The sediment yield simulated by modified AGNPS model using irregular cell for forest area were less than that of the regular cell method. In predicting sediment yields, the result showed a different trend at each representative rural watershed. Nutrient loads simulated by the model were significantly different from the observed data.