국립환경과학원 강우유출조사방법을 이용한 논 원단위 산정

최동호 ( Dongho Choi ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ),정재운 ( Jaewoon Jung ),유승환 ( Seunghwan Yoo ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

환경부에서는 비점오염원의 합리적이고 과학적인 관리를 위해서 1995년 도시, 논, 밭, 산림, 목장 용지에 대해서 수문 및 수질 모니터링을 수행하여 유효우량비법으로 단일피복에 대한 BOD, COD, SS, T-N, T-P의 원단위를 산정하였다. 원단위는 수질오염총량관리제에 있어, 개발의 규제와 관련된 중요한 인자이며, 현재 사용하고 있는 논의 원단위는 BOD 2.3 kg/km²/day, COD 6.16 kg/km²/day, SS 19.7 kg/km²/day, T-N 6.56 kg/km²/day, T-P 0.61 kg/km²/day 이다. 하지만, 20여년이 지난 현재 기상의 변화, 영농활동의 변화와 더불어 논 비점오염의 유출특성을 고려하여 환경부에서는 새로운 원단위 산정방법을 제시하였으며, 단일토지피복지역에 대한 모니터링을 수행하였다. 따라서 본 연구에서는 논에서의 원단위 산정을 위해 2009년부터 2012년까지 영산강수계 논 유역과 섬진강 수계 논유역에서 강우시 및 비강우시 수문 및 수질 모니터링을 통해 관측 부하량을 산정하였으며, 관측된 강우유출수(수문, 수질)자료를 새로운 원단위 산정방법으로 논 원단위를 산정하였다. 두 시험지구의 관측부하량은 BOD의 경우 13.1~35.4(평균: 21.6) kg/ha, COD의 경우 38.6~66.8(평균: 52.9) kg/ha, SS의 경우 150.9~431.9(평균: 304.4) kg/ha, T-N의 경우 6.2~21.1(평균: 12.1) kg/ha, T-P의 경우 0.5~3.2(평균: 2.0) kg/ha 였으며, 관측된 수질항목별 평균 부하량을 단위면적당 일 부하량으로 환산하면 BOD 5.92 kg/km²/day, COD 14.50 kg/km²/day, SS 83.39kg/km²/day, T-N 3.31 kg/km²/day, T-P 0.56 kg/km²/day로 나타났다. 국립환경과학원 강우유출수 조사방법으로 산정된 BOD 5.46 kg/km²/day, COD 14.62 kg/km²/day, SS 77.53 kg/km²/day, T-N 3.99kg/km²/day, T-P 0.55 kg/km²/day 였다. 따라서, 강우유출수 조사방법으로 산정된 수질항목별 원단위는 수질항목별(BOD, COD, SS, T-N, T-P) 관측 부하량을 잘 반영하는 것으로 나타났다.

논에서의 SS유출 관련 인자 상관성 분석

이경숙 ( Kyoungsook Lee ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ),정재운 ( Jaewoon Jung ),최동호 ( Dongho Choi ),최우정 ( Woojung Choi ),임상선 ( Sangsun Lim ),최강원 ( Gangwon Choi ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

논의 경우 벼 재배기간 중 주로 담수상태에 있고 벼가 자라면서 Canopy를 형성하여 다른 지목과는 오염물질의 유출 특성이 다르다. 다른 오염물질에 비해 순수 논에서의 SS 유출에 관한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 SS 유출과 관련성이 높은 인자들 사이의 상관성 분석을 통해 SS유출에 가장 영향을 미치는 인자가 무엇인지 파악하는 것이 필요하다. 영산강 수계중 하나인 전라남도 함평군에 위치한 학야지구 논 유역을 대상으로 2006년부터 2010년까지의 장기간 모니터링한 자료를 바탕으로, SS유출에 영향을 미치는 인자들인 강우량, 강우강도, 강우+관개량, 관개량, 배수량과 농도 또는 부하량 사이의 상관성을 강우사상별과 영농기간으로 구분하여 분석하였다. 영농기간 동안의 총강우량과 SS 부하량 사이는 선형관계를 보이지 않았고, 관개량과 부하량 사이는 높은 상관성을 나타내어 부하량은 강수량보다는 관개량과 상관성이 있음을 알 수 있었다.

간척지 침수피해 조사 및 보완대책 수립연구

정주홍 ( Juhong Jung ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ),최수명 ( Soomyoung Choi ),최우정 ( Woojung Choi ),윤석군 ( Sukgu Yoon ),김영택 ( Youngtaek Kim ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

간척지 개발은 국토확장 및 토지이용의 창출과 국민 생활공간 확대, 농업은 물론 기타 산업의 발전, 농경지의 확장에 의한 식량 증산을 구현해왔다. 그러나, 지구온난화에 따른 기후변화는 지구의 순환 시스템을 교란시켜 홍수, 해수면 상승, 가뭄 등 이상기후를 발생시키고 있다. 특히 자연재해의 90%가 수해와 관련하여 나타나는 우리나라는 홍수량이 증대하여 농경지에 대한 침수피해의 위험이 증가하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 2009년 전라남도 진도군 진도읍 전두리와 군내면 나리 일대 간척지의 집중호우로 인한 침/관수 피해의 원인을 분석하고, 향후 재발 방지 방안의 기술적 검토를 실시하였다. 침수분석은 한국농어촌공사의 GATE_Pro(배수갑문 능력검토 프로그램) 모형을 이용하였다. 침수분석을 시행함에 있어 자연배제가 상대적으로 불리한 소조시의 외수위를 적용하였고, 최저답면고는 침하를 고려하여 EL(-)0.40m를 적용하였다. 또한 관리수위는 침수당시의 EL(-)0.85m를 적용하였으며, 시간별 홍수량 20년 빈도에 대하여 분석을 실시하였다. 재발방지에 대한 방안으로는 군내지구 또는 수유지구의 배수갑문 규모 확장, 배수기장 신설, 매립에 의한 최저답고 조정, 승수로 신설 등에 대하여 검토하였다. 침수분석결과 현재 담수호 관리수위 조건에서는 수유지구에 24시간 이상의 침수가 발생하는 것으로 분석되어 침수방지를 위한 배수시스템의 개선 및 배수로 정비가 시급하고, 담수호 수위 및 배수갑문 관리의 전문성이 필요하였다. 침수 방안으로는 Box 암거의 문제점 개선을 위해 인양비로 교체하고 침수문제의 근본적 해결을 위해 배수기장의 설치가 필요하였다. 또한 체계적인 배수갑문 관리를 위한 TM/TC(SCADA) system을 도입하여 배수갑문 가동을 편리하고 효율적으로 관리해야 할 것으로 판단되었다.

논 유출곡선지수를 활용한 논 물관리 관행 평가

최동호 ( Dongho Choi ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ),정재운 ( Jaewoon Jung ),김영주 ( Young Joo Kim ),유승환 ( Seunghwan Yoo ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

미계측 유역의 유출특성을 파악하기 위해 많은 연구자들이 SCS 유출곡선지수 방법을 활용하고 있다. 하지만, 산림, 밭 등 토지이용은 토양수분조건의 영향을 크게 받는 반면, 논은 영농관리를 통한 물관리 관행의 영향을 크게 받는 것으로 제시되고 있다. 타 연구자들에 의해 논 유역의 유출곡선방법을 이용한 연구가 수행되었지만, 단기적인 자료를 이용하여 산정하였다. 본 연구 논유역의 유출곡선지수 산정을 위해 2004년부터 2012년까지 영산강수계 전남 함평군 엄다면 화양리 논 유역(이하, 학야지구)과 섬진강 수계 전북 순창군 적성면 고원리 논 유역(이하, 적성지구)에서 영농기간동안 강우량과 유출량을 관측하였다. 학야지구의 유역면적은 13.69 ha이며, 저수지에서 관개용수를 공급받는다. 토성은 미사질 양토이다. 적성지구의 유역면적은 8.06 ha이며, 양수장에서 관개용수를 공급받는다. 토성은 사질양토이다. 조사기간동안 학야지구의 강수량과 유출량은 각각 613.5~1,224(평균: 907.1)mm, 503.7~853.5(평균: 748.5)mm 였으며, 적성지구의 강수량과 유출량은 각각 584.6~1,316.8(평균: 1,025.3)mm, 730.6~1,349.3(평균: 958.4)mm 였다. 두 시험지역의 강우-유출 관계식을 도출하여 CN값을 산정한 결과 학야지구의 CN-Ⅰ, CN-Ⅱ, CN-Ⅲ 값은 66, 80, 89 였으며, 적성지구의 CN-Ⅰ, CN-Ⅱ, CN-Ⅲ 값은 67, 90, 97로 나타났다.

관개지구 농약 유출율 추정

진소현 ( Sohyun Jin ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ),최우정 ( Woojung Choi ),심재한 ( Jaehan Shim ),최우영 ( Wooyoung Choi ),임상선 ( Sangsun Lim ),김상돈 ( Sangdon Kim ),최동호 ( Dongho Choi ),박지연 ( Jiyeon Park ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

영농활동 중 농약과 같은 인축과 환경생물에 독성을 갖는 물질이 수계환경에 노출빈도가 높은 논에 살포됨으로서 농약의 유출을 제어하는데 어려움이 있다. 이러한 농약의 유출을 제어하고자 국외에서는 수계환경중 농약 노출농도를 예측하는 모형을 활용하여 적용하고 있으나 국내에서는 이에 대한 연구가 라이시미터와 같은 제한적인 실험을 통해 농약의 위해성을 평가하고 있어 농약의 유출을 예측하고 평가하기 위한 모형의 개발 및 적용이 필요하다. 본 연구에서는 RICEWQ(Pesticide Runoff Model for Rice Crops) 모형을 이용하여 국내 관개지구 논 포장에서 주요 농약 5종(butachlor, chlorpyrifos-me, diazinon, isoprothiolane, oxadiazon)의 유출율을 모의발생하여 산정하였다. 유출율 산정을 위해 함평군 엄다면 소재 학야지구에 위치한 유역면적이 13.69 ha인 논을 대상으로 실험을 하였으며 수문조건 보정을 위해 필요한 강수량, 관개량, 유출량, 증발산량, 침투량을 실험지구에서 실측하였다. 관측치와 수문조건이 근접하도록 보정한 뒤 농약과 관련된 매개변수를 입력하여 구동하였고 이에 필요한 농약관련 매개변수는 현장에서 검출되는 농약의 모니터링이 어렵기 때문에 항온실험 결과를 이용하였다. 논에서 농약 이동을 모의하기위해 개발된 RICEWQ 모형을 통해 추정된 배수농도와 유량을 곱하여 농약 부하량을 산정한 뒤 유출율을 산정하였다.

8일간 수질자료를 이용한 풍영정천 부하지속곡선(LDC) 적용성 고찰

최동호 ( Dongho Choi ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ),정재운 ( Jaewoon Jung ),이경숙 ( Kyungsook Lee ),박하나 ( Hana Park ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

현재 우리나라는 단위유역별 목표수질과 기준유량을 설정하여 하천의 수질을 관리하고 있으며, 단위유역별 목표수질 달성도를 파악하기 위해 유역의 말단부에서 8일 간격으로 수질과 유량을 측정하고 있다. 하지만, 수질오염총량관리제에서는 기준유량조건에서 수질자료를 활용하여 달성도를 평가하고 있기 때문에 수질변동을 고려하지 못하는 있어, 다양한 연구자들에 의해 수질변동을 고려하여 달성도를 평가할 수 있는 방법으로 부하지속곡선(Load Duration Curve) 활용이 제기되고 있다. 부하지속곡선 기술지침에서는 유량조건별 목표수질 초과율을 살펴보기 위해 5개 등급(고유량, 우기유량, 중간유량, 건기유량, 저유량)으로 설정하고 있으며, 고유량, 우기유량, 중간유량조건에서 목표 부하지속곡선 위로 나타나면 비점오염원의 영향, 건조유량과 저유량에서 목표 부하지속곡선 위로 나타나면 점오염원의 영향으로 구분하고 있다. 본 연구의 시험지구는 영산강수계 풍영정천으로 전라남도 장성군 진원면에서 발원하여 영산강으로 유입되는 지방2급 하천이며, 유역내 토지이용 현황은 상류부는 농경지, 중류부는 산업단지, 하류부에는 주거단지로 구성되어 있다. 본 연구에서는 영산강수계 풍영정천을 대상으로 영본B의 BOD와 T-P의 목표수질과 영산강홍수통제소에서 2008년부터 2012년까지 측정한 유량자료를 활용하여 목표 부하지속곡선을 작성하였으며, 2008~2012년 유량자료와 2011년부터 2012년까지 물환경정보시스템에서 제시하는 8일 간격 BOD와 T-P의 수질자료를 활용하여 실측 부하량을 산정하였다. 풍영정천의 LDC 분석결과 고유량 2회, 우기유량 17회, 중간유량 19회, 건기유량 16회, 저유량 0회 모니터링 되었다. BOD의 경우 총 7회 목표부하지속곡선을 초과하였지만, T-P의 경우 초과되는 부하량은 나타나지 않았다. 현재 자료로는 고유량과 저유량시 목표수질 초과 여부를 파악하기 어려운 것으로 나타났다. 이는 본 연구의 부하지속 곡선은 5개년 유량자료와 2개년 수질자료를 활용하였기 때문에, 보다 정확한 분석을 위해서는 장기간의 자료가 필요할 것으로 판단되며, 유역내 다양한 토지이용에 따른 오염원 기여도 분석을 위해 유역의 상류와 중간부에서 유량과 수질 자료 측정이 필요할 것으로 판단된다.

신, 구 원단위 적용을 통한 오염원 기여도 변화

최동호 ( Dongho Choi ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ),정재운 ( Jaewoon Jung ),유승환 ( Seunghwan Yoo ),김영석 ( Youngsuk Kim ),범진아 ( Jina Beom ),조소현 ( Sohyun Cho ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

환경부에서는 원단위(BOD, COD, SS, T-N, T-P)를 재정하여 유역의 오염원을 관리하고 있다. 하지만,한정된 토지 이용과 단기적인 모니터링으로 산정되었기 때문에 다양한 강우사상에 대한 유출특성을 반영하지 못하였다. 최근 국립환경과학원에서는 환경기초조사사업을 통해 장기적인 모니터링 자료를 활용하여 새로운 원단위를 산정하였다. 하지만 새로운 원단위 적용에 앞서 원단위 변화에 따른 발생하는 오염원의 변화에 대한 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 1995년 재정된 원단위(이하, 구 원단위)와 2014년 개정된 원단위(이하, 신 원단위)의 적용성을 통한 오염원의 기여도 변화를 분석하기 위해 영산강 수계 풍영정천 유역을 선정하였다. 풍영정천은 영산강수계 2급하천으로 유역면적은 68.93 ㎢, 유로장은 14 km 이며, 토지이용은 도시 25.7%, 논 24.5%, 밭 22.4%, 산림 15.9%, 초지 6.0%, 기타 5.6%로 구성된 복합유역이다. 구 원단위 적용으로 산정된 BOD, T-N, T-P 부하량은 84.5 kg/ha, 28.0 kg/ha, 2.8 kg/ha 였으며, 신 대분류 원단위를 이용하여 산정된 BOD, T-N, T-P의 오염부하량은 25.7 kg/ha, 16.7 kg/ha, 2.3 kg/ha 였다. 신 원단위 적용에 따른 오염부하량은 구 원단위 적용에 따른 오염부하량에 비해 BOD는 70%, T-N 40%, T-P 18% 낮게 산정되는 것으로 나타났다. BOD 부하량의 저감 요인은 다른 토지이용의 원단위 증가량보다 도시지역의 원단위 감소량이 컸으며 T-N 부하량은 도시지역, 논지역, 밭지역의 원단위가 감소하였기 때문으로 판단된다. T-P의 경우 큰 감소를 보이지 않았는데, 이는 도시와 논의 원단위는 감소하였지만, 밭 원단위의 증가함으로써 서로 상쇄 되었기 때문으로 판단된다. 신, 구 원단위 적용에 따른 토지이용별(도시, 논, 밭, 산림, 기타) 기여율을 분석한 결과 구 원단위 적용시 BOD 부하량은 도시지역에서 95%가 기여한 반면, 신 원단위 적용시 65%로 감소하였다. T-N의 경우 구 원단위 적용시 도시지역 46%, 논지역, 21%, 밭 27%가 기여한 반면 신 원단위 적용시 도시 57%, 논 16%, 밭 15%로 도시지역의 기여율이 증가하였으며, 논, 밭의 기여율은 감소하였다. T-P의 경우 구 원단위 적용시 도시지역 70%, 논지역 20%, 밭지역 7% 였지만, 신 원단위 적용시 도시지역 26%, 논지역 19%, 밭지역 52%로 도시지역의 기여율은 감소한 반면, 밭지역의 기여율은 증가한 것으로 나타났다. 따라서, 신 원단위 적용에 따른 유역의 오염원 관리시 수질항목별 토지이용현황을 고려하여 관리하는 것이 효율적으로 판단된다.

SWAT 모델 논유역 적용방안

최동호 ( Dongho Choi ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ),정재운 ( Jaewoon Jung ),이경숙 ( Kyungsook Lee ),최우정 ( Woojung Choi ),임상선 ( Sangsun Lim ),임병진 ( Byungjin Lim ),최강원 ( Gangwon Choi ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

SWAT 모형은 장기 수문순환 과정을 모의하여 토양, 토지, 농업관리 등 유역관리를 위한 의사결정 방향을 제시하고, 유역의 장기유출 및 수질 모의에 많이 이용되고 있어 우리나라에서 현재 시행중인 수질오염총량관리제의 기준유량 및 유역내 오염물질 거동 해석에 많은 활용이 예상된다. 논유역을 대상으로 SWAT 모형을 적용하기 위해서 전라남도 함평군 엄다면 화양리의 논 지구를 대상으로 2005년부터 2010년까지 영농 기간동안 집중 모니터링을 실시하였다. SWAT 모형을 구동하기 위해서 수치고도모형(DEM), 토지피복도, 토양도, 하천도를 구축하였다. 논 유역을 대상으로 SWAT 모형을 적용하기 위해서 이앙시기, 시비시기, 관개량 등을 조사하여 입력자료를 구축하였으며, 유출곡선지수, 유효토층, 토양침식 및 SS 모의발생을 위해 ULSE_K, 평균경사길이(SLSUBBSN), 평균경사(Slope), 경운인자 등을 조절하여 적용한 결과 2005~2010년까지 실측 유출량과 모의발생 유출량은 서로 유사하였다. 하지만 강우와 관개수에 토양이 포화되어 탈질로 대부분의 질소가 손실되며 지표수 유출손실은 작은 것으로 모의 발생되었다. 따라서 토층 깊이를 제한하여 관측치를 재현하였다. 따라서 대규모 논 유역에 SWAT모형을 적용하기 위해서는 토양 입력자료를 조정하여야 되는 것으로 나타났다.

논 유출수 COD, SS, T-N, T-P 확률분포

최동호 ( Dongho Choi ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ),정재운 ( Jaewoon Jung ),이경숙 ( Kyungsook Lee ),최우정 ( Woojung Choi ),임상선 ( Sangsun Lim ),임병진 ( Byungjin Lim ),최강원 ( Gangwon Choi ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

우리나라는 수질개선하기위해서 1차 오염총량관리기간동안 BOD를 관리대상 물질로 선정하여 시행되어 왔으며, 2차 오염관리대상물질로 T-P를 선정하여 관리하고 있다. 박재홍 등(2006)은 1차 오염총량관리 기간동안 모든 수계가 동일한 관리대상물질을 선정하고 적용하는 것에 있어 유역별 오염원 및 지리적 특성이 다르기 때문에 수질관리에 있어서 적절한 차별화된 대상물질의 선정도 고려되야 한다고 하였다. 따라서 하천 및 호소의 수질을 효율적으로 관리하기 위해서는 관리대상 수질항목의 분포형태 파악이 매우 중요하다. 자료의 분포형태는 확률지를 사용하는 방법과 적합도 검정을 하는 방법으로 파악할 수 있으며, 수질항목의 확률분포는 해석해 또는 수치해로 구성된 결정론적 모델과 연계하여 모의 결과의 불확실성 및 신뢰성 등 지표수 수질관리에 효율적으로 사용될 수 있다. 논 유출수의 COD, SS, T-N, T-P의 확률 분포 특성을 분석하기 위해 전라남도 함평군 엄다면 화양리 논 지구에서 2008년부터 2010년까지 영농 기간동안 집중 모니터링을 실시하였으며, 수질항목별 분포형태는 Kolmogorov-Smirnov(K-S) 적합도 검증방법을 사용하였다. COD와 SS는 Normal, Log-Normal, Gamma, Weibull 분포모형에서 적합성을 보였으며, T-N의 경우 Log-Normal, Gamma, Weibull 분포모형에서 적합도를 보였으며, T-P의 경우 Log-Normal 분포에서만 적합성이 있는 것으로 나타났다.

고추밭 토양 중 잔류농약 추정을 위한 GLEAMS 모형 적용

진소현 ( Sohyun Jin ),윤광식 ( Kwangsik Yoon ),최우정 ( Woojung Choi ),심재한 ( Jaehan Shim ),최우영 ( Wooyoung Choi ),임상선 ( Sangsun Lim ),김상돈 ( Sangdon Kim ),최동호 ( Dongho Choi ),박지연 ( Jiyeon Park ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

농촌에서 생산량 증가를 위한 농약의 시용량이 급증하면서 토양에 처리된 잔류농약이 강우나 토양유실 등을 통하여 수질이나 동·식물체로 이행되기 때문에 농경지 토양의 잔류농약평가는 중요하다 할 수 있다. 토양 중 잔류농약을 평가하는데 있어 GLEAMS와 같은 모형은 이미 세계적으로 많이 이용되고 있지만 국내의 적용 사례는 찾기 힘들다. 본 연구에서는 토양중 잔류농약을 추정하기 위해 고추밭에서 살포된 농약 성분을 분석하고 GLEAMS 모형을 이용하여 잔류농약을 산정하고 비교분석하여 각 농약에 적합한 매개변수를 산정하였다. 고추밭 토양의 잔류농약을 실측하기 위해서 전남대학교 실험온실에서 농약 시용량 관행구와 관행의 2배구로 나누어 3반복하여 실험하였으며, 농약은 Alachlor, Cypermethrin, Fenvalerate, Endosulfan 총 4종류를 살포하였다. GLEAMS 모형에 고추밭 실험조건을 적용하여 모의발생 한 뒤 실측값과 비교하여 KOC(유기탄소흡착계수)와 같은 매개변수를 보정하였다. 각 농약별 토양중 반감기는 endosulfan(50days) >fenvalerate(35days) > cypermethrin(30days) > alachlor(15days)의 순서였고, GLEAMS 모의 발생 결과도 비슷한 경향을 보였으며 시용량 관행구에 비해서 2배구에서 잔류농약이 많이 검출되었다. GLEAMS 모형에서도 cypermethrin을 제외하고 시용량 차이에 따른 잔류농약 효과를 잘 나타내었고 국내 토양중 잔류농약을 평가하는데 GLEAMS 모형의 적용이 큰 것으로 판단된다.