미래 기후변화에 따른 우리나라 산림식생의 분포 변화 연구

신형진 ( Hyungjin Shin ),박민지 ( Minji Park ),박근애 ( Geunae Park ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

본 연구에서는 RCM (Regional Climate Model)을 이용하여 우리나라의 미래 산림식생 분포변화를 예측하고자 하였다. 현 기상관측자료(1971~2000)를 이용하여 현재의 기후를 판정하고, 기상청에서 제공한 GCM(MIROC3.2, ECHAM5, HadCM3)들의 통계학적 다운스케일링으로 구성된 RCM 자료를 이용하여 Holdridge 모형기반의 미래 기후대를 예측하였다. 산림식생의 분포는 임상도에 의한 현존 식생군락과 환경인자(강수량, 기온, 지형인자, 토양유기물 함량 등)간의 상관분석을 실시하여 상관관계가 높은 주요 환경변수들을 결정하고, 이들을 종속변수로 하는 다항로짓모형을 구성하여 추정하였다. 이 모형을 이용하여 미래의 주요 환경변수들을 입력하므로서 우리나라 산림식생 분포를 예측하였다. This study is to predict the future distribution of forest vegetation using RCM (Regional Climate Model). For the future evaluation, the meteorological observation data (1971~2000) by KMA (Korea Meteorological Administration) was adopted to set the baseline climate information, and the future climate data of RCM were adjusted and used for future climate classification based on Holdridge model. In order to predict the future community-level distribution of forest vegetations, the environmental variables (precipitation, temperature, topological factors, and soil organic matter etc.) of each forest vegetation community were first determined by performing correlation coefficient analysis based on the present distribution of vegetation communities and various climatological factors, and the future distribution of forest vegetation were predicted by utilizing the multinomial logit model.

농업용수의 기후변화 영향평가 지표 개발

신형진 ( Hyungjin Shin ),김해도 ( Haedo Kim ),이재남 ( Jaenam Lee ),강석만 ( Seokman Kang ),장규상 ( Kyusang Jang ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

IPCC에 따르면 현 추세로 온실가스 배출시 우리나라는 2050년에 기온 3.4℃ 상승하고 강수량은 15.5% 증가하여 내륙을 제외한 대부분의 지역이 아열대화되고 폭염 및 집중호우 등도 더욱 증가할 것으로 전망하였다. 대규모 홍수 및 게릴라성 집중호우 등으로 홍수발생 위험이 증가하고, 가뭄도 2~3년 주기로 빈발하여 물 부족 가능성이 계속 증가할 것으로 예상된다. 국가 수자원 총 이용량의 48%가 농업용수로 이용되고 있으나, 가뭄 대응에는 아직까지 미약한 수준이다. 논 면적(964천ha) 수리안전답은 575천ha에 불과하고, 19.4%(187천ha)는 별도 용수공급시설이 없어 자연강우에 의존하고 있으며, 용수공급시설을 갖춘 관개전은 140천ha로 전국 밭면적의 18.5% 수준('15.7월 행정조사)에 그쳐 논에 비해 열악한 수준이다. 기후변화에 대응하여 농업용수의 안정적 공급을 위해 기후변화에 따른 농업용수의 영향분석 및 취약성 평가를 위한 지표 개발이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 농업용수의 취약성을 평가하기 위한 평가지표를 개발하고자 한다. 평가지표는 이수 및 치수측면에서 영향평가 지표를 개발하고자 한다. 이수 측면에서 기후변화에 따른 농업용수의 수요량 및 공급량 변화를 중점으로 연구하였다. 수요량에 미치는 주요 영향 요인은 기온 상승 및 풍속에 따른 증발산량 증가와 기후변화에 따른 벼 재배면적의 증감에 따른 수요량 증감을 고려하였다. 아울러, 시설재배면적이 증가할 경우 4계절용수 수요, 기후변화로 이앙시기가 당겨지는 영향, 이모작 여부, 직파재배의 증가에 따른 수요량 증가 및 기후변화에 따른 건답화 등 토양특성의 변화에 따른 수요량 증감의 측면에서 평가지표를 개발하고자 한다. 공급량에 미치는 주요 영향 요인은 전체적인 강우량의 증가에 따라 공급량이 감소할 수 있으나 재배기간 중 강우일수가 감소할 경우 공급량은 상대적으로 증가하는 강우량의 변동성을 고려하였다. 또한 간단관개 및 절수관개에 따른 공급량이 감소하는 영농 및 물관리방식과 양수장의 경우 가뭄의 빈발로 하천 수위가 낮아질 경우 공급 가능량이 감소하는 하천수위 측면에서 평가지표를 개발하고자 한다. 치수측면은 기후변화에 따른 홍수량 및 홍수배제능력 변화를 중점으로 설계 홍수량에 미치는 주요 영향 요인 및 홍수배제능력에 미치는 저수용량, 해수면 및 하천수위 등에 대한 측면에서 평가지표를 개발하고자 한다.

농업용 저수지 둑 높이기 사업 전후 수문 분석

신형진(Hyungjin Shin),이재남(Jaenam Lee),임희성(Heesung Lim),김세훈(Sehoon Kim),한종수(Jongsoo Han),주진걸(Jingul Joo) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.6

본 연구에서는 농업용 저수지의 둑높임 사업 전후를 고려한 수문 분석을 위해 수문모형(SWAT)을 선정하였다. 수양저수지를 포함하는 유역 출구인 송산 수위관측소의 유출량 자료가 있는 2015~2016년의 모형 검⋅보정을 실시하였다. 수양저수지는 댐 높이 13.5 m에서 15.1 m로 증고되었으며 총저수량은 7,472천 m3에서 11,926천 m3로 증가하였다. 모형 검증 결과 모형효율이 0.9로 나타났으며, 둑 높이기 사업 전(2001-2012)과 후(2014-2016)을 모의하여 사업 전⋅후의 수문요소(강우, 유출, 침투, 증발산, 침루, 토양수분, 지하수 증발, 지하수함양)별 결과를 정리하였다. 모델링 결과 사업 전(2001-2012) 평균 강수량 1,479.3 mm, 유출량 864.1 mm, 침투량 550.8 mm, 증발산량 584.2 mm, 지하수 함양량 165.0 mm, 사업 후(2014-2016) 평균 강수량 1290.4 mm, 유출량 678.0 mm, 침투량 494.0 mm, 증발산량 587.9 mm, 지하수 함양량 145.9 mm로 모의되었다. 사업 후 평년 이하의 강수량에도 농업용 저수지 운영에는 큰 영향을 미치지 않았던 것으로 나타났다. 둑 높이기 사업을 통한 저수량의 증가로 장래 물 부족과 이상가뭄 등에 대한 추가 용수 확보 가능성이 있는 것으로 분석되었다. 향후 기후변화 시나리오 적용 등 장기적인 조사와 분석을 통해 적정 저수율 제시 등 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다. We selected the SWAT hydrological model to analyze the hydrological changes before and after an embankment-raising project in agricultural reservoirs. The model was calibrated and validated from 2015 to 2016 using discharge data from the Songsan gauge station, which serves as a watershed outlet that includes the Suyang Reservoir. The dam height of Suyang Reservoir was raised from 13.5 m to 15.1 m, which resulted in a total storage capacity increase from 7.472 million cubic meters to 11.926 million cubic meters. The calibrated model demonstrates an efficiency of 0.9. Scenarios for pre- (2001-2012) and post-embankment raising (2014-2016) were simulated, and the results for various hydrological components (precipitation, runoff, infiltration, evapotranspiration, percolation, soil moisture, groundwater evaporation, and groundwater recharge) were summarized. The model results revealed average precipitation, runoff, infiltration, evapotranspiration, and groundwater recharge for the pre-embankment raising period (2001-2012) as 1,479.3 mm, 864.1 mm, 550.8 mm, 584.2 mm, and 165.0 mm, respectively. For the post-embankment raising period (2014-2016), the simulated values were 1,290.4 mm, 678.0 mm, 494.0 mm, 587.9 mm, and 145.9 mm, respectively. Below-average precipitation during the post-embankment raising period did not have a significant impact on the operation of the agricultural reservoir. The increased reservoir capacity through the embankment-raising project suggests the potential for additional water supply in the face of future water shortages and abnormal drought conditions. Additional research, including the determination of an appropriate water storage rate, will be necessary through long-term investigations and analyses, and climate change scenarios should be incorporated.

지표수를 이용한 밭기반 농업용수 집단화 방안 연구

신형진 ( Hyungjin Shin ),임경재 ( Kyoungjae Lim ),박찬기 ( Changi Park ),장용선 ( Yongseon Jang ),강석만 ( Seokman Kang ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

국가 수자원 총 이용량의 48%가 농업용수로 이용되고 있으나, 가뭄 대응에는 아직까지 미약한 수준이다. 논 면적(964천ha) 수리안전답은 575천ha에 불과하고, 19.4%(187천ha)는 별도 용수공급시설이 없어 자연강우에 의존하고 있으며, 용수공급시설을 갖춘 관개전은 140천ha로 전국 밭면적의 18.5% 수준(’15.7월 행정조사)에 그쳐 논에 비해 열악한 수준이다. 밭작물은 작물의 생육시기와 기수, 농업환경에 민감하고 토양수분 부족 및 가뭄에 직접적인 영향을 받는다. 가뭄이 지속되면 토양수분 결핍이 발생하고 식생 수분 스트레스가 증가하여 밭작물의 생산성에 많은 영향을 미치고 있다. 가뭄시 밭작물의 생산성 저하, 농작물 수급 불안 등 직접적 영향 및 손실을 줄일 수 있는 방안 대책이 시급하다. 따라서 가뭄에 대응하기 위한 농업용수의 관리는 논농업 위주로 진행되어 밭농업에 대한 가뭄대응기술 연구는 미흡한 실정이다. 밭관개 용수 지역은 대부분 지하수를 개발 이용하고 있는 실정이고, 논에서의 이모작 지역은 부분적으로 지하수를 이용하고 있으나 대부분 강우에 의존하고 있는 상태이다. 시설하우스 지역도 대부분 지하수를 이용하고 있으며 부분적으로 용수로에서 취수하여 사용하고 있다. 가뭄 상습 밭 지역의 안정적 밭용수 공급을 위해 기존 논농업 위주의 수리시설물을 활용하여 농업용수를 절약할 수 있는 방안을 연구하고자 대상작물로는 노지 밭작물인 고추, 배추, 콩, 사과를 선택하였으며 대상지역은 대표 주산지인 청양, 당진, 괴산, 예산을 선정하였다. APEX 모형을 이용하여 관개량을 산정하여 기존의 개별 용수공급 방식 대비 집단화된 관개방법을 통한 농업용수 절약 방안을 연구하고자 한다.

미래 기후 및 산림식생 변화에 따른 유역 생태수문 영향 평가

신형진 ( Hyungjin Shin ),박민지 ( Minji Park ),박근애 ( Geunae Park ),박종윤 ( Jongyoon Park ),조형경 ( Hyungkyung Joh ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

본 연구에서는 RHESSys (Regional Hydro-Ecologic Simulation System) 모형을 이용하여 산림 유역의 생태수문학적 거동을 평가하고자 한다. 설마천 유역(8.48 ㎢)을 대상으로 2007~2009년의 관측 일유출량을 이용하여 유출량을 검ㆍ보정하였고, 증발산량 및 토양수분은 신뢰할 만한 실측자료를 바탕으로 모형의 보정(2007-2008)및 검증(2009)을 실시하였다. 또한 지구의 탄소순환을 규명할 수 있는 식생의 순광합성량과 총일차생산량에 대한 모형의 검ㆍ보정은 Terra 위성의 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서를 이용한 산출물인 순광합성량과 총일차생산량 자료를 바탕으로 모형의 보정(2007)및 검증(2008)을 실시하였다. 모형의 최적의 수문, 생리생태학, 토양의 매개변수를 선정하여 검증한 결과, 유출량에 대한 Nash-Sutcliffe 모형효율은 0.84, 증발산, 토양수분, 총일차생산량, 순광합성량의 결정계수는 0.49, 0.18, 0.38, 0.93으로 모의치가 실측치의 경향을 잘 표현하는 것으로 나타났다. 미래 기후자료는 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 제공하는 SRES (Special Report on Emission Scenarios) A1B와 B1기후변화시나리오의 MIROC3.2 hires 모델의 결과 값을 이용하였다. 먼저 과거 30년 기후자료(1977-2006, baseline)를 바탕으로 모델별 20C3M (20th Century Climate Coupled Model)의 모의 결과 값을 이용하여 강수와 온도를 보정한 뒤 LARS-WG 방법으로 Downscaling 하였으며, 미래 기후변화 시나리오는 2020s(2010-2039), 2050s(2040-2069), 2080s(2070-2099)의 세 기간으로 나누어 각각 분석하였다. 미래식생분포 변화 전망을 위해 다항로짓 회귀분석을 이용하여 미래 2020s, 2050s, 2080s의 식생분포도를 예측하였다. 현재를 기준으로 2080s에 활엽수와 혼효림은 각각 15.4%, 26.7% 증가하고 침엽수는 62.5% 감소하는 것으로 분석되었다. 유출량분석 결과 MIROC3.2는 전체적으로 -33.9%에서 6.0%의 연별 변화율을 보였다. 본 연구결과를 통해 미래 온도와 강수의 변화, 그에 따른 수문요소 및 생태 변화를 파악 함으로서 미래 수자원의 변동성을 전망해 볼 수 있을 것으로 판단된다.

밭기반 농업용수 절약 모델 개발 방안 연구

신형진 ( Hyungjin Shin ),김해도 ( Haedo Kim ),이재남 ( Jaenam Lee ),신안국 ( Ankook Shin ),강석만 ( Seokman Kang ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

IPCC에 따르면 현 추세로 온실가스 배출시 대규모 홍수 및 게릴라성 집중호우 등으로 홍수발생 위험이 증가하고, 가뭄도 2~3년 주기로 빈발하여 물 부족 가능성이 계속 증가할 것으로 예상된다. 국가 수자원 총 이용량의 48%가 농업용수로 이용되고 있으나, 가뭄 대응에는 아직까지 미약한 수준이다. 논 면적(964천ha) 수리안전답은 575천ha에 불과하고, 19.4%(187천ha)는 별도 용수공급시설이 없어 자연강우에 의존하고 있으며, 용수공급시설을 갖춘 관개전은 140천ha로 전국 밭면적의 18.5% 수준('15.7월 행정조사)에 그쳐 논에 비해 열악한 수준이다. 최근 농지이용구조가 변화되면서 밭작물의 지위가 높아지고 있으며 1990년과 2014년을 비교하면 논과 밭의 비중은 6.4 대 3.6 에서 5.5 대 4.5 수준으로 변화하였다. 2013년 재배업 생산액 통계에 따르면 밭작물은 19조 8,000억원, 미곡은 8조 5,000억원으로 이는 밭 농업의 수익성이 쌀보다 2 배 이상으로 월등히 높아 밭작물 생산성 증대로 농가의 수익성을 높일 수 있다. 밭작물은 작물의 생육시기와 기수, 농업환경에 민감하고 토양수분 부족 및 가뭄에 직접적인 영향을 받는다. 가뭄이 지속되면 토양수분 결핍이 발생하고 식생 수분 스트레스가 증가하여 밭작물의 생산성에 많은 영향을 미치고 있다. 따라서 가뭄시 밭작물의 생산성 저하, 농작물 수급 불안 등 직접적 영향 및 손실을 줄일 수 있는 방안 대책이 시급하다. 따라서 가뭄에 대응하기 위한 농업용수의 관리는 논농업 위주로 진행되어 밭농업에 대한 가뭄대응기술 연구는 미흡한 실정이다. 가뭄시 밭농업의 용수공급을 기존의 개별 용수공급 방식 대비 집단화 관개방법을 통한 농업용수 절약 모델을 개발하고자 한다.

논의 타작물 재배시 용수확보 방안 연구

신형진 ( Hyungjin Shin ),박찬기 ( Changi Park ),이재남 ( Jaenam Lee ),김해도 ( Haedo Kim ),강석만 ( Seokman Kang ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

농업용수 개발에 의한 관개개선 사업은 농업생산 증대 효과가 큰 핵심적인 농업생산기반정비사업으로 관개개선사업은 그 동안 쌀 자급 기반 확충 차원에서 주로 논 위주로 추진되어 왔으나 경제성장과 소득증대에 따른 농산물 소비 구조의 변화로 쌀 이외의 작물 재배 면적이 늘어나고 있다. 최근 한·중 FTA 추진과정에서 밭 농업의 중요성이 부각되고 밭관개 개선을 포함하는 밭기반정비 확대 추진이 강조되고 있다. 최근 고품질 농산물의 수요가 증가함에 농업인의 물관리에 대한 관심 또한 높아져 밭 관개용수에 대한 관심이 증가하고 있는 실정이다. 가뭄 시 밭작물의 생산성 저하, 농작물 수급 불안 등 직접적 영향 및 손실을 줄일 수 있는 방안 대책이 시급하여 적정용수 확보 및 관개시스템의 개발이 필요하다. 국내 밭관개용수 공급 수원은 지하수 및 지표수를 사용하고 있으며, 대부분 관정을 이용하여 지하수를 사용하고 있다. 지표수는 저수지, 양수장, 취입보를 활용하여 공급하고 있으며, 송수시설은 관수로 및 용수간선을 활용하여 저류시설로 공급되고 있다. 따라서, 지표수를 밭작물에 관개용수로 공급하기 위해서는 수질과 수온을 고려하여야 하며 이에 따른 설계, 시공 및 운영 매뉴얼 개발이 필요하다. 본 연구에서는 논의 타작물 재배시 기존 용수 시설을 이용하여 수질 및 수온을 고려한 저류조를 개발하고 이를 활용한 용수확보 방안을 연구하고자 한다.

저류조를 이용한 논의 타작물 관개용수 확보 방안 연구

신형진 ( Hyungjin Shin ),박찬기 ( Changi Park ),이재남 ( Jaenam Lee ),송인홍 ( Inhong Song ),강문성 ( Munsung Kang ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

밭작물은 작물의 생육시기와 농업환경에 민감하고 토양수분 부족 및 가뭄에 직접적인 영향을 받는다. 가뭄이 지속되면 토양수분 결핍이 발생하고 식생 수분 스트레스가 증가하여 밭작물의 생산성에 많은 영향을 미치고 있다. 가뭄 상습밭 지역의 안정적 밭 관개용수 공급을 위해 논농업 위주의 수리시설물을 활용하여 농업용수를 절약할 수 있는 방안의 연구가 필요하다. 농업생산기반시설을 이용한 밭 관개용수 확보를 위해 수원공을 살펴보면 기존 수원공은 논농업 관개용수 확보를 위해 설치되었으며 확보된 용수는 논농업 관개용수이다. 기설 용수로의 과반수 이상의 토공수로 및 관련 구조물의 노후화로 유량 및 유속 등 용수시설의 기능 저하로 밭 관개용수를 양수 할 경우 양수기 흡입장치가 물에 잠기지 않아 수로의 물 흐름을 방해한다. 거의 대부분 밭 관개용수는 개별적으로 지하수를 개발하여 양수하고 있으며 개별적으로 이용하는 방식은 공사구역으로 살펴보면 용수이용 효율이 낮고 지하수 관정공사 등 농가에서 추가 비용이 발생한다. 지표수를 이용하는 경우는 밭기반정비사업, 맑은물공급사업 및 지하수에 염분이 많은 지역의 지표수 이용 등 집단화된 밭 관개용수 공급 사례 등이 있다. 지표수를 밭 관개용수로 이용하기 위해서는 관개를 위한 수질 및 수온 처리가 필요하다. 밭 용수만을 위한 시설을 추가 확보하기 위해 수질 및 수온을 처리 기능이 있는 다기능 저류조를 개발하면 각 농가가 영농시기 및 관개방법이 다른 다양한 밭작물 재배에 필요한 용수공급을 할 수 있다. 다기능 저류조 시스템은 저류조 상부에 금속소결망 여과장치를 장착하고, 수온유지를 위해 열선처리를 적용한 수처리 및 수온유지 일체형 다기능 저류조를 개발하고 이를 활용한 용수확보 방안을 연구하고자 한다.

지하수자원 확보시설 모니터링 시스템 구축 방안

신형진(Shin, Hyungjin),이재남(Lee, Jaenam),하창용(Ha, Changyoung),명우호(Myoung, Wooho),정찬덕(Jeong, Chanduck),이규상(Lee, Gyusang) 대한토목학회 2022 대한토목학회 학술대회 Vol.2022 No.10

가뭄 대응을 위한 안정적 물공급 인프라 모니터링 시스템 구축 방안

신형진(Shin, Hyungjin),이재남(Lee, Jaenam),서상진(Seo Sangjin),명우호(Myoung, Wooho),진영규(Jin, Youngkyu),이봉국(Lee, BongGuk) 대한토목학회 2023 대한토목학회 학술대회 Vol.2023 No.10