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감수부 특성을 고려한 기저유출 분리 및 오염부하량 산정 프로그램 개발
정연지 ( Yeonji Jeong ),정예찬 ( Yechan Jeong ),박상준 ( Sangjoon Bak ),이서로 ( Seoro Lee ),이관재 ( Gwanjae Lee ),임경재 ( Kyoungjae Lim ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
기후변화로 홍수 및 가뭄의 빈도가 증가하고 있으며 이에 의해 하천유량 감소 등 수자원 부족 현상이 지속되고 있다. 하천유량은 기저유출과 직접유출로 구성되며 갈수기의 유량 대부분은 기저유출로 이루어지고 있다. 게다가 하천의 T-N, T-P 농도는 기저유출량에 영향을 많이 받아 하천유량에서 기저유출량과 기저유출 오염부하량을 정확하게 선정하고 그 변동성을 해석하는 것은 유역관리에 있어 반드시 필요하다. 국내에서 개발된 WHAT-Pollutant Load Estimation (WAPLE) 모델은 강우시 오염부하량 산정에 탁월한 Numeric Integration (NI) 방법을 활용하여 직접/기저오염부하량 산정이 가능하다. 최근에는 다양한 버전 (WAPLE1, WAPLE2, and WAPLE3) 이 개발되어 국내·외 많은 연구에서 활용되고 있다. 이 중 WAPLE3에서는 BFlow를 사용해 기저유출을 분리하며 이때 감수부에 영향을 주는 Filter parameter 값을 단일값으로 적용하기 때문에 갈수기 및 홍수기를 포함한 다양한 수문 사상의 특성이 반영된 오염부하량을 산정하는데 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 한계점을 극복하기 위해서 WAPLE4를 개발하였다. WAPLE4에서는 Load Duration Curve (LDC) 유황구간에 따른 Filter parameter를 사용자가 직접 조정할 수 있도록 하여 보다 정확하게 직접/기저유출에 대한 오염부하 산정이 가능하도록 하였다. 또한, NI방법을 이용해 수질 값에 따라 기저오염부하량, 직접오염부하량을 각각 산정하였다. 향후 본 연구에서 개발된 WAPLE4는 강우에 의한 유량 변동 특성을 반영한 직접/기저 오염부하 산정 결과에 대한 불확실성을 감소시킬 수 있을 것이다. 또한 WAPLE4를 이용한 오염부하 산정 결과는 수질오염총량제 및 하천 및 유역환경 관련 정책 수립 시 필요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
SWAT 모델과 디지털 트윈을 활용한 물관리 의사 결정 지원 시스템 개발
정예찬 ( Yechan Jeong ),이관재 ( Gwanjae Lee ),이서로 ( Seoro Lee ),최용훈 ( Yonghun Choi ),박상준 ( Sangjoon Bak ),정연지 ( Yeonji Jeong ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모델은 국내·외로 유역 단위에서 유출 및 수질을 예측하는데 활용되고 있다. 하지만 SWAT 모델의 결과물은 데이터 테이블 형식으로 제공된다. 따라서 유역 내 하천별 수문 모의 결과를 직관적으로 확인하기 어렵다는 단점이 있다. 최근 다양한 분야에서 디지털 트윈 기술을 활용한 3D 가상환경 구축 사례가 증가하고 있다. 디지털 트윈 기술은 현실의 공간을 가상환경으로 구축해 실시간 현실의 상황을 파악하여, 의사 결정 지원을 제공한다는 장점이 있다. 본 연구에서는 SWAT 모델의 결과값을 시각화하기 위해 가상환경 3D 지도인 CESIUM을 사용한 디지털 트윈 기반의 물관리 의사결정 지원을 위한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 3D 지형에 SWAT 모델을 통해 모의 된 하천의 유량 및 수질에 대한 표출이 가능할 뿐만 아니라 기후나 유역환경에 따른 유역내 수문 변화를 시·공간적으로 파악할 수 있는 장점이 있다. 향후 본 연구에서 개발된 디지털 트윈 기반 물관리 의사 결정 지원 시스템은 오염지역 선정뿐만 아니라 유량 확보 및 수질 개선 시나리오 결과를 시각화하여 유역 관리 방안을 효율적으로 수립하는데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
최용훈 ( Yonghun Choi ),박상준 ( Sangjoon Bak ),정연지 ( Yeonji Jeong ),이관재 ( Gwanjae Lee ),남내현 ( Naehyeon Nam ),임경재 ( Kyeongjae Lim ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
유역모형은 점오염원과 비점오염원을 예측하고, 합리적인 대책 수립 등에 활용하기 위해 사용된다. 모델의 주요 점오염원 입력자료는 하수처리장과 같은 수질오염물질 배출시설의 방류수 자료가 활용된다. 그러나 방류량 및 수질 자료가 없거나, 자료가 불충분한 경우에는 유역의 점오염원을 평가는 한계가 있다. 본 연구에서는 하수도 보급이 낮은 농촌지역에서 점오염원을 평가하는 방안으로 국가 배출부하량 자료를 활용하였고, 적용 전과 후의 오염부하를 비교하여 하수도 보급이 낮은 유역의 점오염 기여도를 SWAT 모형을 통해 평가하였다. 연구지역은 하수도 보급률이 29.4%로 낮은 횡성댐 유역으로 선정하였고, 평가항목은 수질오염총량제에서 사용하고 있는 BOD와 TP로 결정하였다. SWAT 모형의 입력자료 구축을 통해 점오염원을 입력하지 않은 시나리오 (S0)와 소규모 하수처리시설의 방류량과 수질을 적용한 시나리오 (S1), 그리고 국가 점오염원 배출부하량 자료를 활용한 시나리오 (S2)로 구분하였다. 2012년부터 2021년까지 평균 부하량은 BOD 항목에서 S0 287.6 ton/year, S1 287.9 ton/year, S3 299.3 ton/year, TP 항목에서 S0 10.8 ton/year, S1 10.9 ton/year, S3 11.4 ton/year으로 평가되었다. S0에 비해 S1에서는 BOD +0.3 ton/year, TP +0.1 ton/year, S2에서는 BOD +11.6 ton/year, TP +0.6 ton/year, S1에 비해 S2에서는 BOD + 11.3 ton/year, TP +0.5 ton/year의 차이가 발생하였다. S1의 점오염원 기여도는 BOD 0.1%, TP 1.2%로 매우 낮게 나타났으나, S2에서는 3.9%, 5.3%로 상승하였다. 유역의 주요 오염원이 비점오염으로 점오염원이 차지하는 비중은 크지 않았으나, 시나리오에 따라 점오염원의 편차가 상대적으로 크게 나타났다. 2021년 기준 국가 배출부하량 자료에서 횡성댐 유역의 BOD와 TP 점 배출부하는 전체 배출부하의 6.4%와 2.7%를 차지하는 것으로 조사되었다. 모형의 보정 수준 및 하천 유달율 등 다양한 원인으로 2021년 기준 국가 배출부하량 자료의 점오염원 기여율과 S2로 모의된 기여율 사이에서 차이가 나타났으나, 농촌지역의 점오염원 평가에 국가 배출부하량 자료가 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 다만 국가 점오염원 배출부하량은 모든 일자에 동일한 값으로 입력되므로, 향후 국가 점오염원 배출부하량을 월별 또는 일별로 구성할 수 있는 통계적인 접근 방안이 필요하다.