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        • 저수구역 내 경작지의 영양염류 및 유기물 용출 특성 분석

          임정하 ( Jungha Lim ),유나영 ( Nayeong Yu ),우수민 ( Sumin Woo ),강태성 ( Taeseong Kang ),임경재 ( Kyoungjae Lim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

          저수구역 내 경작지의 영농활동과 초지 등의 토양에 포함된 영양염류는 용출되어 호내로 유입되어 내부부하를 가중시킬 수 있다. 따라서, 경작지에서 용출될 수 있는 영양염류의 양과 용출조건을 파악하는 것은 호소의 수질관리 측면에서 중요하다. 본 연구에서는 대청호 유역 홍수조절지 내 경작지의 토양으로부터 발생하는 오염가능성을 예측하기 위하여 대청호 상류에서 영농활동이 이루어지는 지점을 대상으로 영양염류 및 유기물의 용출속도를 분석하고자 하였다. 논, 밭, 초지에서 각각 채취한 토양시료를 이용하여 2번의 용출 실험을 실시하였으며, 1차 실험에는 현장용수를 이용하여 호기조건과 혐기조건을 유지하였으며, 2차 실험에서는 증류수를 이용하여 호기조건을 유지하여, 현장용수와 증류수에 따른 용출반응 속도를 분석하였다. 1∼2차 실험결과 COD 용출속도는 현장시료(호기성)의 경우 45.91 ㎎/㎡/day (밭), (-)19.92 ㎎/㎡/day (논), (-)25.12 ㎎/㎡/day (초지), 현장시료(혐기성)의 경우 19.06 ㎎/㎡/day (밭), (-)20.79 ㎎/㎡/day (논), (-)19.92 ㎎/㎡/day(초지), 증류수(호기성)은 65.48 ㎎/㎡/day (밭), 41.58 ㎎/㎡/day (논), 37.42 ㎎/㎡/day (초지)로 나타났다. T-N 용출속도는 현장시료(호기성)의 경우 28.70 ㎎/㎡/day (밭), (-)8.37 ㎎/㎡/day (논), 22.35 ㎎/㎡/day (초지), 현장시료(혐기성)의 경우 7.71 ㎎/㎡/day (밭), (-)15.27 ㎎/㎡/day (논),(-)15.01 ㎎/㎡/day (초지), 증류수(호기성)의 경우 81.57 ㎎/㎡/day (밭), 4.05 ㎎/㎡/day (논), 5.18 ㎎/㎡/day (초지)로 나타났다. T-P 용출속도는 현장시료(호기성)의 경우 4.60 ㎎/㎡/day (밭), 0.52 ㎎/㎡/day (논), 0.15 ㎎/㎡/day (초지), 현장시료(혐기성)의 경우 5.18 ㎎/㎡/day (밭), 0.07 ㎎/㎡/day (논), 0.48 ㎎/㎡/day (초지), 증류수(호기성)의 경우 1.30 ㎎/㎡/day (밭), 0.25 ㎎/㎡/day (논), 0.35 ㎎/㎡/day (초지)로 나타났다. 밭의 경우 유기물과 영얌염류가 호기 또는 혐기 조건 상관없이 용출이 발생한 것으로 나타났으며, 인의 경우 산화-환원 전위의 변화영향을 많이 받아 혐기조건에서 인의 용출이 급격히 증가하는 것으로 분석되었다. 밭은 유기물과 영얌염류의 용출이 모두 발생하였으나, 논의 경우 용출이 발생하지 않은 경우도 나타났다. 실험결과를 통해 얻은 용출특성은 침수된 경작지가 저수구역 내 수질에 미치는 영향을 파악하여 효율적 농업비점오염 관리정책의 기초자료로 활용 가능하며, 농경지 외에 논과 초지를 대상으로 한 추가적인 용출실험이 필요할 것으로 판단된다.

        • 국내 하천 형상을 반영한 SWAT 모형 내 하천폭 및 홍수터폭 산정 회귀식 도출

          이현구 ( Hyeongu Lee ),임경재 ( Kyoungjae Lim ),한정호 ( Jeongho Han ),이동준 ( Dongjun Lee ),김종건 ( Jonggun Kim ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

          최근 가속화 되고 있는 기후변화로 인해 연 강수량이 증가함에도 강수일수가 감소하여 집중호우, 국지성 폭우, 돌발 홍수 및 대형홍수 등 자연재해의 발생 빈도 및 강도가 증가하고 있다. 이로 인해 인명피해나 재산피해 등이 발생하며 하천의 수량, 수질, 그리고 수생태에 큰 영향을 미친다. 따라서 자연재해를 예방하기 위해 다양한 대책마련이 필요하며, 이를 위해서는 하천의 정확한 수량 및 수질의 예측이 중요하다. 이에 대한 많은 연구가 진행되어 왔으며 다양한 유역 특성을 고려하여 수문·수질을 예측하기 위해 SWAT(Soil and Water Assessment Tool), HSPF(Hydrological Simulation Program-FORTRAN), PRMS(Precipitation Runoff Modeling System)등 여러 수문 모형이 개발되었다. 이러한 수문 모형은 기상 및 지형자료 등 다양한 사용자 입력자료 등을 필요로 하고, 이를 바탕으로 모형 구동을 위한 변수들을 산정한다. 정확한 수문 및 수질 모의를 하기 위해서는 신뢰도 높은 입력자료 및 변수들을 필요로 하며 하천단면 입력자료 중에서 하천 유속과 수심은 수문·수질 모의에서 큰 비중을 차지한다. 미계측 유역에 대한 하천단면 실측자료를 구축하는 것은 많은 인력, 시간, 장비 등이 필요하기 때문에 수문·수질 모의를 위해 유역 및 하천 특성자료들을 이용하여 하천단면 입력자료를 산정하기 위한 연구가 필요하다. 수문 모형 중 우리나라에서 가장 많이 사용되고 있는 모형인 SWAT은 유역면적을 독립인자로 갖는 하천폭 산정 회귀식을 사용한다. 그러나 이 회귀식은 미국 지형을 기준으로 도출된 식이므로 국내의 실정을 반영하지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 항공사진과 위성사진을 이용하여 국내 지형에 적합한 하천폭과 홍수터폭 산정 회귀식을 도출하였으며, 개선된 회귀식이 하천단면 입력자료 및 부유물질 발생량에 미치는 영향을 분석하였다.

        • 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.

        • KCI우수등재

          MODIS 이미지를 이용한 지표특성에 따른 토양수분의 시·공간적 분포 특성

          김상우,신용철,이태화,이상호,최경숙,박윤식,임경재,김종건,Kim, Sangwoo,Shin, Yongchul,Lee, Taehwa,Lee, Sang-Ho,Choi, Kyung-Sook,Park, Younshik,Lim, Kyoungjae,Kim, Jonggun 한국농공학회 2017 한국농공학회논문집 Vol.59 No.6

          In this study, we analyzed the impacts of land surface characteristics on spatially and temporally distributed soil moisture values at the Yongdam and Soyang-river dam watersheds in 2014 and 2015. The soil moisture, NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) and temperature values at the spatio-temporal scales were estimated using satellite-based MODIS (MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer) products. Then the Pearson correlations between soil moisture and land surface characteristics (NDVI, temperature and DEM-digital elevation model) were estimated and analyzed, respectively. Overall, the monthly soil moisture values at the time step were highly influenced by the precipitation amounts. Also, the results showed that the soil moisture has the strong correlation with DEM while the temperature was inversely correlated with the soil moisture. However the monthly correlations between NDVI and soil moisture were highly varied along the time step. These findings indicated that water loss near the land surface are highly occurred by soil and plant activities as evapotranspiration and infiltration during the no/less precipitation period. But the high precipitation amounts reduce the impacts of land surface characteristics because of saturated condition of land surface. Thus these results demonstrated that soil moisture values are highly correlated with land surface characteristics. Our findings can be useful for water resources/environmental management, agricultural drought, etc.

        • KCI우수등재

          저수구역 경작지 토양의 유기물 및 영양염류 용출특성 분석

          유나영 ( Yu Nayeong ),신민환 ( Shin Minhwan ),임정하 ( Lim Jungha ),금동혁 ( Kum Donghyuk ),남창동 ( Nam Changdong ),임경재 ( Lim Kyoungjae ),김종건 ( Kim Jonggun ) 한국농공학회 2021 한국농공학회논문집 Vol.63 No.1

          Soils in agricultural lands contain large amount of organic matter and nutrients due to the injected fertilizers and manure. During heavy rain, surface water and base runoff pollutants flows into a nearby stream or lake with eroded soil from agricultural lands. On the other hands, agricultural lands near the lake are inundated due to the increase of the water level in the lake, leading to organic matter and nutrient release from the inundated soil. In this study, releasing rates of nutrient salts and organic substances were analyzed for the soil in the agricultural land, where cultivation activities has been carried out and periodically flooded, to account for the possibility of contamination from the inundated agricultural land in reservoir areas The experiment results have shown that COD was released from the soil in anaerobic conditions, and T-P was released in both anaerobic and aerobic conditions. However, in the case of T-N, it was found that the runoff by soil was not made before the rainfall occurred, and when the soil was impound due to rainfall, the elution occurred under the aerobic conditions. Through the results of this study, it was possible to account for the effect of flooded agricultural lands on the water quality in the lake, and this could be reflected in an efficient agricultural non-point pollution management policy. In order to determine the precise releasing rate for each agricultural land, it is believed that the leaching experiment for paddy fields and grasslands are needed.

        • 수질샘플빈도에 따른 산림유역의 오염부하특성분석

          신용철 ( Yongchul Shin ),최중대 ( Joongdae Choi ),류창원 ( Kyoungjae Lim ),임경재 ( Changwon Lyou ),신민환 ( Minhwan Shin ),최용훈 ( Yonghun Choi ),김기성 ( Kisung Kim ),허성구 ( Sunggu Heo ) 한국농공학회 2006 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2006 No.-

          Forest watershed, located in Chuncheon-si, Gangwon province, Korea, is selected to analyze characteristics of the pollutant loads with water quality sampling frequencies. In 2005, the yearly streamflow of the forest watershed was 43,265,325 ㎥ and 61% of that was intensively generated from June to September. Pollutant loads of T-N, NO<sub>3</sub>-N, and T-P before and after rainy days were over twelve times greater than those during heavy rainy days. However, pollutant loads were not shown some obvious differences between them during rainy and dry days, respectively. When water quality frequencies were collected in the range of 4~32, relative errors of pollutant loads were highly shown over 13 to 31%, respectively. However, relative errors of T-N and NO<sub>3</sub>-N, on which water sampling frequencies were augmented over 36~40 times, were shown less than 10% and those of T-P were gradually decreased by increasing of sampling frequencies. Therefore, it was strongly thought that over 3 to 5 of water samples during the single rainfall event and 35 to 40 of those during heavy rainy days should be collected to reduce uncertainty of monitoring information and gather some confidential data because concentration values were greatly influenced by the various contents such as the landuse, agricultural management and environmental condition.

        • 극초단파 전처리가 하수슬러지 가용화 및 혐기성소화에 미치는 영향

          박운지 ( Woonji Park ),이관재 ( Gwanjae Lee ),이동준 ( Dongjun Lee ),김수홍 ( Soohong Kim ),임경재 ( Kyoungjae Lim ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

          극초단파 처리는 가열시간이 짧으며, 혐기성소화에 적용할 경우 소화효율 향상을 시키는 등의 장점이 있어 하수슬러지의 전처리에 적용될 수 있는 청정기술로 인식되고 있다. 본 연구에서는 극초단파 전처리를 이용하여 하수슬러지 가용화율 및 혐기성소화에 미치는 영향을 알아보고, 전처리에 따른 최적 가용화율 및 메탄수율 조건을 도출하고자 하였다. 극초단파 전처리 장치는 microwave accelerated reaction system(MARS, CEM Corporation, 2,450MHz, 최대출력 1600W)을 사용하였으며, 실험설계는 가용화율에 영향을 미치는 환경요인 중 4인자(슬러지 혼합비, 출력, 유지시간, 전처리온도)를 독립변수로 하여 실험을 수행하였다. 또한, 전처리가 혐기성소화에 미치는 영향을 파악하기 위해 BMP test와 연속반응조(control, 극초단파 전처리)를 운전하였으며, 전처리에 따른 가용화율 및 메탄수율의 최적 조건을 도출하기 위해 반응표면분석(Response Surface Analysis, RSA)을 이용하였다. 실험결과, 하수슬러지 가용화율은 control(무전처리)에서 3.9%, 극초단파 전처리시 12.4%로 극초단파 전처리 시 가용화율이 높아지는 것으로 나타났다. 그리고 극초단파 전처리를 통한 최적 가용화 조건은 혼합비 0%, 출력 400W, 유지시간 10 분, 전처리 온도 100℃로 분석되었으며, 최대 22.3%의 가용화율 기대할 수 있는 것으로 나타났다. BMP test 결과, 메탄수율을 위한 최적조건은 혼합비 38.4%, 출력 909.1W, 유지시간 4.1 분, 전처리 온도 80℃ 일 때로, 최대 847mL/g VSremoved의 메탄수율을 얻을 수 있는 것으로 분석되었다. 극초단파전처리를 적용한 연속 혐기성 반응조의 VS 제거효율은 HRT 20일에서 40%로 전처리를 하지 않은 control에 비해 8% 이상 높은 값을 나타내었으며, HRT 10일에서도 7% 이상 높은 유기물 제거효율을 보였다. 각 HRT에서 메탄발생량 역시 극초단파 전처리를 적용한 반응조에서 전체적으로 control 반응조에 비해 높은 값을 나타내었다. 따라서 극초단파 전처리를 적용하여 혐기성 소화공정 운전 시 가용화율 증가뿐만 아니라 10일 이상의 HRT 단축을 통해서도 높은 유기물 함량 및 메탄발생량을 확보할 수 있을 것으로 보인다. 이러한 소화효율의 증진은 소화슬러지 감량화와도 직결되므로 슬러지 처리 비용 경감등 경제적 효과와 메탄발생으로 인한 대체에너지로서의 역할을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

        • 토지이용에 따른 비점오염 관리방안별 효율 평가

          최유진 ( Yujin Choi ),이서로 ( Seoro Lee ),이관재 ( Gwanjae Lee ),김종건 ( Jonggun Kim ),임경재 ( Kyoungjae Lim ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

          전 세계적으로 도시화에 의한 토지이용변화와 홍수, 태풍, 가뭄 등의 기후변화에 따라 물 순환과정에도 변화가 발생한다. 물 순환과정의 변화는 유출특성의 변화를 초래하게 된다. 이러한 변화는 비점오염원의 발생에도 영향을 미쳐 도심 및 농촌지역에 비점오염원과 관련된 문제가 빈번하게 발생하고 있는 실정이다. 특히 강우시 강우유출수에 의해 비점 오염원이 유출되며 수질오염을 야기시키게 된다. 그러나 비점오염원에 대한 관리는 발생원 및 특성 파악이 어렵기 때문에 관리가 미흡하며, 이에 따라 비점오염원 관리의 중요성이 커지고 있다. 따라서 LID, BMPs 등 비점오염 관리방안에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔으나 대부분의 연구에서는 필지단위 혹은 유역단위로 비점오염 관리방안 적용에 따른 효율을 분석하였다. 그러나 효율적인 비점오염원 관리를 위해서는 비점오염 관리방안에 따른 토지이용별 저감 효율을 정확하게 파악하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 SWAT모형을 활용하여 토지이용별 비점오염 취약 소유역을 선정한 후, 비점오염 취약 소유역에 관리방안을 적용하였을 때의 비점오염원 저감효율을 산정하였다. 비점오염 관리방안에 따른 토지이용별 비점오염 저감효율을 분석한 결과 도시지역에 LID 적용시 SS, NO3-N, TP의 평균 저감효율은 각각 5.92%, 4.62%, 10.35%로 나타났다. 또한 농촌지역에 BMPs 적용시 SS, TN, TP의 평균 저감효율은 각각 35.45%, 4.37%, 10.16%로 나타났다. 본 연구의 결과는 토지이용변화에 따라 적합한 비점오염 관리방안을 선정하는 데 있어 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

        • 경사도와 토성, 작물 구분에 따른 강우유출수 특성 분석

          유나영 ( Nayeong Yu ),신민환 ( Minhwan Shin ),강태성 ( Taesung Kang ),김종건 ( Jonggun Kim ),임경재 ( Kyoungjae Lim ),( Donghyuk Kum ),( Jungha Lim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

          비점오염원은 강우시 지표유출수와 함께 유출되는 오염물질로서, 국내에서 발생되는 비점오염물질의 약 90% 이상이 토지계(농경지) 및 축산계에서 발생하고 있다. 농경지에서 발생하는 비점오염물질의 발생량은 경사도와 토성, 작물 등에 따라 발생량의 차이가 크기 때문에 농경지에서 발생하는 강우유출수 특성을 파악하는 것은 비점오염원 관리 측면에서 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 경사도와 토성, 작물이 구분된 8개의 시험포를 조성하여 강우시 발생하는 강우유출수 특성을 분석하고자 하였다. 시험포 1개의 면적은 88 m<sup>2</sup> (폭 4 m, 경사장 22 m)이며, 경사도는 3% 4개와 9% 4개, 토성은 경사도 3%와 9% 각 2개씩 양토 4개와 사양토 4개로 조성하였다. 영농방법은 각 토성의 경사도별로 무경운 시험포 1개와 경운 시험포 1개로 조성하였으며, 경운 시험포의 작물은 감자를 파종하고 무경운 시험포의 경우 나지 상태로 조성하였다. 시험포에는 수위계와 집수플럼부, 침사지통을 설치하여 유출량 및 수질농도(SS, T-N, T-P)를 측정하였다. 강우유출수 조사는 2020년 5월부터 8월까지 25.8 mm∼288.2 mm의 강수량 범위에서 총 11회 조사하였다. 연구결과 양토 시험포의 총 11회 조사를 통한 유출량은 3% 경운 35.4 m<sup>3</sup>, 3% 무경운 29.7 m<sup>3</sup>, 9% 경운 42.1 m<sup>3</sup>, 9% 무경운 34.1 m<sup>3</sup>으로 나타났으며, 사양토 시험포의 총 유출량은 3% 경운 15.9 m<sup>3</sup>, 3% 무경운 22.9 m<sup>3</sup>, 9% 경운 33.9 m<sup>3</sup>, 9% 무경운 30.3 m<sup>3</sup>으로 나타났다. 양토 시험포의 SS 오염부하량은 3% 경운 55,264.8 g, 3% 무경운 33,149.3 g, 9% 경운 55,606.6 g, 9% 무경운 56,849.5 g으로 나타났으며, 사양토 시험포의 SS 오염부하량은 3% 경운 5,992.0 g, 3% 무경운 19,881.2 g, 9% 경운 32,555.1 g, 9% 무경운 42,715.9 g으로 나타났다. 양토의 SS 오염부하 비교 결과 3% 무경운에서 오염부하는 9% 무경운대비 41.7%로 나타났으며, 3% 경운에서 오염부하는 9% 경운 대비 SS 0.6%로 나타났다. 사양토의 SS 오염부하 비교 결과 3% 무경운에서 오염부하는 9% 무경운 대비 53.5%로 나타났으며, 3% 경운에서 오염부하는 9% 경운 대비 SS 81.6%로 나타났다. 연구결과와 같이 경사도가 클수록 유출량이 크게 발생하였으며, 양토에 비해 사양토에서 유출량이 적은 것으로 나타났다. 양토의 경우 경운보다 무경운에서 경사도 대비 저감효율이 높은 것으로 나타났으며, 사양토의 경우 무경운보다 경운에서의 경사도 대비 저감효율이 높은 것으로 나타났다. 하지만 강우유출수 특성은 경사도와 토성, 작물, 경운방법에 따라 다른 결과가 나타나, 추가적으로 다양한 토성과 작물에 따른 강우유출수 특성 분석이 필요할 것으로 판단된다. 또한, 당해연도의 경우 집중호우와 태풍 등 평년에 비해 강우가 너무 과하게 발생하여 선행강우일수의 변화 등 평년의 강우특성을 반영하기 어려울 것으로 보여진다. 그러나, 기후변화에 따른 집중호우가 증가할 경우 발생할 수 있는 농경지의 유출특성을 예측할 수 있을 것으로 보여진다.

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