• 한국수자원학회논문집
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• 제54권spc1호
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• pp.1095-1105
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• 2021

기후변화에 따른 집중호우, 태풍 등의 발생빈도의 증가로 인하여 댐 운영의 고도화가 요구되고 있다. 일반적으로 댐 운영의 경우 강우예측, 강우-유출, 홍수추적 등 다양한 수리수문학적 요소들을 반영하여 수행되나 기 계획된 특정 규칙에 기반한 댐 운영 모형의 경우, 때때로 개별 모듈들의 불확실성과 복합적인 인자들로 인하여 댐의 방류량을 능동적으로 제어하는데 제약이 있을 수 있다. 본 연구는 남강댐 직하류 홍수피해 예방을 위하여 댐의 방류량 결정 등 효율적인 댐 운영을 지원하기 위해 딥러닝 기반 LSTM (Long Short-Term Memory) 모형을 구축하고, 선행시간별 댐직하류 수위예측 정확도를 분석하는 것을 목적으로 한다. LSTM 모형의 입력자료는 댐 운영에 사용되는 기초자료 및 하류 장대동 수위관측소의 수위 자료를 시 단위로 2009년부터 2021년 7월까지 수집하였다. 2009년부터 2018년 자료는 모형의 학습과 검증 및 2019년부터 2021년 7월 자료는 선행시간을 7개(1 h, 3 h, 6 h, 9 h, 12 h, 18 h, 24 h)로 구분하여 관측 수위와 예측 수위를 비교·분석하였다. 그 결과, 선행시간 1시간의 예측결과는 평균적으로 MAE가 0.01 m, RMSE가 0.015 m, NSE가 0.99 로 관측 수위에 매우 근접한 예측 결과를 나타내었다. 또한, 선행시간이 길어질수록 예측 정확도는 근소하게 감소하였지만, 관측 수위의 시간적 패턴을 유사하게 안정적으로 예측하는 것으로 분석되었다. 따라서 수리수문학적 비선형의 복잡한 자료간의 특징을 자동으로 추출하여 예측 자료를 생산하는 LSTM 모형은 댐 방류량 의사결정에 있어 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제22권4호
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• pp.21-27
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• 2014

양돈분뇨의 처리는 환경문제 해결과 자원으로서 이용 등이 중요한 의미가 있다. 따라서 본 연구는 이 두 가지 문제를 동시에 해결하고자 돈분퇴비가 시용된 논의 배수의 오염부하 저감을 위한 저류지 효과를 구명하고자 수행하였다. 경기도 수원시 권선구 서둔동 국립농업과학원 기후변화생태과 시험포장($17,15m^2$)에서 배수로 말단에 논 저류지($12m^2$)를 조성하였다. 2013년 5월부터 10월까지 영농기간 동안 강우사상시 저류지 유입 전인 논 배출수와 저류지를 통과한 배출수의 토사 및 $COD_{Mn}$, T-N, T-P의 부하량을 평가하여 저류지의 효과를 평가하였다. 영농기간 동안 논 저류지를 이용한 논의 유출량은 67.8% 저감되었고 토사를 포함한 부유물질과 $COD_{Mn}$의 총 부하량은 각각 79.8%와 71.9% 저감되었다. 또한 T-N과 T-P의 총 부하량은 각각 73.6%와 74.9% 저감되었다. 따라서 경지기반 정리되어 가축분뇨 퇴 액비 시용이 용이한 논의 경우에는 외부 수계로 배출되기 전 저류지를 설치하면 영양염류의 배출이 저감될 것으로 생각된다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권5호
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• pp.725-732
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• 2012

고랭지의 밭은 대부분 산지를 개간하여 조성한 경사 밭으로 작물이 재배되는 여름철 집중강우에 의해 많은 양의 토양이 유실된다. 특히 이 지역의 콩 재배에서는 경사 밭 전면경운에 의한 토양 교란과 생육초기 노출된 표토 때문에 토양유실 위험이 가중되고 있다. 본 연구는 고랭지의 콩 재배에서 토양유실 경감을 위한 피복방법을 개발하기 위해 수행하였다. 토양피복 방법으로 호밀 예취피복, 호밀 초생피복, 흑색비닐멀칭 등 8처리를 두었으며, 경사 17%내외 무저라이시메타에서 유거수 및 토양유출 특성과 콩 생육특성을 평가하였다. 시험결과 호밀예취피복을 포함한 토양피복처리는 유거수 유출량이 ha당 $177{\sim}2,375m^3$로 관행 $5,274m^3$의 3.4~45% 수준으로 감소하였다. 토양유실량 또한 관행 처리구가 ha당 40.72톤인 반면, 호밀예취피복을 포함한 피복처리구는 0.02~1.94톤으로 관행 대비 95%이상의 경감 효과가 있었다. 콩 수확기 수량 구성요소인 종실중은 관행의 경우 ha당 2.0톤 수준을 보였는데, 호밀 초생피복은 0.3톤, 곰취 초생 피복 1.3톤, 고사리 초생피복 1.4톤, 벌개미취 초생피복은 0.7톤, 레드클로버 초생피복은 0.2톤 수준으로 낮은 경향을 보였다. 반면, 호밀 예취피복은 3.8톤, 흑색비닐멀칭은 3.1톤으로 관행보다 증수되었다. 결과적으로 호밀 예취피복은 콩 수량에는 영향을 미치지 않으면서 토양유실 경감효과가 매우 높아 콩재배 경사밭 토양보전기술로 유용하게 적용 되리라 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.23-39
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• 2014

인공 빗물 저류조는 도심지에 설치되어 빗물의 재활용이 가능하도록 한 친환경 우수유출 저감시설이나 지면에 내린 빗물을 직접 이용하기 위해서는 도심지의 초기강우에 포함된 고농도의 비점오염원을 정화할 수 있는 시설이 수반되어야 한다. 본 논문에서는 인공 빗물 저류조에 적용할 수 있는 비점오염원 정화시설로서 경제성과 정화효율이 우수한 토양여과시설을 채택하여 실제 비점오염물질에 대한 모래 정화층의 입도분포에 따른 폐색특성을 연구하였다. 이를 위해 일련의 실내 챔버시험을 수행하고 폐색이론에 의한 비점오염원 제거 예측 모델을 제시하였다. 우선, 실내 챔버시험은 미세입자로 구성된 점토와 서울시내 도로에서 채집된 실제 비점오염원으로 제조된 인공 오염수를 이용하여, 5종류의 다양한 입도로 구성된 모래 정화층을 대상으로 수행되었다. 실내 챔버시험에서는 모래 정화층에 유입 및 유출된 인공 오염수의 TSS(총 부유물질)와 COD(화학적 산소 요구량)를 측정하여 오염입자의 크기에 따른 모래 정화층의 정화효율을 평가하였고, 정화층 간극에 폐색되는 비점오염입자의 누적무게를 산출하였다. 다음으로, 모래 정화층의 폐색특성을 이론적으로 규명하기 위해 비점오염원 제거 예측모델을 모래 정화층의 입도와 구성에 따른 특성과 투수계수 및 간극률의 변화 조건을 고려하여 제시하였다. 실내 챔버시험과 예측 모델로부터 산정한 모래 정화층에 폐색된 입자의 누적무게를 비교하여 폐색특성 지표인 Lumped parameter ${\theta}$를 추정하였으며, ${\theta}$는 모래 정화층에 폐색되는 오염입자의 양에 큰 영향을 주는 것을 확인하였다. 모래 정화층의 폐색 예측모델로부터 현장 인공 빗물 저류조에 적합한 최적의 비점오염 제거 시스템으로 유효입경 1.49mm(상부)와 유효입경 0.93mm(하부)의 모래로 구성된 이중 정화층을 제시하였다.

• 한국습지학회지
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• 제19권3호
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• pp.345-352
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• 2017

지구온난화에 의해 지구의 평균 기온은 1880년 이후로 약 $0.85^{\circ}C$ 상승하였다. 이는 수문현상에 영향을 미치며 이로 인해 전 세계는 홍수 및 가뭄과 같은 자연재해에 어려움을 겪고 있다. 따라서 미래의 안정적인 물 공급을 위한 수자원 계획 수립을 위해 특히 물 부족 측면에서 기후의 불확실성을 고려한 물 수요의 정확한 예측이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 한국의 안성천 유역을 대상으로 기후변화를 고려하여 미래 물수지 및 물 부족량을 평가하였다. RCP 8.5 기후변화 시나리오를 이용하여 미래 강수량을 모의하였고, 준분포 강우-유출 모형인 SLURP 모형을 통해 유출량을 추정하였다. K-WEAP 모형을 통해 안성천 유역 소유역의 물수지 분석을 위한 시나리오 및 네트워크를 구축하였다. 또한 1965-2011년간 과거 자료로부터 계산된 용수이용량(생활, 공업, 농업용수)을 활용한 선형예측함수식을 통해 장래 물 수요 추정량을 산정하였다. 물 수지 분석 결과, 인구 증가, 급격한 도시화 및 지구온난화에 의한 기후변화로 인해 생활 및 공업용수 이용량은 증가하고, 반면 농업용수 이용량은 점차적으로 감소할 것으로 확인되었다. 전체적으로 안성천유역에서 미래 물 부족 문제가 심각해질 것으로 나타났다. 이에 유역 내 물 부족 문제를 해결하기 위한 사례연구로서 광역상수도 확충 및 제한급수의 두 가지 대안을 제시하였다.

• 청정기술
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• 제26권2호
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• pp.151-157
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• 2020

급격한 도시화는 국토의 불투수면을 증가시켜 도시형 홍수의 위험성을 가중시켜왔고, 지하수위의 저하, 수질오염물질 증가 등 환경재해 및 환경오염 문제를 유발시키고 있다. 국내에서는 이러한 환경적 영향을 최소화하고 개발 이전의 물순환 건전성을 유지하기 위해 저영향개발 기법을 도입하여 적용하고 있지만, 소규모 개발사업의 대부분은 강우유출량 관리의 법적 근거가 부재하여 사각지대에 놓여 있다. 이에 빗물의 표면 유출을 증가시키는 소규모 개발사업 또한 오염원인자 책임 원칙에 따라 저영향개발 시설의 적용을 의무화하는 것이 요구되며 이를 위해 물순환 회복 사전협의 제도를 도입하는 것이 필요하다. 본 연구는 소규모 개발사업의 저영향개발기법 도입을 가정하여 비용편익 분석을 중심으로 수행되었다. 비용·편익 분석에 필요한 전국 소규모 개발 대상사업의 규모 및 건수는 『건축법』에 따른 대지면적이 1,000 ㎡ 이상 이거나 건축연면적 1,500 ㎡ 이상의 건축물에 서울시의 실제 사전협의 통계자료를 적용하여 도출하였다. 피규제 기업·소상공인, 피규제 이외 기업·소상공인·일반국민 및 정부를 대상으로 소규모 개발사업의 저영향개발 시설물 설치에 따른 비용·편익을 분석한 결과, 경제성의 기준 값인 1보다 많이 낮은 것으로 확인되었으며 이는 대상사업의 규모 대비 시설물의 설치 비용이 높기 때문으로 사료된다. 하지만 저영향개발 시설의 설치에 따른 수환경 및 대기질 개선 등의 환경적 가치와 하수처리시설 운영비 절감 등의 공공성을 고려하면 향후 소규모 개발사업의 사전협의제도 도입은 필연적이다. 앞으로 소규모 개발사업의 사전협의 제도 도입과 함께 비용·편익을 개선하기 위해서는 지자체의 제도적, 재정적 지원이 적극적으로 요구된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권10호
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• pp.905-916
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• 2018

본 연구의 목적은 금강유역($9,645.5km^2$)을 대상으로 극한 기후변화 사상에 따른 수문 및 유황의 변동을 평가하는 것이다. 본 연구에서는 객관적인 극한 기후변화 사상을 평가하기 위해 강우관련 극한지수(STARDEX)를 적용하고, GCM 10개의 RCP 8.5 기후변화 시나리오에 대해 4개의 평가기간별(Historical: 1975~2005, 2020s: 2011~2040, 2050s: 2041~2070, 2080s: 2071~2100)로 분석하였다. 분석 결과 5개의 습윤(CESM1-BGC, HadGEM2-ES), 중간(MPI-ESM-MR) 건조(INM-CM4, FGOALS-s2) 극한 기후변화 사상 시나리오를 선정하여 SWAT 모형에 적용하였다. 2080s 기간에서 중간시나리오 대비 2080s의 증발산은 -3.2~+3.1 mm로 변화하였고, 2080s의 총 유출량은 $+5.5{\sim}+128.4m^3/s$ 변화하였다. 건조한 시나리오의 경우 2020s 중간시나리오대비 큰 변화를 보였다. 건조한 시나리오에서의 2020s의 증발산량은 -16.8~-13.3 mm의 변화를 보였고, 총 유출량은 $-264.0{\sim}132.3m^3/s$의 변화를 보였다. 유황 변동의 경우, 2080s 기간의 습윤한 시나리오에서 CFR은 +4.2~+10.5, 2020s 기간의 건조한 시나리오에서는 +1.7~2.6으로 변화 하였다. 극한 기후변화 시나리오를 적용한 금강유역의 수문인자의 변화에 따라 유황분석을 실시한 결과, INM-CM4는 극한 건조상태를 나타내기에 적절한 시나리오로 나타났고 FGOALS-s2는 유황변동이 큰 가뭄 상태 분석에 적절한 시나리오로 나타났다. HadGEM2-ES는 유황변동이 작게 나타났기 때문에 최대유량 분석 시 활용 가능한 시나리오로 평가되었고, CESM1-BGC의 경우 유황변동이 큰 것으로 나타나 극한 홍수 분석 시 적용할 수 있는 시나리오로 평가되었다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제46권3호
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• pp.114-133
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• 2013

본 연구는 비지정 문화유적이 제도권 내에서 보존되기 전까지 자연적인 훼손을 최소화하기 위한 기초연구로서 산림 내에 위치한 사지(寺址)에서 발생하는 자연적인 훼손 양상을 밝히고, 발생 원인에 대해 분석하였으며, 식생관리를 통한 저감방안을 모색하였다. 분석대상지는 다양한 피해 사례가 확인되는 삼천사지로 선정하였다. 사지에서 발생하는 자연적인 훼손은 발생 원인에 따라 크게 식생과 관련된 직접적인 유구 피해(식생), 식생과 간접적으로 관련이 있거나 여타 지형적 요인으로 인한 사지 전반에 대한 피해(지형), 산림작업 및 등산객 이용과 같이 식생과 간접적으로 관련이 있거나 식생환경 개선을 통해 저감할 수 있는 인위적 피해(인위)의 세 가지 유형으로 분류하였다. 식생에 의한 직접적인 피해는 입목의 뿌리에 의한 매장 유구 훼손, 수목 생장에 따른 석축 교란, 입목 전도에 의한 유구 파괴 및 사지 훼손, 기타 덩굴성 식물에 의한 훼손 등이 있으나, 일부는 버팀목이 되어 석축 붕괴를 막아주는 역할도 하였다. 환경변화에 의한 피해는 집중호우(홍수), 태풍으로 인해 토사유출 등이 발생하여 유구에 직접적인 피해를 주거나, 식생환경에 변화를 주어 사지에 2차 피해가 발생한 것으로, 이로 인해 지형 변화, 석축 유실 등이 주로 확인되었다. 인위적 피해는 산림작업에 의한 피해와 등산객 이용에 따른 답압 등이 있다. 이상과 같이 사지에서 발생하는 자연적 훼손에 대한 저감방안은 다음과 같이 고찰하였다. 1. 자연적 훼손의 대부분은 방치에 의한 지속적(遲速的)인 훼손으로 간벌을 통한 산림 밀도 조절, 유적 배면의 사방식재를 통한 토사유출 억제, 유구가 인접한 지역의 대교목 발생 억제를 위해 울폐도 조절을 통한 초본류 육성 등 산림관리를 통해 저감할 수 있다. 2. 강우에 의한 토양침식을 저감하기 위해서는 낙엽활엽수가 유리할 것으로 판단된다. 또한 상층 교목림의 적절한 수관 밀도를 유지할 필요가 있는데, 2~18본/$100m^2$ 정도가 적절할 것으로 사료된다. 3. 사지의 보존을 위해서는 참나무류나 서어나무류의 육성이 좋을 것으로 판단되며, 타감작용이 강해 생태계를 교란하는 아까시나무, 칡 등은 점차적으로 세력을 약화시킬 필요가 있다. 삼천사지는 북한산 국립공원 내에 위치하고 국 공유림에 속한다. 따라서 자연환경의 보전을 위해 현재도 꾸준한 산림작업이 실시되고 있으므로, 이러한 과정에서 유적의 보존을 위한 식생관리 방안이 고려될 수 있는 여지가 있다고 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제56권2호
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• pp.139-153
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• 2023

이 연구는 경안천 유역의 상류로부터 하류까지 본류와 하위 소유역의 배출 지점에서 관측되는 경안천 내 질소함량의 시공간적 변화를 이해하고, 이러한 질소류의 기원을 확인하고자 수행되었다. 2021년 11월부터 2022년 11월까지, 분기별 현장 조사와 실내 수질분석, 질산염과 붕소의 환경동위원소 분석을 수행하였다. 경안천의 유량지속곡선을 도출하여, 건조 기간(2021년 12월 중순부터 2022년 6월 중순)과 습윤 기간(2022년 6월 중순부터 11월 초까지)을 설정하였다. 연구 지역에서의 총 질소(T-N) 농도는 월단위 시간적 변동을 기준으로 할 때, 건조 기간에 속하는 1~2월에 농도가 가장 높았다가 5~6월까지 지속적으로 낮아진다. 홍수기인 7~9월 이후 T-N의 농도가 낮아지는 소유역 단위 최상류 지점들(Group 1: MS-0, OS-0, GS-0)과, 반대로 높아지는 경안천 본류와 소유역 하류 지점들(Group 2: MS-1~8, OS-1, GS-1)이 분리된다. 공간적으로, 경안천 본류의 T-N 농도는 상류에서 하류로 갈수록 증가하는 경향성을 보이지만, 소유역인 오산천과 곤지암천이 각각 합류되는 지점에서는 이들의 유입에 의해 본류의 T-N 농도 값에 의해 본류의 농도가 높아지거나 낮아지는 영향을 받고 있다. 환경동위원소비를 통해 모든 시료의 질소가 분뇨(manure) 기원으로 규명되었고, 수리화학적 특성의 변화와 T-N 농도의 변화에서 경안천으로 분뇨 기원의 질소가 유입될 수 있는 기작으로, (1) 축산단지의 분뇨, 폐수의 강우에 의한 유입, (2) 환경기초시설 방류수를 통한 유입, (3) 농업 활동 과정에서 축적된 질소류의 지하수 기저유출을 통한 유입 등이 제시되었다. 궁극적으로 경안천 유역의 수질관리는, 공간적 관점에서 지류를 포함하는 소유역 단위의 오염원 관리가 필요하며, 오염총량 관리 측면에서는 하천 유량의 수문성분을 구분하고, 각각 성분의 유량과 수질을 모니터링 할 수 있는 시스템의 구축과 운용이 선결되어야 한다.

• 한국토양비료학회지
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• 제42권6호
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• pp.439-446
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• 2009

벼농사가 수질에 미치는 영향을 평가하기 위하여 지역별 논의 질소수지를 평가하였다. 질소의 유입량은 비료 시용량, 강우 및 관개에 의한 수계공급량, 토양질소의 무기화량 및 질소 고정량 등을 합하여 추정하였고, 질소의 유출량은 배출수나 지하침투수를 통한 수계유출량, 암모니아 휘산과 탈질에 의한 대기 중으로의 손실량, 무기질소의 유기화 및 작물에 의한 흡수량을 합하여 평가하였다. 지역별 환경 특성은 토양 중 유기물함량, 쌀 수확량, 관개수 중의 질소함량, 토양통 분포면적에 의한 토양침투속도 등을 이용하여 추정하였다. 지역별로 환경특성을 고려하여 벼농사가 수질에 미치는 영향을 평가한 결과 경기도와 충청남도의 질소 수지가 각각 -5.4와 $-8.3kg\;ha^{-1}\;yr^{-1}$으로 이 지역에서의 벼농사는 주변 수계로부터 질소를 흡수하여 농업에 활용하는 수질정화의 기능이 다른 지역에 비해 상대적으로 큰 것으로 평가되었다. 반면 강원도와 경상남도는 각각 4.9와 $14.0kg\;ha^{-1}\;yr^{-1}$ 으로 유입량보다 유출량이 오히려 많아 질소를 배출하는 것으로 평가되었다. 시비량이 $110kg\;ha^{-1}$로 동일하다는 조건하에 우리나라 관개수 중의 질소함량이 평균 $1mg\;L^{-1}$ 증가할 경우 벼농사는 $-2.9kg\;ha^{-1}\;yr^{-1}$의 수질 개선효과가 있으며, 전국적으로는 벼논의 질소 흡수량이 연간 2,616 Mg이나 증가하는 것으로 추정되었으며, 농업용수의 오염도가 상대적으로 높은 도시인근 지역이 관개수가 깨끗한 지역보다 벼농사에 의한 수질정화 효과가 크다는 것을 알 수 있었다. 동일한 수확량 조건에서 시비량을 $110kg\;ha^{-1}$에서 $90kg\;ha^{-1}$으로 줄일 경우 질소정화 기능은 전국적으로 10,600 Mg이 증가하고 수질정화 기능을 수행하는 면적도 확대됨을 알 수 있었다. 또한, 쌀 수확량 $5,000kg\;ha^{-1}$을 100%로 가정할 경우 질소 시비량은 $110kg\;ha^{-1}$, 수확량이 100%인 경우 질소수지는 $-0.3kg\;ha^{-1}$이었지만 시비량을 $90kg\;ha^{-1}$으로 줄이고 수확량도 100%에서 90%와 85%로 줄이면 질소수지는 각각 -11.7, -2.3 및 $2.4kg \;ha^{-1}$으로 시비량을 줄여도 수확량을 동시에 줄이면 질수수지의 개선효과가 떨어지며, 수량을 85%로 줄이면 수질에 미치는 영향을 나타내는 질소수지는 $110kg\;ha^{-1}$을 시비할 때보다 오히려 더 나빠지는 것으로 평가되었다. 이상의 결과들로 볼 때 벼농사가 수질환경에 미치는 영향은 관개수 수질, 토양물리 및 화학성 등의 자연환경에 따라 달라지므로 지역의 자연환경 특성을 최대로 활용하여, 벼 재배에 의한 수질정화기능을 최대로 활용하는 영농기술도입이 필요한 것으로 판단된다. 또한 현재 시비량을 줄이고 이에 따라 수확량도 줄어들 것이라는 전제의 영농방법으로서는 벼농사에 의한 수질오염 방지를 효과적으로 달성할 수 없으며, 시비량은 줄이되 토양과 관개수 중의 영양물질을 최대한으로 활용하여 최고의 수확량을 유지하는 것이 벼농사의 주변 수계에 대한 오염물질 발생을 줄이고 수질정화 기능을 증대시키는 가장 좋은 친환경농업라고 판단된다.