• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.414-414
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• 2019

농업으로부터의 비점오염은 지표수와 지하수 모두의 수질에 영향을 미친다. 특히, 비료, 퇴비, 농약 등의 인공적 질소가 살포된 토양은 강우시 화학 침출로 인한 수질오염이 발생되고 있다. 강우시 강우유출수와 함께 지표 수역으로 흘러들어오는 영양물질(질소, 인)은 저수지로 유입되어 침수시 작물이 죽게 되어 저수지의 부영양화 등의 수질 오염문제를 야기시킨다. 국내에서는 홍수조절용지에서의 영농활동의 전면 금지하고 있는 실정이지만, 불법적으로 경작활동이 진행되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 다목적댐 홍수조절지 내 경작지 토양 및 양분 특성 평가를 수행하였다. 홍수조절지 내 경작지 토양 특성 및 양분 조사를 위하여 경작이 집중적으로 이루어지고 있는 대청호 지역을 모니터링 지점으로 선정하였다. 모니터링은 경작지 내 토양 시료 및 주변 토양을 채취하여 분석을 수행하였다. 채취한 토양은 토양표준분석법(농촌진흥청, 2012) 및 농업토양분석방법(국립산림과학원, 2014) 기준을 바탕으로 물리 화학적 분석을 수행하였다. 모니터링은 2018년 5월부터 수행되었으며 현재까지 월 1회씩 모니터링을 진행하고 있다. 연구 결과, 밭 경작지 토양은 논에 비해 실트질 함량이 절반으로 침투성이 높은 토양으로 분석되었으며, 영양염류의 침투를 통한 이동 가능(기저유출)이 높게 나타나는 것으로 조사되었다. 이는 중간유출 및 기저유출 저감방안 도입이 필요한 것으로 평가되었다. 작물별 토양 양분분석 결과 고추, 마늘, 담배 경작지에서 화학비료사용량이 타 작물에 비해 높은 것을 분석되었으며, 경작지에 화학비료 및 퇴비의 과다 사용으로 염류농도가 증가할 경우 전기전도도가 높아지며 토양의 삼투압을 증가시켜 물의 흡수와 각종 양분 흡수를 방해하는 것으로 평가되었다. 인의 존재 형태별 비교시 대부분의 경작지에서 높은 값을 보였으며, 특히 경작지 토양의 Residual-P의 농도가 원지반 보다 2~5배 정도 높게 나타났다. 이러한 원인은 퇴비의 사용으로 인한 Residual-P의 누적으로 평가되며, 환경변화에 따라 수층으로 인의 용출이 쉽게 발생하므로 향후 수질에 미치는 영향이 더 클 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권12호
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• pp.1193-1207
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• 2013

지나친 도시개발은 불투수면적의 증가로 인한 유출 증가를 야기하며 이는 홍수 및 비점오염에 대한 문제 및 기저유출감소로 인한 지하수위 감소에 따라 하천을 건천화시키는 문제를 발생시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 저영향개발(LID, Low Impact Development) 기법이 제시되고 있다. 즉, LID 기법을 적용함으로써 개발 이전의 수문순환 상태를 모사하여 개발로 인한 영향을 최소화하고 물 순환구조를 개선하고자하는 연구가 진행되고 있다. 국내에서도 LID 개념의 도입이 지속적으로 증가함에 따라 소규모 배수 분구를 중심으로 연구가 진행되고 있다. 또한, 중규모 이상의 유역에 LID 기법을 적용 시 유역 내 수문학적 유출 특성과 오염 발생 특성 변화에 대한 분석 방안이 요구되지만 하수처리분구 단위의 수문학적 영향을 분석 할 수 있는 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 하수처리 구역 내 LID 기법의 적용에 따른 물순환 개선효과와 비점오염 저감효과 분석 및 기존 관리기법과의 비교를 통해 유역관리 측면에서의 적정 LID 설치면적 추정 방안을 검토하였다. LID 적용효과 분석을 위하여 소규모 배수 분구인 부산시 동래천 유역과 하수처리구역인 온천천 유역을 대상유역으로 선정하였으며 동래천 유역을 대상으로 LID 요소기술의 적용가능 면적을 추출하고 비율로 환산한 후 온천천 유역으로 확대 적용하였다. LID 요소기술 중 우리나라의 토지이용 밀집도를 고려하여 적용이 용이한 Green Roof와 Porous Pavement 및 도로에 설치되는 Street Planter를 선정하였으며 유역별로 구축된 LID 기법 기반의 SWMM 모형을 이용하여 토양특성과 강우특성을 고려한 물순환 기능 개선효과 및 비점오염량 저감효과를 분석하였다. 또한 온천천 유역을 대상으로 기존 비점오염 관리방안인 오염원 및 방류량에 따른 처리효율과 LID 적용 시의 처리효율을 비교하였으며 비교자료를 토대로 유역관리와 비용적인 측면을 고려한 적정 LID 설치비율로서 기존 비점오염 관리방안의 처리효율을 만족하는 LID 설치비율을 선정하고 이에 대한 적용 가능성을 검토하였다.

• 한국물환경학회지
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• 제27권1호
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• pp.61-72
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• 2011

유역 단위 수문 및 수질 평가 모형인 SWAT 모형을 이용한 유역 내 정확한 수문과 비점오염원 거동을 평가하기 위해서는 유역 적용에 앞서 모형의 정확성 평가가 우선시 되어야 한다. SWAT 모형의 수문 보정및 검정 시, Nash-Sutcliffe의 효율계수(EI)가 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 EI 값은 비교되어지는 값들의 범위 중 큰 값 즉, 수문 분석에 있어 고유량에 대해 민감하게 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 그리하여 본 연구에서는 보다 정확한 수문 분석을 위해 K-means 군집화 알고리즘을 이용한 웹기반의 EI 평가시스템을 개발하였고, 이를 SWAT 모형의 수문 평가에 적용하였다. 본 연구의 결과 전체 유량의 EI 값은 높았지만, 수문성분에 따른 EI 값은 높지 않았다. SWAT 모형의 수문 보정 및 검정에 널리 활용되고 있는 SWAT auto-calibration tool은 전체 유량에 대해서는 높은 EI 값을 산정하는 것으로 보이지만, 직접유출과 기저유출 각각에 대한 유량 그룹 I 과 II 에 대해서는 대부분 음수(-)의 EI 값을 보였다. 그리하여 본 연구 결과를 통해 SWAT 모형의 수문성분 평가에 있어 보다 정확한 평가를 위해서는 직접유출과 기저유출에 대한 각각의 유량 그룹에 대해 양수(+)의 EI 값이 산정되도록 모형 보정 및 검정의 수행 필요할 것으로 사료된다.

• 환경정책연구
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• 제10권1호
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• pp.49-70
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• 2011

농업 지역에서의 비점 오염원에 대한 기작과 발생을 해석하기 위해 많은 노력이 진행되고 있다. 또한 우리나라뿐 아니라 다른 나라에서도 수질 악화가 점점 심해지고 있는 것이 사실이다. 비점 오염물질은 직접유출과 기저유출로 분리되어 하천으로 이동된다. 보통 지하수는 지표수에 비여 수질이 양호하다고 여기지만 농업지역에서의 오염된 하천 주위의 지하수 오염은 심각할 수 있다. SWAT 모형은 용성 및 정확도가 높기 때문에 수문 및 수질 연구에 있어 국내외에서 널리 사용되고 있다. 하지만 SWAT 모형은 소유역별 수문학적 반응단위인 HRU를 이용하여 유역 내 수문 및 수질을 평가하는데, 소유역 내 HRU의 공간적인 정보를 표출하도록 되어 있지 않기 때문에 다양한 영농방법이 지표수 및 지하수에 미치는 영향을 공간적으로 분석하는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 SWAT 모형의 단점을 개선할 수 있는 SWAT HRU Mapping module을 개발하였으며 이를 횡계 2리 유역에 적용하여 지하수 함양량 및 대수층 유입 $NO_3-N$ 부하량 및 농도를 분석하였다. 이에 따라 농경지에서 대수층으로 유입되는 $NO_3-N$ 부하량이 산림에 비해 상당히 많은 것으로 분석되었다. 또한 같은 밭 지역이라고 해도 재배되는 작물의 종류 및 시비량 등에 따라 대수층으로 유입되는 오염부하에는 상당히 다른 영향이 있을 수 있으며, 재배작물과 토양 특성에 따라 $NO_3-N$이 대수층으로 유입될 것으로 판단된다. 본 연구에서 개발된 SWAT HRU Mapping module은 유역에서의 기저유출을 통한 오염원의 시공간적 분석을 하는 데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이라 판단된다.

• 한국농공학회논문집
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• 제51권2호
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• pp.15-27
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• 2009

토지이용변화가 수질에 미치는 영향을 평가하기 위하여 비점오염모형이 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 최적관리기법이 수문 수질에 미치는 영향을 평가하기위한 통합모형시스템을 개발하였다. 통합모형시스템은 DANSAT (Dynamic Agricultural Non-point Source Assessment Tool)과 사용자 인터페이스로 구성되어 있다. DANSAT은 분포형 연속 강우사상 모형으로서 농업소유역에서의 유출량, 유사량, 농약 물질의 이동기작 등을 모의한다. DANSAT은 크게 동적변수 부모형, 수문 부모형, 유사 이용 부모형, 농약 물질 이동 부모형등 4개의 부모형으로 구성되어있다. 동적변수 부모형은 토양의 특성, 작물의 생장 및 작물 잔여물질의 분해 등을 모의하는 하부모형으로 구성되어있으며, 토지 이용 변화에 관계되는 내부 변수들의 시간적 변화를 모의한다. 수문 부모형은 차단, 증발산량, 침투량, 침루량 등을 모의하는 격자 단위 프로세스와 지표유출, 중간유출, 기저유출 및 하천에서의 물의 이동을 모의하는 유역 단위 프로세스로 구성되어있다. 유사 이동 부모형은 세류간 (interrill) 토양입자의 분리, 세류 (rill) 및 하천내의 토양분리, 운송가능량 등을 모의하며, 농약 물질 이동 부모형은 농약의 분해, 평형, 식물에 의한 흡수, 침출 등을 고려하여 농약 물질의 이동을 모의한다. 입력변수는 최적관리기법의 시 공간적인 변화를 고려할 수 있도록 계층구조로 구성하였다. 유역출구에서의 결과 출력 뿐만 아니라, 유역전체에 걸쳐 지표면과 지하수면 사이에서 물 및 오염물질의 이동량 분석을 위한 출력 및 격자단위의 상세 결과 출력을 통하여 최적관리기법을 평가하고 분석할 수 있다. 한편, 사용자 인터페이스는 모형의 구동을 위해 요구되는 광범위한 시 공간 입력 자료를 기존에 존재하는 데이터베이스를 이용하여 생성할 수 있도록 개발되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.193-193
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• 2015

오염원과 취수원이 인접한 위치에 존재하는 국내 하천 같은 경우 취수 시설의 안전한 관리를 위하여 오염물의 2차원 혼합 거동에 대한 연구가 필요하다. 하천에서의 오염물 혼합 거동을 분석하기 위하여 일반적으로 농도와 분산 정보 수집을 위한 추적자 실험을 수행해왔다. 기존에 수행된 추적자 실험들은 형광염료, 방사선 물질, 고형 물질 등과 같은 추적자를 인위적으로 주입하여 사용하였다. 그러나 수온, 전기전도도(electrical conductivity), 이온화 물질 등과 같은 자연 추적자(natural tracers)를 이용하는 추적자 실험은 인공추적자 물질을 대체할 수 있는 방안으로서, 기존 추적자 실험과 비교하여 경제적, 환경적인 효과와 하폭이 넓은 중규모 이상의 하천에서도 수행할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 진천천과 금호강이 합류하는 낙동강 중류 구간에서 횡혼합 연구를 위하여 전기 전도도 추적 실험을 수행하였다. 강정고령보 직하류에서 낙동강 좌안쪽에서 합류하는 금호강과 진천천의 경우 인근 공업단지와 하폐수처리장으로부터 많은 비점오염원과 점오염원이 유입된다. 두곳의 지류에서 모두 높게 측정되었던 전기전도도를 자연 추적자로 선택하였다. 지류의 경우 전기전도도를 측정할 수 있는 센서를 측정 지점에 설치하여 측정하였으며, 본류인 낙동강의 경우 정해진 측선을 따라 센서가 고정된 보트를 이동하며 데이터를 취득하였다. 지류인 금호강과 진천천의 경우, 합류 전 전기전도도의 농도의 횡분포는 균일한 분포를 나타냈으며 농도의 평균값은 합류 전 낙동강 본류의 기저농도 보다 더 높은 값을 나타내었다. 지류 합류 이후의 낙동강 본류에서는 지류로부터 유입된 오염물질로 인하여 횡방향으로 불균등한 전기전도도 농도 분포를 나타내었으며 오염물질이 점점 하류 쪽으로 이동하면서, 횡방향 농도경사의 크기가 줄어들었다. 유관모멘트법을 농도곡선에 적용하여 횡방향 분산계수를 산정하였다. 산정된 횡분산계수의 값은 Rutherford (1994)가 제안한 분산계수의 범위에 포함되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.311-311
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• 2021

최근 도시화에 따라 불투수 면적이 증가하였고 이는 유역의 수문학적 요소와 수질의 큰 변화를 발생시켰다. 불투수면적의 증가는 강우 시 더 많은 강우유출수를 발생시켜 지표유출과 첨두유량을 증가시키고 더 많은 비점오염물질이 하천에 유입되게 한다. 또한, 토양으로의 침투량과 저류량이 감소되어 기저유출을 감소시키며 수질문제를 야기한다. 이러한 문제의 해결책으로 저영향개발 (Low Impact Development; LID) 기법이 개발되어 적용되고 있다. LID는 도시개발 이전의 수문상태와 유사하도록 개발하는 기법으로 우수 유출 속도 감소, 유역에서의 저류, 침투 및 증발산과정 촉진, 하류로의 오염물질을 저감시킨다. 실제 유역에 저영향개발 기법을 적용하기 전에 저영향개발 기법의 적용 효과의 분석은 필수적이다. 이에 따라 많은 LID 기법 모형들이 개발되어 LID 효과분석을 위해 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 HSPF (Hydrological Simulation Program-FORTRAN) 모형을 이용하여 LID시설 내에서의 저류현상을 구현하고 LID 기법 적용에 따른 유역의 수문요소 및 수질에 대한 영향을 분석하고자 한다. 연구대상지로는 불투수면적률이 높은 굴포천을 선정하였으며, LID 기법 적용 전 유역의 수문, 수질 실측치를 이용하여 모형의 보정 및 검정을 수행하였다. HSPF 모형내에 LID 시설을 적용하여 유역내 수문요소와 수질의 변화를 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 LID 효과 분석을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.