본 연구에서는 기후조건, 토지이용 및 토양조건 등의 유역의 비균질성을 고려할 수 있는 SWAT 모형을 이용하여 홍수량 계산에 활용될 수 있는 유출곡선지수를 산정하는 방법을 제시하였다. 이 방법은 Hawkins 등(1993)이 제시한 점근 유출곡선지수 산정법을 기반으로 하되, 실측 홍수량 시간자료를 직접 이용하지 않고 SWAT에 의한 모의 지표 유출량 일자료를 이용하는 점이 특징이다. SWAT 모형이 지표유출성분량을 산정할 수 있고 소유역 분할에 따른 공간모의 및 유역의 비균질 특성을 반영할 수 있는 장점을 이용한 것이며, 또한 일자료를 이용함으로써 단기사상 자료의 오류에 따른 영향을 최소화할 수 있다. 이 방법에 의해 산정된 유출곡선지수는 모형에 의한 유출량 모의치와 관측치의 적합 과정을 거친 것으로 대상 유역의 유출 특징이 반영된 것이다. 본 제안 방법을 충주댐 상류유역에 대해 적용하여 전체유역 및 임의 소유역의 유출곡선지수를 산정하였고, 이를 강우량에 따라 지수함수형으로 감소하는 회귀식을 제시하였다.
남해안 고흥, 해남, 완도, 보길도지역에 분포하는 황칠나무개체군 생육지의 군락구조와 종조성, 그리고 입지환경 등을 조사하였으며, 자생지의 기상요인을 분석하여 생육가능지역을 추정하였다. 황칠나무군락은 종조성의 차이에 의해 구실잣밤나무군과 서어나무군으로 구분되었다. 상대기여도에 의한 우점도값은 전체적으로 동백나무(100.0), 붉가시나무(88.6), 구실잣밤나무(55.8), 황칠나무(41.4), 마삭줄(23.8), 사스레피나무 (19.9), 광나무(11.5) 등 상록활엽수의 분포가 높게 나타났다. 개체군 분포는 서어나무군이 흉고직경 5 cm 미만의 개체가 전체의 94.2%로 구실잣밤나무군(54.2%)에 비하여 대부분 소경목과 유목의 개체로 구성되어 있었다. 생육지의 토양환경은 약산성의 토양산도, 유기물과 토양함수량이 양호하며 배수성이 좋은 지역인 것으로 나타났다. 생육지의 분포 범위는 대체로 연평균기온이 $13^{\circ}C$ 이상, 일 최저기온이 $7.4^{\circ}C$ 이상, 온량지수(WI) $100^{\circ}C{\cdot}month$ 이상, 그리고 연강수량은 1,344 mm 내외로서 우리나라 서남부 도서와 해안에 인접한 상록활엽수림대 지역들이 해당되는 것으로 분석되었다. 황칠나무의 자연생육지에서 확인된 연평균기온 $13^{\circ}C$를 토대로 한 생육가능 등치선은 군산-정읍-광주-진주-포항-영덕을 잇는 선으로 나타났다.
영농형 태양광발전은 태양의 일사량을 전기발전과 영농에 공유하는(solar-sharing) 방식이다. 본 연구는 신재생에너지의 활용의 극대화를 위하여 추적식 영농형 태양광발전시스템을 구축하고 시설하부에서 일정 기간 재배중인 작물의 하부 환경과 생육을 조사하여 영농형태양광 하부작물개발을 위한 기초자료를 확보하고자 하였다. 구축한 추적식 영농형 태양광발전시스템은 4열 6단의 24장 모듈(8m × 6m)을 가지며, 발전시설 중심축 기둥 간 중심간격 14m로 단일지주식 스크루 공법으로 순천대학교 부속농장 답작포(순천시 죽평리)에 설치하여 하부 환경과 하부작물의 생육을 조사하였다. 태양광발전시설 하부작물의 생육을 조사하기 위하여 순천 농협육묘장에서 벼(신동진)를 육묘하여 2022년 6월 16일 이앙하였다. 태양광발전시스템 하부 지역을 4방위 방향에 따라 강음영(중심축으로부터 1~3m), 중음영(5m), 약음영(7~9m) 구역으로 설정하여 생육을 조사한 결과, 방위에 따른 초장은 남쪽에서 음영간 차이가 상대적으로 낮게 나타났으며, 1번기 태양광 발전시설에 의하여 음영이 중첩된 2번기 시설의 동쪽에서 대조구 대비 초장이 상대적으로 낮은 경향을 나타내었다. 음영강도에 따른 초장은 대체로 강음영구에서 낮게 나타났으며, 약음영구로 갈수록 높게 나타났다. 엽수는 방위에 따라서, 그리고 음영의 강도에 따른 차이가 초장에 비하여 작게 나타났다. 출수기의 경우 방위별로는 남쪽에서 음영별 차이가 작게 나타났으며, 음영강도에 따라서 차이를 보였다. 또한 태양광시설 하부에 데이터수집장치(Model 1650, Spctrum Technonogies, USA)를 설치하여 음영에 따른 토양전도도, 토양함수량, 토양온도, par light 등 생육환경을 조사, 비교하였다.
새로운 퇴비화 방법과 메탄 발효잔사에 대한 처리를 모색하기 위해 메탄 발효잔사, 제지슬러지, CMC 슬러지를 $50^{\circ}C$ 고온과 air pump로 공기를 주입하여 고온 호기적 조건하에 퇴비화하였고, 제조된 퇴비로 열무를 대상으로 NPK 시용구, 발효 잔사 퇴비+ NPK(AWC+NPK), 제지 생슬러지 퇴비 + NPK(RSC+NPK), CMC 슬러지 퇴비 + NPK(CSC+NPK)로 처리구를 나누고 비효를 평가한 결과는 다음과 같다. 1) $50^{\circ}C$ 고온 및 공기 주입을 통한 고온 호기 발효는 AWC와 CSC는 3일, RSC는 6일에 속성 퇴비화하여 양질의 퇴비를 생산할 수 있었다. 2) 열무의 생육을 통한 비효 평가는 슬러지 퇴비의 시용이 무처리구와 비교해서 열무의 고른 생육을 유도하여 생체중은 3배 이상, 건물중은 5배 이상의 증가를 보였다. 3) 슬러지 시용에 따른 열무의 시기별 3요소 흡수율은 질소와 칼리는 AWC+NPK가 가장 좋았고, 인산은 CSC+NPK가 초기에, RSC+NPK가 후기 흡수율이 가장 높았다. 4) 3요소 흡수 증가폭이 큰 4주차에 질소는 대조구에 비해, 각 시용구 모두 2~2.7배 인산은 1.8~3배 수준이었다. 5) 최종 수확기까지의 3요소 흡수율은 대조구에 비해 슬러지 퇴비 시용구가 질소은 6.7~9.3배였고, 인산은 17~21배였으며, NPK 시용구는 대조구와 비슷한 수준이었다. 그리고, 칼리는 2~3배 수준으로 높았다. 6) 열무 수확 후 토양은 슬러지 퇴비 시용구의 유기물 함량이 1.5~2.3배 증가되었으며, CEC는 4.5~5.3배의 증가를 보였다. 7) 위의 결과로 고온 호기퇴비화는 높은 함수율의 유기물을 단기간내에 퇴비화할 수 있었고, 이들의 시용은 작물의 수량 증대 및 토양의 물리화학성을 개선시켰으며, 화학비료 과다시용에 따른 영양염류 유출을 방지하여 수질오염을 막고, 장기적으로 화학비료의 시용을 줄일 수 있다고 생각된다.
본 연구에서는 SWAT 모형과 HELP 모형을 이용하여 보청천 유역의 지하수 함양량을 산정하였다. SWAT 모형은 지표수 및 지하수 성분을 모두 고려할 수 있는 물순환 모형이지만, 토양층에 대한 침루과정의 물리적 해석이 미흡하다. 반면에 HELP 모형은 중간유출 및 지하수 유출성분을 모의하지 못하지만, 토양층에서의 비포화흐름을 고려하여 침루과정을 해석할 수 있다. 국내유역에서 함양량 산정을 위해 SWAT 모형은 여러 유역에서 성공적으로 적용되어 왔지만, HELP 모형의 국내유역에 대한 적용은 매우 미흡하였다. HELP 모형의 적용을 위하여 중간유출계수를 제안하였고, 수정된 지수형감쇠 가중함수를 이용하여 지하수 함양량을 산정하였다. HELP 모형의 함양량은 중간유출계수 값에 따라서 많은 차이를 나타내었다. 중간유출계수 값이 0.6인 경우에 HELP 모형과 SWAT 모형사이의 함양량 오차가 가장 작았으며 일, 월, 연단위 등 다양한 시간규모에 대하여 두 모형사이의 함양량은 비교적 잘 일치하였다. HELP 모형은 SWAT모형에 비하여 모형구조가 비교적 간단하고 입력변수가 적게 요구되므로 지하수 함양량 산정에 유용하게 적용될 수 있으며, SWAT 모형과 HELP 모형을 병행하여 적용하면 지하수 함양량 산정의 신뢰도가 향상될 것으로 판단된다.
금호강(영천, 침산교, 팔달교, 달서천, 금호교)에서 널리 군락을 이루고 있는 갈퀴나물의 무기물 및 중금속 함량과 질소고정 활성의 변화양상을 비교 분석하였다. 금호강변 토양은 하류로 갈수록 무기물과 중금속 함량이 증가되었고, 더불어 식물체에도 높은 축적량을 보였다. 갈퀴나물은 비오염지에 비해 오염지역에서 지하부에 비해 지상부가 크게 발달되어 높은 T/R비를 보이면서 군락을 형성하였다. 식물체의 함수량은 생육후기 지상부에서 다소 높게 나타났고, 단위 g당 엽록소함량이 비교적 높게 나타났다. 근류는 4월에 형성되어 6월에 비오염지의 0.3 g/plant에 비해 침산교, 팔달교, 달서천 및 금호교에서 각각 0.27, 0.24, 0.06 및 0.14 g/plant로 최대치를 보였고, 비오염지 영천에서 23.1 μmol. C₂H₄·g fw nodule/sup -1/·h/sup -1/을 보인 근류의 질소고정 활성도 각각 16.8, 15.4, 8.5 및 5.3 μmol. C₂H₄·g fw nodule/sup -1/·h/sup -1/로, 하류지역으로 갈수록 감소된 활성을 보였고, 달서천과 금호교에서 심각한 저해를 보였다. 갈퀴나물은 흡수한 중금속 (Zn, Cu, Fe, Pb 등)을 지하부에서 높은 함량을 유지하였고, 질소함량은 생육후기로 갈수록 초기에 비해 지상부는 감소되었으나 지하부에서 높은 값을 보였다. 한편, 식물체내 총중금속량은 높은 T/R비로 인해 지상부에서 높은 값을 보였다. 흡수한 Ca는 대부분 지상부로 이동시켜 지하부에서 높은 함량을 보인 금속류와는 대조를 이루었다. 결과적으로, 갈퀴나물은 지상부에 높은 Ca함량을 나타내고, 지하부에 높은 중금속함량과 함께 질소의 함량도 높게 유지하면서 오염된 지역에서 생장 적응하는 것으로 판단된다.
지반을 구성하고 있는 매질에 대한 체적함수비 및 포화 정도를 측정하는 것은 지반의 물리적 성질, 강우에 의한 지하수 함량 및 자연 사면 파괴를 이해하는데 매우 중요한 요소 중의 하나이다 이러한 지반의 요소들을 파악하기 위해 전자기파를 이용한 유전율법은 지반의 유전율상수의 특성에 따라 평가되어 지므로 다양한 분야에 적용되고 있다. 본 연구에서는 전자기파의 측정 주파수 범위 1 - 18 GHz를 사용하는 유전율 시스템인 FDR-V (Frequency domain reflectometry with vector network analyzer)를 적용하여 1 GHz와 18 GHz에서의 두 주파수 범위에 대한 표준사 (Standard sand)와 화강풍화토 (Granitic weathered soil)의 밀도, 온도 및 염분농도 의존성에 따른 유전율상수의 반응에 대해 검토하였다. 실험결과에서, 흙의 밀도 의존성은 체적함수비의 증가에 따라 유전율상수도 증가하는 것으로 측정되었으나, 이들의 밀도 의존성은 다소 낮은 것으로 판단된다. 그리고, 1 GHz 실수부 (Real part)에 대한 온도 의존성 실험에서는 온도의 증가에 따라 물과 표준사의 유전율상수는 점진적으로 감소하는 경향을 보이나 에탄올의 유전율상수는 증가하는 것으로 측정되었다. 따라서, 온도 변화에 따른 각 매질의 유전율상수는 측정 온도에 대한 영향을 고려하여야 한다. 염분농도에 따른 유전율상수의 변화는 1 GHz 허수부 (Imaginary part)에서 염분농도의 증가에 따라 유전율상수의 측정치도 함께 증가하는 것으로 나타났다. 이상과 같이, 다양한 조건하에 대한 유전율상수의 의존성들을 기초로 하여 다공질 매질의 특성을 파악하기 위한 FDR-V 시스템의 적용성을 충분히 검토하였다. 결론적으로, 본 연구에서는 1 GHz의 측정 주파수범위 내에서 다공질 매질의 염분오염도를 충분히 정량적으로 측정할 수 있는 것으로 생각된다.
최근 오일샌드와 같은 비전통에너지 개발이 활발히 이루어지고 있는 동토 지역은 지반의 유기물 함유량이 높아 일반적인 지반과 다른 열적·역학적 특성을 지니고 있다. 본 논문에서는 캐나다 앨버타주와 국내 강원도에서 채취한 동토 시료를 대상으로 다양한 실내시험을 통해 유기물 함유량이 토양의 열적 및 역학적 거동에 미치는 영향을 평가하였다. 유기물 함유량이 증가할수록 다짐시험에서 최대 건조단위중량은 감소하고 최적 함수비는 증가하는 경향이 나타났다. 동결 일축 압축시험에서는 동결온도가 낮아질수록 시료의 강도가 증가했으나, 모든 시료는 동결 조건에서 얼음 및 부동수분의 양에 따라 복잡한 거동을 보여 유기물 함유량이 강도에 큰 영향을 미치지 않았다. 열전도도 측정시험에서는 동결 조건에서 비동결 조건보다 열전도도가 더 크게 측정되었고, 이는 물보다 얼음의 열전도도가 더 크기 때문으로 판단된다. 또한, 유기물 함유량이 증가할수록 부동 수분량도 증가하는 경향이 나타났다. 이러한 결과는 극한지 건설 프로젝트에서 지반 공학적 설계 및 시공에 중요한 엔지니어링 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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