• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.191-191
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• 2011

우리나라의 수질 관리는 점오염원 관리에 집중되어 왔다. 수계의 수질이 크게 향상되지 않는 이유는 점오염원의 관리가 엄격히 수행되고 있는 가운데 비점오염원의 영향이 큰 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 수문수질 모의가 가능한 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여, 비점오염원 저감을 위한 BMP (Best Management Practice) 시나리오를 작성하여 비점오염 부하량의 저감효과를 모의하였다. SWAT 모형의 적용성 평가를 위해 충주댐 유역 ($6,585.1km^2$)을 대상으로 민감도 분석을 통해 최적의 유출 및 유사관련 매개 변수를 선정하였으며, 1998년 부터 2003년까지의 기간 동안 일별 유출, 월별 수질자료에 대한 보정 및 검증을 실시하였다. 전체 17개 소유역에 대한 검보정에 의해 산정된 수질자료인 TN (Total Nitrogen), TP (Total Phosphorus) 그리고 sediment의 부하량을 파악하여 소유역별 TN, TP, Sediment 오염부하특성을 파악하였고, 이에 대하여 선정한 7개의 BMP 시나리오를 소유역의 오염 특성에 맞게 적용하였다. 선정한 BMP 시나리오로는 Streambank stabilization, Porous gully plugs, Recharge structures, Conservation tillage, Terrace, Contour farming 그리고 Manure incorporation이 있고 각 시나리오는 흐름에서의 침전물 감소, 단기간의 토양침식 저감, 지하수양의 증가, 경작지의 침식감소, 지표유출 저하, 흐름에서의 영양물질 감소를 목적으로 최적의 매개변수를 설정하였다. 이상의 결과를 종합적으로 고찰해 볼 때 SWAT 모형은 실측자료를 바탕으로 비점오염에 의한 하천수질 모의가 가능하며, 이 결과를 가지고 BMP시나리오를 적용하여 비점오염 저감에 따른 하천수질 개선을 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.781-781
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• 2012

본 연구에서는 수문-수질 모의가 가능한 SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 경안천 상류의 별미천 유역($1.21km^2$)을 대상으로 최적관리기법(Best Management Practice, BMP) 적용에 따른 비점오염원 저감효과를 분석하고자 한다. 이를 위해, 별미천 유역내 논($0.049km^2$)과 밭($0.018km^2$) 지역에 대한 BMP 시나리오를 작성하였다. 먼저, 논에서는 계단식(Terrace) 재배 방법을 적용하였으며, 밭에서는 등고선(Contour farming) 재배 방법과 볏짚지표피복 시나리오를 적용하였다. 여기서, 볏짚지표피복 시나리오는 현재 $1276.6m^2$, 경사도 약 3.2%의 콩 재배가 이루어지고 있는 시험포장에서 수행된 결과를 이용하여 SWAT 모형의 지표유출관련 매개 변수를 조정하였다. SWAT 모형의 적용성 평가를 위해, 1:5,000 수치지도로부터 2m DEM(Digital Elevation Model) 및 QuickBird(2006.05.01) 위성영상으로부터 스크린 디지타이징기법(On-Screen Digitizing Method)을 이용하여 총 21개 토지이용항목의 1:5,000급 정밀토지이용도를 작성하고, 농촌진흥청에서 제공하는 1:25,000 정밀토양도를 구축하였다. 또한, 유역출구점에서 자동수위 및 강우량 계측기, 수질측정을 위한 오토샘플러를 설치하여 시간당 수위(유량), 강우 자료와 강우발생에 따른 수질자료(Sediment, Total Nitrogen, Total Phosphorus)를 이용하여 모형의 검보정(2011.06.08 ~ 2011.10.31)을 실시하였다. 모형의 검보정 후, 논에서의 Terrace 및 밭에서의 Contour farming, 밭 시험포장에서의 저감효과가 분석된 지표피복시나리오의 적용을 위한 SWAT 모형의 관련 매개변수를 정의하고, 각 BMP 시나리오별 비점오염원 저감효과를 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.200-200
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• 2020

본 연구에서는 SWAT 모형과 APEX-Paddy 모형의 연계 모델링을 통한 대표 BMP(Best management practice) 적용, 정식시기 및 벼 생육기간을 고려한 시나리오 적용을 통해 농업용수의 관리 및 수질환경 개선 등에 활용할 수 있는 저영향 영농활동을 분석하고자 하였다. 만경강 유역을 대상으로 SWAT 모형을 구축하고 유역 내에 위치한 논 시험포장을 대상으로 강우-유출 및 비점오염원 모니터링 자료를 활용하여 APEX-Paddy 모형을 구축하였다. SWAT 모형과 APEX 모형을 연계하여 유역의 수문, 수질에 대한 정밀한 모델링을 수행하였으며, 이는 저영향 영농활동을 분석하기 위한 필드단위의 정확한 결과를 유역차원에 반영하기 위함이다. 특히, 본 연구에 사용된 APEX-Paddy 모형은 농촌진흥청과 Texas A&M의 공동연구를 통해 개발된 새로운 모형으로서 한국의 논 영농활동 및 담수환경을 반영하여 논에서의 유출 및 비점오염원을 모의할 수 있다. 연계 모형의 적합성 평가를 위해 R² (Determine of Coefficient), RMSE (Root mean square error), NSE (Nash-sutcliffe efficiency)를 사용하였다. 적합성 평가 지표를 분석한 결과, 유출량은 R² 평균 0.91, RMSE 평균 2.87 mm/day, NSE 평균 0.78로 나타났다. T-N 부하량은 R² 평균 0.74, RMSE 평균 59.3 kg/ha/day, NSE 평균 0.50으로 나타났다. 저영향 영농활동 관리방안을 위한 시나리오로 1) 논의 물꼬높이(BMP) 관리 적용, 2) 벼 생육기간 조절을 고려하여 기온변화에 따른 정식시기, 벼 생육기간 등을 조정하여 적용하였다. 기후변화 시나리오는 10개 GCM 모델의 RCP 8.5 시나리오를 통해 분석하였으며, 유역차원의 미래 영향을 분석한 결과, 물꼬관리 BMP에 따라 담수심이 증가되며, 관개량이 감소하고 유출량 10.7%, T-N 11.2% 저감되는 것을 나타냈으며, 벼 생육기간 조절은 BMP보다 상대적으로 효과가 높진 않았지만, 유출량 1.4%, T-N 3.1%의 저감효과를 나타냈다. 따라서 두 가지의 저영향 영농활동 관리방안은 미래기간의 기후변화에 대응하여 농업용수 및 물관리에 도움이 될 것으로 사료된다. 하지만 본 연구결과는 모델링 결과에 의존한 것이며, 추후 지속적인 연구와 보완이 필요하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.355-355
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• 2022

기후변화에 의한 이상가뭄 발생 등을 대비하기 위한 비상용수 또는 대체수자원으로서의 지하수 개발수요가 증가하는 추세에 따라 기저유량 확보 및 수질 개선 방안을 수립하는 것은 지속가능한 수자원 이용·관리 측면에 있어서 매우 중요하다. 지하수 및 기저유량 확보 및 수질 개선을 위해서는 지표-지하수 통합 관리가 필요하며 이를 기반으로 지하수 및 기저유량 변동에 대한 인과관계 파악 및 구체적인 조사가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 지표-지하수에 대한 계절적·시공간적 변동성을 잘 모의할 수 있는 통합 모델을 기반으로 지하수위 변동을 포함한 물수지 분석과 장·단기 유출해석이 정량적으로 분석하고자 하였으며, 평창군 대화면, 만대지구, 신둔천 유역을 대상으로 간벌, BMP, LID를 비롯한 다양한 시나리오에 따른 기저유량 및 수질변화 그리고 오염특성 파악을 수행하였다. 본 연구에서는 지표-지하수 통합 모델링을 위하여 SWAT-MODFLOW 모형을 활용하였으며, 간벌 시나리오의 경우 모형 Source code를 수정하여 간벌의 효과를 모의할 수 있도록 수정하였다. 또한 BMP와 LID의 경우 각 HRU별로 저감시설에 대한 효율 및 매개변수 조정을 통해 효율을 모의하였다. 모형의 입력자료 구축을 위하여 지표 모형의 경우 DEM, 토지이용도, 토양도를 활용하였으며, 지하수 모형의 경우 지하수기초조사자료에 수록된 수리전도도, 비산출율, 비보유율 조사결과를 활용하여 입력자료를 구축하였다. 그 결과 간벌시나리오의 경우 건기시 최소 6.7% 이상의 하천유량, 22.56% 이상의 기저유량, 그리고 0.3 m 이상의 지하수위 확보가 가능한 것으로 나타났다. BMP의 경우 유역면적의 약 7%에 BMP가 설치된 것으로 나타났으며, 이에 따른 하천 말단 SS저감효율은 6.7%로 나타났으나 유량에서는 큰 차이를 나타내지 못하였다. 마지막으로 LID시나리오의 경우 적용 소유역의 강우시 평균유량이 약 29% 감소하였으며 건기시 평균 기저유량이 약 44%이상, 평균 BFI는 약 0.13 증가한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.240-240
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• 2021

최근 기상 이변으로 인한 재해 피해에 따라 기후변화에 대한 경각심이 높아지고 있으며, 국내 농업분야에서는 식량안보와 물이용에 대한 기후변화 영향을 완화할 실질적인 대책이 필요하다. 기후변화 적응 전략으로 생육기간 조절(TDS, Transplanting date shift)이 평가되었으나 유출, 관개량, 쌀 생산량 등에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 본 연구는 기후 변화에 대한 실질적인 적응 전략으로서 TDS뿐만 아니라 대표적인 논 BMP(Best management practice)인물꼬높이 조절(DOR, Drainage outlet rasing)도 평가하고자 하였다. 기후변화 적응 전략 평가를 위한 시나리오는 10개의 GCM과 APEX-Paddy 모형을 사용하여 TDS와 DOR을 조합하여 총 12개 시나리오를 구성하고 기후변화가 유출, 관개량 및 용수생산성에 미치는 영향을 분석하였다. 유출은 각 미래기간 (2020s, 2030s, 2040s) 동안 다르게 나타났으나 현재기간보다 증가하는 추세를 나타냈다. 쌀 생산량은 CO2 상승으로 인해 온도가 상승하면서 지속적으로 감소하였으나, TDS로 인해 상당한 양의 관개량이 절약되는 것을 나타냈다. 또한, DOR에 따라 미래기간의 유출량, 관개 요구량은 크게 감소된 반면 쌀 생산량은 소폭 증가하는 것을 나타냈다. DOR과 40일이 지연된 TDS를 포함하는 RM5 시나리오는 유출 감소 및 용수생산성 증가에 대한 영향이 가장 높은 시나리오로서 본 연구에서 가장 효과적인 BMP(Best Management Practice)로 평가되었다. 본 연구의 결과는 기후 조건을 고려하여 TDS와 DOR의 적절한 조합이 기후 변화의 부정적인 영향을 완화할 수 있을 것으로 시사한다.

• Journal of Environmental Policy
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• v.9 no.1
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• pp.83-107
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• 2010

Urbanized environments are constructed to estimate peak flow and cost savings in response to possible BMP allocation at a watershed scale. The main goal is to explore the proper allocation of sub-watershed level BMPs for peak flow attenuation at a watershed scale. Since several individual site scale BMPs work as a form of aggregated BMPs at a sub-watershed scale, it is a question as to how to properly allocate the sub-watershed level BMPs at a watershed scale. The Hydrological Simulation Program-FORTRAN (HSPF) is set up for a hypothetically urbanized watershed. A peak flow is determined to be the primary variable of interest and targeted to characterize the spatial distribution of aggregated BMPs. Construction cost of a regional pond forms the basis of the economic valuation. The results indicate that when total size of BMPs is constant in the entire watershed, (1) it is most effective to have aggregated BMPs in some upper sub-watersheds while the BMPs in either the mainstem sub-watershed or a single sub-watershed are the least effective choices for peak flow attenuation at a watershed scale; (2) savings exist between allocation differences and reduced peak flow increases cost savings. The largest saving is found in the strategy of aggregated BMPs in some upper sub-watersheds. These findings, however, call for follow-up site specific case studies revisiting the watershed scale impacts of BMP allocation. Then, it will be argued that location and extent of decentralization are considerable policy variables for an alternative stormwater management policy at a watershed scale.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.60 no.4
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• pp.123-132
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• 2018

The purpose of this study was to evaluate the reduction effect of non point source (NPS) pollution in Haean highland agricultural catchment ($62.8km^2$) for 13 BMP scenarios under RCP (Representative Concentration Pathway) 4.5 and 8.5 scenarios. Under the present climate condition, the BMP (best management practices) reduction efficiency of SS (suspended solid), T-N (total nitrogen), and T-P (total phosphorus) showed +25.7%, +4.2%, and +16.1% for VFS (vegetative filter strip), +0.1%, +15.6%, and +5.7% for FC (fertilizer control), and +6.3%, -2.9%, and +3.9% for RSM (rice straw mulching) respectively. In general, effective was the best for SS and T-P reductions, and the FC was the best for T-N reduction. The negative effect of T-N on RSM was induced by increase in infiltration and solute transport to baseflow. Under the future climate change scenarios, the SS, T-N, and T-P reduction efficiency showed the range of +1.9~+11.6%, -1.9~+0.2%, and +5.3~+11.9% respectively. The 3 BMPs (VFS, FC, and RSM) application in the future showed negative and little differences (-0.5~+1.6%) for SS and T-N reduction efficiencies while T-P reduction efficiency showed +0.3~+7.6% comparing with the baseline period. To achieve an increase in the reduction efficiency of future SS and T-N by +2~+10%, the combined application of more than two BMPs is necessary.

• Journal of Applied Biological Chemistry
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• v.57 no.1
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• pp.95-101
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• 2014

Nonpoint pollution sources from agricultural activities are a major cause of water quality impairment. A nutrient management program utilizes farm practices that maintain efficient crop production systems and control agricultural nonpoint pollution sources. The objectives of present study were to identify appropriate best management practices (BMPs) according to changes of cropping system of main upland crop for reducing AGNPs loadings and to simulate the effects of the application of the several BMPs scenarios in Saemangeum watershed. The selected BMP scenarios were: 1) to convert naked barley and hulled barley to hairy vetch or chinese milk vetch, 2) to convert red pepper to soybean crop, and 3) to combine two scenarios, converting naked barley and hulled barley to hairy vetch or chinese milk vetch + converting red pepper to soybean crop. As a result of BMPs application, the crop requirement of nitrogen and phosphorus for upland crop reduced nitrogen by 41% and phosphorus by 47% in scenario 1, whereas scenario 2 reduced nitrogen by 30% and phosphorus by 23%. Overall, scenario 3 reduced nitrogen by 72% and phosphorus by 70% in agricultural non-point pollution sources associated with chemical fertilizer and livestock manure in Saemangeum watershed.