• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.461-461
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• 2017

기후변화 적응 유역 물순환 개선 기술은 기후변화가 진행 중에 있거나 예상되는 지역에 대하여 강우-유출수를 지연, 저류, 침투시켜 지속가능한 물순환체계를 유지 회복하도록 하는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 국내 유역의 특성 및 기후를 반영하기 수월한 물순환 개선 및 평가시스템을 국내 기술로 개발하였다. 개발된 유역 물순환 개선 및 평가시스템은 기존 국가연구개발사업을 통해 개발되고 사업화에 성공한 바 있는 유역 물순환 평가 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)을 수정 및 개선하여 기후변화에 따른 영향을 평가하고 적응 대책을 수립하기 위한 실무적인 소프트웨어이다. 침투트렌치, 식생침투트렌치, 습지, 저류지, 빗물탱크 등의 물순환개선시설에 대한 효과를 평가할 수 있도록 개별시설의 제원에 따른 물순환개선 효과를 정량적으로 평가할 수 있다. 본 연구의 대상유역으로는 팔당댐 상류의 경안천 유역을 선정하였다. 경안천 유역의 기후변화에 따른 물순환 개선 기술 적용을 위해서 기후변화 시나리오 자료는 기상청 수원 측후소의 1976~2099년 FGOALS-s2, HadGEM-ES, INM-CM4 RCP8.5 시나리오를 적용하였으며 분석기간은 2020s(2010~2039), 2050s(2040~2069), 2080s(2070~2099)로 구분하였다. Baseline은 수원 측후소 과거 30년 1971~2000년 자료를 이용하였고 각 시나리오별 수문성분 및 구조적 물순환 개선기술 적용에 따른 수문성분을 비교 분석하였다. 물순환 개선기술 시나리오 중 침투시설 시나리오는 도시 면적의 20%, 설계침투량은 일본 우수저류침투기술협회 기준인 단위면적($1m^2$)당 10mm 적용하였고, 빗물저장시설 시나리오의 저장시설의 용량은 수도법시행규칙(2011)의 빗물 이용시설기준(도시면적 ${\times}0.05$)을 적용하였다. 시나리오별 강우량은 HadGEM-ES가 증가폭이 크게 나타났고 INM-CM4는 2080s에서 감소 경향을 보였다. 증발산량은 거의 모든 시나리오에서 대부분 감소하였고, 개선기술 적용에 따라 크게 증가하거나 감소폭이 줄어들었다. 직접유출량 및 중간유출량은 기후변화 시나리오별 강우증가분에 따른 미세한 증가 양상을 보였고, 개선기술 적용에 따라 약간 증가하는 양상을 보였다. 지하수유출량의 경우 침투시설 적용으로 함양량이 크게 증가함에 따라 증가폭이 매우 크게 나타났다.

• 한국습지학회지
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• 제21권spc호
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• pp.39-50
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• 2019

본 논문의 목적은 기후변화가 북한지역에서 유역규모의 수문순환에 미치는 영향을 평가하는데 있다. 먼저, CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)의 모형인 MRI-CGCM3모델을 선택하였으며, 추계학적 축소기법의 하나인 SDQDM(Spatial Disaggregation-Quantile Delta Mapping)기법을 이용하여 기후변화시나리오 자료를 편의보정 하였다. 또한 관측치와 SDQDM 기법의 적용 전·후의 비교를 통해 SDQDM기법의 타당성을 검토하였다. 또한 기후변화에 따른 극한기후가 북한의 유역규모 수문순환과 유출에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 일반적으로 기후변화에 따른 수문순환을 전망하기에 앞서 분석에 사용되는 유출모형의 매개변수 최적화가 우선적으로 수행되어야 하지만 북한지역은 정치적 이유로 인해 미계측 유역으로 분류되어 있어 관측 유출량 자료를 확보하기 어렵다. 따라서 본 논문에서는 양질의 유출량자료가 있는 남한의 16개 유역을 대상으로 M-RAT모형의 최적 매개변수를 산정하였다. 또한 유역특성변수 간 상관분석을 통해 다중공선성을 고려하였고, 단계적 회귀분석을 통해 미계측 유역에 적용 할 수 있는 매개변수 추정식을 산정하였다. 매개변수 추정식의 검증을 위해 남한의 오십천, 남대천, 용담댐, 영강 유역을 미계측 유역이라고 가정하고 교차검증을 수행한 결과 4개 유역 모두 효율계수 NSE가 0.8이상으로 높은 효율성을 확인하였다. 본 논문에서는 기후변화시나리오와 추정된 유출모형의 매개변수를 이용하여 북한의 압록강 유역의 기후변화에 따른 유역규모의 수문순환과정의 변화를 평가하였다. 분석 결과, 기후변화시 강수량이 증가하였고, 기온상승으로 인해 증발산량의 증가되는 것으로 전망되었고, 유역 내 유역 저류량은 감소하는 것을 확인하였다. 유황 분석결과 Future 1, 2 기간에 풍수량은 증가하고, 갈수량이 감소하고 Future 3 기간에 풍수량과 갈수량이 증가하는 것으로 전망되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.567-577
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• 2015

기후변화와 토지이용변화는 유역의 수문순환의 변화를 초래하여 가용수자원의 변화를 야기 시킨다. 본 연구에서는 안성천 ($371.1km^2$) 유역을 대상으로 SWAT (Soil and Water Assessment Tool)모형을 이용하여 미래기후변화와 토지이용변화가 유출특성에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 미래 기후자료는 IPCC 제 5차 기후변화 평가보고서에서 생산된 RCP (Representative Concentration Pathway, 대표농도경로)기반의 기후변화 시나리오 중 기상청에서 제공한 RCP 4.5와 8.5 시나리오(한반도 영역; 12.5km)를 이용하였다. 기준 년과 비교한 결과 RCP 8.5의 2080s (2060-2099)에서 평균온도가 $4.2^{\circ}C$ 상승하였으며, 강우량은 최고 21.2% 증가하는 것으로 나타났다. 토지이용변화 추세는 CLUE-s (Conservation of Land Use and its Effects at Small regional extent)모형을 이용하여 예측되었고, 도시 면적 증가에 따른 3가지 시나리오(Linear, Exponential, Logarithmic)를 적용한 안성천 유역의 미래(2040s, 2080s) 토지이용도를 구축하였다. 각각의 시나리오에서 도시면적 비율은 2100년에 9.4%, 20.7%, 35%로 예측되었다. 기후변화만을 고려하였을 때 증발산량과 총 유출량은 RCP 8.5의 2080s에서 최고 20.6%, RCP 4.5의 2080s에서 최고 25.7% 증가하는 것으로 나타났다. 또한 토지이용변화만을 고려한 경우 증발산량과 총 유출량은 최고 3.7%, 2.9% 증가하는 것으로 나타났다. 토지이용과 기후변화 시나리오를 모두 적용한 경우 증발산량과 총 유출량은 RCP 8.5 2080s의 Linear 토지이용변화 시나리오에서 최고 19.2% 증가하였으며, RCP 4.5 2080s의 Exponential 토지이용변화 시나리오에서 최고 36.1%증가하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 미래의 유역 수문환경조건 변화에 따른 수자원을 정량적으로 파악할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국습지학회지
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• 제12권1호
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• pp.95-103
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• 2010

유량자료는 물의 순환과정을 규명하고 효율적인 수자원 개발 및 이수 치수 계획 등에 매우 귀중하게 이용된다. 그러나 이러한 유량자료를 확보하는데 많은 시간과 경비 등이 요구되기 때문에 주요 수위에서 유량자료는 수위-유량관계곡선식(Stage-Discharge Curve)을 개발하여 유량을 산정하고 있다. 따라서 수위-유량관계곡선식의 신뢰도는 유량자료의 품질에 절대적인 영향을 미치는 요인으로 작용된다. 수문학을 전공하고 연구하는 많은 학자들은 고품질의 유량자료를 생산하여 신뢰성 있는 곡선식을 개발하고자 유량측정 방법과 기준, 장비개발 및 개량 등에 관한 연구를 수행하고 있다. 현재 국내에서는 다양한 유량측정기기를 사용하여 유량자료를 생산하고 활용하고 있으나, 측정기기별 정확도 및 실험적 측정성과에 대한 연구자료가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 규격화된 콘크리트 수로에 일정한 유량을 흘려보내는 조건에서 다양한 측정기기를 이용하여 유속을 측정하였다. 그리고 이 측정성과를 이용하여 유량을 산정하고 비교분석하였다. 실험을 위해서 국내에서 일반적으로 사용되고 있는 측정기기로 프라이스 유속계(USGS Type AA Current Meter), 휴대용 유량계(Flow Meter), 초음파식 디지털 유속계(ADC), C2 유속계(C2 Small Current Meter), 플로우 트렉커(Flow Tracker), 마그네틱 유속계(Electromagnetic Current Meter) 등의 장비를 사용하여 유량을 산정하였으며, 각 기기별 산정된 유량을 비교 분석 하였다. 비교검토에 적용하고자 측정한 수심으로는 0.30 m, 0.35 m, 0.40 m, 0.45 m, 0.50 m, 0.55 m의 왕복측정 6-Case로 진행이 되었으며, 신뢰성과 정확도를 높이기 위해 도섭법으로 수면에서 0.6d 지점의 유량측정방법(1점법)을 적용하였다. USGS Type AA Current Meter, Flow Meter, ADC, C2 Small Current Meter는 유속측정기기의 검교정을 받았으므로 다른 실험유량측정치의 비교를 위한 기준값으로 사용하였다. 따라서 국내에서 널리 사용되는 측정기기(USGS Type AA Current Meter, Flow Meter, ADC, C2 Small Current Meter, Flow Tracker, Electromagnetic Current meter)별 검토 결과 평균유량 및 평균유속에 있어 프라이스 유속계를 기준으로 마그네틱 유속계 $\pm$ 10 % 이상, 플로우 트렉커 $\pm$ 10 % 미만, 휴대용 유량계, 초음파식 디지털 유속계 및 C2 유속계는 $\pm$ 5 % 미만의 차이가 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국농공학회논문집
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• 제61권6호
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• pp.111-121
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• 2019

작물 증발산량은 수자원 계획 및 관리, 물수지 분석, 작물 관개 계획 및 생산량 추정 등에 널리 활용되고 있으며, 특히 FAO에서 공인한 Penman-Monteith식 (FAO 56-PM)은 잠재 증발산량 산정을 위한 표준방법으로 많이 사용되고 있다. Penman-Monteith식을 이용한 잠재증발산량 산정은 최소온도, 평균온도, 최대온도, 상대습도, 풍속과 일사량인 6가지 항목에 대한 시계열 자료가 필요한데, 결측 또는 미계측된 경우에는 사용이 어려운 단점을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 역전파 신경망(BPNN) 모델을 이용해서 6개 미만의 기상항목으로도 잠재증발산량이 추정가능한지를 확인하였다. 여섯 가지 기상항목을 각각 1~6개의 조합으로 입력자료를 구성하고, BPNN 모델을 이용해서 학습, 검증 및 테스트를 한 결과, 입력 자료가 많아질수록 좋은 결과가 산출되었으며, 일사량, 최대온도와 상대습도만으로도 결정계수($R^2$)가 0.94정도로 비교적 높은 예측결과를 얻을 수 있었다. 또한 산정 오차를 줄이고, 항목간의 상관관계를 높이기 위해서는 역전파 신경망 구조의 적절한 선택이 중요한 것으로 확인되었다. 역전파 신경망 모델을 사용하면 요구되는 기상 항목과 데이터의 양에 대한 제약 없이 예측이 가능할 수 있기 때문에 기준 증발산량 산정에 유용하게 활용될 수 있을 것이며 향후 작물 재배를 위한 적정 관개계획 수립에도 유용하게 사용될 것이라 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1B호
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• pp.11-22
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• 2009

장기유출 해석은 저수지와 댐의 용량 결정, 가뭄대책 수립, 하천유지유량 결정 등의 이수계획과 용수공급을 위한 댐 및 저수지의 물 관리, 수리권의 허가 및 조정, 용수 분쟁 조정 등의 하천 물 관리 실무와 하천, 호소의 수질예측 등에도 필수적이다. 이를 위해 수문학자들은 수자원관리를 목적으로 강우-유출 모형을 가장 널리 이용하고 있으나 실제 유역 내에 위치하고 있는 댐과 저수지 등과 같은 인위적 저류시설물에 대한 고려가 미흡한 실정이다. 각 저류시설물의 수용 및 방류 능력은 국부적으로는 저수지 하류에, 광역적으로는 유역 전체에 상당한 영향을 미칠 수 있으며 이러한 관점에서 볼 때 강우-유출 모형을 이용하여 유출해석 시 유역 내 포함된 저수지나 댐과 같은 시설물을 고려하여 모형을 구성하는 것이 타당하다. 본 연구에서는 과거 집중호우 등으로 홍수피해를 경험한 바가 있으며 농업용 저수지가 다수 위치한 안성천 유역을 대상으로 농업용 저수지가 유출해석에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 본 연구에서는 현재 홍수조절 능력에 대한 논란이 일고 있는 안성천 유역의 농업용 저수지를 고려하여 준 분포형 강우-유출 모형인 SLURP 모형을 구성하고 농업용 저수지의 저류 효과에 따른 하류 지역에 대한 영향성을 검토하였으며, 유출해석 시 모형 내 저수지 반영 여부에 따른 차이에 대하여 비교 분석하였다. 모형 내 저수지를 고려하여 모의한 결과, 강우가 집중되지 않는 봄과 가을철에는 저류효과가 있는 것으로 나타났으나 강우가 매우 집중되는 시기에는 하류로의 유출이 더 크게 모의되어 저수지를 고려하지 않은 경우와 차이를 보였으며, 유황분석을 통해 저수지 유무에 따른 유량변동이 풍수량(95일)과 갈수량(355일)에서 특히 크게 분석되는 결과를 확인 할 수 있었다. 단, 본 연구에서 분석하고자 하는 기흥, 이동, 고삼과 금광 저수지의 자료는 안성천홍수예보시스템 개선(건설교통부, 2007b)에서 조사된 내용에 의거하여 각 저수지별 최대방류량을 입력 자료로 활용하였으므로 실제 저수지 운영에 따른 유출과 유황변동과는 차이가 있을 수 있음을 미리 밝히는 바이다.

• 한국지리정보학회지
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• 제21권4호
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• pp.50-63
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• 2018

급격한 도시화를 겪으면서 자연적인 물순환 체계의 왜곡을 초래하였다. 이러한 물순환 구조의 변화는 기존 수자원 이용 경향을 변화시키며 하천 건천화 현상을 유발하고 있다. 이를 관리하기 위해 건천화 평가 및 예측이 가능한 하천 건천화 영향 평가 기술이 필요하다. 하천 건천화 영향평가 기술 수행을 위해서는 기초자료로써 GIS 기반의 공간자료 구축이 필수적이나, 관련 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 하천 건천화 평가를 위한 GIS 기반의 시계열 공간자료 활용에 대한 연구를 수행하였다. 이에 6개 하천 건천화 영향요소(기상, 토심, 산림밀도 및 높이, 도로망, 지하수 이용량, 토지이용)을 대상으로, 과거 수십년 간의 변화과정을 전국 단위 GIS 자료로 구축하여 연속수문모형 운용에 대한 기초자료로 활용하였다. 이러한 영향요소를 대상으로 시계열에 따라 하천 건천화 원인을 분석하고 해석할 수 있는 분포형 연속수문모형 기반의 DrySAT을 활용하여 하천 건천화 영향요소별 연유출량 및 건천화 평가를 수행하였다. 그 결과, 다른 요소들은 고려하지 않고 주어진 기상 조건하에 연유출량은 기본값 977.9mm로 산출되었다. 반면, 토심 감소, 산림 높이 증가, 도로 개발 증가, 지하수이용량 증가, 토지이용 개발변화를 고려하였을 때의 연평균 유출량은 각각 1,003.5mm, 942.1mm, 961.9mm, 915.5mm, 1003.7mm로 산출되었다. 산출된 결과는 하천건천화의 주요 원인으로서 지표유출량을 증가시켜 하천유량을 감소시키는 토심의 감소, 지표유출량을 감소시키는 산림 밀도의 증가, 지표하유출량을 감소시키는 도로의 증가, 기저유출량을 감소시키는 무분별한 지하수 개발과 지하수이용량의 증가, 지표유출량을 증가시키는 불투수지역의 증가를 들 수 있다. 또한, 하천 건천화 정의 및 등급 범위를 통해서 건천화 등급에 따라 표준유역별로 나타내었으며, 기상, 토심 감소 고려, 산림 높이 증가, 도로 개발 증가, 지하수이용량 증가, 토지이용 개발변화를 고려하였을 때의 건천화 등급은 각각 2.1, 2.2, 2.5, 2.3, 2.8, 2.2로 나타났다. 기본값인 강우조건을 제외한 5개 하천 건천화 영향요소에 대한 건천화 영향순위는 지하수 이용량 변화에 대한 건천화 영향이 제일 컸으며, 산림 밀도 변화, 도로 건설 변화, 토지이용 변화 및 토심 변화 순으로 나타났다. 향후 전국 하천 건천화 평가시스템 개발을 통해 6개 하천 건천화 영향요소에 대한 미래 자료 변화 및 이에 대한 건천화의 진행전망 등 시스템에 의한 평가결과를 토대로 맞춤형 하천 건천 관리 및 방지 방안을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권5호
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• pp.1477-1488
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• 2014

도심지 불투수성 포장의 증가로 지하수위 저하, 생활용수 부족 등의 물과 관련된 다양한 환경문제가 점차 심화되고 있으며, 이를 해결하기 위해 빗물 저류조가 설치되어지고 있다. 빗물 저류조는 지반 저류층에 강우 유출수를 저장하여 향후 갈수기에 이용할 수 있어 도심지의 원활한 물순환에 도움이 된다. 그러나 도심지의 초기 강우는 다량의 비점오염물질을 포함하고 있으므로, 초기 강우를 빗물 저류조에 저류하기 전에 빗물에 포함된 오염물질을 정화하기 위한 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 초기 강우의 오염물질 정화를 위해 경제성과 비점오염물질 제거효율 측면에서 우수한 토양여과기술을 적용한 빗물 저류조의 전처리시설인 모래 여과층에 대한 정화효율 및 적용성을 실내 시험과 현장 시험을 통해 평가하였다. 실내 시험은 $20cm{\times}30cm{\times}60cm$의 규격으로 제작된 챔버에 3종류의 각기 다른 모래 여과층을 조성한 후 인공 강우를 유입하는 과정으로 진행되었으며, 유출된 오염수의 TSS (총 부유물질)와 COD (화학적 산소요구량)를 측정하여 모래 여과층의 정화효율을 평가하였다. 또한 폐색 현상으로 인한 모래 여과층의 투수계수 변화를 간접적으로 평가하였다. 실내 시험을 통하여 비점오염물질 정화에 적합한 여과층을 제시하였으며, 이를 현장 빗물 저류조에 시험 시공하여 선정된 여과층의 적용성을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.254-258
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• 2006

경제발전 과정에서 급격한 도시화로 인해 건기의 하천 수량은 줄어들고, 비점오염 발생량은 증가하였으며 심지어 하천이 복개되고 직강화되어 홍수 피해 및 수질오염은 더욱 증가하고 있다. 다행히 최근 소득수준의 증가와 여가시간이 확대됨에 따라, 그 동안의 도시화와 산업화로 인한 오염된 하천을 다시 복원하려는 운동이 활발하게 진행되고 있다. 안양천은 이 같은 하천 중 가장 대표적인 하천 중 하나이다. 본 연구에서는 다속성선택법(CE: choice experiments)을 적용하여 안양천이 어떠한 속성을 갖고 있으며 각각의 속성에 대해 안양천 유역주민들의 사회적인 경험과 인식, 그리고 각 속성의 수준간의 상쇄관계(trade-off)를 고려함으로써 소비자선호에 근거한 한계가치(marginal value)를 추정하였다. 2차례에 걸친 예비조사를 통해 안양천이 가진속성을 홍수피해위험, 가뭄시 하천유량, 수질등급, 하천형태로 설정하였고 설문지 작성을 위해 개별 속성들간의 직교성(orthogonality)을 보장해 주는 주효과 직교설계(orthogonal main effects design) 방법을 이용하였다. 작성된 설문지를 이용해 안양천 유역 10개 지자체 거주민을 대상으로 설문조사를 실시하였고 설문조사 결과를 통해 추정된 각 속성에 대한 가구당 매월 한계지불의사액은 하류구간의 잠재적 홍수피해(PFD가 0.5)가 보통일 경우는 1,764.8원/월, 낮을(PFD가 0.5이하) 경우는 1,783.8원/월, 가뭄시 하천수가 목표유지유량보다 는 작지만 매말라 있지 않은 경우에는 1,496.8원/월, 가뭄시 하천수가 목표유지유량 이상 유지될 경우에는 2,274.9원/월, 수질 등급 3등급일 경우 1,721.5원/월, 수질 등급 2등급일 경우 1,764.4원/월, 하천둔치를 체육공원과 산책로를 조성할 경우 2,078.1원/월, 하천둔치를 자연친화형 하천으로 보존할 경우 2,441.7원/월으로 분석되었다. 또한 추정된 가구당 매월 한계지불의사액을 통해 각 지자체별 정책대안의 기대효과에 대한 편익을 추정하였다. 각 기대효과는 치수, 수량확보, 수질, 생태로서 각각의 기대효과에 대해 가장 높은 편익을 나타내는 것은 부천시의 하수처리장 건설로서 이는 매년 926.8억원의 편익이 발생되며 그 다음으로는 부천의 하수관거정비(역곡)로서 이는 매년 601.5억원의 편익이 발생하는 것으로 추정되었다.

• 한국물환경학회지
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• 제33권4호
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• pp.434-440
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• 2017

In order to understand the characteristics of phosphorus in the paddy field, this study analyzed $PO_4-P$ and T-P concentrations of irrigation water, flooding water, and runoff from 2008 to 2010. The variation of phosphorous form within hydrologic cycle around the rice paddy field was investigated using the ratio of $PO_4-P$ to TP. In addition, the correlation between pH, EC, and DO in flooding water was analyzed and the factors affecting phosphorus form in paddy field were investigated. The concentration of T-P in flooding water was high during the survey period, and the concentration of T-P in runoff was assumed to be decreased by dilution due to irrigation and rainfall. On the other hand, the ratio of $PO_4-P$ to T-P was lower in flooding water than those of irrigation water and runoff, which was interpreted to be due to the fact that the phosphorus fertilizer was applied in the paddy field but the adsorption was rapidly occurred to the paddy field by the soil. The similar proportions of $PO_4-P$ to T-P in flooding water and runoff suggest that the form of phosphorus outflowed from the paddy is influenced by the form of phosphorus in the flooding water of paddy field. In addition, DO concentration in flooding water showed negative correlation with the concentrations of $PO_4-P$ and T-P. The effort to survey frequent irrigation water quality data is required for the analysis of phosphorus behavior in the paddy water system since concentration of phosphorous and DO in irrigation water would influence rhe form of phosphorous in flooding water and subsequent runoff.