• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.53 no.2
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• pp.67-74
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• 2011

This research focused on the investigation of runoff and nonpoint sources (NPS) pollution characteristics from small soil box plots treated by livestock waste composts. An indoor rainfall simulation was performed over the plots for 60 minutes. Simulated rainfall intensities were 32.4, 43.2, 50.3 and 57.1 mm/hr respectively. Slope of soil box plots was $10^{\circ}$ and $20^{\circ}$, respectively. Rainfall simulation replicated 5 times and the experiment was conducted every four days five times. As the slope of soil box increased, NPS pollution loads increased. And as rainfall intensity was increased from 32.4 to 57.1 mm/hr, NPS pollution loads gradually increased, too. Discharge of NPS pollution loads was the largest in the first simulation and thereafter decreased gradually. Discharged BOD load to the total applied load from $10^{\circ}$ plots, ranged 0.2 to 0.7 %, was 8.4 to 50.0 % lower than slope $20^{\circ}$ plots. When the application rate increased twice, the increase of pollution load was between 1.7~5.7 times. Analysis of Pearson's correlation coefficient showed that organic matter content in pig compost and NPS pollution loads were correlated well. While under liquid compost application, the correlation coefficients between them were not good. It was concluded that application of livestock resources need to consider long-term weather forecast and if necessary, NPS reduction measures must be preceded in order to reduce NPS pollution discharge.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.888-888
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• 2012

본 연구는 3년(2008~2011년)간의 연구기간동안 저탄장에서 발생하는 유량과 수질농도를 분석하여 저탄장의 비점오염 유출특성을 파악하고자 하였다. 연구지점은 강원도 태백시에 위치한 가행 광산으로써 광산작업으로 인해 생산되는 비축탄(석탄과 광재)을 저장하는 대규모 저탄시설이다. 저탄장에는 강우로 인해 발생하는 강우유출수의 오염물질 배출량을 줄이기 위해 콘크리트 배수로와 침사지 시설이 설치되어 있다. 침사지를 거쳐 하천으로 유입되기 전에 강우유출수의 모니터링을 위해 모니터링 시설(유량계, 자동수질시료채취기, 강우량계)을 설치하여 유량과 농도를 측정하였다. 또한 정확한 강우량 측정을 위해 자기우량계를 설치하였다. 연구결과 강우에 의해 유출이 발생한 최저 강우량은 6.0 mm 인 것으로 나타났으며, 강우사상의 강우량은 6.0~248.4 mm의 범위로 나타났다. 이때 평균 강우강도는 0.6~13.1 mm/hr 인 것으로 나타났으며, 강우에 발생한 강우유출수의 유출률은 0.02~0.40으로 나타났다. 저탄장의 경우 저탄장의 표면을 비닐 캔버스로 덮어두기 때문에 불투수층이 많아 6.0 mm 정도의 적은양의 강우가 발생해도 유출이 발생하는 것으로 나타났다. 각 강우사상의 EMC 농도는 SS 6.5~712.3 mg/L, $COD_{Cr}$ 11.6~263.9 mg/L, $COD_{Mn}$ 3.4~106.8 mg/L, $BOD_5$ 1.0~56.0 mg/L, TN 0.145~5.600 mg/L, TP 0.101~2.526 mg/L, DOC 0.6~22.0 mg/L로 나타났다. 저탄장에서 측정된 수질농도는 기존 가행 광산에 관한 연구에 비해 SS 농도가 낮게 산정 되었으며, 이는 저탄장에 설치되어 있는 침사지 시설의 영향인 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 저탄장에서 발생하는 비점오염원의 유출특성을 파악하고, 모델링이나 환경정책에 필요한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 강우량, 면적, 피복율 또는 침사지 시설 등의 영향에 대한 추가적인 모니터링을 통한 다각적인 분석의 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.321-326
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• 2012

장기유출모형을 이용하여 농업용저수지 유입량을 예측하고 농업용수 필요수량 및 홍수기 저수지 홍수조절을 통한 방류량 데이터를 이용하여 장기간에 대한 농업용저수지 저수율을 계산하였다. 계산결과와 실측 저수율 데이터의 비교 검증을 통하여 모형의 적용성을 평가하였다. 대상유역은 담양댐 지점이며 유역면적은 $47.2km^2$ 이며 주 하천 연장은 12.0km 이다. 담양댐은 저수용량에 비하여 유역면적이 작기 때문에 댐 계획 당시 순창군 구림면에 유역면적 $18.4km^2$ 인 2개의 보를 축조하여 유역변경방식으로 간접유역 유출량을 비관개기 및 홍수시에 도수하며 최대 도수량은 $10m^3/s$이다. 장기유출모의는 한국수자원공사(2001)에서 수행한 전역최적화기법인 콤플렉스 혼합진화기법을 통하여 추정된 나주지점의 모형보정 성과를 활용하였으며 모의기간은 1981-2010년(30년)이다. 장기유출모의 결과 담양댐 유역의 평균 유출율은 67% 인 것으로 분석되었다. 농업용수 필요수량은 한국농촌공사에서 산정한 연도별 필요수량 산정결과를 이용하여 실측 농업용수 월별 방류량 자료를 기준으로 관개개간인 4월 21일-9월 20일(163일)동안 월별로 분배하여 적용하였다. 홍수조절은 기존 댐 상시만수위, 홍수기제한수위 데이터를 근거로 운영하였다. 일별저수지 운영모형은 미공병단의 HEC-5 모형을 이용하였으며 한국농어촌공사 농촌용수종합 정보시스템(RAMIS)의 댐 일별 저수율 현황과 기존저수지 일별 저수지 모의운영결과를 비교 검증하였다. 모형수행결과 실측저수율과 모형수행결과의 상관계수는 0.93 인 것으로 분석되었다. 연구결과, 장기유출모의 결과와 연계하여 농업용수, 하천유지용수, 홍수조절을 고려한 저수지 운영을 통하여 비교적 정확하게 농업용저수지 저수율을 예측할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구성과를 바탕으로 농업용저수지의 장기적인 용수수급현황을 예측하여 효율적인 용수공급계획을 수립할 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.975-975
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• 2012

최근까지 용수확보와 홍수예방, 하천환경관리 등의 목적으로 많은 댐이 건설되어 왔으며 이러한 댐 건설은 주변지역의 자연 및 사회 환경의 변화를 유발하게 된다. 이는 구체적으로 유출특성의 변화로 나타나며 유출특성의 변화는 수자원의 계획과 관리 측면에 상당한 영향을 끼친다. 따라서 정확한 장기유출량의 예측은 이수 측면에서 대단히 중요하며 이에 대한 신뢰성 있는 해석이 수행되어야 한다. 본 연구에서는 SWAT 모형을 이용하여 댐 건설에 따른 유역의 장기유출특성변화를 분석하였다. 충주댐 상류유역을 대상으로 분석기간을 댐 건설 전(1975~1985년)과 댐 건설 후(1986~1995년, 1996~2005년)로 나누어 적용하였고, 해당 관측소에서 제공하는 수문 기상자료와 지형자료를 이용하여 입력자료를 구축하였다. SWAT 입력 모형의 최적값을 결정하기 위해 유출총량 및 첨두유량 감쇄곡선 형태에 영향을 미치는 유출관련 매개변수를 선정하여 보정하였고, 유역 최종 출구점인 충주댐 지점에서의 일 유출자료에 대해 관측치와 모의치를 비교하였다. 그 결과 상관계수는 0.89와 0.71, 모형효율은 0.87과 0.76으로 매우 양호한 결과를 보였으며 이는 SWAT 모형이 장기 유출 모의에 있어 안정적 결과를 제공함을 판단할 수 있었다. 보정된 결과를 바탕으로 장기유출모의결과 계산평균유량과 계산첨두유량 모두 관측결과와 상대오차 10%이하의 만족스러운 결과를 보였으며 댐 건설 전 후의 유출특성 비교결과 전반적으로 댐 건설 이후 유출률이 증가하는 특성이 나타났다. 댐 건설 후 나타나는 유출률 변화를 규명하고자 수문성분별 모의를 실시하였으며 그 결과 지표유출이 4% 증가 하였고 증발산량이 3% 감소하였다. 이는 대상유역의 도시화에 의한 불투수면적의 증가와 산림면적 감소 때문으로 추정되며, 이로 인하여 댐 건설 후 유출률이 소폭 증가하였음이 판단된다. 이상의 결과들로부터 SWAT 모형은 장기 일 유출량 추정 및 유역 전반의 통합관리 측면에서 적용성과 활용성이 우수하다고 판단되며 댐 건설로 인한 자연환경의 변화는 유역의 유출특성의 변화에 영향을 준다는 결론을 얻을 수 있었다. 이러한 결과를 확장하여 댐 건설 이외에 다양한 요소들을 모형에 적용하고 유역개발에 따른 수문환경의 전반적인 변화에 대한 유출평가가 필요하다고 판단된다.

• Economic and Environmental Geology
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• v.32 no.6
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• pp.633-644
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• 1999

Gully pot is a part of urban darainage system to butter the runoff water fluxes from road to rivers and to minimize environmental pollution by prevending over the surrounding area. A series of studies have been carried out concerning the physicochemical characteristics of the sewage sludge sediments sttling down in such a gully pot in order to over to evaluate the contamination for heavy metals such as pb, Zn, Cu and Cd. The roadside soil and sewage sludge samples from gully pots were characterized by XRD analyses and sequential extraction : Zn 2595.7$\mu$g/g; Cd9.8$\mu$/g; Cu602.5$\mu$g/g; Pb260.0$\mu$g/g),because of a long-term accumulation of vehicle- and industrial-related pollutants. Mean Zn concentration in Yeouido (3873$\mu$g/g) and Junggu(3262$\mu$g/g)areas are 4-5 times higher than those in Dobonggu area, suggesting that Zn may be derived from automobile traffic (including the rubber of automobile tires). The mean concentrations of Cu and Cr are very significantly high in Junggu and Gurogu areas, possibly due to the industrial activities in these areas. The low Pb levels throughtotut the whole study areas in Seoul can be accounted for the use of unleaded gasoline since 1987. Sequential extraction experiments illustrate that a major part of Zn is bound to FII and FIII, representing about 88% of the total Zn concentration. Fraction IV, related to orgnic matter, is mostly significant for Cu accounting for 60% of the total Cu, and FII is next in importance. The main carriers of Pb are the fractions III, II and FIV, and in that order. The behavior of Cd is quite different from other elements (Zn, Cu, Pb), and most of the Cd is associated with FV. Changes in the physicochemical environments (such as acidification) may result in severe environmental pollution of surface water and rivers with respect to heavy metals (especially Zn and Cu).

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.413-413
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• 2022

본 연구에서는 통계적 방법으로 도출된 장기 기상예측정보를 이용하여 유역에서의 유출량 전망 가능성을 검토하였다. 먼저 한강권역의 월 강수량과 기온에 대해 글로벌 기후지수와의 원격상관성을 기반으로 다중회귀모형 기반의 통계적 예측모형을 구성하여 미래기간(1~12개월)에 대한 월 단위 기상예측정보를 도출하였다. 월 단위로 도출된 강수량과 기온은 통계적 상세화 기법을 통해 한강권역 주요 ASOS 관측소 지점별로 일 단위 강수량과 기온자료로 변환하였으며, 상세화된 일 자료를 유역모형인 SWAT의 입력자료로 활용하여 경안천 유역의 미래기간에 대한 유출량을 도출하였다. 유출량 예측성을 평가하기 위하여 과거기간(2003~2021년)을 대상으로 관측유출량과 예측기상정보로부터 산출된 예측유출량을 비교하였다. 각 월별로 예측된 유출량의 중앙값과 관측값의 적합도를 분석한 결과, PBIAS는 -5.2~-2.7%, RSR은 0.79~0.91, NSE는 0.34~0.38, r은 0.59~0.62로 강수량 및 기온의 예측성에 비해 낮게 나타났다. 전 기간에 대해 월별로 분석한 예측결과에 대한 3분위 확률은 5월, 6월, 7월, 9월, 11월은 평균 42.8%로 예측성이 충분한 것으로 나타났으나, 나머지 월에서의 평균 예측성은 17.3%로 매우 낮게 나타났다. 상세화된 기상정보를 이용하여 유역모델링을 통해 산정한 유출량에 대한 전망 결과는 기상예측결과에 비해 상대적으로 예측성이 낮은 것으로 분석되었다. 이는 관측값 자체에서 나타날 수 있는 불확실성에 기인할 수도 있으며, 유출량에 지배적인 영향을 주는 강수량의 예측성에 대한 문제가 유역 모델링 과정에서 증폭되어 나타나는 문제일 수도 있다. 또한 지점별 일 자료로 상세화되는 과정에서의 불확실성, 우리나라 여름철 유출량 변동성 등 여러 가지 요인이 복합적으로 영향을 주어 나타나는 것으로 생각된다. 향후 다양한 대상유역에 대한 검토와 기상예측모형의 보완, 상세화 과정에서의 불확실성 해소 등을 통해 예측성을 개선할 계획이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.37-37
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• 2022

유효우량 산정을 위하여 국내에서 주로 사용되는 모형은 NRCS-CN(Natural Resources Conservation Service - curve number) 모형으로, 유역의 유출 능력을 나타내는 유출곡선지수(runoff curve number, CN)와 같은 NRCS-CN 모형의 매개변수들은 관측 강우-유출자료 또는 토양도, 토지피복지도 등을 이용하여 유역마다 결정된 값이 사용되고 있다. 그러나 유역의 CN값은 유역의 토양 상태와 같은 환경적 조건에 따라 달라질 수 있으며, 이를 반영하기 위하여 선행토양함수조건(antecedent moisture condition, AMC)을 이용하여 CN값을 조정하는 방법이 사용되고 있으나, AMC 조건에 따른 CN 값의 갑작스런 변화는 유출량의 극단적인 변화를 가져올 수 있다. NRCS-CN 모형과 더불어 강우 손실량 산정에 많이 사용되는 모형으로 Green-Ampt 모형이 있다. Green-Ampt 모형은 유역에서 발생하는 침투현상의 물리적 과정을 고려하는 모형이라는 장점이 있으나, 모형에 활용되는 다양한 물리적인 매개변수들을 산정하기 위해서는 유역에 대한 많은 조사가 선행되어야 한다. 또한 이렇게 산정된 매개변수들은 유역 내 토양이나 식생 조건 등에 따른 여러 불확실성을 내포하고 있어 실무적용에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는, 현재 사용되고 있는 강우손실 모형들의 매개변수를 추정하기 위한 방법을 제시하고자 하였다. 본 연구에서 제시하는 방법은 인공지능(AI) 기술 중 하나인 딥러닝(deep-learning) 기법을 기반으로 하고 있으며, 딥러닝 모형으로는 장단기 메모리(Long Short-Term Memory, LSTM) 모형이 활용되었다. 딥러닝 모형의 입력 데이터는 유역에서의 강우특성이나 토양수분, 증발산, 식생 특성들을 나타내는 인자이며, 모의 결과는 유역에서 발생한 총 유출량으로 강우손실 모형들의 매개변수 값들은 이들을 활용하여 도출될 수 있다. 산정된 매개변수 값들을 강우손실 모형에 적용하여 실제 유역들에서의 유효우량 산정에 활용해보았으며, 동역학파 기반의 강우-유출 모형을 사용하여 유출을 예측해보았다. 예측된 유출수문곡선을 관측 자료와 비교 시 NSE=0.5 이상으로 산정되어 유출이 적절히 예측되었음을 확인했다.

• Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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• v.45 no.6
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• pp.1173-1178
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• 2012

Water competition among domestic, industrial and agricultural sectors has been gradually heightened recently in Korea as the lack of water supply is expected in the near future. About 46% of nation's water use is consumed in paddy farming to produce rice. And the conservation of water resource and quality in agricultural sector is a pending issue in the nation's long term water management plan. New paddy rice farming techniques that use significantly less irrigation water are urgently required. System of Rice Intensification (SRI) that is now well known to produce more rice with less water consumption has not been tried in Korea yet. And environmental effect of SRI on greenhouse gases (GHGs) has not been well investigated. The objective of this study was to measure the effect of SRI on GHGs as well as water use and rice yield in a Korean paddy condition. Three experimental runoff plots $5{\times}15m$ in size were prepared at an existing paddy field. Runoff, GHGs emission and water quality were measured during the 2011 growing seasons while a Japonica rice variety was cultivated. Rice plants grew better and healthier in SRI plots than in continuously flooded (CF) and intermittently drained (ID) plots. Rice yield from SRI plots increased 112.8 (ID)~116.1 (CF)% compared with CF and ID plots. Irrigation requirement of SRI plots compared to CF plot reduced by 52.6% and ID plot reduced by 62.0%, meaning that about 37.9~47.4% of irrigation water could be saved. GHGs emission from SRI plots reduced by 71.8% compared to that from CF plot and by 18.4% compared to that from ID plot, meaning that SRI could help contribute to ease the greenhouse gas accumulation in the atmosphere. It was believed that SRI is a promising paddy farming technique that could increase rice yield, and reduce irrigation water requirement and GHGs emission not just in Korea but also other rice farming countries all over the world. However, it was recommended that long term studies under different conditions including rice variety, soil texture, water source, climate need to be conducted for reliable data for the development of environmental policies related to GHGs emission control and management.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.10
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• pp.795-805
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• 2021

In this study, after developing an LSTM-based deep learning model for estimating daily runoff in the Soyang River Dam basin, the accuracy of the model for various combinations of model structure and input data was investigated. A model was built based on the database consisting of average daily precipitation, average daily temperature, average daily wind speed (input up to here), and daily average flow rate (output) during the first 12 years (1997.1.1-2008.12.31). The Nash-Sutcliffe Model Efficiency Coefficient (NSE) and RMSE were examined for validation using the flow discharge data of the later 12 years (2009.1.1-2020.12.31). The combination that showed the highest accuracy was the case in which all possible input data (12 years of daily precipitation, weather temperature, wind speed) were used on the LSTM model structure with 64 hidden units. The NSE and RMSE of the verification period were 0.862 and 76.8 m³/s, respectively. When the number of hidden units of LSTM exceeds 500, the performance degradation of the model due to overfitting begins to appear, and when the number of hidden units exceeds 1000, the overfitting problem becomes prominent. A model with very high performance (NSE=0.8~0.84) could be obtained when only 12 years of daily precipitation was used for model training. A model with reasonably high performance (NSE=0.63-0.85) when only one year of input data was used for model training. In particular, an accurate model (NSE=0.85) could be obtained if the one year of training data contains a wide magnitude of flow events such as extreme flow and droughts as well as normal events. If the training data includes both the normal and extreme flow rates, input data that is longer than 5 years did not significantly improve the model performance.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.12
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• pp.999-1009
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• 2022

The Chuncheon Mullori area is an underprivileged area for water welfare that does not have a local water supply system. Here, water is supplied to the village by using a small-scale water supply facility that uses underground water and underground water as the source. To solve the problem of water shortage during drought and to prepare for the increasing water demand, a sand dam was installed near the valley river, and this facility has been operating since May 2022. In this study, in order to evaluate the reliability of water supply when a sand dam is assumed during a drought in the past, groundwater runoff simulation results using MODFLOW were used to generate inflow data from 2011 to 2020, an unmeasured period. After performing SWAT-K basin hydrologic modeling for the watershed upstream of the existing water intake source and the sand dam, the groundwater runoff was calculated, and the relative ratio of the monthly groundwater runoff for the previous 10 years to the monthly groundwater runoff in 2021 was obtained. By applying this ratio to the 2021 inflow time series data, historical inflow data from 2011 to 2020 were generated. As a result of analyzing the availability of water supply during extreme drought in the past for three cases of demand 20 m³/day, 50 m³/day, and 100 m³/day, it can be confirmed that the reliability of water supply increases with the installation of sand dams. In the case of 100 m³/day, it was analyzed that the reliability exceeded 90% only when the existing water intake source and the sand dam were operated in conjunction. All three operating conditions were evaluated to satisfy 50 m³/day or more of demand based on 95% reliability of water supply and 30 m³/day or more of demand based on 99% of reliability.