• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2009.12a
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• pp.363-366
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• 2009

환경부는 2000년대에 들어 수질오염총량관리제의 정책 도입으로 하천과 호소의 수질개선에 노력을 기울이고 있으며, 개발사업과 관련된 비점오염원에서의 비점오염물질 관리를 요구하고 있다. 포장율이 높은 토지이용 변경사업, 즉 교량, 도로, 고속도로 등의 개발 사업은 특히 비점오염원 관리를 요구하고 있다. 그러나 현재 국내에 적용되고 있는 비점오염저감시설은 대부분 소규모 장치형 시설이며, 유지관리가 어렵고 저감효율이 낮은 단점이 있다. 최근에는 장치형 시설보다 생태친화적인 기능을 가지며 녹색 및 생태축 연결이 가능한 자연형 시설을 적용하는 방향으로 정책이 변화하고 있다. 이러한 조건과 더불어 기후변화에 능동적으로 대응하기 위해서는 교량의 경우 소규모 인공습지를 조성하여 녹색축 연결, 비점오염원 관리가 바람직하다. 따라서 본 연구는 도로와 교량의 녹색축을 연결하고 비점오염물질을 저감할 수 있는 소규모 HSSF 인공습지를 개발하고자 한다. 본 연구를 통해 개발된 소규모 HSSF 인공습지는 입자상 오염물질 제거를 위한 침강지, 용존성 및 미립자의 제거를 위한 습지부로 구성되어 있으며, 녹색축 및 생태공간 확보를 위한 습지의 식생부분이 존재하고 있다. 특히 본 기술은 교량내에서 처리하는 site control 방식으로 외부 유도를 통한 처리기술이 아니기에 비용경제적으로 효율성을 가지고 있다.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.60 no.6
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• pp.65-71
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• 2018

The Long-Term Hydrologic Impact Assessment (L-THIA) model is a quick and straightforward analysis tool to estimate direct runoff and nonpoint source pollution. L-THIA was originally implemented as a spreadsheet application. GIS-based versions of L-THIA have been developed in ArcView 3 and upgraded to ArcGIS 9. However, a major upgrade was required for L-THIA to operate in the current version of ArcGIS and to provide more options in runoff and NPS estimation. An updated L-THIA interfaced with ArcGIS 10.0 and 10.1 has been developed in the study as an ArcGIS Desktop Tool. The model provides a user-friendly interface, easy access to the model parameters, and an automated watershed delineation process. The model allows use of precipitation data from multiple gauge locations for the watershed when a watershed is large enough to have more than one precipitation gauge station. The model estimated annual direct runoff well for our study area compared to separated direct runoff in the calibration and validation periods of ten and nine years. The ArcL-THIA, with a user-friendly interface and enhanced functions, is expected to be a decision support model requiring less effort for GIS processes or to be a useful educational hydrology model.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.283-287
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• 2011

농업비점오염원의 오염원 관리를 위해서는 오염물질의 발생과 운반에 직접적으로 영향을 미치는 농업수문학 기술에 바탕을 두고 우리나라의 집약농업의 특성을 정확히 반영할 수 있는 최적관리방법의 개발과 비점오염저감효과를 검증할 수 있는 현장실험이 수반되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 지표피복재를 이용하여 밭의 토양침투를 증가시고 유속 및 유출량 감소를 통해 토양유실과 비점오염원을 저감하고자 하였다. 실험방법은 실제 영농과 동일하게 무를 재배한 뒤 볏짚거적을 이용하여 밭의 토양 표면을 피복하여 유량과 수질농도를 측정하였다. 연구기간 동안 총 3차례(2010년 9월 9~12일, 9월 21일, 10월 2~3일)의 강우가 발생하였고, 이때 발생한 강우량은 각 359.2 mm, 49 mm, 28.8 mm이였다. 각 시험포에서 볏짚거적으로 인해 저감된 유출량의 저감효율은 볏짚거적을 피복하지 않은 나지상태의 밭 보다 약 33∼75%의 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 75%의 유출률 저감 효과가 가장 크게 나타난 강우사상은 30 mm 이하의 강우가 발생한 10월 2~3일의 강우사상에서 나타났다. 강우량과 강우강도는 28.8 mm와 1.92 mm/hr으로 나타났으며, 이때 발생한 유출량은 나지에서 $0.36\;m^3$, 볏짚거적을 피복한 시험포에서는 $0.08\;m^3$이 발생하였다. 나지상태와 볏짚거적을 피복한 시험포의 오염부하의 값을 비교한 결과 볏짚거적을 피복한 시험포에서 $BOD_5$ 항목은 64.3%, SS 80.8%, $COD_{Mn}$ 66.7%, DOC 80.2%, T-N 56.6% 그리고 T-P 56.1%의 오염부하 저감효과가 나타났다. 본 연구의 결과와 같이 지표를 볏짚거적으로 피복할 경우 시험포에서 유출시작 시간 지연효과와 강우에 의한 첨두유출량 및 유출량 감소 효과가 나타나는 것으로 나타났으며, 연구결과는 농업 비점오염원의 최적관리를 위한 과학적 근거자료 제공 및 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.269-273
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• 2011

본 연구는 도암댐 상류 고랭지 농업지역의 이른 봄철 융설에 의해 발생되는 비점오염 물질의 배출 특성을 규명하고자 수행하였다. 연구는 2010년 2월 중순부터 4월 말까지 수행하였다. 연구지역에서는 2009년 11월 2일부터 2010년 4월 29일까지 눈이 내렸으며, 일 최대 적설량은 2월 11일에 기록된 59.3 cm이고, 총 적설량은 372.1 cm로 나타났다. 연구결과 융설에 의해 발생되는 단위 면적당 유량은 $77.05\;m^3$/ha/day로서 겨울철 평시 유량 $26.99\;m^3$/ha/day에 비해 두배 가까이 증가하였다. 유량의 변화는 기온의 영향을 많이 받는 것으로 나타났으며, 유량의 변화는 탁도와 SS 그리고 $COD_{Mn}$의 농도 변화에 영향을 주는 것으로 조사되었다. 오염물질 항목 중 SS와 COD의 유량가중평균농도는 각각 986.0 mg/L와 16.3 mg/L로서 겨울철 평시 농도보다 크게 증가하였는데, 이는 융설시 발생한 유출수에 의해 미세한 토양입자의 유실과 함께 오염물질도 배출된 결과로 판단된다. 그러나 T-N과 T-P의 농도는 큰 변화가 없는 것으로 조사되었다. 본 연구결과에 기초할 때, 담수호 상류에 위치한 고랭지 지역에서는 겨울철 적설량이 많고 융설에 의한 수질오염 문제가 하는 것으로 판단된다. 따라서 해빙기 융설로 인해 발생되는 비점오염 물질의 정량화에 대한 연구가 체계적이고 지속적으로 수행될 필요가 있다. 특히 우리나라의 겨울철 적설량과 기온은 연도별로 많은 편차가 있고, 연구결과 다량의 오염물질이 배출되기 때문에 융설에 대한 연구는 반드시 수행되어야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.263-263
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• 2011

본 연구에서는 전 세계적으로 급속히 보급되고 있는 비담수재배를 기초로 하는 SRI(System of Rice Intensification) 벼 재배방법을 우리나라의 논 농업에 최초로 적용하여 관개기간동안 유출되는 오염부하량과 기존의 담수재배인 관행 시험포에서 유출되는 오염부하량을 산정하여 저감효과를 비교 평가하였다. 실험처리는 대조구인 담수재배(관행) 1처리(재식거리 $30{\times}15cm$)와 SRI 재배($30{\times}30cm$, $40{\times}40cm$, $50{\times}50cm$) 3처리로 2반복으로 하여 가로 5 m, 세로 15 m 크기의 논 시험포를 총 8개 조성하였다. 그리고 관개기간동안(2010년 5월부터 9월) 관개량, 강우량 그리고 강우 유출량 측정하고 수질시료를 채취하여 오염부하를 산정하였다. 관행재배의 시비와 제초 등의 포장관리는 표준재배법에 준하여 진행하였으며, SRI 재배의 경우 물관리를 제외하고 관행재배와 동일하게 영농관리를 수행하였다. 연구기간동안 총 63회의 강우가 발생하였으며, 이중 20 mm 이상의 강우는 17회로, 일 강우량은 20.5 mm에서 195 mm의 범위를 보였다. 강우 모니터링 결과, 20 mm 이상의 강우에서 유출이 발생하였다. SRI 시험포에서의 유출계수는 0.74~0.83 범위로 관행시험포의 유출계수인 0.83~0.92 범위보다 낮은 값을 보였으며, 시험포에 따라 차이는 있으나 5~13%의 유출수 저감효과를 나타내었다. SRI시험포의 SS, $COD_{Cr}$, $COD_{Mn}$, BOD, TN, TP의 총 오염부하량은 각각 874 kg/ha, 199.5 kg/ha, 47 kg/ha, 13 kg/ha, 36.9 kg/ha, 2.92 kg/ha 로서 관행 시험포의 오염부하량에 비해 15.8~44.1 %의 오염물질 저감 효과를 보였다. 특히 SRI 벼재배기술 적용 시 SS 및 BOD와 같은 유기물의 오염부하량 저감효과가 큰 것으로 나타났다.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.49 no.4
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• pp.13-22
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• 2007

The uncertainty in water quality model predictions is inevitably high due to natural stochasticity, model uncertainty, and parameter uncertainty. An integrated modeling system under uncertainty was described and demonstrated for use in watershed management and receiving-water quality prediction. A watershed model (HSPF), a receiving water quality model (WASP), and a wetland model (NPS-WET) were incorporated into an integrated modeling system (modified-BASINS) and applied to the Hwaseong Reservoir watershed. Reservoir water quality was predicted using the calibrated integrated modeling system, and the deterministic integrated modeling output was useful for estimating mean water quality given future watershed conditions and assessing the spatial distribution of pollutant loads. A Monte Carlo simulation was used to investigate the effect of various uncertainties on output prediction. Without pollution control measures in the watershed, the concentrations of total nitrogen (T-N) and total phosphorous (T-P) in the Hwaseong Reservoir, considering uncertainty, would be less than about 4.8 and 0.26 mg 4.8 and 0.26 mg $L^{-1}$, respectively, with 95% confidence. The effects of two watershed management practices, a wastewater treatment plant (WWTP) and a constructed wetland (WETLAND), were evaluated. The combined scenario (WWTP + WETLAND) was the most effective at improving reservoir water quality, bringing concentrations of T-N and T-P in the Hwaseong Reservoir to less than 3.54 and 0.15 mg ${L^{-1}$, 26.7 and 42.9% improvements, respectively, with 95% confidence. Overall, the Monte Carlo simulation in the integrated modeling system was practical for estimating uncertainty and reliable in water quality prediction. The approach described here may allow decisions to be made based on probability and level of risk, and its application is recommended.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.59 no.3
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• pp.41-50
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• 2017

The purpose of this study were to evaluate the effect of best management practices (BMPs) of Haean highland agricultural catchment ($62.8km^2$) under future climate change using SWAT (Soil and Water Assessment Tool). Before future evaluation, the SWAT was setup using 3 years (2009~2011) of observed daily streamflow, suspended solid (SS), total nitrogen (T-N), and total phosphorus (T-P) data at three locations of the catchment. The SWAT was calibrated with average 0.74 Nash and Sutcliffe model efficiency for streamflow, and 0.78, 0.63, and 0.79 determination coefficient ($R^2$) for SS, T-N, and T-P respectively. Under the HadGEM-RA RCP (Representative Concentration Pathway) 4.5 and 8.5 scenarios, the future precipitation and maximum temperature showed maximum increases of 8.3 % and $4.2^{\circ}C$ respectively based on the baseline (1981~2005). The future 2040s and 2080s hydrological components of evapotranspiration, soil moisture, and streamflow showed changes of +3.2~+17.2 %, -0.1~-0.7 %, and -9.1~+8.1 % respectively. The future stream water quality of suspended solid (SS), total nitrogen (T-N), and total phosphorus (T-P) showed changes of -5.8~+29.0 %, -4.5~+2.3 %, and +3.7~+17.4 % respectively. The future SS showed wide range according to streamflow from minus to plus range. We can infer that this was from the increase of long-term rainfall variability in 2040s less rainfalls and 2080s much rainfalls. However, the results showed that the T-P was the future target to manage stream water quality even in 2040s period.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.56 no.5
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• pp.21-27
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• 2014

Sediment-laden water is problematic in aquatic ecosystem and for hydraulic structures in a watershed, and agriculture area in a watershed is one of source areas of nonpoint source (NPS), since soil surface typically exposures due to agricultural activities. Especially, severe sediment might flow into stream when agricultural area is located near stream like the Imha-dam watershed. Soil erosion is affected by precipitation, therefore there is a need to consider precipitation characteristics in soil erosion and best management practices (BMPs) simulation. The Web-based Spreadsheet Tool for the Estimation of Pollutant Load (STEPL WEB) allows estimating long-term sediment loads and the impact of best management practices to reduce sediment loads. STEPL WEB and predicted precipitation data by MIROC-ESM model was used to estimate sediment loads and its reduction by filter strip and conversion of agricultural area to forest in the future 30 years. The result indicates that approximately 70 % of agricultural area requires filter strip installation or that approximately 50 % of agricultural area needs to be converted to forest, for 41 % of sediment load reduction.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.62 no.4
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• pp.13-22
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• 2020

The Doam Lake watershed has a significant impact on the downstream water system due to nutrients and sediment outflow during rainfall caused by steep slopes, soil losses, and fertilization. These non-point sources are unclear in the discharge area and are affected by land use patterns, soil characteristics, and topographical features of the watershed. Therefore, this study conducted rainfall monitoring from July to October 2019 in Songcheon upstream of the Doam Lake watershed, one of the non-point pollution source management areas. Then, after analyzing rainfall runoff, Event Mean Concentration (EMC) and Mass First Flush ratio (MFFn) were calculated to compare and analyze the characteristics of rainfall and the non-point pollutant discharge. As a result of the analysis, it showed various non-point pollutant emission characteristics for each rainfall event. In addition, the concentration of EMC and the MFFn were affected by the average rainfall intensity and the maximum rainfall intensity, and were not significantly affected by the number of antecedent drying days. In the future, it is expected that effective non-point source reduction measures and management measures according to rainfall intensity through continuous monitoring and analysis will be needed.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.60 no.5
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• pp.55-67
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• 2018

The objectives of this study were to monitor organic farming upland compared with conventional upland field and to evaluate nutrient loads reduction of surface cover effect with long-term historical climate data. APEX(Agricultural Policy Environmental eXtender) model was validated with experimental data and used for assessing surface cover scenarios for 30-year simulation periods. The validated values of RMSE(Root Mean Square Error), RMAE(Root Mean Absolute Error), $R^2$ and E(Nash-Sutcliffe efficiency) for runoff were 1.17-1.37 mm/day, 0.28-0.45 mm/day, 0.88-0.90 and 0.82-0.94 in two treatments, respectively. Those for water quality (nitrogen) were 0.05-0.16 kg/ha, 0.52-0.75 kg/ha, 0.67-0.72 and 0.32-0.70 in two treatments, respectively, and therefore the validated model showed good agreement with the observed runoff and nitrogen load for the study period. When decreasing the surface cover rate of organic farming field to 75%, 50%, 25%, and 0% (conventional field), average annual runoff increased by 7%, 15%, 23% and 31%, respectively. Under same condition of decreasing the surface cover rate, average annual nitrogen loads increased by 1.4 times, 1.7 times, 2.0 times, and 2.3 times compared with organic farming field, respectively. This study showed that it is possible to present an appropriate surface cover ratio to maintain conventional production and minimize nonpoint sources pollution for organic farming system, although long-term monitoring is needed to determine its effects on environmental concerns, crop competition, and other uncertainty.