• 한국수자원학회논문집
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• 제47권10호
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• pp.973-983
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• 2014

본 연구는 밭경지 현장실험을 통해 다양한 초생대 초종을 적용하여 밭의 비점오염저감효과 분석 및 초생대에 적용 가능한 적합한 초종을 선정하고자 하였다. 경북 군위군에 위치한 면적 $1,500m^2$, 경사 5%의 밭경지를 선정하여 시험포를 조성하였으며, 시험포내에는 대조구 1개와 초생대 처리구 6개로 구성된 총 7개의 시험구를 조성하였다. 츄파, 피, 바랭이, 잔디, 톨페스큐, 켄터키블루그라스를 포함하는 6개의 초종을 선정하여 초생대 실험을 수행하였다. 현장실험 결과 대조구 대비 초생대의 유출저감효과는 6.1~77.8%였으며, 비점오염저감효과는 TS의 경우 15.6~90.3%, T-P의 경우 49.9~96.6%, T-N의 경우 6.7~91.1%를 나타내었다. 전체 오염인자 중에 초생대로 인해 전반적으로 높은 비점오염저감 효과를 나타낸 것은 TS, T-P, T-N, SS인 반면, BOD, TOC와 $NO_3^-$는 낮은 저감효과를 보였다. 비점오염저감 및 유지관리측면에서 가장 유리한 초생대 초종은 잔디로 평가되었다. 본 연구결과를 통해 우리나라 농촌지역 밭 비점오염저감을 위한 관리기법으로 초생대가 효과적으로 활용가능하리라 사료되며, 보다 장기적이고 다각적인 현장실험을 통해 초생대 현장적용을 위한 설계 지침서 개발이 요구된다.

• 한국농공학회논문집
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• 제60권4호
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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.

• 한국농공학회논문집
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• 제56권5호
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• pp.89-99
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• 2014

The goal of this study was to evaluate sediment reduction effects of VFS (vegetative filter strip) applied for Iksan area in Saemangeum watershed. This study simulated runoff and sediment load from different types of uplands using VFSMOD-W. The general upland characteristics of the study area was investigated to build reasonable scenarios of the simulation. The simulation scenarios were designed by various areas, shapes, and slopes of uplands. Grass mixture was selected as VFS vegetation and the size of VFS was fixed as 10 % of uplands area. Additionally 50mm, 100mm, 150mm of daily rainfall were applied for the runoff and sediment simulation. As results, the calculated runoff and sediment loads were obtained $20.7{\sim}1,030.6m^3$ and 568.4~675,731.4 kg for the range of 0.1~1.0 ha of uplands with 7 % and 15 % slopes. The reduction effects on runoff and sediment were obtained 5~10 % and 21.0~47.7 % respectively from VFS applications. The VFSMOD-W simulations showed that runoff tended to increase as upland area and amount of rainfall increased while sediment increased when slope, length and area of uplands and amount of rainfall increased. These results indicated that rainfall amount and upland size are the critical factors for the generation of runoff and sediment load. In order to support this conclusion, further studies such as, long term monitoring, field experiments, and to calibrate and evaluate the model are necessary.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.338-338
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• 2015

하천으로 유입되어 수질 오염을 야기하는 오염원은 오염 배출원이 명확하여 하나의 점으로 나타낼 수 있는 점오염원(Point Source)과 오염원이 명확치 않은 비점오염원(Non-point)으로 구분된다. 생활하수, 축산폐수와 같이 오염원이 명확한 점오염원은 하천 유입 이전에 처리장을 거쳐 정화작업이 가능한 반면, 비점오염원은 오염원이 명확치 않아 처리에 어려움이 따른다. 또, 오염물의 양과 이동 경로가 예측이 불가능하고 강우시에는 특별한 처리 없이 하천으로 바로 유입된다. 비점 오염원의 종류는 토사, 영양물질, 유기물질, 농약, 바이러스 등 다양하다. 이 중에서 토양에 흡착되어 이동하는 질소와 인은 하천으로 유입되어 부영양화를 야기하는 특성이 있어 더욱 처리가 필수적이다. 이러한 비점오염원으로 인한 수질 오염을 줄이기 위해 여러 최적관리기법(Best Management Practices, BMPs)이 제시되어 있으며 오염 물질의 하천 유입을 차단하는 것에 중점을 둔다. 가장 널리 이용되는 방법으로는 비점오염원 저감시설 중 하천변에 식물체를 설치하여 토양의 유실을 막는 식생대(Vegetative Filter Strip, VFS)가 있다. 식생 밀집 지역의 설치를 통해 표면 유출을 차단하고 토양 유실 감소와 수체로의 오염물질 확산을 막을 수 있다. 이에 VFSMOD-w를 이용하여 강우시 식생대를 통한 토양 유실 감소 효율에 대한 연구를 수행하였다. 연구 대상 지역으로 비교적 수문 및 토양 자료가 풍부한 청미천 유역을 선정하였다. 그 결과, 식생대의 길이와 식생대 내 식물체의 파종간격이 가장 지배적인 영향을 미치는 것이 확인된다. 이때, 식물체의 종류는 식물체 파종으로 인해 변화되는 토양의 수정된 Manning의 조도계수로 구분한다. 모든 강우 및 식물체 조건이 동일할 때, 식생대 내 식물의 파종 간격이 좁고 식생대의 길이가 길수록 토사 저감 효율이 증가하는 결과가 도출되었다. 식물체의 높이, 식물체의 종류 및 식물의 파종간격이 입력 자료로 요구되나 이 중 식물체의 높이는 토사 저감 효율에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 또, 동일한 강우 조건에서 식생대의 길이가 0.5 m에서 1.0 m로 2배 증가하였을 때 토사 저감 효율이 두 경우 모두 95% 이상의 효율을 보이는 것이 나타났다. 이는 식생대의 길이가 증가할수록 토사 저감 효율이 증가하나 일정 길이 이상이 되면 대부분의 토사가 저감되는 것을 의미한다. 결론적으로 식생의 파종 간격이 좁을수록 토사 저감 효율이 증가하더라도 식물체의 성장을 고려한 적절한 파종 간격을 선정하여야 한다. 즉, 식생대의 설치는 적절한 파종 간격 및 식생대 길이를 식생대 설치지역의 강우 특성에 따라 결정지어야 한다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.206-206
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• 2019

이 연구는 유출토사량의 저감을 위해 설치되는 식생대의 특성에 따른 효율을 살펴보는 것을 목적으로 한다. 검토하는 식생대의 특성으로는 식생의 종류와 식생대의 높이가 포함된다. 식생대의 효율을 평가하기 위해서는 VFSMOD-W 프로그램을 이용한다. 식생대가 적용되는 대상지역은 금강의 지류인 금마천이다. 금마천 유역은 나지를 다수 포함하고 있어 식생대의 설치에 따른 변화를 잘 살펴볼 수 있는 지역으로 판단된다. 해당 지역에서의 강우량은 시간당 최대강우량이다. 식생대의 특성을 나타내기 위해 보정되는 매개변수는 조고이며 VFSMOD-W 프로그램에서 제공하는 식생의 종류를 입력하였다. 사용된 프로그램에서는 식생대의 간격, 규모 등을 고려할 수 있므려 총 36개 종류의 식생대가 검토된다. 본 연구의 결과를 통해서 가장 먼저 나타나는 점은 식생대의 설치간격이 좁아질 때 보다 많은 양의 토사를 저감할 수 있다는 것이다. 하천으로 유출되는 유역토사의 저감을 식생대를 좁게 설치하는 과정을 통해 유도할 수 있다는 점이 확인된다. 식생대의 조도계수 역시 토사저감에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 나지의 경우 0.012, Bermuda Grass의 경우 0.41로 조도계수를 설정하고 수치실험을 시행한 결과 조도계수의 증가가 유출 토사량 감소에 큰 영향을 준다는 점이 확인된다. 식생대의 최대 높이가 주는 영향을 살피기 위해서 1 cm에서부터 100 cm까지의 식생대 높이를 적용하고 결과를 분석하였다. 식생대의 특성 및 설치방식을 고정된 조건으로 두고 식생대의 높이에 따른 영향만 살펴보았다. 그 결과 식생대의 최대높이는 유출 토사량에 큰 영향을 주지 않는 것이 나타났다. 이를 통해 유출 토사량 저감 효율을 증가시키고자 할 때 식생의 높이보다는 식생의 종류와 조고 등에 보다 집중하여 식생대를 조성하는 것이 바람직하다는 점을 알 수 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.272-272
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• 2015

본 연구는 초생대 필지단위 모의프로그램인 VFSMOD-W(Vegetative Filter Strip MODel-W) 모형을 이용하여 새만금 유역의 밭경지 특성을 반영한 다양한 시나리오에 기반하여 초생대기법을 적용 하였을 경우의 유사저감효과에 대해 모의해 보았다. '새만금유역 농업비점오염 저감기법 개발'과제의 일환으로 초생대 현장실험을 위해 조성된 익산 밭경지 시험포의 실측치를 이용하여 모형의 보정이 이루어졌으며, 결과는 유출량의 경우 NSE=0.833와 $R^2=0.99$를, 유사량의 경우 NSE=0.794와 $R^2=0.99$로 각각 매우 높게 나타났다. 모의를 위한 시나리오는 새만금유역의 밭경지 특성을 고려하여 1ha, 5ha, 10ha의 밭규모에, 밭경사는 7%와 15%으로, 토성은 양토인 정방형 형태의 밭경지를 대상으로 하였다. 초생대 초종은 Grass mixture로 적용하였고, 규모는 밭경지 면적의 10%로 고정하여, 50mm, 100mm, 150mm, 200mm의 일강우량에 대해 초생대 유출 및 유사에 대한 모의를 실시하였다. 그 결과 새만금유역에 초생대 적용 시 유출저감효과는 밭경사 7%와 15%일 때 1.5~13.5%와 1.4~12.1%의 범위로 각각 나타났으며, 경사에 따른 차이는 미비하였으나 강우량과 밭경지 규모에 따른 유출저감효과의 차이가 크게 나타났다. 유사의 경우에는 밭경사 7%와 15%일 때 20.4~97.0%와 15.7~86.0%의 저감효과를 각각 보였으며, 유출에 비해 초생대 적용에 따른 유사저감효과가 월등히 높게 나타났다. 강우량의 차이에 따른 유사저감효과는 50mm일 때 58.4~97.0%, 200mm일 때 15.7~32.9%를 나타내어 강우인자의 영향이 밭규모와 경사 등의 밭경지 특성에 비해 유사 발생량 및 저감효과에 가장 크게 미침을 알 수 있었다. 본 모의 결과를 통해 새만금유역의 초생대기법 적용은 새만금호의 수질오염저감 및 개선에 기여할 수 있을 것으로 기대되며, 현장 실용화를 위해서는 다양한 현장인자들에 적합한 세부적인 설계기술 개발이 요구된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권6호
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• pp.535-542
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• 2018

본 연구에서는 VFSMOD-W 모형을 활용하여 새만금 유역의 초생대 기법 적용에 따른 유사저감효과를 예측하고자 하였다. 먼저 모형의 신뢰도 확보를 위해 새만금 유역 내 초생대 실측치를 활용하여 매개변수를 보정하였으며, 새만금 유역 내 밭경지 특성을 파악하여 이를 토대로 모의 시나리오를 개발하였다. 다양한 밭경지 특성을 반영하기 위해 개발된 모의시나리오는 밭경지 규모 1 ha, 5 ha, 10 ha로 밭의 폭과 길이 비는 1 : 1를 적용하였으며, 밭의 경사는 7%, 15%를 고려하였다. 또한 강우조건은 50 mm, 100 mm, 150 mm, 200 mm 일강우량을 적용하였다. 그 결과, 초생대의 유출저감효과는 밭경사 7%와 15%에 대해 2.9~13.5%, 2.9~12.1%로 각각 나타났으며, 유사저감효과는 33.8~97.0%, 27.1~85.9%로 각각 나타나 유출저감효과에 비해 상대적으로 높은 저감효과를 나타내었다. 유출 및 유사 발생에 영향을 미치는 밭규모, 경사 및 강우량 인자에 따라 초생대 효과는 큰 차이를 나타내었다. 본 모의 결과를 바탕으로 새만금 유역내 밭경지 규모 10 ha 미만, 경사 15% 이내의 조건에서 밭면적 10% 규모로 초생대를 조성할 경우 유사저감 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.435-435
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• 2012

농경지 중에서 밭은 논보다 농약 비료 사용률이 매우 높기 때문에 논에 비해 비점오염물질 배출량이 훨씬 심각한 것으로 조사되고 있어 밭경지 비점오염저감기법 개발 및 체계적인 제어대책 수립이 무엇보다도 절실하다. 현재 선진국을 중심으로 다양하게 제시되고 있는 밭경지 비점오염 제어기법들 중 초생대에 대한 성공적 연구사례 및 적용사례에 대한 자료가 상당히 많이 제시되고 있으나, 우리나라의 경우 초생대를 적용한 밭경지 비점오염저감에 대한 기술개발 및 체계적인 연구가 아직 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 초생대의 현장설치 및 모니터링을 통해 초생대의 비점오염부하 저감효과에 대한 기초조사를 실시하고 우리나라 밭경지에서의 적용가능성을 알아보고자 한다. 초생대 현장 실험을 위한 시험포는 경상북도 군위군 효령면에 위치한 경북대 농생대 부속농장 밭경지 $1,500m^2$ (455평)를 선정하였다. 시험포는 1개의 대조구와 6개의 처리구로 구성하였으며, 각 시험구의 크기는 길이 12m ${\times}$ 폭 4m (초생대 길이 2m ${\times}$ 폭 4m 포함)로 하였다. 초생대 조성을 위한 초종선정은 초생대 조성이 용이하고 관리효율성이 높은 초종으로서 손쉽게 구할 수 있고, 우리나라 기후와 토양특성에 적합하며 초생대 기능에 부합한 것으로 선정하였다. 초생대 시험포장에 재배할 작물은 우리나라 대표 밭작물인 콩으로 선정하였으며, 작물재배를 위한 퇴비, 비료, 제초제 등은 농촌진흥청에서 제시한 표준재배법에 준하여 시용하였다. 초생대 비점오염저감효과를 평가하기 위해서 시험포장에 플륨, 수위계, 강우계 등으로 구성된 모니터링시스템을 설치하였으며, 플륨의 수위-유량 캘리브레이션을 실시하였다. 실험을 위해 2회의 인공강우와 1회의 자연강우에 대한 모니터링을 실시하였다. 그 결과 초생대 조성이 유출률에 상당한 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 인공강우의 경우 초생대 설치에 따라 유출률의 범위가 14.5~95.8% 정도로 감소되는 현상을 보였으며, 자연강우에서도 6.1~11.3% 정도의 유출률 감소를 보였다. 초생대 시험구별 유출률에 차이를 나타낸 이유는 현장실험시의 시험구별 지면조건과 초생대 초종별 특성(초장, 경경, 밀도 등)의 차이에 기인한 결과로 사료되었다. 비점오염저감효과 측면에서는 기존 밭농사 방식을 그대로 채택한 대조구에 비해 초생대 시험구에서 TS의 경우 15.6~90.3%, T-P의 경우 49.9~87.8%, T-N의 경우 6.7~91.1%의 저감율을 각각 나타내었다. 이러한 결과들을 통해 초생대 기법이 우리나라 밭경지 비점오염부하를 저감시키는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제24권1호
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• pp.59-67
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• 2022

전 세계적으로 도시화로 인해 파괴된 자연물 순환시스템 회복을 위해 저영향개발 (Low Impact Development, LID) 시설에 대한 관심이 커지고 있다. 하지만, LID 시설 용량 적정성 평가를 위한 종합적인 분석이 이루어지지 않아 LID 시설 도입에 많은 어려움이 제기되고 있다. 본 연구에서는 LID 시설 4개소(식생수로, 식생여과대, 식생체류지 및 투수블록)의 강우 모니터링 결과를 바탕으로 저감 효율 및 적정 용량 산정 방안을 분석하였다. WQV과 WQF을 설계 기준으로 하는 LID 시설의 강우 유출수(37%) 및 오염물질(TSS, BOD, TN 및 TP) 별 저감 효율(20% ~ 37.1%)이 차이를 보이는 것으로 나타났다. 이를 바탕으로 용량 적정성 평가를 위한 SA/CA 그래프 도출 결과 모든 항목에서 결정계수 0.5 이상(비선형회귀모형 기준)으로 나타났으며, 특히 강우 유출수 및 TP에서 높은 결정계수를 보였다. 그리고 본 연구에서 제안하는 LID 시설의 구조적 차이를 고려한 'SA/CA & L/CA' 그래프 도식 결과, 'SA/CA'보다 강우 유출수, TSS 및 TP 결정계수가 향상됨을 확인하였다. 본 연구를 통해 LID 시설의 용량 적정성 평가를 위한 'SA/CA & L/CA' 적용 가능성을 확인하였으며, 향후 일반화 및 표준화를 위한 추가적인 연구를 수행할 필요가 있다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제3권4호
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• pp.221-230
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• 2016

유속이 낮은 정체수역에 대하여 부영양화에 의한 녹조발생을 미연에 방지하고 수질개선을 도모하기 위하여 기존 인공식물섬 운영기술에 다양한 요소기술을 도입한 다기능 인공식물섬을 개발하였고 개발기술에 대한 성능검증을 위하여 경기도에 소재하는 하천에서 여름철과 겨울철 동안에 모니터링 하였다. 본 연구의 다기능 인공식물섬은 수질정화 기능을 높이기 위해서 정수식물 기반의 식생여과 공정 위주의 일반 인공식물섬 기술에 미세기포 공정과 인공여재에 의한 인 흡착/여과 공정을 추가하여 운영하였다. 개발기술에 대한 계절에 따른 오염물질 (COD, T-P) 제거율 변화로부터 오염부하가 낮은 겨울철 (15.9%, 20.0%)보다는 부하가 높은 여름철 (40.9%, 45.7%)에 높은 처리효율을 갖는 것으로 나타났고 공정별 제거율 (SS, Chl-a)에서는 미세기포 공정은 여름철 (33.1%, 39.2%)에, 인 흡착/여과 인공여재 및 식생여과 공정은 겨울철 (76.5%, 59.5%)에 높은 제거효율을 갖는 것으로 분석되어 다기능 인공식물섬의 정화능은 계절별 변화 또는 오염부하 정도에 따라서 적용 기술별로 제거능을 나타내어 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료되었다. 또한, 인공식물섬 주변의 생태변화 분석결과, 식물섬 저부에 미세기포의 공급으로 용존산소가 증가됨으로써 혐기화에 의한 물질환원 현상을 방지하고 수류순환을 유도하여 친환경적인 새로운 수생태계가 조성되는 것을 확인하였고 이러한 결과들을 통하여 다기능 인공식물섬에 의하여 정체수역의 수질이 개선되고 다양한 동식물의 성장으로 정체수역 저부의 물질순환이 개선될 수 있는 가능성을 확인하였다.