논 환경 영향평가를 위한 APEX-Paddy 모형 개발

최순군 ( Soonkun Choi ),김민경 ( Minkyeong Kim ),정재학 ( Jaehak Jeong ),방혜선 ( Hea Son Bang ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

Rice is the predominant grain crop of South Korea with the total paddy fields estimated to be 55 % of the cultivated lands, which is equivalent to 1 million hectares. In Korea, paddy fields are often flooded or semi-flooded during growing seasons between April and September and often serve as sources of water pollution. In this study, we develop national scale APEX model(s) that will be used to assess water consumption and pollutant discharge by rice paddies in South Korea. The Agricultural Policy/Environmental eXtender model is enhanced for simulating biophysical processes in paddy fields under flooding or dry conditions. Environmental effects of paddy managements such as puddling, fertilizer application, transplanting, and irrigation are assessed by simulating scheduled operations during cropping periods. For modeling the whole country at the field scale, national APEX database is being developed for soils, weather stations, and scheduled agricultural managements including planting/harvesting schedule, fertilizer application amount, and other paddy operations. A total of 376 soil types were compiled and formatted for APEX soil database. Daily weather data including precipitation, min/max temperature, solar radiation, humidity, and wind speed measured at 58 national weather stations for up to 30 years. A case study was conducted using field data in Icheon, Korea on water balance and Nitrogen load for two years.

농경지토양 아산화질소 배출량 산정 고도화를 위한 모델 특성

최은정 ( Eunjung Choi ),최순군 ( Soonkun Choi ),정현철 ( Hyuncheol Jeong ),이종식 ( Jongsik Lee ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

농업부문 온실가스 배출량은 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change, 기후변화에 관한 정부간 협의체)가이드라인에 따라 매년 산정되며 산정방법에 따라 기본 배출계수를 사용하는 Tier1, 국가 고유 배출계수나 보정계수를 사용하는 Tier2, 직접측정이나 모델을 이용하는 Tier3으로 나뉜다. 농경지 토양 주요 온실가스인 아산화질소 배출량은 직접측정과 간접측정으로 구분되며, 간접측정은 배출경로에 따라 대기 휘산과 수계유출로 나뉜다. 현재 Tier1과 Tier2 방법을 이용하여 국가 아산화질소 배출량이 산정되고 있으며, 산정방법을 Tier3 수준까지 올리기 위해 우리나라 여건에 맞는 모델 선정이 필요하다. 본 연구에서는 국가 아산화질소 배출량 산정 고도화를 위한 모의 모델선정을 목표로 질소 순환 모델들의 특성을 비교하였다. 비교대상 모델은 농경지 토양을 기반으로 하는 DNDC, DayCent, SPACSYS, SOILN, DenNit, FASSET 으로 총 6개이며 모델구동을 위해 요구되는 입력자료, 모형의 시·공간적 범위, 분석 항목, 출력결과를 기준으로 비교하였다. 6개 모델 모두 투입된 비료가 NH₃⁺, N₂O, N₂ 등의 형태로 전환되는 질산화와 탈질화 과정에 중점을 두고 있으며, 두 가지 과정에 관여하는 주요 인자인 토양 수분과 온도를 공통 입력값으로 한다. SOILN과 DenNit를 제외한 4개의 모델들은 토양-작물-대기의 순환과정을 모의하였고, SOILN은 토양-작물, DenNit은 토양-대기의 흐름을 모의하였다. DNDC, DayCent, SPACSYS, FASSET 모델들은 질소뿐 아니라 탄소 순환 모의도 가능하여 이산화탄소와 메탄의 배출량도 확인할 수 있다. 또한 DNDC와 DayCent 모델을 통해서는 아산화질소 직접 배출뿐만 아니라 간접 배출량도 모의가 가능하다. 본 연구를 통해 각 모델들의 특성을 비교하여 국내 여건에 맞는 모델의 적용 가능성을 알아 볼 수 있었으나, Tier3 수준의 온실가스 배출량 평가를 위해서는 선정된 모델의 민감도 분석과 관측값을 이용한 모델 성능평가가 필요할 것이다.

입지조건이 다른 광역 논에서의 물질수지 평가

김민경 ( Minkyeong Kim ),최순군 ( Soonkun Choi ),홍성창 ( Seongchang Hong ),정구복 ( Goobok Jung ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

현재까지 논에서의 오염 부하량 평가에 대한 연구는 활발하게 진행되고 있으나 논의 위치 등과 같은 입지조건, 강우특성 등과 같은 자연적인 조건 그리고 물관리, 비료사용 등과 같은 영농관리 조건에 따라 그 부하량이 다르다. 본 연구는 논의 입지조건에 따라 논에서의 양분물질인 질소와 인의 부하량을 평가하기 위해 2012년부터 2013년까지 영농기간인 6월부터 9월까지 충북 진천군 문백면 은탄리 유역의 곡간지 논과 경기도 여주군 오계2리 유역의 평탄지 논에서 질소와 인의 유입 및 유출 부하량을 조사하였다. 곡간지 논과 평탄지 논의 조사면적은 각각 1,984와 3,471 m²이었고 토성은 각각 사양질과 식양질이었다. 두 조사지역 모두 배수가 약간 양호한 토양이었으며 관개수원은 영농초기에는 하천수와 지하수를 이용하다가 중기부터는 지하수만으로 관개하였다. 유역특성별로 곡간지 논과 평탄지 논에서 영농기간 동안 양분물질 배출 특성을 분석하기 위하여 총질소와 총인의 유입 및 유출 부하량을 분석하였다. 논에 유입되는 요인으로는 강우, 시비, 관개수가 있으며 유출되는 요인으로는 배출수, 침투수, 작물 흡수가 있다. 영농기간 동안 평탄지와 곡간지 논에서 총질소의 유입량은 각각 194.8과 152.9 kg/ha 이었고 총질소의 유출량은 각각 138.2와 110.7 kg/ha으로 총질소의 유입량과 유출량의 차이는 평탄지 논과 곡간지 논에서 각각 56.6과 42.2 kg/ha으로 평탄지논에서 총질소의 유입량이 많았다. 요인별 평탄지와 곡간지 논에서 총인의 유입량은 각각 50.3과 43.7 kg/ha 이었고 총질소의 유출량은 각각 68.6과 42.8 kg/ha 으로 총인의 유입량과 유출량의 차이는 평탄지 논과 곡간지 논에서 각각 18.3과 0.9 kg/ha으로 평탄지 논에서 총인의 유입량이 많았다. 논의 위치 및 크기, 관개용수원 및 물관리 방법 등에 따라 배출량의 차이는 큰 것으로 보고되고 있는데, 본 연구결과에서는 곡간지 논에 비해 평탄지 논에서 총질소와 총인의 유입량과 유출량이 많았으며, 곡간지 논의 경우 유출량에 비해 유출농도가 높아 부하량이 많았다. 따라서 지역 및 영농관리 형태에 따라 다를 수 있겠지만, 곡간지 논은 양분물질을 흡수하는 논의 공익적인 기능을 가지고 있는 것으로 나타났다.

우리나라 논벼의 지역별 물 생산성 평가

허승오 ( Seungoh Hur ),최순군 ( Soonkun Choi ),엽소진 ( Sojin Yeop ),홍성창 ( Sungchang Hong ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

물 생산성은 작물생육에 소요되는 물 소비량 당 작물의 생산량 또는 경제적 이득으로 정의되며 생산 효율성을 나타내는 지표로 많이 활용되고 있다. 물 소비량(Water consumption)은 관개량이나 작물이 증발산을 포함해 실제로 소비하는 소비량을 나타내며, 생산량(Production)은 작물의 생산량 또는 경제적 이득을 나타낸다. 본 연구에서는 논에 투입된 관개량과 벼 생산에 대한 통계자료를 기반으로 분석하였다. 단위는 kg/㎥ 이다. 분석기간은 1980-2011년까지 32년간이며, 통계청의 지역별 논벼 생산량 통계자료를 활용하였다. 도시화가 지속적으로 확장되는 특·광역시와 밭벼 위주의 제주도는 분석에서 제외하였다. 벼에 대한 물생산성 분석결과는 다음과 같다(Table 1). 지역별로 살펴보면 전북의 물생산성이 0.83kg/㎥으로 가장 높고, 강원과 경북의 물 생산성이 0.59kg/㎥로 가장 작은 값을 보였다. 이것은 강원과 경북의 물 사용 효율성이 다른 도에 비해 부족하다는 것을 의미한다. 도별 평균은 0.70kg/㎥으로 Cai와 Rpsegrant(2003)의 연구에서 선진국형 물생산성인 0.63kg/㎥보다 높은 값을 나타내고 있어 전체적으로 우리나라의 논벼의 물생산성은 선진국형이라고 말할 수 있다. 지역별 물 생산성 최대치는 전북의 1.24kg/㎥이었고, 강원이 0.85kg/㎥로 가장 작은 값을 나타냈다. 지역별 물 생산성 최소치는 경기가 0.56으로 가장 컸고, 역시 강원지역이 0.31로 가장 작은 값을 나타내고 있다. 물 생산성은 기상의 영향을 많이 받는다고 할 수 있으므로 물 생산성이 좋지 않았던 경우에는 가뭄 등의 기상변화가 영향을 미쳤을 것으로 생각된다.

폐금속광산 하류 논토양의 중금속에 대한 인체흡수도 평가

김민경 ( Minkyeong Kim ),홍성창 ( Sungchang Hong ),김명현 ( Myunghyun Kim ),최순군 ( Soonkun Choi ),이종식 ( Jongsik Lee ),소규호 ( Kyuho So ),정구복 ( Goobok Jung ) 한국환경농학회 2015 한국환경농학회지 Vol.34 No.3

For the heavy metal cotamination sites, it is very important to estimate the human bioavailability quotients for heavy metals in paddy soils released from mine tailings, which is a major source of contamination in Korea, and to assess the human health risks of heavy metals. METHODS AND RESULTS: This experiment was carried out to investigate the human bioavailability quotient of the heavy metals in paddy soils below part of the closed metalliferous mine. For estimating the human bioavailability quotients for heavy metals, 30 paddy soils below part of the closed mine were collected, and analyzed for Cd, Cu, Pb, Zn, and As using simple bioavailability extraction test(SBET). The quantities of Cd, Cu, Pb, Zn and As extracted from paddy soils below part of the mine by using the SBET analysis were 28.1, 17.3, 34.1, 14.6 and 2.3% respectively. Specially, the maximum values of Cd, Pb and Zn were 73.3, 81.5 and 58.1% of human bioavailability quotient, respectively, and varied considerably among the sampling sites. The human bioavailability quotient of Cd, Cu, Pb and Zn in soils near the closed mine showed significant positive correlation among soil pH value, O.M.and Ex. Ca. contents, while it correlated negatively between soil Ex. K and Ex. Mg contents in paddy soils. Also, its of Cd, Cu, Pb and Zn in paddy soils showed significant positive correlation with 0.1M HCl extractable and total contents, while in soils, it correlated negatively with As content in soil near the closed mine. CONCLUSION: The results of the simple bioavailability extraction test (SBET) indicate that regular ingestion of soils by the local population could be closed a potential health threat due to long-term heavy metals exposure in these mine areas.

Open Source GIS를 활용한 QAPEX 분석 시스템 개발

구자영 ( Jayoung Koo ),정재학 ( Jaehak Jeong ),양동석 ( Dongseok Yang ),최순군 ( Soonkun Choi ),임경재 ( Kyoungjae Lim ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

Agricultural Policy/Environmental eXtender(APEX) 모델은 다양한 영농활동을 반영할 수 있어 최적관리기법 평가 적용 모형으로 분류되는 모델이다. APEX 모델에 대한 대표적인 사용자 인터페이스 개발 모델에는 윈도우 기반의 WinAPEX이 있으며, 이 후 ArcAPEX, i_APEX 등 다양한 형태로 개선되어왔다. 그러나 ArcGIS 소프트웨어에서 구동되는 ArcAPEX 인터페이스는 유료의 라이센스를 필요로 하여 폭넓은 활용에는 한계가 있다. 이에 본 연구의 목적은 오픈 소스 기반의 GIS 소프트웨어와 APEX 모델을 연계하여 APEX 모델의 새로운 인터페이스인 QAPEX 분석 시스템을 개발하는 데 있다. QAPEX 분석 시스템은 오픈 소스 기반의 GIS인 Quantum GIS(QGIS) 소프트웨어를 기반으로 개발되어 다양한 GIS 기능을 제공하며 활용할 수 있다. 본 연구에서 개발된 QAPEX 분석 시스템의 인터페이스에서는 ArcAPEX 인터페이스와 유사한 기능을 제공하고 있으며, 유역의 세분화 과정은 ArcAPEX 인터페이스보다 세분화되어 정밀한 수문 및 수질 모의가 가능하도록 하였다. 또한 최적관리기법의 적용이 가능한 인터페이스 기능이 추가되어 있으며, 유황곡선 및 오염부하지속곡선과 같이 시각적으로 모의 결과를 해석할 수 있는 기능이 추가되었다. 따라서 QAPEX 분석 시스템은 오픈 소스 기반으로 모델 확장성이 우수하며, 향후 최적관리기법 적용에 따른 비점오염물질의 저감 효과를 분석하는 등 비점오염원 관리를 위한 국가 정책자료를 도출하는 데 유용한 도구로 활용 될 것으로 기대된다.

미래기후시나리오와 계절예측을 고려한 국내 양분유출 연구

양동석 ( Dongseok Yang ),이서로 ( Seoro Lee ),이관재 ( Gwanjae Lee ),최순군 ( Soonkun Choi ),김종건 ( Jonggun Kim ),임경재 ( Kyoungjae Lim ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2019 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2019 No.-

농업용 저수지 운영방법에 따른 하류 농경지 침수 해석

전상민 ( Sang Min Jun ),황순호 ( Soon Ho Hwang ),김계웅 ( Kyeung Kim ),이현지,최순군 ( Soonkun Choi ),강문성 ( Moon Seong Kang ),( Do Gil Lee ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

우리나라에는 약 18,000개의 농업용 저수지가 산재해 있으며, 농업용수 공급 및 홍수 방어 등의 기능을 수행하고 있다. 농경지 침수 해석을 위해서는 배수지연 효과를 고려하기 위해 인접한 하천의 수위를 동시에 모의해야 하며, 농업용 저수지의 운영방법의 따라 하류하천의 수위 모의 결과는 달라진다. 본 연구에서는 농업용 저수지의 운영방법에 따른 하류 하천 및 농경지의 수위를 모의하고, 농업용 저수지의 운영방법이 농경지 침수에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 저수지 모의 운영에는 Hydrologic Engineering Center - Reservoir System Simulation (HEC-ResSim)을 이용하였고, 하천 수위 모의에는 Hydrologic Engineering Center - River Analysis System (HEC-RAS)을 사용하였다. 농경지 수위는 배수지연을 고려한 물수지 방정식을 적용하여 산정하였으며, 배수펌프 및 배수문 등의 영향을 고려하였다. 상시 만수위, 홍수기 제한 수위, 농업용수 및 하천유지용수 공급량 등을 고려하여 농업용 저수지의 운영 시나리오를 구성하였으며, 시나리오에 따른 농경지 침수 모의를 수행하고 결과를 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 농업용수 및 하천유지용수 공급 계획과 연계하여 농업용 저수지의 최적 운영계획을 수립하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

배수장 운영에 따른 논 지구의 침수 모의

전상민 ( Sang Min Jun ),황순호 ( Soon Ho Hwang ),김계웅 ( Kyeung Kim ),이현지 ( Do Gil Lee ),최순군 ( Soonkun Choi ),강문성 ( Moon Seong Kang ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

최근 기후변화에 따른 집중호우 등으로 농경지 침수 피해가 증가하고 있으며, 이에 대한 대책 마련이 시급하다. 한국 농어촌공사에서는 농경지 침수 피해를 경감하기 위해 전국적으로 침수취약지구에 대한 배수개선사업을 수행하고 있다. 배수개선사업으로 건설된 배수장을 효율적으로 운영하기 위해서는 모델링을 통해 배수장의 침수 위험도 저감 효과를 정량적으로 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 배수개선사업 지구를 대상으로 배수장 운영에 따른 논 지구의 침수 위험도 변화를 모의하였다. 논 지구를 하나의 광역논으로 가정하여 농경지수위를 산정하였으며, HEC-RAS를 이용해 하천 수위를 계산하였다. 하천수위가 농경지수위보다 높을 경우 자연배수가 일어나지 않아 배수지연이 발생하도록 알고리즘을 구성하였으며, 배수장의 운영시간, 운영율 등에 따른 농경지 침수 모의를 각각 수행하여 모의 결과를 분석하였다. 본 연구의 결과는 향수 배수개선사업 지구의 배수장 운영방법을 개발하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.