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강우강도를 고려한 필지별 장기 유출-유사 평가 시스템 개발
금동혁 ( Donghyuk Kum ),류지철 ( Jichul Ryu ),강현우 ( Hyunwoo Kang ),신동석 ( Dong Suk Shin ),최재완 ( Jaewan Choi ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-
세계적인 기후변화로 인하여 지역적 강우지속시간과 강우강도가 다양해지고 있다. 따라서 유역단위 및 소유역 단위로 유사량 평가가 이루어지기 보다는 강우강도를 고려한 필지별 유사량 평가가 더 효율적이다. 이번 연구에서 HUFF 4분위법과 SCS 유출수문곡선, Green-Ampt 침투능, AMC/SLOPE를 고려한 CN산정 그리고 MUSLE를 이용하여 필지별유사 평가 시스템을 개발하여 춘천시 서면지역에 적용하였다. 적용한 결과 SCS 방법에서는 유출과 유사가 0.00005㎥/s, 273.1ton/ha/yr, Green-Ampt 방법에서는 유출과 유사가 0.00008 ㎥/s, 477.1ton/ha/yr 발생하여 Green-Ampt 방법이 SCS 방법에 비해 유출과 유사 모두 높게 나타났다. 하지만 Green-Ampt 방법은 연속적 시간 흐름을 반영하지 못하기 때문에 SCS 방법이 Green-Ampt방법에 비해 좀 더 현실성 있는 예측 방법이라고 판단된다. 본 연구에서는 OpenSource GIS인 MapWindow를 기반으로 평가시스템을 개발하여 이용자들이 다른 상업용 소프트웨어에 비해 추가적인 비용 없이 시스템을 이용할 수 있고, 시스템 소스 코드에 쉽게 접근하여 이용 목적에 맞게 시스템 수정이 가능하기 때문에 활용도가 매우 클 것으로 기대된다. 향후 연구에서는 자동 검ㆍ보정 모듈을 개발하여 다양한 지역에 확대 적용할 것이다.
금동혁 ( Kum Donghyuk ),신민환 ( Shin Minhwan ),유나영 ( Yu Nayeong ),이서로 ( Lee Seolo ),김동진 ( Kim Dongjin ),성윤수 ( Sung Younsoo ),이상수 ( Lee Sang Soo ) 한국농공학회 2021 한국농공학회논문집 Vol.63 No.1
Recently, the deterioration of water quality in Wonju stream has been reported due to the increase in diverse pollution sources along with community development and urbanization. Various types of attempts with a huge budget were made for better water quality so far, but its effectiveness is still doubted. In order to establish site-oriented measures for water quality improvement, the topographic and hydrologic factors were evaluated based on site inspection and survey. As the major streams merged into the Wonju stream, the Hwa and Heungyang streams were found to have higher pollution loads and contributions compared to other streams due to the scattered livestock farms and industries, and vulnerable land use. Notably, the discharge water from the Wonju Public Sewage Treatment Plant had the highest level of pollution load, impacting on the water quality of Wonju Stream. According to the SWAT model as water quality measures, the improvement effect of water quality in this treatment plant can be reached to the reductions in BOD 11.06%, T-N 23.56%, T-P 10.60% when the proper managements applied, whereas the improvement of water quality would be 3.89%, 1.23%, and 3.32% for BOD, T-N, T-P, respectively, for the industries. The reduction of the livestock industry was generally very high as a pollution source, but it was not much higher at the end of Wonju Stream than other measures. These results recommended that the w ater q uality improvement measures should be designated for each upper-middle-lower section in Wonju stream.
기후변화 시나리오 편의보정 기법에 따른 강우-유출 특성 분석
금동혁 ( Donghyuk Kum ),류지철 ( Jichul Ryu ),신민환 ( Min Hwan Shin ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-
본 연구에서는 기후변화 시나리오의 편의보정에 활용되는 Change Factor(CF)과 Quantile Mapping(QM)를 대상으로 연평균(CF_Y)/월평균(CF_M) 교정계수를 이용하는 방법과, 총 편의보정기간(QM_E)과 우기와 비우기(QM_P)를 구분하여 누적확률분포를 고려하는 방법, CF와 QM을 연계한 CQ기법 총 5가지의 편의보정결과에 따른 유출특성을 분석을 갑천유역 대상으로 분석하였다. 과거 기간에 대해 CF_M과 QM_P는 첨두유량이 실측 첨두유량에 비해 2배 이상 크게 나타났으며, 특히 QM_P는 최대 강우 발생 월이 다른 편의보정 기법과는 다르게 나타나 월별 유출 분석시 큰 오류가 발생될 것으로 판단된다. 5가지의 편의보정 기법 중에 CQ가 과거 강수 크기, 발생 분포 및 빈도 재현을 가장 잘 반영하며, 미래기간에 대한 기간별(2030s, 2050s, 2070s, 2090s) 평균유량을 비교한 결과 본 연구에서 사용한 SRES A1B 시나리오의 이산화탄소 배출 시나리오의 특성을 유지한 미래 강우-유출해석이 이루어지는 것으로 나타났다. 기후변화 시나리오에 편의보정 기법 적용으로 자연적인 현상을 정확하게 모의하기에는 어려움이 많고 불확실성 역시 매우 크지만, 과거 강수발생 경향이나 편의보정의 특성을 알고 활용목적에 맞는 편의보정을 수행한다면 수자원 관리 계획 수립 등에 큰 도움이 될 것으로 판단된다.
금동혁 ( Donghyuk Kum ),최재완 ( Jaewan Choi ),신동석 ( Dong Suk Shin ),이재관 ( Jae Kwan Lee ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-
토양유실 저감을 위해 필지단위로 다양한 최적관리기법들이 적용되고 있다. HRSM4BMP 모형은 이러한 최적관리기법의 토양유실저감 효과를 산정할 수 있다. HRSM4BMP 모형을 이용해서 최적관리기법에 적용에 따른 토양유실 저감효과를 산정하기 위해서 필지에서 발생되는 유출/유사량이 정확히 산정되어야 하는데 이를 위해서는 해당 필지의 유출/유사 관련 최적 매개변수 산정이 이루어져야한다. 하지만 기존의 대부분의 HRSM4BMP모형 사용자는 시행착오법을 통해 유출/유사에 관련된 매개변수를 보정하기 때문에 다양한 오류를 범할 수 있다. 이에 본 연구에서는 HRSM4BMP 모형의 최적 매개변수 보정 기법으로 SCE-UA 알고리즘을 응용한 PARASOL 방법을 이용하여 자동 보정 툴을 개발하였다. 자동보정 툴을 강원도 춘천시 서면 방동리에 조성된 시험포에 적용한 결과 유출에 대해 NSE 0.92 R<sup>2</sup> 0.92 그리고 RMSE0.3m<sup>3</sup>으로 나타났으며, 유사에 대해서는 R<sup>2</sup>는 0.94, NSE는 0.94 그리고 RMSE는 0.0027kg로 나타났다. 자동 보정 툴적용 결과 매우 높은 적용성 평가 결과를 얻을 수 있었다. HRSM4BMP 모형의 자동 보정 툴을 이용한 최적 매개변수산정은 정확한 유출/유사 발생량을 예측하고 최적관리기법에 따른 토양유실 저감효과 산정이 가능할 것으로 판단된다.
USLE모형과 시강우를 고려한 토양유실 평가 시스템을 이용한 연간 토양유실량 비교 분석
금동혁(Donghyuk Kum),류지철(Jichul Ryu),강현우(Hyunwoo Kang),장춘화(Chun Hwa Jang),신민환(Min Hwan Shin),신동석(Dong Shuk Shin),최중대(Joongdae Choi),임경재(Kyoung Jae Lim) 한국토양비료학회 2011 한국토양비료학회지 Vol.44 No.6
Soil erosion and sediment has been known as one of pollutants causing water quality degradation in water bodies. With global warming issues worldwide, various soil erosion studies have been performed. Although on-site monitoring of sediment loss would be an ideal method to evaluate soil erosion condition, modeling approaches have been utilized to estimate soil erosion and to evaluate various best management practices on soil erosion reduction. Although the USLE has been used in soil erosion estimation for the last 40 years, the USLE model has limitations in estimating event-based soil erosion reflecting rainfall intensity and rainfall duration for long-term period. Thus, the calibrated model, capable of simulating soil erosion using hourly rainfall data, was utilized in this study to evaluate the effects of rainfall amount and rainfall intensity on soil erosion. It was found that USLE soil erosion value is 3.06 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>, while soil erosion values from 2006 ~ 2010 were 2.469 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>, 0.882 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>, 1.489 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>, 2.158 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>, 1.602 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>, respectively. Especially, soil erosion from single storm event for 2008-2010 would be responsible for 30% or more of annual soil loss. As shown in this study, hourly soil erosion estimation system would provide more detailed output from the study area. In addition, the effects of rainfall intensity on soil erosion could be evaluated with this system.
금동혁 ( Donghyuk Kum ),유지철 ( Jichul Ryu ),최재완 ( Jaewan Choi ),강형우 ( Hyunwoo Kang ),장춘화 ( Chun Hwa Jang ),신동석 ( Dong Suk Shin ),이재관 ( Jae Kwan Lee ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국물환경학회 2013 한국물환경학회지 Vol.29 No.1
Recently various Best Management Practices have been applied at a field to reduce soil erosion. Hourly Runoff and Sediment Model for Best Management Practices (HRSM4BMP) model could be used to evaluate soil erosion reduction for various agricultural BMPs at fields. Runoff and sediment yield from source areas have to be predicted with greater accuracies to evaluate sediment reduction efficiently with BMPs. To achieve this the best parameters related with runoff and sediment modules of the HRSM4BMP model should be identified with proper calibration processes. Although manual calibration is often utilized in calibrating runoff and sediment using the HRSM4BMP objective calibration method would be recommended. The purpose of the study was to develop an automatic calibration tool of the HRSM4BMP model with PARASOL method. This automatic calibration tool was applied to Bangdongri Chuncheon-si to evaluate its calibration performance. The R² NSE and RMSE value for runoff estimation were 0.92, 0.92, 0.3 m³ and for sediment yield estimation were 0.94 0.94 0.0027kg. As shown in this result automatic calibration tool of HRSM4BMP model would be used to determine the best parameters and can be used to simulate runoff and sediment yield with acceptable accuracies.
금동혁 ( Donghyuk Kum ),박윤식 ( Younsik Park ),류지철 ( Jichul Ryu ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-
기후변화 시나리오는 미래 가상 시나리오 선정과 다양한 자연조건에 대한 불완전한 물리적 이해, 그리고 연산 능력 등의 한계로 기후변화에 대한 매우 높은 불확실성(uncertainty)이 내포되어 있어, 기후변화 시나리오의 불확실성을 최소화하기 위한 편의보정이 수행될 필요가 있다. 본 연구에서는 1) 국내에서 기후변화 시나리오의 불확실성을 최소화하기 위해 활용되고 있는 CF 기법과 QM 기법을 적용하여 기후변화 시나리오를 재가공하고, 2) 재 가공된 기후변화 시나리오를 활용한 강우-유출 해석 시 편의보정 기법에 따른 유출 해석 특성을 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형을 이용하여 평가하고자 한다. 갑천유역을 대상으로 A1B 시나리오와 대전기상관측소 및 금산기상관측소의 1984년 부터 2013년까지의 시나리오 예측 강우량과 관측 강우량 자료 활용하여 연평균과 월평균 교정계수를 산정하여 편의보정을 수행한 CF 기법(CF_Y, CF_M)과 총 편의보정기간과 우기(4월~10월)와 비우기(11월~3월)을 구분하여 누적확률분포를 고려한 QM기법(QM_E, QM_P) 그리고 CF+QM 기법(CQ) 총 5가지의 편의보정 기법에 대해 편의보정을 수행하였다. 유량조건별 분석 결과 고유량에서 편의보정 기법에 따라 첨두유출, 평균유량에 큰 차이가 발생되는 것으로 나타났다. 2050s의 첨두유량을 비교해 보면 CF_Y는 1,710 ㎥/s, CF_M은 3,223 ㎥/s, QM_E는 1,811 ㎥/s, QM_P는 3,528 ㎥/s, CQ는 1,796 ㎥/s 로 CF_M과 QM_P 이 다른 편의보정 기법에 비해 약 2배 정도 큰 첨두유량을 보이는 것으로 나타났으며, 다른 기간에 대해서도 같은 경향의 결과를 보였다. 그리고 고유량 조건에서 CF_M과 QM_P가 CF_Y, QM_E, CQ 에 비해 평균 유량이 크지만, 다른 유량조건에서는 평균 유량이 작게 나타났다. 이는 다른 기법보다 CF_M 과 QM_P에 의해 더욱 크게 보정된 첨두유량의 결과로 극한 기후의 유량 분석시에 적합한 편의보정 기법으로 판단된다. 하지만 앞서 편의보정에 따른 강수자료 분석에서 CF_M 이 QM_P 에 비해 월별 편의보정에 더 적합한 결과를 보였기 때문에 극한 강우에 따른 극한 홍수/가뭄 분석에 CF_M이 더 적합한 것으로 사료된다. 하지만 다른 한편으로는 지속 가능한 수자원 관리 계획 수립을 위한 현실적인 강우-유출 해석 방안도 필요한데 앞서 유량분석 결과에서 CF_M과 QM_P는 극한 기후에 적합한 것으로 나타났고, CF_Y와 CQ가 기존 기후변화 시나리오의 기본 특성을 유지한 강우-유출 해석이 이루어지는 것으로 나타났다.