[학위논문]기후변화에 따른 고랭지농업지구의 최적관리기법 : 양구 해안유역의 SWAT 모델링 Assessment of climate change impact on best management practices in highland agricultural district: for haean watershed of Yanggu by SWAT modeling원문보기
본 연구에서는 고랭지 농업지구인 해안분지유역 (62.8 km2)을 대상으로 최적관리기법(Best Management Practices, BMPs)을 평가하였다. SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 고랭지농업유역에서 객토사용으로 인한 토양특성과 영농관리 방법을 고려하여 모형을 구축하고, 식생여과대(FW), 비료(...
본 연구에서는 고랭지 농업지구인 해안분지유역 (62.8 km2)을 대상으로 최적관리기법(Best Management Practices, BMPs)을 평가하였다. SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 고랭지농업유역에서 객토사용으로 인한 토양특성과 영농관리 방법을 고려하여 모형을 구축하고, 식생여과대(FW), 비료(FE), 볏짚피복(RS)의 3가지 최적관리기법 적용에 따른 비점원오염 저감효과를 분석하였다. 또한 RCP기후변화 조건하에서 최적관리기법 적용이 고랭지농업 비점원오염 부하량에 미치는 저감영향을 평가하였다. SWAT모형의 보정 (2009-2010년) 및 검증 (2011년)은 유역내 3 지점 (S4W, S5, S7)의 실측 일유출량과 유사량(suspended solid, SS), 총 질소(total nitrogen, T-N), 총 인(total phosphorus, T-P) 수질자료를 이용하여 실시하였다. 모형의 검보정 결과, 유출의 Nash-Sutcliffe 모형 효율(NSE)은 평균 0.74, SS, T-N, T-P의 R2(determination of coefficient)는 각각 0.79, 0.65, 0.79이었다. BMP 적용에 따른 SS, T-N, T-P 저감효율을 분석한 결과, FW는 각각 +25.8%, +4.2%, +16.2%, FE는 각각 +0.1%, +15.6%, +5.7%, RS는 각각 +6.2%, -2.8%, +3.9%으로 나타났다. SS와 T-P의 저감을 위해서는 FW가 가장 큰 효과를 보였으며, T-N의 저감을 위해서는 FE가 가장 좋은 것으로 나타났다. RS의 T-N이 -2.8%를 보인 이유는 볏짚피복으로 침투량이 증가하여, T-N의 침출이 증가하였기 때문으로 판단된다. 기후변화 시나리오는 기상청에서 제공하는 HadGEM3-RA 모형의 RCP4.5 및 8.5 자료를 이용하였으며, 기준 (Baseline: 1981-2005, 25년), 미래 2040s(2021-2060, 40년), 2080s(2061-2080, 40년)으로 구분하여 분석하였다. 미래의 강수량은 -1.3~+2.3%, 최고기온은 +2.1~+3.0℃의 변화조건에서, 증발산은 +5.5~+10.9%, 토양수분은 평균 -0.4%, 하천유출량은 -9.0~+0.4%의 수문영향을 보였으며, SS, T-N, T-P는 각각 +1.9~+11.6%, -1.9~+0.2%, +5.3~+11.9%의 수질영향을 보였다. 기후변화 시나리오하에서 3가지 최적관리기법들을 평가한 결과, 미래 SS와 T-N 저감효율은 기준기간의 저감효율과 비교하여 볼 때 ±1~±2%범위내의 차이를 보였고, 미래 T-P의 저감효율은 기준기간보다`1~9% 높게 나타났다. 미래의 SS와 T-N의 저감효율을 높이기 위하여 두 개 이상의 BMP를 조합하여 적용한 결과, 2~10%의 추가 저감효율을 보였다.
본 연구에서는 고랭지 농업지구인 해안분지유역 (62.8 km2)을 대상으로 최적관리기법(Best Management Practices, BMPs)을 평가하였다. SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 고랭지농업유역에서 객토사용으로 인한 토양특성과 영농관리 방법을 고려하여 모형을 구축하고, 식생여과대(FW), 비료(FE), 볏짚피복(RS)의 3가지 최적관리기법 적용에 따른 비점원오염 저감효과를 분석하였다. 또한 RCP 기후변화 조건하에서 최적관리기법 적용이 고랭지농업 비점원오염 부하량에 미치는 저감영향을 평가하였다. SWAT모형의 보정 (2009-2010년) 및 검증 (2011년)은 유역내 3 지점 (S4W, S5, S7)의 실측 일유출량과 유사량(suspended solid, SS), 총 질소(total nitrogen, T-N), 총 인(total phosphorus, T-P) 수질자료를 이용하여 실시하였다. 모형의 검보정 결과, 유출의 Nash-Sutcliffe 모형 효율(NSE)은 평균 0.74, SS, T-N, T-P의 R2(determination of coefficient)는 각각 0.79, 0.65, 0.79이었다. BMP 적용에 따른 SS, T-N, T-P 저감효율을 분석한 결과, FW는 각각 +25.8%, +4.2%, +16.2%, FE는 각각 +0.1%, +15.6%, +5.7%, RS는 각각 +6.2%, -2.8%, +3.9%으로 나타났다. SS와 T-P의 저감을 위해서는 FW가 가장 큰 효과를 보였으며, T-N의 저감을 위해서는 FE가 가장 좋은 것으로 나타났다. RS의 T-N이 -2.8%를 보인 이유는 볏짚피복으로 침투량이 증가하여, T-N의 침출이 증가하였기 때문으로 판단된다. 기후변화 시나리오는 기상청에서 제공하는 HadGEM3-RA 모형의 RCP4.5 및 8.5 자료를 이용하였으며, 기준 (Baseline: 1981-2005, 25년), 미래 2040s(2021-2060, 40년), 2080s(2061-2080, 40년)으로 구분하여 분석하였다. 미래의 강수량은 -1.3~+2.3%, 최고기온은 +2.1~+3.0℃의 변화조건에서, 증발산은 +5.5~+10.9%, 토양수분은 평균 -0.4%, 하천유출량은 -9.0~+0.4%의 수문영향을 보였으며, SS, T-N, T-P는 각각 +1.9~+11.6%, -1.9~+0.2%, +5.3~+11.9%의 수질영향을 보였다. 기후변화 시나리오하에서 3가지 최적관리기법들을 평가한 결과, 미래 SS와 T-N 저감효율은 기준기간의 저감효율과 비교하여 볼 때 ±1~±2%범위내의 차이를 보였고, 미래 T-P의 저감효율은 기준기간보다`1~9% 높게 나타났다. 미래의 SS와 T-N의 저감효율을 높이기 위하여 두 개 이상의 BMP를 조합하여 적용한 결과, 2~10%의 추가 저감효율을 보였다.
The purpose of this study is to evaluate the reduction of nonpoint source (NPS) pollution discharge in Haean highland agricultural catchment (62.8 km2) by applying vegetation filter strip installation (FW), fertilizer control (FE), and rice straw mulching (RS). SWAT (Soil and Water Assessment Tool) ...
The purpose of this study is to evaluate the reduction of nonpoint source (NPS) pollution discharge in Haean highland agricultural catchment (62.8 km2) by applying vegetation filter strip installation (FW), fertilizer control (FE), and rice straw mulching (RS). SWAT (Soil and Water Assessment Tool) was adopted, and the future climate change impact on NPS pollution discharges and the effect of BMP applications were also assessed. 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 and validated with average 0.74 Nash and Sutcliffe model efficiency for streamflow and 0.79, 0.65, and 0.79 determination coefficient (R2) for SS, T-N, and T-P respectively. The reduction efficiency of SS, T-N, and T-P by applying BMPs, the FW showed +25.8%, +4.2%, and +16.2%, the FE showed +0.1%, +15.6%, and +5.7%, and the RS showed +6.2%, -2.8%, and +3.9% respectively. For the reduction for SS and T-P, the FW was the best and the FE was the best for T-N reduction. The reason of -2.8% T-N in RS was by the increase of infiltration and the soluted transport to baseflow. For future climate change scenario, the HadGEM-RA RCP (Representative Concentration Pathway) 4.5 and 8.5 emission scenarios from Korea Meteorological Administration (KMA) were used. In this study, the 25 years of 1981 to 2005 was set as baseline and the future was set to 2040s(2021-2060) and 2080s(2061-2080). Under the -1.3~+2.3% future precipitation and +2.1~+3.0℃ temperature, the evapotranspiration, soil moisture, and streamflow showed changes of +5.5~+10.9%, -0.4%, and ?9.0~+0.4% respectively. These resulted the +1.9~+11.6% SS, -1.9~+0.2% T-N, and +5.3~+11.9% T-P respectively. The assessment results of 3 BMPs application under the future climate change scenarios, the future reduction efficiency of SS and T-N showed little differences of ±1~±2% while T-P reduction efficiency showed +1~+9% comparing with the baseline period. To raise the future reduction efficiency of SS and T-N, the combination of BMPs more than two was necessary up to 2~10% additional increase.
The purpose of this study is to evaluate the reduction of nonpoint source (NPS) pollution discharge in Haean highland agricultural catchment (62.8 km2) by applying vegetation filter strip installation (FW), fertilizer control (FE), and rice straw mulching (RS). SWAT (Soil and Water Assessment Tool) was adopted, and the future climate change impact on NPS pollution discharges and the effect of BMP applications were also assessed. 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 and validated with average 0.74 Nash and Sutcliffe model efficiency for streamflow and 0.79, 0.65, and 0.79 determination coefficient (R2) for SS, T-N, and T-P respectively. The reduction efficiency of SS, T-N, and T-P by applying BMPs, the FW showed +25.8%, +4.2%, and +16.2%, the FE showed +0.1%, +15.6%, and +5.7%, and the RS showed +6.2%, -2.8%, and +3.9% respectively. For the reduction for SS and T-P, the FW was the best and the FE was the best for T-N reduction. The reason of -2.8% T-N in RS was by the increase of infiltration and the soluted transport to baseflow. For future climate change scenario, the HadGEM-RA RCP (Representative Concentration Pathway) 4.5 and 8.5 emission scenarios from Korea Meteorological Administration (KMA) were used. In this study, the 25 years of 1981 to 2005 was set as baseline and the future was set to 2040s(2021-2060) and 2080s(2061-2080). Under the -1.3~+2.3% future precipitation and +2.1~+3.0℃ temperature, the evapotranspiration, soil moisture, and streamflow showed changes of +5.5~+10.9%, -0.4%, and ?9.0~+0.4% respectively. These resulted the +1.9~+11.6% SS, -1.9~+0.2% T-N, and +5.3~+11.9% T-P respectively. The assessment results of 3 BMPs application under the future climate change scenarios, the future reduction efficiency of SS and T-N showed little differences of ±1~±2% while T-P reduction efficiency showed +1~+9% comparing with the baseline period. To raise the future reduction efficiency of SS and T-N, the combination of BMPs more than two was necessary up to 2~10% additional increase.
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