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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 실 경작지 규모 밭에서 지표피복재 (볏짚 거적과 토양개량제)를 적용하여 밭에서 발생하는 비점오염물질량과 비점오염물질 저감효과를 평가하고자 하였으며, 작물생육에 미치는 영향과 경제성 분석을 실시하여 적용성을 평가하고자 하였다.
- 본 연구에서는 실 경작지 밭에서 발생하는 비점오염물질의 배출량과 지표피복재에 의한 비점오염물질의 저감효과를 분석 하고자 하였다. 연구결과 양토의 토성을 가진 실경작지 밭에서 지표피복재를 적용할 경우 22.
제안 방법
- 강우유출수에서 분석된 유출량과 수질농도를 이용하여 오염 부하를 산정하였다. 또한 관행시험포에서 발생한 오염부하를 기준으로 볏짚거적시험포의 부하량 저감효과를 산정하였다 (Table 4~5).
- 관행시험포와 볏짚거적 시험포에서 발생하는 강우유출수의 시료를 채취하여 수질농도를 분석한 뒤 EMC를 산정하였다(Table 3). EMC 산정결과 관행시험포의 BOD5는 1.
- 관행시험포와 볏짚거적을 피복한 시험포에서 발생하는 비점 오염물질의 정량화와 볏짚거적의 비점오염물질 저감효과를 분석하기 위해 밭의 유출부에서 유출량과 수질농도를 측정하였다. 유출량 측정은 강우시 밭의 유출부로 발생하는 유출수의 수위를 측정하여 유량으로 환산하였다.
- 따라서 인근 기상대인 군산시 (1983~2012년)의 30년 강우자료를 분석하여 강우계급별 연평균 빈도와 연간 총강우량 그리고 강우사상 당 강수량을 분석하였다. 그리고 연구기간의 강우특성을 분석하기 위해 익산시의 AWS 자료를 이용하여 2013년 1월부터 11월까지의 일별 강수량을 분석하였다. 또한 실경작지 밭의 토양특성을 분석하기 위하여 토양의 입도분석을 실시하여 미국 농무성 삼각좌표법에 따른 토성을 분류하였다.
- 익산시의 경우 자동기상관측시스템 (Automated Weather System, AWS)을 운영하고 있으나, 기상대나 관측소가 운영되고 있지 않아 과거자료가 제공되지 않는다. 따라서 인근 기상대인 군산시 (1983~2012년)의 30년 강우자료를 분석하여 강우계급별 연평균 빈도와 연간 총강우량 그리고 강우사상 당 강수량을 분석하였다. 그리고 연구기간의 강우특성을 분석하기 위해 익산시의 AWS 자료를 이용하여 2013년 1월부터 11월까지의 일별 강수량을 분석하였다.
- 강우유출수에서 분석된 유출량과 수질농도를 이용하여 오염 부하를 산정하였다. 또한 관행시험포에서 발생한 오염부하를 기준으로 볏짚거적시험포의 부하량 저감효과를 산정하였다 (Table 4~5). 산정결과 3회의 강우사상에 의해 발생한 총 오염부하는 관행시험포 1에서 BOD5 0.
- 그리고 연구기간의 강우특성을 분석하기 위해 익산시의 AWS 자료를 이용하여 2013년 1월부터 11월까지의 일별 강수량을 분석하였다. 또한 실경작지 밭의 토양특성을 분석하기 위하여 토양의 입도분석을 실시하여 미국 농무성 삼각좌표법에 따른 토성을 분류하였다.
- 실경작지의 인근지역인 군산시 (1983~2012년) 기상청의 30년 강우자료를 분석하여 강우계급별 연평균 빈도와 연간 총강우량 그리고 강우사상 당 강수량을 분석하였다 (Table 1). 또한 연구지점인 익산시의 AWS 자료를 이용하여 2013년도의 강우사 상당 강수량을 분석하였다 (Table 2). 분석결과 군산 지역의 30년 평균 연강수량은 1,271.
- 산정된 유량과 수질농도 그리고 오염부하를 이용하여 관행시 험포 대비 지표피복재의 유출률과 오염부하의 저감효과를 산정 하였다. 또한 지표피복재 적용에 따른 작물생육에 미치는 영향과 경제성 분석을 위하여 4개의 시험포에서 생산 된 콩의 수확 량을 비교하였으며, 농수산물유통정보에서 제공되는 최근 3년간 콩 수매가를 이용하여 소요비용과 수익성을 분석하였다.
- 밭에 지표피복재을 적용하였을 경우 작물에 미치는 영향을 분석하기 위하여 4개의 시험포에서 생산된 콩의 수확량을 측정하여 비교하였다 (Table 6). 볏짚거적과 토양개량제를 살포한 볏짚 거적시험포 1에서는 관행시험포 1 (1,866.
- 밭에서 발생하는 비점오염물질을 저감하기 위하여 밭 토양 표면에 볏짚거적을 적용하였으며 (Fig. 2), 볏짚거적의 비점오염물질 저감효과를 증대시키기 위해 토양개량제 (Gypsum, PAM)을 볏짚거적을 피복하기 전에 토양의 표면에 살포하였다. 볏짚거적은 시중에서 판매되는 제품 (약 1 m×60 m)을 구매하여 시험포 크기에 맞게 재단하여 사용하였으며, 사용된 볏짚거적의 양은 약 3,400 kg/ha이다.
- 유출량 측정은 강우시 밭의 유출부로 발생하는 유출수의 수위를 측정하여 유량으로 환산하였다. 밭의 유출부에는 정확한 유출수의 양을 측정하기 위하여 flume을 설치하였으며, flume에는 Fig. 3와 같이 우물정과 수위계 (Thalimedes)를 설치하여 유출수의 수위를 측정하였다. Flume에서 측정된 수위의 유량환 산을 위해 사용된 수위-유량 곡선식은 식 (1)과 같다.
- 산정된 유량과 수질농도 그리고 오염부하를 이용하여 관행시 험포 대비 지표피복재의 유출률과 오염부하의 저감효과를 산정 하였다. 또한 지표피복재 적용에 따른 작물생육에 미치는 영향과 경제성 분석을 위하여 4개의 시험포에서 생산 된 콩의 수확 량을 비교하였으며, 농수산물유통정보에서 제공되는 최근 3년간 콩 수매가를 이용하여 소요비용과 수익성을 분석하였다.
- 실경작지의 인근지역인 군산시 (1983~2012년) 기상청의 30년 강우자료를 분석하여 강우계급별 연평균 빈도와 연간 총강우량 그리고 강우사상 당 강수량을 분석하였다 (Table 1). 또한 연구지점인 익산시의 AWS 자료를 이용하여 2013년도의 강우사 상당 강수량을 분석하였다 (Table 2).
- 볏짚거적을 피복하지 않은 밭과 피복한 밭의 토양을 채취하여 입도분석을 실시한 결과이며, 미국 농무성 삼각좌표법에 따른 분류에서 양토인 것으로 나타났다. 양토의 특성을 가진 실경작지에서 영농활동기간동안 강우에 의해 발생하는 유출량을 분석하였다. 영농활동기간동안 총 57회의 크고 작은 강우가 발생하였으며, 20 mm 이상 강우가 발생한 횟수는 18회였다.
- 유출량 측정 외에 flume을 통해 유출되는 유출수의 수질농도를 분석하기 위해 수질시료를 채취하였으며, 야간이나 장기간 발생하는 유출수의 시료를 편리하고 안정적으로 채취하기 위해 자동수질시료채취기 (Auto sampler)를 설치하였다 (Fig. 4).
- 관행시험포와 볏짚거적을 피복한 시험포에서 발생하는 비점 오염물질의 정량화와 볏짚거적의 비점오염물질 저감효과를 분석하기 위해 밭의 유출부에서 유출량과 수질농도를 측정하였다. 유출량 측정은 강우시 밭의 유출부로 발생하는 유출수의 수위를 측정하여 유량으로 환산하였다. 밭의 유출부에는 정확한 유출수의 양을 측정하기 위하여 flume을 설치하였으며, flume에는 Fig.
대상 데이터
- 볏짚거적은 시중에서 판매되는 제품 (약 1 m×60 m)을 구매하여 시험포 크기에 맞게 재단하여 사용하였으며, 사용된 볏짚거적의 양은 약 3,400 kg/ha이다.
- 본 연구는 전라북도 익산시 금마면에 위치한 실경작지 밭에서 수행되었으며, 익산시의 경우 새만금 유역의 상류에 해당한다. 따라서 익산시의 비점오염물질 저감 대책은 나아가 새만금 유역의 비점오염물질 저감 대책으로 확대하여 해석할 수 있다.
이론/모형
- 수질농도는 강우지속시간에 따라 30분∼2시간 간격으로 채취하여, 수질오염공정시험방법에 따라 BOD5 , CODMn , DOC, SS, T-N 그리고 T-P 등을 분석하였다 (Ministry of Environment, 2007).
성능/효과
- 관행시험포와 볏짚거적 시험포에서 발생하는 강우유출수의 시료를 채취하여 수질농도를 분석한 뒤 EMC를 산정하였다(Table 3). EMC 산정결과 관행시험포의 BOD5는 1.2~2.1 mg/L, SS 48.8~170.7 mg/L, CODMn 3.438~10.491 mg/L, DOC 3.862~ 9.088 mg/L, T-N 1.231~42.041 mg/L, 그리고 T-P 0.118~4.720 mg/L의 범위로 나타났다. 또한 볏짚거적과 토양개량제를 살포한 시험포에서는 BOD5 1.
- 620 mm로 나타났다. 관행시험포 1과 2 대비 볏짚거 적시험포 1과 2의 유출량 저감율은 81.2 %와 71.7 %로 나타났다. 그리고 Fig.
- 338로 나타났다. 관행시험포 1과 2 대비 볏짚거적시험포 1과 2의 유출량 저감율은 70.9 %와 22.2 %로 나타났다.
- 307으로 나타났다. 관행시험포 1과 2 대비 볏짚거적시험포 1과 2의 유출량 저감율은 92.9 %와 61.3%로 나타났다. Fig.
- 01 kg/ha로 나타났다. 관행시험포 2에서의 총 오염부하는 BOD5 1.7 kg/ha, SS 110.4 kg/ha, CODMn 5.6 kg/ha, DOC 6.2 kg/ha, T-N 19.0 kg/ha, 그리고 T-P 2.4 kg/ha로 나타났으며, 볏짚거적시험포 2에서 BOD5 0.6 kg/ha, SS 9.0 kg/ha, CODMn 3.9 kg/ha, DOC 4.5 kg/ha, T-N 8.0 kg/ha, 그리고 T-P 1.1 kg/ha로 나타났다. 산정결과를 이용하여 관행시험포 대비 볏짚거적시험포의 오염부하 저감효과를 분석한 결과 수질항목별 27.
- 관행시험포 2와 볏짚거적시험포 2의 면적이 상이하기 때문에 유출량 저감효과 이외에 면적을 고려한 유출률을 산정하여 저감효과를 산정하였으며, 총 3회의 강우사상에서 분석한 관행시험포 대비 볏짚거적 시험포의 유출률 평균 저감효과는 71.6% 인 것으로 나타났다.
- 0%로 매우 큰 것으로 나타났는데, 이는 볏짚거적으로 인한 유출량 저감과 토양개량제로 인한 토양의 응집력을 증가시켜 토양의 유실을 막았기 때문으로 판단된다. 따라서 본 연구결과와 같이 영농활동에서 볏짚거적과 같은 지표피복재를 이용하여 토양의 지표를 피복할 경우 강우시 유출량 저감뿐만 아니라 토양유실량을 줄여 밭에서 발생하는 비점오염물질을 크게 저감할 수 있을 것으로 판단된다.
- 1회 인 것으로 나타났다. 또한 40 mm 이하의 강수량이 발생하는 빈도는 100회가 넘는 것으로 나타났으며, 연 강수량의 50%를 넘게 차지하는 것으로 나타났다. 당해연도 익산시의 경우 2013년 11월까지 975.
- 이는 볏짚거적을 피복함 으로써 토양의 표면을 피복하는 피복률이 증가되고, 강우가 피복재에 흡수될 뿐만 아니라, 표면으로 발생하는 유출수의 유속감 소를 통해 토양에 저류되는 시간이 증가함으써 토양으로 침투하는 강우량이 많아졌기 때문으로 판단된다. 또한 SS 항목의 오염부하 저감효과가 평균 92.0%로 매우 큰 것으로 나타났는데, 이는 볏짚거적으로 인한 유출량 저감과 토양개량제로 인한 토양의 응집력을 증가시켜 토양의 유실을 막았기 때문으로 판단된다. 따라서 본 연구결과와 같이 영농활동에서 볏짚거적과 같은 지표피복재를 이용하여 토양의 지표를 피복할 경우 강우시 유출량 저감뿐만 아니라 토양유실량을 줄여 밭에서 발생하는 비점오염물질을 크게 저감할 수 있을 것으로 판단된다.
- 0 %)의 저감효과가 나타났다. 또한 지표피복재에 의한 작물에 미치는 영향을 분석하기 위해 콩의 수확량을 분석한 결과 지표피복재를 적용할 경우 평균 8.7 %의 증수효과가 있는 것으로 나타났지만 피복재와 토양개량제 소요비용 및 인건비 등을 고려할 경우 작물의 증수효과 대비 지표피복으로 인한 경제적 이익은 없는 것으로 나타났다. 그러나 하천의 수질개선을 위한 노력과 하수처리장의 오염부하 저감 처리 비용 등을 고려할 경우 지표피복재의 적용은 매우 긍정적일 것으로 판단된다.
- 볏짚거적을 피복하지 않은 밭과 피복한 밭의 토양을 채취하여 입도분석을 실시한 결과이며, 미국 농무성 삼각좌표법에 따른 분류에서 양토인 것으로 나타났다. 양토의 특성을 가진 실경작지에서 영농활동기간동안 강우에 의해 발생하는 유출량을 분석하였다.
- 또한 연구지점인 익산시의 AWS 자료를 이용하여 2013년도의 강우사 상당 강수량을 분석하였다 (Table 2). 분석결과 군산 지역의 30년 평균 연강수량은 1,271.8 mm 였으며, 일평균 강수량이 100 mm 이상 발생한 횟수는 연 평균 1.1회 인 것으로 나타났다. 또한 40 mm 이하의 강수량이 발생하는 빈도는 100회가 넘는 것으로 나타났으며, 연 강수량의 50%를 넘게 차지하는 것으로 나타났다.
- 또한 관행시험포에서 발생한 오염부하를 기준으로 볏짚거적시험포의 부하량 저감효과를 산정하였다 (Table 4~5). 산정결과 3회의 강우사상에 의해 발생한 총 오염부하는 관행시험포 1에서 BOD5 0.26 kg/ha, SS 14.12 kg/ha, CODMn 1.25 kg/ha, DOC 1.08 kg/ha, T-N 2.0 kg/ha, 그리고 T-P 0.04 kg/ha로 나타났으며, 볏짚거적시험포 1에서 BOD5 0.04 kg/ha, SS 1.11 kg/ha, CODM n 0.25 kg/ha, DOC 0.24 kg/ha, T-N 0.10 kg/ha, 그리고 T-P 0.01 kg/ha로 나타났다. 관행시험포 2에서의 총 오염부하는 BOD5 1.
- 1 kg/ha로 나타났다. 산정결과를 이용하여 관행시험포 대비 볏짚거적시험포의 오염부하 저감효과를 분석한 결과 수질항목별 27.7~95.1% (평균 70.0%) 의 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 이는 볏짚거적을 피복함 으로써 토양의 표면을 피복하는 피복률이 증가되고, 강우가 피복재에 흡수될 뿐만 아니라, 표면으로 발생하는 유출수의 유속감 소를 통해 토양에 저류되는 시간이 증가함으써 토양으로 침투하는 강우량이 많아졌기 때문으로 판단된다.
- 990 mg/L의 범위로 나타났다. 산정결과와 같이 볏짚거적과 PAM을 살포한 시험포에서 SS 항목의 경우 EMC가 뚜렷하게 감소되는 것으로 나타났으나, 다른 수질항목은 증가하는 경향도 있는 것으로 나타났다. 이는 비료와 거름살포 등과 같은 영농활동에 의해 차이가 발생한 것으로 판단되며, 특히 파종을 하고 첫 번째 발생한 강우유출수 (7월 4~5일)에서 토양과 식물의 영양분으로 사용되지 않은 비료와 거름이 유출되어 T-N과 T-P 항목이 크게 증가한 것으로 보여진다.
- 본 연구에서는 실 경작지 밭에서 발생하는 비점오염물질의 배출량과 지표피복재에 의한 비점오염물질의 저감효과를 분석 하고자 하였다. 연구결과 양토의 토성을 가진 실경작지 밭에서 지표피복재를 적용할 경우 22.2~92.9 % (평균 66.7 %)의 유출량 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 이를 유출률로 환산할 경우 38.
- 작물 증수에 의한 수익증가는 약 287 만원/ha와 60 만원/ha로 나타났으며, 볏짚거적과 토양개량제 (PAM과 Gypsum)를 적용하는데 필요한 재료비와 인건비를 분석한 결과 재료비는 약 9백만원, 인건비는 약 90만원이 소요되는 것으로 나타났다. 연구결과와 같이 기상에 의한 영향으로 작물에 미치는 악영향이 없어 피복 재와 토양개량제 등의 소요비용 및 인건비 등을 고려할 경우 작물의 증수효과 대비 지표피복으로 인한 경제적 이익이 없는 것으로 나타났다. 그러나 작물의 수확량뿐만 아니라 밭에서 발생하는 오염물질을 처리하는 비용을 고려할 경우 긍정적인 효과가 있을 것으로 판단된다.
- 7 %)의 유출량 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 이를 유출률로 환산할 경우 38.2~92.9 % (평균 71.6 %)의 저감효과가 나타났으며, 유출량과 수질농도를 이용한 오염부하 저감효과는 관행시험포 대비 수질항목별 27.7~95.1 %(평균 70.0 %)의 저감효과가 나타났다. 또한 지표피복재에 의한 작물에 미치는 영향을 분석하기 위해 콩의 수확량을 분석한 결과 지표피복재를 적용할 경우 평균 8.
- 영농활동기간동안 총 57회의 크고 작은 강우가 발생하였으며, 20 mm 이상 강우가 발생한 횟수는 18회였다. 이중 관행시험포와 볏짚거적에서 모두 유출수가 발생하여 모니터링이 가능하고 유출량 저감효과를 분석할 수 있는 횟수는 총 3회였다. Fig.
- 콩의 수익성 분석을 위해 농산물유통정보에서 제공하는 최근 3년간콩 수매가를 참고하여 콩 수확량에 대한 수익을 분석한 결과 콩 1 kg당 평균 수매가가 10,778 원이고, 이를 단위면적당으로 환산한 결과 밭 1 m2 당 평균수익이 1,810 원로 산정되었다. 작물 증수에 의한 수익증가는 약 287 만원/ha와 60 만원/ha로 나타났으며, 볏짚거적과 토양개량제 (PAM과 Gypsum)를 적용하는데 필요한 재료비와 인건비를 분석한 결과 재료비는 약 9백만원, 인건비는 약 90만원이 소요되는 것으로 나타났다. 연구결과와 같이 기상에 의한 영향으로 작물에 미치는 악영향이 없어 피복 재와 토양개량제 등의 소요비용 및 인건비 등을 고려할 경우 작물의 증수효과 대비 지표피복으로 인한 경제적 이익이 없는 것으로 나타났다.
- 2%가 증수된 것으로 나타났다. 콩의 수익성 분석을 위해 농산물유통정보에서 제공하는 최근 3년간콩 수매가를 참고하여 콩 수확량에 대한 수익을 분석한 결과 콩 1 kg당 평균 수매가가 10,778 원이고, 이를 단위면적당으로 환산한 결과 밭 1 m2 당 평균수익이 1,810 원로 산정되었다. 작물 증수에 의한 수익증가는 약 287 만원/ha와 60 만원/ha로 나타났으며, 볏짚거적과 토양개량제 (PAM과 Gypsum)를 적용하는데 필요한 재료비와 인건비를 분석한 결과 재료비는 약 9백만원, 인건비는 약 90만원이 소요되는 것으로 나타났다.
후속연구
- 또한 강수량 증가나 기후변화에 따라 발생할 수 있는 기상의 조건이 작물의 생육에 악 영향을 미칠 경우 지표피복재의 적용 효율은 증가할 것으로 보여진다. 그러나 아직까지 많은 횟수의 모니터링이 수행되지 못했기 때문에 추가적인 연구를 통해 보다 정량적이고 정확한 분석을 위한 연구가 필요할 것으로 보여진다.
- 이와 같이 농경지에서 발생하는 비점오염물질은 주로 강우나 융설에 의해 발생하며, 토성 및 영농활동 (시비, 경운방법, 물관리) 등에 따라 크게 변화하기 때문에 정량화가 쉽지 않다. 따라서, 농경지에서 발생하는 비점오염물질의 정량화가 이루어져야 하며, 더 나아가 비점오염물질 저감기법을 도입하여 비점오염물질의 배출량을 저감할 필요가 있다. 그러나 우리나라의 경우 외국의 조방농업과 달리 집약농업으로 영농활동이 이루어지기 때문에 외국의 비점오염물질 정량적 수치와 큰 차이가 있다.
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