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김학관 교수-지속가능한 유역환경관리기술 개발, 유역환경시스템공학연구실

작성일 : 2019.04.18 조회수 : 3701

 

김학관 교수-지속가능한 유역환경관리기술 개발, 유역환경시스템공학연구실

(Lab of Watershed and Environmental Engineering)

 

 

[서울대학교 국제농업기술대학원 유역환경시스템공학연구실]

유역관리는 인간 활동에 의해 구획된 행정구역을 넘어서 자연적인 유역을 관리단위로 하며 유역 내에 있는 토지나 수자원 등 각종 자원을 효과적으로 활용하기 위한 유역 상황 조사 및 평가를 통해 유역계획을 수립하고 이를 통하여 유역의 환경을 지속가능하게 관리하는 과정을 말합니다.

유역환경시스템공학연구실에서는 지속가능하고 효율적인 유역관리를 위한 기술을 개발하기 위하여 물, 토양, 작물, 에너지 등 유역환경을 구성하는 다양한 요소간의 상호관계를 규명하고, 유역의 환경에 영향을 미치거나 영향을 받는 모든 자연환경, 토지이용계획, 기후변화 등을 통합적으로 고려하여 다양한 유역환경 문제에 대해 지속가능한 해결방안을 마련하기 위해 필요한 유역관리 요소기술을 개발하는데 노력하고 있습니다. 유역환경시스템공학 연구실에서는 현재 1) 기수담수화 시스템 기술개발 및 적용, 2) 유역물순환 예측 및 관리기술 개발, 3) 기후변화 및 토지이용변화에 따른 유역환경변화 예측기술 개발 4) 환경 정책 및 제도의 선진화 등의 연구가 이루어지고 있습니다.

 

 

 

[유역환경시스템공학연구실 연구목표 및 주요연구 분야]

 

 

 

기수담수화 시스템 기술개발 및 적용

안전한 농업용수 공급이 가능하게 하고, 양질의 농업용수를 농민에게 제공하기 위해서는 기후변화와 같은 변해가는 농업환경에 적절히 적응할 수 있는 농업용수 이용체계가 필요합니다. 최근 기후변화로 인한 물 부족이 발생하고 가뭄이 장기화되어 농작물 피해가 빈번히 발생함에 따라 기후변화에 대응한 농업용수의 안정적인 공급 대책에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 특히, 간척지 및 염해우심지역과 같은 관행 농업용수의 공급이 어려운 지역을 대상으로 수처리 기술을 활용한 저염도의 기수를 이용한 수자원확보가 국가적 과제로 부상되고 있다. 관개용수의 염분농도가 높으면 작물성장 저해 및 수확량 감소 등의 농작물 피해가 증가하고 간척농지의 활용성이 낮아 질수 있기 때문에 관개용수의 염분농도를 낮추기 위한 기수담수화 기술 개발이 필요합니다. 이와 같은 기수담수화 기술은 농업용수 공급을 목적으로 함에 따라 설치비가 저렴하고 유지관리 비용이 적게 소요되어야 하며, 농업용수 특성상 짧은 시간 동안에 많은 수량을 처리해야 하므로 저비용, 고효율의 시스템 개발이 필요합니다.

기수담수화 시스템 기술개발 및 적용연구에서는 간척농지 및 염해우심지역 원예단지에 농업용수를 안전하고 경제적으로 공급할 수 있도록 저비용, 고효율 기수담수화 시스템 공정을 개발하고, 그 시작품을 제작하며, 현장 적용을 통하여 적용성을 평가하였습니다. 현장 적용성 평가를 위해 주요 시설 원예작물들을 대상으로 염도수준에 따른 작물생육 실험을 통해 생육과정 모니터링 및 수질·토양 환경 등을 분석하여 최적 관개용수 수질을 도출하는 연구를 수행하고 있습니다.

 

 

[기수담수화 시스템 구축 및 염도수준별 작물생육 영향 모니터링]

 

 

유역 물순환 분석 및 관리기술 개발

물은 끊임없이 지구에 순환, 대기, 토양 등 다른 환경의 자연적 구성요소와 상호 작용하면서 사람을 포함한 다양한 생태계에 엄청난 혜택을 주고 있으며, 물이 순환하는 과정에서 사람의 생활에 윤기를 주고, 산업과 문화의 발전에 중요한 역할을 해왔습니다. 최근에는 산업화와 도시화로 인해 도시 및 농촌에서 불투수면적이 증가하고 있으며, 물의 침투를 억제하는 불투수면적의 증가는 강우시에는 홍수피해를 증가시키고 평상시에는 하천유량의 감소로 인한 건천화를 야기하여 유역 물순환 체계를 심각하게 훼손하고 있습니다. 불투수면은 침투를 억제함으로써 토양에 의한 자연적인 오염물질 저감과정을 차단하고, 직접적인 우수유출 경로를 만들어 오염물질을 하천으로 운반하기 때문에 수환경 변화에 크게 영향을 미치고 있으며, 하천의 온도 및 서식환경에도 영향을 미쳐 하천에 서식하는 어류, 대형무척추동물 등 수생물의 개체수 및 종 다양성 변화에 영향을 끼치고 있습니다.

불투수면의 증가로 인한 수생태계의 변화로 최근에는 불투수면 및 물순환의 변화는 유역관리 및 유역계획 등에서의 주요 과제로 등장하고 있습니다. 유역환경관리에 있어 새로운 지표로서 부각되고 있습니다.

 

 

[물순환 요소들의 관계 및 물순환 개요]

 

유역 물순환 분석 및 관리기술 개발연구에서는 불투수면 변화에 따른 주요 물순환 요소들(침투량, 증발산량, 유출량, 지하수유출량 등)의 변화를 분석하고 불투수면 변화에 따른 영향을 예측할 수 있는 기술을 개발하고 있습니다. 저영향개발기법 및 그린인프라기술 등과 같이 유역 물순환을 지속 가능하도록 유지하기 위한 유역관리기술을 개발을 개발하고 유역관리기술의 적용에 따른 유역 환경 변화를 예측하고 최적을 유역 물순환 관리기술을 도출하는 연구를 수행하고 있습니다.

 

기후변화 및 토지이용변화에 따른 유역환경변화 예측기술 개발

지구온난화에 따른 지구대기의 온도 상승은 해양과 대기의 에너지 순환 변동을 야기하여 강수량, 증발량, 지표수 유출, 토양 함수량 등이 달라져 결과적으로 하천유량, 수생태계, 농업, 호수, 가뭄, 수질 등 미래의 농업수자원에 커다란 영향을 미칠 것으로 예상되고 있습니다. 기후변화뿐만 아니라 바이오에너지 작물의 재배, 도시 및 농톤의 토지이용변화도 유역환경에 많은 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 과거에는 기후변화에 따른 유역환경 변화에 관한 연구와 토지이용변화에 따른 영향에 관한 연구가 개별적으로 이루어졌으나 최근에는 두 요소 모두가 중요한 요소임을 인식하여 기후변화 및 토지이용 변화 모두를 고려하여 이에 대한 영향을 정략적으로 평가하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있습니다. 최근 여러 가지 예측기술의 발달로 인해 정량적 평가 기술 또한 발전하고 있어 적절한 방법론의 선택 및 국내 유역환경에 맞게 기술을 개선하는 연구가 필요한 시점입니다. 미래의 기후 및 토지이용 시나리오는 다양해 질 수 있으며 기후변화 및 토지이용변화에 대한 효율적인 적응방안을 모색해 하기 위해서는 보다 다양한 시나리오 및 지역조건에 대한 영향을 분석하고 이에 대한 충분한 검토가 이루어져야 합니다.

기후변화 및 토지이용변화에 따른 유역환경변화 예측기술 개발연구에서는 보다 정확한 미래 기후변화 및 토지이용 변화 상황을 예측할 수 있는 기술을 개발하고 유역환경의 변화를 최소화하고 최적 환경으로 유지하기 위한 유역 최적관리기술을 개발하여 지속 가능한 유역환경을 만드는 연구를 진행하고 있습니다. 미래 기후변화 및 환경변화를 예측을 위해 유역모델링의 개발하고 적용하는 연구와 이와 더불어 수집된 데이터로부터 학습을 통해 스스로 패턴을 찾고 문제를 해결할 수 있는 기계학습(Machine Learning)과 딥러닝(Deep Learning) 기술을 활용하여 미계측 지역의 특정 시점에서의 유역환경을 예측하거나 미래 기후변화 및 토지이용 상황을 보다 정확하게 전망하는 기술을 개발하고 있습니다.

 

 

 

 
[기후변화 및 토지이용변화에 따른 유역환경예측 방법 개요]

 

환경 정책 및 제도의 선진화 연구

유역환경 문제에 대해 지속가능한 해결방안을 마련하기 위해서는 필요한 유역관리 요소기술을 개발하는 것도 중요하지만 유역환경을 지속가능하도로 유지하기 위한 환경 정책 및 제도의 구축도 매우 중요한 요소입니다. 환경 정책 및 제도는 현재의 여건 및 상황에 따라 변화되어야 시대적 패러다임의 변화에 따라서도 환경 정책 및 제도가 발전되어야 하는 것이 바람직합니다.

환경 정책 및 제도의 선진화 연구에서는 기존의 유역환경관리 및 개선과 관련된 정책, 제도, 법령 등을 검토하고 합리적 근거 마련, 선진사례의 분석 및 시사점 도출 등을 통해 현재 우리나라의 환경 정책, 제도, 법령 등의 선진화를 위한 개선방안을 도출하고 환경분야 정책 및 제도의 개선을 추진하는 연구를 수행하고 있습니다.

 

 

[환경 정책 및 제도 선진화 전략 개요]

 

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