Development and Application of the SWAT HRU Mapping Module for Estimation of Groundwater Pollutant Loads for Each HRU in the SWAT Model

SWAT HRU별 지하수 오염부하량 산정을 위한 SWAT HRU Mapping Module 개발 및 적용

The numerous efforts have been made in understanding generation and transportation mechanism of nonpoint source pollutants from agricultural areas. Also, the water quality degradation has been exacerbated over the years in many parts of Korea as well as other countries. Nonpoint source pollutants are transported into waterbodies with direct runoff and baseflow. It has been generally thought that groundwater quality is not that severe compared with surface water quality. However its impacts on groundwater in the vicinity of stream quality is not negligible in agricultural areas. The SWAT model has been widely used in hydrology and water quality studies worldwide because of its flexibilities and accuracies. The spatial property of each HRU, which is the basic computational element, is not presented. Thus, the SWAT HRU mapping module was developed in this study and was applied to the study watershed to evaluate recharge rate and $NO_3-N$ loads in groundwater. The $NO_3-N$ loads in groundwater on agricultural fields were higher than on forests because of commercial fertilizers and manure applied in agricultural fields. The $NO_3-N$ loads were different among various crops because of differences in crop nutrient uptake, amount of fertilizer applied, soil properties in the field. As shown in this study, the SWAT HRU mapping module can be efficiently used to evaluate the pollutant contribution via baseflow in agricultural watershed.

농업 지역에서의 비점 오염원에 대한 기작과 발생을 해석하기 위해 많은 노력이 진행되고 있다. 또한 우리나라뿐 아니라 다른 나라에서도 수질 악화가 점점 심해지고 있는 것이 사실이다. 비점 오염물질은 직접유출과 기저유출로 분리되어 하천으로 이동된다. 보통 지하수는 지표수에 비여 수질이 양호하다고 여기지만 농업지역에서의 오염된 하천 주위의 지하수 오염은 심각할 수 있다. SWAT 모형은 용성 및 정확도가 높기 때문에 수문 및 수질 연구에 있어 국내외에서 널리 사용되고 있다. 하지만 SWAT 모형은 소유역별 수문학적 반응단위인 HRU를 이용하여 유역 내 수문 및 수질을 평가하는데, 소유역 내 HRU의 공간적인 정보를 표출하도록 되어 있지 않기 때문에 다양한 영농방법이 지표수 및 지하수에 미치는 영향을 공간적으로 분석하는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 SWAT 모형의 단점을 개선할 수 있는 SWAT HRU Mapping module을 개발하였으며 이를 횡계 2리 유역에 적용하여 지하수 함양량 및 대수층 유입 $NO_3-N$ 부하량 및 농도를 분석하였다. 이에 따라 농경지에서 대수층으로 유입되는 $NO_3-N$ 부하량이 산림에 비해 상당히 많은 것으로 분석되었다. 또한 같은 밭 지역이라고 해도 재배되는 작물의 종류 및 시비량 등에 따라 대수층으로 유입되는 오염부하에는 상당히 다른 영향이 있을 수 있으며, 재배작물과 토양 특성에 따라 $NO_3-N$이 대수층으로 유입될 것으로 판단된다. 본 연구에서 개발된 SWAT HRU Mapping module은 유역에서의 기저유출을 통한 오염원의 시공간적 분석을 하는 데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이라 판단된다.