물환경 기후변화 통합영향평가 수립체계 구축(I)

Title
물환경 기후변화 통합영향평가 수립체계 구축(I)
Other Titles
지면모델 적용을 위한 미래오염원 전망 시나리오 산정 연구
Authors
한혜진
Co-Author
이상아; 이병현; 박민영
Issue Date
2014-11-28
Publisher
국립환경과학원
Page
xv, 173 p.
URI
http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/21790
Abstract
□ 연구목적 및 필요성 ○ 물환경에 대한 중장기적 기후변화 영향평가를 위해서는 “기후적 요소”와 “비기후적 요소(non-climate factor)”를 모두 고려해야 함 ○ 다수의 질소관련 민감도 연구에서 수문학적 영향보다 토지이용변화 등의 오염원 변화가 수질 및 수생태에 미치는 영향이 더 크다는 결과를 보고하고 있으며, IPCC 보고서(2007)에서도 기후변화 시나리오만 고려한 기존의 연구들이 비기후적 요소를 고려하지 않음을 연구의 한계로 인정함 ○ 최근 비기후적 요소를 고려한 수질 및 수생태계 영향평가 연구가 진행되고 있지만 국내외 기후변화 영향평가 연구는 대부분 수문학적 영향 및 부유물질 영향평가에 치중되어 있는 실정이며, 영양염류를 포함한 국내 수질 및 수생태계 영향평가 연구는 제한적임 ○ 국립환경과학원은 “지면모델을 이용한 기후변화 물환경 통합 영향평가 모델 개발” 연구를 통해 미국 프린스턴 대학과 P-GFDL에서 공동으로 개발한 지면모형 LM3V-N을 우리나라에 적용하여 기후변화에 따른 수질 및 수생태계 영향평가 연구를 진행하고 있음. 이에에 따라 LM3V-N와 함께 사용될 수 있는 미래 오염원(질소 및 인)의 정성적·정량적 시나리오를 개발하고자 함 ○ 신(新) 기후 시나리오 체계에 따른 미래 토지이용변화 전망을 근거로 도출된 미래 오염원 전망 시나리오를 통해 기후변화 영향을 고려한 수질 및 수생태계의 효율적 관리방안을 제시하고자 함 □ 연구개발의 내용 및 범위 ○ 신(新)기후 시나리오 체계에 따른 영양물질 오염원 시나리오 개발 1) 미래 영양물질 오염원 시나리오 개발방법론 고찰 - 미래오염원 발생 예측기법 고찰 - 국내 적용 가능한 방법론 고찰 2) 영양물질 오염원과 관련 있는 사회경제 전망 시나리오 개발 - 영양물질 배출원(sources) 및 감소원(sinks)을 결정하는 핵심인자 파악 - 핵심결정인자 별 세부전망 시나리오 개발 3) 신기후 시나리오를 고려한 영양물질의 정량적 시나리오 개발 - RCP8.5에 대응하는 사회상을 반영한 영양물질의 정량적 시나리오 개발 ○ 관리정책 도입에 따른 영양물질 오염원 시나리오 개발 1) 국내 영양물질 관리 시나리오 개발 - 국내 부문별 영양물질 관리정책 인벤토리 구축 - 미래 영양물질 관리정책 시나리오 개발 2) 미래의 사회경제 및 정책 시나리오를 동시에 고려한 영양물질 전망 시나리오 산정 - 사회경제 시나리오를 적용한 영양물질의 정량적 시나리오와 관리정책 시나리오를 반영한 정량적 시나리오 개발 □ 연구 결과 ○ 지면모형 LM3V-N과 함께 사용될 수 있도록 1) 신(新)기후 시나리오 체계에 따른 질소 및 인 오염원의 정성적 및 정량적 시나리오를 개발, 2) 환경관리정책 별 영양물질 오염원 전망 시나리오를 도출, 3) 최종적으로 RCP8.5 사회에 대한 국내 질소 및 인 오염원 전망 시나리오를 개발함 - 동인 접근법(driver-based approach)을 이용하여 영양물질 오염원 시나리오를 개발함 - 미국 PNNL의 GCAM 통합영향평가모델의 한국 결과(RCP8.5와 부합하는 SSP5의 사회경제 발전 미래상)를 이용하여 질소와 인 오염원 시나리오를 산정함 - 질소 오염원은 5가지의 시나리오(대기침적, 비료, 분뇨, 점오염원, 녹비식물 질소고정), 인 오염원은 3가지 시나리오(비료, 분뇨, 점오염원)에 대해 정량적 시나리오 결과를 도출함 ○ 국가 수준의 질소오염원 시나리오 도출 결과 가축사육에 의해 분뇨로부터 유입되는 영양물질의 양이 매우 크게 나타났으며, 타 국가에 비해 대기오염에 의한 질소 침전이 상당히 큰 부하량을 차지함 ○ 질소 오염원 관리를 위해 양분총량제 등을 통한 가축사육 및 분뇨의 관리가 필요하며 기술발전 및 정책개선으로 질소관련 대기오염 제어가 필요함 - 질소 비료시비량(kg/km2/yr): 2020년 1,655 → 2050년 1,791 → 2090년 1,661 - 질소 분뇨발생량(kg/km2/yr): 2020년 3,286 → 2040년 3,705 → 2090년 2,448 - 질소 고정량(kg/km2/yr): 58~59 정도의 값을 보이다가 2080년도 이후부터 급감함(2090년도 48로 감소됨) - 질소 대기침적량(kg/km2/yr): 약 2,100~2,300(2020~2090년도) - 점오염원(kg/km2/yr): 2040년도까지 증가한 후, 감소하여 2090년에는 675로 산정 ○ 국가 수준의 인오염원 시나리오 도출 결과 농·축산 부문에서의 관리가 중요하다고 분석됨 - 인 비료시비량과 인 분뇨발생량이 전체 인 오염원 발생량의 약 98%를 차지 - 인 비료시비량(kg/km2/yr): 2020년 1,377 → 2050년 1,522 → 2090년 1,370 - 인 분뇨발생량(kg/km2/yr): 2020년 1,201 → 2040년 1,347 → 2090년 908 - 점오염원(kg/km2/yr): 약 50~60의 범위 내 발생 ○ 전국 수준으로 질소 및 인 오염원을 감축하기 위한 관리정책 도입 시나리오 결과를 도출함 - 대기침적량: 2015년 NOx 감축량 목표가 2050년까지 유지된다고 가정(매년 158,610 ton/yr 감축), 암모니아 배출량은 SSP5 시나리오를 유지한다고 가정함 - 질소고정량: 2015년부터 2050년까지 녹비작물 재배면적이 매년 10 km2를 유지. 질소고정량이 높은 헤어리베치의 질소고정 능력 값(17,800 kg/km2) - 비료시비량: 질소와 인 비료량의 30%가 정책을 적용했을 시 감축되는 것으로 가정 - 분뇨발생량: 분뇨 자원화를 퇴비와 액비에서 에너지로 점점 전환하는 정책 시나리오를 개발 (자원화율: 2020년 85% → 2030년 80% → 2040년 75% → 2050년 70%) - 점오염원: 총인(T-P)은 0.2 mg/L, 총질소(T-N)는 선진국의 방류수 수질기준인 5 mg/L로 맞추는 강력한 정책시나리오 적용 ○ 모든 관리정책을 도입 시 감축되는 질소 및 인 오염원 배출량을 산정한 결과, 정책적용 전에 비해 관리정책 도입 후의 2050년도 질소오염원은 22%, 인 오염원은 27% 감축됨 - 질소오염원: 2050년도 기준, 6,770 kg/km2/yr - 인오염원: 2050년도 기준, 2,108 kg/km2/yr □ 연구결과 활용에 대한 건의 ○ 본 연구를 통해 중장기적으로 오염원의 변화가 전혀 없다거나 단순 감소비율을 적용하는 비현실적 가정이 아니라 미래 사회경제발전 변화 및 토지이용변화 전망을 근거로 정량적 질소와 인의 오염원 시나리오를 작성함 ○ 본 연구의 결과를 LM3V-N과 같은 지면모형에 적용한다면 더욱 고도화된 수질 및 수생태계의 기후변화 영향평가를 수행할 수 있을 것이며, 효율적인 수질 및 수생태계 관리방안을 제시할 수 있을 것으로 기대됨

Table Of Contents

제 출 문
요 약 문
목 차
표 목 차
그림 목차

Ⅰ. 서 론
1. 연구 필요성 및 목적
2. 연구배경
가. 장기미래예측 방법론
나. 신(新) 시나리오 개발 체계
(1) 순차적 접근법 vs. 평행적 접근법
(2) 기후변화 시나리오: 대표농도경로(RCP)
(3) 공통 사회경제 시나리오
(4) 매트릭스 개발체계
다. 시나리오 개발 방법: 동인기반 접근법 vs. 효과기반 접근법
(1) 질소 시나리오 개발 방법
(2) 인 시나리오 개발 방법
라. 통합평가모델
(1) 일본의 AIM
(2) 네덜란드의 IMAGE
(3) 미국의 GCAM

Ⅱ. 연구내용 및 방법
1. 연구내용
2. 연구방법
가. 전체 연구 체계
나. 질소와 인 오염원별 핵심 동인 및 산정방법 개발
(1) 국내외 문헌조사를 통한 영양물질 오염원별 핵심 동인
(2) 영양물질(질소 및 인) 오염원별 산정법
다. 질소 및 인 오염원별 미래 시나리오 개발 방법
(1) 전체 오염원 시나리오 개발 체계
(2) 핵심동인 별 상세화된 정성적 시나리오 개발
(3) GCAM의 핵심 동인의 시나리오 결과값 분석
(4) 미래 오염원 시나리오 산정법

Ⅲ. 연구결과
1. SSP5 스토리라인 개발
가. 전 지구적 수준의 핵심동인별 SSP5 스토리라인 개발
(1) 인구
(2) 경제
(3) 에너지
(4) 농업
(5) 축산물 생산성
(6) 식습관
나. 국내 핵심동인별 SSP5 스토리라인
(1) 인구
(2) 경제
(3) 에너지
(4) 농업
(5) 축산물 생산성
(6) 식습관
2. SSP5에 따른 정량적 오염원 시나리오 결과
가. 질소 오염원 시나리오 결과
(1) 대기 침적량 시나리오
(2) 질소 비료시비량 시나리오 결과
(3) 질소 분뇨발생량 시나리오 결과
(4) 점오염원 시나리오 결과
(5) 녹비식물 질소고정량 시나리오 결과
나. 인 오염원 시나리오 결과
(1) 인 비료시비량 시나리오 결과
(2) 인 분뇨발생량 시나리오 결과
(3) 점오염원 시나리오 결과
다. 전체 질소 및 인 오염원 시나리오 결과
(1) 질소오염원의 미래 시나리오 결과
(2) 인 오염원의 미래 시나리오 결과
(3) 2050년도의 질소 및 인 오염원 부문별 결과 비교
3. 관리정책 도입에 따른 영양물질 오염원 시나리오 결과
가. 연구방법
나. 영양물질 오염원 별 관리정책 인벤토리 구축
(1) 대기: 질소
(2) 녹비작물 질소 고정
(3) 비료: 질소 및 인
(4) 분뇨: 질소 및 인
(5) 점 오염원: 질소 및 인
다. 영양물질 오염원 별 관리정책 시나리오 개발 및 결과
(1) 대기 침적량: 질소
(2) 녹비작물 고정량: 질소
(3) 비료: 질소 및 인
(4) 분뇨: 질소 및 인
(5) 점오염원: 질소 및 인

Ⅳ. 결 론

Ⅴ. 향후계획

Ⅵ. 참고문헌

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